【同步课件】第4章 细胞的物质输入和输出 1被动运输

(共74张PPT)
第4章　细胞的物质输入和输出
课标要点 学法指导
1.阐述渗透现象的原理及条件
2．说出动物细胞吸水和失水的条件
3．探究植物细胞吸水和失水的条件
4．掌握被动运输的种类、特点、影响因素 1.生命观念：细胞膜的结构与运输物质的功能相适应
2．科学思维：结合渗透装置分析渗透原理，结合物质运输实例归纳物质运输特点
3．科学探究：根据植物细胞的质壁分离与复原实验过程，分析实验原理、交流实验结果
4．社会责任：依据渗透作用原理，指导农业生产和选择低盐饮食的健康生活方式
知识导图
1．渗透作用的概念
水分子(或其他溶剂分子)通过________的扩散，称为渗透作用。
2．渗透作用具备的两个条件
(1)具有③________。
(2)膜两侧①②具有________。
半透膜 　
水进出细胞的原理——渗透作用
半透膜 　
浓度差 　
3．渗透原理分析
(1)长颈漏斗中的水分子________进入烧杯。
(2)漏斗管内的液面升高的原因是
__________________________________________________。
(3)用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面不会升高，原因是缺少________。
能 　
水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透 　
半透膜 　
渗透装置中，当漏斗内溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度相同吗？
提示：不同。渗透作用停止时即漏斗内液面不再上升时，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等，但漏斗内溶液浓度仍高于烧杯中溶液浓度。这是漏斗内液面升高产生的作用力加大阻止烧杯中水分子向漏斗扩散的缘故。
微思考
如图为渗透装置示意图，一段时间后出现的现象不包括
(　　)
A．漏斗内的液面升高
B．有些水分子由蔗糖溶液通过半透膜进入清水
C．有些水分子由清水通过半透膜进入蔗糖溶液
D．半透膜两侧的溶液浓度相等
【答案】D　
【解析】蔗糖溶液的浓度大于清水，通过渗透作用由清水进入蔗糖溶液的水分子数较多，从而导致液面升高。由于蔗糖分子不能通过半透膜，所以清水的浓度始终低于蔗糖溶液。
1．动物细胞的吸水和失水(以哺乳动物成熟的红细胞为例)
(1)动物细胞的细胞膜相当于________。
(2)条件及现象
水进出细胞的原理
半透膜　
＜　
＞　
＝　
2．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
【答案】(1)细胞壁　①全透性　②小　液泡膜　原生质层
③选择透过性　半透膜　④大　细胞液
(2)原理和现象
①外界溶液浓度______细胞液浓度时，发生__________现象。
②外界溶液浓度______细胞液浓度时，发生______________现象。
大于　
质壁分离　
小于　
质壁分离复原　
当你连续吃咸菜时，你的口腔黏膜会有干涩的感觉。其原因是(　　)
A．口腔黏膜细胞质浓度大于外界溶液浓度，细胞失水
B．口腔黏膜细胞质浓度小于外界溶液浓度，细胞失水
C．口腔黏膜细胞质浓度大于外界溶液浓度，细胞吸水
D．口腔黏膜细胞质浓度小于外界溶液浓度，细胞吸水
【答案】B　
【解析】连续吃咸菜，口腔黏膜细胞质的浓度小于外界溶液的浓度，导致细胞失水，使口腔黏膜出现干涩感觉。
1．被动运输
(1)概念：物质以________进出细胞，________消耗细胞内________所释放的能量，这种物质____________方式称为被动运输。
(2)类型：________和________。
被动运输(自由扩散和协助扩散)
扩散方式　
不需要　
化学反应　
跨膜运输　
自由扩散　
协助扩散　
2．自由扩散和协助扩散
(1)自由扩散
①自由扩散用图中的______表示，是指物质通过简单的________作用进出细胞的方式，也叫简单扩散。
A　
扩散　
②方向：从______浓度一侧到______浓度一侧(即顺浓度梯度)。
③条件：不需要________，也不需要消耗细胞内化学反应所释放的________。
④举例
气体：______、CO2等；
脂溶性小分子有机物：________、________、苯等。
高　
低　
转运蛋白　
能量　
O2　
甘油　
乙醇　
(2)协助扩散
①协助扩散用图中的______表示，也叫________，是指借助膜上的________进出细胞的物质扩散方式。
②方向：从______浓度一侧到______浓度一侧。
③条件：需要__________的协助不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。
④举例：________和一些小分子有机物(如________、________等)。
B　
易化扩散　
转运蛋白　
高　
低　
转运蛋白　
离子　
葡萄糖　
氨基酸　
3．转运蛋白
(1)分类：________和________。
(2)特点：具有________。
①载体蛋白：只容许与自身________相适应的分子或离子通过，且每次转运时都会发生________的改变。
②通道蛋白：只容许与自身__________和_______相适配，_______和________相适宜的分子或离子通过。分子或离子________与________结合。
载体蛋白　
通道蛋白　
特异性　
结合部位　
自身构象　
通道的直径　
形状　
大小　
电荷　
不需要　
通道蛋白　
(3)实例
①水分子的运输更多的是借助细胞膜上的____________以协助扩散方式进出细胞。还可以以________方式进出细胞。
②细胞膜上还存在一些无机盐离子的通道蛋白。(例如：Na＋通道、K＋通道)
水通道蛋白　
自由扩散　
下列物质中，通过自由扩散方式进入小肠绒毛上皮细胞的是(　　)
A．氨基酸　　 B．胆固醇
C．Na＋　　 D．葡萄糖
【答案】B　
【解析】胆固醇属于脂溶性物质，进出细胞的方式是自由扩散，B正确。
1．实验原理
成熟的植物细胞的________相当于一层半透膜，________具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。
植物细胞的质壁分离和复原实验
原生质层　
细胞液　
2．实验步骤及现象
【答案】紫色　蔗糖溶液　逐渐变小　加深　逐渐变大　变浅　细胞壁
植物细胞的质壁分离过程中，与细胞壁分离的是(　　)
A．细胞核　　 B．原生质层
C．细胞质　　 D．液泡膜
【答案】B　
【解析】植物细胞的质壁分离现象指的是原生质层与细胞壁的分离。
1．渗透作用现象及分析
(1)渗透装置图
渗透作用
[知识归纳]
(2)蔗糖溶液液面上升的原因
(3)当液面上升到一定程度时，液面不再上升的原因：
漏斗中的液面高于水槽中的液面，液面差为ΔH，由于水槽中与漏斗中的液体具有浓度差，即具有渗透压差，所以水分子有进入漏斗的趋势；但是ΔH产生的压强与渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换率相同时，液面不再升高。
2．成熟植物细胞符合渗透系统
【易错点拨】有关渗透作用的两个易错点：
(1)水的运输特点：水分子通过半透膜的扩散都是双向进行的，但由低浓度向高浓度一侧扩散速度更快。
(2)渗透平衡的实质：渗透平衡只意味着半透膜两侧的水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
1．溶液浓度指的是质量浓度吗？
提示：不是。指物质的量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液，质量浓度相同，但10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大。
2．温度高低会提高或降低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。
提示：温度高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率。设计渗透装置三组，分别在烧杯外水浴加热、加冰、不作处理，记录相同时间内的液面变化情况(或相同液面变化所需时间)。
1．图甲、乙为两个渗透装置。图甲是发生渗透作用时的初始状态，图乙是较长时间之后达到动态平衡的状态。下列有关叙述错误的是(　　)
[对点精练]
A．图中③为半透膜，水分子能自由通过
B．图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度
C．图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等
D．图甲中溶液①和溶液②的浓度差越大，图乙中的水柱越高
【答案】C　
【解析】图中③代表半透膜，水分子能自由通过，而大分子不能通过，A正确；图甲和图乙比较，图乙中漏斗内液面上升，说明漏斗内溶液②的浓度大于烧杯中溶液①的浓度，B正确；由于漏斗内液柱压力的作用，当液面不再上升时，溶液②的浓度依然大于溶液①的浓度，C错误；图甲中溶液①和②的浓度差越大，则图乙中的水柱越高，D正确。
2．某同学设计了如图所示的渗透作用的实验装置，实验开始时长颈漏斗内外液面平齐，记作零液面。实验开始后，长颈漏斗内部液面的变化趋势可表示为
(　　)
【答案】A　
【解析】仔细观察图示，漏斗内为蒸馏水，实验开始后长颈漏斗内部液面将下降，由于实验初始阶段半透膜内外溶液浓度差较大，故液面下降速率较大，之后速率逐渐减少直至为0，达到动态平衡。
1．质壁分离的原因及表现分析
植物细胞的质壁分离和复原实验
[知识归纳]
【易错点拨】
(1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。
①选择的实验材料必须是活细胞，因为只有活细胞的原生质层才具有选择透过性，否则将不会出现质壁分离及复原现象。
②要用含有大液泡的植物细胞。
③细胞液应有颜色，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液为紫色，易于观察。
(2)滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作，通过前后对比观察某个细胞的吸水和失水情况。
(3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡，不能发生质壁分离复原现象。
1．若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会出现什么现象？原因是什么？
提示：若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会出现先发生质壁分离再自动复原的现象，因为外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。
2．本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对实验有何影响？
提示：选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离现象，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度过快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
[对点精练]
A．甲、乙之间形成对照时，甲为对照组
B．乙、丙之间形成对照时，乙为对照组
C．实验中常用引流法使细胞处于蔗糖溶液或清水中
D．若用质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液，实验效果将更加明显
【答案】D　
【解析】甲、乙、丙三组是在同一对象上进行操作，前后之间形成对照，属于自身对照，其中实验前的对象组为对照组，实验后的对象组为实验组。若用质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液，则质壁分离更明显，但由于过度失水，所以不能再发生质壁分离的复原。
2．将某植物细胞分为两组，分别浸于浓度为0.3 g/mL的(Ⅰ)蔗糖溶液与(Ⅱ)尿素溶液中，然后每5 min用显微镜观察一次，并测量原生质体(即仅由细胞膜包住原生质的细胞部分，不含细胞壁)的相对表面积，其结果如下图所示。则下列叙述错误的是(　　)
A．实验开始后20 min，(Ⅰ)和(Ⅱ)两组细胞均发生质壁分离
B．实验开始后30 min，(Ⅰ)的细胞中必含蔗糖
C．实验开始后30 min，(Ⅱ)的细胞中必含尿素
D．此图显示尿素可通过细胞膜、而蔗糖却不能通过细胞膜
【答案】B　
【解析】蔗糖溶液和尿素溶液均可使细胞发生质壁分离，使细胞原生质体的相对表面积缩小；20 min后放入蔗糖溶液的细胞相对表面积不再变化，说明失水达到了最大程度，此时蔗糖溶液没有进入细胞；20 min后放入尿素溶液中的细胞开始吸水，处于复原过程是由于细胞吸收尿素，使细胞液浓度上升所致。
影响自由扩散和协助扩散的因素
[知识归纳]
物质顺浓度梯度扩散进出细胞的过程称为被动运输，结合下图分析其特点。
1．图示中圆点及圆点多少表示什么？
提示：表示细胞内外两种物质的浓度大小。
2．甲、乙两图中物质的运输方式
①甲图中，物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做________。
②乙图中，进出细胞的物质借助转运蛋白的扩散，叫做________。
③由图示分析，自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗？为什么？
④试从物质运输动力角度分析，为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？
提示：①自由扩散　②协助扩散　③都不需要消耗能量，因为二者都是顺浓度梯度进行的。　④自由扩散和协助扩散的运输动力都是膜两侧物质的浓度差，即都是顺浓度梯度进行的，不需要消耗能量，所以统称为被动运输。
1．如图中a、b表示物质被动运输的两种方式，下列表述正确的是(　　)
A．脂溶性小分子物质不能通过方式a运输
B．与方式a有关的转运蛋白覆盖于细胞膜表面
C．方式b的最大运输速率与转运蛋白数量有关
D．抑制能量提供对方式a和b的运输速率均有影响
[对点精练]
【答案】C　
【解析】由题图分析可知，a为自由扩散，b为协助扩散。脂溶性小分子物质通过自由扩散(方式a)运输，A错误；方式a与转运蛋白无关，只与浓度差有关，B错误；方式b的最大运输速率与转运蛋白的数量有关，C正确；被动运输不需要能量，抑制能量供应对自由扩散和协助扩散都无影响，D错误。
2．下列关于自由扩散和协助扩散的说法正确的是(　　)
①通过自由扩散进出细胞的物质，都是细胞不需要的
②协助扩散中起作用的蛋白质都是通道蛋白
③转运蛋白对所运载的物质都有选择性
④离子因为较小，一般通过自由扩散进出细胞
⑤当转运蛋白饱和后，物质运输速率便不会再增加
A．②⑤　　　 B．③⑤　　　　
C．②③　　　 D．④⑤
【答案】B　
【解析】很多细胞需要的物质通过自由扩散进入细胞内，如氧气，①错误；协助扩散中起作用的蛋白质有的是载体蛋白，有的是通道蛋白，②错误；转运蛋白对所运载的物质都有选择性，③正确；离子进出细胞都是需要转运蛋白协助的，④错误；当转运蛋白都参与运输之后，物质运输的速率就不会再加快了，⑤正确。
易错易混：渗透作用与物质运输的4个易错提醒
(1)两溶液间的水分子进行双向运动，实际观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。
(2)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。平衡后两侧溶液浓度不同。
(3)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率。
(4)载体蛋白和通道蛋白的作用机制不同。
例1　在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。a、b表示该部位的溶液浓度，由此可推测(　　)
A．a>b，细胞渗透吸水
B．a＝b，渗透系统保持动态平衡
C．aD．上述三种情况都有可能
错因分析：不理解细胞的动态生理过程和静态细胞图像间的联系。
【答案】D　
【解析】该细胞可能正处于质壁分离过程中，也可能处于质壁分离后的动态平衡过程中，也可能正处在发生质壁分离复原的过程中。此状态下一步可以是液泡继续增大，也可以是液泡继续变小，也可以是液泡不发生变化。
解题技巧：实验分析题的答题方法
例2　(2018·浙江杭州选考)在观察某植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验中，依次观察到的结果示意图如下，其中①、②指细胞结构。下列叙述正确的是(　　)
A．甲状态时不存在水分子跨膜运输进出细胞的现象
B．甲→乙变化的原因之一是结构①的伸缩性比②要大
C．乙→丙的变化是由于外界溶液浓度小于细胞液浓度
D．细胞发生渗透作用至丙状态，一段时间后该细胞会破裂
审题流程：
第一步　解读实验者的实验目的和过程，厘清实验思路，读懂实验。
根据题干和图像的信息，可看出实验者用某植物细胞探究植物细胞吸水和失水的条件；质壁分离及质壁分离复原实验中，依次观察到的结果示意图显示甲到乙细胞失水，原生质层与细胞壁分离，①是细胞壁，②是原生质层；其隐含的信息是细胞膜两侧水分子进出都有，出去的水分子数量多于进入的，外界溶液浓度大于细胞液浓度。由乙到丙，细胞吸水，质壁分离复原；其隐含的信息是细胞膜两侧水分子进出都有，进入的水分子数量多于出去的，外界溶液浓度小于细胞液浓度；甲和丙相比，丙细胞体积更大，但丙有细胞壁的保护不会破裂。
第二步　对接教材，迁移知识，分析实验结果得出实验结论或作出判断。
根据题干和图像的信息，与教材中第4章第1节“被动运输”密切相关：
植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
(2)原理和现象
①外界溶液浓度大于细胞液浓度时，发生质壁分离现象。
②外界溶液浓度小于细胞液浓度时，发生质壁分离复原现象。
第三步　各项击破，正确解答。
逐个选项分析，结合教材知识判断正误。
【答案】C　
【解析】甲维持细胞正常形态，进入细胞的水分子和从细胞中出去的水分子一样多，处于动态平衡状态，A错误；甲→乙发生了渗透失水，细胞质壁分离，原因之一是结构①细胞壁的伸缩性比结构②细胞膜的伸缩性要小，B错误；乙→丙发生了渗透吸水，此时外界溶液浓度比细胞液浓度小，C正确；丙细胞可能发生渗透吸水，但植物细胞渗透吸水只会膨胀不会胀破，D错误。
1．新鲜鱼、肉用盐渍后不易变质，其作用原理是(　　)
A．由于渗透作用，使鱼、肉失水死亡
B．浓盐水中含水少，细菌无法生存
C．食盐损坏了新鲜鱼、肉的营养成分
D．由于渗透作用，使细菌失水死亡
【答案】D　
【解析】食盐水有杀菌作用的原因是在高浓度的盐水中，细菌会失水死亡，因此高浓度盐水能防止变质，A错误；浓盐水能使细菌大量失水而无法生存，B错误；食盐没有损坏新鲜鱼、肉的营养成分，C错误；浓盐水因其浓度明显大于细菌体内的浓度，细菌因渗透作用失水过多而死亡，D正确。
2．将人的红细胞置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡半小时之后的结果如图所示，依照细胞外形的变化判断蔗糖溶液的浓度，下列正确的是(　　)
A．甲>乙>丙>丁　　　
B．丁>甲>乙>丙
C．丙>丁>甲>乙　　　
D．丙>乙>丁>甲
【答案】D　
【解析】已知人类的红细胞是圆饼状的，观察图中的4个装置发现乙烧杯中的红细胞是圆饼状的，说明红细胞既没有吸水也没有失水，则乙烧杯中蔗糖溶液的浓度与红细胞内细胞质浓度相等；丙烧杯中红细胞皱缩，说明细胞失水，则丙烧杯中蔗糖溶液的浓度大于红细胞内细胞质浓度；丁烧杯中细胞由圆饼状变成了球状，说明细胞吸水，则丁烧杯中蔗糖溶液浓度低于红细胞内细胞质浓度；甲烧杯中细胞破裂，说明细胞吸水最多，则甲烧杯中蔗糖溶液浓度最低。根据以上分析，四个烧杯中蔗糖溶液浓度的大小关系是：丙>乙>丁>甲。综上所述，A、B、C错误，D正确。
3．质壁分离和复原实验可以说明或证明下列中的(　　)
①植物细胞的死活　②原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大　③当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞渗透失水；反之，细胞则渗透吸水　④原生质层具有选择透过性　⑤细胞壁的主要成分是纤维素
A．①③④⑤　　　 B．①②③④
C．②③④⑤　　　 D．①④⑤
【答案】B　
【解析】质壁分离和复原实验可以证明②、③，说明原生质层具有选择透过性，从而可以判断细胞的死活，因死亡细胞的原生质层具有全透性。另外还可以测定细胞液浓度。
4．如图为被动运输示意图，其中代表协助扩散的是(　　)
A．①　　　
B．②　　　　
C．③　　　
D．②③
【答案】D　
【解析】自由扩散和协助扩散都为从高浓度到低浓度的物质跨膜运输方式。协助扩散需要转运蛋白，不需要能量，自由扩散不需要转运蛋白和能量，②③为协助扩散，D正确。
5．一种物质进行跨膜运输的方式与该物质的分子大小等性质密切相关，下列相关叙述正确的是(　　)
A．水分子进出细胞，都是通过自由扩散方式进行的
B．氧以顺浓度梯度方式进入肺泡细胞不需要转运蛋白
C．载体蛋白只允许与自身直径、形状相适配的分子或离子通过
D．通道蛋白每次转运时都需要消耗能量
【答案】B　
【解析】水分子进出细胞，可以通过自由扩散方式进行，也可以通过水通道蛋白以协助扩散的方式进行，A错误；氧以顺浓度梯度方式进入肺泡细胞的方式是自由扩散，不需要转运蛋白，B正确；载体蛋白具有特异性，能够与运输的物质进行识别并结合，与自身直径的大小无关，C错误；通道蛋白只参与协助扩散，转运时不需要消耗能量，D错误。