2021-2022学年高一上学期生物人教版必修一4.1 被动运输教案

第四章
细胞的物质输入和输出
第一节
被动运输
一、学习目标\教学目标
1.了解细胞吸水和失水的条件。
2.说明两种被动运输方式的异同。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）被动运输的原理和特点。
（2）探究植物细胞的吸水和失水。
2.教学难点
（1）探究植物细胞的吸水和失水。
（2）转运蛋白的种类和作用。
三、教学方法
讲授、演示、视频播放、小组讨论。
四、教学过程
【新课导入：情景设置，导入新课】
观看视频《渗透作用》，通过热点问题激发学生的学习兴趣。
【新课讲授】
小组讨论，问题探究：通过问题探究，分析、推理，培养学生的逻辑推理和想象力，调动学生的积极性和主动性。
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。过一段时间后，会出现如右图所示现象。玻璃纸是一种半透膜，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？
提示：单位时间内进入漏斗的水分子数量多于从漏斗渗出的水分子数量，漏斗内溶液体积增大，液面上升。
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。
2.如果用用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管的液面还会升高吗？
提示：不会；纱布孔隙大，蔗糖分子可自由通过。
渗透作用条件一
：半透膜
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？
提示：液面不会升高，膜两侧浓度相同，水分子进出平衡。
渗透作用条件二：浓度差
知识点梳理：
相对含量：水在单位体积溶液中含量的多少，一般用____相对含量的高低___来表示
浓度：其他物质（溶质），一般用__浓度的高低__来表示。
渗透作用：指水分子等溶剂分子透过___半透膜____，从相对含量多的地方向相对含量少的地方（__低浓度溶液向高浓度溶液___）的扩散。
一、水进出细胞的原理
提问：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 （案例：红细胞吸水）为什么？
学生：渗透作用（半透膜、半透膜两侧具有浓度差）。
提问：红细胞吸水或失水取决于什么条件？
学生：半透膜（细胞膜）；半透膜两侧具有浓度差（细胞液与细胞外盐水浓度差）。
小组讨论，问题探究
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？
提示：红细胞中的有机物有的能通过细胞膜，有的不能。血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
提示：是。但细胞膜具有生命活性，物质通过细胞膜的方式不只是简单扩散。
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？
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。
4.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。
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水。
提示：因为生理盐水的浓度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。
提问：水是如何通过植物细胞的？
展示渗透装置和植物细胞结构模式图，对植物细胞与渗透装置进行比较，引导学生填写空白处内容。
水分进出植物细胞经过细胞壁、____原生质层_____（细胞膜、细胞质、液泡膜）进出细胞，主要是指水经过______原生质层_____进出液泡。
播放视频《探究植物细胞的吸水和失水》帮助学生理解实验的过程和实验现象的分析。
实验现象（图解分析）
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
小组讨论，问题探究：
1.质壁分离复原的“质”与“壁”分别指什么吗？
提示：“质”指原生质层，“壁”指细胞壁
2.植物细胞发生质壁分离的内因和外因是什么？
提示：外因——外界溶液浓度大于细胞液浓度；内因——由于原生质层比细胞壁的伸缩性大。
3.在质壁分离及复原的过程中，细胞液浓度的变化趋势如何？
提示：质壁分离——细胞液浓度变大；复原——细胞液浓度变小
4.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）。注：根尖分生区等处在发育过程的植物细胞以及动物细胞不能发生质壁分离。
5.实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？
提示：观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的细胞状态形成对照。
6.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。
7.如果滴加的是0.5
g/ml的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？
提示：细胞过度失水，失去活性，质壁分离后不能发生质壁分离复原
8.植物细胞的质壁分离及复原实验有哪些作用？
提示：质壁分离及复原实验可以测定细胞液的浓度范围；判断细胞的死活；观察植物细胞的细胞膜。
知识点梳理：
1.植物细胞发生质壁分离的条件：
提示：（1）细胞是活的；（2）细胞有大液泡；（3）细胞外溶液的浓度大于细胞液浓度。
2.质壁分离产生的原因
提示：内因——原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性；外因——外界溶液浓度大于细胞液浓度。当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，原生质层比细胞壁的伸缩性大，发生质壁分离。当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。
二、被动运输——自由扩散和协助扩散
视频播放《被动运输》，通过视频初步了解被动运输的原理、分类及过程，归纳被动运输的特点。
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_______两类。
1.自由扩散：
物质通过简单的______扩散作用________进出细胞，叫做自由扩散，也叫简单扩散。
知识点梳理：
（1）运输方向：高浓度向低浓度。
（2）特点：不需要载体，不需要能量。
（3）实例：气体分子；甘油、乙醇、苯等脂溶性物质。
（4）影响自由扩散的因素：浓度差。
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做协助扩散，也叫易化扩散。
知识点梳理：
（1）运输方向：高浓度到低浓度。
（2）特点：需膜上转运蛋白的协助，不需要能量。
（3）实例：红细胞吸收葡萄糖。
（4）影响协助扩散的因素：浓度差和转运蛋白数量。
小组讨论，问题探究
提问：观察图1、2，你能发现什么
资料1：问题探究
1988年，美国科学家阿格雷在分离纯化多种红细胞膜上的蛋白质时，发现了个疏水性跨膜蛋白（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，将这2种细胞放在同一水溶液中，结果如图。
阿格雷的“水通道验证实验”发现了什么？说明了水分子在细胞的运输还存在怎样的方式？
资料2
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。
（脂质体是人工制备的脂双层的球形脂质小囊。人们利用脂质体为研究模型，将分离纯化的膜蛋白重新组装到脂质体上，形成只含有一种蛋白质的磷脂小泡，用于研究各种膜蛋白的性质和功能）
从重组脂质体实验，你还能对细胞中水的运输方式或特点做出什么猜测吗？
资料3
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。
资料4
人胱氨酸尿症病理分析
正常人尿液形成的过程中，肾小管上皮细胞能从原尿中重新吸收胱氨酸而使之进入血液。胱氨酸尿症患者的肾脏细胞不能将胱氨酸和半胱氨酸转运到血液，从而导致这些氨基酸在肾脏中积累并形成结石。研究发现，患者的肾脏细胞中有一种蛋白质发生了遗传性缺陷。
为什么患者不能吸收胱氨酸？由此可知胱氨酸进入肾脏细胞需要什么条件？
【课堂练习】
1.探究植物细胞的吸水和失水实验不可以说明或证明的是（　
）
A.植物细胞的死活
B.细胞壁的主要成分是纤维素
C.原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大
D.原生质层相当于半透膜
提示：待测细胞若能发生质壁分离和复原，说明细胞是活细胞，A正确；植物细胞的吸水和失水不能证明细胞壁的成分，B错误；成熟的植物细胞能发生质壁分离，说明原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大，C正确；原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，具有选择透过性，相当于半透膜，可实现植物细胞的质壁分离和复原，D正确。
2.下列关于自由扩散和协助扩散的叙述，正确的是（　
）
①都不消耗能量　②都不需要转运蛋白　③自由扩散只能顺浓度梯度运输，而协助扩散既可以顺浓度梯度也可以逆浓度梯度运输　④都是被动运输　⑤葡萄糖有时可以通过协助扩散顺浓度梯度运输
A.①②④　　
B.①③④　　
C.①④⑤　
　D.①②
C　自由扩散和协助扩散都不消耗能量，都属于被动运输，①④正确；自由扩散不需要转运蛋白协助，协助扩散需要转运蛋白协助，②错误；自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度运输的，③错误；葡萄糖有时可以通过协助扩散顺浓度梯度运输，例如人体成熟红细胞吸收葡萄糖，⑤正确，故选C。
3.甲、乙两种物质分别依赖协助扩散和自由扩散进入细胞，若用蛋白质变性剂（使蛋白质空间结构被破坏）处理细胞膜，其他条件不变，则（
　）
A.甲的运输被促进　　
B.甲的运输被抑制
C.乙的运输被促进　　
D.乙的运输被抑制
提示：水分子可以较快通过水通道蛋白出入细胞，而甘油分子难以通过水通道蛋白出入细胞，说明水通道蛋白对物质具有选择性，A正确。水分子不需要水通道蛋白协助的跨膜运输方式为自由扩散；水分子需要水通道蛋白协助、不需要消耗能量的跨膜运输方式为协助扩散，由此可知，一种物质可能有多种跨膜运输方式，B正确。水分子可以较快通过水通道蛋白出入细胞且不需要消耗能量，C错误。蛋白质的功能与结构相适应，则水通道蛋白结构改变后功能也可能发生改变，D正确。
五、板书设计
第一节
被动运输
一、水进出细胞的原理
1.渗透作用装置原理
2.红细胞渗透作用吸水和失水
3.植物细胞渗透作用吸水和失水
二、被动运输——自由扩散和协助扩散
1.概念
2.自由扩散
3.协助扩散