【高中生物】被动运输课件 2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1.pptx

本节聚焦本节聚焦:l细胞在什么情况下吸水或失水？细胞在什么情况下吸水或失水？l植物细胞的质壁分离与复原现象说明什么？植物细胞的质壁分离与复原现象说明什么？l两种被动运输的方式有什么异同？两种被动运输的方式有什么异同？必修必修1/1/第第4 4章章/细胞的物质输入和输出细胞的物质输入和输出/第第1 1节节 被动运输被动运输 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。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？半透膜半透膜：让小分子通过而大分子不能通过的一类多孔性薄膜的总称。蔗糖分子水分子 蔗糖溶液中水的相对含量比烧杯中低，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗扩散到烧杯更快，使漏斗中水量增加，液面上升。管内液面升高到一定高度后，水柱产生的压力加快漏斗中水分向外扩散的速速，最终达到平衡，液面将不再上升。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？讨论3.如果烧杯中的水不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？不会，纱布不是半透膜，蔗糖分子和水分子都能通不会，纱布不是半透膜，蔗糖分子和水分子都能通过。过。单位时间进出半透膜水分子量相同，故漏斗管液面不单位时间进出半透膜水分子量相同，故漏斗管液面不变。变。讨论2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？一一.水进出细胞的原理水进出细胞的原理扩散扩散是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象。水是细胞中含量最多的物质。那水是怎么进出细胞的呢？将一滴墨水滴入清水中，清水很快就变色了。这是溶质分子在水中扩散扩散的结果。一一.水进出细胞的原理水进出细胞的原理清水玻璃纸(半透膜)蔗糖溶液 烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高漏斗液面升高，事实上半透膜半透膜两侧的水分子都能通过扩散作用自由进出自由进出，但由于蔗糖溶液中的水的相对含量（单位体积中的水分子数）比烧杯中的水的相对含量低水的相对含量低。因此，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快更快些，导致漏斗中水量增加，液面上升液面上升。1.1.渗透作用：渗透作用：水分子(或其它溶剂分子)通过半透膜半透膜的扩散扩散。(1)(1)概念：概念：(2)(2)条件条件：半透膜；半透膜两侧的溶液具有浓度差。一一.水进出细胞的原理水进出细胞的原理1.1.渗透作用：渗透作用：(3)(3)渗透作用中水分子的运动方向：渗透作用中水分子的运动方向：溶液浓度溶液浓度:水的水的含量含量:渗透压：渗透压：相对含量高 相对含量低低浓度溶液 高浓度溶液渗透压低 渗透压高水分子从水的相对含量高相对含量高的一侧向相对含量低相对含量低的一侧渗透渗透（即顺相对含量顺相对含量的梯度跨膜运动）(4)(4)实质实质:水分子可以通过半透膜进行双向扩散双向扩散，直到水分子进出速率水分子进出速率达到动态平衡动态平衡。(5)(5)渗透作用渗透作用结果：结果：清水玻璃纸(半透膜)蔗糖溶液一一.水进出细胞的原理水进出细胞的原理2.2.水进出动物细胞的原理水进出动物细胞的原理渗透作用渗透作用 将哺乳动物哺乳动物的红细胞红细胞放入不同浓度的氯化钠不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化。外界溶液溶质的浓度外界溶液溶质的浓度 细胞质细胞质浓度，浓度，细胞细胞失水皱缩失水皱缩外界溶液溶质的浓度外界溶液溶质的浓度 =细胞质细胞质浓度，浓度，细胞细胞形态不变形态不变动物细胞与外界溶液构成一个动物细胞与外界溶液构成一个渗透系统：渗透系统：半透膜：半透膜：细胞膜细胞膜浓度差：浓度差：细胞质与外界溶液细胞质与外界溶液水进出哺乳动物红细胞的原理水进出哺乳动物红细胞的原理 分析图4-1所示水进出哺乳动物红细胞的现象。讨论 1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过半透膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜不能透过细胞膜。它相当于装置中的蔗糖分子蔗糖分子。2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？是。是。3.当外界溶液浓度低时，红细胞一定会由于吸水涨破吗？不不一一定定。因为红细胞吸水膨胀后细细胞胞内内液液浓浓度度也也会会下下降降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与与外外界界溶溶液液的的浓浓度度达达到到平平衡衡，此时，红细胞将不再吸水。5.临床输液为什么用生理盐水？水进出哺乳动物红细胞的原理水进出哺乳动物红细胞的原理 分析图4-1所示水进出哺乳动物红细胞的现象。讨论 4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？主要取决于红细胞内外浓度的差值红细胞内外浓度的差值，一般情况下，浓度差越大，浓度差越大，细胞吸水或失水越多细胞吸水或失水越多。生理盐水浓度与血浆浓度基本一致生理盐水浓度与血浆浓度基本一致，可以维持血维持血细胞正常形态细胞正常形态。一一.水进出细胞的原理水进出细胞的原理3.3.水进出植物细胞的原理水进出植物细胞的原理植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？生活生活现象现象l在青菜上放一些盐,一会儿后就可看到水分渗出。l对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。l放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢复新鲜。思考：植物细胞吸水和失水是否也是发生了渗透作用呢？是否满足发生渗透作用的条件：具有具有半透膜半透膜半透膜半透膜两侧两侧的溶液具有的溶液具有浓度差浓度差清水玻璃纸(半透膜)蔗糖溶液一一.水进出细胞的原理水进出细胞的原理3.3.水进出植物细胞的原理水进出植物细胞的原理成熟植物细胞模式图细胞膜细胞质液泡膜细胞壁原生质层已知：细胞膜和液泡膜都是生物膜，都具有选择透过性选择透过性。能否把整个能否把整个原生质层原生质层看作是一层看作是一层半透膜半透膜呢？呢？全透性，全透性，支持和保护细胞，伸缩性比较小。伸缩性比较小。水进出植物水进出植物细胞，细胞，主要主要是指水经过是指水经过原原生质层生质层进出进出液泡液泡。细细胞胞液液探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水提出问题提出问题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水分进出植物细胞是通过渗透作用。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？失水吸水作出假设作出假设设计实验设计实验探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水实验思路实验思路将植物细胞分别浸润在较高浓度的蔗糖较高浓度的蔗糖溶液溶液和清水清水中，用显微镜观察液泡、原生质层、细胞大小的变化。预期结果预期结果在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。进行实验进行实验材料用具材料用具：紫色洋葱鳞片叶、质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液、清水、刀片、镊子、显微镜等。探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水进行实验进行实验方法步骤：方法步骤：(1)(1)制作装片：制作装片：滴清水滴清水取材取材展平展平盖盖玻片盖盖玻片(2)(2)显微镜显微镜(低倍镜低倍镜)观察：观察：细胞壁液泡观察到的现象观察到的现象：具有一个紫色的中央大液泡紫色的中央大液泡，原生质层紧贴着原生质层紧贴着细胞壁。细胞壁。(正常的洋葱表皮细胞)探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水方法步骤：方法步骤：(3)(3)一侧滴一侧滴0.3g/ml0.3g/ml的蔗糖的蔗糖溶液，另一侧用溶液，另一侧用吸水纸吸水纸吸引吸引(引流法引流法)。(4)(4)显微镜显微镜(低倍镜低倍镜)观察：观察：观察到的现象观察到的现象：原生质层与细胞壁原生质层与细胞壁发生分发生分离离(质壁分离质壁分离)，原生质层原生质层和细胞壁之间充满了和细胞壁之间充满了蔗糖蔗糖溶液溶液(外界溶液外界溶液)。质壁分离质壁分离的原因的原因:外因：外因：外界溶液浓度大于细外界溶液浓度大于细胞液的浓度，细胞失水；胞液的浓度，细胞失水；内因：内因：原生质层伸缩性大于原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性。细胞壁伸缩性。进行实验进行实验探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水方法步骤：方法步骤：(5)(5)在盖玻片的在盖玻片的一侧滴加清水一侧滴加清水，在另一侧用，在另一侧用吸水纸吸水纸引流。引流。(6)(6)显微镜显微镜(低倍镜低倍镜)观察：观察：观察到的现象观察到的现象：原生质层与细胞壁原生质层与细胞壁发生发生质壁分离复原，质壁分离复原，原生质原生质层和细胞壁紧贴层和细胞壁紧贴。质壁分离复原质壁分离复原的原因的原因：外界溶液浓度外界溶液浓度小于小于细胞液的细胞液的浓度，细胞吸水。浓度，细胞吸水。进行实验进行实验探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水进行实验进行实验记录结果：记录结果：细胞的细胞的正常形态正常形态在蔗糖溶液中在蔗糖溶液中在在清水清水清水清水中中 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三三次观察次观察 两次对照两次对照探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水分析结果，得出结论分析结果，得出结论细胞失水，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 细胞壁的伸缩性外因：外界溶液浓度 细胞液浓度活细胞；细胞有大液泡；外界溶液浓度 细胞液浓度 外界溶液 探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水进一步探究进一步探究1.植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？不会。因为细胞壁具有保护和支持的作用。2.如果滴加的是0.5g/ml的蔗糖溶液，实验结果如何？发生质壁分离，但不能质壁分离复原。因为细胞已经过度失水而死亡了。3.可以选用黑藻或者洋葱鳞片叶内表皮细胞进行实验吗？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。黑藻探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水进一步探究进一步探究 用洋葱鳞片叶内表皮细胞时，从盖玻片的一侧滴加含有含有红墨水的红墨水的30%30%蔗糖溶液蔗糖溶液，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。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。质指原生质层，壁指细胞壁。4.质壁分离的细胞中“质”和“壁”分别指什么？探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水进一步探究进一步探究6.质壁分离及复原的应用：判断植物细胞的死活。测定细胞液的浓度范围。鉴别不同种类的溶液。对农作物的合理灌溉合理灌溉。盐碱地作物不易存活盐碱地作物不易存活，或一次施肥过多造成施肥过多造成“烧苗烧苗”现象现象。生活中杀菌、防腐、腌制杀菌、防腐、腌制食品。像水分子这样，物质以_进出细胞，_消耗细胞内化学反应所释放的_，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输：被动运输：扩散方式扩散方式不需要不需要能量能量二二.自由扩散和协助扩散自由扩散和协助扩散1.1.自由自由扩散扩散(1)(1)概念概念：物质通过简单扩散作用简单扩散作用进出细胞的方式，叫做自由扩散自由扩散，也叫简单扩散。(3)(3)特征特征：顺浓度梯度顺浓度梯度运输；不需要载体蛋白协助；不需要消耗细胞能量。(2)(2)举例：举例：气体分子，如O2、CO2、NO2等；水等小分子；脂溶性小分子，如甘油、脂肪酸、乙醇，苯等。浓度差扩散速度扩散速度(4)(4)影响因素：影响因素：细胞内外浓度差细胞内外浓度差。因为甘油、乙醇等是脂溶性物质甘油、乙醇等是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力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。二二.自由扩散和协助扩散自由扩散和协助扩散1.1.自由自由扩散扩散甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？二二.自由扩散和协助扩散自由扩散和协助扩散2.2.协助扩散协助扩散物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的方式，称为协助扩散，也叫易化扩散。(1)(1)概念概念：(3)(3)特征特征：(2)(2)举例：举例：(4)(4)影响因素：影响因素：红细胞吸收葡萄糖；Na+进入神经细胞；水水等。需需膜上转运蛋白的膜上转运蛋白的协助协助；不不需需能量能量。从高浓度到低浓度(顺浓度梯度)；细胞内外浓度差浓度差和转运蛋白的转运蛋白的数量数量。运输速率膜两侧的浓度差二二.自由扩散和协助扩散自由扩散和协助扩散3.3.转动蛋白转动蛋白 镶嵌在膜上镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质蛋白质，能够协助离子协助离子和一些小分子有机物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，转运蛋白，包括通道蛋白通道蛋白和载体蛋白载体蛋白。只容许与自身结合部位相适应的分子或离子分子或离子通过，且每次转运时都会发生自身构象的改变发生自身构象的改变。(1)(1)载体蛋白：载体蛋白：只允许与自身通道的直径和形状相适配直径和形状相适配、大小大小和电荷相适应的电荷相适应的分子或离子通过。分子或离子通过时，不需要与通道蛋白结合不需要与通道蛋白结合。二二.自由扩散和协助扩散自由扩散和协助扩散3.3.转动蛋白转动蛋白(2)(2)通道蛋白：通道蛋白：水通道蛋白结构模式图 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。（P67）1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种新的膜蛋白，后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白水通道蛋白的存在的存在。目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。二二.自由扩散和协助扩散自由扩散和协助扩散3.3.转动蛋白转动蛋白(2)(2)通道蛋白：通道蛋白：钾离子通道模式图 20世纪80年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中检测出K K+的通道的通道。1998年，美国科学家麦金农（R.Mackinon）解析了K K+通通道蛋白道蛋白的立体结构。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只容许与自身结合部位相适应的分子或离位相适应的分子或离子通过子通过只容许与自身通道的直径和形只容许与自身通道的直径和形状相适配，大小和电荷相适宜状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过的分子或离子通过改变改变不改变不改变不结合不结合结合结合具有具有具有具有葡萄糖通过载体葡萄糖通过载体蛋白蛋白进进入红细胞入红细胞水分子通过水通道水分子通过水通道蛋白蛋白进出进出细胞细胞总结一：比较载体蛋白和通道蛋白总结一：比较载体蛋白和通道蛋白总结二：比较总结二：比较自由扩散和协助自由扩散和协助扩散扩散被动运输被动运输自由扩散自由扩散协助扩散协助扩散运输方向运输方向是否需要转运蛋白是否需要转运蛋白是不消耗能量是不消耗能量举例举例顺浓度梯度（高顺浓度梯度（高低）低）不需要不需要需要需要不消耗不消耗不消耗不消耗水、水、O O2 2、COCO2 2、甘油甘油、乙醇、苯、乙醇、苯、脂脂类物质类物质葡萄糖进入红细胞；葡萄糖进入红细胞；神经纤维上神经纤维上K K+、NaNa+通道。通道。练习与应用练习与应用 1.物质跨膜运输的方式与物质的特点和细胞膜的结构有关。判断下列有关物质跨膜运输的表述是否正确。（1）细胞膜和液泡膜都相当于半透膜。（）（2）水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的。（）（3）载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机制是一样的。（）一、概念检测一、概念检测 2.基于对植物细胞质壁分离原理的理解判断，下列各项无法通过质壁分离实验证明的是（）A.成熟植物细胞的死活 B.原生质层比细胞壁的伸缩性大 C.成熟的植物细胞能进行渗透吸水 D.水分子可以通过通道蛋白进入细胞练习与应用练习与应用 一、概念检测一、概念检测D D练习与应用练习与应用 一、概念检测一、概念检测 3.假如将甲乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液的浓度均比细胞液的浓度高，在显微镜下连续观察，可以预测甲乙两细胞的变化是（）A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原 B.甲乙两细胞都发生质壁分离，但乙细胞很快发生质壁分离复原 C.只有乙细胞发生质壁分离，但不会发生质壁分离复原 D.甲乙两细胞发生质壁分离，随后都很快发生质壁分离复原B B练习与应用练习与应用 二、拓展应用二、拓展应用 1.细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。可以配制出一系列浓度梯度的蔗糖配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液溶液，将将紫色洋葱鳞片叶表皮细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适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况壁分离情况。记录刚好发生质壁分离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。练习与应用练习与应用 二、拓展应用二、拓展应用 2.温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。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：将该渗透装置置于不同温度(低温加冰块；高温水浴加热；对照组常温)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）