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1、第5讲细胞的物质输入与输出突破突破3 3实验实验观察植物细胞的质壁分离和复原观察植物细胞的质壁分离和复原突破突破1 1渗透系统及其应用渗透系统及其应用突破突破2 2物质跨膜运输的方式物质跨膜运输的方式总纲目录总纲目录一、细胞的吸水和失水1.原理:发生了渗透作用。该作用必须具备两个条件:(1)具有半透膜;(2)膜两侧溶液具有浓度差。2.动物细胞的吸水和失水(连一连)AcBaCb3.植物细胞的吸水和失水(1)结构(2)条件:成熟植物细胞中央具有大液泡。(3)验证A.当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时,细胞就通过渗透作用失水,植物细胞就发生质壁分离现象。B.将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中,此时细
2、胞液的浓度高于外界清水的浓度,植物细胞就吸水,发生质壁分离复原现象。巧学妙记巧学妙记记忆渗透作用的发生渗透作用要发生,满足条件来促成;半透膜和浓度差,缺少其一都不行。植物细胞需成熟,具备液泡才可能,细胞膜、质、液泡膜,原生质层来组成。放入外界环境中,渗透系统全形成,水分运动啥方向,全由两液浓度定。1.不同物质的跨膜运输特点(1)水分子:顺相对含量梯度(高低)。(2)离子和小分子:依据细胞生命活动需要进行选择吸收。二、物质跨膜运输的其他实例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选择性,与其含有离子载体的种类和数量有关。(2)不同种生物细胞对同种物质吸收具有差异性。
3、三、小分子和离子跨膜的方式(b为ATP)1.填写有关跨膜方式及结构名称甲:自由扩散;乙:协助扩散;丙:主动运输;a:载体蛋白。2.写出影响甲、乙、丙三种跨膜方式运输速率的因素(1)制约甲的是膜两侧的浓度差;(2)决定乙的因素之一是a的种类和数量;(3)决定丙的动力是能量(ATP)。3.实例分析(填写甲、乙、丙三种跨膜运输方式)(1)水分子进入红细胞是甲;(2)葡萄糖进入红细胞是乙;(3)K+进入红细胞是丙。1.胞吞(1)过程:大分子或颗粒附着在细胞膜上,这部分细胞膜内陷形成小囊,包围着大分子,然后小囊从细胞膜上分离下来,形成囊泡,进入细胞内部。(2)实例:白细胞吞噬大肠杆菌,变形虫吞食有机颗粒
4、。四、大分子物质进出细胞的方式2.胞吐(1)过程:大分子先在细胞内形成囊泡,囊泡移动到细胞膜处,与细胞膜融合,将大分子排出细胞。(2)实例:胰岛B细胞分泌胰岛素。1.有氧条件有利于植物幼根对离子的吸收。()2.植物幼根对离子的吸收与温度的变化无关。()3.同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理,原生质层长度和细胞长度比值越小,则 紫 色 越 浅。()4.植物根系吸收各种矿质元素离子的速率相同。()5.胡杨细胞通过渗透作用吸水和失水。()6.海带细胞通过主动运输积累I-等溶质,因而不会在海水中发生质壁分离。()7.植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成,相当于半透膜。()8.低倍镜下就可以看到植物细胞质
5、壁分离与复原。()9.当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,植物细胞就会发生质壁分离。()10.生物膜对K+、Na+、Cl-的通透具有选择性。()11.通过载体蛋白的物质转运属于主动转运。()12.若Na+在细胞内浓度为18.0mmolL-1,在细胞外浓度为145.0mmolL-1,则Na+与 有 关 载 体 蛋 白 结 合 排 出 细 胞 属 于 主 动 运 输。()13.影响自由扩散和协助扩散的因素相同。()14.大分子物质通过胞吞、胞吐进出细胞时不耗能。()突破突破1 1渗透系统及其应用渗透系统及其应用1.渗透系统的组成条件如图所示,作为一个渗透系统,必须同时具备以下两个条件:(1)具有半透膜
6、(2)半透膜两侧为溶液体系(S1、S2),且两侧溶液具浓度差。2.渗透作用模型和植物细胞的图例比较3.渗透作用的发生特点(1)水分子总是由溶液浓度低的部位向浓度高的部位渗透。(2)半透膜两侧溶液的浓度差是渗透作用发生的动力,既决定着渗透的方向,又决定着渗透的速度,即浓度差越大,渗透速度越快。易混辨析易混辨析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S2S1的水分子数多于S1S2,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h,则S1溶液浓度仍大于S2。因为液面高的一侧形成的压强,会阻止
7、溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。渗透作用原理的拓展应用1.比较不同溶液浓度大小漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论若漏斗内液面上升,则MN若漏斗内液面不变,则M=N若漏斗内液面下降,则MN2.验证渗透作用发生的条件3.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易混辨析(1)发生渗透平衡只意味着水分子通过半透膜向两侧移动达平衡状态,既不可看作没有水分子移动也不可看作两侧溶液浓度相等。(2)溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度,如10
8、%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相等,但10%蔗糖溶液的物质的量浓度小,故通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动的水分子数多于由葡萄糖溶液向蔗糖溶液移动的水分子数。考向考向1以基础判断的形式以基础判断的形式,考查渗透作用的原理及条件考查渗透作用的原理及条件1.半透膜对淀粉和葡萄糖的通透性不同(如图1),图2设计的是证明图1物质 扩 散 成 立 的 实 验 装 置。下 列 有 关 叙 述 正 确 的 是()A.图2甲中水柱a将持续上升B.图2甲中水柱a将保持不变C.图2乙中水柱b将保持不变D.图2乙中水柱b将先上升后下降D答案答案D由于淀粉不能透过半透膜,故水柱a表现为先上升,后保持不变;葡
9、萄糖能透过半透膜,故水柱b表现出先上升,后下降。2.某种植物细胞的正常形态和在浓度为m的淡盐水中的形态如图所示。以下能够正确反映细胞由正常形态转变为淡盐水中形态的过程中水 分 子 进 出 细 胞 的 图 示 是(说 明:图 中 箭 头 表 示 水 分 子 的 运 动 方 向,箭 头的多少表示进出细胞水分子的数目)()B答案答案B将正常形态细胞转至淡盐水中,由于淡盐水浓度高于植物细胞液浓度,因此植物细胞通过渗透作用失水,此过程中出细胞的水分子数多于进细胞的水分子数。故B选项正确。考向考向2以实验分析的形式以实验分析的形式,考查渗透作用的原理及应用考查渗透作用的原理及应用3.(2017课标全国)将
10、某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中,发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是()A.04h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内B.01h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等C.23h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D.01h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压答案答案C本题考查细胞失水和吸水的相关知识。由题中原生质体的体积变化趋势曲线可知,该细胞放入物质A溶液后先出现失水现象,随后吸水,说明此过程中物质A可以被细胞吸收而进入细胞内,A错误;由于细胞壁的伸缩性和原生质体的伸缩性不同,所以前期失水过程中细胞的体积和原生质体的体积的变化
11、量不同,B错误;23h内该细胞正在吸水,物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压,C正确;01h内该细胞正在失水,液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压,D错误。4.(2017北师大附中月考)将某植物细胞分为两组,分别浸于浓度为0.3g/mL的()蔗糖溶液与()尿素溶液中,然后每隔5min用显微镜观察一次,并 测 量 原 生 质 体(仅 由 细 胞 膜 包 住 细 胞 质 的 细 胞 部 分,不 含 细 胞 壁)的表面积,其结果如图所示。则下列叙述错误的是()A.实验开始后20min,()和()两组的细胞均发生了质壁分离B.实验开始后30min,()的细胞中必含蔗糖C.实验开始后30min,()
12、的细胞中必含尿素D.此图显示在细胞生活正常时尿素可通过细胞膜,而蔗糖却不能通过细胞膜答案答案B结合题意分析曲线可知,当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,植物细胞通过渗透作用失水,导致质壁分离,所以实验开始后20min,()和()两组的细胞均发生了质壁分离,原生质体的表面积变小,A正确。实验开始后30min,()的原生质体的表面积不变,说明水分进出细胞达到平衡状态,外界溶液中的蔗糖没有进入细胞,B错误。实验开始后30min,()的原生质体的表面积变大,是由于细胞吸收尿素改变了细胞液的浓度,C正确。综上分析,可知在细胞生活正常时尿素可通过细胞膜,而蔗糖不能通过细胞膜,D正确。突破突破2 2物质跨膜运输
13、的方式物质跨膜运输的方式1.物质出入细胞的方式知能拓展知能拓展(1)能进行自由扩散的物质有三类:水;气体分子,如O2、CO2;脂溶性物质,如甘油、乙醇等。(2)进行协助扩散的例子在高中阶段主要记住葡萄糖进入哺乳动物红细胞。(3)进行主动运输的物质可以归纳为两类:细胞需要的有机小分子物质如葡萄糖、氨基酸等;细胞需要的某些离子。(4)由于主动运输要消耗呼吸作用释放的能量,因此凡是影响呼吸作用的因素都会影响以主动运输方式吸收物质的速率。(5)在一定范围内,随O2增多,有氧呼吸加强,以主动运输方式吸收离子的速率加快,但当O2增多到一定程度时,以主动运输方式吸收离子的速率就不再增加。2.影响物质运输的因
14、素及曲线图(1)物质浓度(在一定范围内)(3)温度(2)氧气浓度1.物质进出细胞方式的判断方法(1)根据分子大小与是否需要载体、能量(2)根据运输方向:逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。(3)兴奋产生与传导过程中Na+、K+的运输方式判断由于细胞外Na+浓度高,细胞内K+浓度高,因此静息时K+外流和兴奋时Na+内流的运输方式都是被动运输。细胞维持膜外Na+浓度高,膜内K+浓度高,需要不断吸K+排Na+,此过程中运输方式为主动运输。2.探究物质跨膜运输的方式(1)探究是主动运输还是被动运输(2)探究是自由扩散还是协助扩散考向考向1以基础判断的形式或依托相关生理过程以基础判断的形式或依托相关生理
15、过程,考查物质进出细胞的考查物质进出细胞的方式及其特点方式及其特点1.(2018北京西城期末)细菌紫膜质是一种膜蛋白,ATP合成酶能将H+势能转化为ATP中的化学能。科学家分别将细菌紫膜质和ATP合成酶重组 到 脂 质 体(一 种 由 磷 脂 双 分 子 层 组 成 的 人 工 膜)上,在 光 照 条 件 下,观 察到如图所示的结果。下列叙述错误的是()A.甲图中H+跨膜运输的方式是主动运输B.ATP合成酶不能将光能直接转化为ATP中的化学能C.ATP合成酶既具有催化作用也具有运输作用D.破坏跨膜H+浓度梯度对ATP的合成无影响答案答案D由甲图可知,膜外H+浓度低于膜内,属于逆浓度梯度运输,因
16、此为主动运输,A正确;由乙图可知,在脂质体上只有ATP合成酶和光照的情况下,没有ATP形成,故ATP合成酶不能将光能直接转化为ATP中的化学能,B正确;由丙图可知,ATP合成酶可作载体,拖动H+跨膜,从而催化ATP合成,兼具有催化和运输功能,C正确;破坏跨膜H+浓度梯度会影响ATP合成酶对H+势能的转化,ATP合成会受到影响,D错误。2.(2018北京五十五中期中阶段性调研)如图为一种溶质分子跨膜运输的 示 意 图。下 列 相 关 叙 述,不 正 确 的 是()A.载体能够逆浓度运输溶质分子B.载体具有ATP水解酶的活性C.载体和转运溶质分子方式不同D.载体转运溶质分子不消耗ATP答案答案B分
17、析题图可知,载体运输钠离子是从低浓度向高浓度运输的,属于主动运输,载体运输物质是从高浓度向低浓度运输的,是协助扩散。载体运输钠离子是从低浓度向高浓度运输的,即逆浓度运输溶质分子,A正确;载体是顺浓度梯度运输溶质分子的,不消耗能量,因此载体不具有ATP水解酶活性,B错误;由分析可知,载体转运溶质分子的方式是主动运输,载体转运溶质分子的方式是协助扩散,C正确;协助扩散需要载体蛋白协助,但不需要消耗能量,D正确。考向考向2结合生物膜的结构结合生物膜的结构,考查物质出入细胞的方式考查物质出入细胞的方式3.(2018北京东城期末)如图为氨基酸和Na+进出肾小管上皮细胞的示意图。下列叙述不正确的 是()A
18、.管腔中Na+进入上皮细胞是被动运输B.上皮细胞中Na+进入组织液是主动运输C.上皮细胞中氨基酸进入组织液是主动运输D.氨基酸进入上皮细胞依赖于Na+浓度梯度C答案答案C由题图可知,钠离子由管腔进入上皮细胞是从高浓度到低浓度,且需要载体,故属于被动运输中的协助扩散,A正确;钠离子由上皮细胞进入组织液是从低浓度到高浓度,且需要载体,需要ATP,故属于主动运输,B正确;氨基酸由上皮细胞进入组织液是从高浓度到低浓度,且需要载体,故属于被动运输中的协助扩散,C错误;氨基酸由肾小管管腔进入上皮细胞的同时钠离子也进入上皮细胞,D正确。4.如图表示某生物膜结构,图中A、B、C、D、E、F表示某些物质,a、b
19、、c、d 表 示 物 质 跨 膜 运 输 方 式。下 列 叙 述 不 正 确 的 是()A.若是癌细胞的细胞膜,则物质B比正常细胞少B.若是线粒体膜,则b运输的气体是O2C.若是浆细胞的细胞膜,则抗体以d方式分泌D.a运输方式能体现细胞膜的选择透过性C答案答案C物质B为糖蛋白,癌细胞膜上的糖蛋白比正常细胞少,A正确。b方式物质运输方向是由高浓度一侧到低浓度一侧,没有载体蛋白协助,应为自由扩散;若是线粒体膜,则O2以自由扩散形式进入线粒体,参与有氧呼吸第三阶段,B正确。浆细胞分泌的抗体排出细胞膜的方式为胞吐,而d方式为逆浓度梯度、需要载体蛋白协助的主动运输,C错误。a方式也为主动运输,细胞依据需
20、要可主动选择吸收营养物质,体现了细胞膜的选择透过性,D正确。考向考向3以曲线模型为依托以曲线模型为依托,考查影响物质出入细胞的因素考查影响物质出入细胞的因素5.如图是胡萝卜在不同的含氧情况下从硝酸钾溶液中吸收K+和N的曲线。影响A、B两点和B、C两点吸收量不同的因素分别是()A.载体数量、能量B.能量、载体数量C.载体数量、离子浓度D.能量、离子浓度B答案答案B由题图可知,A、B两点均表示运输N,因而载体数量应相同,但A点吸收量大于B点吸收量,A点氧气含量大于B点氧气含量,说明A点 吸 收 更 多 的 N需要消耗更多的能量;B、C两点氧气含量相同,说明通过有氧呼吸获得的能量相同,但B点吸收量大
21、于C点吸收量,说明运载K+和 N的载体数量不同,B正确。突破突破3 3实验实验观察植物细胞的质壁分离和复原观察植物细胞的质壁分离和复原1.原理:成熟的植物细胞与外界溶液构成渗透系统可发生渗透作用。2.流程3.质壁分离的原因分析(1)原因细胞渗透失水(2)表现1.质壁分离实验的拓展应用(1)判断成熟植物细胞是否有生物活性:待测成熟植物细胞+一定浓度的蔗糖溶液(2)测定细胞液浓度范围:待测成熟植物细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液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:不同成熟植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液发生质壁分离所需时间越短,细胞液浓度
22、越小,反之则细胞液浓度越大(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液):相同成熟植物细胞+不同种类溶液2.细胞是否发生质壁分离及复原的判断(1)从细胞角度分析死细胞、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。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)从溶液角度分析在一定浓度(溶质不能透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象,不能自动复原。在一定浓度(溶质可透膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象。在高浓度溶液中可发生质壁分离现象,但不会发生质壁分离复原现象。考向考向1以基础判断或实验分析的形式以基础判断或实验分析的形式,考查
23、实验的原理、操作及注意考查实验的原理、操作及注意事项事项考向考向1以基础判断或实验分析的形式以基础判断或实验分析的形式,考查实验的原理、操作及注意事考查实验的原理、操作及注意事项项1.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观察步骤B答案答案B“观
24、察植物细胞的质壁分离和复原”实验中,第一次是对正常细胞的液泡体积、颜色等进行观察,以此作为滴加蔗糖溶液后,判断细胞是否发生质壁分离的标准,因此不能省略。第一次观察时容易看到较大的紫色液泡和较小的无色细胞质基质区域;吸水纸的主要作用是引流,加速滴加的液体向对侧扩散;第二次观察的是植物细胞的质壁分离过程,在显微镜下可以看到质壁分离最先出现在细胞的角隅处。2.将新鲜紫色洋葱绿色叶片的叶肉细胞,放入其中加有少量红墨水的质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中,在显微镜下观察到其细胞状态如下图所示。有关此时生理过程的叙述正确的是()A.细胞也可能再吸水,恢复原状B.水分子可以自由出入生物膜,单位时间内进出的
25、水分子数目相同C.此时为红色,为绿色D.此时为无色,为紫色C答案C把叶肉细胞放入质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中,细胞失水,只有再放入清水或低浓度溶液中才能复原;水分子出入生物膜的速率与生物膜两侧的浓度差有关;紫色洋葱绿色叶片的叶肉细胞,液泡的颜色是紫色,叶绿体存在于原生质层中,红墨水中的色素分子不会通过生物膜,细胞壁是全透性的,所以随着质壁分离的进行,原生质层外应该为红色,原生质层中应该为绿色,液泡内应该为紫色。考向考向2以实验分析的形式以实验分析的形式,考查植物细胞质壁分离与复原实验的迁移考查植物细胞质壁分离与复原实验的迁移应用应用3.在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中,显微
26、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()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B答案答案B由甲、乙、丙三种细胞状态可知:甲乙为细胞失水过程,乙丙为细胞吸水过程。本实验的对照方法为自身对照,对比图中三种细胞的大小可知,在实验过程中显微镜放大倍数未改变,A项错误;实验过程中同一个细胞可依次发生失水和吸水过程,B项正确;与甲相比,乙所示细胞由于失水细胞液浓度增大,C项错误;质壁分离和复原过程中水分子的扩散是双向的,D项错误。4.某同学用30%的蔗糖溶液处理某生物细胞,在操作步骤完全正确的情况下,细胞没有出现质壁分离现象。试分析该同学所使用的实验材料可能是()根尖分生区细胞动物细胞死细胞去除了细胞壁的植物细胞A.B.C.D.D答案答案D将某生物细胞浸放在30%的蔗糖溶液中,细胞液与外界溶液间存在着浓度差,在操作步骤完全正确的情况下,细胞没有出现质壁分离现象,可能的原因:该细胞是死细胞;该细胞是没有细胞壁的细胞(包括动物细胞及去除了细胞壁的植物细胞);该细胞是没有大液泡的细胞(如根尖分生区的细胞)。核心构建核心构建