人教版高中生物必修一第4章第1节被动运输

第1节被动运输学习目标核心素养1．掌握渗透作用发生的条件。(重点)2.描述质壁分离与复原的过程。(重点)3.理解植物细胞的失水和吸水在实验中的应用。(难点)4.举例说明自由扩散和协助扩散及其特点。(重点)1．通过对渗透作用和动植物细胞的吸水和失水的学习，养成模型与建模的科学思维方式。2.通过实验观察植物细胞的质壁分离和复原，提高实验设计和实验结果分析的能力。3.通过被动运输的学习，形成分析与归纳的科学思维方式。一、水进出细胞的原理——渗透作用1．渗透作用的概念水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。2．渗透作用具备的两个条件(1)具有③半透膜。(2)膜两侧①②具有浓度差。3．动物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。(2)条件及现象过程条件现象吸水外界溶液的浓度＜细胞质的浓度失水外界溶液的浓度＞细胞质的浓度平衡外界溶液的浓度＝细胞质的浓度4.植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构(2)原理和现象①外界溶液浓度大于细胞液浓度时，发生质壁分离现象。②外界溶液浓度小于细胞液浓度时，发生质壁分离复原现象。二、植物细胞的质壁分离和复原1．实验原理成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。2．实验步骤及现象3．发生质壁分离的原因(1)外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度。(2)内因：原生质层比细胞壁的伸缩性大。三、自由扩散和协助扩散1．被动运输：物质以扩散方式进入细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的跨膜运输方式，包括自由扩散和协助扩散。2．自由扩散和协助扩散自由扩散(也叫简单扩散)协助扩散(也叫易化扩散)图示甲乙条件不需要转运蛋白，不消耗能量需要转运蛋白，不消耗能量运输方向高浓度一侧→低浓度一侧举例O2和CO2葡萄糖、氨基酸的顺浓度跨膜运输1．动物细胞的细胞膜相当于半透膜。()2．当外界溶液与细胞质浓度相同时，水分不进不出。()3．植物细胞的原生质层指去掉细胞壁的部分。()4．物质跨膜运输都是顺相对含量梯度进行的。()5．细胞对于物质的输入和输出具有选择性。()6．相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内。()7．葡萄糖进入红细胞的过程不需要载体蛋白的协助。()提示：1．√2．×外界溶液与细胞质浓度相等时，水分进出达到平衡。3．×植物细胞去掉细胞壁叫原生质体，原生质体包含细胞液。4．×物质运输可以逆相对含量梯度进行。5．√6．×一些离子进入细胞的方式是主动运输。7．×葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助。渗透现象及原理分析[问题探究]1．根据材料P62“问题探讨”，思考讨论下列问题：漏斗内液面升高的原因是什么？漏斗内的液面会一直上升吗？为什么？提示：单位体积的清水中水分子数大于蔗糖溶液中的水分子数，单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子多于由蔗糖溶液进入清水的水分子。但漏斗内的液面不会一直上升。因为随着漏斗内液面的上升，漏斗内液面与烧杯内液面差产生的静水压会增大，由于静水压的作用，漏斗内的水分子向烧杯扩散的速度会加快，当水分子由蔗糖溶液向清水扩散的速度与由清水向蔗糖溶液扩散的速度相等时，扩散达到平衡状态，漏斗内的液面不再上升。2．渗透装置中，当漏斗内溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度相同吗？提示：不同。渗透作用达到平衡时，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等，漏斗内蔗糖溶液的浓度仍高于烧杯中清水的浓度。3．如果用纱布代替玻璃纸，漏斗液面还会升高吗？如果烧杯内不是清水，而是同浓度的蔗糖溶液，漏斗液面还会升高吗？提示：不会，因为纱布是全透性的，水分子和蔗糖溶液都能通过。如果烧杯内是同浓度的蔗糖溶液则液面不会升高，因为半透膜两侧溶液没有浓度差。4．根据以上的探讨，思考发生渗透作用需要具备哪些条件？提示：半透膜和浓度差。[归纳总结]1．渗透现象的分析(1)图示(2)原理分析(3)分析上图②可知：Δh产生的压强与水和蔗糖溶液产生的渗透压达到平衡，使半透膜两侧水分子的交换速率相等时，液面不再升高。2．动植物细胞都是渗透系统3．渗透作用的应用(1)比较不同溶液浓度的大小漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论①若漏斗内液面上升，则MN②若漏斗内液面不变，则M＝N③若漏斗内液面下降，则MN(2)判断细胞质浓度或者细胞液浓度将动植物细胞放在不同浓度的溶液中，观察细胞的吸水和失水状态，可以根据细胞的形态判断细胞液或细胞质浓度的大小。易错提醒：有关渗透现象的两点提醒(1)两溶液间的水分子进行双向运动，实际观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。(2)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。1．右图为渗透装置示意图，a、b分别为不同浓度的蔗糖溶液。据图判断，下列叙述错误的是()A．若c为一层纱布，则不会发生此现象B．实验开始时，c两侧的溶液浓度大小是abC．实验过程中漏斗管内的液面先上升后保持稳定D．当漏斗管内的液面停止上升时，水分子进出漏斗达到动态平衡B[纱布不能作为半透膜，则漏斗内的蔗糖会扩散到外界溶液中，浓度差无法维持，液面不会上升，A项正确；由图知，b漏斗液面上升，故实验开始时溶液浓度大小是ba，B项错误；实验过程中漏斗管内的溶液浓度较大，水分子进入漏斗内的多于从漏斗出来的，液面先上升，达到一定高度后液面不再上升，水分子进出漏斗达到动态平衡，C、D项正确。](1)漏斗管内的液面保持稳定后，若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，则达到平衡时，漏斗中液面上升的高度与原来相比有什么变化？提示：吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，由于渗透作用液面会继续上升，上升的时候将漏斗中的溶液稀释，因此上升的高度会下降。(2)若向漏斗中滴入清水，漏斗中液面的高度有什么变化？提示：向漏斗中滴入清水，漏斗内溶液的浓度降低，漏斗内的液面会降低。(3)若向烧杯内加入适量的清水，漏斗内的液面有什么变化？提示：向烧杯内加入清水，烧杯内溶液的浓度降低，漏斗内液面会上升。2．图1表示两种物质扩散的图解，图2为甲、乙两个实验装置，则实验结果应是()图1图2A．图2的甲中水柱a将持续上升B．图2的甲中水柱a将先上升后下降C．图2的乙中水柱b上升到一定高度后维持不变D．图2的乙中水柱b将先上升后下降D[由于图甲中的淀粉不能透过半透膜，所以图甲中的液面高度先上升，达到一定高度后保持不变；图乙装置漏斗中葡萄糖溶液浓度大，导致液面上升，由于葡萄糖分子能够通过半透膜，导致半透膜两侧浓度差降低，所以漏斗中液面又会降低，最后液面平衡。]植物细胞的质壁分离和复原实验[问题探究]1．为什么要用紫色洋葱外表皮作为实验材料？根尖分生区细胞会不会出现质壁分离？提示：紫色洋葱外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液泡中的细胞液呈紫色，有利于观察。根尖分生区细胞不会发生质壁分离，因为它无大液泡。2．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？提示：观察正常洋葱鳞片叶表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。3．细胞质壁分离过程中，细胞液的浓度和细胞的吸水能力有什么变化？质壁分离复原过程中，两者又有什么变化？提示：质壁分离过程中，随着质壁分离程度增大，细胞液的浓度增大，植物细胞吸水能力增强；质壁分离复原过程中，随着质壁分离复原的进行，细胞液的浓度变小，植物细胞吸水能力减弱。4．发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？提示：因为细胞壁是全透性的，所以洋葱表皮细胞原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。5．本实验选用0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低分别对实验有何影响？提示：选用0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度过快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。6．若用合适浓度的KNO3溶液进行实验，结果发现细胞质壁分离后，没有滴加清水，出现了自动质壁分离复原现象。请分析原因是什么？提示：开始外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；细胞主动吸收K＋和NO－3后，随着细胞液浓度增大，质壁分离又会自动复原。[归纳总结]1．质壁分离的原因及表现分析2．实验需要注意的问题(1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、活的且液泡带有一定颜色的植物组织进行实验，便于观察实验现象。(2)滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作。(3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡。(4)当以可吸收的物质作溶质时(如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等)，可出现质壁分离及自动复原现象。3．质壁分离实验的拓展应用(1)判断细胞的生活情况：只有活的植物细胞才能发生质壁分离。(2)防腐杀菌：在高浓度的溶液中，细菌等微生物将因失水过多而死亡，从而有效防止了食品腐烂变质。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液――→镜检发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大。(4)测定细胞液浓度范围待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液――→镜检细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间。1．紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离后，在显微镜下可观察到()C[解此题的关键是观察图中细胞核的位置及液泡颜色深浅。紫色洋葱表皮细胞色素分布在液泡中，细胞质无色；洋葱表皮细胞的细胞核在细胞质中，不在液泡内；发生质壁分离的细胞，液泡紫色变深，故C正确。]2．将同一成熟植物细胞依次浸入蒸馏水、0.3mol/L的蔗糖溶液和0.4mol/L的KNO3溶液中，测得液泡的体积随时间的变化曲线如图所示，则曲线A、B、C分别代表细胞所处的溶液是()A．蒸馏水、蔗糖溶液、KNO3溶液B．KNO3溶液、蒸馏水、蔗糖溶液C．蒸馏水、KNO3溶液、蔗糖溶液D．蔗糖溶液、KNO3溶液、蒸馏水C[浸入蒸馏水，细胞吸水膨胀，一段时间达到平衡，为A曲线。浸入0.3mol/L的蔗糖溶液，细胞失水发生质壁分离，细胞体积缩小，一段时间后达到平衡，为C曲线。浸入0.4mol/L的KNO3溶液，开始一段时间细胞失水发生质壁分离，细胞体积缩小，后来由于K＋、NO－3离子进入细胞液，导致细胞液浓度增加，重新吸水，发生质壁分离复原，为B曲线。故C正确。]自由扩散和协助扩散[问题探究]1．试从物质运输动力角度分析，为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？提示：自由扩散和协助扩散的物质运输动力都是物质浓度差，即都是顺浓度梯度进行的，不需要消耗能量，所以统称为被动运输。2．葡萄糖穿越细胞膜进入红细胞的运输速率存在一个饱和值，请结合红细胞吸收葡萄糖的方式分析，出现饱和值的原因是什么？提示：红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，需要载体蛋白协助，出现饱和值的原因是受细胞膜上载体的数量的限制。3．转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种类型，二者的区别是什么？提示：载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变；通道蛋白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，分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白相结合。[归纳总结]1．影响自由扩散和协助扩散的因素方式影响因素影响趋势曲线自由扩散膜两侧物质的浓度差与浓度差呈正相关协助扩散①膜两侧物质的浓度差；②膜上转运蛋白的种类和数量当转运蛋白达到饱和时，物质浓度增加，物质的运输速率也不再增加2.水分子进出细胞的方式(1)通过自由扩散方式进出细胞。(2)借助于水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。易错提醒：(1)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率。(2)载体蛋白和通道蛋白的作用机制不同。1．(2018·北京高考)细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。下列物质中，以(自由)扩散方式通过细胞膜的是()A．Na＋B．二氧化碳C．RNAD．胰岛素B[一般Na＋内流时属于协助扩散，Na＋外流时属于主动运输，A项错误；二氧化碳的运输属于自由扩散，B项正确；RNA不通过细胞膜，C项错误；胰岛素是通过胞吐的方式被分泌出细胞的，D项错误。]2．人体组织细胞从组织液中吸