【高中生物】2023-2024學年 人教版 必修一被動運輸 課件

第1節(jié)被動運輸目標素1.通過對滲透現(xiàn)象的分析,理解水進出細胞的原理,歸納動植物細胞吸水、失水的條件。2.通過探究植物細胞吸水和失水,學會探究實驗的基本步驟。3.通過比較自由擴散和協(xié)助擴散,歸納二者的異同點,闡述被動運輸?shù)奶攸c,并聯(lián)系生活實際理解被動運輸?shù)囊饬x。目標素養(yǎng)知識概覽一、水進出細胞的原理1.滲透作用(1)概念:是指水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴散。(2)發(fā)生滲透作用應具備的條件:2.動物細胞的吸水和失水(連線)3.植物細胞的吸水和失水(1)成熟植物細胞的結(jié)構(gòu):(2)質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復原的原理和現(xiàn)象:①外界溶液的濃度大于細胞液的濃度時,細胞失水,發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。②外界溶液的濃度小于細胞液的濃度時,細胞吸水,發(fā)生質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象。微思考1如果滲透實驗中,燒杯內(nèi)不是清水,而是同濃度的蔗糖溶液,漏斗管內(nèi)液面還會升高嗎?請說明理由。提示:漏斗管內(nèi)液面不會升高,因為半透膜兩側(cè)溶液沒有濃度差。微判斷1基于水分進出細胞的原理,判斷下列表述是否正確。1.達到滲透平衡時,半透膜兩側(cè)的水分子進行的是雙向運動。()2.動物細胞和植物細胞放在蒸餾水中都會吸水漲破。()3.植物細胞的細胞壁是全透性的,其作用主要是支持和保護細胞。(

)4.原生質(zhì)層由細胞壁、細胞膜、液泡膜及細胞質(zhì)組成。(

)√×√×5.水會從溶質(zhì)濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)轉(zhuǎn)運。(

)6.將紅細胞放入生理鹽水中,紅細胞不與生理鹽水進行水分子的交換。(

)××微訓練11.下列關于生物膜和半透膜的說法,正確的是(

)A.半透膜是生物膜的一種B.植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離時,細胞壁相當于半透膜C.生物膜和半透膜的主要成分都是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)D.半透膜可以讓離子和小分子通過,生物膜只可以讓部分離子和部分小分子通過答案:D解析:生物膜相當于半透膜,半透膜不是生物膜。植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離時,原生質(zhì)層相當于半透膜。2.植物體內(nèi)有三個相鄰的細胞a、b、c,已知它們的細胞液濃度大小關系是a>b>c,那么它們?nèi)咧g水分滲透的方向是(

)答案:C解析:a的細胞液濃度最大,所以b和c都失水,a吸水;b的細胞液濃度>c的細胞液濃度,所以b又從c中吸水。二、被動運輸1.概念物質(zhì)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(zhì)跨膜運輸方式稱為被動運輸。2.類型

微思考2水分子和性激素進出細胞的方式有何不同?提示:水分子可以通過自由擴散進出細胞,但更多的是通過協(xié)助擴散的方式進出細胞;性激素通過自由擴散進出細胞。微判斷2基于對被動運輸?shù)恼J識,判斷下列表述是否正確。1.自由擴散和協(xié)助擴散都是被動運輸,分子從高濃度一側(cè)通過細胞膜進入低濃度一側(cè)。()2.水分子和氣體分子進出細胞的方式是自由擴散,脂肪酸進出細胞的方式是協(xié)助擴散。()3.自由擴散和協(xié)助擴散都不需要轉(zhuǎn)運蛋白和能量。()4.隨物質(zhì)濃度的增大,協(xié)助擴散的速率與膜兩側(cè)的濃度差成正比。()√×××微訓練2在物質(zhì)進出細胞的方式中,自由擴散區(qū)別于協(xié)助擴散的特點是(

)A.由高濃度向低濃度擴散 B.需要轉(zhuǎn)運蛋白C.由低濃度向高濃度擴散 D.不需要轉(zhuǎn)運蛋白答案:D解析:自由擴散與協(xié)助擴散的相同之處是物質(zhì)順濃度梯度(高濃度→低濃度)跨膜運輸,不消耗能量;不同之處表現(xiàn)在自由擴散不需要轉(zhuǎn)運蛋白,而協(xié)助擴散需要轉(zhuǎn)運蛋白。一

滲透現(xiàn)象及原理分析

問題探究資料1

某中學生物興趣小組的同學用三套簡易滲透系統(tǒng)裝置分別進行A、B、C三組實驗。裝置A如右圖所示,漏斗內(nèi)是質(zhì)量濃度為0.3

g/mL的蔗糖溶液(蔗糖分子不能通過半透膜)。裝置B和裝置A相同,但用針在半透膜上扎了多個小孔。裝置

C與裝置A的差別是漏斗內(nèi)外都是質(zhì)量濃度為0.3

g/mL的蔗糖溶液。三組實驗在初始時需保持內(nèi)外液面相平。資料2

病理性細胞水腫,又稱“水樣變性”,是細胞可逆性損傷的一種形式,常是細胞損傷中最早出現(xiàn)的改變。其機制為線粒體受損,最終導致細胞內(nèi)鈉離子和水過多積聚,細胞內(nèi)液增多。(1)資料1中,裝置A漏斗中液面升高了,這是什么原因?提示:蔗糖溶液中水的相對含量比燒杯中水的相對含量低,因此燒杯中的水通過半透膜擴散到漏斗中的速率比漏斗中的水通過半透膜擴散到燒杯中的速率大,導致漏斗中水量增加,液面上升。(2)裝置B和C中漏斗液面沒有升高,為什么?這說明滲透作用發(fā)生必須具備什么條件?提示:裝置B中半透膜被針扎了多個小孔,說明半透膜被破壞了。裝置C中漏斗內(nèi)外都是質(zhì)量濃度為0.3

g/mL的蔗糖溶液,說明半透膜兩側(cè)無濃度差。因此,二者均沒有發(fā)生滲透作用。滲透作用發(fā)生必須具備兩個條件:①有半透膜;②半透膜兩側(cè)溶液有濃度差。(3)細胞水腫說明細胞內(nèi)外的液體濃度不同,腫脹程度與何種因素有關?提示:腫脹程度取決于細胞膜內(nèi)外溶液的濃度差大小,濃度差越大,水腫程度越高。(4)從原理上分析,細胞水腫的發(fā)生與資料1中滲透裝置A中液面的升高有哪些異同點?提示:細胞的吸水與滲透裝置A中液面的升高都符合滲透作用的原理,即存在半透膜和濃度差。細胞水腫現(xiàn)象中水分子通過的半透膜為細胞膜,有生物活性;滲透裝置中的半透膜沒有生物活性。歸納總結(jié)1.滲透作用的原理(1)滲透裝置圖解:(2)當液面上升到一定程度時,液面不再升高的原因:分析下圖可知,當液面不再升高時,漏斗中的液面高于燒杯中的液面,液面差為h1。由于燒杯中的液體與漏斗中的液體具有濃度差,即具有滲透壓差,所以燒杯中的水分子有進入漏斗的趨勢;而h1

產(chǎn)生的壓強使漏斗中的水分子有進入燒杯的趨勢。當兩種趨勢達到平衡時,液面不再升高,此時,半透膜兩側(cè)仍有水分子進出。

2.三種滲透模型的比較

3.滲透作用的應用(1)比較不同溶液濃度的大小:項目漏斗內(nèi)燒杯內(nèi)溶液濃度mn現(xiàn)象及結(jié)論①若漏斗內(nèi)液面上升,則m>n②若漏斗內(nèi)液面不變,則m=n③若漏斗內(nèi)液面下降,則m<n(2)比較細胞質(zhì)濃度或者細胞液濃度的大小:將不同的植物細胞或動物細胞放在相同濃度的溶液中,觀察細胞的吸水和失水狀態(tài),可以根據(jù)細胞的形態(tài)判斷不同細胞的細胞液或細胞質(zhì)濃度的大小。典例剖析【例1】

右圖為滲透裝置示意圖,a、b分別為不同濃度的蔗糖溶液。據(jù)圖判斷,下列敘述錯誤的是(

)A.若c為一層紗布,則不會發(fā)生此現(xiàn)象B.實驗開始時,c兩側(cè)的溶液濃度大小是a>bC.實驗過程中漏斗內(nèi)的液面先上升后保持穩(wěn)定D.當漏斗內(nèi)的液面停止上升時,水分子進出漏斗達到動態(tài)平衡答案:B解析:由題圖可知,漏斗中液面的高度高于燒杯中液面的高度,故實驗開始時,c兩側(cè)的溶液濃度大小是b>a。學以致用如下圖所示,U形管底部中央放置一半透膜(不允許溶質(zhì)分子透過)。a液和b液最初在U形管中的高度相同,二者濃度不同,一段時間后,兩側(cè)液面產(chǎn)生一個高度差ΔH。請問ΔH主要取決于(

)A.a液和b液的溶質(zhì)分子大小B.a液和b液所在管的粗細C.a液和b液的質(zhì)量大小D.a液和b液的濃度差大小D解析:半透膜兩側(cè)溶液的濃度差越大,水分子進入濃度高的一側(cè)的數(shù)量越多,產(chǎn)生的高度差越大。二

探究植物細胞的吸水和失水問題探究植物細胞的結(jié)構(gòu)與動物細胞的結(jié)構(gòu)有明顯的區(qū)別,因此,由植物細胞吸水和失水后發(fā)生的變化與動物細胞有所不同。可利用紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞做以下探究。首先,取材制成臨時裝片,放在顯微鏡下觀察,將會觀察到原生質(zhì)層與細胞壁緊密貼合在一起;然后,取下裝片,用引流法,將質(zhì)量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液滴加在蓋玻片一側(cè),用吸水紙在另一側(cè)引流,重復幾次,讓細胞浸潤在蔗糖溶液中,而后將裝片放在顯微鏡下觀察;稍后在蓋玻片一側(cè)滴加清水,用吸水紙在另一側(cè)引流,重復幾次,再進行觀察。(1)在上述實驗中,第二次和第三次用顯微鏡觀察到的現(xiàn)象分別是什么?提示:第二次用顯微鏡觀察到液泡體積變小,顏色變深,原生質(zhì)層與細胞壁發(fā)生了分離;第三次用顯微鏡觀察到液泡體積變大,顏色變淺,原生質(zhì)層與細胞壁緊貼在一起,恢復原狀。(2)是不是所有植物細胞在質(zhì)量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液中都會發(fā)生明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象?發(fā)生質(zhì)壁分離后的植物細胞在低滲溶液中都能復原嗎?提示:并非所有的植物細胞都能發(fā)生質(zhì)壁分離。只有成熟的具有大液泡的植物細胞能發(fā)生質(zhì)壁分離,未成熟的植物細胞不能;細胞液濃度大于外界溶液濃度時,植物細胞也不能發(fā)生質(zhì)壁分離。發(fā)生質(zhì)壁分離后的植物細胞不一定都能復原,如果細胞失水過多,則會死亡,不再發(fā)生質(zhì)壁分離復原。(3)與洋蔥鱗片葉外表皮細胞相比,內(nèi)表皮細胞液泡中無色素,若用其代替外表皮細胞進行質(zhì)壁分離與復原的實驗,應如何操作方可觀察到明顯的實驗現(xiàn)象?提示:可在蔗糖溶液中滴加適量的紅墨水(含紅色染料),其余操作不變。由于細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能,故原生質(zhì)層為無色,而細胞壁是全透性的,原生質(zhì)層和細胞壁之間為紅色。(4)探究植物細胞的吸水和失水實驗中,若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做實驗,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?原因是什么?提示:若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做實驗,會出現(xiàn)質(zhì)壁分離后自動復原現(xiàn)象,因為外界物質(zhì)會轉(zhuǎn)移到細胞內(nèi)而引起細胞液濃度升高。歸納總結(jié)1.實驗原理(1)植物細胞的原生質(zhì)層相當于一層半透膜,細胞壁與原生質(zhì)層均具有一定的伸縮性,但原生質(zhì)層的伸縮性大于細胞壁的伸縮性。(2)外界溶液濃度>細胞液濃度→細胞失水,原生質(zhì)層收縮程度比細胞壁大→發(fā)生質(zhì)壁分離。(3)外界溶液濃度<細胞液濃度→細胞吸水(已發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞發(fā)生質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象)。2.實驗流程

3.實驗結(jié)論(1)成熟植物細胞能通過滲透作用吸水和失水。當外界溶液濃度大于細胞液濃度時,細胞失水,發(fā)生質(zhì)壁分離。(2)當外界溶液濃度小于發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞的細胞液濃度時,細胞吸水,發(fā)生質(zhì)壁分離復原。4.注意事項(1)實驗成功的關鍵之一是實驗材料的選擇。要選取成熟的、液泡帶有一定顏色的植物細胞進行實驗,以便于觀察實驗現(xiàn)象。(2)滴加蔗糖溶液或清水時,應在載物臺上操作,通過前后對比觀察細胞的吸水和失水情況。(3)選用的蔗糖溶液濃度要適宜。過低,不足以引起質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離所需時間過長;過高,可能造成植物細胞因失水過多、過快而死亡,不能發(fā)生質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象。拓展延伸(1)判斷植物細胞的生物活性。實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結(jié)果待測成熟植物細胞+一定濃度的溶液,鏡檢發(fā)生質(zhì)壁分離和復原該細胞為活細胞不發(fā)生質(zhì)壁分離該細胞為死細胞實驗單一變量:待測細胞的生活狀態(tài)。

(2)測定細胞液的濃度范圍。待測成熟植物細胞+一系列濃度梯度的溶液

細胞液濃度介于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛剛發(fā)生質(zhì)壁分離的外界溶液的濃度范圍之間。實驗單一變量:不同濃度的溶液。(3)比較不同植物細胞的細胞液濃度。不同成熟植物細胞+同一濃度的溶液

記錄細胞剛剛發(fā)生質(zhì)壁分離所需時間→比較所用時間長短→判斷細胞液濃度大小(時間越短,細胞液濃度越小)。實驗單一變量:不同植物細胞。(4)比較未知濃度溶液的濃度大小。同一植物的相同成熟細胞+未知濃度的溶液

記錄剛剛發(fā)生質(zhì)壁分離所需時間→比較所用時間長短→判斷溶液濃度大小(時間越短,未知溶液的濃度越大)。實驗單一變量:未知濃度的溶液。(5)鑒別不同種類的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。

典例剖析【例2】

在觀察植物細胞質(zhì)壁分離和復原的過程中,某同學在視野中看到活著的洋蔥表皮細胞正處于右圖所示狀態(tài)。a、b表示其所在部位的溶液濃度,由此可推測(

)A.a>b,細胞滲透吸水B.a=b,滲透系統(tǒng)保持動態(tài)平衡C.a<b,細胞滲透失水D.上述三種情況都有可能答案:D解析:若a>b,則細胞吸收的水分子比失去的水分子多,從而表現(xiàn)為細胞滲透吸水;若a=b,則細胞吸收的水分子與失去的水分子相當,滲透系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài);若a<b,則細胞吸收的水分子比失去的水分子少,從而表現(xiàn)為細胞滲透失水。因此,上述三種情況都有可能。學以致用2.下列各圖,能正確表示顯微鏡下觀察到的紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象的是(

)D解析:紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞中的色素分布在細胞液中,故其液泡呈紫色,細胞質(zhì)無色。當發(fā)生質(zhì)壁分離時,細胞失水,細胞液濃度增大,紫色變深。三

被動運輸問題探究科學研究表明,在動物腎臟內(nèi),水分子的跨膜運輸速率遠大于自由擴散速率,這是因為有水通道蛋白存在。科學家在人體細胞中已發(fā)現(xiàn)13種水通道蛋白,在模式生物擬南芥的細胞中已發(fā)現(xiàn)35種水通道蛋白。事實證明,水通道蛋白廣泛存在于各類細胞的細胞膜上,水的運輸方式不能再簡單地歸為自由擴散,而更多的是借助細胞膜上的水通道蛋白以協(xié)助擴散的方式進出細胞。后續(xù)又在植物、動物細胞中檢測出多種離子通道。通道蛋白和載體蛋白是協(xié)助物質(zhì)跨膜運輸?shù)膬煞N轉(zhuǎn)運蛋白,其中通道蛋白的轉(zhuǎn)運速率比載體蛋白快得多。請回答下列問題。(1)水分子通過自由擴散進入細胞的速率低于通過水通道蛋白進入細胞的速率,請從細胞膜的結(jié)構(gòu)角度解釋其原因。提示:從細胞膜的結(jié)構(gòu)分析,由于細胞膜的磷脂雙分子層內(nèi)部具有疏水性,水分子通過自由擴散的方式進出細胞膜時會受到一定程度的阻礙。(2)通過協(xié)助擴散運輸?shù)郊毎麅?nèi)的物質(zhì)在細胞膜兩側(cè)有什么差異?協(xié)助擴散的速率只由膜內(nèi)外的濃度差決定嗎?提示:細胞膜兩側(cè)的物質(zhì)濃度不相等,細胞外濃度高于細胞內(nèi),物質(zhì)從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)運輸。不是,協(xié)助擴散的速率還與轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量有關。(3)為什么通道蛋白的轉(zhuǎn)運速率比載體蛋白快得多?這兩種轉(zhuǎn)運蛋白在轉(zhuǎn)運分子或離子時都有特異性嗎?提示:物質(zhì)通過通道蛋白時,不需要與通道蛋白結(jié)合,從而導致通道蛋白轉(zhuǎn)運速率大大超過載體蛋白轉(zhuǎn)運速率。這兩種轉(zhuǎn)運蛋白均具有特異性。歸納總結(jié)1.擴散與被動運輸(1)擴散:物質(zhì)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移,直到均勻分布的現(xiàn)象。(2)被動運輸:物質(zhì)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(zhì)跨膜運輸方式稱為被動運輸。2.被動運輸?shù)念愋汀杂蓴U散和協(xié)助擴散特別提醒(1)被動運輸?shù)乃俾蔬€與該物質(zhì)分子的大小、脂溶性程度等有關,如分子越小、脂溶性越強,運輸速率越快。(2)表中“高濃度”和“低濃度”是指被運輸?shù)碾x子或小分子本身的濃度,而不是所處溶液的濃度。(3)兩種運輸方式的動力均來自細胞內(nèi)外物質(zhì)的濃度差。典例剖析【例3】

下圖表示細胞膜結(jié)構(gòu),圖中a、b、c表示物質(zhì)跨膜運輸方式。請據(jù)圖回答下列問題。(1)A代表

;B代表

,它構(gòu)成了細胞膜的基本支架。

(2)在a~c的三種跨膜運輸過程中,代表協(xié)助擴散的是

(填字母),這二者的區(qū)別是

通過通道蛋白運輸物質(zhì),

通過載體蛋白運輸物質(zhì)。

(3)由圖示分析,自由擴散和協(xié)助擴散需要消耗能量嗎?為什么?(4)試從物質(zhì)運輸動力角度分析,為什么自由擴散和協(xié)助擴散被稱為被動運輸?答案:(1)轉(zhuǎn)運蛋白磷脂雙分子層(2)b、c

b

c(3)都不需要消耗能量,因為二者都是順濃度梯度進行跨膜運輸?shù)摹?4)自由擴散和協(xié)助擴散的運輸動力都是膜兩側(cè)物質(zhì)的濃度差,即都是順濃度梯度進行的,不需要消耗能量,所以統(tǒng)稱為被動運輸。解析:細胞膜主要由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子組成,磷脂雙分子層構(gòu)成了細胞膜的基本支架;協(xié)助擴散的特點是順濃度梯度進行,需要借助轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助,因此圖中b、c都屬于協(xié)助擴散,但b利用的是通道蛋白,c利用的是載體蛋白。被動運輸是指順濃度梯度進行,不需要消耗細胞內(nèi)化學反應所釋放的能量的物質(zhì)跨膜運輸方式。學以致用3.影響被動運輸?shù)囊蛩赜泻芏?下圖甲、乙是兩種被動運輸方式的運輸速率與細胞外溶液濃度之間的關系曲線。請據(jù)圖回答下列問題。(1)圖甲表示的方式是

,轉(zhuǎn)運速率主要取決于膜兩側(cè)物質(zhì)的

。

(2)圖乙表示的方式是

,OA段主要受

的影響,AB段受到

的限制,運輸速率不再上升。(3)請在圖丙中畫出被動運輸?shù)倪\輸速率與細胞能量供應的關系曲線。答案:(1)自由擴