1、高中生物学高中生物学第第4 4章章 细胞的物质输入和输出细胞的物质输入和输出第第1 1节节 被动运输被动运输【学习目标【学习目标】u通过模拟实验探究膜的透性，说明漏斗中高于烧杯液面的水柱形成的通过模拟实验探究膜的透性，说明漏斗中高于烧杯液面的水柱形成的原因，进而理解水进出细胞的原理。（原因，进而理解水进出细胞的原理。（科学探究、科学思维科学探究、科学思维）u通过观察植物细胞质壁分离和复原的实验，培养学生的实验操作能力通过观察植物细胞质壁分离和复原的实验，培养学生的实验操作能力及对实验结果的分析能力。及对实验结果的分析能力。（科学探究、科学思维科学探究、科学思维）u通过比较自由扩散和协助扩散的示
2、意图，归纳二者的异同点，说明被通过比较自由扩散和协助扩散的示意图，归纳二者的异同点，说明被动运输的特点，并联系生活实际，理解被动运输的意义。动运输的特点，并联系生活实际，理解被动运输的意义。（科学思维、社会责任科学思维、社会责任）高中生物学高中生物学将一滴红色染液加入清水中，可观察到什么现象？将一滴红色染液加入清水中，可观察到什么现象？扩散现象扩散现象分子由高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。分子由高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。扩散的最终结果扩散的最终结果消除浓度差，分子均匀分布。消除浓度差，分子均匀分布。整杯水都被染红了整杯水都被染红了高中生物学高中生物学2.2.水分子渗透方向：水分子渗透
3、方向：1.1.定义：定义：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。一一.渗透作用渗透作用从水的从水的相对含量高相对含量高的一侧向的一侧向相对含量低相对含量低的一侧渗透。的一侧渗透。膜两侧溶液具有浓度差膜两侧溶液具有浓度差具有半透膜具有半透膜3.3.渗透作用发生的条件渗透作用发生的条件高中生物学高中生物学 一一.渗透作用渗透作用【思考】若将等体积的质量浓度【思考】若将等体积的质量浓度15%15%和和30%30%的两种蔗糖溶液放置在下图渗透的两种蔗糖溶液放置在下图渗透装置中，思考并回答问题。装置中，思考并回答问题。半透膜半透膜（可移动）（可移动）30%3
4、0%蔗蔗糖溶液糖溶液15%15%蔗蔗糖溶液糖溶液向左移动向左移动15%15%蔗糖溶液中水的相对含量高于蔗糖溶液中水的相对含量高于30%30%蔗糖溶液中水的相对蔗糖溶液中水的相对含量，水分子透过半透膜向右侧扩散速率大于水分子向左含量，水分子透过半透膜向右侧扩散速率大于水分子向左扩散的速率，半透膜右侧水分增多，半透膜向左移动。扩散的速率，半透膜右侧水分增多，半透膜向左移动。解释说明装置中的半透膜移动方向？解释说明装置中的半透膜移动方向？半透膜会一直移动吗，为什么？半透膜会一直移动吗，为什么？不会不会，当半透膜两侧蔗糖溶液浓度相等时，半透膜停止移动。，当半透膜两侧蔗糖溶液浓度相等时，半透膜停止移动。
5、高中生物学高中生物学 一一.渗透作用渗透作用讨论：讨论：1.1.漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内液面会无限升高吗，为什么？管内液面会无限升高吗，为什么？相同体积清水中水的相对含量高于蔗糖溶液中水的相对含相同体积清水中水的相对含量高于蔗糖溶液中水的相对含量，水分子由清水向蔗糖溶液扩散的速率大于从蔗糖溶液量，水分子由清水向蔗糖溶液扩散的速率大于从蔗糖溶液向清水扩散的速率，导致漏斗中水量增加，液面上升。向清水扩散的速率，导致漏斗中水量增加，液面上升。液面不会无限升高液面不会无限升高漏斗中高于清水液面的水柱会形成向下的压力，加快了漏斗中水
6、分向漏斗中高于清水液面的水柱会形成向下的压力，加快了漏斗中水分向外扩散的速率，最终达到动态平衡时，漏斗中水柱不再升高。外扩散的速率，最终达到动态平衡时，漏斗中水柱不再升高。高中生物学高中生物学 一一.渗透作用渗透作用讨论：讨论：2.2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还为出现原来的现象吗？如果用一层纱布代替玻璃纸，还为出现原来的现象吗？3.3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的溶液，结果会怎样如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的溶液，结果会怎样？不会不会漏斗中液面保持不变漏斗中液面保持不变纱布不是半透膜，孔隙很大，水分纱布不是半透膜，孔隙很大，水分子和蔗糖分子都能通过。子和蔗糖分子都能通过。4.4.如
7、果烧杯中加入如果烧杯中加入15%15%蔗糖溶液，漏斗中加入蔗糖溶液，漏斗中加入30%30%蔗糖溶液，漏斗中液面蔗糖溶液，漏斗中液面会升高吗？漏斗中液面停止升高时，蔗糖溶液的浓度是否相等？会升高吗？漏斗中液面停止升高时，蔗糖溶液的浓度是否相等？蔗糖溶液蔗糖溶液浓度不相等浓度不相等漏斗中液面漏斗中液面会升高会升高漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中蔗糖溶液的浓度。中蔗糖溶液的浓度。高中生物学高中生物学【当堂检测】【当堂检测】1.1.如图为渗透现象示意图，实验开始时，烧杯液面与漏斗液面相同如图为渗透现象示意图，实验开始时，烧杯液面与漏斗液面相同(均为均为a)a)，请据图分析下列选项
8、中正确的是，请据图分析下列选项中正确的是()A A漏斗液面上升过程中水分子只能由烧杯透过漏斗液面上升过程中水分子只能由烧杯透过半透膜进入漏斗而不能由漏斗渗出半透膜进入漏斗而不能由漏斗渗出B B当漏斗液面不再升高说明蔗当漏斗液面不再升高说明蔗糖分子透过半透膜达到渗透平衡糖分子透过半透膜达到渗透平衡C C农作物施肥过多造成的农作物施肥过多造成的“烧苗烧苗”现象与图示现象都是通过渗透作用实现的现象与图示现象都是通过渗透作用实现的D D若用纱布替代半透若用纱布替代半透膜重复此实验，则实验结束时漏斗最终液面高度在膜重复此实验，则实验结束时漏斗最终液面高度在a a与与b b中间中间C C高中生物学高中生物
9、学将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中：将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中：1.1 1.1 水分子进出动物细胞水分子进出动物细胞思考：水分子进出红细胞是否思考：水分子进出红细胞是否满足渗透作用发生的条件？满足渗透作用发生的条件？细胞膜具有选择透过性细胞膜具有选择透过性相当于半透膜相当于半透膜 细胞质中含有血红蛋白等溶质分子，不能通过细胞膜。细胞质中含有血红蛋白等溶质分子，不能通过细胞膜。能与外界溶液产生浓度差。能与外界溶液产生浓度差。水分子进入红细胞及其他动物细胞的原理是一样的，水分子进入红细胞及其他动物细胞的原理是一样的，都是通过都是通过渗透作用渗透作用。结论：结论：高中生
10、物学高中生物学成熟植物细胞是否具备发生渗透作用的条件呢？成熟植物细胞是否具备发生渗透作用的条件呢？1.2 1.2 水进出植物细胞水进出植物细胞成熟植物细胞成熟植物细胞细胞膜细胞膜细胞质细胞质液泡膜液泡膜原原生生质质层层细胞壁细胞壁细胞壁细胞壁 全透性全透性液泡中的细胞液液泡中的细胞液能与外界溶液产生浓度差能与外界溶液产生浓度差细胞内的液体环境细胞内的液体环境？相当于一层半透膜相当于一层半透膜原生质层原生质层？液泡液泡高中生物学高中生物学1.1.提出问题：提出问题：探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水探究探究 实践实践水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？水
11、分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？2.2.做出假设：做出假设：（对提出的问题所作的尝试性回答）（对提出的问题所作的尝试性回答）本小组的假设是：本小组的假设是：。3.3.实验设计思路：实验设计思路：原生质层相当于一层半透膜原生质层相当于一层半透膜如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液浓度时，细胞就会如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液浓度时，细胞就会 ，当外界溶液的浓度低于细胞液浓度时，细胞就会，当外界溶液的浓度低于细胞液浓度时，细胞就会 。失水失水吸水吸水高中生物学高中生物学探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水探究探究 实践实践第一次观察第
12、一次观察滴加蔗糖溶液后观察滴加蔗糖溶液后观察再次滴加清水溶液后观察再次滴加清水溶液后观察 实验过程中的实验过程中的3 3次观察都是在次观察都是在 倍镜下进行，主要观察倍镜下进行，主要观察 和和 .高中生物学高中生物学4.4.实验方法步骤实验方法步骤紫色中央液泡的大小紫色中央液泡的大小低低 将表皮细胞浸润在蔗糖溶液中时，会发生原生质层与细胞壁分将表皮细胞浸润在蔗糖溶液中时，会发生原生质层与细胞壁分离的现象即质壁分离。引起细胞发生质壁分离的外因是是离的现象即质壁分离。引起细胞发生质壁分离的外因是是 .内因是内因是 .原生质层的位置原生质层的位置原生质层的伸缩性比细胞壁大原生质层的伸缩性比细胞壁大细
13、胞液浓度小于蔗糖溶液浓度，细胞失水。细胞液浓度小于蔗糖溶液浓度，细胞失水。探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水探究探究 实践实践高中生物学高中生物学4.4.实验方法步骤实验方法步骤当细胞液与外界溶液具有浓度差时，水分就会进出植物细胞，说明当细胞液与外界溶液具有浓度差时，水分就会进出植物细胞，说明原生质层相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出植物细胞。原生质层相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出植物细胞。将发生质壁分离的细胞浸润在清水中一段时间会发生将发生质壁分离的细胞浸润在清水中一段时间会发生 .发生的原因是发生的原因是 .质壁分离复原质壁分离复原5.5.结果分析及结论：结果分析
14、及结论：细胞液浓度大于外界溶液浓度，细胞吸水，原生质层细胞液浓度大于外界溶液浓度，细胞吸水，原生质层恢复成原来的状态。恢复成原来的状态。探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水探究探究 实践实践高中生物学高中生物学探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水探究探究 实践实践【讨论】【讨论】1.1.质壁分离时，液泡颜色和细胞的吸水能力质壁分离时，液泡颜色和细胞的吸水能力如何变化？如何变化？2.2.质壁分离达到平衡状态时，细胞液浓度与外界溶液浓度的大小关系如何？质壁分离达到平衡状态时，细胞液浓度与外界溶液浓度的大小关系如何？3.3.若外界溶液浓度过高，质壁分离达到最大程度时，细胞液浓
15、度与外界溶若外界溶液浓度过高，质壁分离达到最大程度时，细胞液浓度与外界溶液浓度是否一定相等？此情况下会对细胞造成怎样的影响？液浓度是否一定相等？此情况下会对细胞造成怎样的影响？变深变深增强增强浓度相等，水分子进出细胞达到平衡状态。浓度相等，水分子进出细胞达到平衡状态。不一定相等，外界溶液不一定相等，外界溶液浓度仍大于细胞液浓度。浓度仍大于细胞液浓度。细胞失水过多而死亡细胞失水过多而死亡高中生物学高中生物学探究植物细胞的吸水和失水探究植物细胞的吸水和失水探究探究 实践实践【讨论】【讨论】4.4.实验中选择蔗糖溶液作为外界溶液的原实验中选择蔗糖溶液作为外界溶液的原因是什么？因是什么？5.5.若外界
16、溶液的溶质分子能以一定方式快速进入植物细胞内，则可能若外界溶液的溶质分子能以一定方式快速进入植物细胞内，则可能出现哪种实验现象？出现哪种实验现象？蔗糖分子不容易进入植物细胞。蔗糖分子不容易进入植物细胞。质壁分离自动复原。质壁分离自动复原。高中生物学高中生物学【当堂检测】【当堂检测】2.2.将紫色洋葱鳞片叶外表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时将紫色洋葱鳞片叶外表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时间后观察到细胞发生了质壁分离现象，下列说法错误的是间后观察到细胞发生了质壁分离现象，下列说法错误的是()A A甲物质和水都能自由通过洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞壁甲物质和水都能自由通过洋葱鳞片叶外表皮
17、细胞的细胞壁B B发发生质壁分离后的洋葱鳞片叶外表皮细胞原生质层紫色加深生质壁分离后的洋葱鳞片叶外表皮细胞原生质层紫色加深C C可通可通过原生质层的位置变化来判断是否发生质壁分离过原生质层的位置变化来判断是否发生质壁分离D D甲物质也可能甲物质也可能被洋葱鳞片叶外表皮细胞以主动运输的方式吸收被洋葱鳞片叶外表皮细胞以主动运输的方式吸收B B高中生物学高中生物学【当堂检测】【当堂检测】3.3.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。a a、
18、b b表示该表示该部位的溶液浓度，由此可推测部位的溶液浓度，由此可推测()A Aabab，细胞渗透吸水，细胞渗透吸水B Ba ab b，渗透系，渗透系统保持动态平衡统保持动态平衡C Cabab，细胞渗透失水，细胞渗透失水D D上述三种情况都有可能上述三种情况都有可能D高中生物学高中生物学解释说明：解释说明：1.1.盐碱地不利于植物生长的原因？盐碱地不利于植物生长的原因？2.2.一次性施肥过多或施肥后未及时灌溉，导致作物出现一次性施肥过多或施肥后未及时灌溉，导致作物出现“烧苗烧苗”现象的现象的原因？原因？土壤溶液浓度较高，导致植物细胞吸水减少甚至失水。土壤溶液浓度较高，导致植物细胞吸水减少甚至失
19、水。盐碱地的盐碱地的PHPH过酸或过碱时，导致细胞中蛋白质变性活，过酸或过碱时，导致细胞中蛋白质变性活，使细胞死亡。使细胞死亡。施肥后土壤溶液浓度过高并大于根细胞液的浓度，导致根细胞失施肥后土壤溶液浓度过高并大于根细胞液的浓度，导致根细胞失水，作物缺水死亡。水，作物缺水死亡。高中生物学高中生物学1.1.定义：物质以定义：物质以 方式进出细胞，方式进出细胞，消耗细胞内化消耗细胞内化 学反应所释放的能量。学反应所释放的能量。二二.被动运输被动运输2.2.类型：被动运输又分为类型：被动运输又分为 和和 两类。两类。不需要不需要扩散扩散协助扩散协助扩散自由扩散自由扩散高中生物学高中生物学二二.被动运输
20、被动运输自由扩散自由扩散物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式 物质运输方向物质运输方向 物质跨膜途径物质跨膜途径 常见实例常见实例由高浓度一侧向低浓度一侧转运由高浓度一侧向低浓度一侧转运 （顺浓度梯度顺浓度梯度）直接穿过磷脂双分子层直接穿过磷脂双分子层 水、气体分子，如水、气体分子，如O2、CO2等等脂溶性小分子，如乙醇、苯、尿素等脂溶性小分子，如乙醇、苯、尿素等 脂类小分子，如甘油、胆固醇、性激素等。脂类小分子，如甘油、胆固醇、性激素等。高中生物学高中生物学二二.被动运输被动运输O O2 2的自由扩散的自由扩散高中生物学高中生物学二二.被动运输被动运输协助
21、扩散协助扩散物质借助膜上转运蛋白进出细胞的扩散方式物质借助膜上转运蛋白进出细胞的扩散方式 物质运输方向物质运输方向 物质跨膜途径物质跨膜途径 常见实例常见实例由高浓度一侧向低浓度一侧转运由高浓度一侧向低浓度一侧转运 （顺浓度梯度顺浓度梯度）通过膜上转运蛋白进出细胞通过膜上转运蛋白进出细胞 葡萄糖进入红细胞葡萄糖进入红细胞水分子通过水通道蛋白进出细胞水分子通过水通道蛋白进出细胞 某些离子通过通道蛋白进出细胞某些离子通过通道蛋白进出细胞 资料资料1 1：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。为它们以
22、自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。思考：水分子从水多的一侧向水少的一侧思考：水分子从水多的一侧向水少的一侧扩散，属于哪种方式的扩散？扩散，属于哪种方式的扩散？后来的研究发现，水分子在通后来的研究发现，水分子在通过细胞膜时的速率高过人工膜，由过细胞膜时的速率高过人工膜，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。送水分子的通道。高中生物学高中生物学资料资料2:19882:1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种新的膜蛋白，后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，一种新的膜蛋白，后来经过实
23、验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白的存在。目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、证实了水通道蛋白的存在。目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。水水通道蛋白结构模式图通道蛋白结构模式图高中生物学高中生物学水分子很小水分子很小，不带电荷但具有极性不带电荷但具有极性，尽管能够以尽管能够以自由扩散自由扩散过膜，但过膜，但是更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以是更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散协助扩散的方式进出细胞。的方式进出细胞。水分子水通道蛋白高中生物学高中生物学肾小管对水的重吸收肾小管对水的重吸收 高中生物学高中
24、生物学载体蛋白需要与被运输的物质结合，载体蛋白需要与被运输的物质结合，每次转运时都会发生每次转运时都会发生自身构象的改变自身构象的改变高中生物学高中生物学比较载体蛋白和通道蛋白的异同分子或离子通过通道蛋白时，分子或离子通过通道蛋白时，不需要不需要与通道蛋白与通道蛋白结合结合，只容许与自身通道，只容许与自身通道直径和形状相适配直径和形状相适配、大小和电荷相适大小和电荷相适宜宜的分子或离子通过。的分子或离子通过。高中生物学高中生物学二二.被动运输被动运输比较自由扩散和协助扩散比较自由扩散和协助扩散相同点相同点膜两侧物质浓度差膜两侧物质浓度差顺浓度梯度顺浓度梯度（不消耗能量）（不消耗能量）扩散方向：
25、扩散方向：扩散动力：扩散动力：物质直接穿过磷脂双分子层进出细胞物质直接穿过磷脂双分子层进出细胞物质借助载体物质借助载体/通道蛋白进出细胞通道蛋白进出细胞不同点不同点自由扩散自由扩散协助扩散协助扩散运输速率膜两侧的浓度差运输速率膜两侧的浓度差判断：哪条曲线是自由扩散/协助扩散？请说出判断依据。高中生物学高中生物学限制因素：限制因素：载体载体/通道蛋白通道蛋白数量有限数量有限高中生物学高中生物学4.4.下列关于物质跨膜运输实例的叙述中，不正确的是下列关于物质跨膜运输实例的叙述中，不正确的是()A)A细胞细胞吸水和失水是水分子顺浓度梯度跨膜运输的过程吸水和失水是水分子顺浓度梯度跨膜运输的过程B B水
26、分子跨膜运水分子跨膜运输总的方向是由低浓度溶液向高浓度溶液输总的方向是由低浓度溶液向高浓度溶液C C无机盐离子可以顺浓无机盐离子可以顺浓度梯度进行跨膜运输度梯度进行跨膜运输D D物质跨膜运输的速率只受膜两侧的浓度差物质跨膜运输的速率只受膜两侧的浓度差决定决定【当堂检测】【当堂检测】D D高中生物学高中生物学【当堂检测】【当堂检测】4.4.下图为细胞膜结构和物质跨膜运输的示意图下图为细胞膜结构和物质跨膜运输的示意图，下列相关叙述中不，下列相关叙述中不正确的是正确的是()A)Aa a、c c运输方式都需要转运蛋白的参与，运输速率运输方式都需要转运蛋白的参与，运输速率具有饱和性具有饱和性B B膜上的膜上的A A分子分布不均匀，且大多数可以运动分子分布不均匀，且大多数可以运动C Cb b可表示细胞呼吸产生的可表示细胞呼吸产生的COCO2 2向细胞外运输向细胞外运输D Db b、c c中物质均为顺浓中物质均为顺浓度梯度扩散度梯度扩散C实例：水进出细胞的原理高中生物学高中生物学【课堂小结【课堂小结】
