【新教材】高中生物人教版必修1课件第4章第1节被动运输

第4章细胞的物质输入和输出第1节被动运输问题一:水进出细胞的原理是什么?1.渗透作用发生的条件:2.动物细胞的吸水和失水(以哺乳动物成熟红细胞为例)(连线):必备知识自查问题二:植物细胞的吸水和失水的原理是什么?1.成熟植物细胞的结构图:2.植物细胞的吸水和失水实验:(1)实验原理:(2)实验流程:(3)实验结论。①植物细胞的_________相当于一层半透膜。②当细胞液溶质浓度_____外界溶液溶质浓度时,细胞失水而发生_________。③当细胞液溶质浓度_____外界溶液溶质浓度时,细胞吸水而发生________________。原生质层小于质壁分离大于质壁分离的复原【思维启迪】(1)质壁分离的“质”和“壁”分别指什么?提示:“质”指原生质层,“壁”指细胞壁。(2)动物细胞可以发生质壁分离吗?提示:不可以。动物细胞无细胞壁。问题三:什么是被动运输?被动运输包含哪两种运输方式?它们有什么异同点?1.被动运输:(1)概念:物质以_____方式进出细胞,_______消耗细胞内化学反应所释放的能量。(2)分类:__________________和__________________。2.物质的跨膜运输(连线):扩散不需要自由扩散(简单扩散)协助扩散(易化扩散)3.转运蛋白:(1)载体蛋白:只容许与_____________________分子或离子通过,每次转运时都会发生_________的改变。(2)通道蛋白:只容许与___________________________________________的分子或离子通过。分子或离子_______与通道蛋白结合。自身结合部位相适应的自身构象自身通道的直径和形状相适配,大小和电荷相适宜不需要探究点一水进出细胞的原理1.分析渗透作用发生的条件(科学探究,科学思维):【图表情境】如图为渗透实验装置:探究:(1)液面高度差h为什么不会一直升高?当液面不再升高时,长颈漏斗内外液体的浓度相等吗?关键能力生成提示:长颈漏斗中的液面升高时,液体产生的静水压会随之变大,当静水压增大到和渗透压相等时(二者的方向相反,静水压向外、渗透压向内),通过半透膜进出长颈漏斗的水分子数相等,因此液面就不再升高了。当液面不再升高时,长颈漏斗内外液体的浓度不相等。当水分子进出达到动态平衡时,长颈漏斗中溶液浓度仍高于烧杯中的液体浓度。(2)如果增加蔗糖溶液的浓度,最终形成的液面高度差h会如何变化?如果半透膜的面积增大一倍,其他条件不变,液面高度差h会不会变化?达到h的时间会不会变化?提示:增加蔗糖溶液的浓度,最终形成的液面高度差h会增大。半透膜的面积增大一倍,其他条件不变,内外溶液的浓度差不变,液面高度差h不会变,但是由于半透膜面积增大,达到h的时间会变短。(3)将S1与S2均换为清水:_____(填“能”或“不能”)发生图二现象;将半透膜换成全透膜(如纱布):_____(填“能”或“不能”)发生图二现象。由此可知渗透作用发生的两个条件:_____________________________。不能不能半透膜;半透膜两侧溶液有浓度差2.动物细胞的吸水和失水(科学探究,科学思维):根据水分进出哺乳动物红细胞的状况,分析下列问题:(1)红细胞内的血红蛋白等大分子有机物能透过细胞膜吗?细胞膜是不是相当于半透膜?提示:①红细胞内的血红蛋白等大分子有机物一般不能透过细胞膜。②红细胞的细胞膜相当于半透膜。(2)判断水分进出哺乳动物红细胞的现象是否属于渗透现象并说明理由。判断:___。理由:_______________________________________________________________________________________________________________。水分进出哺乳动物红细胞的实验中,具备了渗透作用发生的两个条件:①半透膜(红细胞的细胞膜);②细胞膜两侧溶液存在浓度差是【探究总结】1.渗透作用发生的两个条件:(1)半透膜;(2)膜两侧溶液存在浓度差。2.渗透现象中液面变化的判断方法:半透膜两侧分别为浓度不同的A、B溶液,有以下三种情况:(1)若A侧溶质(如葡萄糖等)可以通过半透膜,B侧溶质不能通过半透膜,则B侧液面升高。(2)若A侧和B侧溶质是同种物质且均不能通过半透膜,则浓度高的一侧液面升高。(3)若A、B两侧溶液的溶质均能通过半透膜,则两侧不存在高度差。3.渗透现象中液面高度差和溶液浓度的变化:(1)高度差的变化:高度差大小决定于浓度差的大小,浓度差越大,则高度差越大。(2)浓度变化:渗透装置中,若溶质不能通过半透膜,达到平衡时,刚开始浓度大的一侧高于另一侧。【典题训练】1.把体积相同的质量浓度为0.1g/mL的葡萄糖溶液和质量浓度为0.1g/mL的蔗糖溶液用半透膜(蔗糖和葡萄糖均不能通过)隔开,其水分子运动特点是 (

)A.水分子不移动B.水分子进出平衡C.水分子总的移动趋势是由蔗糖溶液移向葡萄糖溶液D.水分子总的移动趋势是由葡萄糖溶液移向蔗糖溶液

【解题指南】解答本题的关键有两点:(1)蔗糖相对分子质量大于葡萄糖,同等质量浓度的两种物质,物质的量浓度葡萄糖大于蔗糖。(2)渗透作用方向与物质的量浓度有关,与质量浓度无直接关系。【解析】选C。水分子总是从溶质浓度(物质的量浓度)低的地方向浓度高的地方扩散,据题意可知,0.1g/mL的蔗糖溶液其物质的量浓度比0.1g/mL的葡萄糖溶液的物质的量浓度低,所以水分子总的移动趋势是由蔗糖溶液移向葡萄糖溶液。2.扩散作用实验装置如图,甲、乙两管的口径相同,半透膜只允许葡萄糖分子通过,淀粉分子无法通过,当达到扩散平衡时,下列有关甲、乙两管溶液的叙述正确的是 (

)A.甲管中水位高度低于乙管B.甲管中的葡萄糖浓度低于乙管C.甲管中的淀粉浓度高于乙管D.两管的葡萄糖浓度均为8%,淀粉均为4%【解析】选C。因为半透膜只允许葡萄糖分子通过,两侧的葡萄糖通过扩散作用达到平衡,而淀粉不能通过半透膜,甲管中的淀粉浓度高于乙管。水分通过渗透作用,使甲管中水位高度高于乙管。

【补偿训练】某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置,开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面持平。在长颈漏斗内液面上升的过程中 (

)A.液面上升的速率先逐渐加快后逐渐减慢最终维持稳定B.水分子只能通过半透膜从清水向蔗糖溶液扩散C.当半透膜两侧液体浓度相等时,水分子不再通过半透膜扩散D.当半透膜两侧水分子进出速率相等时,长颈漏斗内液面最高【解析】选D。液面上升的过程中,长颈漏斗两侧浓度差减小,则速率起始最快,之后减慢最终维持稳定,A错误;在长颈漏斗内液面逐渐上升的过程中,有水分子通过半透膜从清水向蔗糖溶液扩散,也有水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散,只是水分子进去的多,出来的少,B错误;当半透膜两侧液体浓度相等时,仍然存在水分子的扩散,只是扩散达到动态平衡,C错误;当半透膜两侧水分子进出速率相等时,长颈漏斗内液面最高,D正确。探究点二植物细胞的吸水和失水【实验情境】结合教材“探究植物细胞的吸水和失水”实验,回答以下问题:1.实验材料的选择(科学探究,科学思维):(1)条件:_________细胞具有中央大液泡。(2)判断下列材料是否适用于观察质壁分离和复原现象,并说明理由。实验材料判断理由根尖分生区细胞________________________________________________紫色洋葱鳞片叶内表皮__________________________________________________________紫色洋葱鳞片叶外表皮___________________________________________________________________________________成熟植物否根尖分生区细胞无大液泡,不能发生渗透作用否内表皮细胞虽然有大液泡,但液泡无颜色,不利于观察是外表皮细胞含有紫色的大液泡,在显微镜下与无色的外界溶液形成对比,利于观察2.实验操作的分析(科学探究,科学思维):(1)在实验中共涉及三次显微镜观察,观察的目的不同。(2)发生质壁分离的细胞一定还能发生复原吗?提示:不一定。如果滴加的蔗糖溶液浓度过高或质壁分离发生时间过长,会使植物细胞因缺水过多或过久而死亡,无法复原。次数观察目的第一次观察正常洋葱鳞片叶的状态,_________________________________第二次滴加蔗糖溶液后,_________________________第三次滴加清水后,__________________________以便与处理后的状态进行对照原生质层与细胞壁分离原生质层与细胞壁复原3.实验结果的分析(科学探究,科学思维):(1)显微镜观察时先滴加蔗糖溶液,观察后再加清水,探讨滴加蔗糖溶液和清水后细胞分别出现的变化。加蔗糖溶液加清水中央液泡大小______________液泡颜色__________原生质层的位置______________________________细胞大小_______________________变小恢复原状变深变浅与细胞壁分离与细胞壁紧贴基本不变基本不变(2)质壁分离后,细胞壁与原生质层中间的溶液是_________,原因是______________________________________________________。(3)两组对照实验:实验组对照组第一组经质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理后发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞__________________________________第二组用清水处理后发生了质壁分离复原的细胞______________________________________外界溶液细胞壁是全透性的,小分子和溶解在水里的物质都能自由通过自然状态下的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生了质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞【探究总结】探究植物细胞吸水和失水实验的注意事项(1)实验材料的选取:成熟的、液泡带有一定颜色的植物组织进行实验,便于观察实验现象。(2)外界溶液的要求: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,则造成植物细胞失水死亡。(3)质壁分离的复原:①观察到质壁分离现象后,应迅速做质壁分离复原实验,避免细胞因长时间处于较高浓度的外界溶液中,失水过多而死亡,导致观察不到质壁分离复原的现象。②当溶质分子为葡萄糖、KNO3、乙二醇等时,细胞会吸收溶质微粒而使细胞液的浓度升高,从而使细胞发生质壁分离后能够自动复原。当溶质分子为蔗糖时,由于蔗糖不能通过原生质层进入细胞液,因而不会发生质壁分离的自动复原。【典题训练】1.(2020·全国Ⅱ卷)取某植物的成熟叶片,用打孔器获取叶圆片,等分成两份,分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中,得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时,检测甲、乙两组的溶液浓度,发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是 (

)A.甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高B.若测得乙糖溶液浓度不变,则乙组叶细胞的净吸水量为零C.若测得乙糖溶液浓度降低,则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离D.若测得乙糖溶液浓度升高,则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组

【解题指南】(1)获取信息:浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液,在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。(2)扫清障碍:①弄清甲糖溶液的渗透压小于乙糖溶液。②明确质壁分离发生的条件是成熟植物细胞失水【解析】选D。本题主要考查植物细胞吸水和失水原理的应用实验。甲糖溶液浓度升高,说明甲组叶细胞吸水,A项正确;若测得乙糖溶液浓度不变,说明乙组叶细胞吸水、失水达到平衡,即净吸水量为零,B项正确;若测得乙糖溶液浓度降低,说明乙组叶细胞失水,会发生质壁分离,C项正确;若测得乙糖溶液浓度升高,说明乙组叶细胞吸水,但吸水量的多少无法判断,故无法与甲组比较净吸水量的大小,D项错误。2.将洋葱鳞片叶的表皮细胞浸入1mol/L的KNO3溶液中,表皮细胞会发生质壁分离,一段时间后,表皮细胞会自动复原,复原后细胞液的浓度与质壁分离前细胞液的浓度相比 (

)A.一样大 B.复原后细胞液浓度大C.质壁分离前的细胞液浓度大 D.无法比较【解析】选B。根据题意分析,将洋葱鳞片叶的表皮细胞浸入物质的量浓度为1mol/L的KNO3溶液中,由于细胞外溶液浓度高,细胞失水发生质壁分离,后来K+和N进入细胞,使细胞液浓度增大,细胞吸水,发生质壁分离复原现象,由于复原后的原生质层的体积与分离前一样大,而有离子进入原生质层了,所以复原后细胞液浓度增大。

【规律方法】质壁分离及复原的原理应用(1)判断细胞的死活。①发生质壁分离和复原→活细胞。②不发生质壁分离→死细胞。(2)分析细胞液或外界溶液浓度大小。①测定细胞液浓度大小:把待测细胞分别放入一系列浓度梯度的蔗糖溶液中,一定时间后分别镜检,细胞液浓度在使细胞未发生质壁分离和使细胞刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。②比较不同溶液的浓度大小:将同一植物的相同成熟细胞分别放入未知浓度的溶液中,记录刚刚发生质壁分离所需要的时间,比较所用时间长短,根据时间的长短判断外界溶液浓度,时间越短,外界溶液浓度越大。(3)鉴别不同种类的外界溶液(如KNO3和蔗糖溶液):将成熟的植物细胞放入不同种类的外界溶液中,一段时间后镜检,只发生质壁分离的是蔗糖溶液,发生质壁分离后自动复原的是KNO3溶液。探究点三被动运输1.被动运输的类型及区别(科学思维):【图表情境】物质顺浓度梯度扩散进出细胞的过程称为被动运输,结合题图分析其特点。(1)对两种方式进行比较,完成下表:(2)方式a中,物质通过简单的扩散作用进出细胞,叫做__________________。(3)方式b、c中,进出细胞的物质借助转运蛋白扩散,叫做_________。方式转运方向是否需要转运蛋白是否消耗能量方式a___浓度梯度______________方式b、c___浓度梯度____________不需要不消耗需要不消耗自由扩散(简单扩散)协助扩散顺顺2.影响物质运输的因素(科学思维):【图表情境】如图表示物质进入细胞的两种情况,据图回答问题:(1)判断运输方式:甲:_________;乙:_________。自由扩散协助扩散(2)分析图乙中曲线,填写下表:(3)根据图丙,从细胞膜的结构特点分析温度对物质运输速率的影响。

丙温度会影响_______________进而影响物质运输速率。曲线限制运输速率的因素O→A_______________________________________________________A→B__________________物质在细胞外溶液中的浓度(或细胞内外溶液的浓度差)转运蛋白的数量细胞膜的流动性【典题训练】水通道蛋白对水有专一性,能使水分子顺浓度梯度进出细胞。下列有关说法错误的是 (

)A.水通道蛋白不能协助氨基酸进入细胞内B.水分子通过水通道蛋白的过程不消耗能量C.浓度差越大,水分子进出细胞速度越快D.加入蛋白质抑制剂会提高水通道蛋白跨膜运输水分子的速率【解析】选D。水通道蛋白具有专一性,不能协助氨基酸进入细胞内,A正确;水分子通过水通道蛋白的过程是顺浓度梯度的,不消耗能量,B正确;被动运输的动力是浓度差,浓度差越大,水分子运输速度越快,C正确;加入蛋白质抑制剂会降低水通道蛋白跨膜运输水分子的速率,D错误。1.【生活情境】如果一次施肥过多或过浓,植物就会出现萎蔫现象,俗称“烧苗”。探究:(1)请结合本节所学内容解释“烧苗”现象出现的原因。提示:一次施肥过多或过浓,就会造成土壤溶液溶质的浓度大于根毛细胞液溶质的浓度,结果使根毛细胞液中的水分渗透到土壤溶液中去,这样根毛细胞不但吸收不到水分,反而还要失去水分,就会出现植物叶片萎蔫等“烧苗”现象。(2)根据你的认识,如何预防“烧苗”现象?若出现“烧苗”现象有什么补救措施吗?提示:①不能一次性施肥过多或过浓;②应及时适量地浇水或换土。植物过度失水死亡后将无法补救。情境素养探究2.【科技情境】研究发现,生物膜上的离子载体是一些能够极大提高对某些离子通透性的物质。目前发现的大多数离子载体是细菌产生的抗生素。缬氨霉素是一种十二肽的抗生素,若将它插入脂质体的磷脂双分子层内,可使K+的运输速率提高100000倍,但却不能有效提高Na+的运输速率。探究:缬氨霉素是一种十二肽的抗生素,若将它插入脂质体的磷脂双分子层内,可使K+的运输速率提高100000倍,但却不能有效提高Na+的运输速率,由此可以得出哪些相关结论?提示:①离子载体能极大提高离子运输速率;②离子载体具有特异性。1.(2021·临沧高一检测)被动运输包括自由扩散和协助扩散,基于对被动运输的理解,判断下列说法正确的是

。

①人工制造的磷脂双分子层与细胞膜完全不同②自由扩散通过细胞的物质,细胞并不需要③协助扩散中起作用的蛋白质都是通道蛋白④转运蛋白对所运载的物质都有选择性⑤离子因为较小,一般通过自由扩散进出细胞⑥当载体蛋白饱和时,物质运输速度便不会再增加课堂素养达标【解析】人工制造的磷脂双分子层与细胞膜的支架是相同的,①错误;很多细胞需要的物质(如O2)通过自由扩散方式进入细胞内,②错误;协助扩散中起作用的蛋白质有的是载体蛋白,有的是通道蛋白,③错误;转运蛋白对所运载的物质都有选择性,④正确;离子进出细胞,都是需要载体蛋白协助的,⑤错误;当载体蛋白都参与运输之后,物质运输的速度就不会再加快了,⑥正确。答案:④⑥2.细胞的吸水方式有吸胀吸水和渗透吸水。下列属于渗透吸水发生条件的是 (

)A.有半透膜 B.有浓度差C.无条件 D.A、B同时存在【解析】选D。渗透作用发生需要有半透膜,并且半透膜两侧要有浓度差。3.在保持细胞存活的条件下,蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如图所示。若将处于b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中,则该萝卜条的质量将 (

)A.不变