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4.1被动运输
2023-2024学年高一生物学人教版（2019）必修一
【新知导学】
水进出细胞的原理
1.渗透作用
(1)含义：水分子(或其他溶剂分子)通过 的扩散。
(2)方向：从水相对含量高的一侧向相对含量 的一侧渗透。
2.水进出动物细胞(以哺乳动物红细胞为例)
(1)动物细胞所形成的“渗透装置”
①半透膜： 。
②浓度差： 与外界溶液之间的浓度差。
(2)现象
①当外界溶液浓度 细胞质的浓度时，细胞失水。
②当外界溶液浓度 细胞质的浓度时，水分子进出平衡。
③当外界溶液浓度 细胞质的浓度时，细胞吸水。
3.水进出植物细胞(以成熟植物细胞为例)
植物细胞所形成的“渗透装置”
(1)半透膜(原生质层)：细胞膜、 以及两层膜之间的细胞质。
(2)浓度差： 与外界溶液之间的浓度差。
①外界溶液浓度 细胞液浓度时，发生质壁分离现象。
②外界溶液浓度 细胞液浓度时，发生质壁分离复原现象。
4.植物细胞的质壁分离和复原
（1）实验原理
成熟的植物细胞的 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。
（2）实验步骤及现象
制作装片：制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片
↓
低倍镜观察：有一个紫色的中央大液泡，原生质层紧贴细胞壁
↓
滴加蔗糖溶液：在盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，在另一侧用 吸引
↓
低倍镜观察：观察液泡大小和原生质层的位置
↓
滴加清水：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：观察液泡大小和原生质层的位置
（3）发生质壁分离的原因
①外因：外界溶液浓度 细胞液浓度。
②内因：原生质层比细胞壁的伸缩性 。
自由扩散和协助扩散
1.概念：物质以扩散方式进出细胞， 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 。
2.类型
(1)自由扩散
①概念：物质通过简单的 进出细胞。
②特点： (填“顺”或“逆”)浓度梯度； (填“需要”或“不需要”)载体；
(填“需要”或“不需要”)能量。
③举例： 、脂质小分子等。
(2)协助扩散
①概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。
②特点： (填“顺”或“逆”)浓度梯度； (填“需要”或“不需要”)载体；
(填“需要”或“不需要”)能量。
③举例： 通过通道蛋白进出细胞。
3.影响因素
(1)被动运输的速率直接受膜内外物质 的影响。
(2)协助扩散的速率还与 的数量有关。
4.转运蛋白
(1)分类：载体蛋白和 。
(2)特点：具有 。
①载体蛋白： 容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，且每次转运时都会发生自身构象的改变。
②通道蛋白：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。分子或离子 与通道蛋白结合。
(3)实例
①水分子的运输更多的是借助细胞膜上的 以 方式进出细胞。还可以以
方式进出细胞。
②细胞膜上还存在一些无机盐离子的通道蛋白。(例如：Na＋通道、K＋通道)
【问题思考】
1.发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？
2.在农业生产中有“肥大烧苗”的说法，请用你学到的知识解释其中的生物学原理。
3.转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种类型，二者的区别是什么？
【易错辨析】
1.植物细胞放在0.3g/mL的蔗糖溶液中，都能发生质壁分离现象。（ ）
2.具有半透性的结构都具有选择透过性。（ ）
3.小分子、离子通过细胞膜的方式可能不同。（ ）
4.甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。（ ）
5.哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖时，需要转运蛋白协助，可以逆浓度梯度进行。（ ）
6.协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。（ ）
【成果检测】
1.渗透作用需要满足的条件是( )
A.需要有半透膜 B.需要有浓度差和半透膜
C.需要有杂质 D.不需要任何条件
2.下列四项中，除了哪项外，其余都是一个植物细胞组成渗透系统的理由( )
A.纤维素分子和果胶构成的细胞壁是全透性的
B.由细胞膜、细胞质、液泡膜构成的原生质层相当于半透膜
C.细胞液具有一定的浓度
D.细胞液的浓度大于（或小于）外界溶液的浓度
3.腌制咸菜时，将白萝卜切条后放在盐水中，萝卜条随之发生的变化是( )
A.吸水变硬 B.失水变软 C.吸水变软 D.失水变硬
4.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在0.3g/mL的蔗糖溶液中发生质壁分离后，在显微镜下观察的正确图示是( )
A. B.
C. D.
5.将新鲜的洋葱外表皮细胞放入有少量蓝墨水（色素分子不能进入活细胞）、浓度为30%的蔗糖溶液中。一段时间后在显微镜下观察，细胞的状态如图所示，此时部位①②③的颜色分别是( )
A.①无色②无色③紫色 B.①蓝色②绿色③紫色
C.①蓝色②无色③紫色 D.①蓝色②蓝色③蓝色
6.如图是自由扩散和协助扩散示意图，细胞的生命活动离不开水，水分子能够通过图中的两种方式进出细胞，但水进出细胞的主要方式是( )
A.自由扩散 B.简单扩散
C.协助扩散 D.以上都不是
7.CO2进出细胞的方式是( )
A. 自由扩散 B. 协助扩散
C. 主动运输 D. 胞吞、胞吐
8.已知自由扩散和协助扩散实验数据如表1和表2所示，请回答下列有关问题。
表1自由扩散
浓度差（mmol/L） 5 10 15 20 25 30
运输速率（分子/秒） 2.4 4.7 7.3 9.5 12.2 14.4
表2协助扩散
浓度差（mmol/L） 1.5 3 4.5 6 7.5 9
运输速率（分子/秒） 8 15 24 30 31 31
（1）自由扩散和协助扩散都属于细胞____________运输方式。
（2）两种运输方式中分子运输速率随浓度差变化的相同点是在一定浓度范围内，运输速率随浓度差的加大而____________（填“变快”“不变”或“变慢”）。
（3）两种方式中分子运输速率随浓度差变化不同点是超过一定浓度范围，协助扩散的运输速率____________，而自由扩散没有这种现象。产生该现象的原因是协助扩散的运输速率____________
（4）请根据表格数据再找出两种方式中分子运输速率随浓度差变化的一个不同点，并解释原因________________________________________________。
答案以及解析
【新知导学】
半透膜 低 细胞膜 细胞质 大于 等于 小于 液泡膜 细胞液 大于 小于 原生质层 吸水纸 大于 大 不需要 被动运输 扩散作用 顺 不需要 不需要 气体 顺 需要 不需要 钾离子 浓度梯度大小 转运蛋白 通道蛋白 特异性 只 不需要 水通道蛋白 协助扩散 自由扩散
【问题思考】
1.因为细胞壁是全透性的，所以发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。
2.施肥过多会导致土壤溶液浓度过大，植物根部细胞失水过多，植株缺水而萎蔫。
3.载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变；通道蛋白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，分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白相结合。
【易错辨析】
× × √ × × ×
【成果检测】
1.答案：B
解析：A、渗透作用的发生不仅仅需要半透膜，还需要半透膜两侧的溶液具有浓度差，A错误；B、根据以上分析已知，渗透作用的发生需要有浓度差和半透膜，B正确；C、杂质的有无并不是渗透作用的必需条件，C错误；D、渗透作用的发生需要有浓度差和半透膜，D错误。故选B。
2.答案：A
解析：渗透系统形成条件包括半透膜以及半透膜两侧溶液具有浓度差。细胞壁全透性；由细胞膜、细胞质、液泡膜构成的原生质层相当于半透膜；细胞液具有一定浓度，才能与外界溶液构成浓度差，如成熟植物细胞，未成熟植物细胞没有大液泡，没有一定浓度细胞液，不能渗透吸水；大于（或小于）外界溶液的浓度，与外界溶液具有浓度差；故选A。
3.答案：B
解析：植物细胞内外由于存在浓度差，植物细胞就会因吸水或失水而发生变形。
植物细胞既可以失水，也可以吸水，这主要取决于细胞周围水溶液的浓度和细胞浓度的大小。当周围外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就失水：当细胞液浓度大于细胞周围水溶液的浓度时，细胞就吸水。腌咸菜时放入盐水中的白萝卜条，由于白萝卜条细胞液的浓度小于盐水溶液的浓度，会导致白萝卜细胞失水，从而导致白萝卜条皱缩变小、变软。综上所述，B正确， A、C、D错误故选B。
4.答案：D
解析：将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在0.3g/mL的蔗糖溶液中，细胞由于失水，导致原生质层与细胞壁分离，细胞液呈现紫色；由于细胞壁具有全透性，原生质层与细胞壁之间充满蔗糖溶液，因而表现无色；另外细胞核被液泡挤到细胞质的一侧。据此分析判断，符合条件的是D。
故选D。
5.答案：C
解析：将新鲜的洋葱外表皮细胞放入有少量蓝墨水（色素分子不能进入活细胞）、浓度为30%的蔗糖溶液中。该细胞为活细胞，色素分子不能跨膜运输。因此一段时间后在显微镜下观察，细胞发生质壁分离，此时部位①是蓝墨水的蓝色、②是细胞质基质的无色、③是细胞液的紫色。故选：C。
6.答案：C
解析：水分子进出细胞的方式有自由扩散（也叫简单扩散）和协助扩散，但主要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，C正确。
7.答案：A
解析：CO2出组织细胞的方式是自由扩散，动力是浓度差，特点是不需要载体和能量。
故选：A。
8.答案：（1）被动
（2）变快
（3）①.不再提高
②.受载体蛋白数量限制
（4）（在一定浓度范围内）协助扩散比自由扩散更为高效，因为助扩散通过载体蛋白运输，所以更为高效
解析：（1）自由扩散和协助扩散都属于高浓度向低浓度的被动运输。
（2）两种方式中分子运输速度随浓度差变化的相同点是一开始都随着浓度差的增大而增大。
（3）两种方式中分子运输速度随浓度差变化的不同点是协助扩散当浓度差增大到一定数值时，转运速率不再增大。产生这些不同的原因是协助扩散的转运速率除了和浓度差有关外，还与载体有关。
（4）结合表格中两种运输方式的浓度差对应的运输速率可知，（在一定浓度范围内）协助扩散比自由扩散更为高效，因为助扩散通过载体蛋白运输，所以更为高效。

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