4.1 被动运输-高一生物同步教学课件（人教版2019必修1）(共50张PPT)

(共50张PPT)
被动运输
第四章 第1节
第四章 细胞的输入和输出
本节聚焦
细胞在什么情况下吸水或失水？
植物细胞的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？
（2课时）
目标
01
02
03
采用类比推理法，分析不同细胞在不同浓度溶液中的吸水和失水情况。基于给定的事实，进行实验设计、方案实施及结果分析。（科学思维、科学探究）
基于细胞渗透吸水和失水的原理，能够指导农业生产合理施肥。（社会责任）
从结构与功能相适应的角度，阐明细胞渗透失水与吸水的原理。（生命观念）
学习目标
情 境1
将一滴红墨水滴入一杯清水中，清水很快就变成了红色，这是溶质分子在水中 的结果。
生活中的现象
水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。
（分子） 多→少
扩散
探索新知 一
渗透作用
【探索新知1】
一、渗透作用
【任务①】 根据P62问题探讨，回答问题：
一段时间后
在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示现象。
玻璃纸（又叫赛璐玢）是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。
半透膜是一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的薄膜的总称。
【探索新知1】
一、渗透作用
【任务①】 结合课本P62，完成了《金版学案》P67新知一：
1.漏斗管内的液面为什么会升高？
若漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？
2.如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面 （选填“会”或“不会”）升高。
3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面 （选填“会”或“不会”）升高。
一段时间后
不会
不会
单位时间内从清水进入蔗糖溶液的水分子多于从蔗糖溶液进入清水的水分子。
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，最终达到动态平衡，液面将不再上升。
因为：在溶液中，溶质浓度高，渗透压 ，吸水力 。
高
强
【探索新知1】
一、渗透作用
【任务①】 结合课本P62，完成了《金版学案》P67新知一：
4.结合第2和第3题，总结渗透作用发生的条件：
一段时间后
①具有半透膜
②半透膜两侧的溶液具有浓度差
水的相对含量高
（溶液浓度低）
水的相对含量低
（溶液浓度高）
①水分子在半透膜两侧进行双向运动！
渗透作用发生的条件：
（此浓度指溶质的物质的量浓度）
总趋势 流向
②但运动总趋势是：顺着水的相对含量梯度跨膜运输！
5.结合以上问题探讨，总结水分子渗透的方向：
【例1】右图所示是渗透装置示意图,关于在长颈漏斗管内液面上升过程中的有关叙述,正确的是(　　)
A.水分子只能通过半透膜从烧杯进入漏斗进行单向移动
B.液面上升的速率先逐渐加快，然后减慢，最终液面维持稳定
C.当半透膜两侧水分子进出速率相等时,两侧溶液浓度相等
D.半透膜两侧溶液的浓度差越大,上升的高度越高
D
【母题延伸】若将图中的蔗糖溶液改为溶质能通过半透膜的葡萄糖溶液，渗透平衡时液面如何变化？
半透膜两侧溶液的浓度大小如何？
液面相平
相同
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点练习
《金版学案》P69
当液面不再上升时，液面高的一侧其浓度也较高！
情 境2
感悟生活
长时间侧含棒棒糖，或长时间嗑咸瓜子，有什么感觉？
水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的原理吗？
细胞膜是否相当于一层半透膜呢？
【探索新知2】
二、水进出细胞的原理
【任务②】 根据P63图，分析水进出动物细胞的情况：
外界溶液浓度
= 细胞的浓度
外界溶液浓度
＜ 细胞的浓度
外界溶液浓度
＞ 细胞的浓度
细胞形态不变
细胞吸水膨胀
细胞失水皱缩
等渗溶液
低渗溶液
高渗溶液
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.红细胞吸水和失水取决于什么条件？
4.水进出红细胞是否满足渗透作用发生的两个条件？
所以，水进出动物的原理是：
蔗糖分子
是
红细胞内外溶液的浓度差
渗透作用
不能
满足
将人类的红血球置于不同浓度蔗糖液中，浸泡半小时之后的结果如图。依照血球外形的变化判断蔗糖液的浓度，由高到低排列，正确的是（ ）
A．甲＞乙＞丙＞丁 B．丁＞甲＞乙＞丙
C．丙＞丁＞甲＞乙 D．丙＞乙＞丁＞甲
对点练习
D
甲　 　 乙
丙　　 丁
吸水涨破
吸水膨胀
失水皱缩
水进出动态平衡
（金版学案P70）思考：给患者输液时，医生一般会将药物溶解在生理盐水或质量分数为5%的葡萄糖溶液中，这是为什么？
这两种溶液都是血浆的等渗溶液，其目的是维持细胞的正常形态和生命活动。
与生活联系1
输液时所用的生理盐水
情 境3
缺水的玫瑰放入清水中不久后会变得坚挺
这说明什么？
植物细胞也能发生吸水和失水现象，吸水或失水同样与外界溶液的浓度有关！
联系生活
看视频
水又是怎样进出植物细胞的呢？
用蔗糖拌萝卜时，会出现什么现象？
【探索新知2】
二、水进出细胞的原理
【任务③】 请说出植物细胞和动物细胞在结构上的主要区别：
细胞壁是 的，即
的物质可以自由地通过细胞壁，细胞壁的作用主要是支持和保护细胞。
细胞壁的 较小！
成熟的植物细胞由于中央大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 。
▲成熟植物细胞模式简图
全透性
水分子和水溶性
伸缩性
水进出植物细胞，主要是指 。
液泡里面的细胞液
细胞壁
细胞液
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
水经过原生质层进出液泡
细胞壁具有全透性，伸缩性小，不影响水分和水溶性物质的运输。
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
【探索新知2】
二、水进出细胞的原理
【任务④】 根据课本，分析水进出植物细胞的情况：
当人为用溶液处理植物细胞，使植物细胞原生质层内外具备浓度差而发生吸水或失水时：
水进出植物细胞，是指水经过原生质层进出液泡。
用实验来证明！
水进出植物细胞是通过渗透作用吗？
原生质层是否相当于一层半透膜？
1.如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会 ，液泡体积就会 ；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会 ，液泡体积就会 。
所以可以通过 反映水分进出细胞的情况。
水分进出细胞是通过渗透作用吗？
原生质层是否相当于一层半透膜？
原生质层相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出植物细胞。
提出问题
作出假设
实验设计思路
进行实验，记录结果
分析结果，得出结论
表达和交流
失水
缩小
吸水
增大
探究植物细胞的吸水和失水
探究·实践
液泡体积的大小变化
2.如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？
3.如何看到细胞，需要借助到什么材料和用具？
4.对实验结果作出预测——细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？
提供蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，提供清水使细胞外溶液浓度降低。
利用显微镜观察临时装片。
探究植物细胞的吸水和失水
探究·实践
提出问题
作出假设
实验设计思路
进行实验，记录结果
分析结果，得出结论
表达和交流
实验思路：
将植物细胞分别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。
进行实验
探究植物细胞的吸水和失水
探究·实践
(一)选择材料
下列材料中能用于本次实验的是 。
A.大蒜根尖分生区细胞
B.人的口腔上皮细胞
C.菠菜或黑藻叶肉细胞
D.蛙的红细胞
E.洋葱鳞片叶外表皮细胞
F.洋葱鳞片叶内表皮细胞
C E F
材料要有大液泡！
进行实验
探究植物细胞的吸水和失水
探究·实践
(二)方法步骤
记录结果
探究植物细胞的吸水和失水
探究·实践
(三)过程和结果的分析
1.实验过程共显微观察了 次，其中第一次观察的目的是什么？
形成对照
试剂现象 中央液泡大小和颜色 原生质层的位置 细胞大小
蔗糖溶液
清水
逐渐变小，颜色逐渐变深
逐渐变大，颜色逐渐变浅
与细胞壁逐渐分离
逐渐恢复到原来的状态
基本不变
基本不变
3
第一次观察 第二次观察 第三次观察
2.第二次观察：细胞在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞发生了 的现象，细胞的吸水能力如何变化： 。
逐渐增强
分析结果
探究植物细胞的吸水和失水
探究·实践
(三)过程和结果的分析
0.3g/ml蔗糖溶液下看到的细胞
质壁分离
3.第三次观察:清水处理后，看到 现象。
质壁分离的复原
清水处理
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
实验小结与结论
探究植物细胞的吸水和失水
探究·实践
5.你的结论是：
4.植物细胞发生质壁分离与复原的原因：
内因： 。
外因：
原生质层比细胞壁的伸缩性大！
当 时，发生质壁分离；
当 时，发生质壁分离的复原；
清水处理
0.3g/ml蔗糖溶液处理
细胞液浓度<外界溶液浓度
细胞液浓度>外界溶液浓度
对点练习
2.下列关于植物细胞的吸水和失水实验的叙述,正确的是（ ）
A.紫色洋葱根尖分生区细胞可以作为实验材料
B.质壁分离指的是细胞壁与细胞质的分离
C.该实验可用于探究植物细胞细胞液的浓度大小
D.植物细胞吸水能力与质壁分离程度呈负相关
E.在低浓度的外界溶液中，细胞因吸水会涨破
《金版学案》P74 改编
C
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。
（由于存在细胞壁的保护，植物细胞不会涨破）
原生质层
3.用浓度为2mol·L-1乙二醇溶液和2mol·L-1蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞,观察细胞的质壁分离现象,得到其原生质体(去除细胞壁的植物细胞)体积变化如下图所示。回答问题
(1)原生质体体积A→B段的变化说明：在该段时
间内水从原生质体 ，细胞液的浓度 。
(2)在1min后，处于2mol·L-1蔗糖溶液中细胞的
细胞液的浓度将 ，此时，在
细胞壁与原生质层之间充满了 。要使该
细胞快速复原，应将其置于 中。
对点练习
《教材》P74
由于细胞壁具有全透性，不会阻碍蔗糖分子的进入。
渗出
增大
缓慢增大后趋于稳定
蔗糖溶液
清水
3.用浓度为2mol·L-1乙二醇溶液和2mol·L-1蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞,观察细胞的质壁分离现象,得到其原生质体(去除细胞壁的植物细胞)体积变化如下图所示。回答问题
(3)在2min后，处于2mol·L-1乙二醇溶液中细胞
的原生质体体积的变化是由于 逐渐进入
细胞内，引起细胞液的浓度 。
(4)并不是该植物的所有活细胞都能发生质壁分
离，能发生质壁分离的细胞还必须具有 等结构特点。
(4)(改编)2mol·L-1的蔗糖溶液处理细胞，能发生质壁分离，之后用清水处理后还能观察到质壁分离复原现象吗？为什么？
对点练习
《教材》P74 改编
质壁分离后又自动复原
（KNO3、NaCl、甘油……处理也有这个现象）
乙二醇并不是此时才开始进入细胞，而是在实验开始后就逐渐进入。
不能！
丙二醇
增大
大液泡
因为蔗糖溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡。
对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。
与生活联系2
农民伯伯施肥有讲究
细胞过度失水可能导致死亡，可采用“灌溉法”进行缓解。
教材P67 练习与应用
D
B
做2、3题
情 境4
联系生活
成人每天生成的原尿量可达180 L，但排出的终尿量仅1～2 L，可见原尿经过肾小管和集合管时，绝大部分水分被重吸收回血液。再从成分比较，原尿含葡萄糖而终尿无，各种无机盐离子含量也相差很大。
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物质所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输。
肾小管上皮细胞是如何对原尿中的水进行重吸收的？
肾单位
【探索新知3】
三、被动运输
【任务①】 探究气体和甘油等分子进出细胞的方式
资料1：科研人员对同种物质在只含磷脂双分子层的人工膜和生物膜中的透性做了比较，结果如下图。
人工膜和生物膜对这些物质透性相同，它们是通过简单的扩散作用进出细胞的。
脂溶性物质与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层进出细胞。
1.请据图分析气体和甘油是如何进出细胞的？
2.（P66旁栏思考）甘油、乙醇等分子为什么能以简单的扩散作用进出细胞？
物质通过简单扩散作用进出细胞，也叫简单扩散。
特点：
①顺浓度梯度运输
②不需要载体蛋白
③不需要消耗能量
1.自由扩散
【探索新知3】
三、被动运输
1.自由扩散
细胞外
细胞内
与生活联系3
自由扩散对于人体细胞很重要
当肺泡内O2的浓度大于肺泡细胞内部O2的浓度时，O2便通过自由扩散进入肺泡细胞内部。同样的，细胞内由于呼吸作用使CO2浓度升高时， CO2便通过扩散作用排出细胞，进入肺泡腔中，随呼气排出。
毛细血管壁
红细胞
肺泡壁
空气
氧气 15.8
氧气 5.6
氧气 14.5
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
　水分子通过生物膜时的速率明显高于自由扩散的速率，由此推断细胞膜上存在特殊的水的跨膜运输方式。
【探索新知3】
三、被动运输
【任务②】 探究水分子进出细胞的方式
推测水分子是如何通过细胞膜的？
资料1：科研人员对同种物质在只含磷脂双分子层的人工膜和生物膜中的透性做了比较，结果如下图。
资料2：科学家阿格雷在红细胞膜上发现了一种疏水性跨膜蛋白AQP1。他将这种蛋白镶嵌在人工合成的脂质体上，并将镶嵌有AQP1的脂质体和普通脂质体同时放入蒸馏水中，每隔一段时间观察，结果如图所示。
由上述实验结果，你能得出什么推论？
跨膜蛋白AQP1能够加快水分子进入细胞的速率。
【探索新知3】
三、被动运输
【任务②】 探究水分子进出细胞的方式
资料3：1988年美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种新的膜蛋白，后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白的存在。并由此赢得了2003年的诺贝尔化学奖。
目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。
水通道蛋白结构模式图
【探索新知3】
三、被动运输
【任务②】 探究水分子进出细胞的方式
水分子尽管能够以自由扩散进出细胞，但更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以自由扩散方式进出细胞的。
水通道
细胞膜
借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，也叫易化扩散。
特点：
①顺浓度梯度运输
②需要载体蛋白参与
③不需要消耗能量
2.协助扩散
【探索新知3】
三、被动运输
2.协助扩散
水分子
通道蛋白
【探索新知3】
三、被动运输
自由扩散和协助扩散
转运蛋白有哪些类型？
载体蛋白、
通道蛋白
名称 载体蛋白 通道蛋白
图示
转运对象 与自身 的分子或离子 与自身通道的 相适配、 相适宜的分子或离子
特点 每次转运时都会发生自身 。 转运分子 与通道蛋白结合
构象的改变
不需要
【探索新知3】
三、被动运输
【任务③】 根据课本P66-67，完成表格：
转运蛋白
结合部位相适应
直径和形状
大小和电荷
通道关闭
通道关闭
通道开放
通道开放
1.通道蛋白的开放和关闭受到调控
钾离子通道模式图
【探索新知3】
三、被动运输
转运蛋白--1.通道蛋白
资料4：麦金农利用Ｘ射线晶体成像技术，获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片，它可以让科学家观测离子在进入离子通道前的状态，在通道中的状态，以及穿过通道后的状态。这样，人们就可以“看见”离子是如何通过由不同信号控制开关的通道的。2003年，诺贝尔化学奖被授予给了这位有胆识的内科医生和生物物理学家。
状态1
状态2
状态3
2.载体蛋白的开启过程
【探索新知3】
三、被动运输
转运蛋白--2.载体蛋白
对点练习
《金版学案》P 71
阅读下列资料,回答相关问题。
资料1:研究表明,葡萄糖进入哺乳动物肝细胞时,如果使用药物限制膜蛋白的活动,葡萄糖的运输速率迅速下降,如果减少能量的供应,则对运输没有影响。
资料2:浓度差与O2跨红细胞膜时运输速率、葡萄糖跨红细胞膜时运输速率的关系分别如下表所示。
O2跨红细胞膜时的运输速率
浓度差/(mmol·L-1) 1.5 3 4.5 6 7.5 9
速率（相对值） 8 16 24 32 40 48
葡萄糖跨红细胞膜时的运输速率
浓度差/(mmol·L-1) 1.5 3 4.5 6 7.5 9
速率（相对值） 8 16 24 32 32 32
(1)依据资料1,可判断葡萄糖进入哺乳动物肝细胞的运输方式是　　 　,依据是 。
(2)依据资料2,分析O2和葡萄糖跨红细胞膜时的运输速率分别与浓度差具有怎样的关系
协助扩散
葡萄糖进入哺乳动物肝细胞受膜蛋白活性影响,而不受能量供应影响。
随浓度差增大,O2跨红细胞膜时的运输速率增大。在一定范围内,随浓度差增大,葡萄糖跨红细胞膜时的运输速率增大,当浓度差达到一定数值后,葡萄糖的运输速率保持不变。
运输速率
浓度差
M
转运蛋白的数量有限
自由扩散
【探索新知3】
三、被动运输
【任务④】 构建模型：构建上题中O2、葡萄糖跨红细胞膜运输时的数学模型
总结被动运输的影响因素：
①膜内外 梯度的大小。
②某些物质的运输速率（协助扩散）还与 的数量有关。
③ 变化会影响物质运输速率。
物质浓度
转运蛋白
温度
运输速率
浓度差
协助扩散
【探索新知3】
三、被动运输
概括总结
被动运输 实例 运输方向、 是否耗能 转运 蛋白 影响 因素 坐标图分析
自由扩散
协助扩散
浓度差
扩散速率
0 浓度差
运输速度
气体分子、水
甘油、脂肪酸
尿素 、固醇
乙醇、苯……
葡萄糖进入红细胞、大部分水进入细胞、离子通过离子通道蛋白的运输……
顺浓度梯度
(高→低)
不需要能量
不需要
需要载体蛋白或通道蛋白
内外浓度差
、温度等
内外浓度差、转运蛋白、
温度等
转运蛋白的数量有限
【例5】下图表示物质跨膜运输的一种方式,下列有关分析正确的是(　　)
对点练习
《金版学案》P 71
A.这种转运方式可逆浓度梯度进行
B.乙醇分子是以这种方式进入细胞的
C.细胞产生的能量增加会提高该物质的运输速率
D.转运蛋白在物质转运过程中形状会发生改变
D
被动运输不需要能量
教材P67 练习与应用
√
D
×
B
×
做判断题
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？
甘油可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。
润肤霜
与生活联系3
护护肤吧！
本节思维导图
细胞的物质输入和输出
细胞的吸水和失水
自由扩散
渗透作用的两个条件
动物细胞
特点：顺浓度梯度，不需要转运蛋白，不需要能量
植物细胞
1.半透膜。
2.浓度差。
外界溶液浓度＜细胞液浓度 细胞吸水
外界溶液浓度＜细胞液浓度 细胞失水
外界溶液浓度=细胞液浓度 细胞形态不变
外界溶液浓度＜细胞液浓度 质壁分离
外界溶液浓度>细胞液浓度 质壁分离复原
质壁分离超过一定限度不能复原!
协助扩散
特点：顺浓度梯度，需要转运蛋白，不需要能量
例子：水分子进出细胞（水通道蛋白）、葡萄糖进入红细胞（载体蛋白）、K+外流和Na+内流（离子通道蛋白）等
转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白
例子：水、尿素、气体（O2 、CO2、N2）、 脂溶性小分子（甘油、脂肪酸、乙醇、苯）、 脂质分子（胆固醇、性激素等）
用0.3g/ml的蔗糖溶液处理具有大液泡的植物细胞时，植物细胞发生 现象；之后用清水处理，植物细胞又会发生 现象。发生以上现象的内因是由于 。
第1课时——下节课前提问
动物细胞能发生渗透作用
植物细胞能发生渗透作用
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
细胞膜
细胞质与外界溶液
原生质层
细胞液与外界溶液
当外界溶液浓度______细胞质浓度，细胞吸水膨胀；
当外界溶液浓度______细胞质浓度，细胞失水皱缩；
当外界溶液浓度_____ 细胞质浓度，细胞维持正常形态。
小于
大于
等于
质壁分离
质壁分离的复原
原生质层比细胞壁的伸缩性大
第2课时——下节课前提问
被动运输 实例 运输方向、 是否耗能 转运 蛋白 影响 因素 坐标图分析
自由扩散
协助扩散
浓度差
扩散速率
0 浓度差
运输速度
A
转运蛋白的数量有限
气体分子、水
甘油、脂肪酸
尿素 、固醇
乙醇、苯……
顺浓度梯度
(高→低)
不需要能量
不需要
需要载体蛋白或通道蛋白
内外浓度差
、温度等
内外浓度差、转运蛋白、
温度等
葡萄糖进入红细胞、大部分水进入细胞、离子通过离子通道蛋白的运输……