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(共40张PPT)
被动运输
第4章 细胞的物质输入和输出
学习目标
01
02
03
细胞在什么情况下吸水或失水？
植物细胞质壁分离与复原现象说明什么？
两种被动运输的方式有什么异同？
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？
2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？
3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
一段时间后
蔗糖分子
水分子
【问题探讨】
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
半透膜
蔗糖分子
水分子
问题1.漏斗内的液面为什么会升高？
渗透装置模型
单位时间内进入漏斗的水分子数量多于从漏斗渗出的水分子数量
探究一、渗透作用
任务1：探究渗透作用发生的条件
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(如：膀胱膜、玻璃纸、卵壳膜)
易错提醒1：水分子的移动是双向的，
但最终表现出由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子较多。
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
半透膜
蔗糖分子
水分子
问题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，当液面上升到一定高度后，管中水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，当漏斗内渗透压 = 液柱的压力最终达到平衡，液面将不再上升。液面高度不发生变化，水分子双向运动速率相等，即动态平衡。
溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
溶质微粒数目越多，渗透压越大。
探究一、渗透作用
任务1：探究渗透作用发生的条件
S1溶液
S2溶液
△H
思考：在达到渗透平衡的过程中，半透膜两侧溶液浓度如何变化？
平衡前：
S表示溶液浓度
渗透过程：
平衡后：
渗透装置中溶质能否通过半透膜所导致的液面高度变化情况分
(1)AB两侧溶液的溶质均不能通过半透膜
若溶液浓度 A>B→水分子从B侧进入A侧，A侧液面上升(B侧下降)→A侧液面上升到一定高度后，A侧水柱产生的压力将加快水分子从A侧向B侧扩散的速度，最终达到动态平衡，液面不再变化。
(2)AB两侧溶液的溶质均能通过半透膜(且溶质扩散速率小于水分子),若溶液浓度A>B→水分子从B侧进入A侧，A侧液面上升(B侧下降)→随后溶质从A侧进入B侧，导致A侧浓度下降，B侧浓度上升，
膜两侧浓度差减小→水分子从A侧进入B侧，A侧液面下降(B侧上升)→最终AB两侧溶液等高，此时浓度差为零。
(3)A侧溶液的溶质能够通过半透膜(且扩散速率小于水分子)，B侧溶质不能通过
①若溶液浓度A>B→水分子从B侧进入A侧，A侧液面上升(B侧下降)→随后A溶质从A侧进入B侧，导致膜两侧浓度差减小→水分子从A侧进入B侧，A侧液面下降(B侧上升)→最终A侧液面低于B侧液面，只就A种溶质的浓度而言，A侧大于B侧。
②若溶液浓度A渗透作用需要两个条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差。渗透作用过程中，水分子总是从相对数目较多(浓度低)的一侧向相对数目较少(浓度高)的一侧扩散，可以理解为水分子向哪侧流动，哪侧的溶液浓度就高。这一原理可简记为“水往(浓度)高处流”。
人体细胞只有在等渗溶液中才能维持正常的形态。因此，在大量出汗后要及时补充淡盐水，在腹泻发生后也要饮用盐溶液，在防止脱水的同时，还要维持血浆等正常的渗透压。
S2与S1的浓度差越大，△h越大
S2＞S1
S2↓ S1↑
S2＞S1
易错提醒2：有浓度差就存在高度差，浓度差越大，高度差就越大，且液面高的一侧溶液浓度高。
30%蔗糖溶液
清水
问题3.如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？
不会。原因是纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。
问题4.如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？
不会。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。
30%蔗糖溶液
玻璃纸
纱布
探究一、渗透作用
任务1：探究渗透作用发生的条件
小结：渗透作用的发生需要具备哪些条件？
①具有半透膜
②半透膜两侧的溶液具有浓度差
物质的量浓度（mol/L）
小结：渗透作用
1.渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。
②半透膜的两侧的溶液具有浓度差
①具有半透膜
2.条件：
低浓度溶液
（水多）
高浓度溶液
（水少）
4.方向：
3.渗透作用结果：
水分子可以通过半透膜进行双向扩散，直到水分子进出速率达到动态平衡
溶液浓度低
渗透压低
溶液浓度高
渗透压高
含水量高
含水量低
半透膜
水（溶剂）
液面
（等高）
10%
蔗糖溶液
10%
葡萄糖
溶液
半透膜
②
10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大，因此水分子由10%蔗糖溶液→10%葡萄糖溶液较多，右侧液面升高后不变
液面
（等高）
2 mol/L
蔗糖溶液
2 mol/L
葡萄糖
溶液
半透膜
①
液面不变
渗透装置的变式分析
半透膜只允许水分子通过
例1.图甲是发生渗透作用时的初始状态，图乙是较长时间之后，漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。下列有关叙述错误的是
A.图甲中③为半透膜，水分子能自由通过
B.图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度
C.图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等
D.图甲中溶液①和②浓度差越大，则图乙中的水柱越高
C
例2.某科研小组设计如图所示的渗透装置，其中蔗糖不能透过半透膜，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，液面不动(渗透平衡)时液面差为Δh。下列说法正确的是(　　 )
A．渗透平衡后S1和S2浓度的大小关系为S1＝S2
B．渗透平衡后无水分子通过半透膜
C．漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快
D．向漏斗内加适量清水Δh将变小
D
动物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统
②细胞内溶液与外界溶液存在浓度差
①细胞膜相当于一层半透膜
生物细胞也能发生渗透作用吗？
外界溶液
细胞膜
半透膜
蔗糖溶液
细胞质
相当于
相当于
外 界 溶 液 浓 度
细 胞 质 的 浓 度
＜
吸水膨胀
＞
失水皱缩
＝
保持原状
0.9% NaCl溶液中
20%的蔗糖溶液中
清水中
例1：水进出哺乳动物红细胞的原理
探究二、水进出细胞的原理
1.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”装置中的什么物质？
2.红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？
3.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水（质量分数为0.9%的NaCl溶液）。
血红蛋白属于大分子，不能透过细胞膜。
红细胞的细胞膜有选择透过性，相当于半透膜
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就不吸水了，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。
细胞膜内外的浓度差
这些有机物相当于蔗糖分子
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。
思考.讨论
成熟的植物细胞模式图
细胞壁
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
原生质层
(全透性、伸缩性小)
半透性、伸缩性大
纤维素和果胶组成
探究二、水进出细胞的原理
例2：水进出成熟植物细胞的原理
问题2.水进出细胞，主要是指水经过__________________进出液泡。
原生质层
问题1.植物细胞内的液体环境主要是指 。
液泡中的细胞液
原生质层：细胞膜和 液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
“原生质层”和“原生质体”的区别
原生质体：去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。
一个动物细胞就是一个原生质体。
二、水进出植物细胞的原理
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
提出问题
做出假设
设计实验
实施实验
分析结果
得出结论
表达交流
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是一层半透膜吗？
水分进出植物细胞是渗透作用，原生质层相当于一层半透膜
蔗糖溶液中细胞的液泡变小，细胞皱缩；清水中细胞的液泡变大，细胞膨胀。
预期结果：
将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察液泡、原生质层及细胞大小的变化；再浸润在清水中，观察其大小的变化。
二、水进出植物细胞的原理
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
提出问题
做出假设
设计实验
实施实验
分析结果
得出结论
表达交流
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、滴管、盖玻片、吸水纸、显微镜等。
外表皮细胞
选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，是因为其具有中央大液泡，且细胞液呈紫色，易观察液泡的大小变化。
制作紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片
低倍显微镜下观察
0.3g/ml的蔗糖溶液
吸水纸引流
重复几次
低倍显微镜下观察
滴放清水
吸水纸引流
低倍显微镜下观察
重复几次
【实验步骤】
二、水进出植物细胞的原理
二、水进出植物细胞的原理
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
提出问题
做出假设
设计实验
实施实验
分析结果
得出结论
表达交流
正常状态 高浓度状态 低浓度状态
图像
液泡变化
原生质层位置
正常大小
逐渐变小，颜色变深
恢复原来大小，颜色变浅
原生质层 紧贴细胞壁
原生质层逐渐脱离细胞壁
原生质层逐渐 贴近细胞壁
细胞体积基本不变
二、水进出植物细胞的原理
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
提出问题
做出假设
设计实验
实施实验
分析结果
得出结论
表达交流
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。
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 < 细胞液浓度
质壁分离
质壁分离复原
探究二、水进出细胞的原理
实验结果分析：
①将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？
②有位同学错取了质量浓度为3g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？
③实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？
观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便将处理前与处理后的细胞状态形成对照。（自身前后对照）
颜色逐渐变深；吸水能力逐渐增强。
蔗糖溶液浓度太高，细胞因过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原
你观察到了什么现象呢？细胞壁和原生质层之间的空隙充满的是什么？
第一次观察
a
滴加蔗糖溶液后观察
b
再次滴加清水溶液后观察
c
仅凭图b能否判断细胞细胞正在发生质壁分离？
不能，也可能正在发生质壁分离的复原
质壁分离以及复原，稀释后的蔗糖溶液
2.质壁分离的原因
外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度
内因：
细胞壁伸缩性小，具有全透性
原生质层伸缩性大，具有选择透过性
探究二、水进出细胞的原理
小组讨论：
1.质壁分离复原的“质”与“壁”分别指什么？
提示:“质”指原生质层，“壁”指细胞壁。
3.要观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？
有细胞壁（植物细胞）；有中央大液泡； 活细胞（原生质层相当于半透膜）
4.是否所有发生质壁分离的细胞都必需加入清水才能复原？
自动发生质壁分离复原的物质：KNO3、乙二醇、甘油、尿素等
质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
探究二、水进出细胞的原理
(1)判断成熟植物细胞的死活
一定浓度
蔗糖溶液
发生
质壁分离
不发生
质壁分离
(2)测定细胞液浓度范围
一系列梯度浓度
的蔗糖溶液
细胞液浓度介于:
未质壁分离与刚质壁分离
的浓度之间
拓展应用：
探究二、水进出细胞的原理
(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度大小
同一浓度
蔗糖溶液
发生质壁分离所需时间越短 ,
细胞液浓度越小。
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
活的成熟
植物细胞
质壁分离，
不能自动复原
质壁分离，
且自动复原
水进出细胞的原理
半透膜
选择透过性膜
概念
特点
材料
半透膜和选择透过性膜
蔗糖分子
半透膜
水分子
指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜
指水分子能自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过的生物膜
透过的依据是分子或离子的大小，不具有选择性
膜上的蛋白质决定了一些分子可以通过，另一些分子不能通过，具有选择透过性
玻璃纸、动物膀胱、鱼鳔等
细胞膜、液泡膜和由其构成的原生质层等
例1.如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是(　 　)
A．图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力减弱
B．图1所示结果只能在图2中C处观察到
C．增大蔗糖溶液的浓度会使第二次观察(D)和第三次观察(F)实验效果更明显
D．该实验用显微镜主要观察原生质层的位置、液泡的颜色和大小等
D
例2.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，两种溶液溶质的浓度均比细胞液溶质的浓度高，在显微镜下连续观察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.甲乙两细胞发生质壁分离，但乙细胞随后又发生质壁分离复原
C.甲乙两细胞发生质壁分离，但甲细胞随后又发生质壁分离复原
D.甲乙两细胞均发生质壁分离，后又均发生质壁分离复原
B
被动运输
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。被动运输分为自由扩散和协助扩散。
探究三、自由扩散和协助扩散
1、自由扩散
特点：
①顺浓度梯度运输
②不需要转运蛋白
③不消耗能量
实例：
概念：
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，也叫简单扩散。
①气体，如O2、CO2、NO2等
②水等小分子
③脂溶性小分子，如甘油、乙醇，苯等
探究三、自由扩散和协助扩散
1、自由扩散
影响因素：
膜两侧浓度差、温度（生物膜分子的运动）
浓度差
扩散速度
转运蛋白
扩散速度
O2（能量）
扩散速度
膜两侧的分子浓度差越大，扩散速率越快。成正比
探究三、自由扩散和协助扩散
2、协助扩散
特点：
①顺浓度梯度运输
②需要转运蛋白
③不需要消耗能量
实例：
概念：
物质借助膜上转运蛋白进出细胞的扩散方式，也叫易化扩散。
①葡萄糖进入红细胞——载体蛋白
②神经纤维上Na+内流，K+外流——离子通道蛋白
③水分子进出——水通道蛋白
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，大小和电荷相适宜的分子或离子通过
改变
不改变
不结合
结合
具有
具有
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
水分子通过水通道蛋白进出细胞
饱和性：细胞膜上的载体蛋白数量有限，在运输过程中当所有载体蛋白都已承担相应的运输任务时，运输的速率不再因其他条件而加快。
Roderick MacKinnon
水通道蛋白模式图
Peter Agre
钾离子通道模式图
过去人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的，但从细胞膜的结构分析，由于磷脂双分子层内部具有疏水性，水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍。
但后来的研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。
思考讨论：水分子进出细胞的方式？
探究三、自由扩散和协助扩散
探究三、自由扩散和协助扩散
2、协助扩散
影响因素：
浓度差
扩散速度
O2（能量）
扩散速度
转运蛋白
扩散速度
P
P点后速率受转运蛋白数量限制
膜两侧浓度差、转运蛋白数量、温度（转运蛋白的活性）
拐点前：看横坐标
拐点后：除横坐标外其他影响因素
P
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、苯等
葡萄糖、钠钾离子、水等
浓度差，温度等
浓度差；转运蛋白数量，温度
例1.下图①→③表示葡萄糖跨膜运输的过程，据图分析正确的是 （　 　）
A. 该膜中的转运蛋白也能运输氨基酸
B. 该膜可能是哺乳动物的红细胞膜
C. 该方式发生在葡萄糖以被动运输的方式从低浓度到高浓度运输时
D. 影响该过程进行的细胞器有线粒体和核糖体
B
例2.(2020·福建龙岩高一期中)下列各项中，会显著降低细胞通过协助扩散吸收葡萄糖的速率的是
A.细胞内能量不足
B.细胞外药物影响膜蛋白结构
C.细胞外葡萄糖浓度上升
D.细胞内O2浓度下降
B
实例：水进出细胞的原理
小 结：

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