2020_2021学年新教材高中生物第4章细胞的物质输入和输出第1节被动运输课件新人教版必修第一册 41页

第 4 章 细胞 的物质输入和输出 第 1 节　被动运输 一、水进出细胞的原理 1 . 原理 细胞吸水和失水的原理是 渗透 作用 , 该作用发生须具备两个条件 : 2 . 请分析动物细胞是否具备渗透作用的条件 。 3 . 通过 P63 图 4-1“ 水进出哺乳动物红细胞的示意图 ” 说明什么问题 ? 【思考】 为什么咸瓜子吃多了容易使人口干 ? 答案 : 动物细胞可以构成一个渗透装置。其中细胞膜相当于半透膜 , 若细胞膜内部的细胞质和外侧的外界溶液具有浓度差 , 则动物细胞具备发生渗透作用的条件。 答案 : 当外界溶液的浓度小于细胞质浓度时 , 细胞吸水 ; 当外界溶液的浓度大于细胞质浓度时 , 细胞失水 ; 当外界溶液的浓度等于细胞质浓度时 , 水分进出细胞处于动态平衡。 答案 : 吃咸瓜子后外界溶液浓度升高 , 导致口腔上皮细胞失水。 预习反馈 1 . 判断正误。 (1) 植物细胞的细胞液是指细胞内的液体。 ( 　　 ) (2) 渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度。 ( 　　 ) (3) 将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中 , 不能发生渗透作用。 ( 　　 ) (4) 水分子通过细胞壁的扩散称为渗透作用。 ( 　　 ) (5) 细胞膜和液泡膜都相当于半透膜。 ( 　　 ) × × × × √ 二、探究植物细胞的吸水和失水 1 . 成熟植物细胞的结构 2 . 质壁分离中的 “ 质 ” 和 “ 壁 ” 分别指植物细胞的哪种结构 ? 3 . 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时 , 成熟植物细胞会产生什么现象 ? 答案 : 质壁分离中的 “ 质 ” 是指原生质层 ,“ 壁 ” 指细胞壁 。 答案 : 细胞失水 , 发生质壁分离 。 预习反馈 1 . 判断正误。 (1) 植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。 ( 　　 ) (2) 质壁分离过程中水分子运动只能单向进行。 ( 　　 ) (3) 成熟的植物细胞发生质壁分离过程中 , 细胞的吸水能力逐渐减小。 ( 　　 ) (4) 质壁分离是指原生质层与细胞壁分离。 ( 　　 ) × × × √ 2 . 下 图 为两个大小相同的萝卜 , 分别在上面挖一个大小相同的洞 , 并在洞内各插入一支口径与洞口相同的玻璃管 , 甲玻璃管内注入 3 mL 清水 , 乙玻璃管内注入 3 mL 一定浓度的盐水 , 一段时间后 , 两玻璃管中液面变动情况是 ( 　　 ) A. 甲中升高 , 乙中降低 B. 甲中降低 , 乙中先升高后降低 C. 甲、乙中均降低 D. 甲、乙中均升高 解析 : 依据细胞渗透作用原理 , 甲管下部细胞吸水 , 使液面下降 ; 乙管下部细胞失水 , 使液面升高。细胞可以吸收钠离子和氯离子。乙玻璃管下部细胞可发生质壁分离复原 , 细胞吸水 , 液面又下降。 答案 : B 三、自由扩散和协助扩散 ( 一 ) 自由扩散和协助扩散 1 . 自由扩散 (1) 自由扩散又叫简单扩散 , 是指物质通过简单的 扩散 作用进出细胞。 (2) 方向 : 从 高 浓度一侧到 低 浓度一侧。 (3) 条件 : 不需要 转运蛋白 , 也不需要消耗细胞内化学反应产生的 能量 。 (4) 举例 : 氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等进出细胞 。 2 . 协助扩散 (1) 协助扩散又叫易化扩散 , 是指借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。 (2) 方向 : 从 高 浓度一侧到 低 浓度一侧。 (3) 条件 : 需要 转运蛋白 的协助 , 转运蛋白有 载体蛋白 和 通道蛋白 两种。 ( 二 ) 人类对通道蛋白的探索 历程 预习反馈 判断正误。 (1) 水分子和脂质分子都可以通过自由扩散进入细胞。 ( 　　 ) (2) 自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和细胞内化学反应产生的能量。 ( 　　 ) (3) 在一定浓度范围内 , 协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。 ( 　　 ) (4) 同种物质在不同情况下的运输方式可能不同。 ( 　　 ) (5) 通过通道蛋白协助的一定是协助扩散。 ( 　　 ) (6) 水分子进入细胞 , 主要是通过自由扩散方式进行的。 ( 　　 ) (7) 载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时 , 其作用机制是一样的。 ( 　　 ) × √ √ √ √ × × 探究点一 探究点二 探究点三 渗透作用 情境导引 某市一工人在高温环境下工作数小时中暑 , 没有及时就医 , 病情加重。后来 , 该工人被送入医院 , 经诊治 , 该工人病情加重的原因是过量饮水导致水中毒。结合教材 P62“ 问题探讨 ”, 思考解决下列问题。 探究点一 探究点二 探究点三 1 . 蔗糖溶液液面上升的原因是什么 ? 答案 : 水分子可以通过半透膜 , 而蔗糖分子不能通过 , 单位体积内清水的水分子含量大于蔗糖溶液的水分子含量 , 因此单位时间内由烧杯进入漏斗的水分子数大于由漏斗进入烧杯的水分子数 , 导致漏斗内液面上升。 2 . 为什么当液面上升到一定程度时 , 液面不再上升 ? 答案 : 漏斗中的液面高于烧杯中的液面 , 液面差为 Δ H , 由于烧杯中与漏斗中的液体具有浓度差 , 即具有渗透压差 , 所以水分子有进入漏斗的趋势 ; 但是当漏斗内高出烧杯液面的液体产生的压强与渗透压处于平衡状态时 , 半透膜两侧水分子的交换率 ( 进出 ) 相同 , 液面不再升高。 探究点一 探究点二 探究点三 3 . 当液面不再上升时半透膜两侧的浓度相等吗 ? 答案 : 不相等。当液面不再上升时半透膜两侧仍存在浓度差。 4 . 联系渗透现象分析 , 为什么短时间内过量喝水会引起水中毒 ? 答案 : 短时间饮用过量的水 , 肾脏不能及时将多余的水分排出 , 使得血液被稀释 , 血浆的渗透压降低 , 引起水中毒。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 . 典型渗透装置的分析 (1) 半透膜内的溶质不能透过半透膜 , 水分子可以透过半透膜。 (2) 若 S 1 溶液浓度大于 S 2 , 则单位时间内由 S 2 →S 1 的水分子数多于由 S 1 →S 2 的水分子数 , 外观上表现为 S 1 液面上升。 (3) 在达到渗透平衡后 , 若存在如图所示的液面差 Δ h , 则 S 1 的溶液浓度仍大于 S 2 的。因为液面高的一侧形成的压强 , 会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。 探究点一 探究点二 探究点三 2. 浓度、渗透压与吸水力的辨析 溶液渗透压是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目 : 溶质微粒越多 , 溶液浓度越高 , 对水的吸引力越大 , 溶液渗透压越高。即浓度高 → 渗透压高 → 吸水力大。细胞液中的溶质微粒和外界溶液中的溶质微粒 , 哪一侧单位体积的溶质微粒数目多 , 该侧的溶液浓度高 , 该侧渗透压就高 , 吸水力就大。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 右图所示为渗透作用实验装置 , 实验开始时长颈漏斗内外液面平齐 , 记作零界面。实验开始后 , 长颈漏斗内部液面的变化趋势为 ( 注 : 坐标原点处表示零界面 , 膀胱膜不变形 )( 　　 ) 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 根据图示 , 烧杯中的液体为蒸馏水 , 长颈漏斗中的液体为蔗糖溶液。故在单位时间内 , 由烧杯中进入漏斗中的水分子数比由漏斗中进入烧杯中的水分子数要多 , 故开始时液面快速升高 ; 随着液面升高 , 漏斗内产生的压强会阻止水分子向漏斗内扩散 ; 当单位时间内进出漏斗的水分子数相等时 , 液面不再升高。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 植物体内有三个相邻的细胞 a 、 b 、 c, 已知它们的细胞液浓度大小关系是 a>b>c, 那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是 ( 　　 ) 解析 : a 的细胞液浓度最大 , 所以 b 和 c 都失水 ,a 吸水 ;b>c, 所以 b 又从 c 吸水 ,C 项正确。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 下图表示渗透作用装置 , 一段时间后液面上升的高度为 h , 其中半透膜为膀胱膜 , 装置中溶液 A 、 a 起始浓度分别用 M A 、 M a 表示 ; 如果 A 、 a 均为蔗糖溶液 , 且开始时 M a > M A , 则达到平衡后 M A 与 M a 的关系是 ( 　　 ) A. M A > M a 　　　　　　　 B. M A < M a C. M A = M a D . 不确定 解析 : 蔗糖分子不能通过半透膜 , 开始时 M a > M A , 水分子从水槽中进入漏斗 , 达到平衡时 , 因液面高的一侧溶液的压强大 , 会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散 , 故达到平衡后 M A < M a 。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 探究 植物细胞的吸水和失水 情境导引 萎蔫的叶片浸泡在清水中 , 很快变得硬挺 ; 白菜剁馅放盐后很快有水分渗出 ; 施肥过多会导致 “ 烧苗 ”, 这些现象都说明植物细胞也会发生渗透吸水或失水。请结合教材 P64“ 探究 · 实践 ” 解决下列问题 。 1 . 实验原理 (1) 植物细胞的 原生质层 相当于半透膜 , 细胞壁与原生质层具有一定的伸缩性 , 原生质层的伸缩性 大于 细胞壁的伸缩性。 (2) 外界溶液浓度 > 细胞液浓度 → 细胞 失水 , 原生质层 收缩 → 发生 质壁分离 。 (3) 外界溶液浓度 < 细胞液浓度 → 细胞 吸水 → 已发生质壁分离的细胞发生 质壁分离复原 现象。 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 实验 步骤 探究点一 探究点二 探究点三 3 . 本实验制作一个临时装片 , 但有三次观察 ( 见实验步骤 ), 请分析本实验的对照设置有什么特点。 答案 : 本实验的对照设置属于自身对照。第 1 次和第 2 次观察形成对照 , 第 2 次观察是实验组 ; 第 2 次和第 3 次观察形成对照 , 第 3 次观察是实验组。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 . 质壁分离的原因和表现 探究点一 探究点二 探究点三 2. 巧判细胞能否发生质壁分离与复原 (1) 从细胞角度分析 ① 具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象。 ② 死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞 ( 如根尖分生区细胞 ) 不发生质壁分离现象。 (2) 从溶液角度分析 ① 在一定浓度的溶质不能跨膜运输的溶液中 , 发生质壁分离现象。 ② 在一定浓度的溶质可跨膜运输的溶液中 , 先发生质壁分离 , 后自动复原 , 如 KNO 3 溶液等。 ③ 在高浓度溶液中质壁分离现象明显 , 但不能复原 , 因为溶液浓度过高 , 细胞失水过多而死亡。 ④ 盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞 , 不适于做质壁分离实验的溶液。 探究点一 探究点二 探究点三 3. 质壁分离与质壁分离复原实验的应用 (1) 比较不同植物细胞的细胞液浓度 不同的植物细胞 + 同一浓度的蔗糖溶液 → 观察细胞吸水后的状态和质壁分离程度大小 → 推断不同植物细胞细胞液浓度的大小。 (2) 判断植物细胞的死活 , 只有活的植物细胞才有质壁分离与质壁分离复原现象。 (3) 测定细胞液的浓度 , 将细胞放入一系列具有浓度梯度的蔗糖溶液中 , 观察细胞质壁分离的情况 , 即可测定该细胞液的浓度范围。 (4) 光镜下观察植物细胞 , 正常植物细胞的细胞膜很薄 , 又紧贴细胞壁 , 不易看到 , 质壁分离后 , 原生质层的最外面即为细胞膜。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 某同学在实验室中做 “ 植物细胞的吸水和失水 ” 实验时 , 在老师的帮助下 , 进行了一系列的创新实验 , 实验步骤和现象如下表 : 探究点一 探究点二 探究点三 对上表的推断或解释不正确的是 ( 　　 ) A.x 为质壁分离 , 因为细胞壁的伸缩性弱于原生质层 B.z 为细胞稍增大 , 细胞液颜色稍变浅 C.y 为质壁分离 , 滴加清水后无变化 , 原因可能是细胞失水过多而死亡 D. ④ 组无变化是因为细胞吸水量等于失水量 解析 : 洋葱表皮细胞在质量浓度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液中会发生质壁分离现象 , 而在质量浓度为 0.5 g/mL 的蔗糖溶液中会因失水过多而死亡。在物质的量浓度为 0.1 mol/L 的 KNO 3 溶液中 , 由于 K + 和 N 能 跨膜运输 , 故洋葱表皮细胞先发生质壁分离后自动复原 ;K + 和 N 进入 细胞内 , 细胞液浓度增大 , 因此滴加清水后 , 细胞吸水 , 体积稍增大。物质的量浓度为 1 mol/L 的醋酸溶液会杀死细胞 , 故在醋酸溶液中细胞无变化。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 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。 a 、 b 表示该部位的溶液浓度 , 由此可推测 ( 　　 ) A. a>b , 细胞渗透吸水 B. a=b , 渗透系统保持动态平衡 C. a