生物人教版（2019）必修1 4.1 被动运输（共39张ppt)

(共39张PPT)
第4章 细胞的物质输入和输出
第一节 被动运输
半透膜：一些物质可以通过而另一些物质不可以通过。一类小分子物质可以通过,而大分子物质不能通过的多孔性薄膜。
物质能否通过半透膜与半透膜的孔径大小有关
玻璃纸，肠系膜，动物膀胱、蛋壳膜，鱼鳔等
玻璃纸
鸡蛋薄膜
扩散作用：分子从浓度相对较高的区域向浓度相对较低的区域运动的现象（单位体积微粒数多的向少的方向运动）
渗透作用：水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜从低浓度向高浓度的扩散（水分子从相对含量多的区域扩散到相对含量少的区域）
联系：渗透是特殊的扩散
区别：（1）渗透作用仅指溶剂分子，扩散作用适用于各种物质
（2）渗透作用需要通过半透膜，扩散作用不一定需要
1、漏斗管内的液面为什么会升高？
多
少
单位体积的清水中水分子数大于蔗糖溶液中的水分子数，单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子多于由蔗糖溶液进入清水的水分子。
如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
当蔗糖溶液中的水分子数增多到一定程度，半透膜两侧的压力几乎相等时，水分子的运动达到动态平衡，漏斗内的液面便不再上升。
一样多
渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力。溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，溶质微粒越多即溶液浓度越高，对水的吸引力越大。
半透膜两侧水分子移动达到动态平衡称为渗透平衡
当半透膜两侧渗透平衡时，半透膜两侧的溶液浓度不一定相等，渗透压也不一定相等。
如果漏斗管内的液面不再升高，半透膜两侧溶液的浓度大小一样吗？为什么？
不一样原因是漏斗内液面不再升高时，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。
2、如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？
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？
不会。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，是全透性的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。
单位时间透过玻璃纸进出水分子量相同，故漏斗管液面不变
条件一 ：半透膜
条件二：浓度差
1、渗透作用的概念：
水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜 的扩散
3.渗透作用中水的运输方向
含水量高－－
半透膜
水（溶剂）
低浓度溶液－
－渗透压低
含水量低－－
高浓度溶液－
－渗透压高
水分子是顺相对含量梯度跨膜运输
一、水进出细胞的原理-----渗透作用
2、渗透作用发生的条件
半透膜
两侧的溶液具有浓度差。
溶液浓度是指物质的量浓度而非质量浓度
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，漏斗内外起始液面一致，渗透平衡时的液面差为Δh。下列叙述错误的是(　　)
A．用纱布代替半透膜，蔗糖分子可自由通过B．达到渗透平衡时，水分子不会透过半透膜C．如果将S2的浓度适当降低，则渗透平衡时Δh会更大D．实验开始时S1浓度大于S2，渗透平衡时S1浓度仍大于S2
一个动物细胞能否构成一个渗透系统？
思考
一个动物细胞就是一个渗透系统
细胞膜相当于半透膜
细胞内溶液与外界溶液存在浓度差
清水中
0.9%NaCl溶液中
20%的蔗糖溶液中
外 界 溶 液 浓 度
细 胞 质 的 浓 度
小于
吸水膨胀
大于
失水皱缩
等于
保持原状
二、动物细胞的吸水和失水
低渗溶液
高渗溶液
等渗溶液
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？
2、红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
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？
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。
思考·讨论
红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”所示装置中的蔗糖分子。
是（相当于）。
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。
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。
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。
　1、在青菜上放一些盐,一会儿后就可看到水分渗出。
　2、对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。
3、放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢复新鲜 。
生活现象：
植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？
三、植物细胞的吸水和失水
水进出植物细胞,主要是指水经过原生质层进出液泡。
细胞质
液泡膜
原生质层
半透膜
细胞液
外界溶液
浓度差
细胞膜
细胞壁
全透性
原生质层：植物细胞中的细胞膜、液泡膜以及这两者间的细胞质所构成的结构。
原生质体：指去除细胞壁的植物细胞
根据观察到的现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
实验结论
表达与交流
进一步探究
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是不是相当于一层半透膜？
原生质层相当于一层半透膜
探究植物细胞的吸水和失水
设计方案：将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。
（设计方案、预期结果…）
预期结果 ：由于原生质层相当于一层半透膜，因此在蔗糖溶液中，植物细胞的中央液泡会____，细胞_______；在清水中植物细胞的液泡又会______，细胞_____。
缩小
皱缩
变大
膨胀
实验过程：植物细胞的吸水和失水
选材：（1）活的、具有中央大液泡的成熟植物细胞
（2）细胞液最好有颜色（例如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞）
易错警示：死细胞、未成熟的细胞（根尖分生区细胞）、动物细胞均不能发生质壁分离
请据图问答问题(字母代表细胞结构，数字序号代表区域)：
若该细胞代表紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则有色区域在①(用数字表示)；若是黑藻叶肉细胞，则有色区域在②(用数字表示)；若是洋葱鳞片叶内表皮细胞做实验材料，为使实验结果方便观察，外界溶液中滴加了红墨水，则有色区域在③(用数字表示)。
实验原理：（1）成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜
（2）细胞液具有一定的浓度，细胞能渗透吸水和失水
（3）原生质层比细胞壁的伸缩性大
(2019·北京市第二十二中学高一期中)下列细胞中能发生质壁分离的是(　　)A．大蒜根尖分生区细胞 B．人的口腔上皮细胞C．菠菜叶肉细胞 D．蛙的红细胞
答案　C
解析　根尖分生区细胞属于没有大液泡的植物细胞，所以不能发生质壁分离，A错误；人口腔上皮细胞能发生渗透作用，但因为没有液泡和细胞壁，不能发生质壁分离，B错误；叶肉细胞属于具有大液泡的植物细胞，当外界溶液浓度高时，细胞失水，能发生质壁分离，C正确；蛙的红细胞是动物细胞，因为没有液泡和细胞壁，不能发生质壁分离，D错误。
(1)洋葱鳞片叶内表皮细胞不能发生质壁分离现象(　　)(2)动物细胞不能发生质壁分离(　　)(3)植物的导管细胞、洋葱根尖分生区细胞也能发生质壁分离现象(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　
选材：0.3g/mL的蔗糖溶液，清水
注意：选用的溶液要对细胞无毒害作用（盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适宜做质壁分离的溶液）
溶液浓度要适宜。（外界溶液浓度不宜过小质壁分离现象不明显。不宜过大，使得细胞因短时间内失水过多而死）
若用甘油、乙二醇、尿素、KNO3、NH4NO3、NaCL等溶液进行实验结果发现细胞质壁分离后，没有滴加清水，自动出现了质壁分离复原现象。，原因是：开始外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；细胞吸收溶质后，随着细胞液浓度增大，细胞吸水质壁分离又会自动复原。
质壁分离的原因：
内因：原生质层相当于一层半透膜
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的浓度，细胞失水
外因：外界溶液浓度小于细胞液的浓度，细胞吸水
质壁分离复原的原因：
内因：原生质层相当于一层半透膜
原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性
实验前
高浓度蔗糖溶液
清水
中央大液泡变小
质壁分离
原生质层
中央大液泡变大
质壁分离复原
三、植物细胞失水和吸水
实验现象：

中央液
泡大小
原生质层
的位置
细胞
大小
蔗糖
溶液
清水
逐渐恢复原来大小
变小
原生质层恢复原来位置
原生质层脱离细胞壁
基本
不变
基本
不变
外界
溶液
三、植物细胞失水和吸水
得出结论：
植物细胞原生质层相当于一层半透膜,成熟的植物细胞靠渗透作用吸水。细胞液与细胞外界溶液发生了渗透作用。
本实验共涉及三次显微镜观察，并且都是在低倍显微镜下观察。
第一次观察的目的是什么？
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。
溶质分子进入了细胞，如滴加浓度稍高的硝酸钾溶液时
质壁分离复原的两种特殊情况分析：
1、已经发生质壁分离的细胞，再放入清水也不能复原的原因？
细胞死亡
2、发生质壁分离自动复原
发生质壁分离或复原的条件有哪些？
（3） 活细胞
总结：
（1）具有细胞壁
（2）具有大液泡
(1)质壁分离及复原现象的应用
①判断细胞的活性待测细胞＋蔗糖溶液镜检(――→)不发生质壁分离→死细胞(发生质壁分离和复原→活细胞)
②测定细胞液浓度的范围待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于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。
③比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短→判断细胞液浓度的大小
(时间越短，细胞液浓度越小)。
（4）比较未知溶液的浓度大小
同一植物的相同成熟细胞＋未知浓度的溶液镜检，记录刚刚发生质壁分离所需时间的长短→判断溶液浓度的大小
(时间越短，未知溶液浓度越大)。
（5）观察植物细胞膜的存在
（6）证明了原生质层的伸缩性大于细胞壁
（7）农业生产中的水肥管理
（8）生活中杀菌、防腐、腌制食品
（9）鉴别不同种类的溶液。
成熟植物细胞+不同种类溶液→质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液（如蔗糖溶液）
质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液
（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液）
2022-08-12
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。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。
细胞外
细胞内
水分子
细胞膜
O2、CO2、
水、N2
四、自由扩散和协助扩散
1、自由扩散（简单扩散）：物质通过简单的扩散作用进出细胞。
脂溶性小分子：乙醇、甘油、苯
特点：
1、顺浓度梯度运输
2、不需要转运蛋白协助
3、不需要消耗细胞能量
自由扩散物质主要有三类：
①气体分子，如O2、CO2、N2等
②少部分水等小分子
③脂溶性小分子，如甘油、脂肪酸、乙醇，苯等
比方:球往低处滚：
影响自由扩散的因素:主要是细胞膜内外物质的浓度差。
转运蛋白
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:大部分水分子*、离子（神经细胞中Na+的内流和K+的外流）、葡萄糖进入红细胞、氨基酸顺浓度梯度跨膜运输。
比方：车载货下坡
*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。
转运蛋白
（3）转运蛋白的类型
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
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过
改变
结合
具有
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
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
不改变
不结合
具有
水分子通过水通道蛋白进出细胞
影响协助扩散的因素:
细胞膜内外物质的浓度差,
细胞膜上转运蛋白的种类和数量。
P点后速率受转运蛋白数量限制
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。
转运蛋白
.影响因素(1)膜内外物质浓度梯度的大小。(2)某些物质的运输速率还与转运蛋白的数量有关。(3)温度变化会影响物质运输速率。
自由扩散
协助扩散
例：乙醇、甘油、 苯、性激素、
气(O2、 CO2)、水
载体蛋白：葡萄糖进红细胞
（需要与载体结合）
被动运输
通道蛋白：水和某些离子
（无需与通道蛋白结合）
特点
不消耗能量
顺浓度梯度：（高 低）
1、以下可以发生渗透作用的是（ ）
A.煮熟的马铃薯条放入水中 B.把干种子放在清水中
C.烈日下菠菜叶子下垂 D.放在盐水中的萝卜变软
D
课堂练习
2、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
C
2022-08-12
3、田间一次施肥过多，作物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”。其原因是（ ）
A.根细胞从土壤中吸收的养分过多B.根细胞不能从土壤中吸水
C.根系不能将水向上运输 D.根系被肥料分解释放的热能烧毁
B
4、利用高浓度盐水（NaCl溶液）杀菌防腐的原理是（ ）
A.盐水中的Cl－有杀菌防腐的作用
B.盐水中的Na＋不利于细菌的生活
C.盐水是中性的，不适于细菌的生活
D.由于渗透作用使细菌细胞内的水分渗出而死亡
D
5、关于被动运输的说法，错误的是（　　）
A．顺浓度梯度进行 B．一定需要转运蛋白
C．不需要细胞消耗能量 D．不能主动吸收物质
B
6、自由扩散和协助扩散的动力是（　　）
A．葡萄糖 B．浓度差 C．细胞膜 D．载体
B
二、拓展应用
1、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。
2、假设：温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率。
可以借助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率。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。
课后练习