生物人教版（2019）必修1 4.1被动运输（共32张ppt）

(共32张PPT)
第四章
细胞的物质
输入和输出
The material import and export of cells
第一节
被动运输
学习目标 1.通过探究“植物细胞的吸水和失水”,说明水分子进出植物细胞的原理,阐释原生质层的选择透过性与质壁分离及其复原的关系。
2.通过对水分子进出细胞方式的探索学习,初步建构被动运输的概念,能比较自由扩散和协助扩散的异同点。
3.通过对被动运输的具体实例的讨论,分析细胞膜的成分、结构与物质跨膜运输功能之间的关系,尝试运用物质跨膜运输的知识解决有关实际问题。
一、水进出细胞的原理
1.原理。
细胞吸水和失水的原理是渗透作用,该作用发生须具备两个条件:
要点笔记 半透膜两侧的水分子进行的是双向运动,而不是单向运动,观察到的现象是由水分子双向运动的差异所导致的液面改变。
2.动物细胞可以看作一个渗透装置。
动物细胞膜相当于半透膜,若细胞膜内部的细胞质和外侧的外界溶液具有浓度差,则动物细胞会发生吸水或失水。
3.红细胞在不同浓度外界溶液中的形态变化。
(1)当外界溶液的浓度小于细胞质浓度时,细胞吸水;
(2)当外界溶液的浓度大于细胞质浓度时,细胞失水;
(3)当外界溶液的浓度等于细胞质浓度时,水分进出细胞处于动态平衡。
【微思考】 为什么吃咸瓜子容易使人口干
答案 吃咸瓜子后外界溶液浓度升高,导致口腔上皮细胞失水。
探究一
渗透作用
1.结合下图分析渗透现象发生的条件和原理。
(1)蔗糖溶液液面上升的原因是什么
答案 水分子可以通过半透膜,而蔗糖分子不能通过,单位体积的清水中的水分子含量大于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大于由漏斗进入烧杯的水分子数,导致漏斗内液面上升。
(2)为什么当液面上升到一定程度时,液面不再上升
答案 漏斗中的液面高于烧杯中的液面,液面差为ΔH,由于烧杯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。当漏斗内高出烧杯液面的液体产生的压强与渗透压处于平衡状态时,半透膜两侧水分子的交换率(进出)相同,液面不再升高。
(3)当液面不再上升时半透膜两侧的浓度相等吗
答案 不相等。当液面不再上升时半透膜两侧仍存在浓度差。
【归纳提升】
1.典型渗透装置的分析
(1)半透膜内的溶质不能透过半透膜,水分子可以透过半透膜。
(2)若S1溶液浓度大于S2溶液,则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数,外观上表现为S1液面上升。
(3)在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差Δh,则S1溶液的浓度仍大于S2溶液。因为液面高的一侧形成的压强,会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。
预习反馈
判断正误。
(1)植物细胞的细胞液是指细胞内的液体。( × )
(2)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量分数。( × )
(3)将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中,不能发生渗透作用。( × )
(4)水分子通过细胞壁的扩散称为渗透作用。( × )
(5)细胞膜和液泡膜都相当于半透膜。( √ )
二、探究植物细胞的吸水和失水
1.成熟植物细胞的结构
2.质壁分离中的“质”和“壁”分别指植物细胞的原生质层、细胞壁。
【微思考】 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,成熟植物细胞会产生什么现象
答案 细胞失水,发生质壁分离。
预习反馈
1.判断正误。
(1)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。( × )
(2)质壁分离过程中水分子运动只能单向进行。( × )
(3)成熟的植物细胞发生质壁分离过程中,细胞的吸水能力逐渐减小。( × )
(4)质壁分离是指原生质层与细胞壁分离。( √ )
探究二
探究植物细胞的吸水和失水
萎蔫的叶片浸泡在清水中,很快变得硬挺;白菜剁馅放盐后很快有水分渗出;施肥过多会导致“烧苗”,这些现象都说明植物细胞也会发生渗透吸水或失水。
1.实验原理
(1)植物细胞的　　　　　　　　相当于半透膜,细胞壁与原生质层具有一定的伸缩性,原生质层的伸缩性　　　　细胞壁的伸缩性。
(2)外界溶液浓度>细胞液浓度→细胞　　　　,原生质层　　　　→发生　　　　　　　　。
(3)外界溶液浓度<细胞液浓度→细胞　　　　→已发生质壁分离的细胞发生　　　　　　　　　　　现象。
原生质层
大于
失水
收缩
质壁分离　
吸水
质壁分离复原
2.实验步骤
紫
细胞壁
质量浓度为
0.3 g/mL的蔗糖　
缩小
变深
原生质层
清水
变大
变浅　
细胞壁
【归纳提升】
1.质壁分离的原因和表现
2.巧判细胞能否发生质壁分离与复原
(1)从细胞角度分析
①具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象。
②死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离现象。
(2)从溶液角度分析
①在一定浓度的溶质不能跨膜运输的溶液中,发生质壁分离现象。
②在一定浓度的溶质可跨膜运输的溶液中,先发生质壁分离,后自动复原,如KNO3溶液等。
③在高浓度溶液中质壁分离现象明显,但不能复原,因为溶液浓度过高,细胞失水过多而死亡。
④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。
3.质壁分离与质壁分离复原实验的应用
(1)比较不同植物细胞的细胞液浓度
不同的植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液→观察细胞吸水后的状态和质壁分离程度大小→推断不同植物细胞细胞液浓度的大小。
(2)判断植物细胞的死活
只有活的植物细胞才有质壁分离与质壁分离复原现象。
(3)测定细胞液的浓度
将细胞放入一系列具有浓度梯度的蔗糖溶液中,观察细胞质壁分离的情况,即可测定该细胞液的浓度范围。
(4)观察植物细胞的细胞膜
光镜下观察植物细胞,正常植物细胞的细胞膜很薄,又紧贴细胞壁,不容易看到,质壁分离后,原生质层的最外面即为细胞膜。
三、自由扩散和协助扩散
(一)自由扩散和协助扩散
1.自由扩散
(1)自由扩散又叫简单扩散,是指物质通过简单的扩散作用进出细胞。
(2)方向:从高浓度一侧到低浓度一侧。
(3)条件:不需要转运蛋白,也不需要消耗细胞内化学反应产生的能量。
(4)举例:氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等进出细胞。
2.协助扩散
(1)协助扩散又叫易化扩散,是指借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。
(2)方向:从高浓度一侧到低浓度一侧。
(3)条件:需要转运蛋白的协助,转运蛋白有载体蛋白和通道蛋白两种。
探究三
自由扩散和协助扩散
1.比较自由扩散和协助扩散。
方　式 自由扩散 协助扩散
条件 能量 不需要 　　　　　
转运蛋白 　　　　　 　　　
实　例 氧气、CO2、甘油、乙醇等 离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等
运输方向 浓度　　的一侧→浓度　　的一侧
不需要
不需要
需要
高
低
2、被动运输的特点
【归纳提升】
比较通道蛋白和载体蛋白
转运蛋白 不　同　点 相同点
载体蛋白 由特定部位与转运的分子、离子结合,发生构象改变 具有选择性
通道蛋白 被转运的分子、离子无须与通道蛋白结合
·通道蛋白分为水通道蛋白和离子通道蛋白
2.不同因素对物质跨膜运输影响的曲线模型
影响物质跨膜运输的因素有多种。内部因素——载体蛋白的种类、数量。外部因素——物质的浓度、影响细胞呼吸强度的因素(如O2浓度、温度等)。
(1)物质浓度差(在一定的范围内)
预习反馈
判断正误。
(1)水分子和脂质分子都可以通过自由扩散进入细胞。( √ )
(2)自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和细胞内化学反应产生的能量。( × )
(3)在一定浓度范围内,协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。( √ )
(4)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同。( √ )
(5)通过通道蛋白协助的一定是协助扩散。( √ )
(6)水分子进入细胞,主要是通过自由扩散方式进行的。( × )
(7)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。( × )
【探究应用】
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
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,D项正确。要透过“现象”看本质,避免先入为主直接认定发生了质壁分离。
2.(2021广东)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下,制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响,下图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是(　　)
A.比较保卫细胞细胞液浓度,③处理后>①处理后
B.质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
C.滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
D.推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
答案 A
解析 由题图可知,蔗糖溶液①处理保卫细胞后,细胞的气孔开度变化不大,说明蔗糖溶液①的浓度与保卫细胞的细胞液浓度接近,保卫细胞由初始状态经过蔗糖溶液③处理后,气孔开度变大,说明细胞吸水,保卫细胞的细胞液浓度下降,因此③处理后保卫细胞细胞液浓度<①处理后保卫细胞细胞液浓度,A项错误,C项正确。用蔗糖溶液②处理细胞后,气孔开度变小,说明细胞失水,可观察到质壁分离现象,B项正确。由以上分析可知,蔗糖溶液①可以近似为保卫细胞的等渗溶液,蔗糖溶液②为保卫细胞的高渗溶液,蔗糖溶液③则为保卫细胞的低渗溶液,故三种蔗糖溶液的浓度高低为②>①>③,D项正确。
3.下列物质中,能够通过自由扩散进出组织细胞的是(　　)
A.K+和Na+ B.氨基酸和葡萄糖
C.O2和葡萄糖 D.甘油和CO2
答案 D
解析 一般情况下,脂溶性小分子以及气体(O2、CO2)以自由扩散的方式进出细胞。
3.甲、乙两种物质分别以自由扩散和协助扩散进入细胞。如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜,并维持其他条件不变,则(　　)
A.甲物质的运输被促进
B.乙物质的运输被促进
C.甲物质的运输被抑制
D.乙物质的运输被抑制
答案 D
解析 是否需要转运蛋白是自由扩散与协助扩散的区别。由于人工合成的无蛋白磷脂双分子膜没有转运蛋白,协助扩散将受到抑制。