人教版（2019）高一生物必修一4.1被动运输教学课件(共49张PPT)

(共49张PPT)
我国的高血压患病率一直居高不下，高血压已成为主要的健康杀手。治疗高血压有很多一线用药，其中一种是“钙通道阻滞剂”。
细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢？不同的物质跨膜运输的方式一样吗？这与细胞膜的结构有什么关系呢？
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
问题探讨
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。
一、渗透作用
Q1：漏斗内的液面为什么会升高？
(1)A侧的水分子可不可以从A侧通过玻璃纸进入B侧？
(2)B侧的水分子可不可以从B侧通过玻璃纸进入A侧？
(3)A侧的蔗糖分子可不可以从A侧通过玻璃纸进入B侧？
(4)水分子是双向移动的，A侧液面为何升高？



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
蔗糖溶液
玻璃纸
清水
分解思考：
A
B
H2O
由清水进入蔗糖溶液的水分子>由蔗糖溶液进入清水的水分子
水分子扩散的总趋势：从 到 。
清水
蔗糖溶液
问题探讨
一、渗透作用
因为：在溶液中，溶质浓度高，渗透压 ，吸水力 。
高
强
溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
半透膜
水分子
Q2：如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
不会，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的重力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，当
_________________________ 时，半透膜两侧水分子的交换率相同时，液面不再升高。
漏斗内渗透压 = 液柱的压力
问题探讨
一、渗透作用
B
(不会)
发生渗透作用的条件是什么？
①具有半透膜
②半透膜两侧的溶液具有浓度差
30%蔗糖溶液
玻璃纸
30%蔗糖溶液
30%蔗糖溶液
纱布
清水
30%蔗糖溶液
玻璃纸
清水
Q3：B和C的液面会升高？
问题探讨
一、渗透作用
C
A
半透膜
两侧的溶液具有浓度差
3
发生的条件
2
水的运输方向
定义：
1
溶液浓度
水的含量
低浓度溶液 高浓度溶液
渗透压
低渗透压 高渗透压
水多 水少
水分子的移动是双向的
一、渗透作用
水的相对含量高
（溶液浓度低）
水的相对含量低
（溶液浓度高）
（此浓度指溶质的物质的量浓度）
总趋势 流向
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
当液面不再上升时，液面高的一侧其浓度也较高！
练习
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？
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
浓度差
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
1、水进出动物细胞的情况
二、水进出细胞的原理
思考讨论
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？
水进出动物细胞是通过
渗透作用
1、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
红细胞内外溶液的浓度差
二、水进出细胞的原理
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？
思考讨论
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。
4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
将人类的红细胞置于不同浓度蔗糖溶液中，浸泡半小时之后的结果如图。依照红细胞外形的变化判断蔗糖溶液的浓度，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
D
甲　 　 乙
丙　　 丁
吸水涨破
吸水膨胀
失水皱缩
水进出动态平衡
练习
思考：给患者输液时，医生一般会将药物溶解在生理盐水（0.9%NaCl溶液）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，和人体细胞的细胞质浓度相同，其目的是维持细胞的正常形态和生命活动。
1、水进出动物细胞的情况
二、水进出细胞的原理
思考讨论
缺水的玫瑰放入清水中不久后会变得坚挺
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！
用蔗糖拌萝卜时，会出现什么现象？
二、水进出细胞的原理
2、水进出植物细胞的情况
1、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，主要是指水经过原生质层进出液泡
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
二、水进出细胞的原理
2、水进出植物细胞的情况
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
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？
二、水进出细胞的原理
2、水进出植物细胞的情况
2、探究实践
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
失水皱缩
缩小
吸水膨胀
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
二、水进出细胞的原理
2、水进出植物细胞的情况
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·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。
二、水进出细胞的原理
2、水进出植物细胞的情况
探究植物细胞的吸水和失水
进行实验，记录结果
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
活的植物细胞，要有中央大液泡和细胞壁，液泡最好有颜色
二、水进出细胞的原理
2、水进出植物细胞的情况
盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片
1
2
3
4
滴清水
撕取洋葱鳞片叶外表皮
低倍镜观察
5
6
低倍镜观察
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
7
8
在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引
低倍镜观察
探究植物细胞的吸水和失水
探究·实践
(二)方法步骤
进行实验，记录结果
进行实验，记录结果
探究·实践
(三)记录实验结果
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
探究植物细胞的吸水和失水
二、水进出细胞的原理
2、水进出植物细胞的情况
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。
分析结果，得出结论
你的结论是：
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
探究·实践
探究植物细胞的吸水和失水
“质”原生质层；“壁”细胞壁
Q1:植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？
不会。（因为细胞壁具有保护和支持的作用）
探究·实践
探究植物细胞的吸水和失水
表达和交流
Q2:质壁分离后，细胞壁和原生质层之间的空隙充满的是什么？
0.3g/mL的蔗糖溶液处理
充满的是外界溶液（蔗糖溶液）
Q3:根尖分生区细胞会不会出现质壁分离？
不会，不是成熟的植物细胞，没有大液泡
Q4:本试验选用0.3g/mL的蔗糖溶液，若改用0.8g/mL的蔗糖溶液作为试剂，会发生质壁分离的现象吗？如若发生质壁分离，滴加清水后会发生质壁分离的复原吗？若用0.03g/mL的蔗糖溶液的溶液会有什么现象？
会发生质壁分离，但浓度过高会引起植物过度失水而死，将不能再发生质壁分离复原现象。浓度太低质壁分离的现象不明显。
Q5、某些物质（甘油、乙二醇等）可以进入到细胞内，将植物细胞放入这类物质的溶液中，质壁分离情况与本实验是否完全相同？为什么？
探究·实践
探究植物细胞的吸水和失水
表达和交流
发生质壁分离后会自动复原。这类物质可以进入细胞，使细胞液浓度变大，当其浓度与外界溶液浓度相等时，水分子进出达到平衡，原生质层具有伸缩性，发生复原。
Q6、将成熟植物细胞放在高浓度的盐酸或酒精溶液中，无法观察到质壁分离现象，为什么？
高浓度的盐酸或酒精会杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。
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
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。
《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
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。
《教材》P67
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？
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。
《教材》P74
对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。
细胞过度失水可能导致死亡，可采用“灌溉法”进行缓解。
三、渗透作用原理的运用
在萎靡的青菜上洒水，使其坚挺
三、渗透作用原理的运用
在青菜上洒水，外界溶液浓度低于细胞液浓度，植物细胞吸水，宏观表现为植物坚挺
生活中杀菌、防腐、腌制食品
三、渗透作用原理的运用
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
三、渗透作用原理的运用
物质通过简单的扩散作用进出细胞，也叫简单扩散。
特点：
①顺浓度梯度运输
②不需要转运蛋白
③不需要消耗能量
细胞外
细胞内
三、被动运输
1、自由扩散
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，它们是通过自由扩散的方式进出细胞的。
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自由扩散的方式进出细胞？
三、被动运输
1、自由扩散
（1）气体和脂溶性分子
资料2：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
三、被动运输
1、自由扩散
（1）气体和脂溶性分子
以自由扩散的方式
9层
思考 讨论
（肺泡壁、毛细血管壁为单细胞层）
4层
肺泡
O2
O2
三、被动运输
1、自由扩散
（1）气体和脂溶性分子
1.O2是怎样进入血液以及组织细胞？
2.O2从肺泡腔进入血液需要穿过几层生物膜？
3.O2从肺泡腔进入组织细胞需要穿过几层生物膜？
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。
（3）水分子
推测水分子是如何通过细胞膜的？
资料3：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。
三、被动运输
1、自由扩散
水通道蛋白结构模式图
水通道
细胞膜
水分子尽管能够以自由扩散方式进出细胞，但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。
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需要转运蛋白的参与
③不需要消耗能量
水分子
通道蛋白
三、被动运输
转运蛋白有哪些类型？
载体蛋白、
通道蛋白
三、被动运输
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
结合部位相适应
直径和形状
大小和电荷
三、被动运输
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
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。
三、被动运输
状态1
状态2
状态3
（2）载体蛋白的开启过程
三、被动运输
运输速率
浓度差
M
转运蛋白的数量有限
自由扩散
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
三、被动运输
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
三、被动运输
教材P67 练习与应用
√
D
×
B
×
做判断题
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。
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。
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
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）