【课件】4.1被动运输课件2021-2022学年高一上学期生物人教版必修1

2023/1/131必修一

分子与细胞第4章

细胞的物质输入和输出掌控着道道闸门，驱动着各式舟车。输入输出中忙碌，被动主动间选择。生物大分子铸就，神奇的生命之膜。第1节被动运输糖链膜蛋白细胞质

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。

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。讨论：1.漏斗管内液面为什么会上升？如果漏斗管足够长，漏斗管内的液面会无限上升吗？2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？3.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？

物质分子从相对含量多的地方向相对含量少的地方转移，直到均匀分布的现象。一、扩散作用(diffusion)扩散：指物质从高浓度→低浓度的运动，可以通过半透膜，也可以不通过半透膜。如花香的飘散；蔗糖的溶解；氧气通过肺泡和毛细血管壁进入血液；甘油和脂肪酸被小肠上皮吸收等过程。一般相对于溶质而言。图1扩散

渗透半透膜二、渗透作用

半透膜是一类可以让小分子或离子通过，而较大的分子等物质不能通过的一类膜。水水蔗糖半透膜（一）半透膜如：细胞膜、蛋壳膜、鱼鳔、膀胱膜、肠系膜、玻璃纸等玻璃纸鱼鳔（三）发生条件1.具有半透膜；2.半透膜两侧的溶液具有浓度差。

水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散现象（四）渗透方向（水流方向）

从水分子相对含量高的一侧向相对含量低的一侧（低浓度的一侧流向高浓度的一侧）（二）渗透作用概念蔗糖溶液玻璃纸（半透膜）清水半透膜蔗糖分子水分子水分子是双向运动的。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。动态平衡

由于单位体积、单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。不会无限升高。讨论1:漏斗管内的液面为什么会升高?如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？2.如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？为什么？不会。因为纱布孔隙很大，蔗糖分子也可自由通过。3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面还会升高吗？为什么？不会。

因为单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量，液面也不会升高。1.漏斗内液面会无限上升吗？2.最后两侧液体浓度相同吗？3.平衡时水分子还移动吗？水分子移动的方向是？4.质量浓度为10%的葡萄糖溶液与10%的蔗糖溶液哪个摩尔浓度大？

渗透作用吸水、失水的条件：半透膜、浓度差类比推理细胞膜细胞内溶液1、如果将装置中的漏斗换成红细胞还会不会吸水？2、如果吸水会发生什么？如果细胞吸水胀破则说明细胞也能渗透吸水、细胞膜相当于

。半透膜吸水膨胀0.9%NaCl溶液中小于大于失水皱缩0.2%NaCl溶液中2%NaCl溶液中外界溶液的浓度细胞质的浓度等于保持原状动物的红细胞细胞通过渗透作用的原理吸水和失水三、水进出细胞的原理（一）动物细胞的吸水和失水渗透作用吸水、失水的条件是半透膜、浓度差。相当于浓度差半透膜蔗糖溶液清水细胞膜细胞质外界溶液分析结果、得出结论：

一个动物细胞就是一个渗透系统

动物细胞的细胞膜相当于半透膜:细胞质有一定浓度，细胞内溶液与外界溶液存在浓度差，和外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度<细胞质溶液浓度时，细胞吸水膨胀，反之细胞失水皱缩。动物细胞吸水还是失水取决于细胞液浓度与外界溶液浓度差。一般不能。

红细胞一般会因持续吸水而涨破。1、红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？2、红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中说的半透膜？是

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？

主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。4、红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？

细胞内溶液的渗透压与0.9%的生理盐水的渗透压想接近，这样才不会使细胞变形。5、想一想临床上输液为什么用生理盐水？糖渍西红柿盐拌萝卜腌黄瓜

用清水泡过的青菜很硬挺；用盐腌制过的黄瓜皱皱巴巴，还会出很多水；对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。

这是为什么呢？高浓度盐水

清水生活实例“烧苗”

植物细胞内的液体环境主要是指液泡中的细胞液（二）植物细胞的吸水与失水

植物细胞与动物细胞的区别(细胞壁是全透性的)

细胞膜和液泡膜两层膜之间的细胞质称为原生质层与经典渗透装置比较细胞壁细胞膜细胞质液泡（内含细胞液）液泡膜细胞核原生质层内部溶液外部溶液？原生质层是否相当于一层半透膜？

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，能够渗透失水和吸水。探究植物细胞的吸水和失水

1.实验原理2.提出问题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吗？原生质层相当于半透膜3.作出假设4.设计方案5.预期实验结果将细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其形态变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小变化。

由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由通过，而蔗糖分子则不能通过。

因此在高浓度的蔗糖溶液中，植物细胞失水，中央液泡会变小，细胞皱缩；

在清水中失水后的植物细胞吸水，中央液泡会变大，细胞膨胀。6.进行实验（按预定方案进行实验）选用紫色表皮细胞主要观察液泡的大小及原生质层的位置30%的蔗糖溶液观察质壁分离的过程观察质壁分离复原的过程6.进行实验“引流法”“引流法”正常形态细胞发生质壁分离的细胞液泡大小液泡颜色原生质层的位置细胞大小0.3g/ml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脱离细胞壁基本不变基本不变变深重新变浅7.实验现象8.分析结果，得出结论

植物细胞原生质层相当于一层半透膜,水分是顺着相对含量梯度而进出植物细胞的。植物细胞的原生质层相当于半透膜外界溶液浓度＞细胞液浓度：细胞失水原生质层的伸缩性>细胞壁质壁分离外界溶液浓度<细胞液浓度：细胞吸水原生质层逐渐恢复质壁分离复原（含量高→含量低）结论：滴加蔗糖溶液滴加清水4.实施实验5.得出结论6.表达与交流2.做出假设1.提出问题3.设计实验水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是不是相当于一层半透膜？原生质层相当于一层半透膜设计方案、预期结果原生质层相当于一层半透膜。外界溶液浓度>细胞液浓度，细胞失水，质壁分离；外界溶液浓度<细胞液浓度，细胞吸水，质壁分离复原。探究植物细胞的失水和吸水1.如果把实验中0.3g/ml的蔗糖溶液换成0.5g/ml的蔗糖溶液，还会发生质壁分离和复原现象吗？2.植物细胞会由于吸水过多而涨破吗？会发生质壁分离。但由于细胞过度失水死亡，无法发生复原。

细胞壁会限制细胞膨胀，对原生质层起保护和支持作用，细胞不会涨破。3.如果没有细胞壁，实验结果会有什么不同？不会发生质壁分离现象，只发生渗透作用的吸水或失水。4.该实验观察了几次？5.该实验主要观察什么？6.该实验有无对照？3次（1）液泡的大小及颜色的深浅。（2）原生质层与细胞壁的位置关系。有，前后自身对照外界溶液浓度细胞液的浓度，细胞失水植物细胞——质壁分离“质”“壁”是什么？说说各结构名称？外界溶液浓度细胞液的浓度，细胞吸水植物细胞——质壁分离复原如何滴加清水？细胞膜、液泡膜及它们之间的细胞质称为原生质层。原生质层相当于半透膜，能让水分子通过而不能让蔗糖分子通过。

细胞壁的伸缩性比原生质层小得多。原生质层失水缩小时细胞壁不能同步缩小,两者就发生了分离。当原生质重新吸水胀大时,细胞就复原了。植物细胞能发生渗透吸水和失水原生质层——相当于半透膜、细胞液与外界溶液存在浓度差植物细胞质壁分离及复原的原因内因：原生质层比细胞壁的伸缩性大外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度细胞发生质壁分离的条件1.细胞是活的(死细胞的细胞膜为全透性)2.细胞有大液泡3.细胞外溶液的浓度高于细胞液浓度渗透作用原理的应用临床上输液用生理盐水生活中杀菌防腐、腌制食品测定细胞液浓度，为农业施肥提供指导2023/1/13

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。

被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。2023/1/13四、自由扩散和协助扩散（一）自由扩散（简单扩散）（freediffusion）物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散。1.自由扩散的概念：2.自由扩散的特点：

①从高浓度到低浓度；（顺浓度）②不需要转运蛋白的协助；

③不需要消耗能量。

水分子、气体（氧气、二氧化碳）、脂溶性小分子（甘油、乙醇、苯等）。3.自由扩散的实例：4.影响自由扩散的因素：浓度差物质浓度差运输速率

P66甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？

因为甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层出入细胞。2023/1/13（二）协助扩散（易化扩散）（facilitated

diffusion）借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散。1.协助扩散的概念2023/1/13

①从高浓度到低浓度；（顺浓度）

②需要转运蛋白的协助；③不消耗细胞内化学反应产生的能量。水分子、离子、葡萄糖、氨基酸顺浓度梯度跨膜运输。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.协助扩散的特点3.协助扩散的实例4.影响协助扩散的因素浓度差和转运蛋白数量P点后速率受载体蛋白数量限制载体蛋白通道蛋白

转运特点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

自身构象改变不改变是否与转运的分子结合结合不结合

是否有特异性具有具有

实

例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4.转运蛋白的类型

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。（三）自由扩散和协助扩散的比较过膜方式浓度梯度是否需载体蛋白是否消耗能量影响因素

举

例自由扩散协助扩散葡萄糖进入红细胞（载体蛋白）；水分子进出细胞（通道蛋白）否是高低高低否否CO2、O2、甘油、乙醇、苯等主要取决于膜内外物质的浓度差受浓度差和转运蛋白数量的影响水通道蛋白钾离子通道蛋白

过去人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的，但后来的研究表明，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。被动运输水进出细胞的原理自由扩散和协助扩散自由扩散协助扩散渗透现象动物细胞的吸水和失水植物细胞的吸水和失水原生质层质壁分离与质壁分离复原特点：顺浓度梯度运输实例：气体分子、脂溶性小分子特点：顺浓度梯度运输，需要转运蛋白实例：离子和小分子有机物吸水会膨胀，甚至胀破；失水皱缩失水会发生质壁分离；吸水会发生质壁分离复原2、a、b、c是三个相邻的细胞，已知a细胞液浓度>b细胞液浓度>c细胞液浓度,如图所示，能正确表示水分在三者之间关系的是（）acbacbacbacbABCDC课堂检测1、田间一次施肥过多，作物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”。其原因是（）

A.根细胞从土壤中吸收的养分过多

B.根细胞不能从土壤中吸水,反而失水

C.根系不能将水向上运输D.根系被肥料分解释放的热能烧毁BB3.如图所示为物质跨膜运输的一种方式，下列相关叙述正确的是A.脂肪酸以该方式进入细胞B.该过程需要消耗能量C.运输该物质的蛋白质难以运输其他物质D.该过程的运输速率与膜两侧浓度差完全成正比C4.如右图所示，在U形管中部C处装有半透膜，在a侧加入细胞色素d(一种蛋白质)分子的水溶液(红色)，b侧加入蒸馏水，并使a、b两侧液面高度一致，经一段时间后，实验结果将是()A.ab侧液面一致，b侧无色B.ab侧液面一致，b侧红色C.a侧液面低于b侧，b侧红色D.a侧液面高于b侧，b侧无色D5.将一块新鲜马铃薯切成5块，放在一定浓度的蔗糖溶液中，通过显微镜观察细胞，结果是则马铃薯的细胞液浓度大约为（）g/mlA、0.05—0.10B、0.10-0.15C、0.15-0.20D、0.20-0.25B蔗糖浓度g/ml0.050.100.150.200.25质壁分离情况不发生不发生刚发生发生发生（1）判断细胞的死活；（2）测定细胞液的浓度范围；（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度。

(4)比较未知溶液浓度的大小

(5)验证原生质层和细胞壁伸缩性的大小你觉得植物细胞的质壁分离能用于说明那些问题？42C6.下图表示物质出入细胞膜的两种方式，从图解可以看出A．甲、乙两种物质都能够自由出入细胞膜B．细胞对甲、乙两种物质都能够主动吸收C．甲、乙两种物质都只能从高浓度向低浓度运输D．甲、乙两种物质都是细胞代谢所必需的物质7.下列哪种细胞被放入高渗溶液中将会出现质壁分离现象()A.刚撕下的蚕豆叶表皮细胞B.尚未萌发的菜豆的胚芽细胞C.用95%乙醇浸泡过的洋葱鳞片叶上表皮细胞D.刚切下的小麦根尖生长点细胞A8.将紫色洋葱表皮细胞置于0.3g/mL的蔗糖溶液中，光镜下观察到的现象是（）。①液泡逐渐变小，颜色由浅变深；②液泡逐渐变大，颜色由深变浅；③原生质层与细胞壁逐渐分离形成球形小团；④细胞膜、液泡膜结构明显；⑤原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液A.①③B.①③④C.②③D.①③⑤D9.食醋中的醋酸分子是活细胞不需要的小分子物质，蔗糖是活细胞需要的大分子物质，用食醋和蔗糖可将新鲜的大蒜腌制成糖醋蒜，其原因是（）

A、醋酸和蔗糖分子均能被活细胞选择吸收

B、因腌制时间过久两种物质慢慢进入活细胞

C、醋酸将活细胞杀死后使细胞膜失去了选择性

D、两种物质通过细胞壁，附着在细胞膜的外表面C10.把体积相同的10%的葡萄糖溶液和10%的蔗糖溶液用半透膜（葡糖糖和蔗糖都不能通过该半透膜）隔开，其水分子运动的特点是（）A.因浓度相同，水分子移动外于平衡状态B.水分子由葡萄糖溶液向蔗糖溶液中移动比由蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移动的多C.水分子总的移动趋势是由蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移动D.水分子不移动C11.利用高浓度盐水（NaCl溶液）杀菌防腐的原理是（）A、盐水中的Cl－有杀菌防腐的作用B、盐水中的Na＋不利于细菌的生活C、盐水是中性的，不适于细菌的生活D、由于渗透作用使细菌细胞内的水分渗出而死亡D

12.如图表示与自由扩散、协助扩散有关的图象或曲线，写出各序号所表示物质进出细胞的方式自由扩散自由扩散协助扩散协助扩散13.把体积与质量浓度相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液用半透膜（允许水分子和葡萄糖分子通过，不允许蔗糖分子通过）隔开（如图所示），一段时间后液面的情况是（）A、甲侧高于乙侧B、乙侧高于甲侧C、先甲侧高于乙侧，后乙侧高于甲侧D、先甲侧低于乙侧，后乙侧低于甲侧C解析:因为葡萄糖是单糖，蔗糖是二糖，所以在体积与质量浓度相同的情况下，葡萄糖分子数目多于蔗糖分子数目，即单位体积内甲侧的水分子数少于乙侧的，水分子整体表现为由乙侧向甲侧流动，导致甲侧液面升高；由于葡萄糖能通过半透膜而蔗糖不能，故乙侧溶液浓度逐渐增大，水分子整体表现为由甲侧流向乙侧，最终表现为乙侧液面高于甲侧液面。14.下图是渗透装置示意图,关于在长颈漏斗管内液面上升过程中的有关叙述,正确的是(

)A.水分子只能通过半透膜从烧杯进入漏斗进行单向移动B.液面上升的速率先逐渐加快然后减慢最终液面维持稳定C.当半透膜两侧水分子进出速率相等时,两侧溶液浓度相等D.半透膜两侧溶液的浓度差越大,上升的高度越高D解析:水分子在半透膜两侧进行双向运动,A项错误;在液面上升的过程中,漏斗两侧溶液的浓度差逐渐减小,则液面上升的速率起始最快,之后减慢最终维持稳定,B项错误;当长颈漏斗内液面最高时,半透膜两侧水分子进出速率相等,但是此时半透膜两侧的溶液浓度并不相等,漏斗内是稀释了的蔗糖溶液,烧杯内是清水,C项错误;半透膜两侧溶液的浓度差越大,进入漏斗内的水分子越多,液面上升的高度也越高,D项正确。一、概念检测：1.√××；2.D；3.B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通过半透膜的扩散速率。设计实验提示：可以借用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度，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。练习