生物人教版（2019）必修1 4.1被动运输课件（共46张ppt1份视频）

(共46张PPT)
第1节　
被动运输
第四章　细胞的物质输入和输出
学习目标
01
02
03
细胞在什么情况下吸水或失水？
植物细胞质壁分离与复原现象说明什么？
两种被动运输的方式有什么异同？
讨论：
1.漏斗管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？
2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？
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？
一段时间后
蔗糖分子
水分子
【问题探讨】
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
半透膜
蔗糖分子
水分子
问题1.漏斗内的液面为什么会升高？
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。
渗透装置模型
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。
探究一、渗透作用
任务1：探究渗透作用发生的条件
半透膜：让小分子通过而大分子不能通过的一类多孔性薄膜的总称(如：膀胱膜、玻璃纸、卵壳膜)
玻璃纸
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
半透膜
蔗糖分子
水分子
问题2.如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
不会，当液面上升到一定高度后，管中水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，当
_________________________
最终达到平衡，液面将不再上升。
漏斗内渗透压 = 液柱的压力
溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
溶质微粒数目越多，渗透压越大。
探究一、渗透作用
任务1：探究渗透作用发生的条件
当液面上升到一定高度，不再升高的原因是什么？半透膜两侧溶液浓度是否相等？
液体高度差Δh水柱向半透膜产生向_____的重力压强，与漏斗内高浓度溶液对水分子产生的向_______的渗透压相抵消，达到平衡状态，进出漏斗的水分子数相等，液面不再升高，此时漏斗内蔗糖溶液浓度________清水。
上
下
大于
当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速率相同时，液面不再升高。
溶液S2
溶液S1
S1与S2的浓度差越大，△h越大
平衡后：S1＞S2
30%蔗糖溶液
清水
问题3.如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？
不会。原因是纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。
问题4.如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的
液面会不会升高？为什么？
不会。半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。
30%蔗糖溶液
玻璃纸
纱布/不透水的塑料布
①具有半透膜
②膜两侧溶液存在浓度差
探究一、渗透作用
任务1：探究渗透作用发生的条件
条件
1.渗透作用概念:
2.渗透作用发生条件:
①具有半透膜
②半透膜两侧溶液存在浓度差
水分子多
水分子少
3.渗透作用中水的运输方向：
半透膜
水（溶剂）
蔗糖（溶质）
水分子或其他溶剂分子透过半透膜的扩散
探究一、渗透作用
扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。
水往高处流
溶液浓度低
溶液浓度高
渗透压低
渗透压高
渗透平衡时：
△h的液体重力=漏斗中溶液的吸水力
4.渗透平衡
液面高度不发生变化，水分子双向运动速率相等，即动态平衡。
S1溶液
S2溶液
△H
S1溶液
S2溶液
半透膜
△H
探究一、渗透作用
思考：在达到渗透平衡的过程中，半透膜两侧溶液浓度如何变化？
渗透平衡时：
△h的液体重力=漏斗中溶液的吸水力
4.渗透平衡
液面高度不发生变化，水分子双向运动速率相等，即动态平衡。
S1溶液
S2溶液
△H
探究一、渗透作用
思考：在达到渗透平衡的过程中，半透膜两侧溶液浓度如何变化？
平衡前：
S表示溶液浓度
渗透过程：
平衡后：
渗透装置中溶质能否通过半透膜所导致的液面高度变化情况分
(1)AB两侧溶液的溶质均不能通过半透膜
若溶液浓度 A>B→水分子从B侧进入A侧，A侧液面上升(B侧下降)→A侧液面上升到一定高度后，A侧水柱产生的压力将加快水分子从A侧向B侧扩散的速度，最终达到动态平衡，液面不再变化。
(2)AB两侧溶液的溶质均能通过半透膜(且溶质扩散速率小于水分子),若溶液浓度A>B→水分子从B侧进入A侧，A侧液面上升(B侧下降)→随后溶质从A侧进入B侧，导致A侧浓度下降，B侧浓度上升，
膜两侧浓度差减小→水分子从A侧进入B侧，A侧液面下降(B侧上升)→最终AB两侧溶液等高，此时浓度差为零。
(3)A侧溶液的溶质能够通过半透膜(且扩散速率小于水分子)，B侧溶质不能通过
①若溶液浓度A>B→水分子从B侧进入A侧，A侧液面上升(B侧下降)→随后A溶质从A侧进入B侧，导致膜两侧浓度差减小→水分子从A侧进入B侧，A侧液面下降(B侧上升)→最终A侧液面低于B侧液面，只就A种溶质的浓度而言，A侧大于B侧。
②若溶液浓度A渗透作用需要两个条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差。渗透作用过程中，水分子总是从相对数目较多(浓度低)的一侧向相对数目较少(浓度高)的一侧扩散，可以理解为水分子向哪侧流动，哪侧的溶液浓度就高。这一原理可简记为“水往(浓度)高处流”。
人体细胞只有在等渗溶液中才能维持正常的形态。因此，在大量出汗后要及时补充淡盐水，在腹泻发生后也要饮用盐溶液，在防止脱水的同时，还要维持血浆等正常的渗透压。
S2与S1的浓度差越大，△h越大
S2＞S1
S2↓ S1↑
S2＞S1
1.某科研小组设计如图所示的渗透装置，其中蔗糖不能透过半透膜，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，液面不动(渗透平衡)时液面差为Δh。下列说法正确的是(　　)
A．渗透平衡后S1和S2浓度的大小关系为S1＝S2
B．渗透平衡后无水分子通过半透膜
C．漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快
D．向漏斗内加适量清水Δh将变小
D
实战演练
动物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统
②细胞内溶液与外界溶液存在浓度差
①细胞膜相当于一层半透膜
生物细胞也能发生渗透作用吗？
外界溶液
细胞膜
半透膜
蔗糖溶液
细胞质
相当于
相当于
外 界 溶 液 浓 度
细 胞 质 的 浓 度
＜
吸水膨胀
＞
失水皱缩
＝
保持原状
0.9% NaCl溶液中
20%的蔗糖溶液中
清水中
例1：水进出哺乳动物红细胞的原理
探究二、水进出细胞的原理
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”装置中的什么物质？
2.红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？
3.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水（质量分数为0.9%的NaCl溶液）。
血红蛋白属于大分子，不能透过细胞膜。
红细胞的细胞膜有选择透过性，相当于半透膜
不一定，红细胞吸水后，细胞质浓度也降低，当与外界溶液浓度相等时就不吸水了，如果细胞质浓度还没降到与外界溶液浓度相等就涨破了，那么红细胞就因吸水而涨破。
细胞膜内外的浓度差
这些有机物相当于蔗糖分子
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。
思考.讨论
当你吃比较咸的食物时，例如吃腌制的咸菜，连续嗑带盐的瓜子时，你的口腔和唇的黏膜会有什么感觉？为什么？
联系生活
外界溶液浓度高，口腔细胞失水。
植物细胞会出现失水和吸水的情况吗？
联系生活
清水泡过的青菜
盐腌制过的黄瓜
成熟的植物细胞模式图
细胞壁
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
原生质层
(全透性、伸缩性小)
半透性、伸缩性大
纤维素和果胶组成
探究二、水进出细胞的原理
例2：水进出成熟植物细胞的原理
问题2.水进出细胞，主要是指水经过__________________进出液泡。
原生质层
问题1.植物细胞内的液体环境主要是指 。
液泡中的细胞液
原生质体：去掉细胞壁的细胞
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验，
观察并记录结果
分析结果，得出结论
表达与交流
进一步探究
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吗？
原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。
科学探究的一般过程
提出问题
作出假设
设计实验
探究二、水进出细胞的原理
实验：探究植物细胞的吸水和失水
实验思路：将植物细胞先后浸润在较高浓度的蔗糖溶液和清水中，
用显微镜观察液泡、原生质层、 细胞大小的变化。
预期结果：在高渗的蔗糖溶液中植物细胞液泡变小，细胞失水，质壁分离；
在低渗溶液中，植物细胞液泡恢复，细胞吸水，质壁分离复原
探究二、水进出细胞的原理
质壁分离
质壁分离复原
外界溶液浓度 > 细胞液浓度
外界溶液浓度 < 细胞液浓度
第一次对照
第二次对照
实验步骤：
实验现象：
实验结论：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。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验，
观察并记录结果
分析结果，得出结论
表达与交流
进一步探究
科学探究的一般过程
提出问题
作出假设
设计实验
探究二、水进出细胞的原理
4min 实验：探究植物细胞的吸水和失水
进行实验，
观察并记录结果
探究二、水进出细胞的原理
实验结果分析：
①将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？
②有位同学错取了质量浓度为3g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？
③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？
观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便将处理前与处理后的细胞状态形成对照。（自身前后对照）
颜色逐渐变深；吸水能力逐渐增强。
蔗糖溶液浓度太高，细胞因过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。
2.质壁分离的原因
外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度
内因：
细胞壁伸缩性小，具有全透性
原生质层伸缩性大，具有选择透过性
探究二、水进出细胞的原理
小组讨论：
1.质壁分离复原的“质”与“壁”分别指什么？
提示:“质”指原生质层，“壁”指细胞壁。
3.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； 活细胞（原生质层相当于半透膜）
成熟的植物细胞
4.是否所有发生质壁分离的细胞都必需加入清水才能复原？
自动发生质壁分离复原的物质：KNO3、乙二醇、甘油、尿素等
显微镜下观察到多个纤维素分子集结成束，纵横交错构成植物细胞壁
联系生活
盐碱地
耐盐碱植物-刺槐
分析盐碱地不利于植物生长的原因。
为什么有些植物耐盐碱？
探究二、水进出细胞的原理
(1)判断成熟植物细胞的死活
一定浓度
蔗糖溶液
发生
质壁分离
不发生
质壁分离
(2)测定细胞液浓度范围
一系列梯度浓度
的蔗糖溶液
细胞液浓度介于:
未质壁分离与刚质壁分离
的浓度之间
拓展应用：
探究二、水进出细胞的原理
(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度大小
同一浓度
蔗糖溶液
发生质壁分离所需时间越短 ,
细胞液浓度越小。
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
活的成熟
植物细胞
质壁分离，
不能自动复原
质壁分离，
且自动复原
2.如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是(　　)
A．图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力减弱
B．图1所示结果只能在图2中C处观察到
C．增大蔗糖溶液的浓度会使第二次观察(D)和第三次观察(F)实验效果更明显
D．该实验用显微镜主要观察原生质层的位置、液泡的颜色和大小等
D
实战演练
课堂小结
动物细胞
植物细胞
条件
原理
现象
①___________相当于半透性膜
②______________________具有浓度差
①___________（由细胞膜、液泡膜和两层之间的细胞质组成）相当于半透膜
②_________________ 具有浓度差
渗透作用
细胞膜
细胞质与外界溶液
原生质层
细胞液与外界溶液
复习回顾：水进出细胞的原理
被动运输
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。
被动运输
探究三、自由扩散和协助扩散
自由扩散
协助扩散
探究三、自由扩散和协助扩散
1、自由扩散
特点：
①顺浓度梯度运输
②不需要转运蛋白
③不消耗能量
实例：
概念：
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，也叫简单扩散。
①气体，如O2、CO2、NO2等
②水等小分子
③脂溶性小分子，如甘油、乙醇，苯等
探究三、自由扩散和协助扩散
1、自由扩散
影响因素：
膜两侧浓度差、温度（生物膜分子的运动）
浓度差
扩散速度
转运蛋白
扩散速度
O2（能量）
扩散速度
膜两侧的分子浓度差，越大，扩散速率越快。成正比
探究三、自由扩散和协助扩散
2、协助扩散
特点：
①顺浓度梯度运输
②需要转运蛋白
③不需要消耗能量
实例：
概念：
物质借助膜上转运蛋白进出细胞的扩散方式，也叫易化扩散。
①葡萄糖进入红细胞——载体蛋白
②神经纤维上Na+内流，K+外流——离子通道蛋白
③水分子进出——水通道蛋白
项目 载体蛋白 通道蛋白
转运物质特点
是否与被转运 物质结合
自身构象是否改变
图解
与自身结合部位相
与自身通道的直径、形状相适配、大小和电荷相适宜
不结合
结合
改变
不一定
探究三、自由扩散和协助扩散
转
运
蛋
白
适应
转运蛋白具有特异性
探究三、自由扩散和协助扩散
2、协助扩散
影响因素：
浓度差
扩散速度
O2（能量）
扩散速度
转运蛋白
扩散速度
P
P点后速率受转运蛋白数量限制
膜两侧浓度差、转运蛋白数量、温度（转运蛋白的活性）
拐点前：看横坐标
拐点后：除横坐标外其他影响因素
方式 自由扩散 协助扩散
运输方向 是否消耗能量（ATP） 是否需要转运蛋白
举例
图例
曲线图 （一定浓度范围内）
影响因素
高浓度 低浓度（顺浓度梯度）
不消耗
不需要
需要
氧气、二氧化碳、乙醇、苯等
葡萄糖、钠钾离子、水等
细胞膜内外物质的浓度差
浓度差；转运蛋白的数量
Roderick MacKinnon
水通道蛋白模式图
Peter Agre
钾离子通道模式图
过去人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的，但后来的研究表明，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。
思考讨论：水分子进出细胞的方式？
探究三、自由扩散和协助扩散
联系生活
油脂类物质通过自由扩散的方式被细胞吸收，能吸收一部分空气的水分，同时它可以使一部分自由水转化为结合水，减少水分的散失，降低结冰点；从而可以防干燥，还能一定程度上防冻。
绝大部分保湿防冻产品中都有油脂类物质（如：甘油）想一想，这是为什么呢？
3.下图①→③表示葡萄糖跨膜运输的过程，据图分析正确的是 （　　）
A. 该膜中的转运蛋白也能运输氨基酸
B. 该膜可能是哺乳动物的红细胞膜
C. 该方式发生在葡萄糖以被动运输的方式从低浓度到高浓度运输时
D. 影响该过程进行的细胞器有线粒体和核糖体
B
实战演练
课堂小结
一、概念检测
1.物质跨膜运输的方式与物质的特点和细胞膜的结构有关。判断下列有关物质跨膜运输的表述是否正确。
(1)细胞膜和液泡膜都相当于半透膜（ )
(2)水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的（ ）
(3)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（ ）
√
×
×
练习与应用
课本P67
2.下列各项无法通过质壁分离实验证明的是（ ）
A.成熟植物细胞的死活
B.原生质层比细胞壁的伸缩性大
C.成熟的植物细胞能进行渗透吸水
D.水分子可以通过通道蛋白进入细胞
D
练习与应用
课本P67
3.假如将甲乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液溶质的浓度均比细胞液溶质的浓度高，在显微镜下连续观察甲乙两细胞的变化是（ ）
A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原
B.甲乙两细胞发生质壁分离，但乙细胞随后又发生质壁分离复原
C.甲乙两细胞发生质壁分离，但甲细胞随后又发生质壁分离复原
D.甲乙两细胞均发生质壁分离，后又均发生质壁分离复原
B
练习与应用
课本P67
二、拓展应用
1.细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液溶质的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。
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。
练习与应用
课本P67
二、拓展应用
2.温度变化会影响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。
假设:温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率设计实验
提示:可以借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。
将该渗透装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度,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。
练习与应用
课本P67
组织间隙
组织
细胞
管
血
细
毛
肺泡
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
组织间隙
1、O2是怎样进入血液以及组织细胞？
以自由扩散的方式
2、O2从肺泡腔进入血液需穿过几层生物膜？
（肺泡壁、毛细血管壁为单细胞层）
4层
3、O2从肺泡腔进入组织细胞需穿过几层生物膜？
9层
生物膜、磷脂分子、磷脂双分子层
拓展应用：