2022-2023学年人教版（2019）必修一第4章第1节　被动运输学案.pdf

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1、L第4章I细胞的物质输入制输出新课程标准内容学科核心素养1 .阐明质膜具有选择透过性。2 .举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量;有些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。3.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。4 .教学活动：（1）通过模拟实验探究膜的透性。（2）观察植物细胞的质壁分离和复原。1.生命观念：（1）基于结构与功能观阐明生物膜的选择透过性,尤其是生物膜可以通过消耗能量进行主动运输。（2）基于细胞膜的选择透过性,认同生命的自主性,从而更深刻地理解生命的本质。2 .科学思维：（1）通过膜成分与结构的分析，深刻理解生物膜的多种功能；利用物质跨膜运输的相

2、关原理,对其他物质出入细胞的方式进行推理和判断。3 .科学探究:基于探究水进出植物细胞的原理这一实验,体验科学探究的一般过程,提高动手操作能力和设计实验的能力，并能运用到其他类似的科学探究活动中。4 .社会责任：（1）能够运用物质跨膜运输的知识解释生活中常见的生物学现象,分析和解决各种具体问题。如蔬菜腌制、合理施肥等。（2）能够运用物质跨膜运输的知识,解释某些疾病发病的机理，倡导健康的生活方式等。第 1 节 被 动 运 输 学 习目标1.通 过“探究植物细胞的吸水和失水”实验，说明水分子进出植物细胞的原理，阐释原生质层的选择透过性与质壁分离及其复原的关系。2.通过水分子进出细胞方式的探究学习，

3、初步建构被动运输的概念，能比较自由扩散和协助扩散的异同点。3.通过对被动运输的具体实例的讨论,分析细胞膜的成分、结构与物质跨膜运输功能之间的关系，尝试运用物质跨膜运输的知识解决有关实际问题。=问题探究，知识生成-r新知探究一水进出细胞的原理 问 题探究将一枚生鸡蛋的钝端轻轻敲碎部分蛋壳,用镜子将蛋壳敲碎部位的壳膜撕下，将蛋清和蛋黄倒出。用清水仔细清洗蛋壳内外（注意不要损伤壳膜）。然后把蛋壳的尖端约0.5 1.0 cm 浸泡在食醋（或稀盐酸）溶液 中 1 2 ho待浸泡部位的蛋壳酥软时,用镶子轻轻取下蛋壳（注意不要损伤壳膜）。用吸水纸将蛋壳内外的水吸干后，向上述蛋壳内注入质量分数30%的蔗糖溶液

4、，观察尖端是否有液体滴出，用舌尖舔舐露出壳膜的蛋壳外表面,检测是否有甜味。问题(1)：如果蛋壳膜外表面滴出的液体没有甜味,说明什么？提示:蛋壳膜是一种半透膜,水分子可以通过,蔗糖分子不能通过。问题(2):如果将蛋壳膜扎上小洞,渗出的液体是否有甜味？提示:有。因为小洞太大，蔗糖分子也可以通过。问题(3):如果将上述装满蔗糖溶液的蛋壳约1/2浸入装有清水的烧杯中，可以观察到什么现象?为什么？提示:蛋壳内的液体增多并溢出。因为烧杯内的水分子可以通过蛋壳膜进入蛋壳内，但是蔗糖分子不能通过蛋壳膜。资料2:病理性细胞水肿，又 称“水样变性”，是细胞可逆性损伤的一种形式,常是细胞损伤中最早出现的改变。其机制

5、为线粒体受损,最终导致细胞内钠离子和水过多积聚,细胞内液增多。问题(4):细胞水肿说明细胞内外的液体浓度不同，肿胀程度与何种因素有关？提示:肿胀程度取决于细胞膜内外溶液的浓度差大小,浓度差越大，水肿程度越高。问题(5):细胞水肿的发生与渗透装置有哪些原理上的异同点？提示:细胞的吸水与渗透装置都符合渗透作用的原理，即存在半透膜和浓度差。细胞水肿现象中水分子通过的半透膜为细胞膜,有生物活性；渗透装置中的半透膜没有生物活性。问 题 ：临床上输液为什么要用生理盐水？提示:生理盐水与血浆是等渗溶液,可以维持细胞正常形态。归纳总结水进出细胞的原理(1)水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散,称为渗透作用

6、。渗透作用的条件:一是具有半透膜;二是半透膜两侧溶液存在浓度差,此处浓度是指物质的量浓度。(2)水分子进出动物细胞的原理符合渗透作用的原理。其中的半透膜即细胞膜。当细胞内液的浓度大于细胞外液时,细胞吸水膨胀;当细胞内液的浓度小于细胞外液时,细胞失水皱缩。即时应用1.图甲是渗透装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间，下列叙述 中 不 正 确 的 是(D )A.水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线乙表示B.玻璃管内的液面高度变化可用曲线丙表示C.半透膜内外浓度差的变化可用曲线乙表示D.半透膜内溶液A的浓度变化可用曲线丙表示解析：由题图可知，图甲中漏斗内A是浓度为3 0%的蔗糖溶液,大

7、于B蒸储水的浓度,水分子从总体上表现为由图上B处运输到A处直至平衡。水分子运输的速度与限B浓度差呈正相关,随着水分子不断通过半透膜进入漏斗，漏斗内蔗糖溶液的浓度与漏斗外溶液的浓度差减小,水分子由半透膜外进入半透膜内的速率随时间的变化曲线可用曲线乙表示;根据以上分析可知，水分子通过半透膜进入漏斗，则玻璃管内的液面越来越高直至平衡,其液面高度随时间变化的曲线可以用曲线丙表示;根据题意分析可知，随水分子进入漏斗,半透膜内溶液A的浓度越来越低,所以半透膜内外浓度差越来越小，故半透膜内外浓度差随时间变化的曲线可用曲线乙表示；图甲中漏斗内蔗糖溶液浓度大于蒸馈水,所以水分子通过半透膜进入漏斗,则半透膜内溶液

8、A的浓度越来越低,直至平衡,可用曲线乙表示。2.在中部装有半透膜c （允许葡萄糖通过，不允许蔗糖通过）的U形管（如图）中进行的如下实验，结果不正确的是（D ）实验装置示意图A.若a侧为细胞色素（一种红色蛋白质），b侧为清水,开始时两边液面高度相同，一段时间后,a侧液面高B.若a侧为质量浓度为5%的蔗糖溶液,b侧为质量浓度为1 0%的蔗糖溶液,开始两边液面高度相同，一段时间后,b侧液面高C.若a侧为质量浓度为1 0%的葡萄糖溶液,b侧为质量浓度为1 0%的蔗糖溶液,开始两边液面高度相同，较长时间后,b侧液面高D.若a侧为质量浓度为5%的葡萄糖溶液,b侧为质量浓度为1 0%的葡萄糖溶液,开始两边液

9、面高度相同，较长时间后,b侧液面高解析:A项中水分子可以通过半透膜，但是细胞色素不能,a侧渗透压大于b侧，因此一段时间后,a侧液面高;B项中蔗糖不能通过半透膜,a侧蔗糖溶液的质量浓度为5%,浓度小于b侧质量浓度为1 0%的蔗糖溶液,a侧的渗透压小于b侧，因此一段时间后,b侧液面高;C项中两侧分别是葡萄糖溶液与蔗糖溶液,且质量浓度都是1 0%,但是由于蔗糖是二糖,葡萄糖是单糖,葡萄糖的相对分子质量比蔗糖的小，因此葡萄糖溶液的物质的量浓度大于蔗糖溶液,a侧的渗透压大于b侧，故刚开始a侧液面升高,又因为葡萄糖可以穿过半透膜而蔗糖不能，因此b侧渗透压逐渐升高,a侧渗透压下降，当b侧渗透压大于a侧时,b

10、侧液面升高，最终会高于a侧;D项中a侧为质量浓度为5%的葡萄糖溶液,b侧为质量浓度为1 0%的葡萄糖溶液,则开始时a侧渗透压小于b侧的渗透压,导致b侧液面升高,又因为葡萄糖可以穿过半透膜，因此a侧渗透压逐渐升高,b恻渗透压下降,最终两侧渗透压相等,故两侧液面高度最终会相同。新知探究二探究植物细胞的吸水和失水问题探究活 动1：如图是植物细胞的结构简图，请与渗透装置比较，回答问题。问题（1）:植物细胞的哪些结构相当于一层半透膜？提示:细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质，即原生质层,相当于一层半透膜。问题（2）:浓度差指的是哪两种溶液浓度之间的差异？提示:细胞液与外界溶液之间存在浓度差。问题（3）

11、:细胞壁对植物细胞的吸水和失水有没有影响？提示:没有,细胞壁是全透性的,不影响水分子的通过，但能防止吸水后植物细胞破裂。活动2:原生质层真的相当于一层半透膜吗?请通过下列问题讨论,设计实验加以探究。问 题 ：若假设正确，当外界溶液浓度高于细胞液浓度时,细胞就会失水（填“吸水”或“失水”）；当外界溶液浓度低于细胞液浓度时，细胞就会吸水（填“吸水”或“失水”）。问题（5）:为便于观察,我们常利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞、一定浓度的蔗糖溶液和清水为材料进行实验。请简要叙述实验设计思路并预测实验结果（实验思路应包括材料的选择与处理、如何设置自变量相应的浓度差、如何检测因变量一一观察实验现象）。提示:将

12、紫色洋葱鳞片叶外表皮制成临时装片，在显微镜下观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的形态。预测结果：原生质层紧贴细胞壁，液泡较大、几乎充满整个细胞。采取引流法将临时装片中的清水替换为质量分数为0.3 g/m L的蔗糖溶液,创造细胞液和外界溶液之间的浓度差,观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的形态（原生质层位置变化、液泡和细胞大小变化）。预测结果:原生质层逐渐变薄并与细胞壁分离,液泡变小、颜色加深,细胞大小基本不变。采取引流法将临时装片中质量分数为0.3 g/m L的蔗糖溶液替换为清水,创造细胞液和外界溶液之间的浓度差。观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的形态(原生质层位置变化、液泡和细胞大小变化)。预测结果:原生质层逐渐变

13、厚并逐渐与细胞壁贴紧，液泡变大、颜色变浅,细胞大小基本不变。归纳总结动植物细胞的吸水和失水(1)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,植物细胞就会失水,出现质壁分离现象。当外界溶液浓度小于细胞液浓度时质壁分离的植物细胞就会吸水,发生质壁分离的复原现象。动物细胞和植物细胞都是通过渗透作用吸水和失水的。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。植物细胞质壁分离及其复原原理的应用(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的蔗糖溶液-发生质壁分离一活细胞-镜 检-.【不发生质壁分离一死细胞待测成熟粒物细胞一

14、系列浓度梯度的蔗糖溶液(细胞液浓度介于未发生镜 检 质 壁 分 离 和 刚 发 生 质 壁1分离的两蔗糖溶液浓度 之间比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度不同成熟植物细胞同一浓度的蔗糖溶液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即时应用镜 检 f3.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活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示状态。a、b表示其所在部位的溶液浓度，由此可推测（D ）A.a b,细胞渗透吸水B.a=b,渗透系统保持动态平衡C.a b,细胞渗透失水D.上述三种情况都有可能解析:若此时a 细胞液浓度b外界溶液浓度,则细胞吸收的水分子比失去的水分子多，从而

15、表现为细胞渗透吸水;若此时a细胞液浓度=b外界溶液浓度,则细胞吸收的水分子与失去的水分子相当,渗透系统处于动态平衡状态；若此时a细胞液浓度 b aB.实验后蔗糖溶液浓度:c=b 2 aC.实验后细胞的吸水能力:CB AD.实验后细胞液浓度:CB A解析:质壁分离越明显,说明内外浓度差越大,外界溶液的浓度越大。因此实验前蔗糖溶液浓度:c b a;A细胞液浓度基本不变,B失去少量的水,C失去大量的水，使得细胞液浓度:C B A，吸水能力:C B A o实验后原生质层不再变化,细胞内外浓度基本相同，蔗糖溶液浓度:c b ao3.下列关于膜蛋白和物质跨膜运输的叙述，错误的是（B）A.膜蛋白在细胞膜上的

16、分布是不对称的B.膜蛋白不参与物质跨膜运输的被动运输过程C.氧气分子进入细胞与膜蛋白无关D.物质通过磷脂双分子层的扩散速率与脂溶性有关解析：由细胞膜流动镶嵌模型可知，膜蛋白在细胞膜上的分布是不对称的;被动运输包括自由扩散和协助扩散，其中协助扩散需要转运蛋白（膜蛋白）；氧气分子的跨膜运输方式是自由扩散,与膜蛋白无关；磷脂双分子层是细胞膜的基本支架,根据相似相溶原理,脂溶性物质较易通过细胞膜。4.市场上流行的直饮水机的核心部件是逆渗透膜，它利用逆渗透原理,通过水压使水由较高浓度的一侧渗透至较低浓度的一侧，理论上在较高浓度侧的所有细菌及不纯物、可溶性固体物、对人体有害的有机物和无机物均不能渗入高精密

17、的逆渗透膜（示意图如下）。根据上述信息判断，下列有关叙述正确的是（A ）高 浓 度 殳 II溶液逆 寿 透 膜 匕 低浓度 一。1 溶液A.逆渗透过程与渗透作用的差异是前者需要外部能量B.逆渗透膜也具有细胞膜的识别功能C.逆渗透膜上有转运蛋白，可以选择性控制有害物质D.逆渗透膜去除有害物质的能力胜过生物膜,直饮水完全去除了有害物质解析:根据题意分析,逆渗透过程是水分子逆浓度梯度运输,所以消耗能量,而渗透作用水分子是顺浓度梯度进行的，不需要消耗能量;逆渗透膜是人工合成的半透膜，不具有识别功能;逆渗透膜上没有转运蛋白；逆渗透膜去除有害物质的能力仅仅是“理论上”胜过生物膜，但是在加工的过程中可能存在

18、有害物质，因此饮用时也要注意。5.在质壁分离和复原过程中，洋葱鳞片叶表皮细胞的吸水能力变化示意图正确的是（A ）0c0si。isD解析:植物细胞质壁分离时,细胞失水，细胞液浓度增大,其吸水能力增强;在质壁分离复原过程中，细胞吸水,细胞液浓度降低,其吸水能力减弱。6.通道蛋白和载体蛋白均为转运物质的转运蛋白，两者的共性为(B)A.转运物质时自身构象发生改变B.功能会受温度的影响C.与转运的物质特异性结合D.转运物质时需要细胞供能解析:这两种转运蛋白中载体蛋白在转运物质时与被转运物质结合，只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,发挥功能时会发生自身构象的改变;而通道蛋白只容许与自身通道的直径和

19、形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过,转运过程中没有发生构象改变;执行协助扩散功能的转运蛋白均不需要细胞供能，但是由于蛋白质的分子结构会受到温度的影响，因而温度可以影响到各种转运蛋白的功能。7.某同学将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞放入一定浓度的K N 0 3溶液中，依次观察到如图所示的三种视野。下列相关叙述正确的是(A )A.甲一乙过程中，视野内细胞液浓度可能逐渐升高B,细胞出现乙一丙的变化,是因为在装片中加入了清水C.乙视野中细胞的吸水能力弱于丙中的细胞D.丙视野中不再有水分子进出细胞解析：甲、乙、丙三图分别属于初始质壁分离、质壁分离、质壁分离复原状态,细胞液浓度最高的是乙，吸水能力最强

20、的是乙。放 入 K N O3溶液中的细胞由于主动吸收离子,发生质壁分离后可以自动复原。8.透析袋通常是由半透膜制成的袋状容器。现 将 3%的淀粉溶液装入透析袋，再放于清水中，实验装置如图所示。3 0 m i n 后，会发现（A ）用 清 水/装有3%淀叶粉溶液的/I透析袋A.透析袋胀大B.试管内液体浓度减小C.透析袋缩小D.试管内液面高度上升解析:透析袋中的淀粉分子无法运出透析袋，因而吸水后透析袋会胀大。9 .如 图 1 是物质出入细胞的示意图，图 2中曲线甲、乙代表图1中物质进出细胞的两种方式。图1倒解阐黑麋刈甲乙0 细胞外溶质浓度 细胞外溶质浓度图2水分子可以通过图1中（填字母）方式进入细

21、胞。a、c两种 运 输 方 式 中 的 转 运 蛋 白 发 挥 作 用 的 机 制（填“相同”或“不同”）。若 图1代表某生物的细胞膜,其基本支架是;细胞间的识别实际上是一个信息传递的过程，与细胞识别有关的物质是，植 物 细 胞 间 还 可 通 过（填结构名称）进行信息传递,动物细胞则不能。（3）图2中 曲 线 甲 可 代 表（填“葡萄糖”或“甘油”）的跨膜运输，曲线乙中Q点对应条件下细胞吸收物质出现饱和现象,此时限制物质进出细胞的因素是 o解析：图1中C为糖蛋白，所在的一侧为细胞外侧。图1中的物质运输方式是自由扩散和协助扩散，图2中甲曲线表示运输速率随细胞外溶质浓度增加而增加，故代表自由扩散

22、，乙曲线存在饱和现象，故代表协助扩散。水分子进出细胞的方式是自由扩散或协助扩散,分别是b和ca、c中的转运蛋白分别是载体蛋白和通道蛋白，载体蛋白与特定的分子或离子结合后,通过自身构象的改变进行转运,通道蛋白不需要和需运输的分子或离子结合。磷脂双分子层是细胞膜的基本支架。图 1中 C糖蛋白可参与细胞间的相互识别，植物细胞间特有的信息交流方式是通过胞间连丝进行信息传递。甘油通过自由扩散进出细胞,葡萄糖进出细胞需要载体蛋白的协助，图2中曲线甲可代表甘油的跨膜运输，曲线乙中Q 点对应条件下细胞吸收物质出现饱和现象,是因为载体蛋白数量有限。答案：（l）b、c 不同（2）B 磷 脂 双 分 子 层 C 糖

23、蛋白 胞间连丝 甘 油 转 运 蛋 白 数 量等级考训练1 0.某同学在探究植物细胞的吸水和失水实验时绘制了如图图像。下列说法正确的是（D ）A.的浓度一定大于的浓度B.图示细胞正处于质壁分离过程中C.本实验不能选用洋葱鳞片叶内表皮作为材料D.本实验可证明细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性解析:该图细胞处于质壁分离状态，但不清楚处于正在发生质壁分离（a状态）还是处于质壁分离的复原过程（b状态）,或是处于质壁分离与复原之间的平衡状态（c状态）。A、B项所述仅符合a状态;本实验选用的材料是成熟的植物细胞，洋葱鳞片叶内表皮细胞亦符合条件，但不如紫色洋葱鳞片叶外表皮容易观察;质壁分离和复原的实验可以观

24、察到原生质层和细胞壁的分离状态，体现了细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。1 1.如图曲线表示完全相同的两个植物细胞分别放置在A、B溶液中细胞失水量的变化情况。下列相关叙述不正确的是（C ）A.该实验可选取绿色植物成熟的叶肉细胞来进行B.若 B溶液的浓度稍增大,则曲线中a点上移C.两条曲线的差异是由于A、B溶液浓度不同D.6 m i n 时两个细胞均会出现质壁分离现象解析:绿色植物成熟的叶肉细胞含有大液泡，具有一定浓度的细胞液，能够发生渗透作用；若 B溶液的浓度稍增大,则细胞失水量加大,a点上移；B 能够发生质壁分离复原,A 不能，出现此差异是由于B 溶液的溶质分子可以进入细胞液,改变细胞液的

25、浓度;6 m i n 时两个细胞失水量较大，细胞都发生质壁分离。12.（不定项）细胞要维持正常的生活,必须与周围的环境发生物质交换。下列关于图中物质出入细胞的两种方式的叙述不正确的是(A B C )眼阐唧协助扩散自由扩散 KM被转运分子的浓度A.协助扩散比自由扩散转运速率高B.协助扩散和自由扩散的转运速率均与被转运物质的浓度呈正相关C.协助扩散和自由扩散都需要转运蛋白的帮助D.协助扩散和自由扩散都是将物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧，均不需要消耗能量解析:在一定的范围内，协助扩散比自由扩散转运速率高；自由扩散的转运速率与被转运物质的浓度呈正相关;协助扩散的转运速率在一定的范围内与被转运物质的浓

26、度呈正相关;协助扩散需要转运蛋白的帮助，而自由扩散不需要转运蛋白的帮助;协助扩散和自由扩散都是将物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧,顺浓度梯度,所以均不需要消耗能量。13.（不定项）将人的红细胞和水生动物的卵母细胞移入低渗溶液后，人的红细胞很快吸水膨胀而发生溶血，而水生动物的卵母细胞不膨胀。后来科学家从人的红细胞的细胞膜上成功分离出一种具有通道作用的蛋白质一一水通道蛋白。下列相关叙述不正确的是（B D ）A.人的红细胞吸水膨胀而发生溶血的过程是通过渗透作用实现的B.人的红细胞和水生动物卵母细胞的吸水方式相同C.人的红细胞通过水通道蛋白吸收水的速率大于自由扩散吸收水的速率D.水分子通过人的红细胞膜

27、上的通道蛋白时一，需要与通道蛋白结合解析:人的红细胞吸水膨胀而发生溶血的过程是通过渗透作用实现的;人的红细胞移入低渗溶液后，很快吸水涨破,吸水方式存在协助扩散，而水生动物的卵母细胞在低渗溶液中不膨胀，所以可推测二者的吸水方式不相同；人的红细胞移入低渗溶液后很快吸水膨胀而溶血,是因为含有水通道蛋白，所以人的红细胞通过水通道蛋白吸收水的速率大于自由扩散吸收水的速率;水分子通过人的红细胞膜上的通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合。14.植物叶片表皮上分布有大量气孔,如图为气孔结构示意图,气孔两侧的细胞称为保卫细胞,决定着气孔的开闭。有人提出气孔的开闭与保卫细胞的吸水和失水有关。请你根据所给的材料和用具设

28、计一个实验，探究保卫细胞吸水和失水与气孔开闭之间的关系，并得出相应的结论。实验原理:。材料用具:显微镜,镶子,刀片，吸管,载玻片,盖玻片，吸水纸,蒸储水,质量浓度为0.3 g/m L 的蔗糖溶液,蚕豆叶片。实验步骤：取载玻片2片，分别在中央滴加蒸储水和蔗糖溶液各一滴。oO(4)实验结果预测及结论：OO解析:该题利用活细胞渗透吸水或失水的原理,考查实验探究的一般过程，即提出问题一做出假设一设计方案一进行实验一分析结果一得出结论。此实验中应分析两种状态:一是在低浓度的溶液中细胞吸水时气孔的开闭情况;二是在高浓度的溶液中细胞失水时气孔的开闭情况。对比两种状态便可得出相应的结论。答案：(1)活细胞在不同浓度的溶液中会发生渗透失水或吸水用镜子撕取蚕豆叶片下表皮两块,分别置于载玻片中央的液滴中，盖上盖玻片将装片分别置于显微镜下观察(4)如果蒸储水中气孔开放,蔗糖溶液中气孔关闭，说明保卫细胞失水使气孔关闭，吸水使气孔开放如果蒸镭水中气孔关闭,蔗糖溶液中气孔开放,说明保卫细胞失水使气孔开放,吸水使气孔关闭