高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第1节 被动运输优质导学案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第1节 被动运输优质导学案，共8页。学案主要包含了易错警示，拓展应用，易错提醒等内容，欢迎下载使用。
1.“问题探讨”所展示的漏斗管内的液面之所以会上升，是水分子通过半透膜向漏斗内扩散的结果。水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。渗透的方向是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
2.将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中, 完成下面的表格。
3.植物细胞的细胞壁是全透性的，水分子可以自由通过，细胞壁的伸缩性较小。成熟植物细胞内的液体环境是指细胞液，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，相当于半透膜，水分子通过该结构进出细胞。
【易错警示】
①半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向水分子运动的差别所导致的液面改变。
②当液面高度不再变化时，半透膜两侧仍有水分子进出，且进出速率相同。而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。
③若溶质分子能通过半透膜，则先是浓度高的一侧液面升高，随后另一侧液面上升，最后达到渗透平衡。
④水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度是指物质的量浓度，是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。
知识点02 探究植物细胞的吸水和失水
1.实验假设：原生质层相当于一层半透膜。
2.预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离；加入清水后，当细胞液浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就会透过原生质层进入细胞液，发生质壁分离的复原。
3.探究植物细胞的吸水和失水
（1）成熟植物细胞内的液体环境是指液泡里面的细胞液，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，相当于半透膜。细胞液、原生质层和外界溶液共同构成一个渗透系统。当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会吸水；当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会失水。
（2）观察植物细胞质壁分离和质壁分离复原的实验步骤：制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片→用低倍镜观察洋葱鳞片叶中央液泡大小，原生质层位置→从盖玻片一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片另一侧用吸水纸引流，重复几次→用低倍显微镜观察中央液泡大小和原生质层位置的变化→在盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流，重复几次→用低倍显微镜观察中央液泡大小和原生质层位置的变化。
（3）植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞通过渗透作用吸水和失水。当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞失水，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，细胞吸水，原生质层就会慢慢恢复成原来的状态，逐渐发生质壁分离的复原。如下图所示：
【拓展应用】
①判断成熟植物细胞是活细胞还是死细胞。
②测定细胞液浓度范围。
③比较不同植物成熟细胞的细胞液浓度。
④鉴别不同种类的溶液。
知识点03 被动运输
1.物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。
2.自由扩散和协助扩散比较
【易错提醒】
①哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖时需要转运蛋白协助，可以逆浓度梯度进行（ × ）
提示：哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖为协助扩散，顺浓度梯度。
②甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜（ × ）
提示：甘油是脂溶性的小分子，进入细胞的方式是自由扩散。
③自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和能量（ × ）
提示：协助扩散需要转运蛋白。
④协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比（ × ）
提示：协助扩散的速率还受转运蛋白质数量的限制。
拓展知识
考法01 渗透系统和渗透现象
1.渗透系统的组成：①存在半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差。这里的浓度指的是无质量浓度而不是百分比浓度，相同百分比浓度的两种溶液物质的量浓度可能存在很大差异，如10%的葡萄糖溶液的物质的量浓度约为10%麦芽糖溶液物质的量浓度2倍。
2.教材问题探讨渗透现象分析：

①漏斗内液面上升的原因：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。
②漏斗内液面停止上升的原因：随着液面的不断上升，漏斗内液体的压强越来越大，从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速度加快，水分子进出漏斗的速率越来越接近，直至完全相等，漏斗内液面不再升高，此时水分子的进出达到相对平衡。
③若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面差的原因是：渗透平衡后半透膜两侧溶液仍存在浓度差，且浓度差就越大，液面差越大。液面高的一侧溶液的物质的量的浓度高。
【典例1】下图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，水分子可以透过半透膜，而蔗糖分子则不能。当渗透达到平衡时，液面差为m。下列有关叙述正确的是( )

A.渗透平衡时S1溶液的浓度等于S2溶液的浓度
B.若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时m变小
C.当漏斗内外的高度差达到平衡时，没有水分子进出半透膜
D.若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时m将变小
【答案】D
【解析】渗透平衡时S1液面比S2液面高，S1溶液的浓度大于S2溶液的浓度，A错误；向漏斗中加入蔗糖分子，漏斗中蔗糖溶液浓度增大，通过渗透作用进入漏斗中的水分子增加，m增大，B错误；漏斗内外的高度差达到平衡，说明进出半透膜的水分子达到动态平衡，C错误；吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，由于存在浓度差，水分子还会进入漏斗，水分将漏斗中的溶液稀释，渗透压下降，再次平衡时m将变小，D正确。
考法02 渗透作用原理的应用
1.验证半透膜是渗透系统的必要条件
实验思路：设置A、B、C三组实验，A组长颈漏斗口外密封一层玻璃纸（半透膜），B组长颈漏斗口外密封一层塑料薄膜（不透膜），C组长颈漏斗口外密封一层纱布（全偷膜），向三个漏斗注入等量等物质的量浓度的蔗糖溶液；然后将漏斗浸入盛有等量清水的等规格的三个烧杯A/、B/、C/中，观察三组漏斗管内的液面变化。
预期结果：A漏斗管内液面上升，B、C漏斗管内液面不发生改变。得出的结论：半透膜是渗透系统的必要条件。
2.验证半透膜两侧溶液具有浓度差是发生渗透现象的必要条件
实验思路：设置A、B两组实验，两组长颈漏斗口外均密封一层玻璃纸（半透膜），向两个漏斗注入等量等物质的量浓度的蔗糖溶液；将A组漏斗浸入盛有清水的烧杯中，B组漏斗浸入盛有等量盛有与漏斗内等物质的量蔗糖溶液的烧杯中，观察两组漏斗管内的液面变化。
预期结果：A漏斗管内液面上升，B漏斗管内液面不发生改变。得出的结论：半透膜两侧溶液具有浓度差是发生渗透现象的必要条件。
3.探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)

【典例2】现有一种由人工膜制成的袋，为检测淀粉和碘能否透过该膜，现提供试剂和用品如下：铁架台、烧杯和人工膜袋各一个、1%的淀粉溶液、稀碘溶液和细棉线。
（1）请用上述试剂和用品，设计一个实验装置，探究淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能否通过该膜，请用示意图表示(加图注)。
（2）实验结果预测及分析：
①________________________________。
②________________________________。
③________________________________。
④________________________________。
【答案】（1）
（2）实验结果预测及分析：一段时间后，
①袋内外液体均不变蓝，表明淀粉和碘均不能通过
②袋内外液体均变蓝，表明淀粉和碘均能通过
③袋内液体变蓝，袋外液体不变蓝，表明碘能通过，淀粉不能通过
④袋外液体变蓝，袋内液体不变蓝，表明碘不能通过，淀粉能通过
【解析】（1）已知淀粉遇碘变蓝色，预探究淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能否通过该膜，应把淀粉溶液和稀碘溶液分别置于膜的两侧，观察两侧溶液变蓝的情况。可以是上图所示的设计，也可以是袋内装淀粉溶液，袋外烧杯内盛稀碘溶液。
（2）若只有淀粉溶液一侧变蓝色，稀碘溶液一侧不变蓝，说明碘能通过该膜、淀粉不能通过该膜；若只有稀碘溶液一侧变蓝色，淀粉溶液一侧不变蓝，说明淀粉能通过该膜、碘不能通过该膜；若淀粉溶液一侧和稀碘溶液一侧都变蓝色，说明碘和淀粉都能通过该膜；若淀粉溶液一侧和稀碘溶液一侧都不变蓝色，说明碘和淀粉都不能通过该膜。
考法03 探究植物细胞的吸水和失水
1.探究原理：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞细胞液和外界溶液是位于原生质层两侧的溶液。当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，植物细胞通过渗透作用失水，由于细胞壁的收缩程度比原生质体小，当细胞不断失水时， 由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，发生质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，植物细胞通过渗透作用吸水，原生质层就会恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。
2.操作步骤分析：
①选择紫色洋葱鳞片叶外表皮做实验材料的原因是紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞有大型紫色液泡，便于观察中央液泡的大小变化和原生质层的位置变化。
②本实验遵循对照原则，所进行的对照是自身对照。第一次对照是新制洋葱鳞片叶上皮细胞和浸润在质量浓度0.3g/mL蔗糖溶液中洋葱鳞片叶上皮细胞的对照；第二次对照是浸润在质量浓度0.3g/mL蔗糖溶液中洋葱鳞片叶上皮细胞和浸润在清水中洋葱鳞片叶上皮细胞的对照；两次对照的自变量都是浸润洋葱鳞片叶上皮细胞溶液浓度。
③此实验选择的换浸润洋葱表皮细胞液体环境的方法是引流法。
④此实验没有使用高倍镜观察，是教材中唯一一个只在低倍镜下观察的实验。
3.质壁分离后自动复原和不能自动复原的问题
①如果溶液的溶质不能进入细胞，在高浓度溶液中成熟植物只会发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象。只有把分离的细胞转移到清水或低浓度溶液才能复原，如果因细胞失水过度而死亡，即使把分离的细胞转移到清水或低浓度溶液也不能复原。
②如果溶液的溶质能进入细胞，在一定浓度的溶液(如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离，并能自动复原，原因是K＋、NO、尿素、乙二醇等可转运到细胞内，使细胞液浓度升高，导致细胞进行渗透吸水而发生自动复原。如：将成熟植物的细胞依次浸于蒸馏水、物质的量浓度为0.3 ml/L的蔗糖溶液和0.5 ml/L的尿素溶液中，原生质体(即植物细胞中细胞壁以内部分)的体积随时间变化如图。

A曲线表示细胞在蒸馏水中：细胞略膨胀，但是由于细胞壁的存在，原生质体的体积不能无限膨胀。
B曲线表示细胞在0.5 ml/L的尿素溶液中：细胞先因渗透失水而发生质壁分离，后由于尿素能进入细胞，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原；细胞在KNO3、甘油、乙二醇等溶液中也可发生质壁分离后自动复原现象。
C曲线表示细胞在0.3 ml/L的蔗糖溶液中：蔗糖不能进入细胞，因此质壁分离后细胞不能发生自动复原。
【典例3】在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察和两次处理，下列叙述正确的是( )
A．第一次观察为低倍镜观察，后两次为高倍镜观察
B．第一次处理滴加的液体为清水，第二次滴加的液体为0.3 g/mL的蔗糖溶液
C．若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表皮，则不会发生质壁分离
D．紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中不属于原生质层的结构有细胞壁、细胞核和细胞液
【答案】 D
【解析】 三次观察均为低倍镜观察，A错误；第一次处理滴加的液体为0.3 g/mL的蔗糖溶液，第二次滴加的液体为清水，B错误；若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表皮，因内表皮细胞也是成熟的植物细胞，所以也会发生质壁分离，C错误；原生质层是指细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质，据此可推知紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中不属于原生质层的结构有细胞壁、细胞核和细胞液，D正确。

考法04 自由扩散和协助扩散
1. 类型
2. 影响因素
（1）被动运输的速率直接受膜内外物质浓度梯度大小的影响。
（2）协助扩散的速率还与转运蛋白的数量有关。
【典例4】如图甲、乙分别表示由载体蛋白和通道蛋白介导的两种物质运输方式，其中通道介导的运输速率比载体介导的快一千倍。下列叙述错误的是（ ）
A．细胞膜上的大多数蛋白质具有一定的流动性
B．这两种蛋白对运输的物质可能均具有专一性
C．通道介导的运输速率较快可能是因为其消耗的能量较多
D．载体介导的运输速率会受到载体蛋白数量的限制
【答案】C
【解析】根据细胞膜的流动镶嵌结构模型可知，细胞膜上的大多数蛋白质具有一定的流动性，载体蛋白和通道蛋白也不例外，A正确；载体蛋白和通道蛋白均具有专一性，B正确；通道介导的运输速率较快与其结构特点有关，但通道蛋白转运物质都是顺浓度梯度进行的，不消耗能量，C错误；载体介导和通道蛋白转运的物质运输速率都受到载体蛋白数量的限制，D正确。

现象
细胞形态变化
发生条件
吸水膨胀
外界溶液溶质的浓度比细胞质的浓度低
细胞形态不变
外界溶液溶质的浓度与细胞质的浓度相同
失水皱缩
外界溶液溶质的浓度比细胞质的浓度高
自由扩散
协助扩散
物质运输方向
顺浓度梯度
顺浓度梯度
是否消耗能量
不消耗
不消耗
转运蛋白的种类
无
载体蛋白和通道蛋白
影响运输速率的因素
膜内外物质浓度梯度
膜内外物质浓度梯度和膜上转运蛋白的数量
举例
氧气、二氧化碳、水，甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子
离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等
烧杯内盛淀粉溶液
漏斗内盛碘液
结论
变蓝
不变蓝
碘能通过半透膜，而淀粉不能
不变蓝
变蓝
淀粉能通过半透膜，而碘不能
变蓝
变蓝
淀粉和碘都能通过半透膜
不变蓝
不变蓝
淀粉和碘都不能通过半透膜
方式
自由扩散（也叫简单扩散）
协助扩散（也叫易化扩散）
图示
特点
物质通过简单的扩散作用进出细胞
借助膜上的转运蛋白（分为载体蛋白和通道蛋白）进出细胞的扩散
实例
O2、CO2、甘油、乙醇、苯等
葡萄糖进入红细胞、水分子借助水通道蛋白进出细胞