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

你吃比较咸的食物时，例如连续嗑瓜子时你的口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？ 腌酸菜放置一段时间后，会出现很多“汁”，“汁”中的水是哪来的？ 与生活的联系 以上两个实例都与水进出细胞有关，那么水是如何进出细胞的呢？ 4.1被动运输 一、渗透作用 生活中我们会发现： ①一杯水中滴入几滴红墨水，一段时间后整杯水都会变成红色 ②炒菜时的香味可以飘到别的地方 扩散作用：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象，自由运动直到均匀分布的现象(气体、溶质和溶剂分子等） 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，会出现如图所示现象。 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： 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：玻璃纸、鸡蛋的壳膜等。 不具有选择透过性 1.漏斗管内的液面为什么会升高？ 动画演示 动画演示 蔗糖分子 水分子 半透膜 烧杯中水的相对含量 蔗糖溶液中 水的相对含量 烧杯中的水分子进入漏斗内导致的。 单位时间从清水流入蔗糖溶液中的水分子数 单位时间从蔗糖溶液流入清水中的水分子数 一、渗透作用 2.如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 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。 F1= F2 渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力，溶质微粒越多对于水的吸引力越大。与溶液的物质的量浓度有关，与微粒的大小与种类无关 蔗糖溶液 清水 蔗糖溶液对清水的渗透压（F1) 水柱产生的静水压（F2) 3.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ 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，水分子和蔗糖分子都能通过。 条件一 ：具有半透膜 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？ 条件二：膜两侧溶液具有浓度差 漏斗中的液面将保持不变。 一、渗透作用 1.概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散 2.发生的条件 ②膜两侧溶液具有浓度差 ①具有半透膜 注意：指物质的量浓度，不是质量浓度，实质上指渗透压。 3.水分子渗透方向(双向) 水相对含量高 低浓度溶液 渗透压低 水相对含量低 高浓度溶液 渗透压高 ②溶质角度分析： 低浓度溶液→高浓度溶液 ①水分子角度分析： 相对含量高→相对含量低含量 （渗透压低） （渗透压高） 一、渗透作用 4.渗透平衡 溶液S1 溶液S2 ①液面高度不发生变化，水分子双向运动速率相等， 即动态平衡 ②渗透平衡时： △h的液体重力=漏斗中溶质的吸水力(渗透压) 平衡前：S2＞S1 S表示溶液浓度 渗透过程： 平衡后： S2↓ S1↑ S2＞S1 注意：浓度差越大，高度差就越大，渗透速率越快。只要存在高度差，则存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度更大。 渗透平衡≠浓度相等 a.半透膜两侧的水分子进行双向运动,液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。 b.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。 1.某科研小组设计如图所示的渗透装置,其中蔗糖不能透过半透膜,漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液,液面不动(渗透平衡)时液面差为Δh。下列说法正确的是(　　) A.渗透平衡后S1和S2浓度的大小关系为S1=S2 B.渗透平衡后无水分子通过半透膜 C.漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快 D.向漏斗内加适量清水Δh将变小 D 「典型例题」 一、渗透作用 2.将水和一定浓度的淀粉溶液置于如图所示渗透装置。下列说法正确的是(　　) A.淀粉分子可以从乙侧扩散到甲侧 B.水分子只能从甲侧进入乙侧 C.甲侧液面下降,乙侧液面上升 D.液面静止时,甲、乙两侧的浓度相等 C 「典型例题」 一、渗透作用 3.有一只U形试管，底部有一半透膜将两侧溶液隔开。U形管a侧装有麦芽糖溶液，b侧装有葡萄糖溶液。请分析： 麦芽糖 葡萄糖 (1)若a侧为0.6mol/L麦芽糖溶液，b侧为0.3mol/L葡萄糖溶液，且水能通过，麦芽糖和葡萄糖不能通过半透膜，液面高度会如何变化？ a侧液面上升 (2)若a侧为质量分数10%麦芽糖溶液，b侧为质量分数10%葡萄糖溶液，且水能通过，麦芽糖和葡萄糖不能通过半透膜，液面高度会如何变化？ b侧液面上升 (3)若a侧为质量分数10%麦芽糖溶液，b侧为质量分数10%葡萄糖溶液，且水和葡萄糖能通过，麦芽糖不能通过，液面高度会如何变化？ b侧液面先上升后下降，a侧上升，最终a侧高于b侧 加麦芽糖酶 二、水进出细胞的原理 1.水进出动物细胞 细胞吸水膨胀 外界溶液浓度_______细胞质浓度 细胞___________ 外界溶液浓度 _______细胞质浓度 外界溶液浓度 大于细胞质浓度 细胞保持正常状态 小于 失水皱缩 等于 思考·讨论 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？ 不能。蔗糖。 2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？ 是。 3.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，浓度差很大时会涨破，浓度差较小时不会涨破。 4.红细胞吸水或失水取决于什么条件？ 5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水。 浓度差。浓度差越大，吸水或失水越多。 生理盐水的浓度与血浆一致，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。 外界溶液 细胞膜 半透膜 蔗糖溶液 细胞质基质 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动物细胞膜相当于一层半透膜 1.水进出动物细胞 水分进出植物细胞也是通过渗透作用吗？水是如何进出植物细胞的？ 二、水进出细胞的原理 2.水进出植物细胞 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。 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。 二、水进出细胞的原理 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 青菜泡水坚挺 白菜剁碎加盐出水 “烧苗”现象 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 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？ 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 1.如果假设是正确的 当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会 ，液泡体积就会 ；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会 ，液泡体积就会 。所以可以通过液泡的大小变化反映水分进出细胞。 失水 缩小 吸水 增大 提供蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，提供清水使细胞外溶液浓度降低。 利用显微镜观察临时装片。 2.如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？ 3.如何看到细胞，需要借助于什么材料和器具？ 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 1.材料用具 紫色的洋葱鳞片叶。 （具有中央大液泡，液泡有颜色) 刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片， 吸水纸，显微镜。 质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液，清水 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 2.实验步骤 紫色 蔗糖溶液 逐渐变小 加深 逐渐 分离 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 2.实验步骤 逐渐变大 变浅 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 0.3g/mL的蔗糖溶液 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 清水 质壁分离 质壁分离复原 外界溶液 中央液泡 原生质层的位置 细胞大小 蔗糖溶液 清水 逐渐变小，颜色变深 逐渐变大，颜色变浅 逐渐恢复原来位置 基本不变 逐渐脱离细胞壁 基本不变 思考：细胞的吸水能力发生了怎样的变化？ 细胞液浓度越高，吸水能力越强 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 本实验一共在显微镜下观察几次？第一次观察可不可以省略？本实验中是否存在对照组 三次观察，缺一不可，教材中唯一一个只在低倍镜下观察的实验 本实验存在两组自身对照(对照组和实验组在同一装片中先后进行) 滴加蔗糖溶液 滴加清水 质壁分离 质壁分离复原 第一次对照 第二次对照 对照组 实验组 对照组 实验组 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 植物细胞的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。 实验结论： 细胞不断失水，原生质层与细胞壁分离开来 细胞吸水，与细胞壁分离的原生质层慢慢恢复原来的状态 当细胞液浓度 < 外界溶液浓度 当细胞液浓度 > 外界溶液浓度 质壁分离 质壁分离复原 ②浓度差——细胞液与外界溶液存在浓度差 ①半透膜——原生质层 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 1.实验中的质壁分离，“质”和“壁”分别指的是什么？ 2.质壁分离的内因和外因： 外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度 内因： 原生质层伸缩性大，具有选择透过性 细胞壁伸缩性小，具有全透性 3.能发生质壁分离现象的条件？ ①植物细胞是活细胞 ②有大的液泡（最好有颜色） ③细胞液与外界溶液必须有浓度差 “质”指原生质层，“壁”指细胞壁 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验结论 实验现象 表达交流 进一步探究 观察现象 发生质壁分离，但不能质壁分离复原。 （因为细胞已经严重失水而死亡了) 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。 如果将0.3g/ml的蔗糖溶液换成0.5 g/ml的蔗糖溶液，实验结果如何？ 将0.3g/ml的蔗糖溶液换成适宜浓度的甘油\乙二醇溶液\尿素溶液\KNO3溶液，实验结果会有什么不同？？ 1.质壁分离及复原现象发生的条件 (1)从细胞角度分析。 ①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞),不发生质壁分离及复原现象。 ②具有中央大液泡的成熟植物细胞,可发生质壁分离及复原现象。 (2)从溶液角度分析。 ①在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜，如蔗糖)中只发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理,方可复原)。 「核心归纳」 ②在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原,如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。 ③在高浓度溶液中质壁分离现象明显,但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原,因为溶液浓度过高,细胞会因过度失水而死亡。 ④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,不适于作质壁分离实验的溶液。 「核心归纳」 「核心归纳」 2.植物细胞质壁分离及其复原实验原理的应用 (1)判断成熟植物细胞的死活。 (2)测定细胞液浓度范围。 「核心归纳」 2.植物细胞质壁分离及其复原实验原理的应用 (3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度。 三、被动运输 (1)概念：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。 (3)类型：被动运输分为自由扩散和协助扩散两类。 (2)特点：不消耗能量，从高浓度向低浓度顺浓度梯度运输 1.自由扩散 (1)概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫做自由扩散，也叫简单扩散。 (2)特点： 不需要转运蛋白 不消耗能量 顺浓度梯度(高浓度→低浓度) (3)实例： ①气体分子，如O2、CO2、N2等 ②少部分水、尿素等小分子 ③脂溶性物质，如乙醇、甘油、苯、脂肪酸、固醇等 四、自由扩散和协助扩散 (4)影响因素 ①浓度差（膜两侧的浓度差越大，扩散速率越快） ②温度（影响分子的运动速度和细胞膜的流动性） 浓度差 扩散速率 转运蛋白/能量 扩散速率 O2（能量） 扩散速率 1.自由扩散 四、自由扩散和协助扩散 思考1：甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？ 【答案】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。 思考2：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能 自由地通过细胞膜的物质以什么方式进出细胞？ 四、自由扩散和协助扩散 2.协助扩散 (1)概念：物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。 (2)特点： 需要转运蛋白 不消耗能量 顺浓度梯度(高浓度→低浓度) (3)实例： ①大部分水 ②葡萄糖进入红细胞 ③神经细胞静息状态下K+外流和兴奋时Na+内流 四、自由扩散和协助扩散 (4)影响因素 ①浓度差 ③温度 ②转运蛋白的数量（当转运蛋白达到饱和时物质浓度再增加,物质运输速率也不再增加。） 浓度差 扩散速率 P P点之后的速率受转运蛋白数量限制 转运蛋白的数量 扩散速率 P P点之后的速率受膜内外浓度差限制 O2（能量） 扩散速率 拐点前：看横坐标 拐点后：除横坐标外其他影响因素 四、自由扩散和协助扩散 3.转运蛋白的类型 转运蛋白：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。 (1)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。 (2)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。 (包括主动运输、协助扩散) (只参与协助扩散) 四、自由扩散和协助扩散 (3)比较载体蛋白和通道蛋白的异同 名称 载体蛋白 通道蛋白 所转运的物质     是否与被转运物质结合 转运物质时自身构象是否改变 运输方式 实例 与自身结合部位相适应的分子或离子 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 结合 不结合 改变 不一定 协助扩散/主动运输 协助扩散 葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞 水通道蛋白 钾离子、钠离子通道蛋白 四、自由扩散和协助扩散 过去人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的，但后来的研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。 四、自由扩散和协助扩散 42 练习与应用 一、概念检测 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。 （ ） 【解析】水分子进入细胞的方式是自由扩散或协助扩散。 （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（ ） 【解析】载体蛋白在转运分子和离子时与分子或离子结合，并且自身构象发生改变;通道蛋白不与所转运的分子或离子结合。 √ × × 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 练习与应用 一、概念检测 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 练习与应用 一、概念检测 45 二、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。 【提示】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。 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。 【答案】假设：温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率。 设计实验提示：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。 练习与应用 47 Lavf58.28.100 $