【高中生物】2023-2024学年 人教版 必修一被动运输 课件

第1节被动运输目标素1.通过对渗透现象的分析,理解水进出细胞的原理,归纳动植物细胞吸水、失水的条件。2.通过探究植物细胞吸水和失水,学会探究实验的基本步骤。3.通过比较自由扩散和协助扩散,归纳二者的异同点,阐述被动运输的特点,并联系生活实际理解被动运输的意义。目标素养知识概览一、水进出细胞的原理1.渗透作用(1)概念:是指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。(2)发生渗透作用应具备的条件:2.动物细胞的吸水和失水(连线)3.植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构:(2)质壁分离及质壁分离复原的原理和现象:①外界溶液的浓度大于细胞液的浓度时,细胞失水,发生质壁分离现象。②外界溶液的浓度小于细胞液的浓度时,细胞吸水,发生质壁分离复原现象。微思考1如果渗透实验中,烧杯内不是清水,而是同浓度的蔗糖溶液,漏斗管内液面还会升高吗?请说明理由。提示:漏斗管内液面不会升高,因为半透膜两侧溶液没有浓度差。微判断1基于水分进出细胞的原理,判断下列表述是否正确。1.达到渗透平衡时,半透膜两侧的水分子进行的是双向运动。()2.动物细胞和植物细胞放在蒸馏水中都会吸水涨破。()3.植物细胞的细胞壁是全透性的,其作用主要是支持和保护细胞。(

)4.原生质层由细胞壁、细胞膜、液泡膜及细胞质组成。(

)√×√×5.水会从溶质浓度高的一侧向浓度低的一侧转运。(

)6.将红细胞放入生理盐水中,红细胞不与生理盐水进行水分子的交换。(

)××微训练11.下列关于生物膜和半透膜的说法,正确的是(

)A.半透膜是生物膜的一种B.植物细胞发生质壁分离时,细胞壁相当于半透膜C.生物膜和半透膜的主要成分都是脂质和蛋白质D.半透膜可以让离子和小分子通过,生物膜只可以让部分离子和部分小分子通过答案:D解析:生物膜相当于半透膜,半透膜不是生物膜。植物细胞发生质壁分离时,原生质层相当于半透膜。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的细胞液浓度>c的细胞液浓度,所以b又从c中吸水。二、被动运输1.概念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。2.类型

微思考2水分子和性激素进出细胞的方式有何不同?提示:水分子可以通过自由扩散进出细胞,但更多的是通过协助扩散的方式进出细胞;性激素通过自由扩散进出细胞。微判断2基于对被动运输的认识,判断下列表述是否正确。1.自由扩散和协助扩散都是被动运输,分子从高浓度一侧通过细胞膜进入低浓度一侧。()2.水分子和气体分子进出细胞的方式是自由扩散,脂肪酸进出细胞的方式是协助扩散。()3.自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和能量。()4.随物质浓度的增大,协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。()√×××微训练2在物质进出细胞的方式中,自由扩散区别于协助扩散的特点是(

)A.由高浓度向低浓度扩散 B.需要转运蛋白C.由低浓度向高浓度扩散 D.不需要转运蛋白答案:D解析:自由扩散与协助扩散的相同之处是物质顺浓度梯度(高浓度→低浓度)跨膜运输,不消耗能量;不同之处表现在自由扩散不需要转运蛋白,而协助扩散需要转运蛋白。一

渗透现象及原理分析

问题探究资料1

某中学生物兴趣小组的同学用三套简易渗透系统装置分别进行A、B、C三组实验。装置A如右图所示,漏斗内是质量浓度为0.3

g/mL的蔗糖溶液(蔗糖分子不能通过半透膜)。装置B和装置A相同,但用针在半透膜上扎了多个小孔。装置

C与装置A的差别是漏斗内外都是质量浓度为0.3

g/mL的蔗糖溶液。三组实验在初始时需保持内外液面相平。资料2

病理性细胞水肿,又称“水样变性”,是细胞可逆性损伤的一种形式,常是细胞损伤中最早出现的改变。其机制为线粒体受损,最终导致细胞内钠离子和水过多积聚,细胞内液增多。(1)资料1中,装置A漏斗中液面升高了,这是什么原因?提示:蔗糖溶液中水的相对含量比烧杯中水的相对含量低,因此烧杯中的水通过半透膜扩散到漏斗中的速率比漏斗中的水通过半透膜扩散到烧杯中的速率大,导致漏斗中水量增加,液面上升。(2)装置B和C中漏斗液面没有升高,为什么?这说明渗透作用发生必须具备什么条件?提示:装置B中半透膜被针扎了多个小孔,说明半透膜被破坏了。装置C中漏斗内外都是质量浓度为0.3

g/mL的蔗糖溶液,说明半透膜两侧无浓度差。因此,二者均没有发生渗透作用。渗透作用发生必须具备两个条件:①有半透膜;②半透膜两侧溶液有浓度差。(3)细胞水肿说明细胞内外的液体浓度不同,肿胀程度与何种因素有关?提示:肿胀程度取决于细胞膜内外溶液的浓度差大小,浓度差越大,水肿程度越高。(4)从原理上分析,细胞水肿的发生与资料1中渗透装置A中液面的升高有哪些异同点?提示:细胞的吸水与渗透装置A中液面的升高都符合渗透作用的原理,即存在半透膜和浓度差。细胞水肿现象中水分子通过的半透膜为细胞膜,有生物活性;渗透装置中的半透膜没有生物活性。归纳总结1.渗透作用的原理(1)渗透装置图解:(2)当液面上升到一定程度时,液面不再升高的原因:分析下图可知,当液面不再升高时,漏斗中的液面高于烧杯中的液面,液面差为h1。由于烧杯中的液体与漏斗中的液体具有浓度差,即具有渗透压差,所以烧杯中的水分子有进入漏斗的趋势;而h1

产生的压强使漏斗中的水分子有进入烧杯的趋势。当两种趋势达到平衡时,液面不再升高,此时,半透膜两侧仍有水分子进出。

2.三种渗透模型的比较

3.渗透作用的应用(1)比较不同溶液浓度的大小:项目漏斗内烧杯内溶液浓度mn现象及结论①若漏斗内液面上升,则m>n②若漏斗内液面不变,则m=n③若漏斗内液面下降,则m<n(2)比较细胞质浓度或者细胞液浓度的大小:将不同的植物细胞或动物细胞放在相同浓度的溶液中,观察细胞的吸水和失水状态,可以根据细胞的形态判断不同细胞的细胞液或细胞质浓度的大小。典例剖析【例1】

右图为渗透装置示意图,a、b分别为不同浓度的蔗糖溶液。据图判断,下列叙述错误的是(

)A.若c为一层纱布,则不会发生此现象B.实验开始时,c两侧的溶液浓度大小是a>bC.实验过程中漏斗内的液面先上升后保持稳定D.当漏斗内的液面停止上升时,水分子进出漏斗达到动态平衡答案:B解析:由题图可知,漏斗中液面的高度高于烧杯中液面的高度,故实验开始时,c两侧的溶液浓度大小是b>a。学以致用如下图所示,U形管底部中央放置一半透膜(不允许溶质分子透过)。a液和b液最初在U形管中的高度相同,二者浓度不同,一段时间后,两侧液面产生一个高度差ΔH。请问ΔH主要取决于(

)A.a液和b液的溶质分子大小B.a液和b液所在管的粗细C.a液和b液的质量大小D.a液和b液的浓度差大小D解析:半透膜两侧溶液的浓度差越大,水分子进入浓度高的一侧的数量越多,产生的高度差越大。二

探究植物细胞的吸水和失水问题探究植物细胞的结构与动物细胞的结构有明显的区别,因此,由植物细胞吸水和失水后发生的变化与动物细胞有所不同。可利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞做以下探究。首先,取材制成临时装片,放在显微镜下观察,将会观察到原生质层与细胞壁紧密贴合在一起;然后,取下装片,用引流法,将质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液滴加在盖玻片一侧,用吸水纸在另一侧引流,重复几次,让细胞浸润在蔗糖溶液中,而后将装片放在显微镜下观察;稍后在盖玻片一侧滴加清水,用吸水纸在另一侧引流,重复几次,再进行观察。(1)在上述实验中,第二次和第三次用显微镜观察到的现象分别是什么?提示:第二次用显微镜观察到液泡体积变小,颜色变深,原生质层与细胞壁发生了分离;第三次用显微镜观察到液泡体积变大,颜色变浅,原生质层与细胞壁紧贴在一起,恢复原状。(2)是不是所有植物细胞在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中都会发生明显的质壁分离现象?发生质壁分离后的植物细胞在低渗溶液中都能复原吗?提示:并非所有的植物细胞都能发生质壁分离。只有成熟的具有大液泡的植物细胞能发生质壁分离,未成熟的植物细胞不能;细胞液浓度大于外界溶液浓度时,植物细胞也不能发生质壁分离。发生质壁分离后的植物细胞不一定都能复原,如果细胞失水过多,则会死亡,不再发生质壁分离复原。(3)与洋葱鳞片叶外表皮细胞相比,内表皮细胞液泡中无色素,若用其代替外表皮细胞进行质壁分离与复原的实验,应如何操作方可观察到明显的实验现象?提示:可在蔗糖溶液中滴加适量的红墨水(含红色染料),其余操作不变。由于细胞膜具有控制物质进出细胞的功能,故原生质层为无色,而细胞壁是全透性的,原生质层和细胞壁之间为红色。(4)探究植物细胞的吸水和失水实验中,若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验,会出现什么现象?原因是什么?提示:若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验,会出现质壁分离后自动复原现象,因为外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。归纳总结1.实验原理(1)植物细胞的原生质层相当于一层半透膜,细胞壁与原生质层均具有一定的伸缩性,但原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。(2)外界溶液浓度>细胞液浓度→细胞失水,原生质层收缩程度比细胞壁大→发生质壁分离。(3)外界溶液浓度<细胞液浓度→细胞吸水(已发生质壁分离的细胞发生质壁分离复原现象)。2.实验流程

3.实验结论(1)成熟植物细胞能通过渗透作用吸水和失水。当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞失水,发生质壁分离。(2)当外界溶液浓度小于发生质壁分离的细胞的细胞液浓度时,细胞吸水,发生质壁分离复原。4.注意事项(1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、液泡带有一定颜色的植物细胞进行实验,以便于观察实验现象。(2)滴加蔗糖溶液或清水时,应在载物台上操作,通过前后对比观察细胞的吸水和失水情况。(3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低,不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长;过高,可能造成植物细胞因失水过多、过快而死亡,不能发生质壁分离复原现象。拓展延伸(1)判断植物细胞的生物活性。实验操作实验现象实验结果待测成熟植物细胞+一定浓度的溶液,镜检发生质壁分离和复原该细胞为活细胞不发生质壁分离该细胞为死细胞实验单一变量:待测细胞的生活状态。

(2)测定细胞液的浓度范围。待测成熟植物细胞+一系列浓度梯度的溶液

细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围之间。实验单一变量:不同浓度的溶液。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度。不同成熟植物细胞+同一浓度的溶液

记录细胞刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断细胞液浓度大小(时间越短,细胞液浓度越小)。实验单一变量:不同植物细胞。(4)比较未知浓度溶液的浓度大小。同一植物的相同成熟细胞+未知浓度的溶液

记录刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度大小(时间越短,未知溶液的浓度越大)。实验单一变量:未知浓度的溶液。(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。

典例剖析【例2】

在观察植物细胞质壁分离和复原的过程中,某同学在视野中看到活着的洋葱表皮细胞正处于右图所示状态。a、b表示其所在部位的溶液浓度,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:若a>b,则细胞吸收的水分子比失去的水分子多,从而表现为细胞渗透吸水;若a=b,则细胞吸收的水分子与失去的水分子相当,渗透系统处于动态平衡状态;若a<b,则细胞吸收的水分子比失去的水分子少,从而表现为细胞渗透失水。因此,上述三种情况都有可能。学以致用2.下列各图,能正确表示显微镜下观察到的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离现象的是(

)D解析:紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中的色素分布在细胞液中,故其液泡呈紫色,细胞质无色。当发生质壁分离时,细胞失水,细胞液浓度增大,紫色变深。三

被动运输问题探究科学研究表明,在动物肾脏内,水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散速率,这是因为有水通道蛋白存在。科学家在人体细胞中已发现13种水通道蛋白,在模式生物拟南芥的细胞中已发现35种水通道蛋白。事实证明,水通道蛋白广泛存在于各类细胞的细胞膜上,水的运输方式不能再简单地归为自由扩散,而更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。后续又在植物、动物细胞中检测出多种离子通道。通道蛋白和载体蛋白是协助物质跨膜运输的两种转运蛋白,其中通道蛋白的转运速率比载体蛋白快得多。请回答下列问题。(1)水分子通过自由扩散进入细胞的速率低于通过水通道蛋白进入细胞的速率,请从细胞膜的结构角度解释其原因。提示:从细胞膜的结构分析,由于细胞膜的磷脂双分子层内部具有疏水性,水分子通过自由扩散的方式进出细胞膜时会受到一定程度的阻碍。(2)通过协助扩散运输到细胞内的物质在细胞膜两侧有什么差异?协助扩散的速率只由膜内外的浓度差决定吗?提示:细胞膜两侧的物质浓度不相等,细胞外浓度高于细胞内,物质从高浓度一侧向低浓度一侧运输。不是,协助扩散的速率还与转运蛋白的数量有关。(3)为什么通道蛋白的转运速率比载体蛋白快得多?这两种转运蛋白在转运分子或离子时都有特异性吗?提示:物质通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,从而导致通道蛋白转运速率大大超过载体蛋白转运速率。这两种转运蛋白均具有特异性。归纳总结1.扩散与被动运输(1)扩散:物质从高浓度区域向低浓度区域转移,直到均匀分布的现象。(2)被动运输: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。2.被动运输的类型——自由扩散和协助扩散特别提醒(1)被动运输的速率还与该物质分子的大小、脂溶性程度等有关,如分子越小、脂溶性越强,运输速率越快。(2)表中“高浓度”和“低浓度”是指被运输的离子或小分子本身的浓度,而不是所处溶液的浓度。(3)两种运输方式的动力均来自细胞内外物质的浓度差。典例剖析【例3】

下图表示细胞膜结构,图中a、b、c表示物质跨膜运输方式。请据图回答下列问题。(1)A代表

;B代表

,它构成了细胞膜的基本支架。

(2)在a~c的三种跨膜运输过程中,代表协助扩散的是

(填字母),这二者的区别是

通过通道蛋白运输物质,

通过载体蛋白运输物质。

(3)由图示分析,自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗?为什么?(4)试从物质运输动力角度分析,为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输?答案:(1)转运蛋白磷脂双分子层(2)b、c

b

c(3)都不需要消耗能量,因为二者都是顺浓度梯度进行跨膜运输的。(4)自由扩散和协助扩散的运输动力都是膜两侧物质的浓度差,即都是顺浓度梯度进行的,不需要消耗能量,所以统称为被动运输。解析:细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子组成,磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架;协助扩散的特点是顺浓度梯度进行,需要借助转运蛋白的协助,因此图中b、c都属于协助扩散,但b利用的是通道蛋白,c利用的是载体蛋白。被动运输是指顺浓度梯度进行,不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的物质跨膜运输方式。学以致用3.影响被动运输的因素有很多,下图甲、乙是两种被动运输方式的运输速率与细胞外溶液浓度之间的关系曲线。请据图回答下列问题。(1)图甲表示的方式是

,转运速率主要取决于膜两侧物质的

。

(2)图乙表示的方式是

,OA段主要受

的影响,AB段受到

的限制,运输速率不再上升。(3)请在图丙中画出被动运输的运输速率与细胞能量供应的关系曲线。答案:(1)自由扩