2023版高三一轮总复习生物（浙科版）教案：必修1 第2单元 第5讲物质出入细胞的方式

第5讲物质出入细胞的方式物质出入细胞的方式①扩散和渗透的过程(b)；②动、植物细胞吸水和失水的过程及原因(b)；③被动转运和主动转运(b)；④胞吞和胞吐(a)；⑤活动：观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原(b)一、被动转运不需要消耗能量1．扩散(1)含义：是分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象。(2)结果：扩散使得该分子或离子分布均匀，直到平衡。2．渗透(1)含义：一般来说，水分子通过半透膜的扩散称为渗透。(2)方向：渗透作用的方向是从水分子数相对较多的一侧进入水分子数相对较少的一侧，也就是溶液中的水分子从溶液中溶质的浓度低的一侧进入浓度高的一侧。3．细胞的渗透作用吸水和失水条件动物细胞植物细胞当细胞内、外水分子的相对数目相等，即溶液中溶质的浓度相等时红细胞没有发生变化植物细胞没有发生变化当细胞外水分子相对较多，即溶液中溶质的浓度相对低时红细胞在水中会因渗透作用吸水胀大甚至破裂植物细胞在水中也会因渗透作用吸水而膨胀，但不会破裂，因为细胞壁限制了植物细胞的过度膨胀当细胞外水分子相对较少，即溶液中溶质的浓度相对高时红细胞会因渗透作用失去水分而导致细胞皱缩植物细胞也会因渗透作用失水，质膜以及质膜以内的部分因收缩而发生质壁分离二、活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象1．实验原理：植物细胞浸泡在不同浓度的溶液中，由于细胞液与外界溶液中溶质的浓度的差异，植物细胞可能因为吸水、失水引起细胞形态的变化，这些变化可以通过显微镜观察到。2．方法步骤三、被动转运和主动转运被动转运主动转运扩散易化扩散运输方向高浓度→低浓度高浓度→低浓度低浓度→高浓度运输特点不需要载体蛋白和能量需要载体蛋白、不需要能量需要载体蛋白和能量图像实例水、CO2、O2、甘油、乙醇等出入细胞葡萄糖进入红细胞小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等四、胞吞和胞吐胞吞胞吐条件细胞摄取或排出某些生物大分子特点在胞吞、胞吐过程中发生细胞膜的融合与断裂，需要消耗能量，不需要载体方向细胞外→细胞内细胞内→细胞外实例变形虫摄食、白细胞吞噬病菌等消化腺分泌消化酶考点1扩散与渗透1．扩散和渗透比较渗透作用扩散作用区别概念水分子通过半透膜的扩散分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象条件①具有一层半透膜(或选择透过性膜)②膜两侧溶液存在浓度差两处物质相对含量不相等即可结果半透膜两侧的溶剂分子达到动态平衡两处物质相对含量相等联系渗透作用是扩散作用的一种特殊方式2．分析扩散和渗透内容时注意以下几点(1)水分子的移动方向是双向的，但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数多。(2)渗透系统的溶液溶质浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压。(3)如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液溶质的浓度并不相等，因为液面高的一侧形成的静水压会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。3．成熟植物细胞的吸水和失水(1)当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。(2)当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水，失水的细胞发生质壁分离复原现象。1．成熟植物细胞的主要吸水方式是渗透吸水。某兴趣小组为研究渗透吸水做了一个实验，该实验的简易渗透吸水装置如图甲所示，图甲漏斗内液面上升的高度与时间的关系如图乙所示，一成熟植物细胞被放在某外界溶液中处于的一种状态(此时细胞有活性)如图丙所示。下列相关叙述中错误的是()图甲图乙图丙A．由图甲中漏斗内液面上升可知，实验开始时b侧液体浓度大于a侧B．由图乙可知，图甲中漏斗内溶液的吸水速率在下降C．图丙中相当于图甲中c结构的是③④⑤D．图丙细胞处于质壁分离状态D[图甲漏斗内液面上升，说明实验开始时b侧液体浓度大于a侧，A正确；随漏斗内液面上升，半透膜(c)两侧的浓度差越来越小，故漏斗内溶液的吸水速率在下降，B正确；图丙中细胞膜③、液泡膜⑤及两者之间的细胞质④相当于图甲中的半透膜c，C正确；图丙细胞处于质壁分离或质壁分离复原状态，D错误。]2．(2021·杭州一中模拟)将小鼠肝细胞置于不同浓度NaCl溶液中，一段时间后测定细胞体积和数量，实验结果如图。下列叙述正确的是()A．曲线甲表示细胞数量的变化B．曲线乙说明当NaCl溶液浓度大于a时细胞开始吸水C．NaCl溶液浓度为b时小鼠肝细胞内外溶液浓度相等D．实验过程中细胞体积的变化说明细胞膜具有一定的流动性D[肝细胞在较低浓度的NaCl溶液中会吸水胀破，数量为0，在较高浓度的NaCl溶液中会失水皱缩，所以曲线甲代表细胞体积的变化，曲线乙代表细胞数量的变化，A错误；曲线乙中当NaCl溶液浓度大于a时细胞开始失水，B错误；NaCl溶液浓度为a时小鼠肝细胞内外溶液浓度相等，C错误；由于细胞形态体积可以发生一定程度的改变，所以实验说明了细胞膜具有一定的流动性，D正确。]考点2质壁分离及质壁分离复原实验的分析及应用1．发生质壁分离及质壁分离复原的条件(1)活细胞。(2)有细胞壁和大液泡。(3)细胞液与外界溶液有浓度差。2．发生质壁分离及质壁分离复原的原因(1)质壁分离的内因：细胞膜及其以内部分伸缩性>细胞壁的伸缩性；外因：细胞液浓度<外界溶液溶质浓度，细胞失水。(2)质壁分离复原的内因：细胞膜及其以内部分伸缩性>细胞壁的伸缩性；外因：细胞液浓度>外界溶液溶质浓度，细胞吸水。3．质壁分离和复原实验的拓展应用(1)判断成熟植物细胞的死活(2)测定细胞液浓度范围(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度大小(4)比较未知浓度溶液的浓度大小(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)实验基础1．(2021·嘉兴模拟)下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是()A．质壁分离过程中，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡体积变小、颜色变深B．用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察C．与白色花瓣相比，红色花瓣更有利于观察实验现象D．不同部位观察到的细胞质壁分离程度可能不同B[质壁分离过程中，由于不断失水，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡体积变小、颜色变深，A正确；黑藻叶片的叶肉细胞中液泡无色，叶绿体的存在有利于实验现象的观察，B错误；使用红色花瓣比白色花瓣更便于观察质壁分离现象，C正确；不同部位细胞的细胞液浓度不一定相同，因此用相同浓度的外界溶液进行质壁分离实验时，观察到的质壁分离程度可能不同，D正确。]2．在“观察植物细胞的质壁分离和复原”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(如图所示)。下列有关叙述正确的是()A．为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤B．质壁分离过程中细胞的吸水能力逐渐减弱C．质壁分离和复原的过程中，水分子进出细胞的方式均为扩散D．吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头C[质壁分离实验中有三次显微镜观察，第一次观察为紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞未发生质壁分离的观察，第二次观察为蔗糖溶液中质壁分离现象的观察，第三次观察为质壁分离复原现象的观察，三次观察形成前后自身对照，A错误；质壁分离过程中细胞的吸水能力逐渐增强，B错误；吸水纸的主要作用是“引流”，即吸引液体在盖玻片下移动，使植物细胞完全浸在液体中，D错误。]实验分析与拓展3．某同学在实验室中做“观察洋葱表皮细胞的质壁分离和复原”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：实验组加入的溶液及浓度5min的现象再过5min滴加清水5min①物质的量浓度x无变化质壁分离复原②物质的量浓度为0.5mol·L－1的蔗糖溶液质壁分离y无变化③物质的量浓度为1mol·L－1的KNO3溶液质壁分离质壁分离复原z④物质的量浓度为1mol·L－1的醋酸溶液细胞大小无变化细胞大小无变化细胞大小无变化对上表的推断或解释不正确的是()A．x为质壁分离，因为细胞壁伸缩性小于原生质层B．y为质壁分离，可能导致细胞失水过多而死亡C．z为细胞稍增大，细胞液颜色逐渐变浅D．④组细胞大小无变化是因为细胞吸水量等于失水量D[由于细胞壁伸缩性小于原生质层，植物细胞在高浓度蔗糖溶液中发生质壁分离，但如果蔗糖溶液浓度过高(如0.5mol·L－1)可能导致植物细胞失水过多而死亡，A、B正确；在1mol·L－1KNO3溶液中，细胞先发生质壁分离，后来细胞吸收K＋和NOeq\o\al(－,3)使细胞液浓度升高而发生自动复原，再滴加清水，细胞会吸水，体积稍增大，C正确；在1mol·L－1的醋酸溶液中，植物细胞大小无变化，是因为细胞已被杀死，原生质层失去选择透过性，D错误。]4．某同学探究“不同浓度蔗糖溶液对紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞形态的影响”，得到如图所示结果。下列相关叙述正确的是()A．实验的主要原理是活的植物细胞能够发生渗透作用B．实验中需要使用显微镜、载玻片等仪器以及苏丹Ⅲ染液等试剂C．紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蒸馏水中时，细胞会略微膨胀D．结果表明大多数细胞的细胞液浓度介于0.25～0.3mol·L－1之间C[实验的主要原理为活的成熟的植物细胞(具大液泡)能够发生渗透作用，A错误；苏丹Ⅲ染液用于检测脂肪，B错误；细胞浸润在蒸馏水中，会进行渗透吸水，由于细胞壁的伸缩性差，所以会略微膨胀，C正确；由题图可以看出大多数细胞的细胞液浓度介于0.2～0.25mol·L－1之间，D错误。]考点3物质出入细胞方式的判断方法1．牢记一些物质出入细胞方式的实例运输方式实例扩散水、气体(如O2、CO2等)、脂溶性物质(如甘油、脂肪酸、乙醇、性激素等)的跨膜运输易化扩散葡萄糖进入红细胞、K＋运出细胞、Na＋运进细胞等主动转运无机盐离子、氨基酸、核苷酸、葡萄糖逆浓度梯度进出细胞胞吞、胞吐分泌蛋白的分泌、巨噬细胞吞噬抗原及细胞碎片等核孔运输RNA出细胞核、蛋白质等大分子物质进细胞核2．结合图解判断物质跨膜运输的方式1．(2021·嘉兴教学测试)人体组织细胞可将细胞外的K＋运到细胞内，同时将细胞内的Na＋运到细胞外，使得细胞内的K＋浓度约为细胞外的30倍，细胞外的Na＋浓度约为细胞内的12倍。这种转运方式属于()A．主动转运 B．易化扩散C．扩散 D．渗透A[根据题干“细胞内的K＋浓度约为细胞外的30倍，细胞外的Na＋浓度约为细胞内的12倍”可知，细胞将细胞外K＋运入胞内，同时将细胞内的Na＋运到胞外是将物质从低浓度运输至高浓度，因此该转运方式是主动转运，故选A。]2．下图为肝细胞细胞膜运输葡萄糖的示意图，有关叙述正确的是()A．上图表示肝细胞从血液中摄取葡萄糖分子的过程B．上图所示过程的速率随血糖浓度升高而不断加快C．血糖浓度偏低时，葡萄糖的转运方向与上图相反D．载体的两种状态是蛋白质分子变性的结果C[据图分析，糖蛋白位于细胞膜的外侧，而肝细胞的内环境是组织液，因此该图表示葡萄糖从组织液进入肝细胞的过程，A错误；葡萄糖从高浓度向低浓度运输，因此肝细胞吸收葡萄糖的方式是易化扩散，其转运速率受载体数量的限制，B错误；血糖浓度偏低时，肝糖原分解产生葡萄糖，并运出肝细胞，C正确；载体的两种状态是蛋白质分子结构改变的结果，但是蛋白质没有发生变性，D错误。]物质出入细胞方式的判断技巧考点4影响物质跨膜运输的因素及实验探究1．影响物质出入细胞的因素的曲线分析(1)物质浓度①由于扩散不需要载体蛋白和能量，所以物质运输速率与物质浓度成正比。②由于易化扩散和主动转运都需要载体蛋白的协助，所以当所有的载体蛋白都被利用之后，物质的运输速率将达到最大(P点)，此时限制物质运输速率的因素主要是载体蛋白的数量。③由于主动转运可以逆浓度梯度运输物质，所以当物质的细胞内浓度大于细胞外浓度时，其仍可以被吸收。(2)氧气浓度(红细胞的主动转运的运输速率不受O2浓度影响)①由于扩散和易化扩散的动力来自物质的浓度差造成的势能，不需要消耗细胞产生的ATP，所以O2浓度不影响它们的运输速率。②由于主动转运需要消耗ATP，而ATP主要来自需氧呼吸，所以O2浓度可以影响主动转运的运输速率。(3)温度对跨膜运输的影响：一方面，温度通过影响分子运动而影响扩散过程(如图甲)；另一方面，温度直接影响蛋白质的活性从而影响主动转运和易化扩散过程(如图乙)。图甲图乙2．物质跨膜运输方式的探究(1)探究是主动转运还是被动转运(2)探究是扩散还是易化扩散影响物质进出的因素1．某研究性学习小组研究营养液中O2含量变化对某植物吸收K＋速率的影响(其他条件都是适宜的)，实验结果如图，下列说法错误的是()A．可分析得出该植物吸收K＋是要消耗能量的B．从图中可以看出，没有氧气该植物就不能吸收K＋C．AB段限制K＋吸收速率的主要因素是O2浓度D．BC段表示除了营养液中O2含量，还有其他因素影响K＋的吸收速率B[由图示K＋的吸收速率随营养液中O2的相对含量变化而变化知，该植物吸收K＋是要消耗能量的，A正确；从图中可以看出，没有氧气该植物也能吸收K＋，B错误；由图可知，AB段随着营养液中O2的相对含量的增加，K＋的吸收速率增加，则AB段限制因素主要是O2浓度，C正确；由图示BC段可知，O2含量达到一定程度后，再改变O2含量K＋吸收速率不再变化，O2含量不再是影响K＋的吸收速率的因素，可能有其他因素影响K＋的吸收速率，如载体的数量等，D正确。]2．(2021·萧山中学模拟)研究发现，在小肠绒毛的微绒毛面存在着两种运输葡萄糖的载体——SGLTl和GLUT2，前者是主动转运的载体，后者是易化扩散的载体。科学家通过体外实验，将不同葡萄糖浓度下的转运速率绘制了如图所示的曲线，下列说法中错误的是()A．主动转运需要消耗细胞化学反应所释放的能量B．在较低葡萄糖浓度下，主动转运的载体先达到饱和状态C．在较高葡萄糖浓度下，细胞主要依赖主动转运来增大转运速率D．小肠绒毛细胞对葡萄糖的两种转运方式可同时进行C[主动转运需要消耗细胞化学反应所释放的能量和细胞膜上载体蛋白的协助，A正确；图示在较低葡萄糖浓度下，主动转运的载体先达到饱和状态，B正确；在较高葡萄糖浓度下，GLUT2的转运速率较大，说明在较高葡萄糖浓度下，细胞主要依赖易化扩散来增大转运速率，C错误；由题图可知，小肠绒毛细胞对葡萄糖的转运既有易化扩散也有主动转运，且这两种转运方式可同时进行，D正确。]物质运输方式的探究3．在适宜条件下，测得某植物根细胞对a、b两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示(a、b两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度a、b两种物质的吸收速率)。回答下列问题：(1)实验结果表明：当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加，可能的原因是_______________________。(2)王同学据图认为b的跨膜转运方式是主动转运，李同学认为是易化扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论：___________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)由图可知，b可能是易化扩散或主动转运，b需要载体协助，当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，因载体数量有限，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。(2)易化扩散与主动转运的区别在于前者不需要消耗能量，后者需要消耗能量。需氧呼吸产生的能量较多，厌氧呼吸产生的能量较少，故实验设计的自变量是有无氧气，因变量是细胞对b的吸收速率。设计实验时要注意等量原则和单一变量原则。思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲、乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对b物质的吸收速率。结果和结论：若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组，则说明b物质的跨膜转运方式为主动转运；若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同，则说明b物质的跨膜转运方式为易化扩散。[答案](1)载体数量有限(2)思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲、乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对b物质的吸收速率。结果和结论：若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组，则说明b物质的跨膜转运方式为主动转运；若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同，则说明b物质的跨膜转运方式为易化扩散1．(2020·浙江1月选考)物质X通过细胞膜从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧，需载体蛋白参与且不消耗能量。这种转运方式属于()A．易化扩散 B．主动转运C．扩散 D．渗透[答案]A2．(2019·浙江4月选考)哺乳动物细胞在0.9%NaCl溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度NaCl溶液中，一段时间后制作临时装片，用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是()A．在高于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离B．在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞C．在低于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂D．渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散C[兔红细胞没有细胞壁，不会发生质壁分离，A错误；在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于水分子进出细胞达到平衡，B错误；在低于0.9%NaCl溶液中，进入红细胞的水分子多于出红细胞的水分子，红细胞会因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂，C正确；渗透作用是水分子通过半透膜的扩散，其中水分子是从其分子数相对较多处向相对较少