【生物】被动运输 课件 2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

第4章细胞的物质输入和输出

第一节被动运输问题探讨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，使漏斗内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如图所示现象。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（如水分子），而较大分子物质（如蔗糖）不能通过的一类多孔性薄膜。比如：水分子54渗透装置蔗糖分子玻璃纸，肠系膜，蛋壳膜，鱼鳔[biào]等123清水玻璃纸(半透膜)蔗糖溶液浓度：蔗糖＞清水单位体积水分子数：蔗糖<清水讨论烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高。事实上半透膜两侧的水分子都能通过扩散作用自由进出，但由于蔗糖溶液中水的相对含量比烧杯中的水的相对含量低，因此，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些，所以单位时间内进入漏斗的水分子数量多于进入烧杯的水分子数量，导致漏斗中水量增加，液面上升。1.漏斗管内的液面为什么会升高？2.水分子只能从烧杯中扩散到漏斗中吗？多少不是,水分子既能从烧杯扩散到漏斗,

也能从漏斗扩散到烧杯.水分子等其他溶剂分子通过半透膜的扩散渗透作用单位时间内由清水→蔗糖溶液的水分子数多于蔗糖溶液→清水。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会加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。水分子可以通过半透膜进行双向扩散。从宏观观察，水分是由低浓度溶液流向高浓度溶液，直到达到动态平衡。3.如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？渗透作用的结果:达到渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子的移动达到动态平衡，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等4.漏斗内液面不再升高，水分子还移动吗？半透膜两侧的溶液浓度相同吗？有水分子移动，且移动速度一样，出入的水分子数相等不同，漏斗内的溶液浓度仍然高于烧杯。2.如果用用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管的液面还会升高吗？3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，液面高度如何变化？不会；因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能自由通过，因此蔗糖分子可自由通过。液面不会升高，因为膜两侧浓度相同，水分子进出平衡。条件一：半透膜条件二：浓度差渗透作用发生条件:①具有半透膜②半透膜两侧溶液存在浓度差指物质的量浓度，不是质量浓度半透膜两侧溶液浓度差越大，渗透作用越明显，高度差越大1、渗透作用的概念：水分子(或其它溶剂分子)通过半透膜的扩散3、渗透作用中水的运输方向半透膜水（溶剂）水分子是顺相对含量梯度跨膜运输水进出细胞的原理-----渗透作用2、渗透作用发生的条件具有半透膜半透膜两侧的溶液具有浓度差。渗透压：溶质分子对水的吸引力即由水分子相对含量高的一侧向相对含量低的一侧扩散（水多水少）总结一：烧杯漏斗含水量

含水量浓度溶液浓度溶液渗透压渗透压低高高低高低思考与讨论1、如果烧杯中的是蔗糖溶液，漏斗管内是清水，结果会怎样？漏斗管内的液面会下降烧杯内蔗糖浓度>漏斗管内蔗糖浓度：烧杯内蔗糖浓度<漏斗管内蔗糖浓度：烧杯内蔗糖浓度=漏斗管内蔗糖浓度：2、如果烧杯和漏斗管内都是蔗糖溶液，结果会怎样？漏斗管液面下降漏斗管液面上升漏斗管液面不变《金》P58例1、例2、方法规律浓度高浓度低浓度高浓度低水水

细胞生活在一个液体的环境中，细胞与外界环境进行物质交换都要经过细胞膜。细胞内外的物质含量有很大差别，这与细胞膜的功能有什么关系呢？水是活细胞中含量最多的物质，让我们先来分析水是怎么进出细胞的。

通过观察渗透装置的渗透现象，进而理解水进出细胞的原理。控制物质进出细胞

一个动物细胞能否构成一个渗透系统？思考答：动物细胞就是一个渗透系统①细胞膜构成了半透膜②细胞内溶液与外界溶液存在浓度差外界溶液细胞膜是选择透过性膜半透膜选择透过性膜概念特点材料蔗糖分子半透膜水分子指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜指水分子能自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过的生物膜透过的依据是分子或离子的大小，不具有选择性膜上的蛋白质决定了一些分子可以通过，另一些分子不能通过，具有选择透过性玻璃纸、动物膀胱、鱼鳔、花生种皮等细胞膜、液泡膜和由其构成的原生质层等选择透过性膜相当于半透膜，但半透膜不是选择透过性膜。水进出哺乳动物红细胞将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化：低渗溶液(<0.9%NaCl溶液/清水)高渗溶液(>0.9%NaCl溶液)等渗溶液(0.9%NaCl溶液)二、动物细胞的吸水和失水分析下图所示水进出哺乳动物红细胞的现象。思考·讨论讨论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”所示装置中的什么物质？

红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？

是（是“相当于”，不是“等同”）。水进出哺乳动物红细胞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？

不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。4.红细胞吸水或失水取决于什么条件？

取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？

因为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。思考·讨论1、食物较咸时，口腔和唇粘膜有什么感觉？为什么？干燥难受的感觉，外界浓度高，口腔和唇粘膜细胞失水2、将食物用食盐腌制为什么可以达到防止食物腐烂变质的目的？在高浓度的溶液中，细菌等微生物会因为失水过多而死亡。《金》P59例3、P60课后演练1与生活联系1、原理半透膜细胞膜浓度差细胞质与外界溶液间具有浓度差1、原理②当外界溶液浓度＞细胞质浓度时细胞形态不变①当外界溶液浓度＜细胞质浓度时2、现象细胞吸水膨胀细胞失水皱缩③当外界溶液浓度＝细胞质浓度时

水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用总结二动物细胞的吸水和失水1、放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢复新鲜。

2、在青菜上放一些盐,一会儿后就可看到水分渗出。

3、对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。生活现象（书本P64）：植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？（吸水）（失水）（失水）思考：水又是怎样进出植物细胞的呢？

细胞壁细胞膜细胞液细胞质液泡膜原生质层三、植物细胞的吸水和失水(全透性，伸缩性比较小)（伸缩性比较大）液泡(内含细胞液,具有一定的浓度)水进出植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。成熟植物细胞原生质层构成了半透膜？细胞液与外界溶液存在浓度差是渗透系统？水分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？探究·实践探究植物细胞的吸水和失水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设计方案预期结果(1)外界溶液怎么设置？(2)需要的材料和用具？(3)观察的指标是什么？

如果假设正确，当外界溶液浓度高于细胞液浓度时，植物细胞就会_______，中央液泡会_____；当外界溶液浓度低于细胞液浓度时，植物细胞就会______，液泡又会______。失水吸水变大变小高浓度(蔗糖)；低浓度(清水)显微镜；有颜色的材料液泡的大小、颜色；原生质层和细胞壁位置（一）材料用具：刀片、镊子、滴管、载玻片、吸水纸、显微镜等。紫色洋葱鳞片叶（外表皮细胞）质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液、清水、易观察清楚，颜色越深越好既明显出现质壁分离，又不至于杀死细胞不可以用0.5g/mL或更高浓度的蔗糖溶液，否则细胞会失水过多而死亡死细胞？动物细胞？植物根尖分生区细胞？若选择洋葱鳞片叶内表皮(无紫色大液泡)进行实验，采用的外界溶液是一定浓度的大分子有颜色溶液，如胭脂红(水溶性大分子食用色素，呈红色)。要观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？思考与讨论：活细胞有细胞壁有大液泡死细胞无细胞壁无大液泡B《金版》P6311、滴清水2、取材3、平展4、盖盖玻片

5、低倍显微观察6、滴0.3g/mL蔗糖溶液观察

7、滴清水再观察（二）方法步骤具有一个紫色的中央大液泡，原生质层紧贴着细胞壁观察一观察二观察三引流法观察一：初始状态制片观察液泡恢复到原来大小，颜色变浅，原生质层恢复到原来位置细胞液浓度

，吸水能力

。滴入清水时，又出现的现象。滴入0.3g/ml蔗糖溶液时，出现的现象。外界溶液（三）实验结果质壁分离质壁分离复原观察二观察三增大强减小弱液泡变小，颜色变深，原生质层与细胞壁发生分离细胞液浓度

，吸水能力

。外界溶液中央液泡大小原生质层的位置细胞大小蔗糖溶液清水变小逐渐恢复原来大小原生质层恢复原来位置原生质层与细胞壁分离基本不变基本不变《金版》P635②在0.3g/ml蔗糖溶液中，外界溶液浓度>

细胞液的浓度，细胞

而出现

现象。③在清水中，外界溶液浓度<

细胞液的浓度，细胞

而出现

现象。失水吸水①在清水中③在清水中自身对照自身对照实验结论:

.原生质层相当于一层半透膜

质壁分离质壁分离复原②0.3g/ml蔗糖溶液中质壁分离的概念：指原生质层和细胞壁发生分离的现象质壁分离的原因：内因：原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性外因：外界溶液浓度大于细胞液的浓度，细胞失水质壁分离复原的原因：外界溶液浓度小于细胞液的浓度，细胞吸水总结：1.如果滴加的是浓度很低的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？3.如果滴加浓度稍高的硝酸钾，实验结果会有什么不同呢？2.如果滴加的是0.5g/ml的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？②高浓度的蔗糖溶液会使植物细胞发生质壁分离，同时也会使植物细胞严重失水而死亡，不能发生质壁分离复原；①蔗糖溶液浓度过低，小于或等于细胞的细胞液溶度时，不足以引起细胞质壁分离。③因为KNO3硝酸钾溶液分子能主动进入细胞，从而引起细胞液浓度升高而吸水，因此会发生质壁分离自动复原现象。能被细胞吸收思考与讨论：《金版》P62思考(3)质壁分离及其复原的特殊情况分析：①不能发生质壁分离：②能发生质壁分离但不能复原：③能发生质壁分离且能自动复原：死细胞或无细胞壁/无大液泡的细胞或外界溶液浓度过低一定浓度的KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液，会主动进入细胞使细胞液的浓度升高而吸水。外界溶液浓度过高使细胞失水死亡，如0.5g/ml的蔗糖溶液。《金版》P63归纳提升第3点，P649（4）图丙是将另一种植物的细胞依次浸于蒸馏水、物质的量浓度为0.3mol/L的蔗糖溶液和物质的量浓度为0.5g/moL的尿素溶液中，原生肢体的体积随时间变化的曲线图。A体积增大，细胞吸水，外界浓度小于细胞液浓度B、C体积都先减小，细胞失水，外界浓度大于细胞液浓度B体积后增大，细胞吸水，细胞液浓度增大(1)万年青叶表皮细胞的细胞液浓度约为______________________。(2)用KNO3溶液诱发细胞质壁分离的基本条件是_____________________

(3)C和D的处理均发生质壁分离后自动复原，你对这种现象作出的合理解释是__________________________________________________________。(4)用高浓度KNO3溶液诱发的质壁分离，不能再诱发其复原，其主要原因是____________________________。《金版》P64100.12~0.125mol/L未发生质壁分离：细胞液≥外界浓度发生质壁分离：细胞液＜外界浓度KNO3溶液的浓度大于细胞的细胞液浓度K+和NO3-进入液泡，使细胞液浓度增加而吸水。细胞失水过多而死亡介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的外界溶液浓度之间0.005质壁分离及其复原的应用：（1）测定细胞液浓度范围配制出一系列浓度梯度的外界溶液，将待测植物细胞置于其中，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外界溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的外界溶液浓度，据此推算出细胞液溶质浓度应介于这两个浓度之间。（2）判断细胞的死活（以是否会质壁分离为判断指标）（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度（4）鉴别不同种类的溶液（以是否会自动复原为判断指标）。《金版》P63归纳提升第4点实验拓展应用二、拓展应用1、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浓度，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。2、假设：温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率。

可以借助本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置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率。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。课后练习※实验拓展 (1)判断成熟植物细胞的死活一定浓度蔗糖溶液

发生质壁分离

不发生质壁分离(2)测定细胞液浓度范围一系列梯度浓度的蔗糖溶液

细胞液浓度介于:

未质壁分离与刚质壁分离的浓度之间(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度大小同一浓度蔗糖溶液发生质壁分离所需时间越短,细胞液浓度越小；(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)活的成熟植物细胞

质壁分离，不能自动复原

质壁分离，且自动复原细胞吸水和失水原理的应用（1）对农作物进行合理灌溉，既满足了作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度有利于农作物对水分的吸收。（2）盐碱地中的植物不易存活或一次性施肥过多造成“烧苗”的现象，都是因为土壤溶液的浓度过高，甚至超过了根细胞的细胞液的浓度，导致根细胞不易吸水甚至失水。（3）糖渍、盐渍食品不易变质。糖渍或盐渍食品的外面和内部有高浓度的溶液，微生物不能在其中生存和繁殖，所以能较长时间地保存。1.植物细胞会由于过多吸水而涨破？不会，植物细胞有细胞壁，细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小，因此植物细胞不会因吸水过多而涨破。①制作临时装片,②观察植物细胞正常形态；③将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察变化；④再将植物细胞浸润在清水中，观察变化。植物细胞像水分子这样，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的物质跨膜运输方式。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类被动运输：二.自由扩散和协助扩散细胞外细胞内水分子细胞膜二、自由扩散和协助扩散1、自由扩散（简单扩散）：物质通过简单的扩散作用进出细胞。1、举例:①气体分子：O2、CO2、N2；②水分子③脂溶性小分子：乙醇、甘油、苯细胞膜外内二、被动运输——自由扩散（简单扩散）2、特点：①顺浓度梯度运输（高浓度

低浓度）②不需要转运蛋白协助③不消耗细胞内的能量3、影响自由扩散速率因素：O2跨红细胞膜时的运输速率

结论：随着浓度差增大，O2跨红细胞膜时的运输速率增大

浓度差(mmol/L)1.534.567.59速率81624324048

运输速率自由扩散浓度差《金版》P59浓度差温度组织间隙组织细胞管血细毛肺泡O2O2O2O2O2O2O2组织间隙O2是怎样进入血液以及组织细胞？以自由扩散的方式O2从肺泡腔进入血液需要穿过几层生物膜？（肺泡壁、毛细血管壁为单细胞层）4层O2从肺泡腔进入组织细胞需要穿过几层生物膜？9层生物膜、磷脂分子层、磷脂双分子层被动运输Passivetransport二、自由扩散和协助扩散2、协助扩散（易化扩散）：物质借助膜上的转运蛋白进出细胞。1、举例：①离子（如K+）②水分子③小分子有机物：葡萄糖、氨基酸进入红细胞细胞外细胞内细胞膜转运蛋白分为

蛋白和

蛋白两种。载体通道水通道蛋白少量水通过磷脂缝隙的“自由扩散”

大量水通过水通道蛋白的“协助扩散”

磷脂缝隙2.协助扩散（易化扩散）载体蛋白只允许与自身结合部位

的分子或离子通过，每次转运时都会发生自身

的改变。相适应构象载体蛋白二、自由扩散和协助扩散二.自由扩散和协助扩散2.协助扩散（易化扩散）通道蛋白只容许与自身通道的直径和

相适配、大小和

相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时，

与通道蛋白结合。形状电荷不需要通道蛋白水通道蛋白钾离子通道蛋白

载体蛋白通道蛋白

转运特点转运蛋白构象是否改变转运蛋白是否与被转运分子结合是否有特异性实例转运蛋白的类型

只容许与自身“结合部位相适应”的分子或离子通过

只容许与自身“通道的直径和形状相适配、通道的大小和电荷相适宜”

的分子或离子通过载体蛋白构象改变通道蛋白构象不改变

载体蛋白与被转运分子结合

通道蛋白与被转运分子不结合具