被动运输高一上生物人教版（2019）必修1

第4章第1节被动运输学习目标本节聚焦：1.理解渗透作用（概念、方向、条件）。2.细胞在什么情况下吸水或失水。细胞吸水或失水的原理。3.植物细胞的质壁分离与复原现象说明什么？4.被动运输的两种类型是什么？其异同点是？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，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示现象。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。半透膜因为烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗管内液面升高。问题:

漏斗管内的液面为什么会升高？渗透作用烧杯中的水分子为什么向漏斗中扩散呢？资料：渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力，溶质微粒数目越多，溶液浓度越高，溶液渗透压越高，对水的吸引力越大.因为：蔗糖溶液渗透压高，对水的吸引力大，这种吸引力使水分子进入漏斗中。渗透作用蔗糖溶液玻璃纸（半透膜）清水半透膜蔗糖分子水分子水分子可以自由通过，而蔗糖分子不能通过。漏斗内溶液体积增大，液面上升蔗糖分子(太大)不能通过半透膜水分子能透过半透膜蔗糖溶液渗透压高单位时间进入漏斗的水分子数多于出来的分子数渗透作用：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散半透膜1.不会。因为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加快了漏斗中水分向外扩散的速度，最终水分子的向漏斗内外的扩散达到平衡，液面将不再上升（此时的状态：渗透平衡）。即：蔗糖溶液对烧杯中水分子的吸引力等于水柱产生的压力时，漏斗管内液面停止上升。问题:

如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？问题探讨问题探讨半透膜追加问题1：当漏斗管内液面停止上升的时候，半透膜两侧溶液浓度是否相等？不相等。追加问题2：是不是所有情况下，达到渗透平衡时半透膜两侧溶液浓度都不相同？（比如：漏斗管内外分别是0.2g/mL和0.4g/mL的蔗糖溶液。）不是。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，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示现象。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。半透膜问题:

如果用一层纱布（全透性）代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？不会，纱布不是半透膜，蔗糖分子和水分子都能通过。渗透作用条件一：半透膜问题探讨

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，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示现象。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。半透膜问题:

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？单位时间进出半透膜水分子量相同，故漏斗管液面不变。渗透作用条件二：浓度差渗透作用1.渗透作用的概念：

水分子或其他溶剂分子透过半透膜的扩散渗透条件具有半透膜1半透膜两侧溶液存在浓度差23.渗透结果：

水分子可以通过半透膜进行双向扩散，直到水分子进出速率达到动态平衡

4.水的运输方向：

溶液浓度低渗透压低溶液浓度高渗透压高含水量高含水量低半透膜水（溶剂）蔗糖（溶质）①从溶质的角度分析：低浓度溶液→高浓度溶液②从水分子自身的角度分析：高含量一侧→低含量一侧渗透压：溶质微粒对水的吸引力渗透作用①液面高度不发生变化，水分子双向运动速率相等，

即动态平衡。②渗透平衡时：△h的液体重力=漏斗中溶液的吸水力溶液S1溶液S2平衡前：S2＞S1S表示溶液浓度渗透过程：S2↓

S1↑平衡后：S2＞S1平衡后S1与S2的浓度差产生的吸水力与高度差的重力相等，S1与S2的浓度差越大，高度差就越大。5.渗透平衡：

（1）现象：漏斗液面先升高后达到稳定，最终处于渗透平衡状态（2）渗透平衡时：注意：此时仍有水分子进出，且S1溶液浓度＞S2溶液浓度一、渗透系统变式分析:拓展延伸问题5:

若溶质分子不能通过半透膜，只有水分子可以通过半透膜，且S1（蔗糖）＞S2（清水），则液面变化如何？渗透平衡时有没有水分子进出？渗透平衡时S1溶液浓度=S2溶液浓度吗？注意：渗透作用发生时，溶液浓度指物质的量浓度（摩尔浓度）而不是质量浓度。半透膜：只允许水分子自由透过。质量分数为0.3g/mL的葡萄糖溶液质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液思考：一段时间后，U型管左右两侧液面如何变化？为什么？拓展延伸注意：渗透作用发生时，溶液浓度指物质的量浓度（摩尔浓度）而不是质量浓度。半透膜：允许水分子和单糖自由透过。质量分数为0.3g/mL的葡萄糖溶液质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液思考：一段时间后，U型管左右两侧液面如何变化？为什么？一开始，由于左侧溶液浓度高，所以左侧液面上升，右侧下降；慢慢的葡萄糖分子向右侧扩散，导致右侧溶液浓度高，右侧液面上升，左侧液面下降。最终葡萄糖分子在两侧分布均匀，右侧液面高于左侧。若半透膜只允许水分子自由透过，一段时间后，U型管左右两侧液面如何变化？为什么？U型管两侧液面高度不变。因为半透膜两侧溶液渗透压相等，所以水分子通过半透膜向两侧的扩散速度相等。若半透膜允许水分子和单糖分子自由透过，一段时间后，U型管左右两侧液面如何变化？为什么？左侧液面高于右侧。最开始，半透膜两侧溶液浓度相等，所以液面等高，随着葡萄糖向左侧扩散，左侧液面开始上升，上升到一定高度后停止，最终左侧液面高于右侧。问题:

细胞是个开放的生命系统，如果将装置中的漏斗换成动物细胞还会不会吸水？如果发生现象能说明什么？半透膜管内溶液外界溶液细胞质溶液细胞膜？水进出动物细胞的原理①外界溶液溶质的浓度<

细胞质浓度②外界溶液溶质的浓度>

细胞质浓度③外界溶液溶质的浓度=

细胞质浓度失水皱缩形态不变吸水膨胀

动物细胞与外界溶液构成一个渗透系统①半透膜：细胞膜②浓度差：细胞质与外界溶液水进出动物细胞的原理水进出哺乳动物红细胞的原理思考.讨论问题:

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。问题:

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”）问题:

当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？水进出动物细胞的原理问题:

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，有可能细胞内液下降后外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。问题:

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。问题:

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。水进出动物细胞的原理如果将装置中的漏斗换成植物细胞将如何？和动物细胞一样也会吸水或失水吗？水进出植物细胞的原理对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。将有些萎蔫的菜叶浸泡在清水中，不久，菜叶就会变的硬挺。盐腌制过的黄瓜,皱皱巴巴，还出水。生活现象：问题:

以下生活现象说明什么问题？水进出植物细胞的原理细胞壁（全透性）细胞膜细胞质液泡膜原生质层植物细胞壁对于水和大部分溶质是通透的，且伸缩性比较小提示：水分进出植物细胞主要是指水经过原生质层进出液泡，这一点与动物细胞有所区别。成熟的植物细胞模式图外界溶液问题:

能否把整个原生质层看作是一层半透膜呢？水进出植物细胞的原理实验：探究植物细胞的吸水和失水(视频)水进出植物细胞的原理提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果表达与交流原生质层是否相当于半透膜？原生质层相当于一层半透膜水进出植物细胞的原理将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再浸润在清水中，观察其大小的变化。预期结果实验方案提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果表达与交流原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由通过，而蔗糖分子不能通过。因此在蔗糖溶液中，植物细胞的中央液泡会_____，细胞______；在清水中植物细胞的液泡又会______，细胞_____。水进出植物细胞的原理缩小皱缩变大膨胀观察植物细胞的质壁分离和复原探究.实验材料用具水进出植物细胞的原理活细胞、有细胞壁、有大液泡---颜色差异（紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞）易错警示：死细胞、未成熟的细胞（没有中央大液泡）、动物细胞均不能发生质壁分离洋葱鳞片叶内表皮细胞是成熟植物细胞，有大液泡，能发生质壁分离及复原，但液泡无色，直接观察现象不明显。

黑藻是高等植物细胞，含有大液泡和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象观察植物细胞的质壁分离和复原探究.实验实验原理外因：细胞液和外界溶液存在浓度差（外界溶液溶度＞细胞液），细胞发生渗透吸水和失水内因：（1）成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜（2）原生质层比细胞壁伸缩性大水进出植物细胞的原理观察植物细胞的质壁分离和复原探究.实验实验试剂既能使植物细胞发生质壁分离，又不会使细胞失水过多影响复原0.3g/mL的蔗糖溶液浓度过低：分离慢或不分离浓度过高：细胞失水过多死亡（如0.5g/ml蔗糖）水进出植物细胞的原理实验步骤盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片1234滴清水撕取洋葱鳞片叶外表皮低倍镜观察撕取洋葱鳞片叶时要不带叶肉且不宜过大，避免制作装片时出现重叠和气泡，撕取后要放入载玻片上的清水中提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果表达与交流观察植物细胞的质壁分离和复原探究.实验实验步骤观察植物细胞的质壁分离和复原探究.实验56低倍镜观察在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引

中央液泡逐渐变小，颜色变深,原生质层与细胞壁逐渐分离;细胞大小基本不变。78在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引低倍镜观察

中央液泡逐渐变大，颜色变浅,原生质层逐渐恢复到贴近细胞壁;细胞大小基本不变。提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果表达与交流引流法观察植物细胞的质壁分离和复原探究.实验实验结果第一阶段第二阶段现象试剂中央液泡大小原生质层位置细胞大小名称原因0.3g/mL蔗糖溶液清水缩小，颜色变深质壁分离通过渗透作用失水逐渐脱离细胞壁变大，颜色变浅逐渐贴近细胞壁质壁分离的复原通过渗透作用吸水基本不变基本不变提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果

表达与交流0.3g/mL蔗糖溶液清水中观察植物细胞的质壁分离和复原探究.实验细胞壁的伸缩性原生质层的伸缩性＜外因：外界溶液浓度细胞液浓度＞内因

原生质层相当于一层半透膜细胞渗透失水质壁分离质壁分离总结质壁分离的概念：指原生质层和细胞壁发生分离的现象提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果表达与交流问题:

质壁分离中“质”和”壁”分别指什么？质指原生质层，壁指细胞壁小结：质壁分离复原①概念：发生质壁分离的植物细胞因吸水，恢复为原来的状态。②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：发生质壁分离或复原的条件有哪些？①具有细胞壁②具有大液泡（带有颜色）③活细胞渗透现象及原理分析观察植物细胞的质壁分离和复原探究.实验问题:

原生质体与原生质层有什么不同？原生质体植物细胞中特指除去细胞壁后剩余部分。（包括细胞膜、细胞质和细胞核）。一个动物细胞

即

一团原生质体。原生质层细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。（仅存在于成熟的植物细胞中，不包括细胞核和液泡中的细胞液）拓展延伸：不同外界溶液中植物细胞的变化不同类型外界溶液现象：细胞略膨胀②溶质可透过膜的溶液（如KNO3、甘油、尿素、葡萄糖等）中：①清水中：发生质壁分离后能自动复原③溶质不能透过膜的溶液（如蔗糖）：只发生质壁分离渗透现象及原理分析拓展：植物细胞的质壁分离及复原实验有哪些应用？①判断成熟植物细胞的死活②测定细胞液浓度范围待测成熟植物细胞一定浓度蔗糖溶液镜检发生质壁分离无质壁分离活细胞死细胞待测成熟植物细胞一系列浓度梯度的蔗糖溶液镜检细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两蔗糖溶液浓度之间（细胞过度失水死亡将不能发生质壁分离复原）渗透现象及原理分析不同植物细胞同一浓度蔗糖溶液镜检发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大③比较不同植物细胞的细胞液浓度④比较未知浓度溶液的浓度大小同一植物的相同成熟细胞未知浓度的溶液镜检发生质壁分离所需时间越短，未知溶液的浓度越大，反之则未知溶液的浓度越小渗透现象及原理分析⑤鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液）成熟植物细胞不同种类溶液镜检只发生质壁分离质壁分离后自动复原溶质不能透过半透膜（如蔗糖溶液）溶质能透过半透膜（如KNO3溶液）如果所用溶液中的溶质为葡萄糖、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。课堂小结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自由扩散和协助扩散

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物质所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输。自由扩散协助扩散被动运输物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式自由扩散（简单扩散）自由扩散（简单扩散）过程（视频）自由扩散（简单扩散）1.概念：

细胞外细胞内2.特点：

顺浓度梯度运输1不需要转运蛋白协助2不需要消耗能量3问题:

以自由扩散的方式进出细胞的物质有哪些呢？物质通过简单扩散作用进出细胞。自由扩散（简单扩散）3.实例：

如：O2、CO2毛细血管壁红细胞肺泡壁空气氧气15.8氧气5.6氧气14.5气管、支气管不断分支，最终形成肺泡

O2在肺泡中与血液的交换、水（部分）甘油、乙醇、苯、维生素等。问题:

甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？自由扩散（简单扩散）

因为甘油、乙醇等都是脂溶性的物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂分子层出入细胞。3.影响因素：

浓度差温度浓度差扩散速度转运蛋白扩散速度能量扩散速度问题:

水分子进出细胞的方式一定是自由扩散的吗？问题:

甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？自由扩散（简单扩散）【资料1】1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管中分离出一种未知功能的新的膜蛋白。1991年，经过N-端肽链测序和整个cDNA序列测定，阿格雷获得了蛋白氨基酸序列结构，此时的他敏锐地意识到，这很可能就是大家一直在寻找的“水通道”。并由此赢得了2003年的诺贝尔化学奖。水通道细胞膜水通道蛋白结构模式图自由扩散（简单扩散）正常成年人每天产生的原尿约为180L，最终只有约1.5L的尿液排出。其他的水去哪了？被肾小管细胞吸收进入血液了。该过程需要水分子大量、快速通过细胞膜进入肾脏细胞，自由扩散的运输速率远不能满足生命活动的需要，而协助扩散能提高水的转运速率。尿的形成过程示意图协助扩散（易化扩散）协助扩散（易化扩散）过程（视频）协助扩散（易化扩散）1.概念：

借助膜上的转运