【新教材精创】4.1 被动运输 导学案(2)-人教版高中生物必修1分子与细胞

第4章细胞的物质输入和输出
第1节被动运输（导学案）
1．说明水进出细胞的原理；
2．通过实验探究，理解质壁分离及其复原的实验过程及原理；
3．区分自由扩散和协助扩散，并能举例说明分子进出细胞的方式。

1．水分子（或其他溶剂分子）通过＿＿＿＿＿的扩散，称为＿＿＿＿＿。

如果半透膜两侧存在＿＿＿＿＿，渗透的方向就是水分子从水的＿＿＿＿＿的一侧向＿＿＿＿＿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，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化：当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，＿＿＿＿＿＿＿＿；当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，＿＿＿＿＿＿＿＿；当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，＿＿＿＿＿＿＿＿。

3．植物细胞的细胞膜外面有一层＿＿＿＿。

研究表明，对于水分子来说，细胞壁是＿＿＿＿性的，即水分子可以自由地通过细胞壁，细胞壁的作用主要是＿＿＿＿细胞，伸缩性比较＿＿＿＿。

成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的＿＿＿＿。

细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为＿＿＿＿＿＿。

后文所说的水进出细胞，主要是指水经过＿＿＿＿＿＿进出液泡。

4．植物细胞的原生质层相当于一层＿＿＿＿，植物细胞也是通过＿＿＿＿作用吸水和失水的。

当细胞液溶质的浓度＿＿＿＿外界溶液溶质的浓度时，细胞液中的水就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的＿＿＿＿。

当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性＿＿，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了＿＿＿＿＿＿。

当细胞液溶质的浓度＿＿＿＿外界溶液溶质的浓度时，外界溶液中的水就透过原生质层进入细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生＿＿＿＿＿＿＿＿。

5．像水分子这样，物质以＿＿＿＿＿方式进出细胞，＿＿＿＿＿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＿＿＿＿＿。

被动运输又分为＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿两类。

6．物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作＿＿＿＿＿，也叫简单扩散。

如氧和二氧化碳等小分子物质，很容易自由地通过细胞膜的＿＿＿＿＿＿。

甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物也较易通过＿＿＿＿＿＿进出细胞。

7．这种借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作＿＿＿＿＿＿＿＿，也叫易化扩散。

能
够协助这些物质顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为＿＿＿＿＿＿＿＿。

转运蛋白可以分为＿＿＿和＿＿＿两种类型。

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＿＿＿＿＿＿；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，＿＿＿与通道蛋白结合。

8．过去人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的，但后来的研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的＿＿＿＿＿＿以＿＿＿＿＿＿方式进出细胞的。

9．由于自由扩散与协助扩散都是＿＿＿＿＿＿进行跨膜运输的，不需要消耗细胞内化学反应产生的能量，因此＿＿＿＿＿＿＿＿＿会直接影响物质运输的速率，但协助扩散需要＿＿＿＿＿＿，因而某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。

一、扩散与渗透
一．扩散与渗透
1．扩散：物质从相对含量多的地方向相对含量少的地方运动，可以通过半透膜，也可以不通过半透膜。

例如氧气通过肺泡和毛细血管壁进入血液；甘油和脂肪酸被小肠上皮吸收等过程，习惯上一般相对于溶质而言。

感受生活中的实例：花香的飘散，蔗糖的溶解等。

思考：水分进出细胞与上述实例有何不同？
2．模拟生物学实验——渗透作用：分析教材渗透装置示意图，填出方框内液体名称：
（1）什么是半透膜？
（2）漏斗内的液面为什么会升高？液面会持续上升吗？
（3）如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗内的液面还会升高吗？
（4）如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
3．对比观察、讨论，总结：
（1）渗透作用是指水分子等溶剂分子透过__________，从相对含量___的地方向相对含量___的地方
（低浓度溶液向高浓度溶液）的扩散。

如成熟植物细胞的吸水与失水；动物细胞的吸水与失水等。

（2）渗透作用发生的条件：具有__________；___________________。

二、水进出细胞的原理
1．动物细胞的吸水和失水原理
（1）外界溶液浓度_________细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。

（2）外界溶液浓度_________细胞质浓度时，细胞失水皱缩。

（3）外界溶液浓度_________细胞质浓度时，水分子进出细胞处于动态平衡。

2．植物细胞的吸水和失水
（1）成熟的植物细胞结构
①细胞壁：__________________，即水分子和溶解在水里的物质都能够自由通过。

②细胞内的液体环境：主要指液泡内的_________。

③原生质层
组成：___________、________________和这两层膜之间的细胞质。

特性：具有选择透过性，相当于一层________________。

（2）原理和现象
①外界溶液浓度_________细胞液浓度时，细胞失水，会发生_________现象。

②外界溶液浓度_________细胞液浓度时，细胞吸水，会发生_________现象。

（3）探究
①探究实验的一般步骤：提出问题→_________→_________ →_________→_________→_________。

②原理：植物细胞的原生质层相当于一层_________。

当_________小于_________的浓度时，细胞失水，中央液泡体积会________，细胞皱缩；当_________小于_________的浓度时，细胞吸水，中央液泡体积会________，细胞膨胀。

③质壁分离
内因：原生质层具有__________________。

原生质层比细胞壁的伸缩性_________，因而会出现_________和___________分离的现象。

外因：外界溶液浓度_________细胞液浓度。

④质壁分离复原：质壁分离后细胞吸水，液泡和原生质层恢复原状，称为质壁分离复原。

三、自由扩散和协助扩散
甲、乙两图是物质通过细胞膜进出细胞的示意图，据图分析：
（1）图甲表示的跨膜运输方式是__________，图乙表示的跨膜运输方式是__________。

两者的相同点是____________________，不同点是____________________。

（2）表示O2、CO2、N2、甘油、苯、乙醇等进出细胞的是图__________，表示葡萄糖进出红细胞的是图__________。

（3）上表是乙醇分子进入细胞的运输速度与浓度差之间的关系，据此可知，影响物质自由扩散的因素是_________。

（4）下表是葡萄糖进入红细胞运输速度和浓度差的关系，浓度差在7.5mmol/L以后运输速度不再增加的原因是____________。

由此可知，影响物质协助扩散的因素是________。

（5）为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？______________________________。

1．在植物细胞质壁分离实验中，“质”和“壁”分别是指（）
A．细胞质、细胞壁B．叶绿体基质、细胞壁
C．细胞质基质、细胞壁D．原生质层、细胞壁
2．下列关于“观察洋葱表皮细胞的质壁分离复原”活动的叙述，正确的是（）
A．制作洋葱表皮细胞装片需经解离、压片等操作才能将细胞分散
B．从低倍镜换成高倍镜时，需转动光圈才能换上高倍物镜
C．质壁分离过程中，水分子从胞内单向运动到胞外导致液泡变小
D．质壁分离复原过程中，细胞吸水速度逐渐减慢
3．下图是处于质壁分离状态的某植物细胞。

下列有关叙述错误的是（）
A．结构①比②的伸缩性大B．结构②是原生质层
C．结构②具半透膜作用D．结构③的颜色随质壁分离而加深
4．将动、植物细胞放入清水中，现象如下图所示，相关叙述错误的是（）
A．红细胞破裂，说明红细胞膜没有选择透性
B．过程①②中既有水分子进细胞也有水分子出细胞
C．过程①②中都有发生渗透作用且方向都是由外到内
D．动物细胞与植物细胞变化差异是由于二者结构不同
5．下图表示细胞膜的亚显微结构，其中a和b为物质的两种运输方式，下列叙述正确的是（）
A．细胞膜功能的复杂程度主要由③决定
B．卵细胞膜上的①具有识别功能
C．b可表示肌细胞吸收氧气
D．细胞膜的流动性只与③有关，与②无关
6．如图为显微镜下某植物细胞在30%蔗糖溶液中的示意图。

下列叙述中错误的是（）
A．X、Y分别表示液泡和细胞的长度
B．若该细胞处于40%蔗糖溶液中，X/Y值将变小
C．X/Y值能表示细胞失水的程度
D．若将细胞置于清水中，Y基本保持不变
7．观察在0.3 g/ml蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明（）
A．细胞液浓度逐渐变小B．洋葱表皮细胞是活的
C．此时蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度D．细胞壁收缩导致中央液泡失水
8．根据材料回答问题。

彼得•阿格雷由于发现了细胞膜上的水通道而获得2003年诺贝尔化学奖。

我们知道，人体有些细胞能很快吸收水，而另外一些细胞则吸水很慢。

早在19世纪中期，科学家就猜测细胞膜有允许水分和盐分进入的孔道，每个通道每秒种有几十亿个水分子通过，但这一猜想一直未得到证实。

1988年，阿格雷成功地分离了存在于红细胞膜和肾脏微管上的一种膜蛋白，后来他认识到这个蛋白有水通道的功能，这就是科学家们长期搜寻的水分子通道。

他画出了清晰的水通道蛋白的的三维结构图，详细解释了水分子是如何通过该通道进入细胞膜的，而其他微分子或离子无法通过的原因。

罗德里克•麦金农由于对离子通道结构和机制的研究也获此奖。

离子通道是细胞膜的另一种通道。

他提示了当离子穿过细胞膜时，不同的细胞通过电位变化发出信号，控制离子通道的开放或关闭。

同时，离子通道通过过滤机制，只让特定离子通过，而不让其他离子通过。

（1）细胞膜的结构特性是_________________，功能特性是_________________。

（2）离子通道的化学本质是膜上的______________。

（3）水通道、离子通道和离子载体运输物质时的共同特性是__________________性。

（4）肾脏中肾小管和集合管能迅速吸收原尿中的水，最可能的原因是______________________。

（5）物质通过细胞膜与膜的流动性有密切关系，为了探究温度对膜的流动性的影响，有人做了下述实验：分别用红色和绿色荧光剂标记人和鼠细胞膜上的蛋白质，然后让两个细胞在37℃条件下融合并培养，40分钟后，融合的细胞膜上红色和绿色均匀分布。

①该实验设计有很大的问题，其原因是缺少____________________。

②经过完善，本实验可以通过相同的时间后，观察红色和绿色荧光物质在细胞膜上分布的情况判断实验结果，也可以通过________________________________________判断实验结果。

③该实验最可能得出的结是___________________________________________________。

1．渗透系统中的两个“比较”
（1）半透膜与选择透过性膜的比较。

①区别：a．半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。

b．选择透过性膜是具有生命的生物膜，磷脂和载体蛋白的存在决定了其对不同物质吸收的选择性。

细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。

②共性：都允许水分子自由通过，而不允许生物大分子物质通过。

（2）原生质层与原生质体的比较。

①原生质层是在成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成，不包括液泡内的细胞液。

此结构仅存在于成熟的植物细胞中。

②原生质体是去除植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分。

2．质壁分离发生的条件
（1）从细胞角度分析：
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞（如根尖分生区细胞）不发生质壁分离及复原现象。

②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。

（2）从溶液角度分析：
①在一定浓度（溶质不能透过膜）的溶液中只会发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象（只有用清水或低渗溶液处理，方可复原）。

②在一定浓度（溶质可透过膜）的溶液（如KNO3、甘油等）中可发生质壁分离后自动复原现象。

③在高浓度溶液中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象。

1．D
【解析】根据以上分析可知，植物细胞的质壁分离是指植物细胞的质壁分离指的是原生质层和细胞
壁的分离，原生质层包括液泡膜、细胞膜和两者之间的细胞质，相当于一层半透膜，具有选择透过性，所以质壁分离中的“质”指的是原生质层，“壁”指的是细胞壁，故A、B、C错误，D正确。

2．D
【解析】观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原需要的是活细胞，而解离后细胞会死亡，A 错误；从低倍镜换成高倍镜时，需转动转换器才能换上高倍物镜，B错误；质壁分离过程中水分子既有进入细胞的，也有出细胞的，C错误；质壁分离复原过程中，细胞液浓度逐渐变小，细胞吸水速度逐步减慢，D正确。

3．A
【解析】结构①所示的细胞壁的伸缩性比②所示的原生质层的伸缩性小，A错误；结构②是原生质层，B正确；结构②所示的原生质层具有选择透过性，即具有半透膜的作用，C正确；结构③是中央液泡，因失水而导致中央液泡的颜色随质壁分离而加深，D正确。

4．A
【解析】红细胞的细胞膜相当于渗透装置的半透膜，由于细胞膜的弹性是有一定限度的，故红细胞在低渗溶液中大量吸水会导致破裂，A错误；渗透作用中水分子的渗透方向是双向的，故过程①②中既有水分子进细胞也有水分子出细胞，B正确；发生渗透作用的条件是有半透膜和半透膜两侧具有浓度差，动物细胞的细胞膜和植物细胞的原生质层可看成半透膜，由于红细胞细胞质溶液的浓度和植物细胞液的浓度均大于清水，故过程①②中都有发生渗透作用且方向都是由外到内，C正确；动物细胞与植物细胞变化差异是由于植物细胞有细胞壁，而动物细胞没有细胞壁，D正确。

5．B
【解析】细胞膜功能的复杂程度主要由②蛋白质的种类和数量决定的，A错误；①表示糖蛋白，能进行细胞识别，B正确；有糖蛋白的一侧代表膜外，而b的运输方向是Ⅱ→Ⅰ，是由膜内运输到膜外，可表示二氧化碳的运输，不能表示肌细胞吸收氧气，C错误；细胞膜上的磷脂双分子层和大多数蛋白质都是可以运动的，因此，细胞膜的流动性与②和③都有关，D错误。

6．A
【解析】X、Y分别表示原生质体和细胞的长度，A错误；若该细胞处于40%的蔗糖溶液中，则蔗糖溶液与细胞液的浓度差加大，细胞失水增多，所以X/Y值将变小，B正确；X/Y值越小，说明细胞失水越多，因此X/Y值能表示细胞失水的程度，C正确；若将细胞置于清水中，细胞会发生质壁分离复原，由于细胞壁的伸缩性有限，所以Y基本保持不变，D正确。

7．B
【解析】中央液泡逐渐变小，说明细胞正在失水，细胞液浓度逐渐增大，A错误；当细胞发生质壁分离时，则说明该细胞具有活性，只有活细胞才能因为内外溶液浓度差而产生质壁分离，B正确；
中央液泡逐渐变小，说明细胞失水，所以此时细胞液浓度小于外界蔗糖溶液浓度，C错误；因细胞液浓度小于蔗糖溶液浓度，导致中央液泡失水，细胞会因失水而导致原生质层收缩，而不是细胞壁收缩导致中央液泡失水，D错误。

8．（1）流动性选择透过性（2）蛋白质（3）专一（4）肾小管和集合管细胞有大量水通道（5）对照实验记录红色和绿色荧光物质在细胞膜上分布均匀所耗费的时间在一定温度范围内，随着温度的升高，膜的流动性增加
【解析】（1）细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是选择透过性。

（2）离子通道的化学本质是膜上的蛋白质。

（3）水通道、离子通道和离子载体运输物质时的共同特性是专一性，即只允许特定的物质通过。

（4）肾脏中肾小管和集合管能迅速吸收原尿中的水，最可能的原因是肾小管和集合管细胞膜上有大量的水通道蛋白，从使重吸收水分的效率大大提高。

（5）①缺少对照组，对照组设计如下：A分别用红色和绿色荧光剂标记人和鼠细胞膜上的蛋白质,然后将两细胞放于37度以下的温度下培养；B分别用红色和绿色荧光剂标记人和鼠细胞膜上的蛋白质放于37度以上的温度下培养，其余条件都相同。

②经过完善，本实验可以通过相同的时间后，观察红色和绿色荧光物质在细胞膜上分布的情况判断实验结果，也可以通过记录红色和绿色荧光物质在细胞膜上分布均匀所耗费的时间来判断实验结果；③该实验可能得出的结论是在一定温度范围内，随着温度的升高，膜的流动性增加。