生物人教版（2019）必修1 4.1被动运输课件（共53张ppt）

(共53张PPT)
分子与
细胞
第1节 被动运输
第四章 细胞的物质
输入和输出
学习目标
1.描述细胞失水或者吸水的情况
2.说出植物质壁分离及复原的过程
3.对比被动运输的方式
问题探讨
细胞生活在一个液体环境中，细胞与环境的交换必须经过细胞膜，细胞内外的物质含量有很大的差别。
为什么细胞膜具有选择透过性？
细胞膜如何控制物质输入和输出？
水进出细胞的原理
墨水滴入清水中，清水很快变紫色。
——溶质分子在水中扩散的结果
扩散：
物质分子从高浓度向低浓度区域转移直到均匀分布的现象。
水进出细胞的原理
渗透：是一种特殊的扩散，仅指水分子等溶剂分子透过半透膜。
方向：
从相对含量多的地方向相对含量少的地方扩散。
水分子含水量高
溶液浓度低
渗透压低
含水量低
溶液浓度高
渗透压高
水分子是顺相对含量梯度跨膜运输
水进出细胞的原理
1.漏斗管内液面为什么会升高？
单位时间进入漏斗的水分子数多于流出漏斗的水分子数
水进出细胞的原理
2.若漏斗管足够长，液面会无限升高吗？
不会，上升水柱产生压力会加快漏斗中水分子向外扩散的速度，使水分子进出达到平衡，液面不再上升。
注意：此时膜内外浓度并不相等
水进出细胞的原理
3.如果用纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？
不会, 纱布孔隙大,蔗糖分子也可自由透过。
水进出细胞的原理
4.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？
漏斗管内液面不会升高, 单位时间内透过玻璃纸的水分子数等于渗出玻璃纸的水分子数量。
水进出细胞的原理
小结：渗透作用的发生需要具备哪些条件？
②半透膜两侧的溶液具有浓度差
①具有半透膜
水进出细胞的原理
水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的原理吗？细胞会发生什么样的变化？
如果将装置中的漏斗换成细胞还会不会吸水？
水进出细胞的原理
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
细胞形态不变
细胞失水皱缩
外界溶液浓度>细胞质浓度
水进出细胞的原理
1.红细胞吸水或失水取决于什么条件？
取决于细胞内外的浓度差，一般情况下，浓度差越大，吸水或失水越多。
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
红细胞的细胞膜允许水分子通过，而细胞质中的大分子，如血红蛋白不能通过，相当于一层半透膜。
水进出细胞的原理
3.水进出红细胞的方式是什么？
水通过渗透作用进出细胞
细胞膜相当于半透膜
红细胞膜两侧存在浓度差
水进出细胞的原理
10%
蔗糖
10%
葡萄糖
假设葡萄糖和蔗糖分子不能通过半透膜,且均为质量浓度，则一段时间后，液面高度会如何变化
10%
蔗糖
半透膜两侧的浓度差是指溶质颗粒的物质的量浓度，不是质量浓度
10%
葡萄糖
一段时间后
探究植物细胞的吸水和失水
清水泡过的青菜
很硬挺
盐腌制过的黄瓜
皱皱巴巴，能挤出水
探究植物细胞的吸水和失水
细胞壁
液泡
叶绿体
细胞液
植物细胞和动物细胞在结构上有何区别？
显微镜下观察多个纤维素分子集结成束，纵横交错构成植物细胞壁
细胞壁伸缩性小，对水为全透性
探究植物细胞的吸水和失水
成熟植物细胞
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
细胞核
探究植物细胞的吸水和失水
提出问题：
做出假设：
实验目的：
水分进出植物细胞是否通过渗透作用，原生质层是否相当于一层半透膜？
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。
探究水分进出植物细胞是否通过渗透作用
外表皮细胞
探究植物细胞的吸水和失水
实验设计：
1.材料用具：紫色洋葱鳞片叶、质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液、清水、刀片、镊子、滴管、盖玻片、吸水纸、显微镜等。
选择紫色洋葱鳞片叶外表皮，是因为其细胞液呈紫色，易观察液泡的大小变化
探究植物细胞的吸水和失水
2.实验步骤
制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片
低倍镜下观察液泡大小和原生质层位置
滴蔗糖溶液
制片
观察
观察
一侧滴加0.3g/mL蔗糖溶液，另侧用吸水纸引流
低倍镜下观察 紫色的中央液泡大小
原生质层位置
探究植物细胞的吸水和失水
2.实验步骤
低倍镜下观察液泡大小和原生质层位置
滴清水
观察
滴加清水，吸水纸引流
蔗糖溶液中细胞的液泡变小，原生质层远离细胞壁；
清水中细胞的液泡变大，原生质层紧贴细胞壁。
3.预期结果：
探究植物细胞的吸水和失水
第一次观察
a
滴加蔗糖溶液后观察
b
再次滴加清水溶液后观察
c
探究植物细胞的吸水和失水
1.“质”与“壁”分别指什么？
“质”指原生质层，“壁”指细胞壁。
思考讨论以下问题：
2.质壁分离原因有哪些？
外部原因：外界溶液浓度>细胞液浓度；
内部原因：具有大液泡（活细胞）
原生质层比细胞壁的伸缩性大。
探究植物细胞的吸水和失水
3.选用蔗糖溶液时，浓度一般是多少？ 若用更高浓度的蔗糖溶液，例如0.5g/ml，预期实验结果？
一般选用质量浓度0.3g/ml的蔗糖溶液
若用高浓度蔗糖溶液，质壁分离会更迅速。但可能无法复原，因为细胞失水过多，已经死亡。
探究植物细胞的吸水和失水
4. 质壁分离及复原过程中细胞液的浓度变化？吸水能力的变化？
质壁分离过程中细胞液的浓度逐渐升高，吸水能力的逐渐增强。
质壁分离复原过程中细胞液的浓度逐渐下降，吸水能力的逐渐减弱。
探究植物细胞的吸水和失水
5.实验中用显微镜观察几次？第一次观察的目的？第一次观察可以省略吗？
整个实验要用显微镜观察三次，第一次是观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的初始状态，第二次是观察质壁分离的过程，第三次是质壁分离复原的过程。
第一次是观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的初始状态作为对照，不能省略。
探究植物细胞的吸水和失水
6.列举出图片中各序号代表的结构或物质
细胞壁
细胞膜
细胞质
外界溶液
细胞液
液泡膜
细胞核
探究植物细胞的吸水和失水
7.紫色洋葱鳞片内表皮能否发生质壁分离？该材料能用于观察质壁分离吗？
可以发生质壁分离
可以用于质壁分离实验观察，为使实验现象更明显，可以将外界溶液染色。
探究植物细胞的吸水和失水
8.黑藻细胞中有明显的叶绿体，能用于观察质壁分离吗？
黑藻细胞中富含叶绿体，是原生质层呈绿色，当选用黑藻叶片为实验材料时，可以清晰的分辨出细胞是否发生质壁分离。
探究植物细胞的吸水和失水
将一新鲜马铃薯块茎切成4根粗细相同且长为5.0 cm 的小条，再将这4根马铃薯小条分别放在不同浓度的KNO3溶液中，分两次（浸入30min和4h）测量每一根的长度，结果如图所示。下列结论错误的是（ ）
D
A.a条马铃薯细胞渗透吸水
B.b条马铃薯细胞质壁分离后逐渐复原
C.c条马铃薯细胞质壁分离
D.d条马铃薯细胞外KNO3浓度增加
探究植物细胞的吸水和失水
9.选用适宜浓度的KNO3溶液时，能观察到质壁分离和自动复原现象，原理是什么？
当外界KNO3溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水发生质壁分离。
由于细胞能够主动吸收K+和NO3-，使细胞液浓度逐渐增加，直至其浓度高于外界KNO3溶液浓度时，细胞开始吸水，发生质壁分离自动复原。
探究植物细胞的吸水和失水
10.放在适宜浓度的KNO3溶液中的细胞从什么时候开始吸收K+和NO3-？
细胞浸润在KNO3溶液即开始吸收K+和NO3-
11.试再举两种可以使细胞发生质壁分离和自动复原的溶液？
甘油、尿素等溶质可以进入细胞的溶液，可以使细胞发生质壁分离和自动复原现象
探究植物细胞的吸水和失水
质壁分离与复原实验的应用拓展
1.判断成熟植物细胞的死活
待测成熟植物细胞
一定浓度
蔗糖溶液
镜检
发生质
壁分离
无质壁
分离
活细胞
死细胞
探究植物细胞的吸水和失水
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
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
探究植物细胞的吸水和失水
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
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
只发生
质壁分离
质壁分离
后自动复原
溶质不能透过半透膜（如蔗糖溶液）
溶质能透过半透膜（如KNO3溶液）
探究植物细胞的吸水和失水
6.农业生产中的水肥管理
（1）对农作物合理灌溉，降低了土壤溶液浓度，有利于农作物对水分的吸收。
（2）盐碱地中的植物更易缺水或不易存活，一次施肥过多，会造成“烧苗”现象。这是因为土壤溶液溶质浓度过高，甚至超过根的细胞液溶质浓度，这样根就因不易吸水或失水过多而出现“烧苗”现象
自由扩散和协助扩散
O2、CO2、N2、苯
H2O、尿素、甘油
葡萄糖、蔗糖
带电离子
非极性小分子
不带电荷的极性小分子
大的不带电荷的极性分子
H+、Na+、k+、Ca2+、Mg2+
自由扩散和协助扩散
回忆：
水通过渗透作用进出半透膜
自由扩散和协助扩散
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。
通道蛋白
载体蛋白
细胞外
细胞内
图4-4 自由扩散和协助扩散示意图
自由扩散和协助扩散
1.自由扩散
①方向： 浓度→ 浓度
高
(顺浓度梯度）
低
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式,叫做自由扩散，也叫简单扩散。
气体、甘油、苯、乙醇等
②实例：
③动力：细胞膜内外的
浓度差
自由扩散和协助扩散
1.自由扩散
思考：物质自由扩散速率与浓度差呈_______
正比
影响自由扩散速率的因素有哪些？
浓度差
温度
气管、支气管不断分支，最终形成肺泡
O2在肺泡中与血液的交换
自由扩散和协助扩散
科学家比较生物膜和人工膜（双层磷脂）对多种物质的通透性，结果如右图。
1.生物膜与人工膜在化学成分上有什么差异？
2.甘油，CO2和O2的跨膜运输方式是什么？
3. 你还能得出哪些结论？
生物膜具有蛋白质和糖类
自由扩散
细胞膜上的蛋白质可能会促进水分子、离子的运输
自由扩散和协助扩散
概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散，叫做协助扩散，也叫易化扩散。
② 方向：
③ 动力：
④ 实例：
高浓度 → 低浓度
浓度差
葡萄糖进入红细胞
载体蛋白
通道蛋白
① 膜转运蛋白的类别：
载体蛋白
和蛋通道白
1.协助扩散
自由扩散和协助扩散
需要与被运输的物质结合，每次转运时都会发生自身构象的改变。
分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，只容许与自身通道直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。
载体蛋白
通道蛋白
自由扩散和协助扩散
特点：
①顺浓度梯度运输
② 需要转运蛋白协助
③不需要消耗能量
1.协助扩散
转运蛋白
数量限制
限制因素：
拐点之前看横轴，拐点之后看其他
转运蛋白的数量
温度
影响自由扩散速率的因素有哪些？
膜两侧的浓度差
自由扩散和协助扩散
自由扩散和协助扩散有哪些相同点
通道蛋白
载体蛋白
细胞外
细胞内
图4-4 自由扩散和协助扩散示意图
①物质都以扩散的方式进出细胞
②都是顺浓度梯度的跨膜运输（从高浓度到低浓度）
③都不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量
自由扩散和协助扩散
自由扩散和协助扩散有哪些不同点
通道蛋白
载体蛋白
细胞外
细胞内
图4-4 自由扩散和协助扩散示意图
自由扩散：
不需要载体
协助扩散：
需要载体
载体蛋白
通道蛋白
自由扩散和协助扩散
被动运输 自由扩散 协助扩散
图例
运输方向
特点
影响因素
举例
高浓度→低浓度(顺浓度梯度)
不需要载体，不消耗能量
需要载体，不消耗能量
膜两侧的浓度差、温度
膜两侧的浓度差、转运蛋白的数量、温度
O2,CO2,甘油，乙醇，苯等
水通道运输水、红细胞吸收葡萄糖神经纤维上K+外流、Na+内流
被动运输
水进出细胞的原理
自由扩散和协助扩散
自由扩散
协助扩散
渗透现象
动物细胞的吸水和失水
植物细胞的吸水和失水
原生质层
质壁分离与质壁分离复原
特点：顺浓度梯度运输
实例：气体分子、脂溶性小分子
特点：顺浓度梯度运输，需要转运蛋白
实例：离子和小分子有机物
吸水会膨胀，甚至胀破；
失水皱缩
失水会发生质壁分离；
吸水会发生质壁分离复原
小 结