江苏启东高中生物第三章细胞的结构和功能-被动运输学案新人教版必修.docx

第三节物质的跨膜运输第1课时被动运输目标导航1.结合教材P5253，简述被动运输的方式和特点。2.结合教材P5354课题研究，分析植物细胞的吸水和失水。一、被动运输(阅读P5253)扩散：物质从高浓度区域向低浓度区域迁移的过程。扩散现象以下有两种方式：1.自由扩散(1)实例：一些相对分子质量较小或脂溶性较强的物质，如O2、乙醇、甘油等。(2)概念：不需要载体蛋白参与的简单扩散称为自由扩散。如上图中的方式1。2.协助扩散11(1)实例：有一些物质不能自由通过细胞膜，如葡萄糖，它的跨膜运输需要载体蛋白的协助。(2)概念：需要载体蛋白参与的扩散称为协助扩散。如上图中的方式2。二、探究细胞的吸水和失水(阅读P53)1.渗透：在细胞膜等结构的两侧，水分子从溶质分子相对较少的区域向溶质分子相对较多的区域扩散，这一现象称为渗透。2.选择透过性膜：又叫半透膜，对进出的物质具有选择作用的膜。细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。3.渗透作用具备的条件(1)具有半透膜。(2)半透膜两侧的溶液具有浓度差。4.动物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。(2)条件及现象外界溶液浓度小于细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞失水皱缩。外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分子进出细胞处于动态平衡。5.植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构细胞壁：全透性，即水分子和各种溶质分子都能够自由通过。细胞内的液体环境：主要指液泡内的细胞液。成熟植物细胞的结构(2)原理和现象外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。一、被动运输1.渗透与扩散的比较扩散是指某些物质分子从高浓度向低浓度的运动，可以是气体、溶剂分子，也可以是溶质分子；而渗透是水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。渗透需要半透膜，是扩散的一种特殊形式。其关系如图所示。2.蔗糖溶液液面上升的原因分析上图可知：由于半透膜上侧10%蔗糖溶液中单位体积中水分子的数量少，而半透膜下侧5%蔗糖溶液中单位体积中水分子的数量多，所以水分子由下侧进入上侧的数量多于由上侧进入下侧的数量，从而使上侧的液面上升。3.自由扩散和协助扩散的比较运输方式自由扩散协助扩散跨膜方向高低高低载体蛋白协助不需要需要消耗能量不消耗不消耗物质举例氧气、二氧化碳、氮气、苯等小分子(苯还是脂溶性的)，水、甘油、乙醇等较小的分子葡萄糖进入红细胞图例4.影响被动运输的因素(1)自由扩散：物质的运输速率主要取决于浓度差，也与该物质分子大小和脂溶性有关，其关系如图甲。(2)协助扩散：物质运输速率除与浓度差有关外，还与载体蛋白的种类和数量有关。当载体蛋白达到饱和后，外界物质浓度增加，运输速率不再加快，其关系如图乙。1.如何区分自由扩散和协助扩散？答案自由扩散不需要载体蛋白，协助扩散需要载体蛋白。2.在行使功能过程中，载体蛋白有哪些特性？答案载体蛋白具有专一性，如运载K的载体蛋白不能运载其他离子，在行使功能过程中，载体蛋白可被反复利用，不被“消耗”。3.渗透作用与自由扩散是一回事吗？为什么？答案渗透作用与自由扩散不是一回事。渗透作用仅指溶剂分子通过半透膜的扩散，而自由扩散指的是某些物质包括溶剂分子和溶质分子通过半透膜的扩散；渗透作用是自由扩散中的一种形式。1.下图表示不同运输方式的运输速率和被运输物质浓度之间的关系，观察曲线图，回答：(1)曲线_表示自由扩散，运输速率主要取决于膜两侧物质的_。(2)曲线_表示协助扩散，在一定浓度范围内，物质的运输速率与物质浓度差成_，协助扩散的运输速率还受_的限制。问题导析(1)对曲线分析：运输速率只与膜两侧的浓度差成正比，说明该物质进出细胞的方式是自由扩散。(2)对曲线分析：在一定浓度范围内，物质的运输速率与物质浓度差成正比，说明运输速率还受载体蛋白数量的限制，故判定该物质进出细胞的方式是协助扩散。答案(1)浓度差(2)正比载体数量一题多变下列物质的跨膜运输，属于自由扩散的是_；属于协助扩散的是_。O2和CO2进出肺泡苯被鼻黏膜细胞吸收红细胞吸收血液中的葡萄糖水分进出根毛细胞胆固醇进入肝细胞甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收答案二、探究植物细胞的吸水和失水1.质壁分离与复原是植物细胞吸水和失水的实验证据(1)实验材料：成熟的活的植物细胞(如紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞)。(2)实验原理成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。细胞液具有一定的浓度，与外界溶液形成浓度差。原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。(3)实验试剂：质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。(4)实验过程(5)实验结论当细胞液浓度外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。2.成熟植物细胞是一个渗透系统渗透作用模型植物细胞与外界溶液形成的渗透系统图解原理水分子通过半透膜的扩散作用细胞液通过原生质层与外界溶液之间发生渗透作用水扩散的方向低浓度溶液高浓度溶液3.质壁分离的原因和表现(1)原因(2)表现4.实验结果分析及拓展(1)质壁分离后，在原生质层和细胞壁之间，充满的液体为外界溶液(如蔗糖溶液)。(2)质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着质壁分离程度增大，植物细胞吸水力增强；质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度，随着质壁分离复原的进行，植物细胞吸水力渐弱。(3)发生质壁分离复原需要将植物再置于低浓度的溶液或蒸馏水中，但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。5.质壁分离实验的应用(1)测定细胞液的浓度(介于不发生和初始发生质壁分离的两种外界溶液浓度之间)，比较外界溶液浓度大小。(2)判断细胞的生活情况：只有活的植物细胞才能发生质壁分离。(3)防腐杀菌：在高浓度的溶液中，细菌等微生物将因失水过多而死亡，从而有效防止了食品腐烂变质。(4)观察植物细胞膜(光学显微镜下)：发生质壁分离的细胞，其细胞膜与细胞壁之间发生不同程度的分离，此时可用光学显微镜观察到。1.质壁分离及复原的“质指”的是什么？“壁指”的是什么？答案原生质层。细胞壁。2.实验成功的关键是实验材料的选择，为什么本实验不选择细菌和动物细胞，而选择有大液泡并有颜色的植物细胞？答案一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。选择有大液泡并有颜色的植物细胞因为质壁分离现象易于发生且便于在显微镜下观察。3.本实验选用的蔗糖溶液浓度要适宜，如果选用的蔗糖溶液浓度过低或者过高会出现什么现象？答案过低，不足以引起质壁分离或质壁分离不明显；过高，则造成植物细胞失水过多过快而死亡。原生质层的选择透过性是发生质壁分离和复原的内在前提，死亡的细胞既不会发生质壁分离，也不会发生质壁分离复原。2.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.可能ab，细胞渗透吸水B.ab，渗透系统保持动态平衡C.abc，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是()答案C解析细胞液的浓度高，则吸水能力强，a细胞液浓度最高，c细胞液浓度最低，b介于a、c之间，因此选C。5.如图表示处于不同生理状态的三个洋葱鳞片叶表皮细胞，请回答：(1)如图所示A、B、C三个细胞处于不同浓度的溶液中，则A图与B图细胞所处的外界溶液的浓度是_。(2)图中细胞的细胞液浓度依次是_。(3)假设将洋葱鳞片叶表皮细胞制成装片，并使之处于高渗溶液中而发生质壁分离，用显微镜观察一个细胞的质壁分离发生过程，发现该细胞形态上的变化顺序将如上图所示的从_。(4)C图中标号处的物质是_。答案(1)AB(2)CAB(3)BAC(4)外界溶液解析当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞将发生质壁分离现象。内外浓度差越大，质壁分离现象越明显，故图中外界溶液的浓度CAB；随着质壁分离的进行，细胞液浓度逐渐增大，当不再分离时，细胞液浓度达到最大，因此，图中细胞液的浓度也为CAB。由于细胞壁具有全透性，在原生质层与细胞壁之间充满着外界溶液。基础巩固1.物质出入细胞的方式中，自由扩散区别于协助扩散的是()A.由高浓度向低浓度扩散B.需要载体蛋白C.由低浓度向高浓度扩散D.不需要载体蛋白答案D解析被动运输是指物质从高浓度向低浓度的扩散，不需要能量，分为自由扩散和协助扩散，其中后者需要载体蛋白的参与。2.下列现象属于渗透作用的是()水分子通过植物细胞的细胞壁水分子或其他溶剂分子通过细胞膜蔗糖分子通过细胞壁水分子或其他溶剂分子通过液泡膜A.B.C.D.答案B解析渗透作用发生需要有半透膜，及半透膜两侧有浓度差，植物细胞壁是全透性的，故不属于，细胞膜相当于一层半透膜，水分子进入应有浓度差故属于，液泡膜也相当于一层半透膜，故属于。3.对植物细胞质壁分离和复原实验进行分析，下列叙述中得不到证实的是()A.原生质层具有选择透过性B.细胞处于生活状态或已死亡C.细胞液和周围溶液的浓度关系D.溶质分子进出细胞的方式答案D4.观察植物细胞质壁分离与复原实验的正确顺序是()加清水制作装片观察质壁分离加0.3 g/mL蔗糖溶液观察细胞复原观察正常细胞A.B.C.D.答案B解析在质壁分离及复原过程中有三次显微镜观察，一次是正常的细胞，一次是质壁分离的细胞，一次是质壁分离复原的细胞，因此B正确。5.一个成熟的植物细胞，它的原生质层包括()A.细胞膜、核膜和这两层膜之间的细胞质B.细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质C.细胞膜和液泡膜之间的细胞质D.细胞壁、液泡膜和它们之间的细胞质答案B解析原生质层是成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。6.将人体的红细胞置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡半小时之后的结果如图所示，按照红细胞外形的变化判断蔗糖溶液的浓度由高到低排列正确的是()A.甲乙丙丁B.丁甲乙丙C.丙丁甲乙D.丙乙丁甲答案D解析当红细胞细胞质浓度小于蔗糖溶液浓度时，红细胞失水皱缩；当红细胞细胞质浓度大于蔗糖溶液浓度时会吸水膨胀，甚至涨破，如图甲所示。巩固提升7.在马铃薯中用打孔器打出两圆柱体块P和Q，P在蒸馏水中放1 h，Q在与马铃薯细胞液等渗的盐溶液中放1 h，测定处理的圆柱体是否与原来的孔刚好合适，结果是()A.P不合适，Q合适B.P不合适，Q也不合适C.P合适，Q也合适D.P合适，Q不合适答案A解析P放在蒸馏水中1 h后，由于外界清水的浓度小于细胞液的浓度，P的细胞便因吸水而膨胀，从而不能正好放入原来的孔；Q放在与马铃薯等渗的盐溶液中1 h后，我们理解等渗是细胞液的浓度等于外界盐溶液的浓度，外界的盐溶液起了维持细胞的形态和功能的作用，从而Q能正好放入原来的孔。8.假定将甲乙两个同种植物的成熟细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液浓度均比细胞液的浓度高，蔗糖分子不能透过细胞膜，甘油分子可以较快地透过细胞膜。在显微镜下连续观察，甲乙两细胞的变化是()A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不再发生质壁分离复原B.甲乙两细胞发生质壁分离，但乙细胞随后又发生质壁分离复原C.甲乙两细胞发生质壁分离，但甲细胞随后又发生质壁分离复原D.甲乙两细胞在发生质壁分离后，又发生质壁分离复原答案B解析成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，可发生渗透作用。甲乙两细胞均处在外界溶液浓度大于细胞液浓度的环境中，开始时，甲乙两细胞都要发生质壁分离，但蔗糖分子不能透过原生质层，所以甲细胞不能发生质壁分离复原，而甘油分子可以较快地透过原生质层，进入细胞液，细胞液的浓度升高，细胞吸水，导致质壁分离复原。9.将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为a、b、c、d、e和f组(每组的细条数相等)，取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则()A.实验后，a组液泡中的溶质浓度比b组的高B.浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组的C.a组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b组D.使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.40.5 molL1之间答案D解析A项，通过图示可以看出，a组和b组实验前长度/实验后长度的值都小于1，表明细胞吸水导致细条变长；由于a组实验前长度/实验后长度的值小于b组实验前长度/实验后长度的值，说明a组吸水较多，b组吸水较少，所以实验后a组液泡中的溶质浓度比b组的低。B项，分析柱状图可知，f组细胞失水，而b组细胞吸水，因此浸泡导致f组细胞中液泡的失水量大于b组的。C项，水分进出细胞的方式是自由扩散，不消耗ATP。D项，根据柱状图可知，在浓度为0.4 molL1的蔗糖溶液中的c组细胞吸水，而在浓度为0.5 molL1的蔗糖溶液中的d组细胞失水，所以使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.40.5 molL1之间。10.如图所示，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液原先体积相同，由于浓度不同，后来产生一个高度差H。请问H的大小主要取决于()A.A液和B液中溶质分子大小B.A液和B液所在管的粗细C.A液和B液中溶剂是否相同D.A液和B液的浓度差大小答案D解析H与浓度差成正相关。11.物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要。下图表示几种物质经过细胞膜的运输方式，请据图回答下列问题：(1)图示中细胞膜主要由_和_组成，其中_的种类和数量与细胞膜功能的复杂性有关。(2)组成细胞膜的A、B两种物质通常不是静止的，而是处于运动状态的，具有_性。(3)如果图中的细胞膜是红细胞的，则葡萄糖和甘油进入细胞膜的方式依次是_、_。(4)人们设计出一种膜结构，这种膜结构能将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，以降低污水中的有毒重金属离子对水的污染，这是模拟生物膜的_。答案(1)A磷脂分子B蛋白质B蛋白质(2)一定的流动(3)协助扩散自由扩散(4)选择透过性解析(1)细胞膜主要由A磷脂分子和B蛋白质分子组成，其中B蛋白质的种类和数量与细胞膜功能的复杂性有关。(2)组成细胞膜的化合物不是静止的，而是处于运动状态，具有一定的流动性。(3)如果该图为红细胞膜，则葡萄糖、甘油进入该细胞的方式分别为协助扩散和自由扩散，根据物质跨膜运输的特点，方式顺浓度梯度进入细胞，不需载体蛋白和能量，为自由扩散；方式顺浓度梯度进入细胞，需载体蛋白协助，不消耗能量。(4)根据这种膜结构对重金属离子有拦截作用，说明是模拟生物膜的选择透过性。12.将同一植物细胞依次浸入蒸馏水、质量浓度为0.3 mol/L蔗糖溶液和质量浓度为0.5 mol/L尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化如图所示，据图回答下列问题：(1)植物细胞在蒸馏水中的变化曲线是_，在质量浓度为0.3 mol/L蔗糖溶液中的是_，在质量浓度为0.5 mol/L尿素溶液中的是_。(2)AB段的下降速度较AE段的快，这是因为_；EF段的细胞体积变化为_；CD段的细胞液浓度_0.5 mol/L。(3)试简要分析b、c曲线差异的原因。_。(4)请在图中添加上此细胞在质量浓度为0.5 mol/L蔗糖溶液中的变化曲线。答案(1)acb(2)尿素溶液浓度高于蔗糖溶液浓度，原生质层两侧浓度差更大基本不变(3)尿素分子可缓慢进入细胞，当细胞液浓度大于外界尿素溶液浓度时，细胞开始由失水转为吸水，直到平衡。蔗糖分子不能进入细胞液，植物细胞在蔗糖溶液中失水发生质壁分离，失水逐渐减慢，直至水分进出达到动态平衡(4)如下图解析由图中所给的曲线信息分析可知，a曲线表示细胞发生了渗透吸水，说明所处的环境是蒸馏水；b曲线表示原生质体体积先变小后又恢复原状，说明细胞开始时发生质壁分离，后自动复原，所以周围的环境是尿素溶液；c曲线表示细胞发生了质壁分离，并保持一定的状态，此时细胞内外渗透压达到平衡，说明细胞周围环境为蔗糖溶液。走进高考13.比较生物膜和人工膜(双层磷脂)对多种物质的通透性，结果如右图。据此不能得出的推论是()A.生物膜上存在着协助H2O通过的物质B.生物膜对K、Na、Cl的通透具有选择性C.离子以易化(协助)扩散方式通过人工膜D.分子的大小影响其通过人工膜的扩散速率答案C解析A项，由图示