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

“出淤泥而不染，濯清涟而不妖。”这句词是对莲的赞美。 想一想：莲花生于淤泥中如何选择有用的物质吸收呢？ 新课导入 第四章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 生活中我们会观察到： 盐或糖腌制过的青菜皱皱巴巴，还会有水分渗出； 联系生活 吃比较咸的食物时，连续嗑带盐的瓜子时，口腔和唇黏膜有什么感觉？ 细胞失水＆细胞吸水 而用清水泡过的青菜却很硬挺这是为什么呢？ 小小侦探，一起破案 泳池命案 知识目录 01 渗透作用 02 水进出细胞的原理 03 被动运输 指某些物质可以通过，另一些物质不能通过的多孔性薄膜。物质能否通过取决于物质分子大小和半透膜孔径大小。常见半透膜还有蛋壳膜、鱼鳔、动物膀胱膜、肠衣和火棉胶膜等。 半透膜 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，静置观察。过一段时间，会观察到什么现象？ 问题探讨 现象： 漏斗内的液面升高 玻璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜，水分子可自由透过它，而蔗糖分子则不能。 问题探讨 讨论： 1.漏斗管内的液面为什么会升高？ 水分子可以通过半透膜，而蔗糖分子不能通过半透膜。 单位体积清水中水分子含量______蔗糖溶液中的水分子含量, 因此单位时间内由烧杯进入漏斗的水分子数______由漏斗进入烧杯的水分子数。 多于 大于 2.为什么当液面上升到一定程度时,液面不再上升? 烧杯与漏斗中液体具有浓度差,水分子有进入漏斗的趋势。 漏斗中液面升高时，液体产生的静水压随之变大，当该压力和漏斗中的吸水能力相等时液面不再上升，通过半透膜进出漏斗水分子数相等。 问题探讨 膜两侧溶液达平衡时，是指两侧水分子运动达到平衡，而两侧溶液浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。 讨论： 3.当液面不再上升时半透膜两侧的浓度相等吗? 4.如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不 会升高？为什么？ 5.如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶 液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？ 纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。 半透膜两侧溶液浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入漏斗水分子数量等于渗出水分子数量。 纱布 30%蔗糖溶液 一、渗透作用 1.概念 水分子(或其他溶剂分子)通过 的扩散。 半透膜 物质分子从相对含量高向相对含量低的地方转移，直到均匀分布的现象。 扩散作用： 一、渗透作用 2.发生的条件 膜两侧具有________ 具有________ 浓度差 半透膜 蔗糖溶液 清水 3.方向 物质的量浓度 （摩尔浓度mol/L） 浓度差越大，物质通过半透膜速率越大 渗透作用的实质： 水分子顺相对含量梯度跨膜运输。 溶液浓度： 渗透压： 溶液浓度高 渗透压高 含水量： 含水量低 半透膜 高 低 低 溶质角度 水分子自身角度 【渗透压】 指溶液中溶质微粒对水的吸引力。 大小取决于微粒个数，越多对水吸引力越大，即渗透压大。 归纳小结 1.水分子的运动规律 (1) 膜两侧水分子双向运动，液面变化由水分子双向运动差异所致。 (2) 液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出速度达平衡。 2.渗透平衡 ≠ 浓度相等 渗透平衡不可看作两侧溶液浓度绝对相等。 溶液浓度高的一侧液面高(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。 水的运动是双向、动态的 一、渗透作用 渗透装置的变式分析 S1溶液 S2溶液 半透膜 S1溶液 S2溶液 半透膜 一、渗透作用 半透膜只允许水分子通过 半透膜 右侧液面升高 2 mol/L 蔗糖溶液 2 mol/L 葡萄糖 溶液 半透膜 液面不变 1 2 g/mL 蔗糖溶液 10% 蔗糖溶液 10% 葡萄糖 溶液 2 g/mL 葡萄糖 溶液 提示：葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖 物质的量浓度 质量分数 一、渗透作用 半透膜允许溶质分子通过 2 若物质的量浓度S1>物质的量浓度S2 若物质的量浓度S1<物质的量浓度S2 S1 S2 半透膜 S1液面先升高 S1液面始终低于S2液面 S1中的溶质透过半透膜进入S2 S2液面升高，最终高于S1 S1溶质可通过半透膜 a、b、c是三个相邻的细胞，已知a细胞液浓度> b细胞液浓度> c细胞液浓度,如图所示，能正确表示水分在三者之间关系的是（ ） a c b a c b a c b a c b A B C D 考向突破 类比推理 细胞是个开放的生命系统，如果将装置中漏斗换成动物细胞还会不会吸水？ 水分子通过细胞膜进出细胞也是同样原理吗？ 细胞膜是否相当于一层半透膜？ 知识目录 01 渗透作用 02 水进出细胞的原理 03 被动运输 二、水进出细胞的原理 1.动物细胞的吸水和失水 实验材料 哺乳动物的红细胞 哺乳动物的红细胞呈两面凹的圆饼状，吸水膨胀和失水皱缩现象明显。 选材原因 1.哺乳动物成熟红细胞，没细胞核及细胞器，避免细胞核及各种具膜细胞器对细胞吸水、失水的影响； 2.哺乳动物的红细胞具有运输氧气的功能，其内部有大量的血红蛋白，颜色呈现红色，易于观察。 二、水进出细胞的原理 1.动物细胞的吸水和失水 将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化。 吸水膨胀 失水皱缩 形态不变 （低渗溶液） （高渗溶液） （等渗溶液） 外界溶液 细胞膜 半透膜 蔗糖溶液 细胞质 相当于 相当于 动物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统 ①细胞膜相当于一层 半透膜 浓度差 ②细胞内溶液与外界溶液存在 二、水进出细胞的原理 1.动物细胞的吸水和失水 水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理相同：渗透作用 1. 红细胞内血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”装置中的什么？ 血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜。 蔗糖 2. 红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？ “相当于” 不是“等于” 思考•讨论 水进出哺乳动物红细胞的原理 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 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。 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。 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。 生理盐水浓度与血浆浓度基本一致，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。 泳池命案 思考： 植物细胞没有胀破,植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？ 尸检报告： 动物细胞死亡原因： 外界溶液浓度小于细胞质浓度，导致细胞吸水胀破而亡。 真相 只有一个！ 萎蔫的菜叶浸泡在清水中，菜叶会变硬挺。 白菜剁碎做馅时，常要放一些盐，稍会儿可见有水分渗出。 对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。 这些现象都说明: 联系生活 植物细胞也像动物细胞一样，会发生吸水或失水现象， 吸水或失水同样与外界溶液的浓度有关。 与动物细胞类比，植物细胞与外界溶液形成渗透系统的基本条件有哪些？ 与动物细胞相类比，植物细胞在结构上有哪些差别？ 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？ 二、水进出细胞的原理 2.植物细胞的吸水和失水 (选择透过性) 原生质层 (选择透过性) ↓构成 渗透系统 半透膜 细胞内的 液体环境 （细胞液） 浓度差 外界溶液 存在 相当于 细胞液 细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡膜 (全透性) （伸缩性小） 成熟植物细胞模式图 原生质层由细胞膜和液泡膜之间的细胞质组成。 ①选择透过性 ②相当于半透膜 ③伸缩性大 特性 ★原生质层： 细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 注意：水分进出植物细胞主要是指水经过原生质层进出液泡，这一点与动物细胞有所区别。 【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 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是一层半透膜吗？ 原生质层具有选择透过性，相当于半透膜。 与外界溶液、成熟的植物细胞液构成一个渗透系统。 确定实验思路；设计实验步骤、预期实验结果。 设计实验时请思考和讨论以下问题： 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________；低于时，细胞就会________，液泡体积会________。所以可通过液泡体积的大小变化反映水分进出细胞的情况。 ②如何使细胞外溶液浓度提高或降低? ③如何看到细胞?需要用到什么材料和器具? ④对实验结果作出预测：细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化? 失水 缩小 吸水 增大 实验流程 【探究·实践】探究植物细胞的吸水和失水 材料用具 能用于本次实验的良好材料有________。 A.大蒜根尖分生区细胞；B.人的口腔上皮细胞； C.菠菜或黑藻叶肉细胞；D.蛙的红细胞 E.洋葱鳞片叶外表皮细胞；F.洋葱鳞片叶内表皮细胞 C E 如果细胞无色，可染色进行观察。 没有大液泡 有叶绿体 0.3g/mL的蔗糖溶液 清水 方法步骤 制作紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片 _____显微镜下观察 ①表皮细胞中有个_____的中央大液泡 ②原生质层_____细胞壁 ③细胞大小________ 低倍 紫色 紧贴 基本不变 0.3g/ml蔗糖溶液 吸水纸吸引 重复几次 _____显微镜下观察 ②原生质层与细胞壁逐渐_____ ③细胞大小__________ ①紫色的中央大液泡逐渐_____（紫色变深） 低倍 变小 分离 基本不变 滴放清水 吸水纸吸引 重复几次 _____显微镜下观察 ②原生质层逐渐_____细胞壁 ③细胞大小__________ ①紫色的中央大液泡逐渐_____（紫色变浅） 低倍 变大 贴近 基本不变 吸水能力的变化？ 增强 减弱 撕取洋葱鳞片叶时不宜过大，避免制作装片时出现重叠和气泡，撕取后要放入载玻片上的清水中 按照实验方案进行实验 进行实验 【探究·实践】探究植物细胞的吸水和失水 【探究·实践】探究植物细胞的吸水和失水 中央液泡大小 原生质层位置 细胞大小 蔗糖溶液 变小 脱离细胞壁 基本不变 清水 逐渐恢复原来大小 恢复原位 基本不变 蔗糖溶液 清水 现象：质壁分离 现象：质壁分离复原 实验结果 【探究·实践】探究植物细胞的吸水和失水 实验结论 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。 （1）当细胞液浓度 外界溶液浓度时，细胞失水，原生质层和细胞壁分离，发生 。 （2）发生质壁分离的细胞，当细胞液浓度 外界溶液浓度时，细胞吸水，发生 。 小于 质壁分离复原 大于 质壁分离 质壁分离中的“质”指的是原生质层,而不是细胞质；“壁”指的是细胞壁。 发生质壁分离后，细胞膜与细胞壁的间隙内充满了外界溶液（细胞壁具有全透性）。 本实验是自身对照，用显微镜观察三次，第二次（质壁分离状态）与第一次（正常植物细胞）对照，第三次（质壁分离复原）与第二次（质壁分离状态） 对照。 【易错提醒】 外因： 原生质层相当于一层半透膜 原生质层的伸缩性 > 细胞壁的伸缩性 外界溶液浓度 > 细胞液浓度 内因： 归纳总结 细胞的质壁分离与复原 1.发生质壁分离与复原的原因： （1）从细胞角度分析 （2）从溶液角度分析 ①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生。 ②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生。 ①在一定浓度、溶质不能穿膜的溶液中发生。 ②在一定浓度、溶质(如葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇)可穿膜的溶液中： 先发生质壁分离后自动复原。 ③在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但不会发生复原。 盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,不适于作为质壁分离实验的溶液。 可被细胞选择性地吸收，导致细胞液浓度增加直至大于外界溶液浓度 归纳总结 细胞的质壁分离与复原 2.判断细胞能否发生质壁分离及复原的规律： 归纳总结 细胞的质壁分离与复原 3.质壁分离及复原实验的应用： （1）判断细胞的死活 待测溶液+蔗糖溶液 发生质壁分离和复原 →活细胞 不发生质壁分离 →死细胞 镜检 将待测细胞置于一系列浓度梯度蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于刚好未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。 （2）测定细胞液浓度的范围 （3）比较不同植物细胞的细胞液浓度和未知浓度溶液的浓度大小 不同植物细胞 同一浓度蔗糖溶液 镜检 发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小 同种植物细胞 未知浓度的溶液 镜检 发生质壁分离所需时间越短，未知溶液浓度越大 （4）鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液） 归纳总结 比较原生质层、原生质体、原生质 原生层质 指成熟植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两膜之间细胞质组成，不包括细胞核和液泡内细胞液。仅存在于成熟植物细胞中。 原生质体 去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。一个动物细胞就是一个原生质体。 原生质 是细胞内生命物质的总称。不包括细胞壁，主要成分是糖类、蛋白质、核酸、脂质等。 课堂小结 渗透作用 低浓度向高浓度 方向 提出问题 条件 原生质层 细胞膜 植物 动物 验证 实验设计 实验过程 实验现象 实验结论 作出假设 探究植物细胞的吸水和失水 半透膜 半透膜两侧存在浓度差 成人每天生成的原尿量可达180 L，但排出的终尿量仅1～2 L，可见原尿经过肾小管和集合管时，绝大部分水分被重吸收回血液。再从成分比较，原尿含葡萄糖而终尿无，各种无机盐离子含量也相差很大。 肾小管上皮细胞是如何对原尿中的水进行重吸收的？ 体内渗透现象 知识目录 01 渗透作用 02 水进出细胞的原理 03 被动运输 三、被动运输 思考：水进出细胞是否有消耗能量？动力来源是什么？ 膜两侧水分子相对浓度差（渗透压差），水相对含量高→水含量相对低 所以说，水分子是顺浓度梯度跨膜运输 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。 被动运输分为自由扩散和协助扩散。 被动运输 三、被动运输 【资料】科研人员对同种物质在人工膜和生物膜中的透性做了比较： 可能存在特殊的水的跨膜运输方式 三、被动运输 1.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（简单扩散） 特点： ①顺浓度梯度运输 ②不需要转运蛋白 ③不需要消耗能量 细胞外 细胞内 (1)小分子物质 O2、CO2、N2、尿素 苯、甘油、乙醇、脂肪酸、固醇 实例：气体、水、脂溶性物质 (2)脂溶性物质 细胞膜内外物质的浓度差 影响因素： 三、被动运输 2.协助扩散 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散（易化扩散） 特点： ①顺浓度梯度运输 ②需要转运蛋白参与 ③不需要消耗能量 实例: 离子和一些小分子物质 水分子进出细胞（水通道蛋白）、葡萄糖进入红细胞（载体蛋白）、Na+、K+进、出神经细胞（离子通道蛋白） 细胞膜内外物质的浓度差 影响因素： 转运蛋白的数量 三、被动运输 3.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，这些蛋白质称为转运蛋白。 类型：分为 和 两种类型。 通道蛋白 载体蛋白 项目 通道蛋白 载体蛋白 转运特点 自身构像 是否与转运分子结合 实例 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 局部改变 改变 不结合 结合 葡萄糖进入红细胞 水通过水通道蛋白进出细胞 三、被动运输 3.转运蛋白 ①特异性 一种载体蛋白通常只适合与一种或性质相近的一类离子、分子结合。不同细胞膜上转运蛋白的种类和数量也不同。 ②饱和性 膜上的转运蛋白数量有限,当所有转运蛋白都已承担相应的运输任务时,物质运输速率不再随物质浓度的增大而增大 三、被动运输 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。 1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种新的膜蛋白，证实了水通道蛋白的存在。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。 水通道蛋白结构模式图 水的进出细胞的方式 三、被动运输 4.影响被动运输的因素 （1）膜内外 梯度的大小。 （2）某些物质的运输速率还与 的数量有关。 （3） 变化会影响物质运输速率。 物质浓度 转运蛋白 温度 温度 生物膜的流动性 酶活性 呼吸速率 影响 影响 影响物质运输速率 三、被动运输 4.影响被动运输的因素 曲线图 膜上转运蛋白数量有限 浓度差 运输速率 0 . P 运输速率 浓度差 0 自由扩散 协助扩散 运输速率 能量 0 自由扩散或协助扩散 呈正比 本节思维导图 细胞的物质输入和输出 细胞的吸水和失水 自由扩散 渗透作用的两个条件 动物细胞 特点：顺浓度梯度，不需要转运蛋白，不需要能量 植物细胞 1.半透膜。 2.浓度差。 外界溶液浓度＜细胞液浓度 细胞吸水 外界溶液浓度>细胞液浓度 细胞失水 外界溶液浓度=细胞液浓度 细胞形态不变 外界溶液浓度>细胞液浓度 质壁分离 外界溶液浓度＜细胞液浓度 质壁分离复原 质壁分离超过一定限度不能复原! 协助扩散 特点：顺浓度梯度，需要转运蛋白，不需要能量 例子：水分子进出细胞（水通道蛋白）、葡萄糖进入红细胞（载体蛋白）、K+外流和Na+内流（离子通道蛋白）等 转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白 例子：水、尿素、气体（O2 、CO2、N2）、 脂溶性小分子（甘油、脂肪酸、乙醇、苯）、脂质分子（胆固醇、性激素等） （1）动物细胞和植物细胞放在清水中会吸水涨破( ) （2）质壁分离指植物细胞质和细胞壁发生分离的现象( ) （3）当细胞内外存在浓度差时，细胞就会发生质壁分离或复原( ) （4）质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行( ) （5）植物细胞吸水时，细胞大小基本不变( ) （6）成熟植物细胞在高浓度溶液中发生质壁分离是因为细胞壁具有选择透过性( ) （7）自由扩散的速率与物质分子的大小、脂溶性程度有关( ) （8）同种物质在不同情况下的运输方式可能不同( ) （9）温度变化会影响分子通过细胞膜的速率( ) 考向突破 S z L w h 2.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 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。（ ） ✘ √ ✘ 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，两种溶液溶质的浓度均比细胞液溶质的浓度高，在显微镜下连续观察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.甲乙两细胞发生质壁分离，但乙细胞随后又发生质壁分离复原 C.甲乙两细胞发生质壁分离，但甲细胞随后又发生质壁分离复原 D.甲乙两细胞均发生质壁分离，后又均发生质壁分离复原 练习与应用 一、概念检测 B 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溶质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。 练习与应用 二、拓展应用 可配制一系列浓度梯度蔗糖溶液。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。记录刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好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。 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。 Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.53(gap_fixed:False) $