4.1被动运输课件-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

4.1 被 动 运 输 第4章 细胞的物质输入和输出 长颈漏斗 蔗糖溶液 清水 半透膜 开始液面 半透膜 课本P62 【问题探讨】 Na+ 葡萄糖 Na+ 葡萄糖 水 水 蔗糖 蛋白质 半透膜 半透膜是一类可以让小分子（如：水/离子/葡萄糖）物质通过，而较大分子（蔗糖）物质不能通过的一类多孔性膜。 如： 只要分子比半透膜孔径小就能自由通过 膀胱膜,玻璃纸,卵壳膜 介绍实验装置（水、蔗糖分子的大小、半透膜） 2 1.漏斗管内的液面为什么会升高？ 多 少 由于蔗糖溶液中水的相对含量（单位体积中的水分子数）比烧杯中的水的含量低，因此，烧杯中的水扩散到漏斗中的速率相对更快，导致漏斗中水量增加，液面上升。 2.如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？，不在上升时两侧浓度相等吗？ 不会，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。 课本P62 【问题探讨】 半透膜两侧浓度差越大，高度差越大，哪里页面高，哪里浓度大。 3.如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？ 4.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ 不会。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，包括水分子和蔗糖分子都能通过。 单位时间透过玻璃纸进出水分子量相同，故漏斗管液面不变 条件一 ：半透膜 条件二：浓度差 课本P62 【问题探讨】 条件 有半透膜 半透膜两侧的溶液存在浓度差 渗透作用 ：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散 概念 方向： 低浓度溶液 高浓度溶液 （一）、渗透作用 半透膜 水相对含量多 含量少 一、水进出细胞的原理 一段时间后 5.如果将高出液面的蔗糖溶液吸出，液面将如何变化？ h 渗透装置 6.如果在漏斗中加入蔗糖酶，允许单糖通过，液面将如何变化？不允许单糖通过，又如何变化 7.渗透现象的应用 浓度分别是10%、20%的蔗糖溶液，标签已失，标为A、B。如何判断它们的浓度？ 10%蔗糖溶液 半透膜 变式1、若半透膜只允许水分子通过，一段时间后液面如何变化？ 2、若半透膜允许水分子和葡萄糖分子通过，一段时间后液面如何变化？ 3、若半透膜允许水分子和单糖分子通过，右侧加入微量蔗糖酶（忽略酶分子引起的浓度变化），最终液面如何？ 4、若只允许水过，右侧加入微量蔗糖酶，最终？ 最终左高右低 左侧先升高，再降低，最后左低右高 最后左=右 最后左低右高 若两侧为物质的量浓度呢？ 例如：0.1mol/L的葡糖糖和0.1mol/L的蔗糖的渗透压？ 0.1mol/L的葡糖糖和0.1mol/L的NaCl的渗透压？ 1、若溶质分子不能通过半透膜，且S1＞S2 现象： 漏斗液面先升高后达到稳定，此时处于渗透平衡状态 注意：此时仍有水分子进出，且S1浓度仍大于S2浓度 初始浓度高的，最终仍浓度高 初始溶液浓度差大，将来Δh大 渗透装置小结 2、若溶质分子能通过半透膜，且S1＞S2 现象： 漏斗液面先升高后下降，最终与烧杯液面相平 （二）动物细胞的吸水和失水 渗透作用 条件 半透膜两测溶 液存在浓度差 ←细胞膜 细胞质 外界溶液 具有半透膜 现象 外界溶液浓度＜细胞质浓度， 外界溶液浓度＞细胞质浓度， 外界溶液浓度=细胞质浓度， 处于动态平衡 细胞吸水膨胀（甚至涨破） 细胞失水皱缩（失水过多可能死亡） 细胞维持正常形态，水分子进出细胞 如0.9%的NaCl溶液 是的。 不能 2．红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？ 课本P63【思考与讨论】 处于外界溶液中的红细胞相当于一个渗透装置 1．红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？ 蔗糖分子 外界溶液 半透膜 蔗糖溶液 相当于 相当于 细胞膜 细胞质 处于外界溶液中的动物细胞都相当于一个渗透装置，水通过渗透作用进出动物细胞 3.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ 不一定！如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞质浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，红细胞不再吸水 主要取决于红细胞内外的浓度差，差值越大，吸水或失水越多。 4．红细胞吸水或失水的多少与什么有关？ 课本P63【思考与讨论】 外界溶液 半透膜 蔗糖溶液 相当于 相当于 细胞膜 细胞质 清水泡过的青菜 盐腌制过的黄瓜 生活中我们会观察到： 盐腌制过的黄瓜皱皱巴巴，还会出很多水； 而用清水泡过的青菜却很硬挺， 这是为什么呢？ 水又是怎样进出植物细胞呢？ 这些现象都说明，植物细胞也像动物细胞一样，会发生吸水或者失水现象，吸水和失水同样和外界浓度有关 成熟的植物细胞模式图 细胞壁 细胞膜 细胞液 细胞质 液泡膜 原生质层 1、细胞内的液体环境主要指的是__________________ 2、___________________ 称为原生质层 3、水分子进出细胞主要指的是水分子通过________ 进出____ 液泡里面的细胞液 原生质层 液泡 全透、伸缩性小 半透、伸缩性大 细胞膜和液泡膜以及两层膜 之间的细胞质 （三）植物细胞的吸水与失水 纤维素和果胶组成 处于外界溶液中的成熟植物细胞相当于完备的渗透系统，水通过渗透作用进出成熟的植物细胞 （三）成熟植物细胞的吸水和失水 外界溶液浓度＞细胞液浓度， 细胞失水，发生质壁分离现象： 外界溶液浓度＜细胞液浓度， 细胞吸水略微膨胀，失水的细胞发生质壁分离复原 外界溶液浓度=细胞液浓度， 水分子进出平衡，细胞形态不变 不会吸水涨破 原生质层和细胞壁分离 探究植物细胞的吸水和失水实验 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验 （水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层相当于一层半透膜吗？） （水分进出植物细胞是通过渗透作用，原生质层相当于一层半透膜。） 设计方案：将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。 预期结果：在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。 分析结果 表达与交流 实验现象 萎蔫的菜叶放清水中会变得硬挺，白菜加盐有水渗出 02 探究植物的吸水和失水 实验结果： （完成教材P64中的表格！）     中央液泡 大小与颜色深浅 原生质层的 位置 细胞 大小 蔗糖 溶液 清水 变小，颜色加深 逐渐恢复原来大小，颜色变浅 原生质层恢复原来位置 原生质层脱离细胞壁 基本不变 基本不变 实验结论： 原生质层相当于一层半透膜！植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。 蔗糖溶液 清水 材料选择 活细胞，有细胞壁，有大液泡。 如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞 （1） 紫色洋葱鳞片叶内表皮，液泡无色，直接观察现象不明显（如果在外界溶液中添加植物细胞不吸收的色素分子，则可以观察到明显现象） （2）黑藻是高等植物细胞，含有大液泡和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象 注意事项 想一想：为什么不用紫色洋葱鳞片叶内表皮？ 想一想：用黑藻叶片细胞可以不？ 思考：1、实验材料选择的什么？还可以选其他的吗？黑藻？洋葱鳞片叶内表皮细胞？ 思考2、外界溶液使用的什么？用0.5g/ml蔗糖会怎么样？ 既能使植物细胞发生质壁分离，又不会使细胞失水过多影响复原 0.3g/mL的蔗糖溶液 浓度过低： 分离慢或不分离 浓度过高： 细胞失水过多死亡 （如0.5g/ml蔗糖） 外因： 细胞液和外界溶液存在浓度差，细胞发生渗透吸水和失水 内因： （1）成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜 （2）原生质层比细胞壁伸缩性大 思考4：发生质壁分离的原因 思考3：本实验用了几次显微镜观察？高倍镜还是低倍镜？本实验有无对照？ 细胞壁 原生质层： ②④⑤ 紫色： ⑦ 外界溶液： ⑥ ⑧ 6、质壁分离后细胞壁与细胞膜之间是什么液体？ ☆细胞体积基本不变，细胞液浓度增大，吸水能力增强 思考5、发生质壁分离的细胞 思考7： （2）、质壁分离结束时，水分子进出细胞数量相等 此时达到渗透平衡，细胞液浓度=外界溶液浓度 此时细胞可能处于失水、吸水或平衡状态 （1）、在实验过程中显微镜下观察到右图所示图像时 质壁分离复原结束时，水分子进出细胞数量相等 此时达到渗透平衡，细胞液浓度不一定等于外界溶液浓度 拓展：1、不同外界溶液中植物细胞的变化 不同类型外界溶液现象： 细胞略膨胀 ②溶质可透过膜的溶液（如KNO3、甘油、尿素、葡萄糖等）中： ①清水中： 发生质壁分离后能自动复原 ③溶质不能透过膜的溶液（如蔗糖）： 只发生质壁分离 拓展2 质壁分离和复原实验的应用： （1）判断成熟植物细胞的死活 <只有活的，成熟植物细胞才能发生质壁分离> （2）测定植物细胞的细胞液浓度范围 <待测细胞+一系列浓度梯度的外界溶液——细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离之间> 下表是一串红花瓣细胞在不同浓度蔗糖溶液中的状态（细胞都有活性）。该花瓣细胞细胞液浓度为? 溶液浓度（mol/L） 0．10 0．15 0．20 0．25 细胞状态 吸水 吸水 刚发生质壁分离 质壁分离程度加大 0．15~0．20mol/L之间 （3）判断不同植物细胞的细胞液浓度 <不同细胞+同一外界溶液——质壁分离所需时间越短，浓度差越大，细胞液浓度越小> 将三个不同植物的细胞置于同一蔗糖溶液中，细胞形态稳定后，如图．则有关各细胞液浓度的判断，正确的是（　　） A.实验前B＜A＜C B. 实验前B＞A＞C C. 实验后B≥A=C D.实验后B＜A＜C （4）鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液） <成熟植物细胞+待测溶液——只发生质壁分离，为蔗糖溶液；发生质壁分离后自动复原，为KNO3 溶液> （5）比较原生质层与细胞壁伸缩性大小 BC （6）农业生产中的水肥管理 <施肥要适度> 田间一次施肥过多，作物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”。其原因是（ ） A、根细胞从土壤中吸收的养分过多 B、根细胞不能从土壤中吸水 C、根系不能将水向上运输 D、根系被肥料分解释放的热能烧毁 （7）生活中杀菌、防腐、腌制食品 <过高浓度杀死细胞> B 自由扩散和协助扩散 2 植物细胞的吸水和失水 定义：像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。 滴加蔗糖溶液 滴加清水 质壁分离 质壁分离复原 水分子多 水分子少 自由扩散和协助扩散 2 一、自由扩散 物质通过简单的扩散作用进出细胞 的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。 （1）小分子物质 ①顺浓度梯度进出细胞； 氧气、二氧化碳、氮气、尿素 苯、甘油、乙醇、脂肪酸、固醇 2.特点 ③不需要膜上转运蛋白参与。 ②不需要消耗能量； 1.实例 （2）脂溶性物质 气体、水、脂溶性 31 一、自由扩散 3.影响因素 细胞内外浓度差 扩散速率 (V) 细胞内外浓度差 扩散速率 (V) O2浓度 / 氧分压 O O 32 二、协助扩散 2.特点 1.实例 物质借助膜上的 进出细胞的扩散方式，叫作协助扩散。 如葡萄糖进入红细胞、钠离子进入神经细胞、水通过细胞膜等。 ①顺浓度梯度进出细胞； ③需要膜上转运蛋白参与。 ②不需要消耗能量； 离子和一些小分子物质 转运蛋白 33 二、协助扩散 3.影响因素 ①细胞内外浓度差； ②转运蛋白的种类和数量。 P 扩散速率 (V) 细胞内外浓度差 扩散速率 (V) O2浓度/氧分压 O O Q P点后，运输速率受转运蛋白数量限制 34 转运蛋白 定义：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。 类型： 通道蛋白 载体蛋白 转运蛋白分为载体蛋白和 蛋白两种。载体蛋白只允许与自身结合部位 的分子或离子通过，每次转运时都会发生自身 的改变。 通道 相适应 构象 载体蛋白 如：葡萄糖进入红细胞 通道蛋白只容许与自身通道的直径和 相适配、大小和 相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时， 与通道蛋白结合。 通道蛋白 水通道蛋白 钾离子等通道蛋白 形状 电荷 不需要 载体蛋白 通道蛋白 转运特点 只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过 只容许与自身通道的直径和形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过 自身构象 改变 不改变 是否与转运的分子结合 结合 不结合 是否有特异性 具有 具有 实例 葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞 水分子通过水通道蛋白进出细胞 转运蛋白的类型 载体蛋白特性：专一性和饱和性 通道蛋白的特性：具有极高的转运速率、没有饱和值、并非连续性开放 自由扩散和协助扩散 2 方式 自由扩散 协助扩散 条件 能量 转运蛋白 实例 运输方向 不需要 不需要 不需要 需要 O2、CO2、甘油、乙醇等 离子和一些小分子有机物，如葡萄糖、氨基酸等 浓度高的一侧→浓度低的一侧 影响被动运输的因素？水进出细胞的方式？主要是哪一种 39 自由扩散和协助扩散 【情境1】 如图4-1-11所示为人工膜(人工合成的磷脂双分子层)和生物膜的结构示意图。 图4-1-11 40 【情境2】 比较人工膜(人工合成的磷脂双分子层)和生物膜对一些物质的通透性,结果如图4-1-12所示。 图4-1-12 (1)分析情境2可知,人工膜和生物膜通透性相同的物质有 生物膜的通透性高于人工膜通透性的物质有__。 甘油、二氧化碳、氧气 水、钾离子、钠离子、氯离子 (2)结合情境1,利用结构与功能观分析,造成人工膜和 生物膜对不同物质通透性不同的原因是_______________________。 生物膜上有蛋白质，蛋白质具有运输功能 41 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $