【課件】高三一輪復習生物：被動運輸課件

第4章細胞的物質輸入和輸出第1節(jié)被動運輸課標定位1.水進出細胞的原理分析滲透現(xiàn)象、哺乳動物紅細胞的吸水與失水現(xiàn)象。2.探究植物細胞的吸水和失水觀察植物細胞的吸水和失水,增強感性認識,領悟科學探究的方法。3.自由擴散和協(xié)助擴散舉例說明有些物質順濃度梯度進出細胞,不需要額外提供能量。素養(yǎng)闡釋1.基于滲透現(xiàn)象、水進出哺乳動物紅細胞的事實,歸納水進出動物細胞的原理;構建并運用滲透系統(tǒng)模型,結合成熟植物細胞的結構特點,解釋植物細胞質壁分離和復原現(xiàn)象,歸納水進出植物細胞的原理。素養(yǎng)闡釋2.基于探究水進出植物細胞的原理這一實驗,體驗科學探究的一般過程,提高動手操作能力和設計實驗的能力,并能運用到其他類似的科學探究活動中。3.基于細胞吸水和失水的原理,理解被動運輸?shù)母拍?基于細胞膜的結構特點,理解自由擴散、協(xié)助擴散;運用轉運蛋白結構與功能相適應的觀念歸納出被動運輸?shù)念愋秃吞攸c。一、水進出細胞的原理1.滲透作用(1)概念:指水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴散。(2)滲透作用產(chǎn)生的條件:一是具有半透膜,二是半透膜兩側的溶液存在濃度差。2.動、植物細胞的吸水和失水(1)動物細胞的吸水和失水②現(xiàn)象a.外界溶液的濃度<細胞質的濃度?細胞吸水膨脹。b.外界溶液的濃度>細胞質的濃度?細胞失水皺縮。c.外界溶液的濃度=細胞質的濃度?細胞形態(tài)不變。半透膜與選擇透過性膜的比較①區(qū)別:半透膜是無生命的物理性薄膜,物質能否通過取決于分子的大小;選擇透過性膜是具有生命的生物膜,載體蛋白的存在決定了其對不同物質吸收的選擇性。細胞死亡或膜載體蛋白失活后,選擇透過性膜的選擇透過性喪失。②共性:都不允許大分子物質通過。(2)植物細胞的吸水和失水(以成熟植物細胞為例)①原理②觀察植物細胞吸水和失水的步驟③現(xiàn)象a.當外界溶液的濃度大于細胞液溶質的濃度時,細胞就通過滲透作用失水,植物細胞就發(fā)生質壁分離現(xiàn)象。b.將已發(fā)生質壁分離的植物細胞放入清水中,此時細胞液溶質的濃度高于外界清水,植物細胞就吸水,發(fā)生質壁分離復原現(xiàn)象。二、自由擴散和協(xié)助運輸1.被動運輸(1)概念:物質以擴散方式進出細胞,不需要消耗細胞內(nèi)化學反應所釋放的能量,這種物質跨膜運輸方式稱為被動運輸。(2)分類:自由擴散和協(xié)助擴散。2.自由擴散:物質通過簡單的擴散作用進出細胞的方式,叫作自由擴散,也叫簡單擴散。3.協(xié)助擴散:借助膜上的轉運蛋白進出細胞的物質擴散方式,叫作協(xié)助擴散,也叫易化擴散。轉運蛋白可分為載體蛋白和通道蛋白兩種類型。4.自由擴散和協(xié)助擴散(連線)答案:①—b—Ⅰ

②—a—Ⅱ

【預習檢測】

1.判斷正誤。(1)滲透作用中膜兩側溶液的濃度指的是質量分數(shù)。(

)(2)在滲透作用中,當半透膜兩側溶液濃度相等時,水分子不再通過半透膜。(

)(3)將動物細胞放入一定濃度的外界溶液中,不能發(fā)生滲透作用。(

)(4)植物細胞的原生質層包括細胞膜、細胞質和細胞核。(

)××××(5)與白色花瓣相比,采用紅色花瓣更有利于質壁分離現(xiàn)象的觀察。(

)(6)“質壁分離”中的“質”是指細胞質,“壁”是指細胞壁。(

)(7)乙醇、苯進入細胞的方式為簡單擴散。(

)(8)載體蛋白只容許與自身結合部位相適應的分子或離子通過。(

)√×√√2.甲、乙兩種物質分別依賴自由擴散和協(xié)助擴散進入細胞。如果以人工合成的無蛋白磷脂雙分子膜代替細胞膜,并維持其他條件不變,則(

)A.甲運輸被促進 B.乙運輸被促進C.甲運輸被抑制 D.乙運輸被抑制解析:協(xié)助擴散必須有轉運蛋白參與才能進行,無轉運蛋白,協(xié)助擴散將被抑制。答案:D知識點一滲透作用發(fā)生的條件問題引領1.圖甲表示剛開始時燒杯和漏斗內(nèi)的兩液面是持平的,達到滲透平衡后形成了圖乙所示的情況,兩液面形成的高度差為Δh。請據(jù)圖思考并回答下列問題。(1)在由圖甲到圖乙的過程中,S1溶液與S2溶液的濃度發(fā)生了怎樣的變化?提示:在由圖甲到圖乙的過程中,水分子最終表現(xiàn)為由S2溶液進入S1溶液中,所以造成了S1溶液的濃度減小,S2溶液的濃度增大。(2)達到滲透平衡后(即高度差Δh不再改變時),水分子是否不再通過半透膜進行跨膜運輸?比較此時S1與S2溶液濃度的大小。提示:達到滲透平衡后,水分子仍然可以通過半透膜進行跨膜運輸,只不過膜兩側水分子的運輸達到了平衡,所以高度差才不會發(fā)生變化。此時,S1溶液的濃度仍大于S2溶液的濃度。2.根據(jù)水分子進出哺乳動物紅細胞的狀況,分析下列問題。(1)紅細胞內(nèi)的血紅蛋白等大分子有機物能透過細胞膜嗎?細胞膜是否相當于半透膜?提示:不能;是。(2)判斷水分子進出哺乳動物紅細胞的現(xiàn)象是否屬于滲透現(xiàn)象并說明理由。提示:屬于。具備滲透作用的兩個條件——有半透膜且半透膜兩側的溶液具有濃度差。(3)臨床上輸液為什么要用生理鹽水?提示:質量分數(shù)為0.9%的氯化鈉溶液(即生理鹽水)的滲透壓與血漿、組織液的基本一樣,所以不會讓細胞失水或者過度吸水,所以輸液用生理鹽水可維持血細胞的正常形態(tài)。3.下圖表示正在發(fā)生質壁分離的紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞。請分析回答下列問題。(1)實驗時一定要選擇紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞嗎?提示:不一定。但紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液中含有色素,使液泡呈現(xiàn)紫色,更有利于觀察。(2)b的顏色和大小如何發(fā)生變化?提示:b的顏色逐漸加深;b逐漸變小。(3)該實驗無獨立的對照組,為什么還叫作對照實驗?提示:在該實驗中,對照組和實驗組在同一對象上先后進行,屬于自身對照。歸納提升1.判斷滲透系統(tǒng)中液體變化的方法(如下圖)(1)液面變化的判斷①若A側溶質可以通過半透膜,B側溶質不能通過半透膜,則B側液面升高。②若A側和B側溶質相同,且均不能通過半透膜,則濃度高的一側液面升高。③若半透膜兩側的溶質均能通過半透膜,則不存在高度差。(2)高度差的大小決定于濃度差的大小,濃度差越大,高度差越大。(3)濃度變化:滲透系統(tǒng)中,溶質不能通過半透膜時,實驗剛開始濃度大的一側達到平衡后的濃度仍大于另一側。2.細胞能否發(fā)生質壁分離及復原的判斷方法(1)從細胞角度分析①死細胞、動物細胞不能發(fā)生質壁分離現(xiàn)象。②成熟且具有中央大液泡的植物細胞易發(fā)生質壁分離現(xiàn)象,而未成熟的植物細胞(如根尖分生區(qū)細胞等)不具有大液泡,則不易發(fā)生質壁分離現(xiàn)象。③細菌細胞能發(fā)生質壁分離現(xiàn)象,但現(xiàn)象不明顯。(2)從溶液角度分析①在一定濃度的溶液(溶質不能穿膜)中只發(fā)生質壁分離現(xiàn)象。②在一定濃度的溶液(溶質可穿膜)中發(fā)生質壁分離后可自動復原,如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。③在高濃度溶液中質壁分離現(xiàn)象明顯,但溶液濃度過高時不能發(fā)生質壁分離復原,因為溶液濃度過高,細胞會因過度失水而死亡。④鹽酸、酒精、醋酸等溶液能殺死細胞,不適于作質壁分離實驗的溶液。質壁分離和復原實驗的拓展應用(1)判斷成熟植物細胞的死活(2)測定細胞液濃度范圍

(3)比較不同成熟植物細胞的細胞液濃度(4)鑒別不同種類的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)典型例題某同學設計的滲透裝置實驗如下圖所示(開始時狀態(tài)),燒杯中盛放有蒸餾水。圖中半透膜允許單糖透過。倒置的長頸漏斗中先裝入蔗糖溶液一段時間后再加入蔗糖酶(微量)。下列有關該實驗的敘述,正確的是(

)A.漏斗中液面開始時先上升,加酶后即下降B.漏斗中液面先上升,加酶后繼續(xù)上升,然后下降,最后保持內(nèi)外液面基本相平C.漏斗中液面先上升,加酶后繼續(xù)上升,然后保持一定的液面高度差不變D.加酶后在燒杯中可檢測出的有機物僅有葡萄糖解析:長頸漏斗中開始有蔗糖溶液,滲透壓較高,液面上升。加酶后蔗糖在蔗糖酶的作用下水解為葡萄糖和果糖,溶質分子數(shù)目增多,滲透壓更高,液面繼續(xù)上升。但是單糖分子可以通過半透膜進入燒杯中,導致漏斗中液體的滲透壓下降,燒杯中液體的滲透壓升高,所以漏斗內(nèi)液面下降,最終漏斗內(nèi)外液面基本相平。答案:B【變式訓練】

1.成熟植物細胞的主要吸水方式是滲透吸水。某興趣小組為研究滲透吸水做了一個實驗,該實驗的簡易滲透吸水裝置如圖甲所示。圖甲漏斗內(nèi)液面上升的高度與時間的關系如圖乙所示。一成熟植物細胞被放在某外界溶液中,其所處的狀態(tài)(此時細胞有活性)如圖丙所示。下列相關敘述錯誤的是(

)A.由圖甲中漏斗內(nèi)液面上升可知,實驗開始時b側液體濃度大于a側B.由圖乙可知,圖甲中漏斗內(nèi)溶液的吸水速率在下降C.圖丙中相當于圖甲中c結構的是③④⑤D.把圖丙所示狀態(tài)的細胞放在清水中,會發(fā)生質壁分離解析:圖甲漏斗內(nèi)液面上升,說明實驗開始時b側液體濃度大于a側。隨漏斗內(nèi)液面上升,半透膜(c)兩側的濃度差越來越小,故漏斗內(nèi)溶液的吸水速率在下降。圖丙中③細胞膜、⑤液泡膜及兩者之間的④細胞質相當于半透膜。把圖丙細胞放在清水中,會發(fā)生質壁分離復原。答案:D2.下圖中甲、乙、丙分別是細胞在不同濃度溶液中水分子的跨膜運輸示意圖(箭頭大小代表水分子數(shù)的多少)。請回答下列問題。(1)若將人的成熟紅細胞放入清水中,會出現(xiàn)如圖

(填題圖編號)所示現(xiàn)象,最終紅細胞會

。

(2)若將洋蔥表皮細胞放在質量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液中,會出現(xiàn)如圖

(填題圖編號)所示現(xiàn)象。達到平衡時,水分子進出細胞的狀況如圖

(填題圖編號)所示。然后將其放在清水中,則達到平衡時細胞內(nèi)液滲透壓

(填“大于”“小于”或“等于”)清水的滲透壓。

(3)若某葉肉細胞正處于圖甲所示狀態(tài),一段時間內(nèi)細胞體積增大且最終

(填“會漲破”或“不會漲破”)。

解析:(1)將人的成熟紅細胞放入清水中,由于發(fā)生滲透作用,從細胞外進入細胞內(nèi)的水分子多于從細胞內(nèi)到細胞外的水分子,因此細胞吸水,如圖甲所示。動物細胞無細胞壁,紅細胞會因吸水過多而漲破。(2)將洋蔥表皮細胞放在質量濃度為0.3

g/mL的蔗糖溶液中,由于細胞外界溶液濃度較大,細胞失水,如圖丙所示。達到平衡狀態(tài)時,水分子進出細胞的速率相等,如圖乙所示。此時將其放入清水中,細胞內(nèi)液滲透壓較高,細胞吸水,但由于細胞壁的存在,細胞不會一直吸水,最終水分子進出細胞的速率達到平衡,如圖乙所示。此時細胞內(nèi)外仍存在濃度差,細胞內(nèi)液滲透壓較高。(3)若某葉肉細胞正處于圖甲所示狀態(tài),細胞體積會增大,但不會漲破,因為有細胞壁的保護作用。答案:(1)甲漲破(2)丙乙大于(3)不會漲破知識點二被動運輸問題引領下圖為不同的物質進出細胞的不同方式,請據(jù)圖思考并回答下列問題。1.請說出圖中所對應的物質跨膜運輸?shù)姆绞郊芭袛嗟睦碛?。提?圖1是自由擴散,理由是物質由高濃度向低濃度運輸,不需要轉運蛋白,也不需要消耗能量;圖2是協(xié)助擴散,理由是通過轉運蛋白的協(xié)助,不需要消耗能量。2.圖2中的兩種轉運蛋白有什么特點?提示:(1)通道蛋白只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過。分子或離子通過通道蛋白時,不需要與通道蛋白結合。(2)載體蛋白只容許與自身結合部位相適應的分子或離子通過,而且每次轉運時都會發(fā)生自身構象的改變。歸納提升1.自由擴散與協(xié)助擴散的比較2.離子通道蛋白和載體蛋白(離子泵)的異同(1)相同點:化學本質均為蛋白質,均分布在細胞的膜結構中,都有控制特定物質跨膜運輸?shù)墓δ堋?2)不同點:①通道蛋白參與的物質跨膜運輸,在運輸過程中并不與被運輸?shù)姆肿咏Y合,只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子順濃度梯度跨膜運輸,所以運輸時不消耗能量。②載體蛋白參與的跨膜