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第6讲 细胞的物质输入和输出,考点一 细胞的吸水和失水,考点二 物质进出细胞的方式,总纲目录,考点三 观察植物细胞的质壁分离和复原（实验）,真题再现 模拟预测,考点一细胞的吸水和失水,1.渗透作用原理 (1)概念:指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散过程。 (2)发生渗透作用的条件:一是具有 半透膜 ,二是半透膜两侧的溶液具有 浓度差 。,2.动物细胞的吸水和失水 (2)现象,3.成熟植物细胞的吸水和失水 (1)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。,(2)将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中,此时细胞液的浓度 高于 外界清水,植物细胞就吸水,发生质壁分离复原现象。,4.物质跨膜运输的其他实例 科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2+、Mg2+和Si的培养液中培养, 结果及分析如下:,(1)实验结果 不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异。 同种植物对不同无机盐离子的吸收也有差异。 (2)实验结论:植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。,1.渗透作用发生时,水分子由低浓度一侧扩散到高浓度一侧,进行单向扩散( ),2.当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,植物细胞一定会发生质壁分离 ( ),3.质壁分离过程中,细胞液浓度增大,细胞吸水能力减弱( ),4.质壁分离过程中,质膜与细胞壁之间、质膜与液泡膜之间的液体均为外界溶液( ),图1、图2均为渗透装置图,据图分析下列问题:,(1)图1中,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2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,会抑制溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。,1.探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例),2.渗透作用模型和植物细胞与外界溶液形成渗透系统分析,考向一渗透系统与渗透作用的分析,1.如图所示,在漏斗中加入的蔗糖溶液与蒸馏水液面齐平,一段时间后,待漏斗内液面不再变化时,再向漏斗中加入一定量的蔗糖酶。下列坐标曲线中能正确反映整个实验过程中漏斗内外溶液的液面高度差变化的是(C),解析 实验开始时,漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中的蒸馏水,烧杯中的水分向漏斗中渗透,漏斗液面升高。一段时间后,加入的蔗糖酶使蔗糖水解成葡萄糖和果糖,引起漏斗中溶液浓度进一步升高,漏斗液面继续升高。由于半透膜允许单糖分子透过,漏斗中的葡萄糖和果糖进入烧杯中,漏斗中的溶液浓度下降,漏斗液面随之下降,最终维持着一定的液面高度差。,2.某同学设计的实验如图所示,实验开始时,U形管两侧液面相等,图中半透膜允许单糖通过。据图分析,下列说法错误的是(A) A.若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液,当液面停止上升时,半透膜两侧溶液浓度一定是相等的,B.若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液,则实验现象为高浓度一侧的液面上升 C.若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液,则实验现象为高浓度一侧液面先上升,随后另一侧液面上升,最后两侧液面持平 D.若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液,当液面停止上升时,半透膜两侧水分子移动达到平衡状态,解析 由题干可知,实验开始时,U形管两侧液面等高,当U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液时,水分子从低浓度一侧流向高浓度一侧的较多,即高浓度一侧的液面上升,低浓度一侧的液面下降,直至液面不再变化,此时半透膜两侧浓度差产生的渗透压力与液面差产生的压力达到平衡,所以半透膜两侧溶液浓度不会相等,A错误、B正确;当液面停止上升时,半透膜两侧水分子移动达到平衡状态,D正确;若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液,开始时水分子总体表现为由低浓度一侧向高浓度一侧扩散,因此高浓度一侧液面先上升,但随着葡萄糖分子通过半透 膜进入低浓度一侧,最后两侧液面会持平,C正确。,类题通法 渗透方向及浓度大小的判断 (1)判断溶剂渗透的总方向 若半透膜两侧是同种溶液,根据质量浓度或物质的量浓度判定。 若半透膜两侧是不同的溶液,物质的量浓度才能体现溶质或溶剂分子数的多少,如半透膜两侧为质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液,则葡萄糖溶液一侧单位体积中葡萄糖分子数多(水分子数少),水分子由蔗,糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。 (2)判断半透膜两侧溶液浓度大小 若渗透平衡后,半透膜两侧液面仍存在液面差,则半透膜两侧溶液就存在浓度差,液面差越大,浓度差就越大,且液面高的一侧溶液浓度高。,考向二细胞吸水与失水情况的分析 3.将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质甲溶液中,发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如下图所示。下列有关叙述中,不正确的是(A),A.01 h内,细胞体积与原生质体体积的变化量相等 B.23 h内,物质甲溶液的渗透压小于细胞液的渗透压 C.物质甲可能是KNO3 D.04 h内,该细胞先后进行质壁分离和质壁分离复原,解析 题图显示:原生质体的相对体积先减小后上升,说明该植物细胞发生了质壁分离后又自动复原。01 h内,原生质体体积变小,说明细胞因失水而发生了质壁分离,原生质体的伸缩性比细胞壁的伸缩性大,所以细胞体积与原生质体体积的变化量不等,A错误;23 h内为质壁分离复原过程中,细胞吸水,物质甲溶液的渗透压小于细胞液的渗透压,B正确;将某种植物的成熟细胞放在KNO3溶液中,若KNO3溶液的浓度高于细胞液浓度,细胞失水导致原生质体体积变小,随着硝酸根离子和钾离子不断通过主动运输的方式被细胞吸收,使细胞液的浓度增大到一定,程度后会导致细胞渗透吸水,原生质体体积变大,与曲线相符,C正确;综上分析04 h内,该细胞先后进行质壁分离和质离分离复原,D正确。,4.某同学探究“不同浓度蔗糖溶液对叶表皮细胞形态的影响”,得到如图所示结果,相关叙述不正确的是(B),A.实验主要原理是成熟的植物细胞能够发生渗透作用 B.实验中需要使用血细胞计数板、盖玻片、显微镜等仪器 C.叶表皮细胞浸润在蒸馏水中时,细胞会发生膨胀 D.结果表明大多数细胞的细胞液浓度介于0.20.25 mmol/L之间,解析 成熟的植物细胞放在外界溶液中能够发生渗透作用,A正确;实验中需要制备临时装片,用盖玻片、显微镜等仪器进行观察,但不需要血细胞计数板,B错误;叶表皮细胞浸润在蒸馏水中时,细胞会吸水膨胀,但是不能涨破,因为细胞外面存在细胞壁,C正确;外界溶液为0.2 mmol/L 时,质壁分离的细胞为20%,外界溶液为0.25 mmol/L时,质壁分离的细胞为80%,即在0.20.25 mmol/L之间,质壁分离的细胞百分比增加幅度为60%,则说明大多数细胞的细胞液浓度介于0.20.25 mmol/L之间,D正确。,题后悟道 细胞吸水、失水的判断 (1)通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断。当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞失水;当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞吸水。当细胞外溶液与细胞液的浓度相等时,细胞失水量和吸水量相等,处于动态平衡。 (2)根据重量或长度变化(如萝卜条)来判定。若重量增加或长度变长,则吸水;反之则失水。,1.物质出入细胞的方式(连线),考点二物质进出细胞的方式,2.根据下图进一步确定物质跨膜运输的方式和影响因素 (1)填写以下有关跨膜运输方式及结构的名称: 甲:自由扩散;乙:协助扩散;丙: 主动运输 ; a: 载体蛋白 。,(2)填写以下有关跨膜运输方式的影响因素:甲图: 浓度差 ;乙图: 浓度差和载体蛋白 ;丙图: 载体蛋白和能量 。,1.甘油不能以自由扩散的方式通过质膜( ),2.需要载体的运输方式可能是协助扩散或主动运输( ),3.小肠黏膜中的一些细胞可通过被动运输将某种蛋白分泌到肠腔 ( ),4.相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞( ),5.主动运输使膜内外物质浓度趋于一致,维持了细胞的正常代谢( ),6.同一种物质进入不同细胞的跨膜运输方式相同( ),7.在神经细胞上动作电位产生与膜电位恢复过程中,Na+流入和排出都是主动运输( ),8.被细胞胞吞的一定是固体物质( ),依据模式图确认物质出入细胞的方式及影响因素:,(1)图2、4、5中物质运输方式依次为自由扩散、主动运输、胞吞、胞吐 。 (2)写出图1图5中影响物质出入细胞的因素: 图中仅受“浓度差”制约的为图1、图2 ; 加入蛋白酶处理会受影响的是图3、图4、图5 ; 加入呼吸酶抑制剂处理,会受影响的是图4、图5 。 (3)神经递质的释放应符合上图中哪种模式?图5 ,该运输方式具有哪些特点?需要消耗能量,不需要载体等。,1.物质跨膜运输方式图解,2.影响跨膜运输的因素 (1)物质浓度 由于自由扩散不需要载体蛋白和能量,所以物质运输速率与物质浓度成正比。,由于协助扩散和主动运输需要载体蛋白,所以当所有的载体蛋白都被利用了之后,物质的运输速率将达到最大(P点),此时限制物质运输速率的因素主要是载体蛋白的数量。 (2)氧气浓度(红细胞的主动运输与O2无关),Q点时:无氧呼吸为物质的吸收提供能量。 QP段:随着氧气含量的增加,有氧呼吸产生的能量越多,主动运输的速率越大。 Q点以后:当氧气含量达到一定程度后,受载体蛋白数量以及其他限制因素的影响,运输速率不再增加。 (3)温度,3.探究物质跨膜运输方式的实验设计 (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,考向一物质出入细胞方式的判断,1.下列关于物质跨膜运输的叙述,错误的是(B) A.协助扩散比自由扩散转运速率大 B.温度降低不影响甘油和脂肪酸进出细胞的速率 C.主动运输通常使被转运物质在细胞内外的浓度差加大 D.某些小分子物质也可以通过胞吐的方式通过质膜,解析 协助扩散需要膜蛋白的帮助,比自由扩散的速率要快几个数量级,A正确;甘油和脂肪酸以自由扩散方式进出细胞,温度降低会影响质膜的流动性,从而影响甘油和脂肪酸进出细胞的速率,B错误;主动运输为逆浓度梯度进行,所以可使被转运物质在细胞内外的浓度差加大,C正确;某些小分子物质也可以通过胞吐的方式通过质膜,例如神经递质,D正确。,2.(2018湖南长沙二模)某细胞对氨基酸、钠离子、葡萄糖和氧气的吸收方式的比较结果,如下图所示,其中质膜内外浓度情况未标出。已知质膜上的“、”为载体蛋白,氨基酸以主动运输的方式进入该细胞。下列相关描述,不正确的是(D),A.同一载体蛋白运输的物质可能不止一种 B.葡萄糖进入该细胞的方式为主动运输 C.氧气进入该细胞不需要载体,也不消耗能量 D.氨基酸可逆浓度进入该细胞且不消耗能量,解析 图中氨基酸和钠离子共用同一载体进入细胞,A正确;葡萄糖进入该细胞需要消耗能量和载体,所以葡萄糖进入该细胞的方式为主动运输,B正确;氧气跨膜运输的方式为自由扩散,所以氧气进入该细胞不需要载体,也不消耗能量,C正确;由题干信息知氨基酸进入该细胞的方 式为主动运输,主动运输逆浓度进行,且需要消耗能量,D错误。,类题通法 “三看法”判断物质出入细胞的方式 注:有些小分子物质也是通过胞吞胞吐方式运输的,如神经递质。,考向二物质跨膜运输的影响因素及实验分析 3.(2018湖北荆州模拟)下图是几种物质进出细胞方式中,运输速率与影响因素间的关系曲线图,下列与此图相关的叙述中,正确的是(A),A.与氧气进出细胞相符的图有 B.与葡萄糖进入红细胞相符的图有 C.与K+进入神经细胞相符的图有 D.与蛋白质类物质进出细胞相符的图有,解析 图中分别表示自由扩散、协助扩散、被动运输、主动运输、自由扩散,为协助扩散与主动运输。氧气通过自由扩散进出细胞,与此相符的是,A正确;葡萄糖通过协助扩散方式进入红细胞,与此相符的是,B错误;K+进入神经细胞是主动运输,与图中相符,C错误;蛋白质通过胞吞或胞吐进出细胞,D错误。,4.氰化物是一种剧毒物质,其通过抑制H与O2的结合,使得组织细胞不能利用氧气而陷入窒息。如图为研究植物根尖吸收钾离子的相关实验。下列分析不正确的是(D),A.通过实验甲可以判断植物根尖细胞吸收K+属于主动运输 B.实验甲中,4 h后氧气消耗速率下降是因为细胞外K+浓度降低 C.实验乙中,4 h后吸收K+的能量可能来自无氧呼吸 D.实验乙加入氰化物后,细胞对氧气的吸收速率不变,解析 由题中实验甲可知,加入KCl后,氧气的消耗速率增加,说明植物根尖细胞吸收K+需要消耗能量,属于主动运输,A正确;实验甲中,4 h后氧气消耗速率下降是因为细胞外K+浓度降低,细胞吸收K+的量减少,B正确;实验乙中,4 h后组织细胞吸收K+的速率不再降低,说明此时细胞已经不能利用氧气,其吸收K+的能量可能来自无氧呼吸,C正确;氰化物能抑制H与O2的结合,因此实验乙加入氰化物后,细胞对氧气的吸收速率下降,D错误。,题后悟道 运输曲线中的运输方式判断 (1)有饱和点的曲线表示协助扩散或主动运输。 (2)运输速率与细胞外浓度成正比关系的曲线表示自由扩散。 (3)运输速率与呼吸作用或氧浓度有关系的曲线表示主动运输。,考点三观察植物细胞的质壁分离和复原(实验),1.实验原理 成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。 (1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。 (2) 细胞液 具有一定的浓度,细胞能渗透吸水和失水。 (3)原生质层比细胞壁的伸缩性大。,2.实验步骤,3.现象与结论,1.实验分析 (1)用紫色洋葱鳞片叶外表皮作实验材料的原因:紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中有花青素,使液泡中的细胞液呈紫色,有利于观察。 (2)发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间的物质分析:因为细胞壁是全透性的,所以洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。,(3)本实验存在两组对照实验,(5)在一定浓度的蔗糖溶液中发生质壁分离后,在清水中却不能观察到质壁分离复原的原因是细胞失水过多或失水时间过长导致细胞死亡。 (6)本实验是教材中涉及“显微观察”的实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察(不曾换“高倍镜”)的实验。,(4)引发质壁分离的两种原因,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)比较不同成熟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),1.(2018湖南长沙调研)下列有关“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验操作,叙述正确的是(B),A.在步骤C中只需滴加1滴的蔗糖溶液 B.整个实验现象的观察应维持在低倍镜下 C.步骤A具体操作过程为“解离染色漂洗制片” D.步骤F观察实验结果和步骤D相比,液泡颜色变深,解析 在步骤C引流操作中需滴加多滴蔗糖溶液,用吸水纸在对侧吸引,A错误;步骤A制片时不需要进行解离,C错误;质壁分离复原的细胞液泡吸水,颜色变浅,D错误。,2.将若干生理状况基本相同,长度为4 cm的鲜萝卜条分为四组,分别置于清水(对照组)和浓度相同的三种溶液中(实验组),尿素溶液、KNO3溶液和蔗糖溶液分别编号为1、2、3组。测量每组萝卜条的平均长度,结果如图所示。据图分析,下列叙述正确的是(C),A.实验组中都发生了质壁分离和复原现象 B.对照组中水分子在前15 min进入了细胞,15 min之后不再进入 C.1组中的尿素分子和2组中的K+、N都进入了细胞,但进入的方式不,同 D.3组中,如果一直增大蔗糖溶液浓度,萝卜条就会一直缩短,解析 蔗糖溶液中,细胞只能发生质壁分离,A错误;对照组中在前15 min水分子进入细胞的数多于出细胞的数,15 min之后水分子进出细胞处于动态平衡,B错误;1组中的尿素分子和2组中的K+、N都进入了细 胞,尿素的运输方式是自由扩散,而K+、N进入细胞的方式是主动运 输,C正确;3组中,如果一直增大蔗糖溶液浓度,萝卜条就会缩短,但由于细胞壁的支持作用,萝卜条不可能无限缩短,D错误。,1.(2018课标,3,6分)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述,错误的是(A) A.在酸性土壤中,小麦可吸收利用土壤中的N2和N B.农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收 C.土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收 D.给玉米施肥过多时,会因根系水分外流引起“烧苗”现象,真题再现 模拟预测,解析 小麦无固氮能力,不能吸收和利用N2,A错误;农田适时松土,可增加土壤氧含量,促进根细胞有氧呼吸,进而促进根细胞通过主动运 输吸收矿质元素,B正确;土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子,可以被植物根系吸收利用,C正确;施肥过多可造成土壤溶液浓度高于玉米根细胞的细胞液浓度,导致根细胞水分外流而引起“烧苗”现象,D正确。,2.(2018课标全国,2,6分)下列有关物质跨膜运输的叙述,正确的是 (C) A.巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散 B.固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输 C.神经细胞受到刺激时产生的Na+内流属于被动运输 D.护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输,解析 本题主要考查物质跨膜运输的相关知识。巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞,A错误;固醇类激素属于脂溶性物质,以自由扩散 的方式跨膜运输,B错误;神经细胞受到刺激时,Na+通过离子通道顺浓度梯度以被动运输的方式进入细胞,C正确;甘油为脂溶性物质,通过自由扩散的方式进入皮肤细胞,D错误。,3.(2017课标全国,4,6分)将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(C),A.04 h内物质A没有通过质膜进入细胞内 B.01 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等 C.23 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压 D.01 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压,解析 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量不同,B错误;23 h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;01 h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.(2018湖南模拟)下列有关物质运输的叙述,正确的是(C) A.小分子物质通过自由扩散方式进入细胞 B.同一离子(如K+)进出同一细胞的方式相同 C.质壁分离过程中,植物细胞的吸水能力升高 D.载体蛋白转运物质的速率不受O2浓度影响,解析 离子、氨基酸等小分子物质不通过自由扩散方式进入细胞,A错误;人体细胞吸收K+的方式为主动运输,该细胞产生静息电位时K+外流为协助扩散,B错误;质壁分离过程中,细胞失水,植物细胞的吸水能力 升高,C正确;主动运输过程中载体蛋白转运物质的速率受O2浓度影响,D错误。,
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