物质跨膜运输实例

(对应学生用书P29)知识梳理一、细胞的吸水和失水1．渗透作用(1)概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。(2)发生条件：①有一层半透膜；②半透膜两侧的溶液具有浓度差。2．动物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜，两侧具有浓度差，构成渗透系统，故可发生渗透作用，但不能发生质壁分离。(2)当外界溶液浓度<细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。(3)当外界溶液浓度>细胞质浓度时，细胞失水皱缩。(4)当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，水分进出平衡。3．植物细胞的吸水和失水4．质壁分离的原因外因：浓度差；内因：细胞壁的伸缩性小于原生质层。问题探究1：植物细胞为什么不能吸水涨破？提示：因为植物细胞具有细胞壁。问题探究2：细胞吸水和失水过程中，吸水力如何变化？提示：细胞吸水时，吸水力逐渐下降；细胞失水时，吸水力逐渐上升。二、物质跨膜运输的其他实例1．无机盐的跨膜运输(1)同种植物对不同离子吸收存在差异。(2)不同植物对同种离子吸收存在差异。(3)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以逆浓度梯度从血液中吸收碘。(4)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。2．物质跨膜运输的特点(1)水分子可以自由通过，一些需要的离子、小分子也可以通过，其他的离子、小分子和大分子则不能通过。(2)对物质的吸收具有选择性，原因在于细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。问题探究3：生物膜对物质吸收的选择性的主要物质基质是什么？提示：生物膜上载体蛋白的种类和数量。自主检测一、判断题1．渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。(

)【答案】

√2．植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。(

)【答案】

×3．细胞液就是细胞内的液体。(

)【答案】

×4．当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞就会发生质壁分离。(

)【答案】

×5．水稻和番茄对无机盐离子的吸收具有选择性。(

)【答案】

√6．无机盐离子都是逆浓度梯度跨膜运输的。(

)【答案】

×二、选择题7．(2011·聊城模拟)紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离后，在显微镜下观察到的正确图示是(

)【答案】

C8．(2012·河北质量检测(一))用洋葱鳞叶外表皮做质壁分离实验，下图中符合实验结果的图是(

)【解析】洋葱鳞叶外表皮做质壁分离时，细胞的体积基本不变，细胞液浓度增大。【答案】

D9．(2011·绍兴模拟)在一个新鲜萝卜上挖一凹槽，凹槽中放入浓盐水，过一段时间，结果是(

)A．萝卜变软，凹槽中液体增多B．萝卜变软，凹槽中液体减少C．萝卜变硬，凹槽中液体增多D．萝卜变硬，凹槽中液体减少【解析】萝卜细胞失水变软，凹槽中液体增加。【答案】

A10.(2011·南通模拟)小明用玻璃槽、饱和蔗糖溶液和清水做成如图所示的实验装置，进行生物膜透性的模拟实验。甲、乙两槽间的隔板中央圆圈为玻璃纸，玻璃纸是一种半透膜，蔗糖分子不能透过，而水分子能自由通过。几小时后，发现(

)A．甲槽内水的体积减小B．乙槽内溶液的体积减小C．甲槽内水的体积无变化D．乙槽内溶液的体积无变化【解析】半透膜具有一定的选择透过性，水分子可以通过，而蔗糖分子不能透过，通过渗透作用，甲槽内水的体积减小。【答案】

A11．如图表示番茄随环境中氧浓度的变化，从培养液中吸收Ca2＋和Si4＋的曲线。影响A、B两点与B、C两点吸收量的主要因素分别是(

)A．离子浓度、载体数量B．离子浓度、呼吸作用强度C．载体数量、离子浓度D．载体数量、呼吸作用强度【解析】根对无机盐离子的吸收是一个主动运输过程，需要载体和ATP。A、B点是在同等氧浓度下得到的，ATP相同，其差异只能是因为相应载体数量的不同。B、C点的差别则是由于氧浓度不同造成的，因而影响因素是呼吸作用强度。【答案】

D三、非选择题12．(2011·绍兴模拟)如图表示某洋葱鳞片叶表皮细胞处于三个不同生理状态，请回答：(1)图中细胞的细胞液浓度依次是________>________>________。(2)如图所示三个细胞是由于处于不同浓度的溶液中所致，则A图与B图细胞所处的外界溶液浓度是________>________。(3)假设将洋葱鳞片叶表皮细胞制成装片，并使之处于高渗溶液中而发生质壁分离，用显微镜观察一个细胞的质壁分离发生过程，发现该细胞形态的顺序将如上图所示的________→________→________。【答案】

(1)C

A

B

(2)A

B

(3)B

A

C(对应学生用书P31)考点1

渗透作用的原理与细胞的渗透吸水与失水1.渗透系统的组成(如图)及条件(1)半透膜可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。(2)半透膜两侧的溶液具有浓度差。浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子数的差，即物质的量浓度之差，即摩尔浓度而不是质量浓度。2．动物细胞构成渗透系统可发生渗透作用动物细胞膜相当于一层半透膜。外界溶液浓度<细胞质浓度时，细胞吸水膨胀；反之，则细胞失水皱缩；当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，水分进出平衡。3．成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用当细胞液浓度<外界溶液浓度时，失水，质壁分离。当细胞液浓度>外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。典例1(2011·绍兴模拟)某实验小组要对“低温是否会影响物质的跨膜运输”进行实验探究，设计了如下低温会影响物质的跨膜运输且运输速率减慢的实验。实验步骤：①组装渗透装置两套，分别编号为1、2。②在两组烧杯中分别加入等量的水，在长颈漏斗中分别加入等量的同一浓度的蔗糖溶液，保持管内外液面高度相等。③对两组装置进行不同处理：1组用水浴锅加热至37℃，2组的烧杯外加冰块降温。④两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗内的液面高度变化。请分析回答下列问题：(1)本实验是通过测定水分子通过膜的扩散即________作用速率来进行探究的。(2)此实验的自变量是________；为了直观地表示相对速率，用________作为因变量。(3)该实验可能的结果与结论：①若1组漏斗液面比2组高，则说明_________________。②__________________________________。③__________________________________。【答案】

(1)渗透(2)渗透系统所处的不同环境温度漏斗液面高度的变化(3)①低温会影响物质的跨膜运输且运输速率减慢②若2组漏斗的液面比1组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率加快③若1、2组漏斗的液面高度相同，则说明温度高低并不影响物质的跨膜运输

渗透系统的应用1．比较不同溶液浓度大小漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论①若漏斗内液面上升，则M>N②若漏斗内液面不变，则M＝N③若漏斗内液面下降，则M<N

(1)发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达平衡状态，既不可看作没有水分子移动也不可看作两侧溶液浓度相等。(2)溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相等，但10%蔗糖溶液的物质的量浓度小，故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。举一反三1．(2011·广州质检)若右图表示植物细胞渗透作用的图解，下列说法中错误的是(

)A．植物细胞的原生质层相当于一层半透膜B．一定条件下，活的、成熟的植物细胞能发生渗透失水或吸水C．当溶液甲的浓度>细胞液乙的浓度时，细胞发生渗透失水，当细胞液乙的浓度>溶液甲的浓度时，细胞发生渗透吸水D．当溶液甲的浓度＝细胞液乙的浓度时，细胞处于动态平衡状态，不发生水分子的移动【解析】渗透作用是水分子通过半透膜的扩散，当溶液甲的浓度＝细胞液乙的浓度时，水分子仍进行扩散，只是水分处于进出平衡状态。【答案】

D2．(2011·盐城模拟)如图所示，溶液X中含有绿色染料，溶液Y中含有红色染料，溶液Z中含有蓝色染料。实验开始时，两支漏斗中溶液液面的高度一样。10min后观察的结果是：溶液X液面上升，溶液Y液面下降；溶液X中只有绿色染料，溶液Y中含有红色和蓝色染料，溶液Z中含有绿色和蓝色染料。下列有关叙述中，正确的是(

)A．溶液Z的浓度最高B．溶液Y的浓度最低C．溶液Y中的溶质分子能够通过半透膜进入溶液X中D．溶液X中的溶质分子不能够通过半透膜进入溶液Z中【解析】溶液X液面上升，且只有绿色染料，表明Z中的溶剂进入了X，溶质没有进入X，溶液X的浓度较高；溶液Y液面下降，且Y中含有红色和蓝色染料，表明Z中的蓝色染料进入了Y，溶液Y的浓度较低，则溶液Y的浓度最低。【答案】

B3．某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。增添的实验材料：蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。(1)设计出继续实验的简要步骤：①____________；②_________________________________________。(2)预测实验现象并作出结论。________________。【答案】

(1)①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热(或隔水加热)U型管至适宜温度，观察a、b两管内液面的变化②吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试管中，并加入斐林试剂，(60～65℃)水浴加热，观察A、B试管内有无砖红色沉淀(2)如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物能通过半透膜；如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜2．植物对水分和离子吸收的关系相对独立(1)区别比较项目水分的吸收与运输离子的吸收过程主要通过渗透作用完成通过主动运输完成动力浓度差，蒸腾作用，不消耗ATP根细胞呼吸产生的ATP条件①必须具有渗透系统②半透膜两侧溶液存在浓度差①由根细胞提供运输的动力②具备载体方向水分从溶液浓度低的一侧向高的一侧渗透离子从土壤吸收进入植物体影响因素细胞液与外界溶液的浓度差①含氧量②温度③细胞膜上载体的种类和数量选择性无有(2)联系①无机盐离子必须溶解在水中呈离子状态，才能被细胞吸收。②吸收离子的多少可以调节细胞液的浓度，影响对水分的吸收。③无机盐离子被吸收后随水分在导管中运输，蒸腾作用在促进水分运输的同时也促进矿质元素离子的运输。典例2(2010·南通)用完全相同的培养液，在相同条件下分别培养水稻和番茄幼苗。在二者吸水速率几乎相同的情况下，72小时后培养液中部分离子浓度发生了如下表的变化(表中数据为72小时后溶液中部分离子浓度占开始时的百分比)。分析下表能得出的结论是(多选)(

)【解析】

不同植物用完全相同的培养液培养72小时后培养液中某种离子浓度不相同，说明不同植物对同种离子的吸收具有选择性；植物对离子吸收的选择性与细胞膜上载体的种类和数量多少有关，与溶液中离子的浓度并不呈正相关；培养过水稻的培养液中Ca2＋浓度高、SiO浓度低，而培养过番茄的培养液中Ca2＋浓度低、SiO浓度高，故C项正确【答案】

ABC举一反三1．(2010·临沂质检)下图中正确表示水稻呼吸强度与K＋吸收量关系的是(

)【解析】水稻吸收K＋的方式为主动运输，在此过程中，要消耗能量(由呼吸作用提供)，还需要水稻根细胞膜上载体的协助。因此在一定范围内K＋吸收量随呼吸强度的增加而增加，但K＋吸收量达到一定值后就不再随呼吸强度的增加而变化了，这时的限制因素是膜上的载体的数量，当运载K＋的载体饱和时，K＋的吸收量便不再增加了。【答案】

C3．(2011·南京模拟)用打孔器取同一萝卜5厘米长的萝卜条。分成4组，其中3组分别置于20、60和80g/L的KNO3溶液中，测量结果如图。预计在40g/L的KNO3溶液中的测量结果最可能是图中的(

)【答案】

C典例3

(2011·课标)撕取紫色洋葱外表皮，分为两份，假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。然后，两组外表皮都用浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理，一段时间后表皮细胞中的水分不再减少。此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小，以及水分运出细胞的方式是(

)A．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输B．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输C．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输D．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输【解析】

本题考查了植物细胞的吸水与失水及水分进出细胞的运输方式。将洋葱表皮细胞分别放入完全营养液和蒸馏水中时，细胞的吸水量不同，放入蒸馏水中的细胞由于细胞液的浓度与蒸馏水相差较大，吸水较多。当再将其放为0.3g/mL的蔗糖溶液中时，失水也多。水分进出细胞的方式是被动运输。【答案】

C

1.实验基本技术要求(1)选材①最常用的实验材料是紫色洋葱鳞片叶，它的外表皮细胞的液泡较大，细胞液中有紫色的花青素，在显微镜下，紫色大液泡十分明显，能方便地观察到质壁分离及其复原的过程。若无紫色洋葱，可用葫芦藓或其他藓类植物的叶片代替。藓类植物的叶片仅一层细胞且每个叶肉细胞内含多个叶绿体。②选择材料必须都是活细胞，否则将不会出现质壁分离及其复原现象，因为只有活细胞的原生质层才具有选择透过性。(2)试剂选择①使细胞发生质壁分离的试剂不只一种，只要不伤害细胞即可。常用的试剂有质量分数为5%的食盐溶液和质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液。用质量分数为5%的食盐溶液做分离试剂，细胞质壁分离和复原的速度较快，用质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液做分离试剂，细胞发生质壁分离和复原的速度较缓慢，但便于观察变化过程。②使用质量分数为7%的尿素溶液或甘油或质量浓度为0.1g/mL的硝酸钾溶液可使细胞发生质壁分离，但之后会自动复原。原因是这些溶液中的溶质也能通过原生质层，只是比水的速度慢。③试剂浓度影响细胞发生质壁分离的速度，试剂浓度越高，发生质壁分离的速度越快。但试剂浓度过高，细胞会因过度失水而死亡，无法复原。(3)观察本实验要求用低倍镜观察，在显微镜载物台上进行引流换液操作时，除按显微镜操作注意事项进行操作外，还要细心，不要一次滴液太多，避免糖液溢至盖玻片上，污染物镜镜头。在观察质壁分离现象时，要在显微镜下找到处于鳞片叶外表皮边缘的细胞，因为这里的细胞最先接触蔗糖溶液，因而也会先出现质壁分离。同理，观察质壁分离复原时，也应如此。特别提醒：(1)在实验中，当质壁分离现象出现后，观察时间不宜过长，以免细胞因长期处于失水状态而死亡，影响质壁分离复原现象的观察。(2)不选动物细胞做实验材料是因为动物细胞无细胞壁，不会在失水时发生质壁分离现象。(3)本实验所用的方法为引流法，采用了自身对照(前测和后测)。(4)分离时，原生质层的外界面是细胞膜。举一反三1．(2011·天津)将紫色洋葱鳞片叶表皮浸润在0.3g/mL的蔗糖溶液中，1分钟后进行显微观察，结果见下图。下列叙述错误的是(

)A．图中L是细胞壁，M是液泡，N是细胞质B．将视野中的细胞浸润在清水中，原生质体会逐渐复原C．实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异D．洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实验的实验材料【解析】本题考查的是质壁分离实验，发生质壁分离的条件有原生质层相当于半透膜，细胞壁具有全透性，具有大液泡，故B、C、D对；只有A中L是细胞壁、M是液泡，由于已发生质壁分离空白处N不可能是细胞质，故A错。【答案】

A2．(2011·全国)将紫色洋葱在完全营养液中浸泡一段时间，撕取外表皮，先用浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理，细胞发生质壁分离后，立即将外表皮放入蒸馏水中，直到细胞中的水分不再增加。若在该实验过程中，蔗糖溶液处理前外表皮细胞液的浓度为甲，细胞中的水分不再增加时外表皮细胞液的浓度为乙，则甲、乙的关系，以及实验过程中水分进出细胞的方式为(

)A．甲<乙，被动运输B．甲>乙，被动运输C．甲>乙，主动运输 D．甲＝乙，主动运输【解析】考查细胞的物质输入和输出及质壁分离的知识。表皮细胞质壁分离后，细胞失水、细胞液的浓度增大，质壁分离的细胞放入蒸馏水中后，质壁分离复原，细胞液浓度减小。水分进出细胞的方式为被动运输。【答案】

B3．(2011·湖南十二校联考)将新鲜马铃薯切成5cm的粗细相同的长条，再将它们分别放在浓度不同的蔗糖溶液中，4h后测量每条的长度，结果如图所示。以下有关分析正确的是(

)A．马铃薯细胞液的平均浓度约为25g·L－1B．当溶液浓度为40g·L－1时，细胞开始发生质壁分离C．在溶液浓度为40g·L－1～60g·L－1的范围内，细胞壁也有一定程度的收缩D．在溶液浓度50g·L－1，细胞均因发生质壁分离过度而死亡【解析】本题主要考查学生的实验与探究能力，中等难度。本实验的自变量为蔗糖溶液浓度，马铃薯条的正常长度为5cm，在蔗糖溶液浓度为30g·L－1左右时；细胞液浓度等于外界溶液浓度，细胞不吸水也不失水，外界溶液浓度大于细胞液浓度时细胞失水，反之，吸水。当溶液浓度大于70g·L－1时，细胞不再发生变化，可能是失水过多而死亡。【答案】

C(对应学生用书P34)易错点：对选择透过性和原生质层的概念理解不清典例1关于选择透过性膜与半透膜的关系，正确的说法是(

)①具有半透性必然具有选择透过性②具有选择透过性必然具有半透性③活的生物膜才具有选择透过性④只有活的生物膜才具有半透性A．①③ B．①④C．②③ D．②④【错因分析】

对选择透过性膜与半透膜分辨不清。典例2下列关于原生质层和原生质体的叙述，错误的是