高中生物人教版必修1课件第4章第1节被动运输

第1节被动运输第4章2021内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.通过探究“植物细胞的吸水和失水”,说明水分子进出植物细胞的原理,阐释原生质层的选择透过性与质壁分离及其复原的关系。2.通过对水分子进出细胞方式的探索学习,初步建构被动运输的概念,能比较自由扩散和协助扩散的异同点。3.通过对被动运输的具体实例的讨论,分析细胞膜的成分、结构与物质跨膜运输功能之间的关系,尝试运用物质跨膜运输的知识解决有关实际问题。课前篇自主预习一、水进出细胞的原理1.原理。细胞吸水和失水的原理是渗透作用,该作用发生须具备两个条件:要点笔记

半透膜两侧的水分子进行的是双向运动,而不是单向运动,观察到的现象是由水分子双向运动的差异所导致的液面改变。2.动物细胞可以看作一个渗透装置。动物细胞膜相当于半透膜,若细胞膜内部的细胞质和外侧的外界溶液具有浓度差,则动物细胞会发生吸水或失水。3.红细胞在不同浓度外界溶液中的形态变化。(1)当外界溶液的浓度小于细胞质浓度时,细胞吸水;(2)当外界溶液的浓度大于细胞质浓度时,细胞失水;(3)当外界溶液的浓度等于细胞质浓度时,水分进出细胞处于动态平衡。【微思考】

为什么吃咸瓜子容易使人口干?答案

吃咸瓜子后外界溶液浓度升高,导致口腔上皮细胞失水。预习反馈判断正误。(1)植物细胞的细胞液是指细胞内的液体。(

×

)(2)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量分数。(

×

)(3)将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中,不能发生渗透作用。(

×

)(4)水分子通过细胞壁的扩散称为渗透作用。(

×

)(5)细胞膜和液泡膜都相当于半透膜。(√)二、探究植物细胞的吸水和失水1.成熟植物细胞的结构2.质壁分离中的“质”和“壁”分别指植物细胞的原生质层、细胞壁。

【微思考】

当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,成熟植物细胞会产生什么现象?答案

细胞失水,发生质壁分离。预习反馈1.判断正误。(1)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。(

×

)(2)质壁分离过程中水分子运动只能单向进行。(

×

)(3)成熟的植物细胞发生质壁分离过程中,细胞的吸水能力逐渐减小。(

×

)(4)质壁分离是指原生质层与细胞壁分离。(√)2.下图为两个大小相同的萝卜,分别在上面挖一个大小相同的洞,并在洞内各插入一支口径与洞口相同的玻璃管,甲玻璃管内注入3

mL清水,乙玻璃管内注入3

mL一定浓度的盐水,一段时间后,两玻璃管中液面变动情况是(

)A.甲中升高,乙中降低B.甲中降低,乙中先升高后降低C.甲、乙中均降低D.甲、乙中均升高答案

B解析

依据细胞渗透作用原理,甲管下部细胞吸水,使液面下降;开始时,乙管下部细胞失水,使液面升高,但由于细胞可以吸收钠离子和氯离子,使细胞液浓度增大,一段时间后,细胞液浓度大于乙玻璃管内溶液浓度,乙玻璃管下部细胞可发生质壁分离复原,细胞吸水,液面又下降。三、自由扩散和协助扩散(一)自由扩散和协助扩散1.自由扩散(1)自由扩散又叫简单扩散,是指物质通过简单的扩散作用进出细胞。(2)方向:从高浓度一侧到低浓度一侧。(3)条件:不需要转运蛋白,也不需要消耗细胞内化学反应产生的能量。(4)举例:氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等进出细胞。2.协助扩散(1)协助扩散又叫易化扩散,是指借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。(2)方向:从高浓度一侧到低浓度一侧。(3)条件:需要转运蛋白的协助,转运蛋白有载体蛋白和通道蛋白两种。(二)人类对通道蛋白的探索历程

时间/科学家观点或成果1950年发现水分子在通过细胞膜时的速率高于通过人工膜1988年,阿格雷成功分离出水通道蛋白20世纪60年代提出植物细胞中存在钾离子通道1998年,麦金农解析了钾离子通道蛋白的立体结构预习反馈判断正误。(1)水分子和脂质分子都可以通过自由扩散进入细胞。(√)(2)自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和细胞内化学反应产生的能量。(

×

)(3)在一定浓度范围内,协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。(√)(4)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同。(√)(5)通过通道蛋白协助的一定是协助扩散。(√)(6)水分子进入细胞,主要是通过自由扩散方式进行的。(

×

)(7)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。(

×

)课堂篇探究学习探究点一渗透作用1.结合下图分析渗透现象发生的条件和原理。

(1)蔗糖溶液液面上升的原因是什么?答案

水分子可以通过半透膜,而蔗糖分子不能通过,单位体积的清水中的水分子含量大于蔗糖溶液中的水分子含量,因此单位时间内由烧杯进入漏斗的水分子数大于由漏斗进入烧杯的水分子数,导致漏斗内液面上升。(2)为什么当液面上升到一定程度时,液面不再上升?答案

漏斗中的液面高于烧杯中的液面,液面差为ΔH,由于烧杯中与漏斗中的液体具有浓度差,即具有渗透压差,所以水分子有进入漏斗的趋势。当漏斗内高出烧杯液面的液体产生的压强与渗透压处于平衡状态时,半透膜两侧水分子的交换率(进出)相同,液面不再升高。(3)当液面不再上升时半透膜两侧的浓度相等吗?答案

不相等。当液面不再上升时半透膜两侧仍存在浓度差。2.【科学思维】

某市一工人在高温环境下工作数小时中暑,没有及时就医,病情加重。后来,该工人被送入医院,经诊治,该工人病情加重的原因是过量饮水导致水中毒。联系渗透现象分析,为什么短时间内过量喝水会引起水中毒?答案

短时间饮用过量的水,肾脏不能及时将多余的水排出,使得血液被稀释,血浆的渗透压降低,引起水中毒。【归纳提升】1.典型渗透装置的分析(1)半透膜内的溶质不能透过半透膜,水分子可以透过半透膜。(2)若S1溶液浓度大于S2溶液,则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数,外观上表现为S1液面上升。(3)在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差Δh,则S1溶液的浓度仍大于S2溶液。因为液面高的一侧形成的压强,会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。2.浓度、渗透压与吸水力的辨析溶液渗透压是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目:溶质微粒越多,溶液浓度越高,对水的吸引力越大,溶液渗透压越高。即浓度高→渗透压高→吸水力大。细胞液中的溶质微粒和外界溶液中的溶质微粒,哪一侧单位体积的溶质微粒数目多,该侧的溶液浓度就大,该侧渗透压就高,吸水力就大。【探究应用】

1.右图所示为渗透作用实验装置,实验开始时长颈漏斗内外液面平齐,记作零界面。实验开始后,长颈漏斗内部液面的变化趋势为(注:坐标原点处表示零界面,膀胱膜不变形)(

)答案

B解析

根据图示,烧杯中的液体为蒸馏水,长颈漏斗中的液体为蔗糖溶液。故在单位时间内,由烧杯中进入漏斗中的水分子数比由漏斗中进入烧杯中的水分子数多,故开始时液面快速升高;随着液面升高,漏斗内高出烧杯内液面的液体产生的压强会阻止水分子向漏斗内扩散;当单位时间内进出漏斗的水分子数相等时,液面不再升高。2.植物体内有三个相邻的细胞a、b、c,已知它们的细胞液浓度大小关系是a>b>c,那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是(

)答案

C解析

a的细胞液浓度最大,所以b和c都失水,a吸水;b>c,所以b又从c吸水,C项正确。3.下图表示渗透作用装置,一段时间后液面上升的高度为h,其中半透膜为膀胱膜,装置中溶液A、a起始浓度分别用MA、Ma表示;如果A、a均为蔗糖溶液,且开始时Ma>MA,则达到平衡后MA与Ma的关系是(

)A.MA>Ma

B.MA<Ma

C.MA=Ma

D.不确定答案

B解析

蔗糖分子不能通过半透膜,开始时Ma>MA,水分子从水槽中进入漏斗,达到平衡时,因液面高的一侧溶液的压强大,会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散,故达到平衡后MA<Ma。探究点二探究植物细胞的吸水和失水萎蔫的叶片浸泡在清水中,很快变得硬挺;白菜剁馅放盐后很快有水分渗出;施肥过多会导致“烧苗”,这些现象都说明植物细胞也会发生渗透吸水或失水。1.实验原理(1)植物细胞的

相当于半透膜,细胞壁与原生质层具有一定的伸缩性,原生质层的伸缩性

细胞壁的伸缩性。

(2)外界溶液浓度>细胞液浓度→细胞

,原生质层

→发生

。

(3)外界溶液浓度<细胞液浓度→细胞

→已发生质壁分离的细胞发生

现象。

原生质层大于失水收缩质壁分离吸水质壁分离复原2.实验步骤

紫细胞壁质量浓度为0.3g/mL的蔗糖缩小变深原生质层清水变大变浅细胞壁3.本实验制作一个临时装片,但有三次观察(见实验步骤),请分析本实验的对照设置有什么特点。答案

本实验的对照设置属于自身对照。第1次和第2次观察形成对照,第2次观察是实验组;第2次和第3次观察形成对照,第3次观察是实验组。【归纳提升】1.质壁分离的原因和表现2.巧判细胞能否发生质壁分离与复原(1)从细胞角度分析①具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象。②死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离现象。(2)从溶液角度分析①在一定浓度的溶质不能跨膜运输的溶液中,发生质壁分离现象。②在一定浓度的溶质可跨膜运输的溶液中,先发生质壁分离,后自动复原,如KNO3溶液等。③在高浓度溶液中质壁分离现象明显,但不能复原,因为溶液浓度过高,细胞失水过多而死亡。④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,不适于作为质壁分离实验的溶液。3.质壁分离与质壁分离复原实验的应用(1)比较不同植物细胞的细胞液浓度不同的植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液→观察细胞吸水后的状态和质壁分离程度大小→推断不同植物细胞细胞液浓度的大小。(2)判断植物细胞的死活只有活的植物细胞才有质壁分离与质壁分离复原现象。(3)测定细胞液的浓度将细胞放入一系列具有浓度梯度的蔗糖溶液中,观察细胞质壁分离的情况,即可测定该细胞液的浓度范围。(4)观察植物细胞的细胞膜光镜下观察植物细胞,正常植物细胞的细胞膜很薄,又紧贴细胞壁,不容易看到,质壁分离后,原生质层的最外面即为细胞膜。【探究应用】1.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中,某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。a、b表示该部位的溶液浓度,由此可推测(

)A.a>b,细胞渗透吸水B.a=b,渗透系统保持动态平衡C.a<b,细胞渗透失水D.上述三种情况都有可能答案

D解析

该细胞可能正处于质壁分离过程中,也可能处于质壁分离后的动态平衡过程中,也可能正处在发生质壁分离复原的过程中,D项正确。要透过“现象”看本质,避免先入为主直接认定发生了质壁分离。2.(2021广东)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下,制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响,下图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是(

)A.比较保卫细胞细胞液浓度,③处理后>①处理后B.质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中C.滴加③后有较多水分子进入保卫细胞D.推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③答案

A解析

由题图可知,蔗糖溶液①处理保卫细胞后,细胞的气孔开度变化不大,说明蔗糖溶液①的浓度与保卫细胞的细胞液浓度接近,保卫细胞由初始状态经过蔗糖溶液③处理后,气孔开度变大,说明细胞吸水,保卫细胞的细胞液浓度下降,因此③处理后保卫细胞细胞液浓度<①处理后保卫细胞细胞液浓度,A项错误,C项正确。用蔗糖溶液②处理细胞后,气孔开度变小,说明细胞失水,可观察到质壁分离现象,B项正确。由以上分析可知,蔗糖溶液①可以近似为保卫细胞的等渗溶液,蔗糖溶液②为保卫细胞的高渗溶液,蔗糖溶液③则为保卫细胞的低渗溶液,故三种蔗糖溶液的浓度高低为②>①>③,D项正确。3.某同学在实验室中做“植物细胞的吸水和失水”实验时,在老师的帮助下,进行了一系列的创新实验,实验步骤和现象如下表:实

验

组过5

min再过5

min滴加清水后过5

min①质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液x无变化质壁分离复原②质量浓度为0.5g/mL的蔗糖溶液质壁分离y无变化③物质的量浓度为0.1mol/L的KNO3溶液质壁分离质壁分离复原z④物质的量浓度为1mol/L的醋酸溶液无变化无变化无变化对上表的推断或解释不正确的是(

)为质壁分离,因为细胞壁的伸缩性弱于原生质层为细胞稍增大,细胞液颜色稍变浅为质壁分离,滴加清水后无变化,原因可能是细胞失水过多而死亡D.④组无变化是因为细胞吸水量等于失水量答案

D解析

洋葱表皮细胞在质量浓度为

g/mL的蔗糖溶液中会发生质壁分离现象,而在质量浓度为

g/mL的蔗糖溶液中会因失水过多而死亡。在物质的量浓度为

mol/L的KNO3溶液中,由于K+和

能跨膜运输,故洋葱表皮细胞先发生质壁分离后自动复原;K+和

进入细胞内,细胞液浓度增大,因此滴加清水后,细胞吸水,体积稍增大。物质的量浓度为1

mol/L的醋酸溶液会杀死细胞,故在该溶液中细胞无变化。探究点三自由扩散和协助扩散1.比较自由扩散和协助扩散。

方

式自由扩散协助扩散条件能量不需要

转运蛋白

实

例氧气、CO2、甘油、乙醇等离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等运输方向浓度

的一侧→浓度

的一侧

不需要不需要需要高低2.为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输?答案

因为自由扩散和协助扩散不需要消耗细胞内化学反应释放的能量,由膜内外物质浓度高低直接影响转运的方向和速度。3.协助扩散需要转运蛋白的协助,转运蛋白有什么特点?答案

转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。载体蛋白只能转运与自身结合部位相适应的分子或离子,转运时自身构象会发生改变;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,且不与其结合。【归纳提升】比较通道蛋白和载体蛋白转