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1、第1节物质跨膜运输的实例,一、细胞的吸水和失水,1.渗透作用原理(1)发生渗透作用的条件_；_。(2)渗透作用的实质：单位时间由清水进入蔗糖溶液中的水分子_蔗糖溶液进入清水中的水分子，导致蔗糖溶液液面_。,具有半透膜,膜两侧溶液具有浓度差,多于,上升,2.动物细胞的吸水和失水(1)人成熟红细胞中发生渗透作用的条件：_相当于半透膜；_之间存在浓度差。(2)引起细胞失水与吸水的条件：外界溶液与细胞质之间存在浓度差。,细胞膜,细胞质与外界溶液,3.植物细胞的吸水和失水,细胞壁,原生质层,细胞膜,液泡膜,细胞质,大液泡,大于,失水,小于,吸水,等于,不吸水,也不失水,(2)植物细胞质壁分离的现象与原因
2、现象：_与_分离；外因：_浓度_浓度，导致细胞_；内因：_。【点拨】植物根尖分生区细胞，刚分裂形成，无液泡，不能进行渗透作用，吸水方式为吸胀作用；与外界溶液接触时，不会出现质壁分离现象。,细胞壁,原生质层,外界溶液,细胞液,失水,细胞壁的伸缩性小于原生质层,二、物质跨膜运输的其他实例,1.不同物质的跨膜运输特点(1)水分子：_(高低)；(2)离子和小分子：依据细胞生命活动需要进行_。2.水稻和番茄吸收不同离子的特点(1)同种生物细胞对不同物质的吸收具有_，与其含有离子载体的_有关；(2)不同种生物细胞对同种物质吸收具有_。,顺相对含量梯度,选择吸收,选择性,种类和数量,差异性,【思维判断】1.
3、渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。()【分析】发生渗透作用的两个条件是：半透膜；膜两侧具有浓度差。2.植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。()【分析】原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质组成。,3.动物细胞在任何情况下都不会发生质壁分离。()【分析】动物细胞无细胞壁，任何情况下都不会发生质壁分离现象。4.无机盐离子都是逆浓度梯度跨膜运输的。()【分析】生命活动所必需的无机盐离子既可顺浓度梯度，也可逆浓度梯度进行跨膜运输。,渗透作用条件及原理分析,1.渗透作用模型和成熟植物细胞与外界溶液形成的渗透系统比较,原生质层选择透过性膜浓度差细胞液与外界溶液之间,半透膜、浓度差,低
4、浓度溶液高浓度溶液,细胞液通过原生质层与外界溶液之间发生渗透作用,水分子通过半透膜的扩散作用,2.“U”型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，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)两侧溶液中的溶质是否能通过半透膜，若不能，则只是高浓度一侧液面升高；若能，则先是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)如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。(4)图中溶质可以是同一种物质，也可以是不同物质。要特别强调的是溶液浓度是指物质
5、的量浓度(摩尔浓度)而不是质量浓度。,3.渗透作用原理的应用分析(1)验证渗透作用发生的条件,(2)探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例),【高考警示钟】1.渗透作用模型中特别强调溶质分子不能通过半透膜，达到渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度相等。2.植物分生区细胞和干种子细胞因无大液泡，不能发生渗透作用，也不能发生质壁分离和复原现象。,【典例训练1】如图所示的渗透装置中，开始时的液面高度为a，停止上升时的高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，则a、b液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是(),【
6、解题指南】1.考查实质：本题通过改变渗透装置中溶液浓度，考查渗透作用的原理，并借助曲线图正确表达。2.题眼：“每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出”，由此推出长颈漏斗中蔗糖浓度不断变小。【解析】选B。由于每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，这样导致长颈漏斗中蔗糖浓度不断变小，对水分子的束缚力不断降低，使液面升高的高度差不断下降。,【互动探究】(1)当液面上升且停止于b处时，水分子进出情况是如何的？提示：水分子进出达到动态平衡。分析：当液面上升至b处时，升高的液柱会产生一定压强，使水分子进入长颈漏斗中的速率降低，最终达到动态平衡。(2)经过无数次如题中所列的操作后，液面
7、升高的高度差接近0，此时半透膜两侧的浓度相等吗？提示：基本相等。分析：当题中进行每一次操作时，蔗糖溶液浓度在不断下降(溶质在不断地被移走)。当液面升高的高度差接近0，水分子进出达到平衡，此时可以得出半透膜两侧的浓度相等。,【变式备选】如图1所示的甲、乙、丙三个渗透装置中，三个漏斗颈的内径相等，漏斗内盛有浓度相同的蔗糖溶液，且漏斗内液面高度相同，漏斗口均封以半透膜，置于同一个水槽的清水中。三个渗透装置的半透膜的面积和所盛蔗糖溶液的体积不同，如表所示。,图2中曲线1、2、3表示漏斗液面高度随时间的变化情况。则曲线1、2、3与甲、乙、丙三个装置的对应关系是()A.1丙；2甲；3乙B.1乙；2甲；3丙
8、C.1甲；2乙；3丙D.1丙；2乙；3甲,【解析】选A。根据表格信息，乙的半透膜的面积比甲小，单位时间内渗透的水分子数相对少，漏斗液面高度升高的相对较慢，但最终到达的平衡点甲、乙应该相同，故图2中曲线3代表乙，曲线2代表甲。甲和丙比较，半透膜的面积相同，蔗糖溶液体积丙多于甲，漏斗液面高度丙应该比甲高，曲线1应代表丙。,植物细胞的吸水和失水,1.实验分析(1)正确选择实验材料选择有紫色大液泡的洋葱鳞片叶外表皮细胞。若选择洋葱鳞片叶内表皮(无紫色大液泡)进行实验，采用的外界溶液是一定浓度的大分子有颜色溶液，如胭脂红(水溶性大分子食用色素，呈红色)。一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显
9、。不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。,(2)实验试剂使用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，细胞过度失水而死亡。使用质量浓度为1molL-1的KNO3溶液，因为K+和NO3-可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原。(尿素、甘油、乙二醇等现象同上)使用质量浓度为1molL-1的醋酸溶液，则不发生质壁分离及复原现象。因为醋酸能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。,2.实验的拓展应用(1)判断成熟植物细胞的死活待测成熟植物细胞+一定浓度的蔗糖溶液发生质壁分离现象活细胞不发生质壁分离现象死细胞(2)测定
10、细胞液浓度范围待测细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液细胞液浓度范围介于使细胞未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围之间。,(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刚发生质壁分离所需时间比较判断质壁分离速度(或细胞液浓度)(4)验证原生质层具有选择透过性(如细胞在蔗糖溶液中，蔗糖不能进入细胞)。(5)证明细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。,【高考警示钟】1.发生质壁分离时在细胞壁和细胞膜之间充满的是外界溶液，原因是细胞壁具有全透性。2.质壁分离与复原过程中水分移动是双向的，总结果是单向的。3.本实验用显微镜观察了三次，第一次与第二次形成对照，第三次与第二次形
11、成对照，该对照方法为自身对照。,【典例训练2】取一段长5cm的葱茎，将其纵切到4cm处，由于纵切的葱茎使薄壁的皮层细胞摆脱了厚壁的表皮细胞的束缚，皮层细胞扩张得更快，从而使葱茎向表皮外弯曲，切后的形状如图甲所示，将它作为对照。再取另外四段相同葱茎做同样的处理，将它们分别置于ad不同浓度的蔗糖溶液中，30分钟后，葱茎形状记录如表乙。据此判断蔗糖溶液浓度的大小为(),A.abcdB.acdbC.bdcaD.bacd,乙,【解题指南】1.知识储备：(1)渗透作用的原理；(2)质壁分离的原理；(3)图形的识别与判断能力。2.题眼：题干中“纵切的葱茎使薄壁的皮层细胞摆脱了厚壁的表皮细胞的束缚，皮层细胞扩
12、张得更快，从而使葱茎向表皮外弯曲”，由此推出葱茎表皮细胞壁厚，皮层细胞壁薄，高浓度时皮层细胞易失水，低浓度时皮层细胞易吸水。3.解题思路：分析题干中题眼先分析甲形成的原因对a、b、c、d四种形态进行归类、分析得出正确答案。,【解析】选B。由题意可知，细胞吸水后皮层细胞扩张得更快，从而向表皮外弯曲；失水后皮层细胞收缩得更快，从而向表皮内弯曲。a、c中葱茎在渗透失水，其中a中失水程度超过c；b中葱茎在渗透吸水；d中基本未变。,【互动探究】(1)题干中形成乙表a形态的原因是什么？提示：在较高浓度的蔗糖溶液中，皮层细胞渗透失水，发生质壁分离，使皮层细胞收缩；表皮的伸缩性小于皮层的伸缩性。(2)若将甲放
13、在一定浓度的KNO3溶液中，出现a现象后，过了较长时间，会形成什么形态？提示：先出现a现象，然后开始复原，最终会形成b现象。分析：植物细胞在KNO3溶液中会发生质壁分离，然后自动复原，因为KNO3能被植物细胞吸收。,【变式备选】某同学在实验室中做“植物细胞的吸水和失水”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：,对上表的推断或解释不正确的是()A.x为质壁分离，因为细胞壁伸缩性弱于原生质层B.z为细胞稍增大，细胞液颜色逐渐变浅C.y为质壁分离，可能导致细胞失水过多而死亡D.组无变化是因为细胞吸水量等于失水量,【解析】选D。洋葱表皮细胞在质量浓度为0.3g/mL
14、的蔗糖溶液中会发生质壁分离，而在质量浓度为0.5g/mL的蔗糖溶液中会因质壁分离失水过多而死亡。在物质的量浓度为1mol/L的KNO3溶液中，由于K+和NO3-能穿膜，故洋葱表皮细胞先质壁分离后自动复原，由于K+和NO3-进入细胞内，细胞液浓度增大，因此滴加清水后，细胞体积稍增大，而物质的量浓度为1mol/L的醋酸溶液会杀死细胞，故在醋酸溶液中细胞无变化。,表格设计及读图、析图技巧外界溶液浓度与质壁分离的关系【案例】某小组确定研究课题：探究植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系。该小组选用水生植物黑藻作为实验材料，并作实验假设：如果将其叶片分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，其细胞失水量随着外界溶液浓
15、度增加而增加。该小组学生设计实验步骤如下：配制10%、20%、30%蔗糖溶液，分别盛于培养皿中。从黑藻茎上取下叶片，用吸水纸吸干叶片上的水分，并制成装片，显微镜下观察，选取5个细胞测量其A、B(如图A为细胞,的长度，B为原生质体长度)。在此基础上，请你参与设计、分析与讨论。,(1)请你设计一表格，用于记录数据，计算并记录B/A(%)值。(2)该小组同学根据记录数据作曲线如图。请你就该结果作分析并得出结论。_；_。结论：_。,(3)讨论：如果要说明上述质壁分离现象是由于相应浓度的外界溶液引起的，而非细胞本身的原因，应如何设计实验？【命题人透析】(1)分析实验材料确定表格设计项目根据题干提供的信息
16、，探究“植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系”实验的自变量是不同蔗糖浓度，因变量是“由细胞的长度A和原生质体长度B计算得出的B/A(%)值”，由此推出表格应体现B、A、B/A值。,实验材料是“选取5个细胞”，是为了避免实验中的偶然性，必须对其测量项取平均值，由此推出表格应体现5个细胞及平均值。蔗糖溶液要求配制“10%、20%、30%”三种，因此表格应体现三种蔗糖溶液的浓度。,(2)正确的结论来源于准确的读图与析图为了增加实验结果的直观性，对表格数据进行坐标曲线格式转化，得到的B/A(%)值绘制成曲线，通过曲线不难看出：B/A值越小，说明质壁分离程度越大。随着外界溶液浓度的增大，B/A值下降，说
17、明质壁分离程度随溶液浓度增大而增大。从而得到结论：细胞失水量随着外界溶液浓度的增大而增加。(3)排除细胞本身对实验的影响排除细胞本身对实验的影响的方法是设置对照实验，只要增加“清水对照组”，观察清水中的黑藻细胞，确认细胞形态正常，无质壁分离现象，就可排除细胞本身的原因。,【标准答案】(1),(2)B/A值越小，说明质壁分离程度越大随着溶液浓度的增大，B/A值下降，说明质壁分离程度随外界溶液浓度增大而增大结论：质壁分离程度(细胞失水量)随着外界溶液浓度的增大而增加(3)设置清水对照组，观察清水中的黑藻细胞，确认细胞形态正常，无质壁分离现象。,【阅卷人点评】得分要点(1)必须体现：“三种浓度，B、
18、A、B/A，平均值”。(2)必须体现：“B/A值越小，质壁分离程度越大”。必须体现“质壁分离程度随溶液浓度增大而增大”。结论必须体现“细胞失水量或细胞质壁分离程度”。(3)必须体现“清水对照组”。,失分案例(1)表格缺失“平均值”,(2)错答成“B/A值越大，说明质壁分离程度越大”。错答成“B/A值下降，导致蔗糖溶液浓度降低”。结论错答成“细胞失水量随着外界溶液浓度的增大而减少”。(3)只答出“设置对照实验”。,1.下列关于物质跨膜运输实例的说法中，不正确的是()A.细胞膜、核膜等生物膜都是选择透过性膜B.水分子进出细胞，取决于细胞内外液体的浓度差C.小分子物质都能通过细胞膜，大分子物质则不能
19、D.细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程,【解析】选C。生物膜都具有选择透过性，小分子物质也未必能通过细胞膜。对于细胞需要吸收和排出的大分子物质则是依靠胞吞和胞吐的方式。细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程，水分子进出细胞，主要取决于细胞内外液体的浓度差。,2.如图为渗透作用实验，开始时如图甲所示，A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，过一段时间后结果如图乙，漏斗管内液面不再变化，h1、h2表示漏斗内液面与清水的液面差。下列说法错误的是(),A.图甲中B的浓度一定大于C的浓度B.图乙中B的浓度一定等于C的浓度C.图甲A中的水分子扩散到B的速度大于A中水分子扩散到C
20、的速度D.图乙A中水分子扩散到B的速度等于B中水分子扩散到A的速度,【解析】选B。半透膜两侧溶液有浓度差，浓度差越大，水分子扩散越快，漏斗管内的液面越高。据最终实验结果可断定图甲中B的浓度大于C的浓度。当管中液面上升到一定程度时，h1、h2段液柱产生的静水压与渗透压相等，此时水分子进出半透膜达到动态平衡，管中的液面停止上升，A、C、D项正确。渗透压越大，表明溶液的浓度越大，又因h1h2，说明乙图中B的渗透压大于C的渗透压，也就是说B的浓度一定大于C的浓度，B项叙述错误。,3.为探究植物A能不能移植到甲地生长，某生物学研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液的浓度，实验结果如表。为保证植物A移植
21、后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应()A.0.15mol/LB.0.2mol/LC.0.2mol/LD.0.3moL/L,【解析】选A。当植物细胞液浓度小于周围土壤溶液浓度时，细胞会失水发生质壁分离，植物不能正常生存。由表中信息可知，该植物细胞液的浓度介于0.15mol/L和0.2mol/L之间。因此，为保证植物移植后能正常生存，甲地土壤溶液的浓度应0.2mol/L，决不能等于0.2mol/L，因此只有A项是正确的。,4.浸泡在一定浓度KNO3溶液中的洋葱表皮细胞，发生质壁分离后又出现质壁分离复原，与此过程直接相关的细胞器有()A.液泡B.线粒体、液泡C.线粒体D.线粒体、高尔基体【解析】选
22、B。质壁分离与水分的流失有关，水分的流失与液泡有关。质壁分离的自动复原与细胞吸收K+和NO3-有关，细胞吸收K+是主动运输过程，需要消耗能量，故该过程与线粒体有关。,5.在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如图。若将处于b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中，则该萝卜条的质量将()A.不变B.增大C.减小D.先增后减【解析】选B。处于b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中，相当于质壁分离复原的过程，细胞渗透吸水，质量将增大。,6.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。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，
23、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，c两侧浓度大小是a_b。(2)图丙中相当于图甲中c结构的是_(填序号)，处充满的液体是_。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中，发现液泡体积增大，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
24、细胞液泡体积也在增大。当液泡体积不再增大时，细胞液浓度是否一定和外界溶液浓度相等？_。,【解析】(1)漏斗内液面的上升是由水从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动引起的，因此，由图甲中漏斗内液面上升可知，b液体的浓度大于a；图乙反映的是随着吸水时间的延长，漏斗内液面升高的速度逐渐下降，这是由浓度差缩小造成的。考虑到漏斗内液柱压力的作用，当液面不再上升时，a侧的浓度小于b侧。(2)图甲中c为半透膜，在图丙中可将细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质视作一层半透膜，结构中充满的液体是外界溶液；由于无法判断细胞是在吸水还是失水，因此，无法确定此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系。,(3)对植物细胞而言，由
25、于细胞壁的存在，且细胞壁的弹性有限，因此，细胞不可能无限吸水；当细胞因吸水体积增大到细胞壁所能膨大的最大限度时，细胞将不再吸水。(4)液泡体积不再增大时，细胞液浓度不一定和外界溶液的浓度相等，也可能是由于细胞壁的束缚，虽然细胞液的浓度大于外界溶液的浓度，液泡体积也不再增大。,答案：(1)小于下降小于(2)外界溶液D(3)不能细胞壁对原生质层有支持和保护的作用(4)不一定,实验原则：实验的对照原则自身对照【概念解读】自身对照指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照。自身对照方法简便，关键是看清实验处理前后现象变化的差异。对照组：实验处理前对象的状态、现象；实验组：实验处理后对象的状态、
26、现象。,【典例分析】分析在“植物细胞的吸水和失水”实验中存在自身对照。【分析】(1)实验对象：同一成熟的植物细胞。(2)观察指标：液泡大小、颜色及原生质层位置的变化。(3)在这一实验中有两次对照，具体分析如下：,a过程：第一次对照操作：高浓度溶液处理对照：自然状态与质壁分离状态b过程：第二次对照操作：低浓度溶液处理对照：复原后状态与质壁分离状态,(4)注意事项实验材料在实验过程中必须保持一定的生理活性，高浓度溶液的浓度不能过高。持续观察记录实验操作前、后实验对象状况，控制好观察时间。,【拓展】(1)结合图分析a过程中，液泡发生了什么变化？提示：在质壁分离过程中，液泡体积变小，颜色变深。分析：a过程中外界溶液浓度大于细胞液浓度，细胞渗透失水，原生质层皱缩，液泡体积变小，颜色变深。(2)如果图中a过程中所用蔗糖溶液浓度过高，那会对实验有何影响？提示：a过程质壁分离程度加大，细胞失水过多死亡，不能再进行b过程。分析：a过程中所用蔗糖溶液浓度过高，细胞渗透失水过多，导致细胞死亡，使b过程不能发生。,