第4章第1节被动运输课件-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

第4章 细胞物质输入和输出 人教版 必修1 第1节 被动运输 掌控着道道闸门，驱动着各式舟车。 输入输出中忙碌，被动主动间选择。 生物大分子铸就，神奇的生命之膜。 目录 1、水进出细胞的原理 2、探究植物细胞的吸水和失水 CONTENTS 3、自由扩散和协助扩散 问题探讨 水分子 蔗糖分子 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。 问题探讨 水分子 蔗糖分子 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。 开始时，进漏斗水分子数量多于出漏斗水分子；液面上升。 问题探讨 水分子 蔗糖分子 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。 平衡时，进出漏斗的水分子数量相同；液面不再上升。 开始时，进漏斗水分子数量多于出漏斗水分子；液面上升。 问题探讨 水分子 蔗糖分子 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。 1．漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 单位时间内，水分子从烧杯（清水）进入漏斗内的数量 > 水分子从漏斗出来进入烧杯的数量。 不会无限升高，随着液面上升，漏斗管内液柱产生的静水压不断增大，当静水压等于漏斗内外溶液的渗透压差时，水分子进出半透膜的速率相等，达到动态平衡，液面不再上升。 问题探讨 水分子 蔗糖分子 纱布 2．如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ 不会 纱布不是半透膜，纱布孔隙大，蔗糖分子和水分子都可以自由通过纱布，漏斗内外不会形成浓度差，不会发生渗透吸水，液面不会升高。 3．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？ 漏斗内液面不会发生变化。 漏斗内外蔗糖溶液浓度相同，半透膜两侧渗透压相等，水分子进出半透膜的数量相等，没有净移动，液面不变。 问题探讨 水分子 蔗糖分子 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。 4．渗透形成快慢和什么有关？水柱的高度和什么有关？ 在一定范围内，浓度差越大，单位时间内跨膜的水分子数目越多，渗透越快。 浓度差越大，水柱越高；反之浓度差 越小，水柱越低。 5．最后烧杯中浓度与漏斗中浓度会相等吗？ 不相等，蔗糖分子不能通过半透膜。 水进出细胞的原理 一 渗透作用 概念：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。 如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。 条件： 具有半透膜 膜两侧有浓度差 任务一： 渗透作用 前面我们学习了漏斗的渗透装置，知道发生渗透需要半透膜 + 两侧浓度差。动物细胞有没有半透膜？能不能渗透吸水失水？大家先根据渗透原理猜想：把红细胞放到不同浓度 NaCl 溶液，细胞会变成什么样呢？ 水进出细胞的原理 一 任务二： 动物细胞吸水和失水 资料：红细胞细胞质内有血红蛋白等大分子，不能随便出细胞。 思考： 如果将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间细胞会发生什么变化？ 水进出细胞的原理 一 任务二： 动物细胞吸水和失水 外界溶液浓度 < 细胞质浓度 细胞吸水膨胀 外界溶液浓度 > 细胞质浓度 细胞失水皱缩 外界溶液浓度 = 细胞质浓度 细胞形态不变 水进出细胞的原理 一 任务二： 动物细胞吸水和失水 1.红细胞中的有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？ 血红蛋白不能透过细胞膜；这些有机物使细胞质具有一定浓度，相当于漏斗里的蔗糖。 2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？ 是，水分子可以自由通过，血红蛋白等大分子不能通过。 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， 只有外界浓度足够低（如清水），持续吸水才会涨破。 水进出细胞的原理 一 任务二： 动物细胞吸水和失水 4.红细胞吸水或失水取决于什么条件？ 细胞膜两侧的浓度差（渗透压差）。 5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？ 细胞形态稳定。 渗透压差：衡量溶液吸水能力的指标。 溶液浓度越高，渗透压就越大，对水的吸引力越强。 动物细胞可以渗透吸水失水，那植物细胞呢？植物细胞多了细胞壁，还有大液泡，它的渗透结构是什么？ 探究植物细胞的吸水和失水 二 任务三： 植物细胞吸水和失水 细胞壁 细胞壁 细胞壁是全透性的，即水分子可以自由地通过细胞壁； 细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小。 原生质层 细胞膜、液泡膜以及之间的细胞质。 原生质层相当于一层半透膜 既然原生质层相当于半透膜，那么当原生质层两侧有浓度差时，植物细胞会不会像红细胞一样渗透吸水失水？ 任务三： 植物细胞吸水和失水 向蔬菜喷洒清水 白菜撒盐出水 这些生活现象是不是渗透作用？植物细胞失水会发生什么独特现象？ 施肥过多烧苗 探究植物细胞的吸水和失水 二 任务三： 植物细胞吸水和失水 【提出问题】 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？ 【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。 【实验思路】 当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会失水； 当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会吸水； 探究植物细胞的吸水和失水 二 植物细胞壁具有全透性，伸缩性小，而原生质层具有选择透过性，且伸缩性大，原生质层相当于一层半透膜 任务三： 植物细胞吸水和失水 【设计实验】 如何使细胞外溶液的浓度提高或降低？ 质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液，清水。 如何看到细胞？需要用到什么材料？ 紫色的洋葱鳞片叶（洋葱鳞片外表皮细胞） 细胞壁 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→原生质层收缩，细胞壁伸缩性小，两者分开；放回清水，细胞吸水，又恢复贴合。 探究植物细胞的吸水和失水 二 任务三： 植物细胞吸水和失水 【设计实验】 自变量是什么？观察什么指标（因变量）？ 外界溶液浓度。 液泡大小、原生质层位置。 怎么设置对照？ 同一细胞先后观察，自身对照。 除自变量外，还有哪些因素，有可能影响实验结果？ 洋葱鳞片叶表皮的活性、环境温度等。 无关变量：会影响结果，本实验不研究。 原则：无关变量保持相同且适宜。 细胞壁 探究植物细胞的吸水和失水 二 任务三： 植物细胞吸水和失水 【进行实验】 探究植物细胞的吸水和失水 二 任务三： 植物细胞吸水和失水 【结果分析】 外界溶液 中央液泡大小 原生质层的位置 细胞大小 蔗糖溶液 清水 变小 与细胞壁分离 基本不变 变大 紧贴细胞壁 基本不变 左图表示刚开始发生质壁分离，右图表示已明显发生质壁分离； 探究植物细胞的吸水和失水 二 任务三： 植物细胞吸水和失水 【得出结论】 原生质层相当于半透膜。外界溶液浓度＞细胞液浓度，植物细胞失水，出现质壁分离；外界溶液浓度＜细胞液浓度，细胞吸水，发生质壁分离复原。 注意 正在发生质壁分离 蔗糖溶液（外界溶液） 蔗糖浓度不能过高，细胞失水过多死亡，只能分离，不能复原。 如果把蔗糖换成KNO3、尿素溶液；发生质壁分离后自动复原。 探究植物细胞的吸水和失水 二 探究植物细胞的吸水和失水 二 拓展 质壁分离及复原现象应用 （1）判断细胞的活性 待测成熟植物细胞 一定浓度蔗糖溶液 镜检 无质壁分离 发生质壁分离 死细胞 活细胞 （2）测定细胞液浓度范围 待测成熟植物细胞 一系列浓度梯度的蔗糖溶液 镜检 细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两蔗糖溶液浓度之间 探究植物细胞的吸水和失水 二 拓展 质壁分离及复原现象应用 （3）比较不同植物细胞的细胞液浓度 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，反之则细胞液浓度越大 （4）比较未知浓度溶液的浓度大小 同一植物的相同成熟细胞 未知浓度的溶液 镜检 发生质壁分离所需时间越短，未知溶液的浓度越大，反之则未知溶液的浓度越小 探究植物细胞的吸水和失水 二 拓展 质壁分离及复原现象应用 （5）鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液） 成熟植物细胞 不同种类溶液 镜检 质壁分离后自动复原 只发生质壁分离 溶质能透过半透膜（如KNO3溶液） 溶质不能透过半透膜（如蔗糖溶液） 自由扩散和协助扩散 三 被动运输 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。 自由扩散 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，也叫简单扩散。 实例： 气体（O2、CO2等）、脂溶性（甘油、乙醇、苯等）等。 自由扩散 协助扩散 方向： 多 少 能量： 不消耗 （高浓度 低浓度） 顺浓度 自由扩散和协助扩散 三 被动运输 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。 协助扩散 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，也叫易化扩散。 实例： 离子（K+、Na+等）、一些小分子（葡萄糖、氨基酸等）等。 自由扩散 协助扩散 方向： 多 少 能量： 不消耗 （高浓度 低浓度） 顺浓度 自由扩散和协助扩散 三 被动运输 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。 自由扩散 协助扩散 细胞外 细胞内 载体蛋白 通道蛋白 自由扩散 协助扩散 自由扩散和协助扩散 三 转运蛋白 载体蛋白 通道蛋白 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； 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、大小和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，不需要与通道蛋白结合。 自由扩散和协助扩散 三 比较载体蛋白和通道蛋白 载体蛋白 通道蛋白 转运特点 自身构象 是否与转运的 分子结合 是否有特异性 实例 图示 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 改变 有的改变，有的不改变 不结合 结合 具有 具有 葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞 水分子通过水通道蛋白进出细胞 影响因素：膜两侧物质的浓度差、转运蛋白的种类和数量 影响因素：膜两侧物质的浓度差 自由扩散和协助扩散 三 自由扩散和协助扩散影响因素 物质浓度 运 输 速 率 自由扩散 协助扩散 运输速率与浓度差呈正相关 物质浓度 运 输 速 率 P OP点：转运蛋白充足， 运输速率随物质浓度增大而增大； P点之后：转运蛋白饱和， 物质浓度增加运输速率不增加。 P点之后限制因素是转运蛋白数量。 O O 自由扩散和协助扩散 三 比较自由扩散和协助扩散 物质出入细胞膜的方式 自由扩散 协助扩散 运输方向 是否消耗能量（ATP） 是否需要转运蛋白 举例 数学模型 曲线图 （一定浓度范围内） 物质运输动力来源 物质运输速率限制因素 高浓度低浓度 （顺浓度梯度） 不消耗 不需要 需要（转运蛋白） O2、CO2 、水、甘油、乙醇、苯等 离子、葡萄糖、氨基酸、水等 细胞膜内外物质的浓度梯度 浓度梯度；转运蛋白的数量 膜内外物质浓度梯度（浓度差） 膜内外物质浓度梯度 课堂总结 被动运输 细胞的吸水和失水 渗透作用的两个条件 半透膜 浓度差 动物细胞 外界溶液浓度＜细胞质浓度 细胞吸水 外界溶液浓度＞细胞质浓度 细胞失水 外界溶液浓度=细胞质浓度 细胞形态不变 外界溶液浓度＜细胞液浓度 质壁分离复原 植物细胞 外界溶液浓度>细胞液浓度 质壁分离 质壁分离超过一定限度不能复原。 自由扩散 特点：顺浓度梯度，不需要转运蛋白，不需要能量 例子：气体分子；甘油、乙醇、苯等脂溶性物质 协助扩散 特点：顺浓度梯度，需要转运蛋白，不需要能量 例子：红细胞吸收葡萄糖 转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白 课堂练习 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。（ ） × √ 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 × 课堂练习 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．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 课堂练习 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。 ①配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液（例如质量分数 0.2g/mL、0.3g/mL、0.4g/mL、0.5g/mL……，设置一组梯度间隔较小的蔗糖溶液）。 ②取紫色洋葱鳞片叶外表皮，制作多组临时装片，分别将不同浓度的蔗糖溶液滴加到各组装片的盖玻片一侧，另一侧用吸水纸吸引，重复几次，使表皮细胞浸润在对应浓度的蔗糖溶液中。 ③一段时间后，用显微镜依次观察各组细胞，观察是否发生质壁分离现象。 ④找到刚好没有发生质壁分离的最高蔗糖溶液浓度，该蔗糖溶液的质量分数即近似为洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液浓度。 课堂练习 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：在一定范围内，温度越高，水分通过半透膜的扩散速率越快。 实验思路：设置若干组渗透装置，半透膜袋内加入等量相同浓度蔗糖溶液；烧杯中加入等量清水，分别控制烧杯处于不同温度；相同时间后，观察并比较各组长颈漏斗液面上升的高度。液面上升越高，代表水分扩散速率越大。 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $