4.1 被动运输--人教版2019高中生物学必修1教学课件(共47张PPT)

(共47张PPT)
第1节　被动运输
第4章　细胞的物质输入和输出
生物
学习目标
1.分析渗透现象的原理及发生条件，理解动植物细胞吸水和失水过程中各种细胞结构尤其是细胞膜的功能。（生命观念、科学思维）
2.通过分析被动运输的方式及其发生的条件，理解被动运输过程与细胞膜选择透过性的关系，建构细胞膜结构与功能之间的联系。（科学思维、生命观念）
3.通过分析植物失水萎蔫、人体输液等生活实例，理解渗透作用的生理意义，增强对生命活动中物质调控的关注。（社会责任）
学习重难点
重点：
1.植物细胞的吸水和失水探究实验的设计。
2.被动运输的原理和特点。
难点：
1.从结构层面理解细胞膜选择透过性的实现机制及其在物质跨膜运输中的作用。
2.探究质壁分离的内因与外因。
导入新课
硬挺
皱皱巴巴
水是如何进出细胞的？
渗透作用
清水泡过的青菜
盐腌制过的黄瓜
渗透现象及原理分析
新课讲授
任务一
将一滴红墨水滴入一杯清水中，清水很快变成了红色。这是为什么？
这是溶质分子在水中扩散的结果
扩散：指分子从高浓度区域向低浓度区域运动的现象。
什么是渗透作用？
与扩散有什么区别呢？
[任务一] 渗透现象及原理分析
新课讲授
水往高处流？
半透膜：小分子物质通过，大分子物质不能通过。
[任务一] 渗透现象及原理分析
新课讲授
动画演示
动画演示
蔗糖分子 水分子
玻璃纸（半透膜）两侧有浓度差，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。
1.漏斗管内的液面为什么会升高
渗透现象演示
【合作探究】
新课讲授
[任务一] 渗透现象及原理分析
动画演示
动画演示
蔗糖分子 水分子
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
2.如果用一层纱布代替玻璃纸,漏斗管内的液面还会升高吗 为什么？
不会。纱布孔隙很大，蔗糖分子可自由通过。
液面不会升高，玻璃纸（半透膜）两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸（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。
条件一 ：半透膜
条件二：半透膜两侧有浓度差
渗透现象演示
新课讲授
[任务一] 渗透现象及原理分析
低浓度溶液
渗透作用
渗透作用的概念：
②半透膜两侧的溶液具有浓度差。
渗透作用发生的条件：
①具有半透膜。
水分子渗透方向：
水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散
高浓度溶液
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。
水分子数多
水分子水少
盐水
清水
[任务一] 渗透现象及原理分析
新课讲授
【思维提升】
下图中半透膜两侧分别为质量分数是10%的蔗糖溶液和葡萄糖溶液（均不能透过半透膜），液面如何变化？
质量分数相等的蔗糖溶液和葡萄糖溶液，前者的物质的量浓度小于后者。半透膜两侧水分子从溶质物质的量浓度低的一侧向物质的量浓度高的一侧渗透，即从蔗糖溶液一侧向葡萄糖溶液一侧渗透，葡萄糖溶液一侧的液面会升高，蔗糖溶液一侧的液面会降低。
新课讲授
[任务一] 渗透现象及原理分析
生活情境
长时间在口腔一侧含棒棒糖，或长时间嗑咸瓜子，会有什么感觉？
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？
新课讲授
水进出动、植物细胞的原理
新课讲授
任务二
外界溶液浓度等于
细胞质浓度
失水皱缩
形态不变
高浓度溶液
生理盐水
蒸馏水
外界溶液浓度低于
细胞质浓度
外界溶液浓度大于
细胞质浓度
吸水膨胀，甚至涨破
水进出动物细胞的原理
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
1.红细胞内的血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗？
2.红细胞的细胞膜是否相当于“问题探讨”中所说的半透膜？
红细胞内的蛋白质等有机物一般不能透过细胞膜。
红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中所说的半透膜。
3.当外界溶液浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
不一定，浓度差很大时会涨破，浓度差较小时不会涨破。
4.临床上输液为什么要用生理盐水？
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。
它允许水分子自由通过，而对细胞内的一些大分子物质和离子具有选择性，类似于半透膜的特性。
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
动物细胞
细胞膜相当于一层半透膜
吸水和失水取决于细胞质与外界溶液的浓度差
思考？如果换成植物细胞会如何？
【归纳总结】
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
成熟植物细胞模式图
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
（选择透过性，伸缩性大）
细胞壁
（全透性,伸缩性小）
细胞液
思考：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？
用实验来证明！
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
请阅读教材P64～65的内容，完成以下任务:
1.尝试作出假设并说出作出假设的依据。
2.设计实验验证假设是否正确（说出设计思路和预测结果）。
探究·实践
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
新课讲授
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？原生质层相当于一层半透膜吗？
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
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
实验
液泡体积的大小变化
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
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
探究植物细胞的吸水和失水
实验
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
2.如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？
提供较高浓度的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。
3.若想看到细胞，需要借助什么材料和用具？
利用显微镜观察临时装片。
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。
质壁分离与复原实验
选材：有中央大液泡、最好有颜色
紫色洋葱鳞片叶外表皮
外界溶液：质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液
实验方法：引流法
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片
3
滴清水
撕取洋葱鳞片叶外表皮
低倍镜观察
低倍镜观察
在盖玻片的一侧滴加质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸引流
在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸引流
低倍镜观察
进行实验：三次观察
中央液泡是否逐渐减小？
原生质层在什么位置？
细胞大小是否发生变化？
中央液泡是否逐渐减小？
原生质层在什么位置？
细胞大小是否发生变化？
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
实验现象
探究植物细胞的吸水和失水
试剂 中央液泡大小 中央液泡变化 原生质层位置 细胞大小
质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液
清水
变小
逐渐恢复
原来大小
逐渐贴近细胞壁
逐渐与细胞壁分离
基本不变
基本不变
①在清水中：
细胞的正常形态
③在清水中：
质壁分离复原
②高浓度蔗糖溶液中:
质壁分离
变小
变大
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
1.植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
2.植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
实验结论
实验结果及结论
质壁分离的内因和外因：
内因：原生质层具有选择透过性
原生质层的伸缩性 > 细胞壁的伸缩性
外因：外界溶液浓度 > 细胞液浓度
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
【思维提升】
1.蔗糖会透过细胞壁吗？原生质层与细胞壁的空隙中是什么液体？

2.外界溶液浓度过高时（质量浓度为0.5g/mL的蔗糖溶液）会发生质壁分离吗？将外界溶液换成清水，会发生质壁分离复原吗？为什么？
蔗糖可以透过细胞壁。原生质层与细胞壁的空隙中是蔗糖溶液。
会发生质壁分离。可能不会发生质壁分离复原，因为外界溶液浓度过高，细胞会因失水过多而死亡，死亡的细胞原生质层失去选择透过性，无法发生质壁分离复原。
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
实验思路：配制一系列不同浓度梯度的蔗糖溶液，分别制作紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在不同浓度蔗糖溶液中的临时装片，用显微镜观察细胞的状态，以刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度作为细胞液浓度的近似值。
3.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外表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液浓度相当于多少质量浓度的蔗糖溶液。写出你的实验思路。

新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。
将有些萎蔫的菜叶浸泡在清水中，不久，菜叶就会变的硬挺。
盐腌制过的黄瓜,皱皱巴巴，还出水。
生活现象：
与社会的联系： 渗透作用原理的运用
生活中的防腐腌制食品：微生物也是通过渗透作用吸水。
如果将食品糖渍、盐渍或者干制，微生物就难以从食品中获取水分，增殖缓慢，从而延长食品的保存期。
渗透装置
渗透作用原理
动物细胞
植物细胞
细胞膜
原生质层
半透膜
实例：
洋葱细胞
渗透吸水或失水
实例：
哺乳动物
红细胞
浓度差
小结
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
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。
新课讲授
[任务二] 水进出动、植物细胞的原理
被动运输
新课讲授
任务三
阅读教材P65～67，思考并回答下列问题。
自主学习
1.什么是被动运输？
2.被动运输有哪些类型？
3.被动运输时，是否需要借助转运蛋白？是否消耗能量？
4.转运蛋白的种类有哪些？它们之间有哪些区别？
5.水分子进出细胞的方式有哪些？
新课讲授
[任务三] 被动运输
资料1 科研人员对同种物质在人工膜（只含有磷脂双分子层）和生物膜中的通透性做了比较，结果如下图。
人工膜和生物膜对气体和甘油的通透性相同，它们是通过自由扩散进出细胞的。
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. 甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？
新课讲授
[任务三] 被动运输
　水分子通过生物膜时的速率明显高于通过人工膜（自由扩散）的速率，由此推断水分子还存在其他的跨膜运输方式。
3.由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，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人工膜（只含有磷脂双分子层）和生物膜中的通透性做了比较，结果如下图。
新课讲授
[任务三] 被动运输
资料2 科学家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，结果如下图所示。
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。
新课讲授
[任务三] 被动运输
1.依据资料3,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4,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
资料3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4浓度差与O2透过红细胞膜时运输速率、葡萄糖透过红细胞膜时运输速率的关系分别如右下表所示。
表1 O2透过红细胞膜时的运输速率
浓度差（相对值） 1.5 3 4.5 6 7.5
运输速率（相对值） 8 16 24 32 40
表2 葡萄糖透过红细胞膜时的运输速率
浓度差（相对值） 1.5 3 4.5 6 7.5
运输速率（相对值） 8 16 24 32 32
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
协助扩散
随着浓度差增大,O2透过红细胞膜时的运输速率增大。在一定范围内,随着浓度差增大,葡萄糖透过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。
新课讲授
[任务三] 被动运输
浓度差与O2透过红细胞膜时运输速率、葡萄糖透过红细胞膜时运输速率的关系分别如下表所示。
被动运输
①自由扩散（又称简单扩散）
物质通过简单的扩散作用进出细胞。
运输方向
顺浓度梯度
特点
①不需要转运蛋白协助
②不需要能量
实例
影响因素
细胞膜两侧物质的浓度差
（高浓度→低浓度）
定义
（一定浓度范围内）
浓度差
运输速度
0
比喻：球往低处滚
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）
新课讲授
[任务三] 被动运输
运输方向
特点
实例
影响因素
定义
借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式
顺浓度梯度
（高浓度→低浓度）
①需要转运蛋白协助
②不需要能量
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
肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收
①细胞膜两侧物质的浓度差
②转运蛋白的数量
浓度差
运输速率
0
（一定浓度范围内）
P点后运输速率受转运蛋白数量限制
P
②协助扩散（又称易化扩散）
比喻：卡车载货下坡
转运蛋白具有特异性或专一性
被动运输
新课讲授
[任务三] 被动运输
新课讲授
[任务三] 被动运输
被动运输：（1）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。（2）通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相匹配、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，不需要与通道蛋白结合。转运蛋白新课讲授[任务三]被动运输比较项目 自由扩散 协助扩散
运输方向
是否需要转运蛋白
是否消耗细胞内的能量
影响因素
否
是
否
否
细胞膜两侧物质的浓度差
细胞膜两侧物质的浓度差、转运蛋白的数量
高浓度
低浓度
高浓度
低浓度
自由扩散和协助扩散的异同
【归纳总结】
新课讲授
[任务三] 被动运输
【练习1】
当堂训练
如图所示，U形管中间是半透膜（只允许水分子和单糖分子通过），先在左右两侧各加入等量的物质的量浓度为0.1 mol/L的蔗糖溶液，然后在左右两侧分别加入等量的蔗糖酶（只能催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖）和淀粉酶（只能催化淀粉水解为葡萄糖）。一段时间后，管内液面高度的变化情况是（ ）
A．两侧液面高度不变
B．左侧液面高度先上升，后下降，最后不变
C．左侧液面高度先下降，后上升，最后不变
D．左侧液面高度先下降，后不变
B
【练习2】
下列关于洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离及复原实验的叙述，正确的是（ ）
A．用质量浓度为0.5g/mL的蔗糖溶液处理洋葱鳞片叶外表皮细胞，可能会使细胞
死亡
B．该实验的对照类型是自身前后对照，处理后的属于对照组
C．用显微镜进行第一次观察时，即可观察到原生质层与细胞壁分离的现象
D．若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表皮，则不会发生质壁分离
当堂训练
A
【练习3】
当堂训练
实验课上某同学撕取洋葱鳞片叶的表皮置于不同浓度的蔗糖溶液中，在显微镜下观察并绘制了某细胞发生变化的过程示意图。下列叙述错误的是 （　　）
A．①过程所用的蔗糖溶液浓度大于②过程的
B．原生质层具有伸缩性而细胞壁不具有
C．②过程中细胞的吸水能力逐渐减弱
D．该细胞的细胞液不一定是紫色的
B
【练习4】
（不定项）下图中甲、乙分别表示两种物质跨膜运输方式。下列有关叙述错误的是（　　）

A．水通过自由扩散进入细胞，不能通过乙方式进入细胞
B．甲、乙两种跨膜运输方式均消耗能量
C．甲、乙所示的溶质分子运输的动力相同
D．图中载体蛋白和通道蛋白可统称为转运蛋白
AB
当堂训练
【练习5】
当堂训练
温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？请你作出假设，并设计检验该假设的实验方案。
(1)作出假设：
(2)实验方案：
温度变化会（或不会）影响水分子通过半透膜的速率。
取三个相同的渗透装置，编号分别为甲、乙、丙，半透膜两侧分别为蔗糖溶液和清水；对甲装置进行加热，在乙装置的烧杯加适量的冰块，丙装置不作处理作为对照。相同时间后，观察移液管中液面上升的高度。
构建思维导图
被动运输
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
半透膜
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；肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收
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）
课堂小结
谢谢大家