物质跨膜运输的实例

必修1分子与细胞第三单元细胞的物质输入与输出

考情分析

考纲要求

20162015201420132012知识内容物质出入细胞的方式(Ⅱ)新课标Ⅰ(乙)卷,T2新课标Ⅱ卷,T1;新课标Ⅱ卷,T3新课标Ⅱ卷,T4新课标Ⅰ卷,T3

实验观察植物细胞的质壁分离和复原

新课标Ⅰ卷,T4

第1讲

物质跨膜运输的实例基础自测知识清单一、细胞的吸水和失水1.原理:渗透作用(1)发生渗透作用的条件:①具有半透膜;

②膜两侧溶液具有浓度差。

(2)渗透作用的实质:单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子多于蔗糖溶液进入清水中的水分子,导致蔗糖溶液液面上升。

基础自测知识清单2.动植物细胞吸水和失水的原理及现象(1)动物细胞的吸水和失水:

基础自测知识清单(2)植物细胞的吸水和失水:①成熟植物细胞的结构:②原理和现象:a.外界溶液浓度

>

细胞液浓度时,细胞失水,发生质壁分离现象。

b.外界溶液浓度

<

细胞液浓度时,细胞吸水,发生质壁分离复原

现象。

c.外界溶液浓度

=

细胞液浓度时,细胞不吸水也不失水。

基础自测知识清单

基础自测知识清单二、物质跨膜运输的其他实例1.不同物质跨膜运输的特点(1)水分子:顺相对含量梯度跨膜运输。

基础自测知识清单(3)人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点:逆浓度梯度运输。

(4)不同微生物对各种矿物质的需要量不同,吸收时各自都有选择性。

2.生物膜的功能特性(1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜,水分子、一些离子和小分子可以通过,而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。

(2)生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征。

基础自测知识清单判断下面说法的正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)发生渗透作用的两个条件是存在半透膜、膜两侧存在质量浓度差。

(×)【解析】发生渗透作用时,膜两侧存在的“浓度差”指物质的量浓度而不是质量浓度。(2)[2014·四川高考]质壁分离过程中水分子的扩散只能单向进行。

(×)【解析】水分子的扩散双向进行。(3)[2013·北京高考]成熟植物细胞在高渗溶液中发生质壁分离是因为细胞壁具有选择透过性。

(×)(4)紫色洋葱的外表皮细胞能在一定浓度的蔗糖溶液中发生质壁分离的必要条件是细胞壁的伸缩性小于原生质层。

(√)基础自测知识清单(5)离子与水分子一样,都是顺相对含量梯度跨膜运输。

(×)【解析】水分子的跨膜运输是顺相对含量梯度,但离子的跨膜运输有的是顺相对含量梯度,有的是逆相对含量梯度。(6)细胞膜是半透膜,对物质的跨膜运输具有选择性。

(×)【解析】细胞膜对物质的跨膜运输具有选择性,细胞膜是生物膜,相当于半透膜。(7)同一细胞对不同离子的吸收量不同,体现了细胞膜的选择透过性。

(√)(8)用培养液培养植物,一段时间后培养液中离子的浓度都比初始浓度低。

(×)【解析】当培养液中的植物对离子的吸收量相对大于对水的吸收量时,培养液中离子的浓度就比初始浓度低。1.渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。2.动物细胞在任何情况下都不会发生质壁分离现象。3.植物细胞发生质壁分离和复原的内因是细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。4.原生质层由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成,具有选择透过性。5.细胞膜和其他生物膜都具有选择透过性。6.物质的跨膜运输并不都是顺浓度梯度的,细胞对物质的输入和输出具有选择性。7.植物对水分和无机盐的吸收是两个相对独立的过程,某些细胞对某种离子的吸收结果不同,形成该离子在细胞内外的浓度差。考点实验探究考点渗透系统的原理和应用1.常见渗透装置图分析(1)若S1溶液浓度大于S2,则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2,外观上表现为S1液面上升;若S1溶液浓度小于S2,则情况相反,外观上表现为S1液面下降。(2)在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差Δh,则S1溶液浓度仍大于S2,因为液面高的一侧产生的压强会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。考点实验探究2.成熟植物细胞和外界溶液形成的渗透系统与渗透作用模型的比较项目渗透作用模型植物细胞渗透系统图解

组成条件半透膜一些物质可以透过,一些物质不能透过的多孔性薄膜(如玻璃纸)原生质层相当于半透膜浓度差半透膜两侧的溶液体系(S1,S2)细胞液(S1)与外界溶液(S2)之间考点实验探究考点实验探究有关渗透系统和渗透作用的2个易错点(1)水分子的移动方向是双向移动,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)研究植物细胞渗透系统时,要把原生质层看作是一层半透膜,研究细胞液(液泡内液体)与细胞膜以外的液体(细胞膜与细胞壁之间的液体也是细胞外溶液)的浓度关系。考点实验探究3.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考点实验探究(2)探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例):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考点实验探究(1)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度,实质是指渗透压,如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等,但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小,故最终表现为水通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(2)渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡,既不可看成没有水分子移动,也不可看成两侧溶液浓度相等。考点实验探究典例1

[2017·湖南岳阳一中模拟]如图为一个渗透装置,假设溶质分子或离子不能通过半透膜,实验开始时,液面a和b平齐。下列判断不正确的是

(

)A.如果甲、乙都是蔗糖溶液,甲的浓度低于乙,则液面a会下降,液面b会上升B.如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液,两者的质量分数相同,则液面a会上升,液面b会下降C.当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时,甲、乙溶液的浓度不一定相等D.当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时,甲、乙溶液的渗透压一定相等考点实验探究【解题思路】甲的浓度低于乙,则水分子由甲运输到乙,因此液面a会下降,液面b会上升,A项正确;质量分数相同的葡萄糖溶液与蔗糖溶液,由于蔗糖的相对分子质量大于葡萄糖,故葡萄糖的物质的量浓度大于蔗糖,即甲的渗透压大于乙,因此液面a会上升,液面b会下降,B项正确;当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时,甲、乙溶液的浓度不一定相等,因为液面高的一侧形成的静水压会阻止溶剂分子由低溶度溶液向高浓度溶液扩散,C项正确;由C选项的分析可知,渗透作用达到平衡时,甲、乙溶液的渗透压不一定相等,D项错误。【参考答案】D考点实验探究【方法指导】

“U”形管中水分子移动方向的分析(1)膜两侧溶液中浓度高的一侧渗透压高,浓度低的一侧渗透压低,水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。(2)两侧溶液中的溶质若不能通过半透膜,则高浓度一侧液面升高;若能通过半透膜,则首先高浓度一侧液面升高,随后另一侧液面升高,最后两侧液面持平。(3)如果溶质分子不能通过半透膜,则达到渗透平衡时,一般两侧溶液的浓度并不相等(液面高的一侧溶液浓度高),因为液面高的一侧产生的静水压会阻止溶剂分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。考点实验探究1.[2017·安徽望江二中段考]如图所示的实验装置,一段时间后,含液体②的半透膜袋萎缩,而含液体①的半透膜袋坚挺变硬,请推测三种溶液的浓度关系为

(B)A.①>②>③ B.①>③>②C.③>①>② D.①<②<③考点实验探究【解析】含液体②的半透膜袋萎缩,说明液体②失水,即浓度大小关系为③>②;含液体①的半透膜袋坚挺变硬,说明液体①吸水,浓度大小关系为①>③,B项正确。考点实验探究2.[2016·长春调研]如图为渗透装置示意图,a、b分别为不同浓度的蔗糖溶液,据图判断,下列叙述错误的是

(B)A.若c为一层纱布,则不会发生此现象B.实验开始时,c两侧的溶液浓度大小是a>bC.实验过程中漏斗管内的液面先上升后保持稳定D.当漏斗管内的液面停止上升时,水分子进出漏斗达动态平衡【解析】如果c为纱布,则漏斗内的蔗糖会扩散到外界溶液中,浓度差无法维持,漏斗内液面不会上升,A项正确;题图中漏斗内液面高于烧杯内液面,根据渗透原理可知,c两侧溶液浓度大小是a<b,B项错误。考点实验探究3.[2017·温州模拟]在两个大小相同的萝卜上各挖一个大小相同的洞,洞内插入口径与洞口相同的玻璃管(如图)。甲玻璃管内注入3mL清水,乙玻璃管内注入3mL浓盐水。一段时间后,甲、乙玻璃管中液面的变动情况是

(B)A.甲升高,乙降低

B.甲降低,乙升高C.甲、乙均升高

D.甲、乙均降低考点实验探究【解析】甲玻璃管内注入清水,萝卜细胞的细胞液浓度大于外部清水浓度,萝卜细胞会吸水,玻璃管内的液面因细胞吸水而逐渐降低;乙玻璃管内注入浓盐水,萝卜细胞会失水,所以乙液面上升。考点实验探究4.如图所示,P1、P2为半透膜制成的结构,且在如图的小室内可自由滑动。A室内溶液浓度为2mol/L,B室内溶液浓度为1.5mol/L,C室内溶液浓度为1.5mol/L,实验开始后,P1、P2的移动情况是

(C)A.P1向右、P2不动 B.P1向左、P2向左C.P1向右、P2向右 D.P1向左、P2不动【解析】由于A中溶液浓度大于B中溶液浓度,故B中水分子向右流动的速率小于向左流动的速率,从而导致P1向右移动,当B中溶液浓度大于1.5mol/L,即大于C溶液浓度时,B中水分子向右流动的速率小于C中水分子向左流动的速率,故P2向右移动。考点实验探究5.如图,容器A中含0.02mol·L-1蔗糖和0.03mol·L-1尿素;容器B中含0.01mol·L-1蔗糖和0.05mol·L-1尿素。A、B间隔一层半透膜。第一种情况:半透膜只允许水分子通过;第二种情况:半透膜允许水分子和尿素分子通过。当达到动态平衡时,这两种情况下液面高度的变化情况是

(C)A.一样高,A高于B B.B高于A,不能确定C.B高于A,A高于B D.一样高,不能确定考点实验探究【解析】第一种情况:容器A中溶液总的摩尔浓度是0.05mol·L-1;容器B中溶液总的摩尔浓度是0.06mol·L-1,B的渗透压高于A,故最终B液面高于A;第二种情况:最终半透膜两侧的尿素浓度相等,但A溶液中的蔗糖浓度大于B,故最终A液面高于B。考点实验探究

2.实验流程考点实验探究

考点实验探究③若使用质量浓度为1mol·L-1的醋酸溶液,则不发生质壁分离与复原现象,因为醋酸能杀死细胞,使原生质层失去选择透过性。(3)实验操作:观察细胞质壁分离现象时,时间不要过长,以免细胞因长期处于失水状态而死亡,影响复原现象的观察。4.实验拓展应用(1)判断成熟植物细胞是否有生物活性:考点实验探究(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:(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液):考点实验探究典例2

[2016·赣南五校联考]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,在实验室老师的帮助下,进行了一系列的创新实验,实验步骤和现象如下表。下列有关推断或解释不正确的是

(

)实验组5min时的现象再过5min滴加清水5min①0.3g·mL-1蔗糖溶液X无变化质壁分离复原②0.5g·mL-1蔗糖溶液质壁分离Y无变化③1mol·L-1KNO3溶液质壁分离质壁分离复原Z④1mol·L-1醋酸溶液无变化无变化无变化A.X为质壁分离,因为细胞渗透失水B.Y为质壁分离,可能导致细胞失水过多而死C.Z为细胞稍增大,细胞液颜色逐渐变浅D.④组无变化是因为细胞吸水量等于失水量考点实验探究【解题思路】在0.3

g·mL-1蔗糖溶液中,细胞外液浓度大于细胞液浓度,细胞渗透失水,5

min后可观察到质壁分离现象,A项正确;在0.5

g·mL-1蔗糖溶液中,洋葱表皮细胞会发生质壁分离且现象比在0.3

g·mL-1蔗糖溶液中明显,细胞可能会因为失水过多而死亡,B项正确;在1

mol·L-1KNO3溶液中,细胞发生质壁分离后会主动复原,因为钾离子和硝酸根离子能主动进入细胞,使细胞液浓度逐渐增大,加入清水后,细胞吸水,细胞液颜色逐渐变浅,但因为植物细胞有细胞壁的保护,故细胞只是稍增大,C项正确;④组无变化是因为细胞已经死亡,D项错误。【参考答案】D考点实验探究【迁移拓展】题中的洋葱表皮细胞应选用内表皮细胞还是外表皮细胞?不同部位的表皮细胞观察到的质壁分离程度相同吗?应该选择紫色的外表皮细胞。洋葱不同部位的表皮细胞其细胞液浓度不同,发生质壁分离的程度可能不同。考点实验探究1.下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述,错误的是

(B)A.与白色花瓣相比,采用红色花瓣有利于实验现象的观察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.用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同D.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素,有利于实验现象的观察考点实验探究【解析】花瓣的颜色来自液泡,所以红色花瓣细胞的液泡呈红色,因此在观察时红色花瓣比白色花瓣更便于观察细胞质壁分离现象,A项正确;黑藻叶片的叶肉细胞中,叶绿体存在于细胞质中,而液泡呈无色,因此叶绿体的存在使原生质层呈绿色,有利于实验现象的观察,B项错误;因实验材料所在的外界溶液浓度在实验中是相同的,所以,实验中质壁分离的程度主要决定于细胞液的浓度,而紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位细胞的细胞液浓度不一定都相同,故不同部位细胞观察到的质壁分离程度可能不同,C项正确;紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中含有色素,使液泡呈紫色,有利于实验现象的观察,D项正确。考点实验探究2.[2016·陕西模拟]某生物兴趣小组在做“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中,为了探究实验材料的可行性,培养了一棵洋葱,待长出较长的根和管状叶后,对其绿色管状叶(与小葱的绿色管状结构相同)的叶肉细胞和鳞片叶的内表皮细胞进行实验,绘制部分图形如图,假如整个实验操作过程标准无误,以下有关说法正确的是

(C)A.用管状叶作实验材料时,必须用伊红(红墨水)染色才能观察到质壁分离现象B.用管状叶作实验材料时,不用染色可以观察到A区域为绿色C.用鳞片叶的内表皮细胞做该实验,可将伊红(红墨水)染料加到0.3g/mL的蔗糖溶液中,质壁分离时A区域呈红色D.若图中B区域呈紫色,则使用的材料是鳞片叶的内表皮细胞考点实验探究【解析】管状叶的叶肉细胞为成熟植物细胞,具有大液泡且细胞质中含有绿色的叶绿体,不用染色也可观察到质壁分离,A项错误;不染色时,可以观察到题图中B区域(细胞质)为绿色,B项错误;细胞壁具有全透性,红墨水会进入细胞壁与细胞膜间隙(A区域),质壁分离后A区域呈红色,C项正确;洋葱鳞片叶内表皮细胞为无色,若题图中B区域呈紫色,则说明使用的材料是紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞,D项错误。1.[2016·天津高考]在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中,显微镜下可依次观察到甲、乙、丙三种细胞状态。下列叙述正确的是

(B)A.由观察甲到观察乙须将5倍目镜更换为10倍目镜B.甲、乙、丙可在同一个细胞内依次发生C.与甲相比,乙所示细胞的细胞液浓度较低D.由乙转变为丙的过程中,没有水分子从胞内扩散到胞外【解析】本题考查观察植物细胞失水与吸水和显微镜使用的有关知识。题图甲为观察的初始状态,题图乙为洋葱细胞发生质壁分离状态,题图丙为洋葱细胞质壁分离复原状态。在观察植物细胞质壁分离及复原的过程中不需要更换目镜,A项错误;在实验的过程中,甲、乙、丙可以在一个细胞中依次发生,B项正确;乙所示细胞处于失水状态,与甲相比,乙所示细胞的细胞液浓度较高,C项错误;由乙转变为丙的过程中,水分子进入细胞的多,从细胞中出来的少,因此细胞表现为吸水,D项错误。2.[2016·江苏高考]下列关于生物膜透性的叙述,正确的是

(C)A.核糖体合成的分泌蛋白能够自由透过高尔基体膜B.细胞质中合成的光合作用相关蛋白须通过内质网输入叶绿体C.子叶细胞中包被脂肪颗粒的膜对葡萄糖具有选择透性D.细胞外高浓度的超氧化物歧化酶可以自由扩散进入细胞【解析】本题考查生物膜的有关知识。蛋白质只能通过囊泡进行运输,不能自由透过高尔基体膜,A项错误;光合作用相关蛋白在叶绿体内部合成,B项错误;包被脂肪颗粒的膜具有选择透过性,C项正确;超氧化物歧化酶的本质是蛋白质,不能通过自由扩散方式进入细胞,D项错误。3.[2014·新课标全国Ⅰ卷]下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述,错误的是

(B)A.与白色花瓣相比,采用红色花瓣有利于实验现象的观察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.用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同D.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素,有利于实验现象的观察【解析】本题主要考查植物细胞质壁分离实验材料的选择、实验现象的观察及实验结果的分析等。花瓣的颜色来自液泡,所以红色花瓣细胞的液泡呈红色,因此在观察时红色花瓣比白色花瓣更便于观察细胞质壁分离现象,A项正确;黑藻叶片的叶肉细胞中,叶绿体存在于细胞质中,而液泡呈无色,因此叶绿体的存在使原生质层呈绿色,有利于实验现象的观察,B项错误;因实验材料所在的外界溶液浓度在实验中是相同的,所以,实验中质壁分离的程度主要决定于细胞液的浓度,而紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位细胞的细胞液浓度不一定都相同,故不同部位细胞观察到的质壁分离程度可能不同,C项正确;紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中含有色素,使液泡呈紫色,有利于实验现象的观察,D项正确。4.[2014·新课标全国Ⅱ卷]将某植物花冠切成大小和形状相同的细条,分为a、b、c、d、e和f组(每组的细条数相等),取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中,浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度,结果如图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换,则

(D)A.实验后,a组液泡中的溶质浓度比b组的高B.浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组的C.a组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b组D.使细条在浸泡前后长度不