資源簡介

4.1被動運輸學案
【學習目標】
理解滲透作用的概念及發生的條件，理解動物細胞的細胞膜、植物細胞的原生質層都相當于一層半透膜
通過觀察植物細胞質壁分離和復合實驗，分析實驗現象發生的條件、原因，闡明原生質層具有選擇透過性
理解自由擴散和協助擴散都是順濃度梯度運輸，都不需要細胞提供能量，因此屬于被動運輸
【學習重難點】
1.水進出細胞的原理。
2.探究植物細胞的吸水和失水。
3.自由擴散和協助擴散。
【預習新知】
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．被動運輸的概念：物質以擴散方式進出細胞，不需要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被動運輸。
2．被動運輸類型
方式 自由擴散(也叫簡單擴散) 協助擴散(也叫易化擴散)
特點 物質通過簡單的擴散作用進出細胞 借助膜上的轉運蛋白進出細胞的擴散
實例 O2、CO2、甘油、脂肪酸、乙醇、苯等 葡萄糖進入紅細胞、水分子借助水通道蛋白進出細胞
3．轉運蛋白的種類
名稱 轉運對象 特點
載體蛋白 與自身結合部位相適應的分子或離子 每次轉運時都會發生自身構象的改變
通道蛋白 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 轉運分子或離子不需要與通道蛋白結合
4．影響被動運輸的因素（構建數學模型）
(1)被動運輸的速率直接受膜內外物質濃度梯度（濃度差）大小的影響。
(2)協助擴散的速率還與轉運蛋白的數量有關。
(3)溫度：溫度影響生物膜的流動性，影響物質運輸速率。
5.生物膜的結構特點是什么？
生物膜的結構特點是具有一定的流動性。
6.生物膜的功能特點是什么？
生物膜的功能特點是選擇透過性。
【易錯提示】
動植物細胞吸水和失水與滲透系統的關系
(1)植物根尖分生區細胞，無大液泡，不能發生質壁分離，但可看成是一個滲透系統，細胞膜相當于半透膜。
(2)動物細胞無細胞壁，不能發生質壁分離，但也可看成是一個滲透系統，細胞膜相當于半透膜。
(3)細胞壁具有全透性，所以在原生質層與細胞壁之間的液體與外界溶液相同。
【鞏固訓練】
1.下列各項無法通過質壁分離實驗證明的是( )
A.成熟植物細胞的死活 B.原生質層的伸縮性比細胞壁大
C.成熟植物細胞能進行滲透吸水 D.水分子通過通道蛋白進入細胞
2.圖表示物質進入細胞的方式是( )
A.自由擴散 B.協助擴散 C.主動運輸 D.胞吞作用
3.將某種植物的成熟細胞放入2mol·L-1的乙二醇溶液中，其原生質體的體積變化趨勢如圖所示。下列說法正確的是( )
A.若換成2mol·L-1的蔗糖溶液，也會發生與圖中類似的變化
B.B點時植物細胞液的滲透壓與2mol·L-1的乙二醇溶液相等
C.AB段植物細胞原生質體的吸水能力持續增強
D.A、C兩點所在時刻植物細胞液的滲透壓相等
4.水孔蛋白（AQP）也稱為水通道蛋白，是一類介導水分子跨膜運輸的膜蛋白。有科學家在研究中發現：哺乳動物成熟的紅細胞在清水中會很快膨脹破裂，而爪蟾的卵母細胞在清水中不會發生這種變化。將控制紅細胞膜上CHIP28蛋白合成的mRNA注入爪蟾的卵母細胞中，卵母細胞在清水中迅速膨脹，并于5分鐘內破裂。請回答下列問題：
(1)哺乳動物成熟的紅細胞適合于提取較純凈的細胞膜，原因是____________。
(2)爪蟾的卵母細胞CHIP28蛋白在加工、運輸過程中，除線粒體外，還需要___________（填細胞器）參與。
(3)上述實驗還不能肯定CHIP28蛋白就是水通道蛋白，也可能是CHIP28蛋白___________（填“激活”或“抑制”）了爪蟾卵母細胞膜上的水通道蛋白。請選擇合適的實驗材料，設計一簡單實驗，以驗證CHIP28蛋白就是水通道蛋白。材料：具有生物學活性的CHIP28蛋白、人工脂質體（僅由磷脂雙分子層構成的球形囊泡）、清水、生理鹽水及其它必需藥品等。
實驗設計思路：______________；實驗預期結果：若_____________，則表明CHIP28蛋白就是水通道蛋白。
5.下列關于細胞吸水和失水的敘述，錯誤的是( )
A.成熟動植物細胞都可通過滲透作用吸水和失水
B.液泡是植物細胞吸水和失水的必需結構
C.植物細胞原生質層比細胞壁的伸縮性大
D.一般選擇哺乳動物紅細胞來探究動物細胞的吸水和失水
參考答案
1.答案：D
解析：A.成熟植物細胞放到清水中，若不能發生質壁分離則說明是死細胞，反之是活細胞，A正確；B.質壁分離的內因是原生質層的伸縮性大于細胞壁的伸縮性，B正確；C.成熟的植物細胞進行質壁分離，會進行滲透失水，C正確；D.質壁分離實驗無法證明水分子可以通過通道蛋白進入細胞，D錯誤。
故選：D。
2.答案：B
解析：根據圖示分析，物質進入細胞時從高濃度一側運輸到低濃度一側，需要載體協助，但不消耗能量，所以其方式是協助擴散。
故選：B。
3.答案：C
解析：A、圖示原生質體相對體積先減小，然后逐漸增大并恢復原狀，說明細胞先發生質壁分離，然后又自動復原，說明乙二醇能進入細胞，若換成蔗糖溶液，由于糖分子不能進入細胞，所以不能發生自動復原現象，A錯誤；
B.B點時為質壁分離的最大程度，此時植物細胞液滲透壓最大，與外界溶液滲透壓相等，但AB段細胞失水，同時乙二醇被細胞不斷吸收。因此外界乙二醇溶液滲透壓變小，小于2moI·L-1的乙二醇溶液，所以B點時植物細胞液的滲透壓與2moI·L-1的乙二醇溶液不相等，B錯誤；
C、AB段植物細胞原生質體相對體積逐漸減小，說明細胞一直失水，細胞液滲透壓不斷增加，原生質體的吸水能力持續增強C正確；
D、BC段為細胞的自動復原過程，說明乙二醇能進入細胞，由于乙二醇進入了細胞，且細胞壁的伸縮性小于原生質層的伸縮性，使細胞不能無限吸水，所以A、C兩點所在時刻植物細胞液的滲透壓不一定相等，D錯誤。
故選C。
4.答案：(1)無細胞器膜和核膜，只有細胞膜
(2)內質網、高爾基體
(3)激活；將人工脂質體均分為兩組，一組將具有生物學活性的CHIP28蛋白整合到脂質體膜上，作為實驗組；另一組不整合，作為對照組；將兩組脂質體放入清水中，觀察它們的體積變化；實驗組脂質體體積膨脹甚至破裂，對照組脂質體體積幾乎沒有變化
解析：(1)哺乳動物成熟的紅細胞沒有各種細胞器和細胞核，唯一的生物膜為細胞膜，適合于提取較純凈的細胞膜。
(2)水孔蛋白CHIP28位于細胞膜上，所以與該蛋白加工、運輸有關的細胞器除線粒體外，還有內質網和高爾基體。
(3)CHIP28mRNA注入爪蟾的卵母細胞中，卵母細胞在清水中迅速膨脹，并于5分鐘內破裂，可能的原因有:①CHIP28本身就是水孔蛋白;②CHIP28在爪蟾的卵母細胞中合成后，激活了細胞膜上處于抑制狀態的水孔蛋白。所以可利用脂質體設計簡單的驗證實驗，因為脂質體本身沒有任何蛋白質。具體思路:①將人工脂質體均分為兩組，一組將具有生物學活性的CHIP28蛋白整合到脂質體膜上，作為實驗組;另一組不整合，作為對照組。②將兩組脂質體放入清水中，觀察它們的體積變化。若實驗組脂質體體積膨脹甚至破裂，對照組脂質體體積幾乎沒有變化，則表明CHIP28蛋白就是水通道蛋白。
5.答案：B
解析：動物細胞膜相當于一層半透膜，成熟植物細胞的原生質層也相當于一層半透膜，動物細胞和成熟植物細胞的吸水和失水都可通過滲透作用完成，A正確；沒有液泡的細胞也能完成細胞的吸水和失水過程，如分生區細胞，因此，液泡不是植物細胞吸水和失水的必需結構，B錯誤；質壁分離的內因是原生質層的伸縮性大于細胞壁的伸縮性，C正確；驗證動物細胞通過滲透作用吸水和失水的實驗中，選用哺乳動物紅細胞作為實驗材料，既便于取材又利于觀察，D正確。

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