[ID:11-5058818] [精]高考一轮复习学案 第8讲 物质跨膜运输的实例及方式
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第8讲 物质跨膜运输的实例及方式(解析版) 《物质跨膜运输的实例》是人教版普通高中新课程标准实验教科书生物必修1《分子与细胞》中第4章第1节的内容。这一节主要介绍的是以水和无机盐的跨膜运输为例,说明细胞膜是选择透过性膜,是在学习了第2章《组成细胞的分子》和第3章《细胞的基本结构》的基础上再学习的,也是为进一步学习细胞膜的结构和物质跨膜运输的方式,并从结构与功能相适应的角度来认识生物膜的结构和功能特点打好基础的。 一、渗透作用 半透膜:半透膜是一类可以让某些小分子离子的物质通过而大分子的物质不能通过的一类薄膜的总称。 1、水分子(或其他溶剂分子)透过半透膜的扩散,称为渗透作用 实质:(即顺着水的相对含量梯度的扩散) 2、条件;(1)半透膜(2)膜两侧的溶液具有浓度差 3、原理:溶液A浓度大于溶液B,水分子从B A移动 溶液A浓度小于溶液B,水分子从A B移动 在渗透作用中,水分是从溶液浓度 低 的一侧向溶液浓度 高 的一侧渗透。 扩散:物质从高浓度到低浓度的运动 渗透:水及其他溶剂分子通过半透膜的扩散 区别:渗透与扩散的不同在于渗透必须有渗透膜(半透膜)。 【注意】 (1)渗透系 统适用 于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小。 (2)两溶液中的水分子进行双向运动,我们只是观测出由水分子双向运动的差异所导致的液面改变。 (3)溶液浓度指摩尔浓度而非质量浓度,如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相同,但10%蔗糖溶液的摩尔浓度小,故水由10%蔗糖溶液向10%葡萄糖溶液移动。 二、动物细胞的吸水和失水 外界溶液的浓度= 细胞质的浓度 水分子进出细胞达到动态平衡 外界溶液的浓度 〉细胞质的浓度 失水皱缩 外界溶液的浓度〈细胞质的浓度 吸水涨破 三、植物细胞的吸水和失水 细胞吸水的方式 (1)吸涨吸水 机理:靠细胞内的亲水性物质(蛋白质﹥淀粉﹥纤维素)吸收水分 实例:未成熟植物细胞、干种子 (2)渗透吸水(主要的吸水方式) 实例:成熟的植物细胞 条件:有中央液泡 细胞膜;液泡膜;两层膜之间的细胞质统称原生质层 把成熟的植物细胞看作一个渗透装置 原生质层(选择性透过膜)相当于半透膜,细胞内有细胞液与外界溶液具有浓度差 当外界溶液浓度 ﹥ 细胞液的浓度 ,细胞失水,发生质壁分离现象 外界溶液浓度 ﹤ 细胞液的浓度,细胞吸水,发生质壁分离复原现象 质壁分离外因:当外界溶液浓度 ﹥ 细胞液的浓度 ,细胞失水,发生质壁分离现象 质壁分离内因:细胞壁伸缩性﹤原生质层的伸缩性。 (3)植物细胞的质壁分离 *质壁分离实验的拓展与应用: (1)判断成熟植物细胞是否有生物活性 (2)测定细胞液浓度范围 +细胞液浓度介于未发生 质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间 (3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度 +发生质壁分离所需时间越短,细胞液浓度越小,反之细胞液浓度越大 四、物质跨膜运输的其他实例 1.不同物质跨膜运输的特点 (1) (2)人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点:逆浓度梯度运输。 (3)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。 五、物质跨膜运输的方式 1、小分子或离子的跨膜运输 (1)被动运输:顺浓度梯度的扩散,统称为被动运输。被动运输包括自由扩散和协助扩散两种情况: ①自由扩散:物质顺浓度梯度,通过简单的扩散作用进出细胞。不消耗细胞内的能量 ,也不需载体蛋白。 例子:水,气体,甘油,脂肪酸 ,酒精,苯… ②协助扩散:进出细胞的物质顺浓度梯度,借助载体蛋白的扩散,也不需要能量 。例子:葡萄糖进入红细胞等 (2)主动运输:物质一般从低浓度一侧运输到高浓度一侧,即逆浓度梯度的跨膜运输,需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。 例子:小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 注意:相关曲线 自由扩散坐标图 (2)协助扩散 (3)主动运输 注意⑴影响自由扩散、协助扩散、主动运输的因素 ①影响自由扩散的因素:细胞膜内外物质的浓度差。 ②影响协助扩散的因素:a.细胞膜内外物质的浓度差;b.细胞膜上载体的种类和数量。 ③影响主动运输的因素:a.载体(核糖体);b.能量(细胞质基质和线粒体)。 凡能影响细胞内产生能量的因素,都能影响主动运输,如氧气浓度、温度等。 ⑵载体的化学本质及作用特点 ①载体是细胞膜上的一类蛋白质,它具有特异性,不同物质的载体不同,不同生物细胞膜上的载体的种类和数量也不同。 ②载体具有饱和现象,当细胞膜上的某物质的载体达到饱和时,细胞吸收该物质的速率不再随物质浓度的增大而增大。 非跨膜运输——胞吞与胞吐(大分子物质) 胞吞:例如:白细胞吞噬病菌 胞吐:分泌蛋白的形成 (消化酶,抗体,某些蛋白质激素) 特点:消耗能量,无需载体蛋白,体现了细胞膜的流动性。 1.(海南省2018届高三高考生物试题)将水稻幼苗培养在含?MgSO4的培养液中,一段时间后,发现营养液中Mg2+和SO42-的含量下降,下列叙述不合理的是(  ) A. Mg2+通过自由扩散进入根细胞 B. MgSO4必须溶解在水中才能被根吸收 C. 根吸收的Mg2+可以参与叶绿素的形成 D. 降低温度会影响水稻根系对Mg2+的吸收 【答案】A 【解析】Mg2+?通过主动运输进入根细胞,A错误;MgSO4?必须溶解在水中呈现离子形式,才能被根吸收,B正确;Mg2+?可以参与叶绿素的形成,说明无机盐能组成复杂的化合物,C正确;降低温度会影响膜的流动性和酶的活性,则对?Mg2+?的吸收也会造成影响,D正确。 2.(浙江省杭州市2019届上学期高三模拟卷十五生物试题)下列细胞放在一定浓度的蔗糖溶液中,一段时间后会发生质壁分离的是( ) A. 人的红细胞 B. 洋葱根毛区细胞 C. 芽尖分生区细胞 D. 蓝藻细胞 【答案】B 【解析】质壁分离指的是高度分化的成熟植物细胞在高浓度的细胞外液中发生的细胞壁与原生质层分离的现象;发生质壁分离的细胞必须是具有大液泡的成熟植物细胞。 人的红细胞没有细胞壁,不可能发生质壁分离,A错误;洋葱根毛区细胞是高度分化的成熟植物细胞,具有大液泡,在一定浓度的蔗糖溶液中,一段时间后会发生质壁分离现象,B正确;芽尖分生区细胞具有分裂能力,没有大液泡,不会发生质壁分离,C错误;蓝藻细胞是原核生物,细胞中没有液泡,不能发生质壁分离,D错误。 3.(天津市宝坻区普通高中2018-2019学年高一上学期三校联考生物试题)观察细胞质壁分离的装片时,可看到洋葱表皮细胞的变化状况是(  ) A. 液泡变小,紫色加深 B. 液泡变大,紫色变浅 C. 液泡变小,紫色变浅 D. 液泡变大,紫色变深 【答案】A 【解析】植物细胞质壁分离和复原的条件有:①必须是活细胞;②细胞液与外界溶液必须有浓度差;③植物细胞必须有大的液泡(成熟的植物细胞),且液泡最好有颜色便于观察。 洋葱表皮细胞发生质壁分离时,细胞由于失水,使液泡变小,细胞液浓度增大,紫色加深。 4.(黑龙江省大庆实验中学2018-2019学年高一上学期期中考试生物试题)下列没有发生渗透作用的是(  ) A. 萎蔫的青菜放在清水中变得硬挺 B. 一杯清水中加入食盐变咸 C. 根毛细胞吸水 D. 红细胞在高浓度溶液中皱缩 【答案】B 【解析】渗透作用是指水分子等溶剂分子通过半透膜从低浓度一侧运输到高浓度一侧;条件是半透膜和浓度差。萎蔫的青菜放在清水中变硬挺,发生了植物细胞的渗透吸水,A正确;一杯清水中加入食盐变咸,没有通过膜结构,只是溶液的扩散作用,B错误;根毛细胞通过渗透作用吸收水分,C正确;红细胞在高浓度溶液中通过渗透作用失水,导致细胞皱缩,D正确。 5.(黑龙江省大庆市铁人中学2018-2019学年高一上学期期中考试生物试题)如图为浸在0.3g/ml蔗糖溶液中的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞,下列有关说法不正确的是( ) A. 该细胞处于质壁分离状态,图中的③呈现紫色 B. 图中的①具有全透性,②③④构成的原生质层可以看作一层半透膜 C. 将该细胞置于清水中,可以使细胞恢复实验前的形态 D. 如果该细胞长时间处于图示状态,可能会失去活性 【答案】A 【解析】图中的③是细胞质;④是液泡,其中的液体是细胞液,呈现紫色,A错误. 细胞壁具有全透性,②③④分别是细胞膜、细胞质和液泡膜构成的原生质层,具有选择透过性,可以看作一层半透膜,B正确.将该细胞置于清水中,细胞质壁分离复原,恢复实验前的形态,C正确.细胞长时间处于图示状态,持续失水,细胞可能会因失水过多而死亡,从而失去活性,D正确. 例1:(黑龙江省大庆市铁人中学2018-2019学年高一上学期期中考试生物试题)下列表述中,不正确的是( ) A. 通过质壁分离实验可以鉴定成熟植物细胞的死活 B. 动物细胞也能渗透吸水或失水,原因之一是细胞膜相当于半透膜 C. 水分子进出细胞,取决于细胞内外液体的浓度差 D. 小分子物质都能通过细胞膜,大分子物质则不能 【答案】D 【解析】活细胞才能发生质壁分离,通过质壁分离实验可以鉴定成熟植物细胞的死活,A正确.渗透作用的条件是有半透膜和半透膜两侧溶液浓度不同,细胞膜是选择透过性膜,相当于半透膜,所以动物细胞也可能渗透吸水或失水,B正确.水是顺着相对含量梯度扩散,所以水分子进出细胞取决于细胞内外液体的浓度差,C正确.细胞膜具有选择透过性,一些小分子物质能通过细胞膜,其它小分子和不能通过细胞膜,D错误. 渗透作用的两个必要条件是:半透膜和膜两侧溶液有浓度差;动物细胞的细胞膜和成熟植物细胞的原生质层具有选择透过性,水分子自由通过,一些小分子和离子可以通过,其它小分子和离子不能通过,大分子则不能通过,所以相当于半透膜;水顺相对含量梯度进行扩散,细胞质溶液或细胞液的浓度和外界溶液的浓度有浓度差是就可以渗透失水或吸水。 变式训练1:(江西省玉山县第一中学2018-2019学年高二上学期期中考试生物试题)如图为某学生在做一定浓度的蔗糖溶液对紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞影响的实验中所观察到的细胞图,请判断下列叙述中正确的是(  ) A. 图中1、2、6组成了细胞的原生质层 B. 图中1是细胞壁,6中充满了蔗糖溶液 C. 图中细胞处于质壁分离状态,此时6处的浓度一定大于7处的浓度 D. 图中7是细胞液,在细胞发生质壁分离过程中,其颜色逐渐变浅 【答案】B 【解析】植物细胞与渗透作用有关的细胞器是液泡,分析题图:1是细胞壁,2是细胞膜,3是细胞核,4是液泡膜,5是细胞质,6是细胞壁与原生质层之间的空隙,7是细胞液。 原生质层是指细胞膜、液泡膜和二者之间的细胞质,由图中2、4、5组成,A错误。因为细胞壁是全透性,外界蔗糖溶液可以进入到6中,B正确。图中细胞处于质壁分离状态,但无法确定是质壁分离过程中还是质壁分离结束,若为质壁分离过程中则6处的浓度大于7处的浓度,若为质壁分离结束时则6处的浓度等于7处的浓度,C错误。质壁分离时,因为细胞失水,会使液泡变小,细胞液浓度变大,颜色变深,D错误。 例2:(湖南省娄底市2018-2019学年高一上学期期中考试生物试题)将人体口腔上皮细胞转移至不同浓度(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)的三种盐溶液中,结果如下图所示,这三种溶液的浓度大小关系是(  ) A. Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ B. Ⅰ<Ⅲ<Ⅱ C. Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ D. Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ 【答案】D 【解析】水分进出细胞的方式是自由扩散,当细胞液浓度大于环境溶液浓度时,细胞吸水;当细胞液浓度小于环境溶液浓度时,细胞吸失水,细胞液浓度等于环境溶液浓度时,进出细胞的水分子达到动态平衡,表现为细胞既不吸水也不失水。 分析图解可知,在Ⅰ中口腔上皮细胞形态不变,说明Ⅰ浓度与细胞内液浓度相当;在Ⅱ中口腔上皮细胞皱缩,说明Ⅱ溶液浓度大于细胞内液浓度,细胞失水;在Ⅲ中口腔上皮细胞破裂,说明Ⅲ溶液浓度小于细胞内液浓度,细胞吸水破裂。因此,三种盐溶液的浓度是Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。 变式训练2.(黑龙江省大庆实验中学2018-2019学年高一上学期期中考试生物试题)下列属于主动运输的是(  ) A. 人体肺泡细胞释放CO2 B. 蔗糖通过植物细胞的细胞壁 C. 甘油分子进入人的皮肤细胞 D. 人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘 【答案】D 【解析】小分子物质跨膜运输的方式: 名 称 运输方向 载体 能量 实  例 自由扩散 高浓度→低浓度 不需 不需 水,CO2,O2,甘油,苯、酒精等 协助扩散 高浓度→低浓度 需要 不需 红细胞吸收葡萄糖 主动运输 低浓度→高浓度 需要 需要 小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸、葡萄糖、K+等 人体肺泡细胞释放CO2的方式是自由扩散,A错误;植物细胞的细胞壁是全透性的,蔗糖可以自由的通过,不属于主动运输,B错误;甘油分子进入人的皮肤细胞的方式是自由扩散,C错误;人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的方式是主动运输,D正确。 例3:(天津市第一中学2018-2019学年高一上学期期中考试生物试题)下列有关实验的叙述正确的是( ) A. 检测还原糖时,向样液中先加入NaOH溶液,摇匀后再滴加CuS04溶液 B. 稀释的蛋清溶液加入斐林试剂——出现砖红色反应 C. 将叶肉细胞置于较高浓度溶液中,在显微镜下能观察到质壁分离现象 D. 将双缩脲试剂加入新鲜的西瓜汁中,经热水浴后西瓜汁溶液呈现紫色 【答案】C 【解析】检测还原糖时使用的是斐林试剂,NaOH溶液和CuS04溶液先混合再使用,A错误. 蛋白质用双缩脲试剂鉴定,B错误.叶肉细胞是成熟的植物细胞,有大液泡,置于较高浓度溶液中,在显微镜下能观察到质壁分离现象,C正确.西瓜汁溶液中富含的是糖类,但由于是红色,不宜作为鉴定有机物的材料,D错误. 变式训练3.(江苏省七校联盟2018-2019学年高一上学期期中联考生物试题)下列关于植物细胞吸水或失水的叙述错误的是( ) A. 外界溶液浓度大于细胞液浓度时细胞失水 B. 外界溶液浓度和细胞液相等时,水分进出平衡 C. 在低浓度的外界溶液中,细胞因吸水一定胀破 D. 成熟植物细胞的原生质层相当于渗透装置中的半透膜 【答案】C 【解析】渗透作用是指水分子通过半透膜,从低浓度溶液向高浓度溶液扩散的过程。成熟植物细胞的原生质层是由细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质组成。外界溶液浓度大于细胞液浓度时根据渗透作用原理细胞会表现失水,反之则吸水,A正确。外界溶液浓度和细胞液相等时,细胞内外渗透压平衡,则水分进出平衡,B正确。因为植物细胞有细胞壁,当外界溶液浓度低于细胞液浓度时,植物细胞会吸水,但不会涨破,C错误。成熟植物细胞的原生质层具有选择透过性,相当于半透膜,D正确。 例4:(吉林省延吉市延边第二中学2018-2019学年高一上学期期中考试生物试题)将紫色水萝卜的块根切成小块放入清水中,水的颜色无明显变化。若进行加温,随水温的升高,水的颜色逐渐变红。其原因是( ) A. 细胞壁在高温中受到破坏 B. 水温升高,花青素的溶解度加大 C. 高温使生物膜失去了选择透过性 D. 高温使水中的化学物质发生了反应 【答案】C 【解析】紫色萝卜细胞中有花青素,使块根呈红色,花青素存在于液泡中,由于原生质层具有选择透过性,即可以让水分子自由通过,细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过,而其他的离子、小分子和大分子则不能通过,因此花青素不能通过原生质层进入水中。用加温处理块根后能使水变红,说明原生质层失去选择透过性。 变式训练4.(黑龙江省哈尔滨市第三中学校2019届高三上学期第一次调研考试生物试题)将有关生物材料直接制成临时装片,在普通光学显微镜下可以观察到的现象是( ) A. 菠菜叶片下表皮细胞中具有多个叶绿体 B. 花生子叶细胞中存在多个橘黄色脂肪颗粒 C. 人口腔上皮细胞中线粒体数目较多 D. 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中液泡清晰可见 【答案】D 【解析】细胞中的叶绿体是绿色的、紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中液泡是紫色的,两者不需要染色便可以在显微镜下观察到;而线粒体需要用健那绿染液染色、脂肪需要用苏丹Ⅲ或Ⅳ染色后才能观察到。菠菜叶片下表皮细胞是透明的,起保护作用,不含有叶绿体,A错误;花生子叶细胞需要用苏丹Ⅲ染色后才能观察到存在多个橘黄色脂肪颗粒,B错误;线粒体需要用健那绿染色后才能在显微镜下观察到,C错误;紫色洋葱鳞片外表皮细胞中液泡呈紫色,容易观察到,D正确。 1.(黑龙江省2018年高三高考模拟精编大考卷(七)生物试卷)在生物实验中,有关渗透系统的应用的描述,错误的是( ) A. 利用渗透系统能够验证渗透作用发生需要具有半透膜 B. 利用渗透系统能够验证渗透作用发生需要具有浓度差 C. 利用渗透系统能够观测到两溶液间的水分子进行双向运动 D. 渗透系统适用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小 【答案】C 【解析】半透膜和半透膜两侧溶液的的浓度差是发生渗透作用的两个必要条件,A正确。 结合上述分析,利用渗透系统能够验证渗透作用发生需要具有浓度差, B正确。 水分子运动是观察不到的,C错误。 把溶质不能透过半透膜的溶液置于半透膜两侧,水从低浓度溶液一侧向高浓度溶液一侧扩散,根据这个原理可以判断浓度的大小,D正确。 2.(北京市海淀区第101中学2017-2018学年高一上学期12月月考生物试题)下列有关质壁分离及复原实验的实验材料及外界溶液的叙述,正确的是( ) ①实验材料必须是成熟的植物活细胞 ②细胞液必须有颜色 ③细胞液最好有颜色 ④外界溶液必须对细胞无毒害作用 ⑤外界熔液浓度适中,不能过高或过低 ⑥外界溶液的浓度无特殊要求,任何浓度均可 A. ①③④⑤ B. ①②④⑤ C. ①③④⑥ D. ①②④⑥ 【答案】A 【解析】质壁分离发生的条件是:(1)活细胞;(2)成熟的植物细胞,即含有液泡和细胞壁;(3)外界溶液浓度大于细胞液浓度。另外所选细胞的细胞液最好有颜色,这样便于观察;外界溶液的浓度应适中,不能过低或过高,且对细胞无毒害作用。 质壁分离的前提条件是实验材料必须是成熟的植物活组织细胞,①正确;细胞液是否有颜色不能决定质壁分离和复原能否发生,②错误;所选细胞的细胞液最好有颜色,这样便于观察和判断细胞质壁分离和复原现象,③正确;外界溶液必须对细胞无毒害,因为该实验需要细胞保持活性,④正确;外界溶液的浓度应适中,不能过低或过高,否则会使实验现象不明显或使细胞失水过多死亡,⑤正确;外界溶液的浓度要适中,不能是任何浓度,否则可能不会观察到质壁分离及复原现象,⑥错误。 3.(天津市第一中学2017
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  • 资料类型: 学案 学案
  • 资料版本:人教版
  • 适用地区:全国
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