被動運輸高一上生物人教版（2019）必修1

第4章第1節(jié)被動運輸學(xué)習(xí)目標本節(jié)聚焦：1.理解滲透作用（概念、方向、條件）。2.細胞在什么情況下吸水或失水。細胞吸水或失水的原理。3.植物細胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原現(xiàn)象說明什么？4.被動運輸?shù)膬煞N類型是什么？其異同點是？問題探討

在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙，往漏斗內(nèi)注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外的液面高度相等。過一段時間后，會出現(xiàn)如右圖所示現(xiàn)象。玻璃紙（又叫賽璐玢）是一種半透膜，水分子可以自由透過它，而蔗糖分子則不能。半透膜因為燒杯中的水分子進入漏斗中導(dǎo)致漏斗管內(nèi)液面升高。問題:

漏斗管內(nèi)的液面為什么會升高？滲透作用燒杯中的水分子為什么向漏斗中擴散呢？資料：滲透壓：溶液中溶質(zhì)微粒對水的吸引力，溶質(zhì)微粒數(shù)目越多，溶液濃度越高，溶液滲透壓越高，對水的吸引力越大.因為：蔗糖溶液滲透壓高，對水的吸引力大，這種吸引力使水分子進入漏斗中。滲透作用蔗糖溶液玻璃紙（半透膜）清水半透膜蔗糖分子水分子水分子可以自由通過，而蔗糖分子不能通過。漏斗內(nèi)溶液體積增大，液面上升蔗糖分子(太大)不能通過半透膜水分子能透過半透膜蔗糖溶液滲透壓高單位時間進入漏斗的水分子數(shù)多于出來的分子數(shù)滲透作用：水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴散半透膜1.不會。因為當(dāng)管內(nèi)的液面上升到一定高度之后，管中的水柱產(chǎn)生的壓力加快了漏斗中水分向外擴散的速度，最終水分子的向漏斗內(nèi)外的擴散達到平衡，液面將不再上升（此時的狀態(tài)：滲透平衡）。即：蔗糖溶液對燒杯中水分子的吸引力等于水柱產(chǎn)生的壓力時，漏斗管內(nèi)液面停止上升。問題:

如果漏斗管足夠長，管內(nèi)的液面會無限升高嗎？為什么？問題探討問題探討半透膜追加問題1：當(dāng)漏斗管內(nèi)液面停止上升的時候，半透膜兩側(cè)溶液濃度是否相等？不相等。追加問題2：是不是所有情況下，達到滲透平衡時半透膜兩側(cè)溶液濃度都不相同？（比如：漏斗管內(nèi)外分別是0.2g/mL和0.4g/mL的蔗糖溶液。）不是。問題探討

在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙，往漏斗內(nèi)注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外的液面高度相等。過一段時間后，會出現(xiàn)如右圖所示現(xiàn)象。玻璃紙（又叫賽璐玢）是一種半透膜，水分子可以自由透過它，而蔗糖分子則不能。半透膜問題:

如果用一層紗布（全透性）代替玻璃紙，還會出現(xiàn)原來的現(xiàn)象嗎？不會，紗布不是半透膜，蔗糖分子和水分子都能通過。滲透作用條件一：半透膜問題探討

在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙，往漏斗內(nèi)注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外的液面高度相等。過一段時間后，會出現(xiàn)如右圖所示現(xiàn)象。玻璃紙（又叫賽璐玢）是一種半透膜，水分子可以自由透過它，而蔗糖分子則不能。半透膜問題:

如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液結(jié)果會怎樣？單位時間進出半透膜水分子量相同，故漏斗管液面不變。滲透作用條件二：濃度差滲透作用1.滲透作用的概念：

水分子或其他溶劑分子透過半透膜的擴散滲透條件具有半透膜1半透膜兩側(cè)溶液存在濃度差23.滲透結(jié)果：

水分子可以通過半透膜進行雙向擴散，直到水分子進出速率達到動態(tài)平衡

4.水的運輸方向：

溶液濃度低滲透壓低溶液濃度高滲透壓高含水量高含水量低半透膜水（溶劑）蔗糖（溶質(zhì)）①從溶質(zhì)的角度分析：低濃度溶液→高濃度溶液②從水分子自身的角度分析：高含量一側(cè)→低含量一側(cè)滲透壓：溶質(zhì)微粒對水的吸引力滲透作用①液面高度不發(fā)生變化，水分子雙向運動速率相等，

即動態(tài)平衡。②滲透平衡時：△h的液體重力=漏斗中溶液的吸水力溶液S1溶液S2平衡前：S2＞S1S表示溶液濃度滲透過程：S2↓

S1↑平衡后：S2＞S1平衡后S1與S2的濃度差產(chǎn)生的吸水力與高度差的重力相等，S1與S2的濃度差越大，高度差就越大。5.滲透平衡：

（1）現(xiàn)象：漏斗液面先升高后達到穩(wěn)定，最終處于滲透平衡狀態(tài)（2）滲透平衡時：注意：此時仍有水分子進出，且S1溶液濃度＞S2溶液濃度一、滲透系統(tǒng)變式分析:拓展延伸問題5:

若溶質(zhì)分子不能通過半透膜，只有水分子可以通過半透膜，且S1（蔗糖）＞S2（清水），則液面變化如何？滲透平衡時有沒有水分子進出？滲透平衡時S1溶液濃度=S2溶液濃度嗎？注意：滲透作用發(fā)生時，溶液濃度指物質(zhì)的量濃度（摩爾濃度）而不是質(zhì)量濃度。半透膜：只允許水分子自由透過。質(zhì)量分數(shù)為0.3g/mL的葡萄糖溶液質(zhì)量分數(shù)為0.3g/mL的蔗糖溶液思考：一段時間后，U型管左右兩側(cè)液面如何變化？為什么？拓展延伸注意：滲透作用發(fā)生時，溶液濃度指物質(zhì)的量濃度（摩爾濃度）而不是質(zhì)量濃度。半透膜：允許水分子和單糖自由透過。質(zhì)量分數(shù)為0.3g/mL的葡萄糖溶液質(zhì)量分數(shù)為0.3g/mL的蔗糖溶液思考：一段時間后，U型管左右兩側(cè)液面如何變化？為什么？一開始，由于左側(cè)溶液濃度高，所以左側(cè)液面上升，右側(cè)下降；慢慢的葡萄糖分子向右側(cè)擴散，導(dǎo)致右側(cè)溶液濃度高，右側(cè)液面上升，左側(cè)液面下降。最終葡萄糖分子在兩側(cè)分布均勻，右側(cè)液面高于左側(cè)。若半透膜只允許水分子自由透過，一段時間后，U型管左右兩側(cè)液面如何變化？為什么？U型管兩側(cè)液面高度不變。因為半透膜兩側(cè)溶液滲透壓相等，所以水分子通過半透膜向兩側(cè)的擴散速度相等。若半透膜允許水分子和單糖分子自由透過，一段時間后，U型管左右兩側(cè)液面如何變化？為什么？左側(cè)液面高于右側(cè)。最開始，半透膜兩側(cè)溶液濃度相等，所以液面等高，隨著葡萄糖向左側(cè)擴散，左側(cè)液面開始上升，上升到一定高度后停止，最終左側(cè)液面高于右側(cè)。問題:

細胞是個開放的生命系統(tǒng)，如果將裝置中的漏斗換成動物細胞還會不會吸水？如果發(fā)生現(xiàn)象能說明什么？半透膜管內(nèi)溶液外界溶液細胞質(zhì)溶液細胞膜？水進出動物細胞的原理①外界溶液溶質(zhì)的濃度<

細胞質(zhì)濃度②外界溶液溶質(zhì)的濃度>

細胞質(zhì)濃度③外界溶液溶質(zhì)的濃度=

細胞質(zhì)濃度失水皺縮形態(tài)不變吸水膨脹

動物細胞與外界溶液構(gòu)成一個滲透系統(tǒng)①半透膜：細胞膜②濃度差：細胞質(zhì)與外界溶液水進出動物細胞的原理水進出哺乳動物紅細胞的原理思考.討論問題:

紅細胞內(nèi)的血紅蛋白等有機物能夠透過細胞膜嗎？這些有機物相當(dāng)于“問題探討”所示裝置中的什么物質(zhì)？

紅細胞中的血紅蛋白是大分子有機物，不能透過細胞膜，它相當(dāng)于“問題探討”中的蔗糖分子。問題:

紅細胞的細胞膜是否相當(dāng)于一層半透膜？是（是“相當(dāng)于”，不是“等同”）問題:

當(dāng)外界溶液的濃度低時，紅細胞一定會由于吸水而漲破嗎？水進出動物細胞的原理問題:

當(dāng)外界溶液的濃度低時，紅細胞一定會由于吸水而漲破嗎？

不一定。因為紅細胞吸水膨脹后細胞內(nèi)液濃度也會下降，如果外界溶液濃度不是很低，有可能細胞內(nèi)液下降后外界溶液的濃度達到平衡，此時，紅細胞將不再吸水。問題:

紅細胞吸水或失水取決于什么條件？

取決于紅細胞內(nèi)外溶液的濃度差，一般情況下，濃度差越大時，細胞吸水或失水越多。問題:

想一想臨床上輸液為什么要用生理鹽水？

因為生理鹽水的濃度與血漿的濃度基本一致，血細胞不會因為過度吸水或失水而出現(xiàn)形態(tài)和功能上的異常。水進出動物細胞的原理如果將裝置中的漏斗換成植物細胞將如何？和動物細胞一樣也會吸水或失水嗎？水進出植物細胞的原理對農(nóng)作物施肥過多，會造成“燒苗”現(xiàn)象。將有些萎蔫的菜葉浸泡在清水中，不久，菜葉就會變的硬挺。鹽腌制過的黃瓜,皺皺巴巴，還出水。生活現(xiàn)象：問題:

以下生活現(xiàn)象說明什么問題？水進出植物細胞的原理細胞壁（全透性）細胞膜細胞質(zhì)液泡膜原生質(zhì)層植物細胞壁對于水和大部分溶質(zhì)是通透的，且伸縮性比較小提示：水分進出植物細胞主要是指水經(jīng)過原生質(zhì)層進出液泡，這一點與動物細胞有所區(qū)別。成熟的植物細胞模式圖外界溶液問題:

能否把整個原生質(zhì)層看作是一層半透膜呢？水進出植物細胞的原理實驗：探究植物細胞的吸水和失水(視頻)水進出植物細胞的原理提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗分析結(jié)果表達與交流原生質(zhì)層是否相當(dāng)于半透膜？原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜水進出植物細胞的原理將植物細胞浸潤在較高濃度的蔗糖溶液中，觀察其大小的變化；再浸潤在清水中，觀察其大小的變化。預(yù)期結(jié)果實驗方案提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗分析結(jié)果表達與交流原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜，水分子可以自由通過，而蔗糖分子不能通過。因此在蔗糖溶液中，植物細胞的中央液泡會_____，細胞______；在清水中植物細胞的液泡又會______，細胞_____。水進出植物細胞的原理縮小皺縮變大膨脹觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原探究.實驗材料用具水進出植物細胞的原理活細胞、有細胞壁、有大液泡---顏色差異（紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞）易錯警示：死細胞、未成熟的細胞（沒有中央大液泡）、動物細胞均不能發(fā)生質(zhì)壁分離洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細胞是成熟植物細胞，有大液泡，能發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原，但液泡無色，直接觀察現(xiàn)象不明顯。

黑藻是高等植物細胞，含有大液泡和大而清晰的葉綠體，能觀察到質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原探究.實驗實驗原理外因：細胞液和外界溶液存在濃度差（外界溶液溶度＞細胞液），細胞發(fā)生滲透吸水和失水內(nèi)因：（1）成熟的植物細胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜（2）原生質(zhì)層比細胞壁伸縮性大水進出植物細胞的原理觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原探究.實驗實驗試劑既能使植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離，又不會使細胞失水過多影響復(fù)原0.3g/mL的蔗糖溶液濃度過低：分離慢或不分離濃度過高：細胞失水過多死亡（如0.5g/ml蔗糖）水進出植物細胞的原理實驗步驟蓋上蓋玻片，制成洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片1234滴清水撕取洋蔥鱗片葉外表皮低倍鏡觀察撕取洋蔥鱗片葉時要不帶葉肉且不宜過大，避免制作裝片時出現(xiàn)重疊和氣泡，撕取后要放入載玻片上的清水中提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗分析結(jié)果表達與交流觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原探究.實驗實驗步驟觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原探究.實驗56低倍鏡觀察在蓋玻片的一側(cè)滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一側(cè)用吸水紙吸引

中央液泡逐漸變小，顏色變深,原生質(zhì)層與細胞壁逐漸分離;細胞大小基本不變。78在蓋玻片的一側(cè)滴加清水，在另一側(cè)用吸水紙吸引低倍鏡觀察

中央液泡逐漸變大，顏色變淺,原生質(zhì)層逐漸恢復(fù)到貼近細胞壁;細胞大小基本不變。提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗分析結(jié)果表達與交流引流法觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原探究.實驗實驗結(jié)果第一階段第二階段現(xiàn)象試劑中央液泡大小原生質(zhì)層位置細胞大小名稱原因0.3g/mL蔗糖溶液清水縮小，顏色變深質(zhì)壁分離通過滲透作用失水逐漸脫離細胞壁變大，顏色變淺逐漸貼近細胞壁質(zhì)壁分離的復(fù)原通過滲透作用吸水基本不變基本不變提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗分析結(jié)果

表達與交流0.3g/mL蔗糖溶液清水中觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原探究.實驗細胞壁的伸縮性原生質(zhì)層的伸縮性＜外因：外界溶液濃度細胞液濃度＞內(nèi)因

原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜細胞滲透失水質(zhì)壁分離質(zhì)壁分離總結(jié)質(zhì)壁分離的概念：指原生質(zhì)層和細胞壁發(fā)生分離的現(xiàn)象提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗分析結(jié)果表達與交流問題:

質(zhì)壁分離中“質(zhì)”和”壁”分別指什么？質(zhì)指原生質(zhì)層，壁指細胞壁小結(jié)：質(zhì)壁分離復(fù)原①概念：發(fā)生質(zhì)壁分離的植物細胞因吸水，恢復(fù)為原來的狀態(tài)。②質(zhì)壁分離復(fù)原的原因：外界溶液濃度小于細胞液的濃度，細胞吸水總結(jié)：發(fā)生質(zhì)壁分離或復(fù)原的條件有哪些？①具有細胞壁②具有大液泡（帶有顏色）③活細胞滲透現(xiàn)象及原理分析觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原探究.實驗問題:

原生質(zhì)體與原生質(zhì)層有什么不同？原生質(zhì)體植物細胞中特指除去細胞壁后剩余部分。（包括細胞膜、細胞質(zhì)和細胞核）。一個動物細胞

即

一團原生質(zhì)體。原生質(zhì)層細胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細胞質(zhì)。（僅存在于成熟的植物細胞中，不包括細胞核和液泡中的細胞液）拓展延伸：不同外界溶液中植物細胞的變化不同類型外界溶液現(xiàn)象：細胞略膨脹②溶質(zhì)可透過膜的溶液（如KNO3、甘油、尿素、葡萄糖等）中：①清水中：發(fā)生質(zhì)壁分離后能自動復(fù)原③溶質(zhì)不能透過膜的溶液（如蔗糖）：只發(fā)生質(zhì)壁分離滲透現(xiàn)象及原理分析拓展：植物細胞的質(zhì)壁分離及復(fù)原實驗有哪些應(yīng)用？①判斷成熟植物細胞的死活②測定細胞液濃度范圍待測成熟植物細胞一定濃度蔗糖溶液鏡檢發(fā)生質(zhì)壁分離無質(zhì)壁分離活細胞死細胞待測成熟植物細胞一系列濃度梯度的蔗糖溶液鏡檢細胞液濃度介于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛發(fā)生質(zhì)壁分離的兩蔗糖溶液濃度之間（細胞過度失水死亡將不能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原）滲透現(xiàn)象及原理分析不同植物細胞同一濃度蔗糖溶液鏡檢發(fā)生質(zhì)壁分離所需時間越短，細胞液濃度越小，反之則細胞液濃度越大③比較不同植物細胞的細胞液濃度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鏡檢發(fā)生質(zhì)壁分離所需時間越短，未知溶液的濃度越大，反之則未知溶液的濃度越小滲透現(xiàn)象及原理分析⑤鑒別不同種類的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液）成熟植物細胞不同種類溶液鏡檢只發(fā)生質(zhì)壁分離質(zhì)壁分離后自動復(fù)原溶質(zhì)不能透過半透膜（如蔗糖溶液）溶質(zhì)能透過半透膜（如KNO3溶液）如果所用溶液中的溶質(zhì)為葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，質(zhì)壁分離后因細胞主動或被動吸收溶質(zhì)微粒而使細胞液濃度增大，植物細胞會吸水引起質(zhì)壁分離后的自動復(fù)原。課堂小結(jié)滲透裝置滲透作用原理動物細胞植物細胞細胞膜原生質(zhì)層半透膜實例：洋蔥細胞滲透吸水或失水實例：哺乳動物紅細胞濃度差自由擴散和協(xié)助擴散

像水分子這樣，物質(zhì)以擴散方式進出細胞，不需要消耗細胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞椒Q為被動運輸。自由擴散協(xié)助擴散被動運輸物質(zhì)通過簡單的擴散作用進出細胞的方式物質(zhì)借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細胞的擴散方式自由擴散（簡單擴散）自由擴散（簡單擴散）過程（視頻）自由擴散（簡單擴散）1.概念：

細胞外細胞內(nèi)2.特點：

順濃度梯度運輸1不需要轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助2不需要消耗能量3問題:

以自由擴散的方式進出細胞的物質(zhì)有哪些呢？物質(zhì)通過簡單擴散作用進出細胞。自由擴散（簡單擴散）3.實例：

如：O2、CO2毛細血管壁紅細胞肺泡壁空氣氧氣15.8氧氣5.6氧氣14.5氣管、支氣管不斷分支，最終形成肺泡

O2在肺泡中與血液的交換、水（部分）甘油、乙醇、苯、維生素等。問題:

甘油、乙醇等分子為什么能以自由擴散的方式進出細胞？自由擴散（簡單擴散）

因為甘油、乙醇等都是脂溶性的物質(zhì)，與磷脂分子有較強的親和力，容易通過磷脂分子層出入細胞。3.影響因素：

濃度差溫度濃度差擴散速度轉(zhuǎn)運蛋白擴散速度能量擴散速度問題:

水分子進出細胞的方式一定是自由擴散的嗎？問題:

甘油、乙醇等分子為什么能以自由擴散的方式進出細胞？自由擴散（簡單擴散）【資料1】1988年，美國科學(xué)家阿格雷從紅細胞和腎小管中分離出一種未知功能的新的膜蛋白。1991年，經(jīng)過N-端肽鏈測序和整個cDNA序列測定，阿格雷獲得了蛋白氨基酸序列結(jié)構(gòu)，此時的他敏銳地意識到，這很可能就是大家一直在尋找的“水通道”。并由此贏得了2003年的諾貝爾化學(xué)獎。水通道細胞膜水通道蛋白結(jié)構(gòu)模式圖自由擴散（簡單擴散）正常成年人每天產(chǎn)生的原尿約為180L，最終只有約1.5L的尿液排出。其他的水去哪了？被腎小管細胞吸收進入血液了。該過程需要水分子大量、快速通過細胞膜進入腎臟細胞，自由擴散的運輸速率遠不能滿足生命活動的需要，而協(xié)助擴散能提高水的轉(zhuǎn)運速率。尿的形成過程示意圖協(xié)助擴散（易化擴散）協(xié)助擴散（易化擴散）過程（視頻）協(xié)助擴散（易化擴散）1.概念：

借助膜上的轉(zhuǎn)運