2024年高中生物新教材同步必修第一册 第4章 本章知识网络含答案

2024年高中生物新教材同步必修第一册第4章本章知识网络含答案本章知识网络第1节被动运输第1课时水进出细胞的原理[学习目标]1.阐明渗透作用的条件及原理。2.结合探究实验，分析理解细胞吸水和失水的过程及应用。一、渗透作用1．概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。2．方向：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。任务一：渗透作用发生的条件根据教材P62“问题探讨”中的渗透现象示意图，回答下列问题：(1)漏斗管内的液面升高的原因：由于单位体积的清水中水分子数多于蔗糖溶液中的水分子数，因此单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。(2)漏斗管内的液面不会一直升高的原因：管内的水柱产生的压力会加快漏斗中的水分子向外扩散的速度，最终膜两侧水分子扩散的速度达到平衡，液面不再上升。(3)渗透装置中，当漏斗内的溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度是否相同？为什么？提示不相同。漏斗内溶液浓度仍然高，由于漏斗管内液面升高形成的静水压会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，故半透膜两侧溶液浓度关系仍是漏斗内溶液浓度高于烧杯中清水的浓度。(4)如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？提示不会。原因是纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。(5)如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？提示不会。半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。1．渗透作用具备的两个条件(1)具有半透膜；(2)膜两侧溶液存在浓度差。2．水分子的运动规律(1)水的运输方向：从含水量高的一侧向含水量低的一侧运输。(2)半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。(3)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。3．渗透平衡≠浓度相等渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。1.某科研小组设计如图所示的渗透装置，其中蔗糖不能透过半透膜，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，液面不动(渗透平衡)时液面差为Δh。下列说法正确的是()A．渗透平衡后S1和S2浓度的大小关系为S1＝S2B．渗透平衡后无水分子通过半透膜C．漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快D．向漏斗内加适量清水Δh将变小答案D解析漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，渗透平衡时液面差为Δh，此时S1和S2浓度的大小关系为S1＞S2，A错误；渗透平衡后水分子依然进出半透膜，只不过进出半透膜的水分子的量相等，B错误；S1溶液浓度大于S2，所以漏斗中溶液液面上升，但随着液面高度差的增大，液面上升速率逐渐减慢，C错误；向漏斗内加适量清水，S1的浓度会变得更小，则两种蔗糖溶液的浓度差变小，达到渗透平衡后Δh将变小，D正确。2.如图实验装置中，半透膜只允许水分子和单糖分子透过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图。则下列关于液面的变化及相关叙述正确的是()A．a先降后升，b先升后降B．a先升后降，b先降后升C．当液面最终停止变化时，半透膜两侧溶液浓度相等D．当液面最终停止变化时，b侧浓度高于a侧答案A解析本实验中的半透膜只允许葡萄糖、水分子透过，而蔗糖分子不能透过。相同质量分数的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，由于葡萄糖的摩尔质量较小，其物质的量浓度就较大，水分子和葡萄糖都能透过半透膜，但分子小得多的水分子渗透速率要快得多。刚开始时水分子向物质的量浓度较大的葡萄糖溶液一侧渗透，所以b液面高于a液面。之后葡萄糖也逐渐透过半透膜到达a侧，使a侧浓度升高，水又反向渗透，a液面又高于b液面。因此，a先降后升，b先升后降。由于静水压的作用，当液面最终停止变化时，b侧浓度低于a侧。题后归纳(1)渗透系统的溶液浓度研究渗透作用时溶液浓度是指物质的量浓度而非质量浓度：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，质量浓度相同，但葡萄糖溶液的物质的量浓度大，故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(2)渗透现象中液面变化的判断方法半透膜两侧分别为浓度不同的溶液A、B，有以下三种情况：①若A侧溶质(如葡萄糖等)可以通过半透膜，B侧溶质不能通过半透膜，则最终B侧液面升高。②若A侧和B侧溶质是同种物质且均不能通过半透膜，则浓度高的一侧液面升高。③若A、B两侧溶液的溶质均能通过半透膜，则两侧不存在高度差。二、水进出细胞的原理1．动物细胞的吸水和失水(1)条件及现象过程条件现象吸水外界溶液的浓度＜细胞质的浓度失水外界溶液的浓度＞细胞质的浓度平衡外界溶液的浓度＝细胞质的浓度(2)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。2．植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的细胞液。水进出细胞主要是指水经过原生质层进出液泡。(2)成熟植物细胞吸水和失水的方式植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。(3)植物细胞发生质壁分离与复原的原因3．探究植物细胞的吸水和失水实验(1)实验材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，具有中央大液泡，细胞液呈紫色，便于观察。(2)实验流程判断正误(1)当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破()(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成()(3)在“探究植物细胞的吸水和失水”实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜观察，第二、三次用高倍镜观察()答案(1)×(2)×(3)×解析(1)不一定；因为红细胞吸水膨胀后细胞内的溶液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内的溶液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。(2)植物细胞的原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质组成。(3)在该实验操作中，三次都是用低倍镜进行观察。任务二：探究植物细胞的吸水和失水1.现象：将放置一段时间的马铃薯切成如图所示形状，凹槽内倒入一定量清水，一段时间后液面下降；再将适量蔗糖加入凹槽清水中，一段时间后液面上升，试解释上述现象。提示凹槽内注入清水后，由于马铃薯细胞液浓度大于清水，马铃薯细胞吸水，导致清水液面下降；当向清水中加入适量蔗糖后，蔗糖溶液的浓度大于细胞液浓度，细胞失水，一段时间后导致液面升高。2．探究植物细胞的吸水和失水(1)提出问题：水分进出细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？(2)作出假设：原生质层相当于一层半透膜。(3)实验设计思路①如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会失水，液泡体积就会缩小；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会吸水，液泡体积就会增大。所以可以通过液泡体积的大小变化反映水分进出细胞的情况。②如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？提示提供蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，提供清水使细胞外溶液浓度降低。③如何看到细胞，需要借助到什么材料和用具？提示利用显微镜观察临时装片。④对实验结果作出预测——细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？提示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。(4)实验材料的选择①下列细胞中能发生质壁分离的是CEF。A．大蒜根尖分生区细胞B．人的口腔上皮细胞C．菠菜叶肉细胞D．蛙的红细胞E．洋葱鳞片叶外表皮细胞F．洋葱鳞片叶内表皮细胞②若该细胞代表紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则有色区域在7(用图中数字表示)；若是黑藻叶肉细胞，则有色区域在5(用图中数字表示)；若是洋葱鳞片叶内表皮细胞做实验材料，为使实验结果方便观察，外界溶液中滴加了胭脂红染色剂，则有色区域在6(用图中数字表示)。(5)实验结果分析①将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞放在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？提示颜色逐渐变深。吸水能力逐渐增强。②有位同学错取了质量浓度为3g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？提示蔗糖溶液浓度太高，细胞因过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。③实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？提示观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的细胞状态形成对照。(6)拓展应用①用物质的量浓度为2mol·L－1的乙二醇溶液和2mol·L－1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)体积变化情况如图所示。请回答：2min后，不同于处于2mol·L－1的蔗糖溶液中的细胞，处于2mol·L－1的乙二醇溶液中的细胞自动发生了质壁分离复原现象，发生该现象的原因是乙二醇分子进入细胞内，引起细胞液的浓度增大，细胞吸水使质壁分离自动复原。当质壁分离复原后，此时细胞液的浓度大于或等于外界溶液浓度。②细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量浓度的蔗糖溶液。写出你的实验思路。提示可以配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液，将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液的浓度应介于这两个浓度之间。1．质壁分离及复原现象发生的条件(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在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜)中只发生质壁分离现象，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在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。③在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。2．质壁分离及复原现象的拓展应用(1)判断细胞的活性待测细胞＋蔗糖溶液eq\o(→,\s\up7(镜检))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(发生质壁分离和复原→活细胞,不发生质壁分离→死细胞))(2)测定细胞液浓度的范围待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短→判断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)成熟植物细胞＋不同种类溶液eq\o(→,\s\up7(镜),\s\do5(检))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(只发生质壁分离→蔗糖溶液,质壁分离后自动复原→KNO3溶液))3．如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是()A．图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力减弱B．图1所示结果只能在图2中C处观察到C．增大蔗糖溶液的浓度会使第二次观察(D)和第三次观察(F)实验效果更明显D．该实验用显微镜主要观察原生质层的位置、液泡的颜色和大小等答案D解析图1细胞若继续发生质壁分离，细胞失水，则该细胞的吸水能力不断增强，A错误；图1所示结果可能处于质壁分离过程中或者平衡状态，也可能处于质壁分离复原过程中，因此可能在图2的C处或E处观察到，B错误；适当增大蔗糖溶液的浓度，使蔗糖溶液与细胞液的浓度差变大，质壁分离的速度加快，但如果蔗糖浓度过高，会导致细胞因失水过多而死亡，不会发生质壁分离复原现象，C错误。4．(2023·安徽蚌埠高一检测)用物质的量浓度为2mol·L－1的乙二醇溶液和同物质的量浓度的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体(植物细胞除去细胞壁后剩余的部分)体积变化情况，如图所示。下列相关叙述正确的是()A．在蔗糖溶液中，植物细胞体积明显逐渐减小B．在d点时，蔗糖溶液中仍有水分子进出植物细胞C．在0～240s内，乙二醇没有通过细胞膜进入细胞内D．在c点与a点代表体积相等时，推测植物细胞液浓度相同答案B解析在蔗糖溶液中，由于细胞失水，原生质体的体积明显缩小，但细胞壁伸缩性较小，细胞体积没有明显变化，A错误；水分子进出细胞的行为任何时刻都可发生，d点进出达到平衡，B正确；0～240s内，乙二醇通过细胞膜进入细胞内，导致细胞液浓度增大，细胞吸水导致质壁分离自动复原，C错误；c点相比a点，有部分乙二醇进入了细胞，c点的原生质体体积和a点的体积相等，但由于细胞壁的限制，二者的细胞液浓度未必相等，D错误。题组一渗透现象及原理分析1．图甲是发生渗透作用时的初始状态，图乙是较长时间之后，漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。下列有关叙述错误的是()A．图甲中③为半透膜，水分子能自由通过B．图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度C．图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等D．图甲中溶液①和②浓度差越大，则图乙中的水柱越高答案C解析在图乙中，高出液面的水柱所产生的压力与渗透压达到平衡，此时漏斗内溶液②的浓度应比溶液①的浓度高。2．(2023·广东珠海高一期末)某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中()A．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定B．水分子只能透过半透膜从清水进入蔗糖溶液C．当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高答案D解析在长颈漏斗内液面上升的过程中，漏斗内蔗糖溶液的浓度逐渐减小，液面上升的速率逐渐减慢，最终维持稳定，A错误；在长颈漏斗内液面上升的过程中，有水分子透过半透膜从清水进入蔗糖溶液，也有水分子透过半透膜从蔗糖溶液进入清水，只是水分子进入蔗糖溶液的多，出来的少，B错误；由于蔗糖分子不能透过半透膜，半透膜两侧液体浓度不会相等，C错误。3．将生鸡蛋的大头保持壳膜完好去掉蛋壳，小头开个小孔让蛋清和蛋黄流出。将蛋壳内灌入质量分数为15%的蔗糖溶液，然后放在烧杯的清水中并用铅笔标上吃水线。下列分析错误的是()A．壳膜相当于渗透装置中的半透膜B．半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳所致C．若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，则蛋壳先上浮后下沉D．达到平衡后，水分子将不再发生移动答案D解析本实验中相当于渗透装置中的半透膜的是壳膜，A正确；由于壳膜内的浓度大于外界溶液的浓度，外界清水透过壳膜进入到壳膜内的蔗糖溶液中，导致蛋壳下沉，吃水线低于烧杯的水面，B正确；若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，由于壳膜内的浓度小于外界溶液的浓度，壳膜内的水就透过壳膜进入到壳膜外，导致蛋壳上浮，由于Na＋和Cl－都可以通过半透膜，因此半透膜两侧的浓度差很快消失，壳膜外的水就透过壳膜进入到壳膜内，导致蛋壳下沉，C正确；水分子进出壳膜达到平衡时，水分子仍进出壳膜，D错误。题组二水进出细胞的原理4．将家兔红细胞甲、乙、丙(细胞内部溶液浓度相等)分别置于三种不同浓度(a、b、c)的溶液中，水分子的跨膜运输示意图如下(箭头方向表示水分子的进出，箭头粗细表示水分子出入的多少)。下列说法正确的是()A．据图可知，三种溶液浓度c＜b＜aB．甲细胞发生了渗透吸水现象C．光学显微镜下可以观察到乙细胞有水分子进出D．如果把丙细胞换成洋葱表皮细胞，则其会涨破答案A解析由图分析可知，甲细胞处于高浓度溶液中，细胞失水量大于吸水量，甲细胞发生了渗透失水现象，B错误；光学显微镜下可观察到细胞体积的变化，不能观察到水分子的进出，C错误；若把丙细胞换成洋葱表皮细胞，植物细胞膜外有细胞壁，对细胞起支持和保护作用，则该细胞不会涨破，D错误。5．下列有关植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是()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．若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．若用紫色洋葱鳞片叶外表皮做实验，只要用低倍镜观察，可不必用高倍镜答案B解析红色花瓣细胞的液泡呈现红色，比白色花瓣更便于观察质壁分离现象，A正确；黑藻叶片的叶肉细胞中，液泡无色，叶绿体的存在使原生质层呈现绿色，有利于实验现象的观察，B错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位的细胞，其细胞液浓度不一定相同，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，C正确；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞体积较大，低倍镜下即可观察到质壁分离现象，不需要用高倍显微镜，D正确。6．(2023·河北唐山高一检测)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．第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域B．第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处C．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D．为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微镜观察步骤答案B解析第一次观察时不能观察到较大的细胞质基质，可观察到紫色大液泡；吸水纸的作用是引流，目的是使蔗糖溶液或清水通过洋葱鳞片叶，使其发生质壁分离或质壁分离复原；第一次显微镜观察是为了对照。7．将紫色洋葱鳞片叶外表皮浸润在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，1min后进行显微观察，结果如图。下列有关叙述错误的是()A．图中L是细胞壁，M是液泡，N中充满的是蔗糖溶液B．外界溶液浓度与细胞液浓度的大小此时无法确定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．未成熟的植物细胞不发生渗透失水或吸水答案D解析L是细胞壁，M是液泡，N是原生质层与细胞壁中间的部分，由于细胞壁具有全透性，而原生质层相当于一层半透膜，因此N中充满的是蔗糖溶液，A、C正确；根据图示无法判断细胞处于质壁分离加强还是质壁分离已达到平衡的状态，所以外界溶液浓度与细胞液浓度的大小此时无法确定，B正确；未成熟的植物细胞没有大液泡，细胞膜相当于半透膜，当细胞质基质与外界溶液存在浓度差时，也能发生渗透吸水或失水，D错误。8．(2023·天津河北区高一期末)下列各项中通过质壁分离的实验不能证明的是()A．成熟细胞的死活B．能否发生渗透作用C．原生质层和细胞壁的伸缩性大小D．原生质层的组成答案D解析只有活细胞才能发生质壁分离，死细胞是不能发生质壁分离的，所以通过质壁分离实验可以判断成熟植物细胞的死活，A不符合题意；质壁分离和质壁分离复原实验的原理是渗透作用，B不符合题意；质壁分离实验无法探究出原生质层的组成，D符合题意。9.如图所示，容器甲中含0.02mol·L－1蔗糖，0.03mol·L－1尿素；容器乙中含0.01mol·L－1蔗糖，0.05mol·L－1尿素。甲、乙间隔一层半透膜。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，这两种情况下的液面高度分别是()A．一样高，甲高于乙 B．乙高于甲，不能确定C．乙高于甲，甲高于乙 D．一样高，不能确定答案C，乙溶液中总的物质的量浓度为0.06mol·L－1，乙溶液的渗透压高于甲的，故最终乙液面高于甲。第二种情况：半透膜允许水分子和尿素分子通过，那么最终半透膜两侧的尿素浓度相等，但是甲溶液中的蔗糖浓度大于乙的，故最终甲液面高于乙。10．(2023·辽宁丹东高一月考)某植物根毛细胞间隙液的浓度为a，细胞质基质的浓度为b，细胞液的浓度为c，正常状态下，三处液体浓度间的关系是()A．a>b>c B．b>c>aC．a>c>b D．c>b>a答案D解析水分子由浓度低的溶液向浓度高的溶液渗透，正常情况下细胞处于吸水的状态，所以浓度高低依次是细胞液浓度>细胞质基质浓度>细胞间隙液浓度，即c>b>a。11．(2022·全国甲，2)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是()A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞cC．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度答案C解析水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相等；水分交换达到平衡时，虽然细胞内外溶液浓度相同，但细胞c失水后外界蔗糖溶液的浓度减小，因此，水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，故C错误。12．(2022·江苏连云港高一期中)将相同的两个植物细胞分别放置在甲、乙两种溶液中，对细胞失水量进行统计后绘制出如图曲线。下列有关叙述正确的是()A．甲、乙两溶液的溶质相同B．a点之前，乙溶液中的溶质已经进入细胞C．在0～4min内两条曲线有差异，说明甲溶液浓度低于乙溶液D．处理到10min时，两溶液中的细胞液浓度都等于外界溶液浓度答案B解析在乙溶液中可以发生质壁分离复原过程，在甲溶液中只有质壁分离，故两者的溶质不同，A错误；a点时细胞失水量开始减少，说明a点之前，乙溶液中的溶质已经进入细胞，B正确。13．小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡呈紫色，是观察质壁分离与复原现象的良好材料。下表是某实验小组利用小蚌兰叶片下表皮细胞在不同浓度的蔗糖溶液中观察质壁分离和复原现象的结果。据表分析，下列叙述中错误的是()项目蔗糖溶液质量浓度(g/mL)0.300.350.400.450.50是否发生质壁分离现象－－＋＋＋＋＋＋＋＋滴入清水后是否复原－－是是－注：“－”表示不发生，“＋”表示发生，且“＋”越多表示发生程度越大。A．该细胞的细胞液浓度约相当于0.35～0.40g/mL的蔗糖溶液浓度B．质量浓度为0.45g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原现象C．当蔗糖溶液质量浓度为0.30g/mL时，细胞内外无水分子的进出D．质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡颜色逐渐变深答案C解析蔗糖溶液质量浓度为0.35g/mL时，细胞未发生质壁分离现象，0.40g/mL时细胞发生质壁分离现象，则该细胞液浓度与0.35～0.40g/mL的蔗糖溶液浓度相当，A正确；质量浓度为0.45g/mL的蔗糖溶液，细胞发生质壁分离的程度明显，在清水中也能发生质壁分离的复原现象，则质量浓度为0.45g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原现象，B正确；当蔗糖溶液质量浓度为0.30g/mL时，细胞吸水，此时进入细胞的水分子多于排出细胞的水分子，C错误；质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞失水，液泡颜色加深，D正确。14．成熟的植物细胞具有中央大液泡，可与外界溶液构成渗透系统进行渗透吸水或渗透失水。如图甲表示渗透装置吸水示意图，图乙表示图甲中液面上升的高度与时间的关系，图丙表示成熟植物细胞在某外界溶液中的一种状态(此时细胞有活性)。请回答下列问题：(1)由图甲漏斗液面上升可知，实验初始时c两侧浓度大小是a________b。由图乙可知，漏斗中溶液吸水速率在________，最终液面不再上升。当液面不再上升时，因为漏斗内液柱有压力作用，c两侧浓度大小是a________b。(2)图丙中的③④⑤组成的结构名称是______________，该结构相当于图甲中的结构________(填字母)。结构②中充满着外界溶液，此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是______。A．细胞液＞外界溶液 B．细胞液＜外界溶液C．细胞液＝外界溶液 D．都有可能(3)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当中，发现细胞液泡体积增大，说明细胞在渗透吸水，细胞能否无限吸水？______，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________。(4)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中，发现细胞没有发生质壁分离复原现象，可能的原因是____________________________________________________________。答案(1)小于(或<)下降(或减慢)小于(或<)(2)原生质层cD(3)不能细胞壁对原生质层有支持和保护的作用(4)质壁分离过程中，细胞过度失水，已经死亡15．某实验小组要对“低温是否会影响渗透作用”进行探究，假如你是实验小组的成员，请分析回答下列问题：材料用具：1000mL烧杯，带刻度的长颈漏斗、新鲜的猪膀胱膜、蒸馏水、蔗糖溶液、水浴锅、冰块等。(1)实验步骤：①组装渗透装置两套如图，分别编号为1、2。②在两组烧杯中分别加入等量的蒸馏水，在长颈漏斗中分别加入_______________，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的液面刻度变化。(2)分析回答：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。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)预测实验结果及结论：实验结果实验结论若1组漏斗液面比2组高①________________________________________________________________________②________________________________低温会影响渗透作用，且使渗透速率加快若1、2两组漏斗的液面高度相同③________________________________________________________________________答案(1)②等量同一浓度的蔗糖溶液(2)①渗透②(渗透系统所处的)不同温度环境单位时间(长颈)漏斗液面高度的变化(3)①低温会影响渗透作用，且使渗透速率减慢②若1组漏斗液面比2组低③低温不会影响渗透作用第2课时被动运输[学习目标]1.阐明被动运输的原理和特点及影响因素。2.转运蛋白的种类和作用。1．被动运输的概念：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。2．被动运输的类型eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，如：氧、二氧化碳、甘油、,乙醇、苯等,协助扩散：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，如：水分子、葡萄糖、,氨基酸等))3．转运蛋白：分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。名称载体蛋白通道蛋白图示转运对象与自身结合部位相适应的分子或离子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特点每次转运时都会发生自身构象的改变转运分子不需要与通道蛋白结合4.影响被动运输的因素(1)膜内外物质浓度梯度的大小。(2)某些物质的运输速率还与转运蛋白的数量有关。(3)温度变化会影响物质运输速率。判断正误(1)相对分子质量小的物质和离子都可以通过自由扩散进出细胞()(2)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同()(3)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率()答案(1)×(2)√(3)√解析(1)相对分子质量小的物质或离子的运输方式可能是自由扩散，也可能是协助扩散等其他方式。(2)如：水分子可以通过协助扩散和自由扩散进出细胞。情境导入成人每昼夜生成的原尿量可达180L，但每日排出的终尿量仅1.5L，可见原尿经过肾小管和集合管时，约有99%的水分被重吸收回血液。再从成分比较，终尿与原尿也有很大差别，例如，原尿含葡萄糖，终尿无。那么肾小管上皮细胞是如何对原尿中的物质进行重吸收的？任务一：探究气体和甘油等分子进出细胞的方式资料1：科研人员对同种物质在人工膜(只含有磷脂双分子层)和生物膜中的通透性做了比较，结果如图所示。1．请据图分析，气体和甘油是如何进出细胞的？提示人工膜和生物膜对气体和甘油的通透性相同，因此它们是通过扩散作用进出细胞的。2．甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？提示甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层进出细胞。任务二：探究水分子进出细胞的方式1．由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，推测水分子是如何通过细胞膜的？提示水分子通过细胞膜时的速率高于自由扩散的速率，由此推断细胞膜上可能存在特殊的水的跨膜运输方式。资料2：科学家阿格雷在红细胞膜上发现了一种疏水性跨膜蛋白AQP1。他将这种蛋白镶嵌在人工合成的脂质体上，并将镶嵌有AQP1的脂质体和普通脂质体同时放入蒸馏水中，每隔一段时间观察，结果如图所示。2．由上述实验结果，你能得出什么推论？提示疏水性跨膜蛋白AQP1能够加快水分子进入细胞的速率。任务三：探究葡萄糖进出细胞的方式资料3：人体血浆中的葡萄糖经肾小球滤过进入原尿后流经肾脏近曲小管，全部由位于管腔面的钠－葡萄糖共转运蛋白(SGLT)重吸收进入近曲小管上皮细胞，使得排出的尿液中不含葡萄糖。随后葡萄糖被位于肾脏近曲小管上皮细胞基底膜上的葡萄糖载体蛋白(GLUT)转运至组织液进而进入毛细血管，进入血浆的葡萄糖会被红细胞等吸收(注：ATP水解为ADP和Pi时放能)。1．载体蛋白(GLUT)将葡萄糖运出肾脏近曲小管上皮细胞时的运输特点是什么？提示顺浓度梯度运输、不消耗能量、需要载体蛋白的协助。2．如图表示人体成熟红细胞的部分结构和功能，葡萄糖进入红细胞时的运输特点是什么？提示顺浓度梯度运输、不消耗能量、需要载体蛋白的协助。被动运输的影响因素(1)自由扩散的影响因素：物质运输速率主要取决于膜内外物质浓度梯度的大小，也与物质分子大小和脂溶性有关。(如图A)(2)协助扩散的影响因素：除了膜内外物质浓度梯度的大小外，还与膜上转运蛋白的数量有关。当转运蛋白达到饱和时，物质浓度再增加，物质运输速率也不再增加。(如图B)(3)被动运输不消耗能量，所以物质运输速率和细胞能量供应无关。(如图C)1．(2022·广东中山一中高一期中)协助扩散需要细胞膜上载体蛋白或通道蛋白的协助。如图甲、乙分别表示载体介导和通道介导的两种协助扩散方式，其中通道介导的扩散速率比载体介导的快得多。下列有关叙述正确的是()A．该过程的运输速率与膜两侧浓度差完全呈正相关B．载体蛋白和通道蛋白均具有一定的特异性C．甲、乙两种方式均存在溶质分子与相应蛋白质的结合过程D．该过程需要消耗能量答案B解析协助扩散需要转运蛋白的协助，其运输速率既与膜两侧浓度差相关，又与转运蛋白的数量相关，因此并不是与膜两侧浓度差完全呈正相关，A错误；载体蛋白和通道蛋白均具有一定的特异性，B正确；载体蛋白在转运离子或分子时会与离子或分子结合，而离子或分子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，C错误；该过程为协助扩散，协助扩散不需要消耗能量，D错误。2．(2023·福建泉州高一月考)肝细胞和细菌都能以协助扩散的方式吸收葡萄糖，其中细菌协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT1，肝细胞协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT2，其运输的速率和葡萄糖浓度的关系如图所示。下列推测错误的是()A．协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度差B．a点与b点相比，制约葡萄糖转运速率的因素是GLUT1的数量C．c点与a点相比，c点葡萄糖转运速率低的原因可能是肝细胞GLUT2少D．载体蛋白的存在能显著提高细胞摄取葡萄糖的速率答案B解析协助扩散是将物质顺浓度梯度的运输，运输过程中，膜两侧的浓度差缩小，所以协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度差，A正确；a点与b点相比，载体蛋白GLUT1的数量一样多，制约葡萄糖转运速率的主要因素是葡萄糖的浓度，B错误；c点与a点相比，两点葡萄糖浓度一样，因载体蛋白数量不同而运输速率不同，C正确；与无蛋白质的磷脂双分子层相比，有载体蛋白时运输速率明显加快，所以载体蛋白的存在能显著提高细胞摄取葡萄糖的速率，D正确。题组一自由扩散和协助扩散1．2019年诺贝尔生理学或医学奖授予了发现细胞感知和适应氧气变化机制的科学家。氧气进入细胞的方式是()A．主动运输 B．自由扩散C．协助扩散 D．渗透作用答案B解析氧气分子较小，可以穿过磷脂分子层的间隙，通过自由扩散的方式进入细胞，B正确。2．(2022·上海金山区高一期中)下列物质进出细胞的方式中，必须依赖于细胞膜上转运蛋白才能完成的是()A．O2进入肺泡细胞B．H2O进入根毛细胞C．葡萄糖进入红细胞D．酒精进入胃上皮细胞答案C解析O2、酒精进入细胞的方式是自由扩散，水进出细胞的方式可以是协助扩散，也可以是自由扩散，自由扩散不需要转运蛋白的协助，A、B、D错误；葡萄糖进入红细胞，属于协助扩散，需要转运蛋白的协助，C正确。3．下列关于被动运输的叙述，错误的是()A．包括自由扩散和协助扩散B．只能顺浓度梯度进行运输C．都不需要转运蛋白D．都不需要消耗能量答案C解析被动运输包括自由扩散和协助扩散，自由扩散不需要转运蛋白，不需要消耗能量；协助扩散需要转运蛋白，不需要消耗能量，C错误。4．下列与物质跨膜运输有关的叙述，错误的是()A．葡萄糖顺浓度梯度的跨膜运输需转运蛋白的协助B．乙醇和氧气进出细胞的跨膜运输方式相同C．温度对性激素通过生物膜无影响D．水跨膜运输的方式可以是自由扩散，也可以是协助扩散答案C解析温度影响膜的流动性，进而影响性激素通过生物膜的速率，C错误。题组二转运蛋白的种类和作用5．(2023·江苏盐城高一质检)如图表示被转运的溶质以协助扩散方式排出细胞的过程。下列有关分析错误的是()A．人体成熟红细胞以该方式吸收葡萄糖B．载体结合位点与被转运的溶质之间具有专一性C．载体蛋白构象发生改变的过程中需要消耗能量D．被转运的溶质从高浓度到低浓度，且具有载体饱和效应答案C解析题图表示被转运的溶质以协助扩散的方式排出细胞的过程，该过程不消耗能量，所以载体蛋白构象发生改变的过程中不需要消耗能量，C错误。6．(2022·辽宁朝阳高一期末)K＋可通过通道蛋白进出细胞，下列有关叙述错误的是()A．K＋通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合B．膜内外K＋浓度梯度的大小会影响K＋的运输速率C．K＋顺浓度梯度通过细胞膜的过程属于协助扩散D．水分子和Na＋也能借助该通道进出细胞答案D解析通道蛋白具有专一性，水分子和Na＋不能借助K＋通道蛋白进出细胞，D错误。题组三协助扩散运输速率的影响因素7．如图判断下列说法错误的是()A．由图甲可以判断物质的跨膜运输方式是自由扩散B．图甲中随着细胞外物质浓度的降低，运输速率会变慢C．图甲中表示自由扩散不需要转运蛋白的协助D．图乙说明协助扩散过程只受物质浓度差的影响答案D解析图乙表示自由扩散与物质浓度成正比例，D错误。8．(2023·北京大兴高一期末)维生素D属于脂质的一种，人体组织细胞吸收维生素D的量主要取决于()A．环境温度和氧气的含量B．细胞膜上维生素D含量及其转运蛋白数量C．细胞膜上维生素D转运蛋白的数量D．细胞外溶液与细胞质中维生素D的浓度差答案D解析维生素D属于脂溶性物质，以自由扩散的方式通过细胞膜，不消耗能量，不需要转运蛋白协助，其运输速率主要取决于膜两侧浓度差，故组织细胞吸收维生素D的量主要取决于细胞外溶液与细胞质中维生素D的浓度差，D正确。9．哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白，硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是()A．经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀B．经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小C．未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀D．未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小答案B解析经AgNO3处理的红细胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通过自由扩散的形式进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会失水变小，A正确，B错误；未经AgNO3处理的红细胞，水可通过水通道蛋白快速进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小，C、D正确。10．(2023·山东潍坊一中高一期末)肝糖原的分解和合成对人体血糖的稳定具有重要意义。葡萄糖通过载体蛋白GLUT2以被动运输的方式进出肝细胞。下列说法错误的是()A．GLUT2对运输的物质具有高度选择性B．饥饿时，通过GLUT2将葡萄糖运出肝细胞消耗能量C．葡萄糖需与GLUT2结合才能被运进或者运出肝细胞D．葡萄糖的运输方向取决于浓度梯度而与GLUT2无关答案B解析GLUT2是一种载体蛋白，具有特异性，故GLUT2对运输的物质具有高度选择性，A正确；葡萄糖通过载体蛋白GLUT2以被动运输的方式进出肝细胞，故饥饿时，通过GLUT2将葡萄糖运出肝细胞不消耗能量，B错误；葡萄糖进出肝细胞是协助扩散，协助扩散的方向取决于物质浓度梯度，D正确。11．科学家阿格雷和麦金农分别研究发现了水通道蛋白和钾离子通道蛋白，因此共同荣获2003年诺贝尔化学奖。下列说法正确的是()A．磷脂双分子层内部是疏水的，故水分子都要通过水通道蛋白进出细胞B．甘油和酒精的运输与依靠通道蛋白的运输方式不同，需要消耗能量C．通道蛋白贯穿于细胞膜，分子或离子通过通道蛋白时需要与其结合D．人的肾脏中肾小管细胞水通道蛋白发达，与水分的重吸收直接相关答案D解析磷脂双分子层内部是疏水的，故水分子主要通过水通道蛋白进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，A错误；甘油和酒精的运输属于自由扩散，不需要消耗能量，B错误；分子或离子通过通道蛋白时不需要与其结合，C错误。12．(2023·江苏泰州高一月考)如图为植物光合作用同化物蔗糖在不同细胞间运输、转化过程的示意图。下列相关叙述正确的是()A．蔗糖的水解有利于蔗糖顺浓度梯度运输B．单糖逆浓度梯度转运至薄壁细胞C．能量生成抑制剂会直接抑制图中蔗糖的运输D．蔗糖可通过单糖转运载体转运至薄壁细胞答案A解析蔗糖分子通过胞间连丝进行运输，水解后形成单糖，通过单糖转运载体顺浓度梯度运输，速率加快，A正确；图示单糖通过单糖转运载体顺浓度梯度转运至薄壁细胞，B错误；图中蔗糖运输不消耗能量