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

第4章 细胞的物质输入和输出 细胞的边界：细胞膜（质膜） 第1节 被动运输 1 1 水进出细胞的原理 2 问题探讨 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，使漏斗内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示的现象： 玻璃纸（又叫赛璐玢）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：让小分子通过,而大分子不能通过的一类多孔性薄膜的总称。 (如：膀胱膜、玻璃纸、卵壳膜) 3 烧杯内的溶剂——水分子通过半透膜向漏斗内扩散，导致漏斗内水柱升高，液面上升。 讨论1：漏斗管内的液面为什么会升高？ 扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。 扩散 动画演示 动画演示 蔗糖分子 水分子 半透膜 讨论2：漏斗管内的液面升高过程中，漏斗内水分子会通过半透膜向烧杯内扩散吗？ 会，半透膜两侧的水分子双向运动。 单位时间进入漏斗 的水分子数量 单位时间从漏斗渗出的水分子数量 液面不会升高。因为半透膜两侧含水量相同，水分子数进出平衡。 讨论3：如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，液面高度如何变化？ 液面不会升高。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，具有全透性， 水分子和蔗糖分子都能通过，纱布两侧分子进出平衡。 讨论4：如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？ 由此渗透作用发生需要哪些条件？ 渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。 6 动画演示 动画演示 蔗糖分子 水分子 半透膜 渗透作用发生条件： (1)有半透膜（2）半透膜两侧存在浓度差 浓度差越大，吸水或失水越多 物质的量浓度， 非质量浓度， 实质上指渗透压。 蔗糖溶液 玻璃纸（半透膜） 清水 半透膜 蔗糖分子 水分子 渗透作用中水分子的运动方向： 相对含量高 相对含量低 溶液浓度 水的含量 低浓度溶液 高浓度溶液 渗透压 低渗透压 高渗透压 重点！都记 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。我们知道，水分子和其他溶质分子都在不停的运动中，一滴红墨水滴入清水中，清水很快变红，这是溶质分子在水中扩散的结果，扩散是普遍存在的。 当装有蔗糖溶液的漏斗倒置于装有清水的烧杯中时，烧杯中的水分子能否进入漏斗中？ 由于水分子较小，可以穿过半透膜自由扩散，烧杯中的水分子能否进入漏斗中。 那么漏斗中的蔗糖分子和水分子是否会进入烧杯呢？ 蔗糖分子由于半透膜的阻隔，显然没办法进入烧杯中，但是水分子是可以进入烧杯中。 问题探讨 不会。当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生静水压，加快漏斗中水分子向烧杯流动的速度，当水柱静水压与半透膜两侧渗透压使水分子渗透达到平衡，液面将不再上升。 讨论5：如果漏斗管足够长，管内的液面无限升高吗？ 此时半透膜两侧浓度相等吗？ 不相等。正是半透膜两侧浓度不同，即存在浓度差，才能产生渗透压与水柱产生的静水压共同作用，从而导致水分子渗透平衡。 9 1.1 水进出动物细胞原理 水分子通过细胞膜进出动物细胞是通过渗透作用吗？（提出问题） 以哺乳动物红细胞为例进行探究，怎样设计实验？ 10 探究·实践 做出假设： 实验原理： 实验材料： 哺乳动物红细胞 哺乳动物红细胞 水分子通过细胞膜进出哺乳动物红细胞原理是渗透作用。 渗透作用（水分子通过半透膜的扩散） 11 探究·实践 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 实验方法步骤 0.09%NaCl溶液 （低渗溶液） 9%NaCl溶液 （高渗溶液） 0.9%NaCl溶液 （等渗溶液） 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩 细胞形态不变 等于 大于 小于 哺乳动物红细胞 不能；细胞膜相当于半透膜，是选择性透过性膜。 红细胞内部血红蛋白相当于蔗糖分子， 细胞质浓度为 0.9%。 实验结论：水进出动物细胞原理是通过渗透作用 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？ 选择透过性膜：指具有活性的生物膜。对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性，如细胞膜。 选择透过性膜一定是半透膜，半透膜不一定是选择透过性膜。 提示：因为生理盐水的浓度（0.9%NaCl溶液）与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。 1.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ 提示：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。 2.红细胞吸水或失水取决于什么条件？ 提示：取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。 3.想一想临床上输液为什么要用生理盐水。 在卡文迪许实验室，经过漫长而复杂的过程发现了dna双螺旋结构。 14 1.2 水进出植物细胞原理 水分子进出植物细胞也是通过渗透作用吗？（提出问题） 植物细胞什么结构相当于半透膜？ 实验如何设计？ 如果将装置中的漏斗换成植物细胞将如何？和动物细胞一样也会吸水或失水吗？ 15 探究·实践 做出假设：水分子进出植物细胞原理是渗透作用。 实验原理：渗透作用（水分子通过半透膜的扩散） 实验材料： 植物细胞 成熟的植物细胞模式图 液泡膜 细胞膜 细胞壁 细胞质 内有细胞液 原生质层 16 探究·实践 渗透条件1：原生质层相当于半透膜，是选择性透过性膜。 渗透条件2：液泡内的细胞液含有糖类、色素和蛋白质等相当于蔗糖分子，形成一定浓度的溶液。 成熟的植物细胞模式图 液泡膜 细胞膜 细胞质 原生质层 探究·实践 实验设计思路及预期结果 外界溶液浓度<细胞液浓度 外界溶液浓度>细胞液浓度 细胞吸水，中央液泡体积变大，细胞坚挺 细胞失水，中央液泡体积变小，质壁分离 质壁分离： 细胞失水过程中，由于原生质层伸缩性比细胞壁大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开的现象。 探究·实践 材料用具 实验材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮 实验仪器：刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜等。 实验试剂：质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液、清水 探究植物细胞吸水和失水 19 探究·实践 实验方法步骤 制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片 低倍显微镜观察 紫色的中央大液泡 原生质层紧贴细胞壁 0.3 g/mL 蔗糖 吸水纸吸引（重复几次） 21 探究·实践 实验方法步骤 清水 吸水纸吸引（重复几次） 低倍显微镜观察 中央液泡逐渐变小，紫色逐渐加深 原生质层与细胞壁逐渐分离 质壁分离 低倍显微镜观察 中央液泡逐渐变大，紫色逐渐变浅 原生质层与细胞壁逐渐紧贴 质壁分离复原 22 实验现象 液泡大小 液泡颜色 原生质层的位置 细胞大小 0.3 g/ml 蔗糖溶液 清水 变小 逐渐恢复原来大小 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 变深 重新变浅 质壁分离 在卡文迪许实验室，经过漫长而复杂的过程发现了dna双螺旋结构。 23 注意事项： 实验材料的选择 三次都使用低倍镜观察 探究·实践 (1)所选材料应选择带有颜色的细胞 (2)观察的是同一区域细胞，因为实验遵循自身前后对照 实验结论：水进出植物细胞原理是通过渗透作用 原生质层相当于半透膜 1.（1）质壁分离复原的“质”与“壁”分别指什么？ 提示:“质”指原生质层，“壁”指细胞壁。 （2）要观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？ 提示：有细胞壁（植物细胞）； 有中央大液泡（颜色为深色）； 活细胞（原生质层相当于半透膜） 思考：根尖分生区等处在发育过程的植物细胞以及动物细胞能否发生质壁分离？ 成熟的植物细胞 （3）如果没有细胞壁，实验结果会有什么不同？ 提示：不会发生质壁分离现象，只发生渗透作用，像动物细胞一样的吸水涨破或失水皱缩。 小组讨论，问题探究 质壁分离条件 在卡文迪许实验室，经过漫长而复杂的过程发现了dna双螺旋结构。 25 2.植物细胞发生质壁分离的内因和外因是什么？ （教材65页文字，重点！） 提示：内因：原生质层比细胞壁的伸缩性大。 外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度； 小组讨论，问题探究 3.实验中共涉及三次低倍显微镜观察，这三次观察的目的是什么？ 提示：观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便将处理前与处理后的细胞状态形成对照。（前后自身对照） 在卡文迪许实验室，经过漫长而复杂的过程发现了dna双螺旋结构。 26 4.如果滴加的是0.5 g/ml的蔗糖溶液，实验结果有什么不同？ 滴加一定浓度的KNO3溶液呢？ 提示： 0.5 g/ml的蔗糖溶液中细胞失水过度，失去活性，质壁分离后不能发生质壁分离复原。 在一定浓度的KNO3溶液中，刚开始外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；一段时间后，细胞会主动吸收K+、NO3- ，细胞液浓度逐渐增大，细胞开始吸水，发生质壁分离自动复原现象。 能进入细胞的其他溶液也会出现质壁分离及自动复原现象。 小组讨论，问题探究 在卡文迪许实验室，经过漫长而复杂的过程发现了dna双螺旋结构。 27 （1）判断细胞的死活、观察植物细胞的细胞膜； （2）测定细胞液浓度范围；比较不同植物细胞的细胞液浓度；鉴别不同种类的溶液; 成熟植物细胞+不同种类溶液→质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液（如蔗糖溶液）； 质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液 （3）农业生产中的水肥管理； （4）生活中杀菌、防腐、腌制食品； 5.质壁分离及其复原实验的应用 （1）对农作物合理灌溉，既满足作物对水分的需要，同时也降低土壤溶液浓度，促进对水分的吸收。 （2）盐碱地中植物因缺水不容易存活；一次施肥过多，会造成烧苗。 （3）糖渍、盐渍食品不变质的原因。----食品外面形成很高浓度的溶液，使微生物失水过多而死亡，不能在上面生存。 与生活中的联系 烧苗是因为施肥浓度太高，使得植物根系无法从土壤中吸收水分，所以它的表现类似于生活在旱地里的植物，即： 1.生长停止，或明显减慢； 2.叶片发黄，质地变软，边缘卷曲，叶片尖端逐渐枯黄； 3.茎发黄，节间缩短。 只做了解 小结：像水分子这样，物质以扩散的方式进出细胞，不消耗细胞内化学反应释放的能量，这种跨膜运输方式称为被动运输。 31 2 自由扩散和协助扩散 32 2.1 自由扩散 解决以下问题，展示学习成果： 什么是自由扩散？ 举例说明以自由扩散方式进出细胞的物质。 33 2.1 自由扩散 自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞，也叫简单扩散。 自由扩散 浓度梯度 是否需要转运蛋白 是否消耗能量 举例 影响因素 高浓度——低浓度 × × (1)水、O2、CO2、气体等小分子； (2)甘油、脂肪酸、乙醇、苯、 性激素等脂溶性小分子物质 34 2.2 协助扩散 人工脂双层膜对不同分子的通透性 葡萄糖小分子有机物以及离子等物质以什么方式进出细胞呢？ 亲水“头部” 疏水“尾部” 35 2.2 协助扩散 资料1：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。 对比人工合成脂双层和生物膜对这些物质的通透性发现，人工合成膜对水分子的通透性却小于与生物膜对水分子的通透性，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。 水分子以自由扩散还是协助扩散方式进出细胞呢？ 36 资料2: 1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出新的膜蛋白，疏水性跨膜蛋白，命名为“AQP1”。他将含有AQP1蛋白和不含有此蛋白的细胞进行了对比实验，放在同一水溶液中，发现有AQP1蛋白的细胞体积变大。后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白的存在。 2.2 协助扩散 含AQP1蛋白 不含AQP1蛋白 37 资料3: 为了进一步验证，科研人员将AQP1导入脂质体中进行重组脂质体实验，结果发现，重组脂质体对水的转运活性比普通脂质体高出了10倍。 目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。 2.2 协助扩散 38 资料4: 正常成年人每天产生的原尿约为180 L，最终只有约1.5 L的尿液排出。其他的水去哪了？ 被肾小管细胞吸收进入血液了。该过程需要水分子大量、快速通过细胞膜进入肾脏细胞，自由扩散的运输速率远不能满足生命活动的需要，而协助扩散能提高水的转运速率。 2.2 协助扩散 尿的形成过程示意图 39 2.3 转运蛋白 转运蛋白分为哪几类？ 分别有什么特点？ 40 2.2 协助扩散 离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜。镶嵌在膜上的一些特殊蛋白质，能够协助这些物质顺浓度梯度跨膜运输，这些膜蛋白称为转运蛋白。 41 2.3 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： 只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道结合。 42 水分子 水通道蛋白 2.2 协助扩散 水分子很小，不带电荷但具有极性，尽管能够以自由扩散过膜，但是更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。 43 2.2 协助扩散 协助扩散：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜，需要借助膜上的转运蛋白进出细胞扩散，也叫易化扩散。 自由扩散 协助扩散 浓度梯度 高浓度——低浓度 是否需要转运蛋白 × 是否消耗能量 × 举例 (1)水、O2、CO2、气体等小分子； (2)甘油、脂肪酸、乙醇、苯、 性激素等脂溶性小分子物质 影响因素 高浓度——低浓度 √ × 葡萄糖进入红细胞； 水以水通道蛋白进出细胞 44 2.4 自由扩散与协助扩散曲线图 判断：哪条曲线是自由扩散/协助扩散？请说出判断依据。 ② 运输速率 膜两侧的浓度差 运输速率 膜两侧的浓度差 ① 通过载体蛋白的协助扩散具饱和性 45 2.4 自由扩散与协助扩散曲线图 尝试总结影响自由扩散、协助扩散的因素。 ② 运输速率 膜两侧的浓度差 运输速率 膜两侧的浓度差 ① 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 转运蛋白的种类和数量 46 3 课堂小结 47 3. 课堂小结 被动运输 自由扩散 协助扩散 磷脂双分子层 载体蛋白 转运蛋白 通道蛋白 水通道蛋白 水分子进出细胞 属于 包括 穿过 借助 包括 如 4 练习与应用 49 . 1.物质跨膜运输的方式与物质的特点和细胞膜的结构有关。判断下列有关物质跨膜运输的表述是否正确。 （1）细胞膜和液泡膜都相当于半透膜。（ ） （2）水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的。（ ） （3）载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机制是一样的。 （ ） 4.1 概念检测 √ × × 50 . 2. 基于对植物细胞质壁分离原理的理解判断，下列各项无法通过质壁分离实验证明的是 （ ） A.成熟植物细胞的死活 B.原生质层比细胞壁的伸缩性大 C.成熟的植物细胞能进行渗透吸水 D.水分子可以通过通道蛋白进入细胞 D 4.1 概念检测 51 . 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 B 4.1 概念检测 52 . 4.2 拓展应用 1. 细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。 可以配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液,将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液溶质浓度应介于这两个浓度之间。 53 . 4.2 拓展应用 2.温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。 假设：温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率。 设计实验：可以借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置置于不同温度的环境中，通过比较不同温度下漏斗管液面上升速度的快慢，判定温度是否影响水分子的扩散速度，实验中要注意排除各种无关变量的干扰，如置于不同温度中的漏斗内的蔗糖溶液的量和浓度必须相等，以确保实验的准确性。 54 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $