高中生物《高中全程学习方略》2025版第4章　第1节　第1课时　水进出细胞的原理含答案

高中生物《高中全程学习方略》2025版第4章第1节第1课时水进出细胞的原理含答案第1节被动运输第1课时水进出细胞的原理【学习目标】1.生命观念:通过对细胞吸水与失水原理的学习,形成结构与功能观。2.科学探究:选择合适的实验材料,观察植物细胞的质壁分离与复原,分析实验结果,得出实验结论。3.社会责任:运用细胞吸水和失水原理,指导农业生产,合理施肥。【思维导图】必备知识·认知导学水分子进出细胞的原理1.原理——渗透作用:2.动物细胞的吸水和失水:3.植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例):(1)原理:(2)现象:(3)结论:①当外界溶液的浓度大于植物细胞的细胞液浓度时,植物细胞表现为向外失水。②当外界溶液的浓度小于植物细胞的细胞液浓度时,植物细胞表现为向内吸水。生活一点通果脯果脯是生活中老幼皆爱的一种美食,用糖液浸渍果实,使糖中的糖分渗入果实内代替果实的水分而制成。该过程反映了生物学的一种现象,即渗透,用糖液腌制时,细胞外部溶液浓度高,细胞内水分流出,所以果脯是皱缩的,另外由于外部溶液浓度高,微生物也会脱水而死,达到长期保存的目的。【明辨是非】(画“√”或“×”)(1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度。(×)分析:半透膜两侧溶液的浓度是物质的量浓度,如mol/L、mol/mL等。(2)红细胞吸水与失水的多少取决于红细胞内外溶液浓度的差值。(√)(3)植物细胞内的液体环境主要指的是细胞质基质中的细胞液。(×)分析:植物细胞内的液体环境主要指的是液泡里的细胞液。(4)在不染色的条件下,最适合观察细胞质壁分离现象的是紫色洋葱根尖分生区细胞。(×)分析:根尖分生区细胞为不成熟细胞,不能作为观察质壁分离的实验材料。(5)植物细胞放在0.3g/mL的蔗糖溶液中,不一定都能发生质壁分离现象。(√)(6)成熟植物细胞在高浓度溶液中发生质壁分离是因为细胞壁具有选择透过性。(×)分析:发生质壁分离与原生质层具有一定的流动性和选择透过性有关。关键能力·探究导思任务一渗透作用的原理【情境探究】(图形情境)如图是渗透现象示意图:探究:(1)蔗糖溶液液面上升的原因是什么?提示:水分子可以通过半透膜,而蔗糖分子不能通过,单位时间内由烧杯进入漏斗的水分子数多于由漏斗进入烧杯的水分子数,导致漏斗内液面上升。(2)为什么当液面上升到一定程度时就不再上升了?当液面不再上升时,半透膜两侧的浓度相等吗?提示:由于烧杯中与漏斗中的液体具有浓度差,即具有渗透压差,所以水分子有进入漏斗的趋势,当漏斗内高出烧杯液面的液体产生的压强与渗透压处于平衡状态时,半透膜两侧水分子的交换率(进出)相同,液面不再升高。当液面不再上升时,半透膜两侧仍存在浓度差。(3)将烧杯中清水换成质量浓度与漏斗内的蔗糖溶液相等的葡萄糖溶液,其他设置保持不变,请预测一下漏斗内液面的变化情况(较短时间内)。提示:质量浓度相等的葡萄糖溶液与蔗糖溶液对应的浓度差并不为零,因为葡萄糖溶液的物质的量浓度大于蔗糖溶液,即葡萄糖溶液的渗透压大于蔗糖溶液,因此漏斗内的水分子会穿过半透膜扩散到葡萄糖溶液中,所以液面会下降。【归纳提升】1.判断渗透系统中液体变化的方法:(1)液面变化的判断:①若半透膜两侧,A侧溶质可以通过半透膜,B侧溶质不能通过半透膜,则B侧液面升高。②若半透膜两侧,A侧和B侧溶质相同,且均不能通过半透膜,则浓度高的一侧液面升高。③若半透膜两侧的溶质均能通过半透膜,则不存在高度差。(2)高度差的大小取决于浓度差的大小,浓度差越大,高度差越大。(3)浓度变化:渗透系统中,溶质不能通过半透膜时,实验刚开始浓度大的一侧达到平衡后的浓度仍大于另一侧。2.半透膜与生物膜的区别:[特别提醒]关于渗透装置的两个“≠”(1)渗透≠扩散:渗透作用必须通过半透膜,扩散则不一定需要;扩散适用于各种物质,渗透仅指溶剂分子;渗透是一种特殊的扩散。(2)渗透平衡≠两侧溶液浓度相等:若渗透平衡时半透膜两侧液面仍存在高度差,则说明半透膜两侧溶液原本就存在浓度差,且液面高的一侧溶液浓度高。【学以致用】1.下列属于渗透作用的是()A.水分子通过细胞壁B.葡萄糖分子通过细胞膜C.K+通过原生质层D.水分子通过原生质层【解析】选D。渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散作用,D正确;细胞壁具有全透性,不属于半透膜,A错误;葡萄糖和K+属于溶质而非溶剂,B、C错误。2.下列关于人成熟的红细胞发生渗透作用的叙述,错误的是()A.细胞膜相当于半透膜B.细胞质与外界溶液之间存在浓度差C.外界溶液浓度大于细胞质浓度时,细胞失水皱缩D.外界溶液浓度小于细胞质浓度时,细胞吸水涨破【解析】选D。红细胞发生渗透作用的条件是细胞膜相当于半透膜,细胞质与外界溶液之间存在浓度差,A、B正确;外界溶液浓度大于细胞质浓度时,细胞失水皱缩,C正确;外界溶液浓度小于细胞质浓度时,细胞会吸水,如果两者浓度差较小,细胞不一定涨破,D错误。3.如图为一个渗透装置,半透膜小袋内充满0.3g/mL的蔗糖溶液,用不同表面积的半透膜小袋做实验,开始的一段时间玻璃管内液面高度变化速率的相关曲线(横坐标表示表面积)最可能是()【解析】选B。分析题图可知,该渗透装置有半透膜,半透膜两侧的溶液不同,有浓度差。半透膜内是蔗糖溶液,外面是清水,半透膜内溶液浓度高,所以水分子进入半透膜,液面逐渐升高,而渗透作用与膜的表面积有关,随半透膜表面积的增大,单位时间内进入玻璃管内的水量增多,所以玻璃管内液面的升高也加快,B正确。【归纳总结】影响渗透作用中液面变化的因素——半透膜表面积的大小在浓度NB=NC>NA,其他条件相同的情况下,半透膜的表面积越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化也越明显。【补偿训练】(2024·黄石高一期中)某兴趣小组用图甲研究渗透作用,a和b均为蔗糖溶液,c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是()A.烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度B.若t2时刻在烧杯中加入蔗糖酶,则Δh最终将变小C.t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同D.若t2时刻在漏斗中加入蔗糖酶,则Δh将先变大后变小【解析】选D。分析图乙可知,Δh先增加后趋于稳定,说明漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中蔗糖溶液浓度,A错误;若t2时刻在烧杯中加入蔗糖酶,蔗糖分解为单糖,烧杯内溶液浓度会升高,由于c允许单糖通过,继而烧杯内溶液浓度会下降,则Δh将先变小后变大,同理,若t2时刻在漏斗中加入蔗糖酶,则Δh先变大后变小,B错误,D正确;t2时刻半透膜两侧水分子进出速度相等,但是由于漏斗与烧杯的液面不一样高,所以膜两侧溶液浓度不相等,C错误。任务二质壁分离及复原实验的应用【实验探究】1.实验原理:2.实验设计:3.现象与结论:4.质壁分离的原因:[创新思维](1)为什么选用紫色洋葱鳞片叶的外表皮?根尖分生区的细胞能否作为该实验的材料?提示:紫色洋葱鳞片叶外表皮具有紫色的大液泡,便于观察;根尖分生区的细胞无大液泡,不发生质壁分离,不能作为该实验的材料。(2)选择试剂时,为什么选用0.3g/mL的蔗糖溶液而不用0.5g/mL的蔗糖溶液?提示:使用浓度过高的蔗糖溶液(0.5g/mL),质壁分离现象明显,但不能复原,因为溶液浓度过高会导致细胞过度失水而死亡。【归纳提升】1.质壁分离发生的条件:(1)从细胞角度分析:①具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原。②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。(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,不能发生自动复原(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(如甘油、乙二醇等)中可发生质壁分离后自动复原。③在高浓度溶液(溶质不可透过膜)中可发生质壁分离,但不会发生质壁分离复原。2.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:(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液):

【学以致用】1.在观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离时,下列现象符合事实的是()A.液泡由大变小,紫色变浅B.液泡由大变小,紫色变深C.液泡由小变大,紫色变浅D.液泡由小变大,紫色变深【解析】选B。在观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离时,由于外界溶液浓度大于细胞液浓度,细胞失水,液泡由大变小,细胞液浓度增大,紫色变深,B正确。2.(2024·瑞金高一检测)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【解析】选D。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D处或F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,但如果蔗糖溶液浓度过高,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;本实验中主要是通过观察原生质层的位置变化、液泡的颜色深浅和大小来判断细胞吸水和失水,D正确。3.(2024·长沙高一检测)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-1)0.300.350.400.450.50是否发生质壁分离--++++++++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与0.35~0.40g·mL-1的蔗糖溶液浓度相当B.质量浓度为0.45g·mL-1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-1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【解析】选C。蔗糖溶液质量浓度为0.35g·mL-1时,细胞未发生质壁分离,0.40g·mL-1时细胞发生质壁分离,则该细胞液浓度与0.35~0.40g·mL-1的蔗糖溶液浓度相当,A正确;质量浓度为0.45g·mL-1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,则质量浓度为0.45g·mL-1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-1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。【借题发挥】已知细胞液浓度与0.35~0.40g·mL-1的蔗糖溶液浓度相当,如何进一步探究植物细胞的细胞液浓度?提示:设置浓度依次为0.35g·mL-1、0.36g·mL-1、0.37g·mL-1、0.38g·mL-1、0.39g·mL-1、0.40g·mL-1的蔗糖溶液,观察发生质壁分离的程度。学科素养·创新导练【命题情境】生鸡蛋壳与渗透作用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。将蛋壳内灌入适量的质量分数为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。【命题设计】(1)考查生命观念中的结构与功能观。壳膜相当于渗透装置中的__半透膜____。

【解析】(1)发生渗透作用的两个基本条件是半透膜和浓度差。(2)考查科学思维能力。半小时后吃水线低于烧杯中水面的原因是:__壳膜内的蔗糖溶液浓度高于壳膜外的清水溶液浓度,因此壳膜外的清水进入壳膜内,从而引起吃水线下降__。

【解析】(2)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壳膜内的蔗糖溶液,导致蛋壳下沉,吃水线低于烧杯的水面。(3)考查科学探究能力。若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液,则蛋壳的运动情况是:__先上浮后下沉_。

【解析】(3)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壳膜内,导致蛋壳下沉。第2课时自由扩散和协助扩散【学习目标】1.生命观念:感悟正常的物质进出细胞对细胞代谢的重要意义,认同生物体结构与功能相适应的观点。2.科学思维:分析与综合,归纳比较两种被动运输方式的异同。3.科学探究:根据物质运输方式的差异,设计实验探究某种物质的运输方式。【思维导图】必备知识·认知导学一、被动运输的含义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的跨膜运输方式。二、被动运输的类型1.自由扩散特点2.协助扩散特点三、转运蛋白:分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。1.载体蛋白的作用过程:特定的分子或离子与载体蛋白分子发生特异性结合载体蛋白分子自身构象发生改变。2.通道蛋白的作用过程: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不需要与通道蛋白分子相结合四、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。【教材深一度】(思考与讨论)甘油、乙醇等脂溶性物质容易通过磷脂双分子层出入细胞。(1)相似相溶原理:磷脂分子属于脂质,根据相似相溶原理,脂溶性物质会优先进入细胞。(2)共振原理:脂溶性物质与脂类物质具有部分相似的分子结构,在环境中容易发生共振效应,通过匹配原则出入细胞膜,环境温度越高效应越强。【明辨是非】(画“√”或“×”)(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。(×)分析: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)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。(√)(4)水分子大部分是通过自由扩散进行跨膜运输的。(×)分析:水分子进出细胞膜的方式有自由扩散和协助扩散,主要是协助扩散。(5)载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时,其作用机理是一样的。(×)分析:被转运物质需要跟载体蛋白结合,但不需要跟通道蛋白结合。关键能力·探究导思任务自由扩散和协助扩散【情境探究】(图形情境)葡萄糖转运蛋白家族包括GLUT1~GLUT14,均参与葡萄糖的运输。GLUT2是肝细胞的葡萄糖转运蛋白,其作用过程如图所示:探究:(1)据图可知,载体蛋白的状态A和状态B出现的原因是什么?提示:蛋白质的自身构象发生改变。(2)图中葡萄糖进入肝细胞的方式是什么?请写出判断的理由。提示:协助扩散。葡萄糖是从高浓度一侧运输到低浓度一侧,且需要转运(载体)蛋白协助。(3)影响肝细胞吸收葡萄糖的速率的因素有哪些?提示:细胞内外葡萄糖的浓度差、细胞膜上葡萄糖转运蛋白的数量。【归纳提升】1.被动运输的两种方式分析:(1)物理模型:(2)模型解读:编号方式特点A自由扩散顺浓度梯度运输,不消耗能量不需要转运蛋白B协助扩散需通道蛋白协助C协助扩散需载体蛋白协助2.被动运输与浓度差的关系:(1)数学模型:(2)模型解读:编号方式影响因素甲自由扩散浓度差乙协助扩散浓度差(O~A)和转运蛋白数量(A点以后)3.归纳概括通道蛋白与载体蛋白的异同:[特别提醒](1)载体蛋白是跨膜蛋白,能够与特定的分子(通常是一些小的分子,如葡萄糖、氨基酸或离子等)结合,通过自身构象的变化,将与它结合的分子转移到膜的另一侧。(2)通道蛋白横跨膜两侧,与转运物质结合较弱,其分子中的肽链折叠成通道,并形成所谓“闸门”的结构。当“闸门”开时,能允许水、小的水溶性分子和特定的离子被动地通过。通道蛋白分为水通道蛋白和离子通道蛋白两种类型。【学以致用】1.如图所示的物质跨膜运输方式与葡萄糖进入红细胞的方式相符的是()【解析】选C。葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散。物质通过半透膜直接从高浓度向低浓度扩散的现象为渗透作用,A项错误。由高浓度→低浓度,不需要载体,不需要能量,为自由扩散,B项错误。由高浓度→低浓度,需要载体,不需要能量,为协助扩散,C项正确。由低浓度→高浓度,需要载体,需要能量,不是被动运输,D项错误。2.水分子除通过自由扩散进出细胞外,更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白,以协助扩散的方式进出细胞。下列相关说法错误的是()A.水分子通过水通道蛋白转运时不需要消耗能量B.水分子通过水通道蛋白时需要与水通道蛋白结合C.水通道蛋白的数量会影响水分子的转运速率D.温度会影响水通道蛋白对水分子的转运速率【解析】选B。水分子通过水通道蛋白转运属于协助扩散,不需要消耗能量,A项正确;分子或离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,B项错误;水分子进出细胞的方式包括自由扩散和协助扩散两种,并且以协助扩散为主,因此,水通道蛋白的数量会影响水分子的转运速率,C项正确;温度会影响通道蛋白的活性和通道蛋白的运动,所以,温度会影响水通道蛋白对水分子的转运速率,D项正确。【归纳总结】鉴于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,且水分子的跨膜运输速率与生物膜上的水通道蛋白数量呈正相关,当然水分子也可通过自由扩散进出细胞。【补偿训练】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