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

探究：黄瓜的吸水和失水实验，预测实验结果？ NaCl溶液 清水 不作处理 第1节 被动运输 第4章 细胞的物质输入和输出 教材P62 在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，漏斗内液面升高。 玻璃纸是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。 半透膜：一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类多孔性薄膜的总称。如鱼鳔，鸡蛋膜，花生种皮、玻璃纸 葡萄糖化学式C6H12O6, 蔗糖相对分子量是342,半透膜的孔小到不能让蔗糖这样的二糖分子通过。 扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。 渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。 图1 扩 散 半透膜 渗透作用特指水分子或其它溶剂分子的扩散，而且是通过半透膜的扩散。 从扩散和渗透作用的示意图中，可以看出两种方式有什么异同吗？ 图2 渗 透 在这里，我们先明确两个概念： 扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象，叫扩散。如图1所示，物质从浓度高的A区向浓度低的B区扩散，最终达到平衡。生活中有很多扩散的例子，比如从厨房飘出的饭菜香 渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散，称为渗透作用。如图2所示。 4 1、漏斗内液面为什么会升高？ （1）液面升高时，水分子的运动方向是什么？ 蔗糖溶液 清水 半透膜 水分子的移动是双向的 总体方向：水分子多→水分子少 （2）达到动态平衡后，水分子的运动情况？ 蔗糖溶液 清水 半透膜 蔗糖溶液液面上升 半透膜 一、水进出的原理——渗透作用 2.如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？ 蔗糖溶液 清水 不会，因为管内的水柱产生的压力会加快漏斗中的水分向外扩散的速度，最终膜两侧水分扩散的速度达到平衡，液面不再上升。 活动1 思考讨论 进一步将半透膜放大，进行微观分析。 可以看到，在半透膜的阻隔下，由于蔗糖分子较大，则无法通过半透膜，而水分子比较小，可以穿过半透膜自由进出。并且单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量多于渗出的水分子数量，因此液面升高。 3.当漏斗内溶液不再上升（即渗透平衡）时，半透膜两侧的溶液浓度相同吗? 蔗糖溶液 清水 不相同。漏斗内溶液浓度仍然高，由于漏斗管内液面升高形成的静水压会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，故半透膜两侧溶液浓度关系仍是漏斗内溶液浓度高于烧杯中清水的浓度。 活动1 思考讨论 进一步将半透膜放大，进行微观分析。 可以看到，在半透膜的阻隔下，由于蔗糖分子较大，则无法通过半透膜，而水分子比较小，可以穿过半透膜自由进出。并且单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量多于渗出的水分子数量，因此液面升高。 A B C 30%蔗糖溶液 玻璃纸 30%蔗糖溶液 4、B和C的液面会升高吗？说明了什么？ 纱布不是半透膜，水分子和蔗糖分子均能通过 30%蔗糖溶液 纱布 清水 30%蔗糖溶液 玻璃纸 清水 无浓度差，漏斗管内液面不变 不会 如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ 如果烧杯内不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ 3、渗透作用中水的运输方向 2、渗透作用发生的条件 半透膜 两侧的溶液具有浓度差。 总结 一、水进出的原理——渗透作用 1、渗透作用的概念： 水分子（或其他溶剂分子）经过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液的扩散过程。 物质的量mol/L 含水量高－－ 低浓度溶液－ －渗透压低 含水量低－－ 高浓度溶液－ －渗透压高 板书+学生做笔记：渗透作用发生的条件 半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向分子运动差别导致的液面改变。 水分子通过半透膜由低溶液浓度向高浓度溶液扩散，此处的浓度是指物质的量的浓度，是单位体积微粒的多少，不是质量分数。 若溶质分子能通过半透膜，则先是浓度高的一侧液面升高，随后另一侧液面上升，最后达到渗透平衡，而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。 当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。 渗透平衡≠浓度相等 渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。 核心归纳 细胞吸水膨胀 外界溶液浓度<细胞质溶液 外界溶液浓度>细胞质溶液 外界溶液浓度=细胞质溶液 1、红细胞内的血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗？ 一、水进出的原理——动物细胞的吸水和失水 图中所示的红细胞出现了什么现象？为什么？ 细胞失水皱缩 细胞保持原形态 血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜 板书：低渗，高渗，等渗 11 2、一个动物细胞能否构成一个渗透系统？ 思考 外界溶液 ①半透膜？ ②浓度差？ 红细胞的细胞膜 动物细胞就是一个渗透系统 蛋白质、无机盐等溶质 外界溶液与细胞质之间存在浓度差。 12 一、动物细胞的吸水和失水 3.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？ 5、想一想临床上输液为什么要用生理盐水。 一、水进出的原理——动物细胞的吸水和失水 维持细胞正常的形态和功能 取决于红细胞内外溶液的浓度差，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。 4、当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ 外界溶液浓度<细胞质溶液 外界溶液浓度>细胞质溶液 外界溶液浓度=细胞质溶液 不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。 细胞膜 液泡膜 细胞质 细胞壁 原生质层 （全透性，伸缩性较小） 细胞液 水进出植物细胞,主要是指水经过原生质层进出液泡。 思考：水是通过渗透作用进出植物细胞的吗？ 是否相当于一层半透膜？ 对细胞的吸水和失水有没有影响？ 成熟的植物细胞模式图 植物细胞内的液体环境主要指的是液泡内的细胞液。 可以版图，把液泡画大，标注原生质层 14 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？ 原生质层是不是相当于一层半透膜？ 原生质层相当于一层半透膜 P64 探究•实践 探究植物细胞的吸水和失水 ①制作临时装片, 观察植物细胞 正常形态 ； 进行实验 提出问题 作出假设 设计实验 实验结论 实验结果 ③再将植物细胞浸润在 清水 中，观察其大小的变化。 ②将植物细胞浸润在 较高浓度的蔗糖溶液 中，观察其大小变化； 分离 加深 变小 变大 贴近 ①细胞的正常形态 ②高浓度蔗糖溶液中 ③在清水中 成熟植物细胞模式图 细胞膜 细胞液 细胞质 液泡膜 细胞壁 (全透性) 原生质层 是否满足发生渗透作用的条件：①具有半透膜②半透膜两侧的溶液具有浓度差 二、水进出植物细胞的原理 相当于半透膜 细胞液与外界溶液之间存在浓度差 动物细胞可以通过渗透作用吸水和失水。植物细胞呢？ 我们以成熟植物细胞为例，一起回忆成熟植物细胞结构，最外层是细胞壁，具有支持、保护细胞的功能；细胞中体积最大的细胞器是液泡，液泡中的液体为细胞液，细胞液中储存植物细胞的色素、糖类等营养物质；紧贴着细胞壁的为细胞膜，它是细胞的边界，控制物质进出细胞，具有物质运输、信息交流的功能。在细胞膜和液泡膜之间的是细胞质，其中有细胞核和其他细胞器，但由于成熟植物细胞的液泡体积很大，使得细胞质所占体积很小。 作为植物细胞最外层的细胞壁结构，能否控制水分或溶质分子进出细胞呢？ 与半透膜或细胞膜不同，细胞壁是由纤维素和果胶组成，它就像一层网状结构，并不具有选择透过性，而是全透性的。无论是水分子还是蔗糖分子，或是其他溶质分子，均可以自由通过细胞壁，它不具有控制物质进出细胞的功能。 可是，植物细胞的细胞壁能否影响细胞吸水与失水呢？ 细胞壁由于伸缩性小，细胞失水时没有影响，而当细胞吸水时，则会受到细胞壁的约束不能无限吸水。 实验结论： 成熟的植物细胞能与外界溶液发生渗透作用；原生质层相当于半透膜 当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水； 当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水； 一、水进出的原理——植物细胞的吸水和失水 实验结果： 提出问题： 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是不是相当于一层半透膜？ 质壁分离指的是谁和谁的分离？ 19 该细胞为什么不发生质壁分离? 一、水进出的原理——植物细胞的吸水和失水 植物细胞发生质壁分离的条件 外因: 4、浓度差（细胞外溶液浓度 > 细胞液） 1、活细胞（半透膜） 3、原生质层的伸缩性大于细胞壁 内因: 2、成熟植物细胞（有大液泡） 特别注意： 1、 3、植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？ 2、细胞液浓度越大，细胞吸水能力越强 一、水进出的原理——植物细胞的吸水和失水 动物细胞能发生质壁分离吗？ 无细胞壁，不可能发生质壁分离 4. .有位同学错取了质量浓度为0.5 g/ml的蔗糖溶液， 会看到什么实验结果？ 发生质壁分离，但不能质壁分离复原。 不会。（因为细胞壁具有保护和支持的作用） （细胞随着质壁分离的进行，吸水能力不断增强）。 蔗糖溶液浓度不能过高（如0.5g/ml）否则可能会因为失水过多死亡。 特别注意： 5、由于细胞壁是全透性的，质壁分离时，细胞壁与细胞膜之间充满的是什么溶液？ 外界溶液 一、水进出的原理——植物细胞的吸水和失水 外界溶液 22 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验， 观察并记录结果 分析结果，得出结论 表达与交流 进一步探究 科学探究的一般过程 探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水 6. 将0.3g/ml的蔗糖溶液换成适宜浓度的甘油，实验结果会有什么不同？ 7. 植物细胞的质壁分离及复原实验有哪些应用？ 因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。 （1）测定细胞液浓度范围 （2）比较不同植物细胞的细胞液浓度 （3）用高浓度盐水处理，使细菌失水死亡。 （4）对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象的解释。 质壁分离并自动复原： 尿素、脂肪酸、甘油、乙二醇、硝酸钾等可穿膜的物质 学以致用 2、对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。原因是什么？ 一、水进出的原理——植物细胞的吸水和失水 因此移植植物需要测量土壤溶液的浓度 1、如何判断细胞的死活？ ①台盼蓝染液 ②能否质壁分离 ③观察叶绿体和细胞质的流动 在植物细胞中是否像动物细胞一样存在一个渗透系统呢？ 24 1、将新鲜的绿色苔藓植物叶片，放入其中加有少量红墨水的质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，在显微镜下观察，你会看到苔藓细胞的状态如右图所示。此时,部位①和部位②的颜色分别是 ( ) A．无色、绿色 B．红色、绿色 C．红色、无色 D．红色、红色 B 练习 2.假如将甲乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液的浓度均比细胞液的浓度高，在显微镜下连续观察，可以预测甲乙两细胞的变化是（ ） A. 甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原 B. 甲乙两细胞都发生质壁分离，但乙细胞很快发生质壁分离复原 C. 只有乙细胞发生质壁分离，但不会发生质壁分离复原 D. 甲乙两细胞发生质壁分离，随后都很快发生质壁分离复原 课后习题 B 03 被动运输 物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学物质所释放的能量的物质跨膜运输方式 被动运输 二、被动运输： 自由扩散 协助扩散 细胞外 细胞内 甘油分子 细胞膜 物质通过简单的__________进出细胞，叫做自由扩散，也叫简单扩散。 扩散作用 自由扩散 29 （1）运输方向： 高浓度 低浓度 不需要载体，不需要能量 （3）实例： O2、CO2、和甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子 （2）特点： （4）影响自由扩散的因素： 浓度差 运输速度 浓度差、温度 自由扩散知识点梳理： 顺浓度梯度 根据磷脂分子的特点，亲水的头部向外，疏水的尾部相互靠近位于内部，形成脂双层。这样的结构使小分子物质和非极性物质容易通过，氧气、二氧化碳、苯属于小分子物质。甘油属于非极性物质。 当肺泡内氧的浓度大于肺泡细胞氧的浓度时，氧便通过扩散作用进入肺泡细胞；当细胞内二氧化碳浓度升高时，二氧化碳便通过扩散作用排除细胞。 30 材料一：曾经人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的。但在之后的一些研究中发现，水分子以自由扩散方式穿过脂双层的速率非常缓慢。仅凭自由扩散很难解释红细胞在水溶液中很快吸水膨胀而溶血的现象。 思考问题： 1. 水分子仅以自由扩散的方式进出细胞？ 材料分析 2.根据你对细胞膜的组成成分及其结构与功能的了解，你认为细胞膜上的哪些成分可以帮助水分子快速跨膜运输呢？ 但在水的跨膜运输的研究中，人们曾遇到过这样一个问题。。。 请同学们根据材料一思考问题： 1.。。。显然不是。通过材料中的研究发现，我们可知水分子以扩散作用穿过脂双层的速率非常缓慢。且红细胞和水生生物的卵母细胞在水溶液中吸水的速率差别很大。说明水分子进出细胞还可能存在其他的运输方式。 2. 根据你对细胞膜的组成成分及其结构与功能的了解，你认为细胞膜上的哪些成分可以帮助水分子快速跨膜运输呢？ 在第3章第1节的学习中，我们知道细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，蛋白质在细胞膜行使此功能时起着重要的作用。有的蛋白质会镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。我们可以认为蛋白质可能在水的运输中起到了一定的协助作用。 转运蛋白 载体蛋白 只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变。 通道蛋白 只容许与自身通道直径和形状相匹配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过；不需要与分子或离子结合。 钠离子 钾离子 具有特异性 氨基酸 葡萄糖 转运蛋白可以分为通道蛋白和载体蛋白两种。其中通道蛋白有水通道和离子通道两种类型。 离子通道可以识别和选择特定的离子，进而传导离子出入细胞，如钠离子通道、钾离子通道等。它们可被电、机械或化学等刺激激活，从而控制离子通过细胞膜进行顺势流动，是神经、肌肉、腺体等许多组织细胞膜上的基本兴奋单元，具有重要的生理功能。虽然分子或离子通过通道蛋白时不需要与通道蛋白结合，但通道蛋白依然具有选择性，它们只容许与自身通道的直径和形状相匹配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。有些离子通道上有控制物质进出的门，如左侧的钠离子通道。 载体蛋白与通道蛋白略有不同，它们只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，并且每次转运时都会发生自身构象的改变。如右侧的葡萄糖转运蛋白和氨基酸转运蛋白，通过与相应的底物葡萄糖或氨基酸相结合后，它们的结构会发生变化，进而将底物转移到膜的另一侧。 转运蛋白在营养物质摄取，代谢产物释放以及信号转导等细胞生命活动中起着重要的作用。 在人体中，当转运蛋白发生异常时，必然会引起重大的人类疾病。 所以对转运蛋白展开深入的研究，可以帮助人们更好地理解重要生命活动的分子机制，并且为开发药物提供重要线索。 细胞外 细胞内 细胞膜 载体蛋白 通道蛋白 二、自由扩散和协助扩散 2、协助扩散（易化扩散） 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫协助扩散，也叫易化扩散。 （1）运输方向： 高浓度 低浓度 （3）实例： 大部分水，离子，大多数细胞吸收葡萄糖和氨基酸（如红细胞） （2）特点： 需膜上转运蛋白的协助，不需要能量 （4）影响协助扩散的因素： 浓度差、转运蛋白种类和数量、温度 P点后速率受转运蛋白数量限制 协助扩散知识点梳理： 顺浓度梯度 运输速率 膜两侧的浓度差 P 35 ② 运输速率 膜两侧的浓度差 运输速率 膜两侧的浓度差 判断：哪条曲线是自由扩散/协助扩散？请说出判断依据。 ① 通过载体蛋白的协助扩散具饱和性 现在，请同学们判断:哪条曲线是自由扩散？哪条是协助扩散？请说出判断依据。①自由扩散②协助扩散 依据：自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度进行跨膜运输，不需要消耗细胞内化学反应产生的能量，因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影响运输速率，自由扩散的物质可以自由过膜，不需要膜上的转运蛋白，所以膜两侧的浓度差越大，其运输速率越大，因此①是自由扩散； 36 影响因素 影响自由扩散的因素： 温度 膜两侧的浓度差 影响协助扩散的因素： 温度 膜两侧的浓度差 转运蛋白的数量 ② 运输速率 膜两侧的浓度差 运输速率 膜两侧的浓度差 ① 由此，请大家总结影响被动运输的因素。自由扩散和协助扩散均是物质过膜的扩散，所以温度的高低会影响扩散的速率；由于两种扩散方式都是顺浓度梯度进行跨膜运输的，不需要消耗细胞内化学反应产生的能量，因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影响物质运输的速率，但是协助扩散需要转运蛋白，因而某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。 37 与生活的联系 绝大部分保湿防冻产品中都有油脂类物质（如：甘油），想一想，这是为什么呢？ 油脂类物质通过自由扩散的方式被细胞吸收，能吸收一部分空气的水分，同时它可以使一部分自由水转化为结合水，减少水分的散失，降低结冰点；从而可以防干燥，还能一定程度上防冻。 润肤霜 运输方式名称 运输方向 是否需要 转运蛋白 是否消耗能量 举例 影响因素 被动运输 自由扩散 协助扩散 高浓度→低浓度 高浓度→低浓度 不需要 需要 载体蛋白 通道蛋白 不消耗 不消耗 气体分子、 脂溶性小分子 葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞 水通过通道蛋白进出细胞 浓度差 浓度差、转运蛋白的种类和数量 Lavf58.12.100 Lavf58.28.100 Lavf58.51.100 $