資源簡介

4.1被動運輸
2023-2024學年高一生物學人教版（2019）必修一
【新知導學】
水進出細胞的原理
1.滲透作用
(1)含義：水分子(或其他溶劑分子)通過 的擴散。
(2)方向：從水相對含量高的一側向相對含量 的一側滲透。
2.水進出動物細胞(以哺乳動物紅細胞為例)
(1)動物細胞所形成的“滲透裝置”
①半透膜： 。
②濃度差： 與外界溶液之間的濃度差。
(2)現象
①當外界溶液濃度 細胞質的濃度時，細胞失水。
②當外界溶液濃度 細胞質的濃度時，水分子進出平衡。
③當外界溶液濃度 細胞質的濃度時，細胞吸水。
3.水進出植物細胞(以成熟植物細胞為例)
植物細胞所形成的“滲透裝置”
(1)半透膜(原生質層)：細胞膜、 以及兩層膜之間的細胞質。
(2)濃度差： 與外界溶液之間的濃度差。
①外界溶液濃度 細胞液濃度時，發生質壁分離現象。
②外界溶液濃度 細胞液濃度時，發生質壁分離復原現象。
4.植物細胞的質壁分離和復原
（1）實驗原理
成熟的植物細胞的 相當于一層半透膜，細胞液具有一定的濃度，能夠滲透失水和吸水。
（2）實驗步驟及現象
制作裝片：制作洋蔥鱗片葉外表皮的臨時裝片
↓
低倍鏡觀察：有一個紫色的中央大液泡，原生質層緊貼細胞壁
↓
滴加蔗糖溶液：在蓋玻片的一側滴加蔗糖溶液，在另一側用 吸引
↓
低倍鏡觀察：觀察液泡大小和原生質層的位置
↓
滴加清水：在蓋玻片的一側滴加清水，在另一側用吸水紙吸引
↓
低倍鏡觀察：觀察液泡大小和原生質層的位置
（3）發生質壁分離的原因
①外因：外界溶液濃度 細胞液濃度。
②內因：原生質層比細胞壁的伸縮性 。
自由擴散和協助擴散
1.概念：物質以擴散方式進出細胞， 消耗細胞內化學反應所釋放的能量，這種物質跨膜運輸方式稱為 。
2.類型
(1)自由擴散
①概念：物質通過簡單的 進出細胞。
②特點： (填“順”或“逆”)濃度梯度； (填“需要”或“不需要”)載體；
(填“需要”或“不需要”)能量。
③舉例： 、脂質小分子等。
(2)協助擴散
①概念：借助膜上的轉運蛋白進出細胞的物質擴散方式。
②特點： (填“順”或“逆”)濃度梯度； (填“需要”或“不需要”)載體；
(填“需要”或“不需要”)能量。
③舉例： 通過通道蛋白進出細胞。
3.影響因素
(1)被動運輸的速率直接受膜內外物質 的影響。
(2)協助擴散的速率還與 的數量有關。
4.轉運蛋白
(1)分類：載體蛋白和 。
(2)特點：具有 。
①載體蛋白： 容許與自身結合部位相適應的分子或離子通過，且每次轉運時都會發生自身構象的改變。
②通道蛋白：只容許與自身通道的直徑和形狀相適配，大小和電荷相適宜的分子或離子通過。分子或離子 與通道蛋白結合。
(3)實例
①水分子的運輸更多的是借助細胞膜上的 以 方式進出細胞。還可以以
方式進出細胞。
②細胞膜上還存在一些無機鹽離子的通道蛋白。(例如：Na＋通道、K＋通道)
【問題思考】
1.發生質壁分離的洋蔥鱗片葉外表皮細胞的原生質層與細胞壁之間是何物質？
2.在農業生產中有“肥大燒苗”的說法，請用你學到的知識解釋其中的生物學原理。
3.轉運蛋白分為載體蛋白和通道蛋白兩種類型，二者的區別是什么？
【易錯辨析】
1.植物細胞放在0.3g/mL的蔗糖溶液中，都能發生質壁分離現象。（ ）
2.具有半透性的結構都具有選擇透過性。（ ）
3.小分子、離子通過細胞膜的方式可能不同。（ ）
4.甘油是極性分子，所以不能以自由擴散的方式通過細胞膜。（ ）
5.哺乳動物成熟的紅細胞吸收葡萄糖時，需要轉運蛋白協助，可以逆濃度梯度進行。（ ）
6.協助擴散的速率與膜兩側的濃度差成正比。（ ）
【成果檢測】
1.滲透作用需要滿足的條件是( )
A.需要有半透膜 B.需要有濃度差和半透膜
C.需要有雜質 D.不需要任何條件
2.下列四項中，除了哪項外，其余都是一個植物細胞組成滲透系統的理由( )
A.纖維素分子和果膠構成的細胞壁是全透性的
B.由細胞膜、細胞質、液泡膜構成的原生質層相當于半透膜
C.細胞液具有一定的濃度
D.細胞液的濃度大于（或小于）外界溶液的濃度
3.腌制咸菜時，將白蘿卜切條后放在鹽水中，蘿卜條隨之發生的變化是( )
A.吸水變硬 B.失水變軟 C.吸水變軟 D.失水變硬
4.紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞在0.3g/mL的蔗糖溶液中發生質壁分離后，在顯微鏡下觀察的正確圖示是( )
A. B.
C. D.
5.將新鮮的洋蔥外表皮細胞放入有少量藍墨水（色素分子不能進入活細胞）、濃度為30%的蔗糖溶液中。一段時間后在顯微鏡下觀察，細胞的狀態如圖所示，此時部位①②③的顏色分別是( )
A.①無色②無色③紫色 B.①藍色②綠色③紫色
C.①藍色②無色③紫色 D.①藍色②藍色③藍色
6.如圖是自由擴散和協助擴散示意圖，細胞的生命活動離不開水，水分子能夠通過圖中的兩種方式進出細胞，但水進出細胞的主要方式是( )
A.自由擴散 B.簡單擴散
C.協助擴散 D.以上都不是
7.CO2進出細胞的方式是( )
A. 自由擴散 B. 協助擴散
C. 主動運輸 D. 胞吞、胞吐
8.已知自由擴散和協助擴散實驗數據如表1和表2所示，請回答下列有關問題。
表1自由擴散
濃度差（mmol/L） 5 10 15 20 25 30
運輸速率（分子/秒） 2.4 4.7 7.3 9.5 12.2 14.4
表2協助擴散
濃度差（mmol/L） 1.5 3 4.5 6 7.5 9
運輸速率（分子/秒） 8 15 24 30 31 31
（1）自由擴散和協助擴散都屬于細胞____________運輸方式。
（2）兩種運輸方式中分子運輸速率隨濃度差變化的相同點是在一定濃度范圍內，運輸速率隨濃度差的加大而____________（填“變快”“不變”或“變慢”）。
（3）兩種方式中分子運輸速率隨濃度差變化不同點是超過一定濃度范圍，協助擴散的運輸速率____________，而自由擴散沒有這種現象。產生該現象的原因是協助擴散的運輸速率____________
（4）請根據表格數據再找出兩種方式中分子運輸速率隨濃度差變化的一個不同點，并解釋原因________________________________________________。
答案以及解析
【新知導學】
半透膜 低 細胞膜 細胞質 大于 等于 小于 液泡膜 細胞液 大于 小于 原生質層 吸水紙 大于 大 不需要 被動運輸 擴散作用 順 不需要 不需要 氣體 順 需要 不需要 鉀離子 濃度梯度大小 轉運蛋白 通道蛋白 特異性 只 不需要 水通道蛋白 協助擴散 自由擴散
【問題思考】
1.因為細胞壁是全透性的，所以發生質壁分離的洋蔥鱗片葉外表皮細胞的原生質層與細胞壁之間是蔗糖溶液。
2.施肥過多會導致土壤溶液濃度過大，植物根部細胞失水過多，植株缺水而萎蔫。
3.載體蛋白只容許與自身結合部位相適應的分子或離子通過，而且每次轉運時都會發生自身構象的改變；通道蛋白只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過，分子或離子通過通道蛋白時，不需要與通道蛋白相結合。
【易錯辨析】
× × √ × × ×
【成果檢測】
1.答案：B
解析：A、滲透作用的發生不僅僅需要半透膜，還需要半透膜兩側的溶液具有濃度差，A錯誤；B、根據以上分析已知，滲透作用的發生需要有濃度差和半透膜，B正確；C、雜質的有無并不是滲透作用的必需條件，C錯誤；D、滲透作用的發生需要有濃度差和半透膜，D錯誤。故選B。
2.答案：A
解析：滲透系統形成條件包括半透膜以及半透膜兩側溶液具有濃度差。細胞壁全透性；由細胞膜、細胞質、液泡膜構成的原生質層相當于半透膜；細胞液具有一定濃度，才能與外界溶液構成濃度差，如成熟植物細胞，未成熟植物細胞沒有大液泡，沒有一定濃度細胞液，不能滲透吸水；大于（或小于）外界溶液的濃度，與外界溶液具有濃度差；故選A。
3.答案：B
解析：植物細胞內外由于存在濃度差，植物細胞就會因吸水或失水而發生變形。
植物細胞既可以失水，也可以吸水，這主要取決于細胞周圍水溶液的濃度和細胞濃度的大小。當周圍外界溶液的濃度大于細胞液濃度時，細胞就失水：當細胞液濃度大于細胞周圍水溶液的濃度時，細胞就吸水。腌咸菜時放入鹽水中的白蘿卜條，由于白蘿卜條細胞液的濃度小于鹽水溶液的濃度，會導致白蘿卜細胞失水，從而導致白蘿卜條皺縮變小、變軟。綜上所述，B正確， A、C、D錯誤故選B。
4.答案：D
解析：將紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞在0.3g/mL的蔗糖溶液中，細胞由于失水，導致原生質層與細胞壁分離，細胞液呈現紫色；由于細胞壁具有全透性，原生質層與細胞壁之間充滿蔗糖溶液，因而表現無色；另外細胞核被液泡擠到細胞質的一側。據此分析判斷，符合條件的是D。
故選D。
5.答案：C
解析：將新鮮的洋蔥外表皮細胞放入有少量藍墨水（色素分子不能進入活細胞）、濃度為30%的蔗糖溶液中。該細胞為活細胞，色素分子不能跨膜運輸。因此一段時間后在顯微鏡下觀察，細胞發生質壁分離，此時部位①是藍墨水的藍色、②是細胞質基質的無色、③是細胞液的紫色。故選：C。
6.答案：C
解析：水分子進出細胞的方式有自由擴散（也叫簡單擴散）和協助擴散，但主要是借助細胞膜上的水通道蛋白以協助擴散的方式進出細胞，C正確。
7.答案：A
解析：CO2出組織細胞的方式是自由擴散，動力是濃度差，特點是不需要載體和能量。
故選：A。
8.答案：（1）被動
（2）變快
（3）①.不再提高
②.受載體蛋白數量限制
（4）（在一定濃度范圍內）協助擴散比自由擴散更為高效，因為助擴散通過載體蛋白運輸，所以更為高效
解析：（1）自由擴散和協助擴散都屬于高濃度向低濃度的被動運輸。
（2）兩種方式中分子運輸速度隨濃度差變化的相同點是一開始都隨著濃度差的增大而增大。
（3）兩種方式中分子運輸速度隨濃度差變化的不同點是協助擴散當濃度差增大到一定數值時，轉運速率不再增大。產生這些不同的原因是協助擴散的轉運速率除了和濃度差有關外，還與載體有關。
（4）結合表格中兩種運輸方式的濃度差對應的運輸速率可知，（在一定濃度范圍內）協助擴散比自由擴散更為高效，因為助擴散通過載體蛋白運輸，所以更為高效。

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