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【名师导学】2014届新高考第一轮总复习课件:第七课时 第一节 物质跨膜运输的实例(含两个实验)



第4章 细胞的物质输入和输出

第一节

第七课时 物质跨膜运输的实例(含两个实验)

1.物质出入细胞的方式 2.观察植物细胞的质壁分离和复原实验 3.通过模拟实验探究膜的透性

考点一 渗透系统的组成分析及应用 【回扣教材】 1.有关实验 烧杯 实验仪器: 、 长颈漏斗 ;实验 材料: 半透

膜 ;实验试剂: 蔗糖溶液和清水;实 漏斗内液面上升 验现象: ;实验结论:水 分子透过 半透膜 进行渗透作用。

2.细胞的吸水和失水 (1)哺乳动物红细胞的吸水和失水 当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时,细胞 吸水膨胀 ;当外界溶液的浓度比细胞质的浓度 高时,细胞 失水皱缩 ;当外界溶液的浓度与细胞 质的浓度相同时,水分子进出细胞处于动态平衡。 由上述三点可以看出红细胞吸水或失水的多少取 决于 细胞内外浓度差 的大小,在此实验中, 细胞膜 相当于“问题探讨”中所说的半透膜。

(2)植物细胞的吸水和失水 液泡 成熟的植物细胞由于 占据了细胞 的大部分空间,将细胞质挤成一薄层,所以细 胞内的液体环境主要指的是 细胞液 。 细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质 称为 原生质层。

植物细胞的 原生质层 相当于一层半透膜。当 细胞液浓度小于 外界溶液的浓度时,细胞液中 的水分就透过 原生质层进入外界溶液中,使 细胞壁 原生质层 和 都出现一定程度的收缩。由于 原生质层比细胞壁伸缩性大 ,当细胞不断失水时, 原生质层 细胞壁 和 逐渐分离开来,也就是发生 质壁分离 了 。当细胞液的浓度 外界 大于 溶液的浓度时,外界溶液中的水分就透过 原生质层 原生质层 进入细胞液中,整个 就会慢慢地恢 原来的状态 复成 ,使植物细胞逐渐发生 现象。 质壁分离复原

3.渗透作用 (1)概念:水分子(或其他溶剂分子)透过 半透膜, 从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。 (2)产生条件:①有一层 半透膜 ;②半透膜两侧 的溶液具有 浓度差 。 4.原生质层 主要包括: 细胞膜 、 液泡膜 和这两层膜之间 的 细胞质 。在植物细胞中,可把 原生质层 看做 一层半透膜。

5.渗透作用的条件 成熟植物细胞发生质壁分离的条件是 细胞液浓度小于外界溶液浓度 , 发生质壁分离复原的条件是 细胞液浓度大于外界溶液浓度 。

【知识拓展】
1.半透膜与选择透过性膜的比较 (1)半透膜、选择透过性膜 区别:①半透膜是无生命的物理性膜,是 指某些物质可以透过而另一些物质不能透过 的多孔性薄膜,物质能否通过取决于分子的 大小。 ②选择透过性膜是具有生命的生物膜,载 体的存在决定了其对不同物质是否吸收的选 择性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后,其选 择透过性丧失。 共性:都允许水分子自由通过,而不允许 大分子物质通过。

(2)原生质层、原生质体 ①原生质层是成熟的植物细胞内相当于 半透膜的结构,由细胞膜、液泡膜以及两 膜之间的细胞质组成,不包括细胞核和液 泡内的细胞液。此结构仅存在于成熟植物 细胞中。 ②原生质体是去除了植物细胞壁后所剩 下的具有生物活性的植物细胞结构,包括 细胞膜、细胞质、细胞核三部分,常用作 植物细胞融合的材料。 2.渗透系统的组成分析及应用 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。

【典例精析】
【例1】在一个新鲜萝卜中挖一凹槽,在凹槽中放 入浓盐水。一段时间后,萝卜变软,凹槽中水分 增多。下列图示的实验与此实验原理差异最大的 B ) 是(

【解析】A、C、D与题意相符,都利用 了渗透作用原理,B不是。

考点二

植物细胞的吸水和失水的实验探究

【知识拓展】 一、实验原理 (1)成熟植物细胞的原生质层具有选择透过性,细 胞壁和原生质层具有一定伸缩性,但原生质层的伸缩 性大于细胞壁。 (2)细胞液浓度<外界溶液浓度→细胞液中水分 经原生质层进入外界溶液→质壁分离。

(3)细胞的细胞液浓度>外界溶液浓度→外界溶 液中的水分经原生质层进入细胞液→质壁分离复原。 二、实验流程

三、本实验应注意的问题 (1)实验成功的关键是实验材料的选择, 必须选择 有大液泡并有颜色的植物细胞,便于在显微镜下观察 现象。 (2)滴加蔗糖溶液和清水, 要在载物台的载玻片上 进行,否则不容易对比观察某个细胞的失水和吸水情 况。 (3)蔗糖溶液浓度不宜过高, 否则会引起植物细胞过度 失水而死亡(如用 50%的蔗糖溶液做实验)。

(4)若用葡萄糖、NaCl、KNO3、尿素、乙二醇等 做实验,发生质壁分离后,会自动复原,其原因是上 述物质都可转运到细胞内,致使细胞液浓度升高,外 界溶液浓度降低,重新吸水而复原。 (5)质壁分离时, 在细胞壁和细胞膜之间充满的是 浓度降低了的外界溶液,因为细胞壁是全透性的。

【典例精析】 【例 2】下图为显微镜下某植物细胞在 30%蔗糖 溶液中的示意图。下列叙述中错误的是( D )

A.若将细胞置于清水中,A 仍保持不变 B.若该细胞处于 40%蔗糖溶液中,B/A 值将变 小 C.B/A 值能表示细胞失水的程度 D.A、B 分别表示细胞和液泡的长度

【解析】处于质壁分离状态的细胞放在清水中, 将会出现质壁分离复原的现象,复原后的细胞体积基 本不变;提高外界溶液的浓度,细胞继续失水,体积 继续减小,B/A 值将变小;B/A 值越小失水越严重, 所以该值能代表细胞失水的程度; 表示细胞壁长度, A B 代表原生质体的长度,并非代表液泡长度。

考点三

物质跨膜运输的其他实例

【回扣教材】

不同 1.水稻和番茄对同一离子的吸收量________。 不同离子 2.水稻和番茄对____________的吸收量不同。

主动运输 3.人体甲状腺滤泡上皮细胞可以通过________
从血液中吸收碘。 4.不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大 差异 的_________。

【知识拓展】 分析物质跨膜运输实例后得出的结论 (1)细胞膜和其他生物膜一样都是选择透过性膜。 它具有的特点是: ①水分子可以自由通过。 ②一些需要的离子和小分子也可以通过。 ③其他的离子、小分子和大分子则不能通过。 (2)物质通过生物膜的跨膜运输,有的是顺相对含 量梯度的,有的是逆相对含量梯度的。 (3)细胞对于物质的输入和输出及选择性是通过 细胞膜实现的。

【典例精析】 【例 3】将不同植物的三个未发生质壁分离的细胞 置于同一蔗糖溶液中, 形态不再变化后的细胞图像如下 图。则有关各细胞液的浓度判断正确的是( B )

①实验前 B<A<C ②实验前 B>A>C ③实验后 B≥A=C ④实验后 B<A<C A.①③ C.①④ B.②③ D.②④

【解析】由于 A、B、C 三图是“形态不再发生 变化后”的状态,说明 B 细胞吸收了水分,A 细胞发 生了初步的质壁分离, 细胞发生了严重的质壁分离, C 因此,实验前细胞液的浓度应该是 B>A>C;实验后, 由于 A、C 不再发生变化,说明细胞液浓度已经与同 一蔗糖液浓度相同,而 B 细胞处于充盈状态,其细胞 液浓度可能大于或等于蔗糖液浓度。

课时练习七 一、选择题(每小题只有一个正确选项) 1.下图中甲、乙、丙表示某植物体相邻的 3 个 细胞,它们的细胞液浓度依次为甲>乙>丙,正确表示 它们之间水分子渗透方向的是( A )

【解析】甲细胞液的浓度最高,单位体积内水分 子的个数最少,所以乙、丙中的水分子要通过渗透作 用进入甲细胞中,同理乙细胞液的浓度高于丙细胞液 的浓度,丙中的水分子也要通过渗透作用进入乙细胞 内,所以答案选 A。

2.下面能发生质壁分离作用的一组细胞是 (

D

) ②蚕豆叶的表皮细胞 ⑥根尖分生区

①食用的糖醋蒜细胞

③植物的根毛细胞 ④人的口腔上皮细胞 ⑤用盐酸解离的洋葱根尖细胞 细胞 A.①⑤ B.②③⑥

C.①②③④⑤⑥ D.②③

【解析】能发生质壁分离的细胞为活的成熟的高 等植物体细胞,①是死细胞,④是人的细胞,没有细 胞壁,⑤用盐酸解离会杀死细胞,⑥没有大的液泡, 这些细胞都不能发生质壁分离。②和③都是活的成熟 的高等植物细胞,可以发生质壁分离。

3.浸泡在一定浓度的 KNO3 溶液中的洋葱表皮 细胞,发生了质壁分离后又出现质壁分离复原,与质 壁分离复原相关的细胞器有( A.液泡 B.线粒体、液泡 C.线粒体 D.细胞膜、液泡膜

B

)

【解析】洋葱表皮细胞在KNO3溶液中发生质壁分 离后又发生质壁分离复原,其原因是K+和NO3-主 动运输进入细胞内,引起细胞液的浓度高于外界溶 液的浓度。因为主动运输需要载体和能量,并且还 与细胞液的浓度有关,所以与质壁分离复原有关的 细胞器有线粒体和液泡。

4. 紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离后, 在显微镜 下观察到的正确图示是( C )

【解析】图中阴影部分表示原生质层,里面充满 无色的细胞质基质,中间白色部分表示紫色的液泡。 发生质壁分离后,液泡失水,紫色会加深,C 正确、 A 错误;B、D 错在不应将细胞核(图中黑色部分)画在 液泡中。

5.关于质壁分离及其复原实验的叙述正确的是 ( D ) A.将装片在酒精灯上加热后,再观察细胞质壁 分离现象 B.细胞处于一定浓度的蔗糖溶液中即可发生质 壁分离 C.用不同浓度的硝酸钾溶液处理细胞,均能观 察到质壁分离及复原现象 D.细胞发生质壁分离复原后,仍具有正常生理 功能

【解析】在质壁分离的实验中,要始终保持细胞 的生活状态,因此装片不能在酒精灯上加热;要使细 胞发生质壁分离现象,应使蔗糖溶液的浓度大于细胞 液的浓度,同样要使硝酸钾溶液的浓度大于细胞液的 浓度。

6.将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞浸润在 0.3 g/mL 的蔗糖溶液中, 分钟后进行显微观察, 1 结果见下图。 下列叙述错误的是( A )

A.图中 L 是细胞壁,M 是液泡, N 是细胞质 B.将视野中的细胞浸润在清水中,原生质体会 逐渐复原 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.洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实验的实验 材料

【解析】图中表明已发生了质壁分离现象。其中 L 表示细胞壁,M 表示原生质体而非液泡,N 表示细 胞壁与原生质体间的间隙,故 A 错。

7.图 1 表示物质扩散的图解,图 2 是设计证明图 1 物质扩散成立的实验装置。下列有关叙述正确的是 ( )

D

A.图甲中水柱 a 将持续上升 B.图甲中水柱 a 将先上升后下降 C.图乙中水柱 b 将持续上升 D.图乙中水柱 b 将先上升后下降

【解析】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;葡萄糖能透过半透膜,水 柱 b 表现为先上升,后由于葡萄糖透过半透膜进入蒸 馏水中,水柱 b 将下降。

8.扩散作用实验装置如下图,甲、乙两管的口径 相同,半透膜只允许葡萄糖分子通过,淀粉分子无法 通过,当达到扩散平衡时,下列有关甲、乙两管溶液 的叙述正确的是( C )

A.甲管中水位高度 低于乙管 B.甲管中的葡萄糖 浓度低于乙管 C.甲管中的淀粉浓 度高于乙管 D.两管的葡萄糖浓度皆为8%,淀粉皆为4%

【解析】因为半透膜只允许葡萄糖分子通过,两 侧的葡萄糖通过扩散作用达到平衡,而淀粉不能通过 半透膜,甲管中的淀粉浓度高于乙管。水分通过渗透 作用,使甲管中水位高于乙管。

9. 某生物学研究性学习小组设计了一个测定植物 a 细胞液浓度的实验方案,实验结果如下表: 浓度 (mol/L) 0.1 0.2 0.25 0.3 5 不 质壁分离 分 离 不 分 离 刚好 显 分离 著

若将植物移栽到 b 地,发现 b 地的土壤溶液的浓 度适合植物 a 生长,则 b 地土壤溶液的浓度最可能是 ( C ) A.≥0.2 C.<0.25 B.0.15<土壤溶液<0.3 D.≤0.3

【解析】由表格数据分析植物a细胞液浓 度位于0.2和0.25之间,而该植物适应b地 生长,所以b地土壤溶液浓度应小于0.25, 若达到0.25,就会导致植物a细胞质壁分 离。

10.如图实验装置,玻璃槽中是蒸馏水,半透膜 允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液, 一段时间后再加入蔗糖酶。 最可能的实验现象是(不考

虑其对溶液浓度的影响)( A ) A.漏斗中液面开始时先上升,加酶后,再上升 后又下降 B.在玻璃槽中会测出蔗糖和蔗糖酶 C.漏斗中液面开始时先下降,加酶后一直上升 D.在玻璃槽中会测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶

【解析】由于蔗糖溶液浓度大于蒸馏水,因而开 始时水进入漏斗的速率大于外渗的速率,使液面上升。 加入酶后,蔗糖水解为单糖,使漏斗内溶液浓度增大, 导致继续吸水,液面继续上升,但由于单糖分子可通 过半透膜进入蒸馏水中,使外界溶液浓度增大,水分 子外渗速度加快,从而使漏斗内液面下降。蔗糖酶是 蛋白质,是大分子物质,不能透过半透膜,因此在玻 璃槽中不能测出蔗糖酶。

11.图甲所示为物质出入细胞膜的示意图,图乙 所示为出入方式与氧气浓度的关系,下面对其分析错 误的是( )

C

A.若图甲为海洋鱼类细胞的细胞膜,则细胞向 海水中排出 Na+的过程应为图中的 e B.若图甲为神经细胞膜,则当其受刺激后发生 兴奋时,Na+的流动过程是编号 c C.选项 A 的物质跨膜运输方式与氧气浓度关系 可用图乙的④表示 D.选项 B 的物质跨膜运输方式与氧气浓度关系 可用图乙的①表示

【解析】图甲中 a、e 为主动运输,需要消耗能 量,b、c、d 为被动运输,不需要消耗能量;海洋鱼 类细胞向海水中排出 Na+的跨膜运输方式属于主动运 输;而神经细胞当其受刺激后发生兴奋时,Na+内流 则属于被动运输。①表示物质运输不消耗氧气,即不 需要能量,属于被动运输。④表示物质运输与氧气有 关,即需要能量,但氧气缺乏或不足时,无氧呼吸可 以供能,所以起点不在 O 点位置。答案选 C。

12.将洋葱表皮放入一定浓度的硝酸钾溶液中, 该表皮的细胞便发生质壁分离,不久这些细胞又逐渐 发生质壁分离复原。自动复原的原因是( C ) A.细胞液的溶质流出细胞 B.质壁分离后的细胞只允许水分子进入 C.K+和 NO3-可通过主动运输进入细胞 D.水和溶质自由地进出细胞

【解析】质壁分离前,洋葱表皮细胞液浓度低于 硝酸钾溶液,细胞失水而发生质壁分离;一段时间后 K+和 NO3-可通过主动运输进入细胞,细胞液浓度逐 渐增大,超过外界浓度后可发生质壁分离复原。

二、非选择题 13.请根据给出的实验材料和用具设计实验,验 证活细胞膜是选择透过性膜。

(1)材料用具:新鲜牛蛙皮肤 4 块、1%的亚甲基 蓝生理盐水溶液、50%的酒精、生理盐水、小漏斗 4 只(编号 A、B、C、D)、烧杯 4 只、橡皮筋等。 (2)方法步骤: ①牛蛙皮肤分类处理:将两块新鲜牛蛙皮肤浸入 50%的酒精中 4 h,另两块不做处理。

②将四块牛蛙皮肤用橡皮筋固定在小漏斗颈上, 并分别放入盛有生理盐水的烧杯中,同时向 4 只漏斗 中分别注入 1%亚甲基蓝生理盐水溶液。过一定时间 后观察烧杯中溶液颜色的变化。 (3)实验结果:A、C、D 烧杯中溶液变蓝,B 中 溶液仍为无色。

(4)问题讨论: ①比较 A、B、C、D 四个装置中牛蛙皮肤细胞的 通透性: A、B装置中牛蛙皮肤具有选择透过性;

C、D装置中牛蛙皮肤不具选择透过性。
②实验现象的原因分析

牛蛙皮肤具有由外表面向内表面 A 烧杯:
的选择透过性。
.

虽为新鲜的牛蛙皮肤,但不具有 B 烧杯:________________________________ 由内表面向外表面的选择透过性 经酒精处理过的牛蛙皮肤细胞已死 C 和 D 烧杯:______________________________ 亡,细胞膜不具有选择透过性

【解析】注意比较实验装置的不同点,C、D 因 为用酒精处理,所以细胞死亡,因此可以看到烧杯中 溶液变蓝。A、B 装置中是新鲜的牛蛙皮肤,都没有 被酒精处理过,但是 A 烧杯中的结果也变蓝,B 不变 蓝,再比较 A 与 B 的不同点,根据实验步骤和实验 材料的分析,A、B 装置中的差异就是牛蛙皮肤的放 置方式,那实验结果的差异一定是这个原因造成的, 所以说牛蛙皮肤具有由外表面向内表面的选择透过 性。

14.仔细观察下列各种细胞结构模式图,请分析 回答下列问题。

(1)图中甲、乙、丙所示结构中共有的细胞器是 核糖体 是 没有核膜(或没有细胞核, 。



图丙所示细胞与图甲、图乙所示细胞最主要的区别

或没有具核膜的细胞核)
(2)如果要用光学显微镜观察图甲中的①, 可使用 健那绿 染 液染色观察。

(3) 图 甲 中 能 发 生 碱 基 互 补 配 对 的 细 胞 器 是

①③ ____(填标号),rRNA 的合成以及核糖体的形成与 ⑤ __________(填标号)有关。
(4)若甲细胞的分泌物为抗体,则该细胞是由

B(或记忆) ___________细胞增殖分化而来。
(5)图乙为置于 0.3 g/mL 的蔗糖溶液中出现质壁

③②④ 分离现象的细胞, 这是由于细胞壁与由_______(填标 原生质层 号 )共同组成的____________(填名称 )发生分离所
致。

(6)如果把引起 50%左右的细胞发生初始质壁分 离的浓度,称之为细胞液的等渗浓度。下表是某同学 用不同浓度的蔗糖溶液在不同作用时间下,记录一个 视野中的某植物表皮细胞发生质壁分离的数量(已知 视野中共有细胞 40 个)。
时间蔗 糖溶液 浓度 A 浓度 B 浓度 C 浓度 D 15 秒 5 17 26 34 25 秒 9 19 28 35 35 秒 13 21 29 37 45 秒 14 21 31 37 55 秒 14 21 31 37

该表皮细胞液的渗透压(浓度)最接近于蔗糖溶液 浓度B ____________(填编号)的浓度。

15.材料和用具:容积不同的半透膜袋、直径和 长度相同的细玻璃管(带刻度)、细线、蔗糖溶液、清 水、大烧杯、铁架台等。 请依据所给的材料和用具,设计实验探究水分子 通过半透膜的速率和半透膜袋的表面积与体积比值 大小的关系(已知袋的容积越小, 表面积与体积的比值 越大;袋的容积越大,表面积与体积的比值越小)。

(1)方法步骤: ①取甲、 乙两个容积不同的半透膜袋(甲容积大于 乙),装入相同浓度的蔗糖溶液,上端分别连接上直径 和长度相同的带刻度玻璃管,两玻璃管内液面高度相 同。 ②_________________________________________。 将甲、乙两个袋同时置于盛有清水的大烧杯内

一段时间后,观察玻璃管内液面高度 ③__________________________________________。

(2)可能的实验结果及相应的实验结论: ①若甲、乙两玻璃管内液面高度相等,说明

水分子通过半透膜的速率和袋的 ______________________________________________ 表面积与体积比的大小无关 ____________________________________________。
②___________________________________________。 若甲玻璃管内液面高于乙玻璃管,说明袋的表面积 与体积的比值小时,水分子通过半透膜的速率大

若甲玻璃管内液面低于乙玻璃管,说明袋的表面 ③___________________________________________。 积与体积的比值大时,水分子通过半透膜的速率大



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