生物人教版（2019）必修1 4.1被动运输（共49张ppt）

(共49张PPT)
第1节 被动运输
第4章 细胞的物质输入和输出
1.什么是渗透压？什么是半透膜？什么是渗透作用？
2.细胞在什么情况下吸水和失水？
3.植物细胞质壁分离与复原现象说明什么？
扩散作用
指物质分子从相对含量多的地方向相对含量少的地方自由运动直到均匀分布的现象。
溶质：高浓度→低浓度
溶剂：低浓度→高浓度
视频中土豆凹槽中的水变多了是扩散作用吗？
半透膜
蔗糖分子
水分子
清水
玻璃纸(半透膜)
蔗糖溶液
S2
S1
半透膜：是一种只允许离子和小分子自由通过的膜结构，而蔗糖不能通过。
物质能否通过只与膜上孔径直径的大小有关。 比如：
玻璃纸，肠系膜，蛋壳膜，鱼鳔等
渗透装置
半透膜
蔗糖分子
水分子
清水
玻璃纸(半透膜)
蔗糖溶液
S2
S1
单位时间内：
从烧杯扩散到漏斗中的水分子数 ＞ 从漏斗中扩散到烧杯的水分子数
水多
水少
讨论1 漏斗管内的液面为什么会升高？
渗透现象演示
动画演示
动画演示
蔗糖分子 水分子
思考：
渗透时水只从水多处向水少处扩散吗？
水分子是双向移动的
渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力
渗透压大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散
讨论2 如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？
不会，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。
液面不再上升时，还有水分子移动吗？半透膜两侧溶液浓度相等吗？
此时仍然有水分子进出半透膜
半透膜两侧浓度不相等
S1
S2
漏斗内溶液浓度S1>漏斗外溶液浓度S2，漏斗管内液面上升形成静水压，会阻止水分子由低浓度向高浓度一侧扩撒。
渗透作用发生的条件
讨论3 如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？
讨论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？
不会。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，包括水分子和蔗糖分子都能通过。
单位时间内玻璃纸两侧水分子进出平衡，漏斗中的液面将保持不变。
①具有半透膜
②半透膜两侧的溶液具有浓度差
一、渗透作用
1.定义
2.发生渗透现象的条件
3.水分子渗透的方向
①具有半透膜
②半透膜两侧存在浓度差（相对分子数目）
半透膜
含水量___
含水量___
___浓度溶液
___浓度溶液
低
高
高
低
渗透平衡时水分子进出速率相等
水分子或（其它溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。
S2溶液
S1溶液
半透膜
U型管
S1溶液
S2溶液
渗透现象中液面变化的判断
假设：半透膜只允许水分子透过
2g/ml
葡萄糖溶液
2g/ml
蔗糖溶液
半透膜
液面
等高
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。
虽然质量浓度相同，但葡萄糖溶液的物质的量浓度大。单位体积中溶质分子的数目多，溶剂分子的数目少，即相同体积下，溶液中溶质颗粒越多，浓度越大，渗透压越大。故水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
左侧液面下降
右侧液面上升
渗透现象中液面变化的判断
NaCl溶液在水中呈现离子状态，导致左侧浓度升高，水分子由2mol/L的葡萄糖溶液→2mol/L的NaCl溶液，则左侧液面升高，最终高于右侧。
假设：半透膜只允许水分子透过
2mol/L
葡萄糖溶液
2mol/L
NaCl溶液
半透膜
液面
等高
×
×
解析：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。
解析：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。
×
(1)渗透作用是扩散的一种特殊形式(　　)
√
(2)漏斗内液面升高的原因是：水分子只能通过半透膜进入漏斗内(　　)
(3)液面高度不再变化时，即达到渗透平衡状态，此时水分子不再进出半透膜(　　)
(4)水分子进出达到平衡状态时，半透膜两侧的溶液浓度相同（ ）
(5)动物细胞和植物细胞放在蒸馏水中会吸水涨破(　　)
×
解析：渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。
外界溶液
细胞膜
半透膜
蔗糖溶液
细胞质基质
相当于
相当于
①红细胞与外界溶液组成了一个渗透系统。
②红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，细胞质与外界溶液可以具有浓度差，水分通过渗透作用进出红细胞。
二、水进出哺乳动物红细胞的原理
③红细胞吸水或失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。
资料一：活细胞内的生物膜只允许水分子自由透过，其所选择的离子及一些小分子物质也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子物质均不能透过，是严格的半透膜。
细胞吸水膨胀
细胞失水皱缩
细胞保持正常状态
外界溶液浓度_______细胞质浓度
外界溶液浓度____细胞质浓度
小于
等于
外界溶液浓度_______细胞质浓度
大于
结论：水进出红细胞的方式是渗透作用
渗透原理的应用——水进出动物细胞的原理
低渗溶液
等渗溶液
高渗溶液
正常情况下，血红蛋白位于红细胞内，但如果血红蛋白出现在血浆中，则说明红细胞已破裂，发生了溶血现象。生活中，新生儿溶血症常表现为黄疸等症状。溶血的原因有细菌、疟原虫的寄生，蛇毒侵染，抗原—抗体反应等。
相当于
半透膜只能根据自身孔径的大小，筛选滤过相应的溶质颗粒，而生物膜却有神奇的选择透过性，尤其是具有主动运输功能，这是生物膜的生命属性，这种属性与其所含的蛋白质等生物活性物质有关。
如果将装置中的漏斗换成植物细胞将如何？和动物细胞一样也会吸水或失水吗？
1.西红柿上放糖,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。
成熟植物的细胞结构
请说出植物细胞和动物细胞在结构上的主要区别
叶绿体
细胞壁
大液泡
三、植物细胞的吸水与失水
1.植物细胞的细胞壁能否控制水分或溶质分子进出细胞呢？
否，植物细胞的细胞壁是全透性的，水分或大部分溶质分子均可以自由地通过细胞壁
细胞壁对细胞的失水无影响。细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小，因有细胞壁的约束，即使细胞内外有浓度差，植物细胞也不能无限地吸水
2.植物细胞的细胞壁能否影响吸水与失水？
成熟植物细胞模式图
细胞壁
渗透原理的应用——水进出植物细胞的原理
除了丰富的水之外，液泡内的细胞液中还含有无机盐离子、糖类、氨基酸等多种溶质，这也使得细胞液的渗透压较高，使植物细胞能够从细胞外吸水而保持充盈状态，因此产生的原生质体对细胞壁的侧压力，使柔软的植物组织得到了支撑。
细胞壁的保护作用体现在防止细胞因吸水过多而破裂以及将一些病原微生物阻挡在细胞外等方面；细胞壁的支持作用主要得益于大量的纤维素分子通过氢键联结成微纤维，后者又与其他多聚体相结合，形成强大的机械支撑，维持了细胞形态，也使高大的乔木顶天而立。
4.成熟植物细胞内的液体主要储存在哪里？
成熟植物细胞的中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。
成熟植物细胞模式图
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
原生质层
渗透原理的应用——水进出植物细胞的原理
细胞膜、液泡膜和两层之间的细胞质基质由于只被挤成薄薄一层，因此被称为原生质层
植物细胞吸水有三种方式
(1)未形成液泡的细胞，靠吸胀作用吸水，如种子萌发过程中的吸水。
(2)液泡形成以后，细胞主要靠渗透作用吸水，如植物根毛的吸水。
(3)与渗透作用无关的代谢性吸水，是指植物细胞利用呼吸作用释放的能量使水分经过细胞膜进入细胞的过程。
以上三种方式中以渗透作用吸水为主。
3.植物细胞的半透膜在哪里？
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_________。
水是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？
设计方案：将植物细胞浸润在 的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在 中，观察其大小的变化。
设计方案（材料 处理） 预期结果
缩小
失水皱缩
变大
吸水膨胀
较高浓度
清水
学生活动：探究植物细胞的吸水与失水
表达交流
进一步探究
作出假设
设计实验
进行实验
提出问题
分析结果得出结论
水是以渗透作用的方式进出植物细胞的，原生质层相当于一层半透膜
提出问题
作出假设
设计实验
选材：
Ⅰ.实验中为什么选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料？
外表皮
内表皮
（1）紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中具有大的、有色素的液泡，容易观察液泡的形态体积变化，从而判断其失水和吸水。
（2）紫色洋葱鳞片叶内表皮液泡中色素较少，观察起来不 明显。
（细胞液——无色）
（细胞液——紫色）
紫色洋葱鳞片叶外表皮
洋葱鳞片叶内表皮细胞
观察初始状态下的细胞中紫色的中央液泡的大小、原生质层的位置、细胞大小
（第一次观察）
实验操作：
6
低倍镜观察
实验步骤
引流法
重复几次
第一次处理
5
在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引
（第二次观察）
学生活动：在下图中标出细胞壁、细胞膜、液泡膜，思考细胞壁与细胞膜之间的液体是什么？
7
在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引
8
低倍镜观察
重复几次
第二次处理
（第三次观察）
外界溶液 液泡大小 原生质层的位置 细胞大小
蔗糖溶液
清水
变小
与细胞壁分离
与细胞壁重新贴合
变大
基本不变
基本不变
实验结果
质壁分离及复原现象发生的条件
(1)植物细胞的原生质层相当于一层________；
(2)植物细胞是通过__________吸水和失水的。
实验结论：
半透膜
渗透作用
原因
内因
外因
①成熟植物细胞的原生质层相当于一层________
②原生质层比细胞壁的伸缩性____
细胞液与外界溶液之间存在________
半透膜
大
浓度差
外界溶液浓度＞细胞液浓度
外界溶液浓度＜细胞液浓度
外界溶液浓度＝细胞液浓度
植物细胞发生渗透作用失水→发生质壁分离现象
植物细胞发生渗透作用吸水→发生质壁分离复原现象
植物细胞的失水量＝吸水量→水分进出细胞达到平衡状态
课堂小练
1.洋葱根尖分生区细胞能发生质壁分离现象（ ）
2.动物细胞不能发生质壁分离（ ）
只有活的、具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不能发生质壁分裂
X
√
植物细胞发生质壁分离与复原
1.观察质壁分离和复原，对材料的要求：
(发生质壁分离的条件：）
活细胞的植物细胞（不可用死细胞、动物细胞）
细胞有大液泡（不可用未成熟的植物细胞）
原生质层两侧存在浓度差（外界溶液浓度＞细胞液的浓度）
滴加有颜色的外界溶液
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞
2.如果想用紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作为材料，可以怎么处理？
洋葱鳞片叶内表皮细胞
植物细胞发生质壁分离与复原
质壁分离明显的黑藻细胞
黑藻是高等植物细胞，含有大液泡和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象。
常见可以用于观察质壁分离及复原的材料：
紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞、内表皮细胞（外界溶液需有颜色）、叶肉细胞（因有叶绿体）、洋葱管状叶叶肉细胞、根尖成熟区细胞。
常见不可以用于观察质壁分离及复原的材料：
根尖分生区细胞（无大液泡）、动物细胞、干种子细胞
3.如果观察质壁分离及复原的实验用50%的蔗糖溶液，一段时间后滴加清水为未观察到质壁分离复原的现象，可能原因是？
50%的蔗糖溶液浓度过高，细胞失水过多而死亡。
4.如果将实验中质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液改为质量浓度为0.5g/mL的蔗糖溶液或适宜浓度的KNO3溶液，实验结果会如何？
蔗糖溶液浓度过高
细胞失水过多死亡
能质壁分离
质壁分离无法复原
外界溶液浓度＞细胞液浓度
质壁分离后能自动复原
自动
乙溶液：细胞失水发生质壁分离后自动复原
如一定浓度的甘油、尿素、葡萄糖、乙二醇、NaCl、KNO3溶液等
原因：开始外界溶液浓度＞细胞液浓度，细胞失水发生质壁分离，随着溶质分子进入细胞使细胞液浓度升高当细胞液浓度＞外界溶液浓度时，细胞吸水发生质壁分离复原。
问：1.细胞在乙溶液中从哪点开始吸收溶质？
2.a、b点时细胞液和外界溶液浓度的关系
3.0-a过程中，细胞的吸水能力怎么变化？
a点时细胞液浓度与外界溶解浓度相等
b点时细胞液浓度大于外界溶解浓度
吸水能力增大
a点之前
5.滴加盐酸可以观察到质壁分离自动复原实验(　　)
×
盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
质壁分离实验要选择对细胞无毒害作用，浓度适中的外界溶液；
在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。
6.思考：
（1）.此细胞正在发生什么现象？
（2）.外界溶液浓度与细胞液浓度的关系？
（3）.原生质层与细胞液之间充满的是什么液体？
（4）.质壁分离复原后，细胞液与外界溶液浓度的关系？
质壁分离或者质壁分离复原
大于、等于、小于
外界溶液
大于或等于
质壁分离及复原现象的拓展应用（学习笔记P50）
1.判断细胞的活性
待测成熟植物细胞
镜检
不发生
质壁分离
活细胞
死细胞
一定浓度蔗糖溶液
发生
质壁分离
2.测定细胞液浓度的范围(学习笔记P55（7）教材P67拓展）
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刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间
1.配置一系列浓度梯度的蔗糖溶液，将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞至于配好的等量的各种浓度梯度的蔗糖溶液中。
2.相同且适宜时间后用显微镜观察细胞的质壁分离情况。
3.记录刚发生质壁分离以及刚好未发生质壁分离的细胞所用的浓度，推算出细胞液浓度刚好介于这两个浓度之间。
质壁分离及复原现象的拓展应用
3.比较不同植物细胞的细胞液浓度
4.比较未知浓度溶液的浓度大小
不同
植物细胞
同一浓度蔗糖溶液
镜检
判断细胞液浓度的大小
(时间越短，细胞液浓度越小)
同一植物的
相同成熟细胞
未知浓度的溶液
镜检
比较刚发生质壁分离时所需时间的长短
比较质壁分离
所需时间的长短
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
质壁分离及复原现象的拓展应用
5.鉴别不同种类的溶液(如KNO3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）
(1)在实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜观察，第二、三次用高倍镜观察(　　)
(2)当质壁分离复原后，细胞液的浓度等于外界溶液浓度(　　)
(3)质壁分离过程中，洋葱鳞片叶外表皮细胞的紫色区域逐渐变小(　　)
×
×
√
细胞壁具有保护和支持的作用
思考教材P67拓展二：
温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？提出假设并设计实验检验假设
1.设置不同温度梯度等量的清水至于相同的烧杯中
2.取相同的漏斗放入等量的等浓度的蔗糖溶液，漏斗口用同种半透膜封口
3.将漏斗倒扣在已设置的不同温度梯度的烧杯中，调节液面高度与烧杯中水面高度一致
4.观察并记录相同时间液面上升的高度(液面上升的速率）
完成练透P164-15（3）
人工合成的脂双层对物质的通透性
氧气、氮气 二氧化碳、苯
水、甘油、
乙醇
氨基酸
葡萄糖
核苷酸
H+、 Na+、 K+、 Ca2+、 Mg2+、 HCO_
合成的脂双层
无机小分子
脂溶性
有机小分子
较大的
有机小分子
离子
1.什么样的分子能够通过脂双层？
什么样的分子不能通过？
2.葡萄糖、氨基酸、无机盐都是生命活动所必需的，如何通过细胞膜呢？
根据相似相溶原理,脂溶性的,以及分子量小的物质,气体等可以直接透过脂双层。
较大的有机分子和带电荷的离子不能通过合成的脂双层。
需要转运蛋白的帮助
被动运输
自由扩散（简单扩散）
协助扩散（易化扩散）
物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
像O2、CO2以及甘油、乙醇、苯等，通过简单的扩散作用进出细胞的方式，称为自由扩散，也叫简单扩散。
离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜，需要借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。
自由扩散
细胞外
细胞内
细胞膜
自由扩散
(1)概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式
(2)特点
①顺浓度梯度运输
②不需要转运蛋白协助
③不需要消耗能量
(3)实例：
气体（O2 、CO2、N2）、 脂溶性小分子（甘油、乙醇、苯）、脂质分子（胆固醇、性激素等）、少部分水
细胞外
细胞内
(4)影响因素：
浓度差、温度
浓度差
运输速率
转运蛋白
运输速率
能量
运输速率
转运蛋白
转运蛋白：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助物质顺浓度梯度跨膜运输。
载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变；
通道蛋白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。分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白相结合。
特异性
2
转运蛋白的类型
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
比较载体蛋白和通道蛋白的异同
被运输物质是否与之结合 转运时自身构象是否改变 实例 相同点
载体蛋白
通道蛋白 是
否
是
否
具有特异性
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
水分子通过水通道蛋白进出细胞
协助扩散
(1)概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式
载体蛋白
通道蛋白
(2)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
(3)实例：
葡萄糖进入红细胞等，
Na+进入神经细胞，K+出神经细胞 大部分水通过通道蛋白
浓度差、
转运蛋白种类和数量、温度
浓度差
扩散速度
能量
扩散速度
(4)影响因素：
(1)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同(　　)
(2)载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机理是一样的(　　)
(3)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率(　　)
√
×
√
思考：为什么自由扩散与协助扩散被称为被动运输？
1.动力来自于物质的浓度差
2.都是顺浓度梯度、不需要消耗能量。
请判断①和②分别是哪一种被动运输方式？请说明判断理由。
运输速率
膜两侧的浓度差
①
②
P点
（转运蛋白饱和点）
膜两侧的浓度差
膜两侧的浓度差
转运蛋白的数量
协助扩散
自由扩散