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

细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢?不同的物质跨膜运输的方式一样吗?这与细胞膜的结构有什么关系呢? 第四章 细胞的物质输入和输出 学习目标 感悟正常的物质进出对细胞代谢的重要意义，认同生物体的结构和功能相适应的特点。 生命观念 分析比较不同细胞在不同浓度溶液中吸水、失水的情况。 科学思维 通过对“探究植物细胞的吸水和失水”实验的设计和操作，进一步掌握探究类实验的设计思路，提升实验操作能力。 科学探究 动物细胞离奇死亡案件 重点突破一 渗透作用 清水 半透膜 蔗糖溶液 【重点突破一】渗透作用 渗透装置 【重点突破一】渗透作用 1.扩散 分子从相对含量多的地方向相对含量少的地方自由运动，直到均匀分布的现象。 区域A 区域B 区域A 区域B 思考1 漏斗管内的液面为什么会升高？ 【重点突破一】渗透作用 蔗糖分子 半透膜 水分子 单位时间内，通过半透膜进入漏斗管内的水分子数比从漏斗管内出来的水分子数多。 思考2 漏斗内液面上升到一定高度后不再升高，此时水分子移动处于什么状态？ 单位时间内，通过半透膜进入漏斗管内的水分子数等于从漏斗管内出来的水分子数，达到了平衡状态。 【重点突破一】渗透作用 思考3 如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 不会。漏斗管内水柱不断升高，水柱产生的重力也会加快水分子从漏斗管内出来；随着水分子更多地进入漏斗管内，漏斗管内外浓度差不断变小，单位时间内进入漏斗管内的水分子不断减少。最终，当单位时间内，通过半透膜进入漏斗管内的水分子数等于从漏斗管内出来的水分子数，即进出漏斗管的水分子速率相等时，水柱将不再上升，达到平衡状态。 思考4 液面高度不再升高时，此时漏斗管内外液体的浓度相等吗？ 【重点突破一】渗透作用 蔗糖分子 半透膜 水分子 不相等，此时漏斗管中液体浓度仍然高于烧杯中液体浓度。 【重点突破一】渗透作用 2.渗透作用 概念 水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。 结果 通过半透膜的溶剂分子进出速率相等，达到动态平衡。 方向 水分子相对含量高的一侧→水分子相对含量低的一侧 低浓度溶液 → 高浓度溶液 渗透压低 → 渗透压高 顺相对含量梯度 【重点突破一】渗透作用 思考5 如果用一层纱布（全透性）代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？ 不会，纱布孔隙大，水分子和蔗糖分子都可以自由通过。 思考6 如果烧杯中不是清水，而是等浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ 半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内进入漏斗管的水分子数等于从漏斗中出来的水分子数。 发生渗透的条件？ 条件1 具有半透膜 条件2 膜两侧具有浓度差 【重点突破一】渗透作用 2.渗透作用 条件 ①具有半透膜②膜两侧具有浓度差。 渗透系统 由两个具有浓度差的溶液体系以及中间的半透膜组成。 指物质的量浓度(mol/L) 【思考】水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的原理吗？细胞膜是否相当于一层半透膜呢？如果将烧杯中的漏斗管换成动物细胞，能否构成一个渗透系统？ 外界溶液 细胞质基质 蔗糖溶液 细胞膜 半透膜 相当于 相当于 浓度差 动物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统 ② 细胞内溶液与外界溶液存在浓度差 ① 细胞膜相当于一层半透膜 重点突破二 水进出细胞的原理 【重点突破二】水进出细胞的原理 1.动物细胞的吸水与失水 0.9%NaCl溶液 (等渗溶液) 5%NaCl溶液 (高渗溶液) 0.2%NaCl溶液 (低渗溶液) 外界溶液浓度 = 细胞质的浓度 细胞 保持原状 外界溶液浓度 ＞ 细胞质的浓度 细胞 失水皱缩 外界溶液浓度 ＜ 细胞质的浓度 细胞 吸水膨胀 【重点突破二】水进出细胞的原理 思考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？ 红细胞中部分有机物(如甘油)能通过细胞膜，部分(如血红蛋白)不能。 它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。 蔗糖分子 半透膜 水分子 思考2 红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？ 是，细胞膜允许一些物质通过，不允许另外一些物质通过。且细胞膜具有生命活性，物质通过细胞膜的方式不只是简单的扩散。 【重点突破二】水进出细胞的原理 思考3 水进出其他动物细胞的情况与红细胞相同吗？动物细胞吸水与失水的原理是什么？ 相同，都是渗透作用。 思考4 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？ 不一定。红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，若外界溶液浓度与细胞内液浓度相差不大，细胞吸水后可能会与外界溶液达到平衡，此时细胞将不再吸水。 思考5 动物细胞吸水与失水的多少取决于什么条件？ 取决于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。 【重点突破二】水进出细胞的原理 思考6 对病人注射药物时，需将药物溶解在生理盐水(质量分数为0.9%的NaCl溶液)里进行注射，其目的是什么？ 生理盐水浓度与血浆基本一致，使细胞可以维持正常的形态和功能，不会因为过度吸水或失水而出现异常。 动物细胞离奇死亡案件 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 细胞质 液泡膜 细胞膜 细胞壁 特性：全透性 作用：保护和支持细胞 特点：伸缩性较小 选择透过性 选择透过性 原生质层 细胞液 成熟的植物细胞中液泡占据大部分空间，细胞质被挤成一薄层 植物细胞内主要的液体环境 半透膜 与外界溶液形成浓度差 渗透系统 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 将有些萎蔫的菜叶浸泡在清水中，不久，菜叶就会变的硬挺。 萎蔫的菜叶 草莓肥害导致的烧苗 对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。 观察现象，提出问题 植物细胞也像动物细胞一样，会发生吸水或失水现象。水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？ 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 作出假设 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。 实验设计 设计方案 将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察液泡、原生质层及细胞大小的变化；再浸润在清水中，观察变化。 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。 外表皮细胞 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 方法步骤 1 制备洋葱鳞片叶外表皮临时装片 第1次低倍镜观察 2 在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸引流，重复多次。 3 第2次低倍镜观察 4 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 方法步骤 在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸引流，重复多次。 5 第2次低倍镜观察 4 第3次低倍镜观察 6 正常状态 0.3g/mL的蔗糖溶液 分析结果 7 清水 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 方法步骤 正常状态 0.3g/mL的蔗糖溶液 分析结果 7 清水 试剂 液泡大小及颜色 原生质层的位置 细胞大小 0.3g/ml蔗糖溶液 清水 变小、变深 变大、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 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 得出结论 (1) 植物细胞的原生质层相当于一层半透膜； (2) 植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。 细胞失水，原生质层与细胞壁分离开来 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，原生质层恢复原来状态 质壁分离 质壁分离复原 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 交流探究 思考1 如果在观察中发现有一个细胞并未出现任何变化，是什么原因？ 该细胞已死亡。 思考2 假如细胞壁相当于一层半透膜或没有细胞壁，结果会有什么不同？ 细胞仍然可以吸水或失水，但不会出现质壁分离现象。 思考3 植物细胞会因为吸水过多而涨破吗？ 不会，植物细胞的细胞壁是全透性，有支持保护的作用。 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 交流探究 思考4 处于质壁分离状态时，介于细胞壁和原生质层之间的溶液是什么？ 外界溶液。 思考5 质壁分离出现的原因是什么？ 内因：①原生质层相当于一层半透膜②原生质层比细胞壁的伸缩性大 外因：细胞液浓度小于外界溶液浓度 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 交流探究 思考6 什么样的细胞可以发生质壁分离？ 有活性的成熟的植物细胞（有细胞壁、大液泡）。 思考7 什么样的细胞适合用于观察质壁分离现象？ ①液泡有颜色的细胞，如洋葱鳞片叶外表皮细胞有紫色大液泡； ②细胞质有颜色的细胞，如叶肉细胞细胞质有叶绿体。 【重点突破二】水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水与失水 交流探究 思考8 使用0.5g/ml或浓度更高的蔗糖溶液，会出现什么结果？ 质壁分离现象发生得会更快，甚至可能因失水过多死亡，再加清水不会再复原。 思考9 如果蔗糖溶液换成其他溶液对实验结果有什么影响？ 盐酸、醋酸、酒精等溶液：会杀死细胞。 甘油、葡萄糖、尿素、KNO3、NaCl、乙二醇等溶液：出现质壁分离后，会自动复原。(原因：细胞失水的同时也吸收溶质，使得细胞液浓度增大，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞开始吸水引起质壁分离复原。) 重点突破三 被动运输 【重点突破三】被动运输 1.概念 物质通过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。 2.分类 分为自由扩散和协助扩散两类。 细胞外 细胞内 自由扩散 协助扩散 协助扩散 【重点突破三】被动运输 （1）自由扩散 概念 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，也叫简单扩散。 特点 ① 顺浓度梯度运输 ② 不需要转运蛋白协助 ③ 不需要消耗能量 实例 ①O2、CO2等气体 ②水、尿素等小分子物质 ③甘油、乙醇、苯等脂溶性有机物 相对含量高 相对含量低 【重点突破三】被动运输 思考 甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？ 因为甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层出入细胞。 【重点突破三】被动运输 （1）自由扩散 影响因素 浓度差、温度 扩散速度 浓度差 扩散速度 转运蛋白 扩散速度 能量 【重点突破三】被动运输 左图为人工合成的无蛋白质的脂双层膜对不同分子的通透性。 资料1：氨基酸、葡萄糖等物质以及Na+等离子不能通过无蛋白质的脂双层，但细胞却可以吸收这些物质。 资料2：研究发现水分子以扩散作用穿过脂双层的速率非常缓慢，但水分子进出细胞的速率却要快很多。 氧气、二氧化 碳、氮气、苯 水、甘油、乙醇 氨基酸、葡萄糖、核苷酸 H+、Na+、K+、Ca2+、Cl-、Mg2+、HCO3-、 细胞膜上有一些特殊的蛋白质，能够协助一些物质进行跨膜运输，称为 转运蛋白。 【重点突破三】被动运输 转运蛋白 分类 转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。 载体蛋白 通道蛋白 特点 ①专一性：一种转运蛋白只能运输一种或某几种特定物质； ②细胞膜上转运蛋白的数量有限。 【重点突破三】被动运输 转运蛋白 载体蛋白 通道蛋白 ①只容许与通道直径和形状匹配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过 ②不需要与分子或离子结合，运输过程中不会发生自身构象的改变 载体蛋白 载体蛋白 通道蛋白 ①只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过 ②需要与分子或离子结合，每次转运时都会发生自身构象的改变 【重点突破三】被动运输 （2）协助扩散 概念 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散，也叫易化扩散。 特点 ① 顺浓度梯度运输 ② 需要转运蛋白协助 ③ 不需要消耗能量 实例 ①红细胞吸收葡萄糖 ②水通过水通道蛋白进出细胞（主要方式） 相对含量高 相对含量低 【重点突破三】被动运输 （2）协助扩散 影响因素 浓度差、转运蛋白种类和数量、温度 扩散速度 浓度差 扩散速度 能量 受转运蛋白数量的限制 【重点突破三】被动运输 3.自由扩散与协助扩散的比较 被动运输方式 自由扩散 协助扩散 运输方向 是否消耗能量 是否需要转运蛋白 举例 影响因素 高浓度  低浓度 （顺浓度梯度） 不消耗 不需要 需要 O2、CO2、水、尿素、甘油、乙醇、苯等 红细胞吸收葡萄糖、水分子通过水通道蛋白 浓度差、温度 浓度差、转运蛋白种类和数量、温度 本节课堂小结 本节课堂小结 课堂小结 Summary 细胞的物质输入和输出 细胞的吸水和失水 渗透作用 动物细胞 植物细胞 外界溶液浓度＜细胞液浓度 细胞吸水膨胀 外界溶液浓度＞细胞液浓度 细胞失水皱缩 外界溶液浓度＝细胞液浓度 细胞形态不变 方向：水相对含量高的一侧→水相对含量低的一侧 条件：①具有半透膜②膜两侧具有浓度差 质壁分离 质壁分离复原：细胞液浓度大于外界溶液浓度 内因：①原生质层相当于一层半透膜 ②原生质层比细胞壁的伸缩性大 外因：细胞液浓度小于外界溶液浓度 被动运输 自由扩散 协助扩散 特点：顺浓度梯度、不需要转运蛋白、不需要能量 举例：O2、CO2、水、尿素、甘油、乙醇、苯等、 影响因素：浓度差、温度 特点：顺浓度梯度、需要转运蛋白、不需要能量 举例：红细胞吸收葡萄糖、水分子通过水通道蛋白 影响因素：浓度差、转运蛋白的种类和数量、温度 练习与应用 练习与应用 判断题 【题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（ ） √ × × 练习与应用 选择题 【题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（ ） 【题3】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.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 B 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 练习与应用 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。 配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液，将表皮细胞分别置于上述溶液中，然后观察细胞质壁分离情况。细胞液浓度应介于未质壁分离的蔗糖溶液浓度和刚质壁分离的蔗糖溶液浓度之间。 练习与应用 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：将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来判定。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。 $