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第四章 细胞的物质输入和输出
第一节
被动运输
教学目标及核心素养
1.阐明细胞膜的选择透过性。
2.阐明被动运输的原理和特点。
重点难点
教学重点：
1.被动运输的原理和特点。
2.探究植物细胞的吸水和失水。
教学难点：
1.探究植物细胞的吸水和失水。
2.转运蛋白的种类和作用。
水进出细胞的原理
渗透现象
1
水进出动物细胞的原理
2
水进出植物细胞的原理
3
细胞是一个开放的生命系统
糖链
膜蛋白
细胞质
糖链
膜蛋白
细胞质
思考：细胞膜怎样控制物质输入和输出？
细胞膜对物质进出的控制与其结构有什么联系？
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
1
●蔗糖分子
●水分子
玻璃纸（半透膜）
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
1
●蔗糖分子
●水分子
玻璃纸（半透膜）
一段时间后
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
半透膜
图1扩散
图2渗透
比较扩散和渗透作用
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
半透膜
图1扩散
图2渗透
比较扩散和渗透作用
扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。
渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
渗透现象示意图
思考与讨论：
（1）漏斗管内的液面为什么会升高？
（2）如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
（3）如果用纱布或不透水的塑料布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会升高吗？
（4）如果将烧杯中的清水换成与漏斗中等浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
渗透现象示意图
思考与讨论：
（1）漏斗管内的液面为什么会升高？
单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数，使漏斗内液面上升。
多
少
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
渗透现象示意图
思考与讨论：
（2）如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
不会。当管内液面上升到一定高度后，管中的水柱产生的压力将加快水分向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
渗透现象示意图
思考与讨论：
（3）如果用纱布或不透水的塑料布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会升高吗？
液面不会升高，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透。
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
渗透现象示意图
思考与讨论：
（4）如果将烧杯中的清水换成与漏斗中等浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
液面也不会升高，半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。
任务1：分析渗透现象，概括渗透作用原理
●渗透作用产生的条件：
（1）半透膜；
（2）膜两侧的溶液具有浓度差。
●水分渗透方向：
低浓度溶液
水分子数多
水分子数少
高浓度溶液
任务2：观察红细胞在不同浓度溶液中的变化，分析水进出红细胞的原理
当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀。
当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩。
当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，细胞形态不变。
任务2：观察红细胞在不同浓度溶液中的变化，分析水进出红细胞的原理
思考与讨论：
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。
任务2：观察红细胞在不同浓度溶液中的变化，分析水进出红细胞的原理
思考与讨论：
红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？
红细胞的细胞膜相当于半透膜。但二者并不等同。
任务2：观察红细胞在不同浓度溶液中的变化，分析水进出红细胞的原理
思考与讨论：
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。红细胞吸水后，细胞质浓度也降低，当与外界溶液浓度相等时将不再吸水了，如果细胞质浓度还没降到与外界溶液浓度相等就涨破了，那么红细胞就因吸水而涨破。
任务2：观察红细胞在不同浓度溶液中的变化，分析水进出红细胞的原理
思考与讨论：
红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
动物红细胞的细胞膜相当于半透膜，当细胞质与外界溶液存在在浓度差时，细胞会发生渗透吸水或失水。
任务2：观察红细胞在不同浓度溶液中的变化，分析水进出红细胞的原理
思考与讨论：
想一想临床上输液为什么要用生理盐水？
生理盐水是0.9%氯化钠溶液，与血浆的渗透压基本一致，血细胞在生理盐水中既不吸水也不失水，能够维持血细胞的形态和功能。
任务3：分析水进出植物细胞的原理
请说出植物细胞和动物细胞在结构上的主要区别
任务3：分析水进出植物细胞的原理
请说出植物细胞和动物细胞在结构上的主要区别
叶绿体
细胞壁
液泡
任务3：分析水进出植物细胞的原理
植物细胞壁
电镜下观察到多个纤维素分子集结成束，纵横交错构成植物细胞壁
任务3：分析水进出植物细胞的原理
植物细胞壁（全透性）
电镜下观察到多个纤维素分子集结成束，纵横交错构成植物细胞壁
任务3：分析水进出植物细胞的原理
成熟植物细胞
任务3：分析水进出植物细胞的原理
成熟植物细胞
液泡
任务3：分析水进出植物细胞的原理
成熟植物细胞
液泡
细胞核
任务3：分析水进出植物细胞的原理
成熟植物细胞
液泡
细胞核
细胞膜
细胞质
液泡膜
任务3：分析水进出植物细胞的原理
成熟植物细胞
液泡
细胞核
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
任务3：分析水进出植物细胞的原理
成熟植物细胞
液泡
细胞核
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
提示：
水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
探究植物细胞的吸水和失水
1.提出问题：
2.作出假设:
3.实验目的:
4.设计实验:
5.进行实验:
6.实验结果及结论:
探究植物细胞的吸水和失水
1.提出问题：
2.作出假设:
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？
3.实验目的:
4.设计实验:
5.进行实验:
6.实验结果及结论:
探究植物细胞的吸水和失水
1.提出问题：
2.作出假设:
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.实验目的:
4.设计实验:
5.进行实验:
6.实验结果及结论:
探究植物细胞的吸水和失水
1.提出问题：
2.作出假设:
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.实验目的:
4.设计实验:
5.进行实验:
6.实验结果及结论:
探究水分是否通过渗透作用进出植物细胞
探究植物细胞的吸水和失水
1.提出问题：
2.作出假设:
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.实验目的:
4.设计实验:
5.进行实验:
6.实验结果及结论:
探究水分是否通过渗透作用进出植物细胞
①制作临时装片, 观察植物细胞正常形态；
②将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液 中，观察其大小变化；③再将植物细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。
探究植物细胞的吸水和失水
1.提出问题：
2.作出假设:
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.实验目的:
4.设计实验:
5.进行实验:
6.实验结果及结论:
探究水分是否通过渗透作用进出植物细胞
①制作临时装片, 观察植物细胞正常形态；
②将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液 中，观察其大小变化；③再将植物细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。
探究植物细胞的吸水和失水
6.实验结果及结论:
第一次观察
清水
探究植物细胞的吸水和失水
6.实验结果及结论:
第一次观察
清水
第二次观察
蔗糖溶液
探究植物细胞的吸水和失水
6.实验结果及结论:
第一次观察
清水
第二次观察
蔗糖溶液
第三次观察
清水
思考：
1.解释滴加0.3g/ml的蔗糖溶液后液泡变小的原因？
思考：
1.解释滴加0.3g/ml的蔗糖溶液后液泡变小的原因？
细胞外蔗糖溶液的浓度高于细胞液，水从细胞液透过原生质层进入到蔗糖溶液中，液泡发生失水收缩，原生质层一定程度的收缩。
质壁分离：植物细胞由于液泡失水，而使原生质层与细胞壁分离的现象。
探究植物细胞的吸水和失水
质壁分离复原：当细胞液浓度高于外界溶液浓度时，细胞吸水使整个原生质层恢复成原来的状态。
思考：
2.水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
渗透现象示意图
相当于一层半透膜
分析：
1.发生质壁分离的细胞，细胞壁内侧的溶液是什么？判断依据是什么
2.动物细胞能在高浓度溶液中发生质壁分离吗？
1.植物细胞壁是全透性的，发生质壁分离的细胞壁内侧溶液是外界溶液。
质壁分离
失水
吸水
1.植物细胞壁是全透性的，发生质壁分离的细胞壁内侧溶液是外界溶液。
质壁分离
失水
吸水
2.动物细胞不会在高浓度溶液中发生质壁分离，因为不具有细胞壁。
请同学们解释以下现象：
1.分析盐碱地不利于植物生长的原因。为什么有些植物耐盐碱？
请同学们解释以下现象：
1.分析盐碱地不利于植物生长的原因。为什么有些植物耐盐碱？
请同学们解释以下现象：
1.分析盐碱地不利于植物生长的原因。为什么有些植物耐盐碱？
小 结
细胞膜既是将细胞内部与外部分隔开的屏障，也是细胞与外界进行物质交换的门户；
渗透作用是水分子通过半透膜的扩散，细胞可以通过渗透作用吸水或失水；
动物的细胞膜、植物细胞的原生质层都相当于一层半透膜。
课堂小结
第四章 细胞的物质输入和输出
第一节
被动运输（2）
教学目标及核心素养
1.阐明细胞膜的选择透过性。
2.阐明被动运输的原理和特点。
重点难点
教学重点：
1.被动运输的原理和特点。
2.探究植物细胞的吸水和失水。
教学难点：
1.探究植物细胞的吸水和失水。
2.转运蛋白的种类和作用。
人工合成的脂双层对物质的通透性
非极性小分子
不带电荷的极
性小分子
大的不带电荷的极性分子
离子
人工合成的脂双层对物质的通透性
非极性小分子
不带电荷的极
性小分子
大的不带电荷的极性分子
离子
人工合成的脂双层对物质的通透性
葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层，但是小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，对此该如何解释？
人工合成的脂双层对物质的通透性
人工合成脂双层
细胞膜示意图
人工合成脂双层
细胞膜示意图
膜蛋白
人工合成的脂双层对物质的通透性
被动运输的类型
细胞膜
物质浓度
高
低
被动运输的类型
细胞膜
物质浓度
高
低
协助扩散：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜，需要借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散，叫作协助扩散，也叫易化扩散。
被动运输的类型
自由扩散：像O2、CO2以及甘油、乙醇、苯等，通过简单的扩散 作用进出细胞的方式，称为自由扩散，也叫简单扩散。
高浓度
低浓度
自由扩散对于所有细胞都很重要
任务1：自由扩散和协助扩散有哪些共性？
高浓度
低浓度
任务1：自由扩散和协助扩散有哪些共性？
高浓度
低浓度
1.物质均以扩散的方式进出细胞。
任务1：自由扩散和协助扩散有哪些共性？
高浓度
低浓度
1.物质均以扩散的方式进出细胞。
2.都是顺浓度梯度的跨膜运输。
任务1：自由扩散和协助扩散有哪些共性？
高浓度
低浓度
1.物质均以扩散的方式进出细胞。
2.都是顺浓度梯度的跨膜运输。
3.均不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。
任务1：自由扩散和协助扩散有哪些共性？
高浓度
低浓度
被动运输：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。
任务2：分析不同物质通过细胞膜的方式
资料1：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由扩散穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。
后来的研究发展，水
分子在通过细胞膜时的速
率高过人工膜，由此推断
细胞膜上可能存在特殊的
输送水分子的通道。
任务2：分析不同物质通过细胞膜的方式
资料1：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由扩散穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。
后来的研究发展，水
分子在通过细胞膜时的速
率高过人工膜，由此推断
细胞膜上可能存在特殊的
输送水分子的通道。
根据图中的数据分析H2O在生物膜上的运输速率大约是人工膜上的10倍
任务2：分析不同物质通过细胞膜的方式
资料2：1988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，证实了水通道蛋白的存在。目前，人们已经从细菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。
水通道蛋白结构模式图
水分子
水通道
蛋白
磷脂
双分子层
水分子尽管能够以自由扩散过膜，更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。
肾小管对水的重吸收
肾小管对水的重吸收
收集管
肾小囊
肾小球
动脉
过滤
原尿
重吸收
静脉
尿液
20世纪80年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中发现了K+的通道。1998年，美国科学家麦金农（R.Mackinon）解析了K+通道蛋白的立体结构。
比较载体蛋白和通道蛋白的异同
载体蛋白 通道蛋白
图 示
区 别
比较载体蛋白和通道蛋白的异同
载体蛋白 通道蛋白
图 示
区 别 载体蛋白需要与被动运输的物质结合，每次转运时都会发生自身构象的改变
比较载体蛋白和通道蛋白的异同
载体蛋白 通道蛋白
图 示
区 别 载体蛋白需要与被动运输的物质结合，每次转运时都会发生自身构象的改变 分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，只容许与自身通道直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
任务3：分析被动运输的影响因素
0 膜两侧的浓度差
运输速度
①
②
判断：哪条曲线是自由扩散/协助扩散？请说出判断
依据。
任务3：分析被动运输的影响因素
胰岛素降血糖的原因之一是作为信号调节细胞膜上葡萄糖载体蛋白的数量增多，促进血液中的葡萄糖进入组织细胞，从而降低血糖浓度。
任务3：分析被动运输的影响因素
0 膜两侧的浓度差
运输速度
②
任务3：分析被动运输的影响因素
通过载体蛋白的协助扩散具有饱和性
0 膜两侧的浓度差
运输速度
②
任务3：分析被动运输的影响因素
0 膜两侧的浓度差
运输速度
自由扩散
协助扩散
影响被动运输的因素：温度、膜内外物质浓度梯度的大小，某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。
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
小 结

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