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4.1 被动运输
扩散：物质分子从数量多的区域向数量少的区域转移，
直到均匀分布的现象。
一段时间后
渗透装置
一、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
活动1：观察渗透现象，分析漏斗管内液面上升的直接原因
思考1：（1）蔗糖分子和水分子都能通过玻璃纸吗？
（2）水分子运动是单向还是双向的？
（3）为什么漏斗管内的液面升高了？
（4）水分子的渗透方向是怎样的？
烧杯中的水分子进入漏斗
单位时间内
进入漏斗的水> 进入烧杯中的水
【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。
原理：单位体积内，清水中的水分子比蔗糖溶液中的水分子 ，导致水从清水到蔗糖溶液运动的速率 从蔗糖溶液到清水的速率。
蔗糖溶液渗透压 ，对水的吸引力 ，这种吸引力最终迫使水分子进入漏斗中。
一段时间后
活动2：分析资料，归纳渗透作用的原理
活动3：分析资料，概括渗透作用的条件
【资料】如果把半透膜换成纱布（蔗糖 和水分子都能透过），或者把清水换成同样浓度的蔗糖溶液，发现漏斗管内的液面都不会上升。
30%蔗糖溶液
纱布
清水
30%蔗糖溶液
半透膜
30%蔗糖溶液
具有半透膜
半透膜两侧溶液具有浓度差
条件:
思考2：
（1）如果漏斗管足够长，管内的液面是否会无限升高？为什么？
（2）如果漏斗管内的液面不再升高（渗透平衡），半透膜两侧浓度一样吗？为什么？
（3）如果漏斗管内的液面不再升高，水分子还进出半透膜吗？
（4）如果烧杯中是蔗糖溶液，漏斗内是清水，结果会怎样？
不会，
h产生向下的压力=漏斗中蔗糖溶液对水向上的吸引力，
达到平衡，液面不再上升。
不会, 漏斗内溶液浓度仍然高；
因漏斗中水柱的压力，在半透膜两侧仍然存在浓度差。
会, 单位时间进水量=出水量
漏斗管内的液面会低于烧杯中液面
活动4：分析资料，概括影响渗透作用中液面变化的因素
【资料】
半透膜面积：SB>SC，溶液浓度：B=C=A ，B中液面上升比C快，达到渗透平衡所需时间B半透膜面积：SB=SC，溶液浓度：B>C>A ，达到渗透平衡所需时间B=C , hB > hC。
A
C
B
结论：半透膜面积越大，液面上升的速度 ，达到渗透平衡所需时间越 ；
h与半透膜面积无关，与半透膜两侧的浓度差有关，浓度差越大，单位时间内进出半透膜的水量越 ， h 越 。
渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力。
其大小取决于单位体积溶液中 。
动力
定义
发生条件
方向
水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散
具有 ,
半透膜　
半透膜两侧的溶液具有 .
渗透装置
原理
单位时间内，单位体积内，高浓度溶液中的水分子向低浓度溶液移动的数量______低浓度溶液中的水分子向高浓度溶液移动的数量。
小于
一、渗透作用
溶质微粒的数量　
浓度差　
h 影响因素
半透膜两侧的浓度差
渗透平衡
（物质的量浓度）
含水量（ ）
溶液浓度（ ）
渗透压（ ）
含水量（ ）
溶液浓度（ ）
渗透压（ ）
水（溶剂）
多　
少　
低　
高　
低　
高　
小结
例1：
(1)仅溶剂能透过半透膜
①水分的流动判断：当溶液浓度_________时，水分就通过半透膜由S2流向S1。
②在达到渗透平衡后，半透膜两侧 (填“有”或“没有”)水分子的进出，若存在，如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度_____S2。
S1>S2　
>　
有
一、渗透作用
③在U形玻璃管内，左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、蔗糖溶液。初始时两管中液面相平，假设溶质分子不能透过半透膜。
a.一段时间后，两管中液面的变化为：左管液面 ，右管液面 。
b.液面高度稳定后再同时向两管内加入等量的蔗糖酶（把蔗糖分解为单糖），两管中液面的变化分别为：左管液面 ，右管液面 ，最后 。
升高
降低
下降
上升
稳定在一定高度
葡萄糖
蔗糖
半透膜
一、渗透作用
把体积与质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液用半透膜(允许水分子和葡萄糖分子通过，不允许蔗糖分子通过)隔开(如图所示)。
(3)若同时向两管加入等量的蔗糖酶，两管液面如何变化
初期：左侧升高；
最终：两液面相等
左侧低于右侧，且右侧溶液浓度较高
(1)最初左、右两侧液面的情况：
(2)最终左、右两侧液面的情况及浓度关系是：
左侧的液面先高于右侧
(2)溶质能透过半透膜
葡萄糖
蔗糖
半透膜
一、渗透作用
一、渗透作用
渗透平衡:
（1）渗透平衡时，水分子仍在运动，半透膜两侧进出水量相同。
（2）若开始浓度A>B侧，溶质分子不能通过半透膜，则平衡时，A侧液面更高，半透膜两侧的浓度不同，A侧浓度更大。
（3）若A侧溶质能通过半透膜，B侧溶质不能通过半透膜，平衡时， B侧液面更高， B侧浓度更大。
（4）若AB侧溶质都能通过半透膜，平衡时，两侧液面高度相同，浓度相同。
类比推理
二、动物细胞吸水和失水
清水
蔗糖溶液
鸡蛋膜
细胞质
细胞膜
外界溶液
（半透膜）
（浓度差）
浓盐水
清水
生理盐水
实验求证
二、动物细胞吸水和失水
结论：水通过渗透作用进出红细胞。
思考3：
（1）当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
（2）红细胞吸水或失水取决于什么条件？
（3）想一想临床上输液为什么要用生理盐水？
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。
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。
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。
二、动物细胞吸水失水
小丑鱼（海水鱼）
排盐保水
大马哈鱼（洄游鱼）
进海水：排盐保水
进淡水：排水保盐
鲤鱼（淡水鱼）
排水保盐
二、动物细胞吸水和失水
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。
三、植物细胞吸水和失水
成熟植物细胞模式图
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
细胞壁
(全透性)
原生质层
半透膜
？
液泡
H2O
三、植物细胞吸水和失水
类比推理
外界溶液
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
观察结果
分析结果
得出结论
继续探究
原生质层是否相当于一层半透膜？
水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，
水进出植物细胞是通过渗透作用。
科学探究过程
：探究植物细胞的吸水和失水
实验求证
三、植物细胞吸水和失水
控制自变量，检测因变量
成熟植物细胞
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
观察结果
分析结果
得出结论
继续探究
科学探究过程
：探究植物细胞的吸水和失水
实验求证
三、植物细胞吸水和失水
思考4：
(1)如何控制自变量？
(2)因变量检测指标是什么？
(3)如何选择材料？
(4）需要用到什么观察工具？需要观察几次？先观察失水还是吸水？
(5）描述实验思路:将________植物细胞浸润在______浓度的蔗糖溶液中，观察其 变化；再将细胞浸润在________中，观察其____________________的变化。
改变外界溶液浓度
液泡的大小和颜色，原生质层与细胞壁位置变化
借助显微镜观察；起始→失水→吸水
控制自变量，检测因变量
有大液泡的成熟植物细胞
有大液泡
较高
清水
洋葱鳞片叶外表皮
制作临时装片
紧贴细胞壁
质量浓度为
0.3g/mL的蔗糖溶液
清水
变深
变浅
逐渐变大
逐渐变小
用低倍镜观察
紫色大液泡
原生质层
更换细胞外界溶液
吸水纸吸引
用低倍镜观察
紫色大液泡
颜色
质壁分离
更换细胞外界溶液
吸水纸吸引
用低倍镜观察
紫色大液泡
颜色
质壁分离复原
自身前后对照
进行实验观察结果
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
观察结果
分析结果
得出结论
继续探究
原生质层是否相当于一层半透膜？
水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，
水进出植物细胞是通过渗透作用。
科学探究过程
：探究植物细胞的吸水和失水
实验求证
三、植物细胞吸水和失水
控制自变量，检测因变量
成熟植物细胞
结论：
(1)植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；
(2)植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
思考5：
(1)质壁分离具体是 与 的分离，细胞中最先发生分离的部位是 ，介于细胞膜与细胞壁之间的溶液是 。
(2)发生质壁分离的内因和外因分别是什么？
三、植物细胞吸水和失水
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
思考5：
(3)发生质壁分离的条件是什么？
(4) 质壁分离后，细胞液浓度 ，细胞吸水能力 ，细胞代谢 ，时间过长，细胞会 ,此时加清水，细胞 。
三、植物细胞吸水和失水
思考5：
(5) 质壁分离在生产实践中有什么应用？
三、植物细胞吸水和失水
A.判断成熟植物细胞的死活
B.测定细胞液浓度范围
待测细胞
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
镜检
细胞液浓度介于：
未发生质壁分离的最大浓度值到
发生质壁分离的最小浓度值之间
C.比较不同植物细胞的细胞液浓度
不同植物细胞细胞
同一浓度的蔗糖溶液
镜检
发生质壁分离所需时间越短，
细胞液浓度越：
小
洋葱外表皮 黑藻叶肉细胞 菠菜叶肉细胞
迅速质壁分离，程度大 基本不变 缓慢质壁分离，程度小
思考5：
(6)将蔗糖溶液浓度由0.3上升到0.5g/ml，结果可能如何？
(7)将0.3g/ml的蔗糖溶液换成KNO3，结果可能如何？
三、植物细胞吸水和失水
发生质壁分离，但不能质壁分离复原。
（因为细胞已经严重失水而死亡了)
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）
若外界溶液为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后因细胞吸收溶质微粒，使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离自动复原。
思考6：(1)生物膜和人工膜成分上有何区别？
(2)气体和甘油是如何进出细胞的？
（3）水分子和离子进出细胞可能与细胞膜
上的什么成分有关？
四、被动运输
【资料】人工膜是利用磷脂制成的双层膜。右图表示同种物质在人工膜和生物膜中跨膜运输的通透性大小。
H2O 、离子: 与膜上蛋白质有关
生物膜
人工膜
O2 CO2 甘油:跨过磷脂双分子层
（一）类型: 1、自由扩散（教材P66-第一段）
四、被动运输
（2）特点： 浓度梯度运输，
不需要 协助， 要消耗能量
（1）概念：通过简单的扩散作用进出细胞的方式叫做自由扩散（简单扩散）。
（3）实例：
O2、CO2、水、甘油、乙醇、苯、维生素
思考7
（1）氧气从肺泡腔进入血液要穿过几层膜？
4层
（2）氧气从肺泡腔进入组织细胞要穿过几层膜？
9层
四、被动运输
思考7: （3）从化学性质分析，甘油、乙醇、苯、维生素为什么可以自由扩散穿过磷脂双分子层？
（4）影响自由扩散的因素有哪些？请构建数学模型。
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
脂溶性小分子、与磷脂分子有较强亲和力
（一）类型: 1、自由扩散
【资料】成年人每天产生原尿约180 L，排出尿液约1.5 L。大多数水被肾小管重吸收进入血液，该过程需要水分子大量、快速通过细胞膜进入肾脏细胞，自由扩散运输速率远不能满足此生命活动的需要。
1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管中分离出新的膜蛋白。并测得该蛋白质氨基酸序列， 水分子跨膜运输与此蛋白的协助有关，此蛋白被称为“水通道蛋白”，此蛋白运输水的效率更高。
四、被动运输
思考8: （1）水的跨膜方式有哪些类型？
（2）运输水分子的是什么类型的蛋白质？
（3）水主要以什么方式跨膜运输？
水通道
细胞膜
通道蛋白
自由扩散、协助扩散
水主要以协助扩散的方式进出细胞
思考9: 离子以什么方式进出细胞膜呢？
四、被动运输
【资料】
思考10: （1）红细胞以什么方式吸收葡萄糖呢？
（2）运输葡萄糖的蛋白质是如何将葡糖糖运入红细胞的？
（3）此过程需要消耗能量吗？
四、被动运输
【资料】血液中葡萄糖浓度高于红细胞中葡萄糖的浓度，红细胞吸收葡萄糖，需要膜上转运蛋白先与葡萄糖结合，然后通过蛋白质构象的改变，将葡萄糖运入红细胞中。
四、被动运输
（阅读教材P66-67）
实例：水、离子、小分子（葡萄糖）
（一）类型: 2、协助扩散
（1）概念：借助膜上的 进出细胞的物质扩散方式。
转运蛋白
（2）特点： 浓度梯度运输，
需要 协助， 消耗能量
项 目 载体蛋白 通道蛋白
转运特点
转运蛋白构象是否改变
转运蛋白是否与被转运分子结合
是否有专一性
实例
只容许与自身“结合部位相适应”的分子或离子通过。
只容许与自身“通道的直径和形状相适配、通道的大小和电荷相适宜”的分子或离子通过。
载体蛋白构象改变
通道蛋白构象改变
载体蛋白与被转运分子结合
通道蛋白与被转运分子不结合
具有专一性
具有专一性
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
水分子通过水通道蛋白、K+通过钾离子通道蛋白进出细胞
四、被动运输
思考11：阅读教材P66-67，
转运蛋白有什么类型？有何异同？
四、被动运输
思考11: 影响因素协助扩散的因素有哪些？请构建数学模型
膜两侧浓度差、转运蛋白数量、温度（转运蛋白的活性）
浓度差
扩散速度
转运蛋白
扩散速度
能量
扩散速度
（一）类型: 2、协助扩散
（二）概念：
像水分子这样，物质以 的方式进出细胞，
细胞内化学反应所释放的能量，这种跨膜运输的方式称为被动运输。是 浓度梯度的跨膜运输。
四、被动运输
方式 自由扩散 协助扩散
运输方向 是否消耗能量（ATP） 是否需要转运蛋白
举例
图例
曲线图 （一定浓度范围内）
影响因素
高浓度 低浓度（顺浓度梯度）
不消耗
不需要
需要
氧气、二氧化碳、乙醇、苯、水等
葡萄糖、氨基酸、水等
细胞膜内外物质的浓度差
浓度差；转运蛋白的数量
小结
拓展 （教材P67）
1.提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，设计实验，测定该细胞的细胞液浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液，写出实验思路，分析基本原理。
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。
实验思路：配置一系列不同浓度梯度的蔗糖溶液；
将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞放在不同浓度的蔗糖溶液中；
记录刚好发生或未发生的质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度；
紫色洋葱鳞片叶表皮细胞的浓度介于两者之间。
实验方案：将渗透装置至于不同温度的环境中，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。
拓展
3.半透膜和选择透过性膜有何区别？
玻璃纸
膀胱
鱼鳔
种皮
鸡蛋
半透膜:通过的依据是分子或者离子的大小，不具有选择透过性。
例如：玻璃纸、动物膀胱、鱼鳔、种皮、鸡蛋壳膜。
选择透过性膜：膜上的蛋白质决定了某些物质可以通过，具有选择透过性。
例如：细胞膜、液泡膜、原生质层。

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