4.1 被动运输-高一上学期生物人教版必修一

1.细胞膜的成分主要由_________和______组成，有少量的_______。蛋白质糖类脂质(磷脂)

2.细胞膜的功能将细胞与外界环境分隔开控制物质进出细胞进行细胞间的信息交流复习提问:思考：为什么细胞膜具有选择透过性？

细胞膜怎样控制物质输入和输出？糖链膜蛋白细胞质新课导入细胞的物质输入和输出第4章第1节被动运输本节目标1.渗透现象及原理分析01022.水进出动物细胞的原理033.水进出植物细胞的原理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。蔗糖溶液玻璃纸（半透膜）清水Q:漏斗管内的液面为什么会升高？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膜。问题探讨蔗糖溶液玻璃纸（半透膜）清水Q:漏斗管内的液面为什么会升高？半透膜蔗糖分子水分子水分子是双向运动的。问题探讨烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高。进入漏斗的水分子数>漏斗渗出的水分子数。溶液浓度低溶液浓度高含水量高含水量低渗透作用：水分子或（其它溶剂分子）通过半透膜的扩散。水分子渗透方向：半透膜顺相对含量梯度的跨膜运输渗透压：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。一、渗透现象及原理分析渗透压高渗透压低渗透作用中溶液浓度是指物质的量浓度而非质量浓度:如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液，质量浓度相同,但葡萄糖溶液的物质的量浓度大，即单位体积中溶质分子的数目多，溶剂分子的数目少,故水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动直到均匀分布的现象。图1扩散一、渗透现象及原理分析（将一滴红墨水滴入一杯清水中，清水很快就变成了红色，这是溶质分子在水中扩散的结果。Q:如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？不会。管内液面上升到一定高度后，管内水柱产生的静水压将加快漏斗中水分子向外扩散的速度，同时阻止膜外水分子扩散进入膜内，水分子的扩散速率最终达到动态平衡（此时通过半透膜进入漏斗的水分子数等于渗出的水分子数）。一、渗透现象及原理分析Q:当漏斗管内的液面不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度是否相同？不相同，漏斗内溶液浓度仍然高。膜外溶液的渗透压=膜内溶液的渗透压-静水压(即液面不再变化时,其膜内的溶液浓度仍大于膜外溶液浓度,渗透压大小取决于溶液浓度的大小,且成正相关.)b溶液浓度高拓展：液面升高的程度受什么因素影响？半透膜两侧溶液的浓度差。浓度差越大，高度差就越大。Q:如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？不会。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，包括水分子和蔗糖分子都能通过。Q: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？漏斗液面不会升高,膜两侧溶液浓度相同，水分子进出平衡。渗透作用发生条件：（2）半透膜两侧溶液具有浓度差。（1）具有半透膜。请总结渗透作用发生的条件一、渗透现象及原理分析条件一：半透膜条件二：浓度差水分子（或其它溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。3、发生条件①具有半透膜②半透膜两侧的溶液具有浓度差2、渗透作用:4、水分子渗透方向:顺相对含量梯度的跨膜运输。渗透作用与扩散作用：渗透作用强调水等溶剂分子透过半透膜的扩散，是扩散作用的一种特殊形式。小结1、扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动直到均匀分布

的现象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？液体环境二、水进出细胞的原理正常哺乳动物红细胞的形态外界溶液细胞膜半透膜蔗糖溶液细胞质相当于相当于①红细胞与外界溶液组成了一个渗透系统。②红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出细胞。二、水进出细胞的原理当外界溶液浓度比细胞质浓度低时外界溶液浓度<细胞质浓度细胞吸水膨胀当外界溶液浓度比细胞质浓度高时外界溶液浓度>细胞质浓度细胞失水皱缩当外界溶液浓度与细胞质浓度相同时外界溶液浓度=细胞质浓度细胞保持原形态不变二、水进出细胞的原理1、动物细胞的失水与吸水水进出哺乳动物红细胞的原理

思考·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？

2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？

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。是（是“相当于”，不是“等同”）。二、水进出细胞的原理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？

4.红细胞吸水或失水取决于什么条件？

5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？

不一定。如果外界溶液浓度不是很低，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。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。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。二、水进出细胞的原理其他动物细胞的吸水和失水的原理与红细胞是一样的。

1.

蔫了的青菜放入清水中浸泡一会儿，菜叶变得硬挺起来。2.将白菜剁碎做馅时,常常放一些盐,一会儿后就可看到有水渗出

3.对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。1、植物细胞会出现失水的情况吗？2、植物细胞在什么情况下会吸水和失水？

3、什么结构相当于一层半透膜？提出问题：水又是如何进出植物细胞的呢？二、水进出细胞的原理液泡膜细胞质细胞膜

细胞壁原生质层（细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质）（1）植物细胞的结构特性：a.具有选择透过性相当于半透膜

b.伸缩性大?细胞液特性：全透性，即水分子可以自由地

通过细胞壁，

伸缩性比较小二、水进出细胞的原理2、植物细胞的吸水和失水成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以植物细胞内的液体环境主要指的是液泡里的细胞液

探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究原生质层是否相当于一层半透膜？水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。科学探究的一般过程提出问题作出假设探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究原生质层是否相当于一层半透膜？水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。科学探究的一般过程提出问题作出假设设计实验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

；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会

。2.如何使细胞外溶液的浓度提高或降低？3.如何看到细胞？需要用到什么材料和器具？4.对实验结果做出预测——细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？失水吸水探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水

提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究原生质层是否相当于一层半透膜？水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。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。科学探究的一般过程提出问题作出假设设计实验1、制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片2、用低倍镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小，以及原生质层的位置3、从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸引流。重复几次，使洋葱鳞片叶表皮浸润在蔗糖溶液中4、低倍镜观察：细胞的大小、液泡、原生质层的变化5、从盖玻片的一侧滴入清水，在另一侧用吸水纸引流。重复几次，使洋葱鳞片叶表皮浸润在清水中6、低倍镜观察：细胞的大小、液泡、原生质层的变化洋葱鳞片叶外表皮紫色吸水纸吸水纸原生质层液泡（引流法）盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片31滴清水2撕取洋葱鳞片叶外表皮4低倍镜观察6低倍镜观察5在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸引流7在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸引流8低倍镜观察探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水——低倍物镜

提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究科学探究的一般过程现象试剂中央液泡原生质层的位置细胞大小蔗糖溶液

清水

逐渐变小，颜色变深逐渐变大，颜色变浅逐渐恢复原来位置基本不变逐渐脱离细胞壁基本不变三次观察两次对照探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究科学探究的一般过程结论：(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。细胞失水，原生质层与细胞壁分离开来细胞吸水，与细胞壁分离的原生质层慢慢恢复原来的状态当外界溶液浓度>细胞液浓度当外界溶液浓度<细胞液浓度质壁分离质壁分离复原探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究科学探究的一般过程(1)质壁分离的内因和外因：(2)观察质壁分离和复原，对材料的要求：(3)介于细胞膜与细胞壁之间的溶液：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>细胞液浓度活细胞（原生质层才具有选择透过性）细胞有大液泡外界溶液浓度>细胞液浓度外界溶液探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究科学探究的一般过程2.如果滴加的是0.5g/ml的蔗糖溶液，实验结果如何？1.植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？发生质壁分离，但不能质壁分离复原。（因为细胞已经严重失水而死亡了)不会。（因为细胞壁具有保护和支持的作用）3.可以选用黑藻或者洋葱鳞片叶内表皮细胞进行实验吗？也可以使用黑藻叶片等通过观察叶绿体的分布范围，来观察植物细胞的质壁分离与复原从盖玻片的一侧滴加含有红墨水的30%蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引，使含有红墨水的蔗糖溶液慢慢进入到盖玻片下4.质壁分离的细胞中“质”和“壁”分别指什么？质指原生质层，壁指细胞壁5.将0.3g/ml的蔗糖溶液换成适宜浓度的KNO3，实验结果如何？先质壁分离，后质壁分离自动复原。（因为细胞能主动吸收KNO3分子）（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液）6.解释滴加0.3g/mL的蔗糖溶液后液泡变小的原因。细胞外蔗糖溶液的浓度高于细胞液，水从细胞液透过原生质层进入到蔗糖溶液中，使细胞壁和原生质层出现一定程度的收缩，由于原生质层比细胞壁伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。质壁分离：植物细胞由于液泡失水，而使原生质层与细胞壁分离的现象。质壁分离复原：当细胞液浓度高于外界溶液浓度时，细胞吸水使整个原生质层恢复成原来的状态。注意：质壁分离及复原现象发生的条件(1)从细胞角度分析①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。(2)从溶液角度分析①在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜)中只发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。②在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。③在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高,细胞会因过度失水而死亡。④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。质壁分离及复原现象的拓展应用(1)判断细胞的活性

(2)测定细胞液浓度的范围待测细胞十一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检,细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短→判断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3，和蔗糖溶液)

待测细胞+蔗糖溶液镜检发生质壁分离和复原→活细胞

不发生质壁分离→死细胞成熟植物细胞十不同种类溶液镜检只发生质壁分离→蔗糖溶液质壁分离后自动复原→KNO3溶液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半透膜蔗糖溶液清水三、自由扩散和协助扩散1.被动运输：

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。被动运输分为自由扩散和协助扩散两类。有些小分子物质，很容易自由地通过细胞膜的磷脂双分子层，如氧和二氧化碳。当肺泡内氧的浓度大于肺泡细胞内部氧的浓度时，氧便通过扩散作用进入肺泡细胞内部。细胞内由于呼吸作用使二氧化碳浓度升高时，二氧化碳便通过扩散作用排出细胞，进入细胞外液。甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物也较易通过自由扩散进出细胞。2.自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。（也叫简单扩散）(1)实例：

(2)特点：只通过磷脂双分子层，不需要蛋白质

协助，不需要能量。(3)运输方向：高浓度→低浓度

（顺浓度梯度）

①小分子物质，如O2、CO2等②脂溶性小分子，如甘油、脂肪酸、乙醇，苯等②少部分水三、自由扩散和协助扩散浓度差（Mmol/L）51015202530运输速度（离子/秒）2.44.77.39.512.214.4结论：物质的运输速度与物质浓度差成______关系，自由扩散过程只受_________影响。正比浓度差￫（4）影响因素：3、协助扩散：离子和一些小分子有机物等借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。（也叫易化扩散）(1)特点：需要转运蛋白协助，不需要能量

注意：①载体蛋白与通道蛋白的比较

②转运蛋白的特性：专一性和饱和性(2)实例：葡萄糖进入红细胞、钠钾离子通道运输、水通道蛋白运输。(3)运输方向：高浓度→低浓度（顺浓度梯度）三、自由扩散和协助扩散细胞膜（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。（主动运输和协助扩散）4、转运蛋白：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。（2）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。（协助扩散）载体蛋白通道蛋白转运特点自身构象是否与转运的分子结合是否有特异性实例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，大小和电荷相适宜的分子或离子通过改变不改变不结合结合具有具有葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞水分子通过水通道蛋白进出细胞

K+、Na+、Ca2+载体蛋白的特性：(1)专一性:一种载体蛋白在对细胞内外物质进行运输时只能对应地运送唯一的一种或性质非常相近的一类物质。(2)饱和性:细胞膜上的载体蛋白数量有限，在运输过程中当所有载体蛋白都已承担相应的运输任务时，运输的速率不再因其他条件而加快。通道蛋白的特性：(1)具有极高的转运速率。(2)没有饱和值。(3)并非连续性开放。浓度差（Mmol/L）1.534.567.59速率（离子/秒）81524303131结论：在一定浓度范围内，物质的运输速率与物质浓度差成______关系，超过一定的浓度后，协助扩散中物质运输速率受________________限制正比转运蛋白数量￫二、被动运输（4）影响因素：比较项自由扩散协助扩散运输方向是否需要转运蛋白是否消耗能量举例影响因素不需要高浓度→低浓度高浓度→低浓度需要O2、CO2、甘油、乙醇、苯等脂溶性物质不消耗不消耗离子和一些小分子有机物（葡萄糖、氨基酸等）浓度差浓度差、转运蛋白的数量

小结：被动运输曲线解读②运输速率膜两侧的浓度差运输速率膜两侧的浓度差判断：哪条曲线是自由扩散/协助扩散？请说出判断依据。①通过转运蛋白的协助扩散具饱和性影响因素影响自由扩散