生物必修12-3物质跨膜运输的实例

必修1 第3节物质跨膜运输的实例知识点一 渗透系统的组成及其特点与应用【例1】 某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。增添的实验材料：蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。(1)设计出继续实验的简要步骤：_；_。(2)预测实验现象并作出结论。_。解析：(1)蔗糖是大分子物质，不能透过半透膜，故b管液面会上升。蔗糖在蔗糖酶作用下生成葡萄糖和果糖，葡萄糖和果糖是还原糖，可以和斐林试剂共热产生砖红色沉淀。因此，要探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜，可以向a、b管中加入等量蔗糖酶溶液，然后各吸取少量与斐林试剂共热，观察有无砖红色沉淀的产生来判断。(2)如果蔗糖水解产物能通过半透膜，a、b两管液面高度差会缩小，均能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。如果蔗糖水解产物不能通过半透膜，则两管液面高度差会增大，且只有b侧管中液体能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。答案：(1)向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热(或隔水加热)U形管至适宜温度，观察a、b两管内液面的变化吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试管中，并加入斐林试剂，(60 65 )水浴加热，观察A、B试管内有无砖红色沉淀(2)如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物能通过半透膜如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜知识点二 植物细胞吸水和失水的实验探究过程及应用【例2】 (2009年江苏卷)回答下列与细胞有关的实验问题。(1)下列4项实验中，需保持细胞生理活性的有_(填序号)。观察叶绿体和原生质的流动观察洋葱鳞片叶内表皮细胞中DNA的分布探究酵母菌的呼吸方式红细胞中血红蛋白的提取和分离(2)按下面步骤进行质壁分离实验。步骤一：在洁净的载玻片中央加一滴清水，取一片藓类小叶，盖上盖玻片。步骤二：从盖玻片一侧滴入0.3 g/mL的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，使盖玻片下面的藓类小叶浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中。步骤三：在显微镜下观察，结果如图所示。图中A、B处的颜色分别是_。如果上述实验步骤二中从盖玻片的一侧滴入的是加有伊红(植物细胞不吸收的红色染料)的0.3 g/mL的蔗糖溶液，则在显微镜下观察到A、B处的颜色分别是_。如果将步骤二中浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中的藓类小叶的装片，放在80 条件下处理一段时间(装片中的藓类小叶保持在0.3 g/mL的蔗糖溶液中)。在显微镜下清晰地观察到细胞结构后，为更准确地判断A处颜色，对显微镜的操作方法是_、_。如果A处呈绿色，可能的原因是_。解析：本题主要考查教材实验的基础知识，考查实验操作能力和对实验现象的分析能力。(1)中盐酸处理后细胞死亡，中红细胞吸水破裂血红蛋白才能释放出来。(2)滴加含有伊红的蔗糖溶液后，A处为红色、B处仍为绿色，因为伊红为植物细胞不吸收的红色染料。要观察清楚无色的部分，需使视野稍暗些，可改变光圈大小和调节反光镜(或调节电光源亮度)。在高温下如果A处为绿色，则可能是高温使细胞膜、叶绿体膜失去选择透过性，叶绿素等色素进入了A处。答案：(1)(2)无色、绿色红色、绿色改变光圈大小调节反光镜(电光源亮度)高温下细胞膜、叶绿体膜失去选择透过性，叶绿素等色素进入A处知识点三 膜透性的模拟实验【考例1】 U形管中装有两种不同的溶液R及S，两者被一半透膜(X)隔开(如图a所示)。与S相比，R为低渗溶液(即浓度较低)。图中黑色的深浅即代表浓度的高低。当U形管内达到平衡时。U形管两侧溶液高度及浓度分别是怎样的(参看图b)()A右侧较高，两溶液浓度相等 B左侧较高，且左侧浓度较低C右侧较高，且右侧浓度较高 D两侧高度相等，且浓度相同解析：由于半透膜的两侧有浓度差，所以高浓度的S液面会升高，但是由于液体压强的存在，两侧的浓度不会最终达到平衡，S侧的浓度依然会高于R侧。答案：C。知识点四 细胞的吸水和失水【考例2】 用洋葱鳞片叶表皮制备“观察细胞质壁分离实验”的临时装片，观察细胞的变化。下列有关实验操作和结果的叙述，正确的是()A将装片在酒精灯上加热后，再观察细胞质壁分离现象B在盖玻片一侧滴入清水，细胞吸水膨胀但不会破裂C用不同浓度的硝酸钾溶液处理细胞后，均能观察到质壁分离复原现象D当质壁分离不能复原时，细胞仍具正常生理功能解析：观察植物细胞质壁分离实验时，植物细胞始终处于生活状态，若将装片在酒精灯上加热后，细胞会死亡，细胞原生质层因此而丧失选择透过性功能，将无法观察到质壁分离现象；若用不同浓度的硝酸钾溶液处理细胞后，只有大于细胞液浓度的溶液才有可能使细胞失水出现质壁分离及自动复原现象，而等于或小于细胞液浓度的溶液则不能使其发生质壁分离；若细胞发生质壁分离不能复原时，说明细胞过度失水已死亡，细胞的正常生理功能已完全丧失。故A、C、D都错误。由于植物细胞外面有细胞壁的保护作用，所以当植物细胞浸浴在清水中时，不会像动物细胞一样由于吸水过多而膨胀破裂。答案：B。知识点五 物质跨膜运输的特点【考例3】 用完全培养液在两个相同的容器内分别培养水稻和番茄苗，假设两植物的吸水速率相同，一段时间后，测定培养液中各种离子与实验开始时各种离子浓度之比，如图所示该实验的结果不能说明()A植物根对水分子的吸收和对矿质元素的吸收是两种不同的跨膜运输方式B与番茄相比，水稻对Si4需要量大，对Ca2需要量小C不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量是不同的D植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关解析：由题干获取的主要信息有：培养水稻和番茄的完全培养液相同；两植物对水的吸收速率相同；图中数据是培养液中各种离子浓度与实验前之比的百分数，比值越大说明对该离子的吸收量越小，反之越大。由图例分析可知，不同植物对同种离子的需要量及同一植物对不同离子的需要量不同，植物体对水分和矿质元素的吸收是两种不同的跨膜运输方式。水稻吸收的Si4多，对Ca2、Mg2吸收量少，而番茄吸收的Ca2和Mg2较多，对Si4吸收量少。这体现了植物对无机盐离子的吸收具有选择性，其原因在于不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量是不同的。图中并不能看出植物体对各种离子的吸收速率与溶液中的离子浓度有关。答案：D。随堂练习B组能力提升1(2010年上海卷)如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( )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CB/A值能表示细胞失水的程度DA、B分别表示细胞和液泡的长度答案：D2(2010年金丽衢十二校联考)以洋葱表皮细胞为材料，分别用0.3 g/mL的蔗糖溶液、0.5 g/mL的蔗糖溶液、0.3 g/mL的尿素溶液及清水加以处理。m时开始用四种溶液分别处理洋葱表皮细胞；n时再一次用清水处理之前被处理过的洋葱表皮细胞，测得的洋葱表皮细胞原生质体体积的变化如图所示，图中代表尿素处理结果的是( )Aa Bb Cc Dd解析：用0.3 g/mL的蔗糖溶液，能很好地观察植物细胞的质壁分离与复原，其曲线应该是图中的c；0.5 g/mL的蔗糖溶液会使植物细胞因过度失水而死亡，不会发生质壁分离的复原，其曲线是d；0.3 g/mL的尿素溶液会使植物细胞发生质壁分离，但同时尿素也会进入细胞内，使细胞液浓度增加，导致细胞吸水而自动复原，其曲线是b。答案：B3在保证细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如图。若将处于b浓度的溶液中的萝卜条移入a浓度的溶液中，不会出现的现象是( )答案：DA萝卜条的质量将逐渐增加B萝卜细胞渗透压逐渐减小C水分子仍在细胞膜两侧扩散Da浓度的溶液中蔗糖对水的吸引力减小解析：分析图可知，b浓度大于a浓度，将萝卜条从高浓度溶液移入低浓度溶液时，细胞会从外界溶液中吸水，使萝卜条的质量增加、萝卜细胞液的浓度降低(其渗透压随之降低)，此时膜两侧仍存在水分子的扩散。由于外界溶液中的水分子被细胞吸收，蔗糖溶液浓度增大，则蔗糖分子对水分子的吸引力增大。4如图实验装置，玻璃槽中是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中装入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是( )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：蔗糖不能通过半透膜，但加入蔗糖酶以后，水解后的单糖可以通过半透膜，所以在开始时，因漏斗内溶液浓度高，所以水经半透膜进入漏斗，导致漏斗内液面上升。加酶后，随着蔗糖水解为单糖，漏斗内溶液浓度升高。单糖可以经半透膜进入玻璃槽，因而，加酶后漏斗内的液面上升少许后又逐渐下降。答案：A5实验装置如图所示，一段时间后，含液体3的半透膜袋萎缩，而含液体1的半透膜袋坚挺硬实，请推断实验开始时3种液体的浓度是(下表中的“高”表示高浓度蔗糖溶液；“低”表示低浓度蔗糖溶液)( )液体1液体2液体3A高低水B水高低C低水高D水低高解析：解此类题目的一个重要思路是依据渗透作用原理，从水分子移动方向去判断两种溶液浓度的高低，水分子从低浓度溶液向高浓度溶液扩散。一段时间后，含液体3的半透膜袋萎缩，说明半透膜袋内的水分渗入液体2，液体2的浓度大于液体3的浓度；同理可判断出液体1的浓度大于液体2的浓度。答案：A6如图为一渗透装置，半透膜小袋内充满30%蔗糖溶液。用不同表面积的半透膜小袋做实验，开始一段时间，玻璃管内液面高度变化速度的相关曲线最可能是图(横坐标表示半透膜的表面积，纵坐标表示玻璃管内液面高度)( )解析：渗透作用与膜的表面积有关，随半透膜表面积增大，渗透速度加快。答案：B7某实验小组要对“低温是否会影响物质的跨膜运输”进行实验探究，设计了如下实验：实验步骤：组装渗透装置两套，分别编号为1、2。在两组烧杯中分别加入等量的水，在长颈漏斗中分别加入等量的同一浓度的蔗糖溶液，保持管内外液面高度相等。对两组装置进行不同处理：1组用水浴锅加热至37 ，2组的烧杯外加冰块降温。两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗的液面刻度变化。请分析回答下列问题：(1)本实验是通过测定水分子通过膜的扩散即_作用速率来进行探究的。(2)此实验的自变量是_；为了直观地表示相对速率，用_作为因变量。(3)该实验可能的结果与结论是：_。_。_。(4)如果上述实验结果证明了低温能影响物质跨膜运输的速率，那么对于生物活细胞来讲，产生这种情况的原因是：_。_。解析：设计实验时不仅要注意严格遵循对照原则和单因子变量原则，也要特别注意实验中观察或者记录对象的选择。选取观察对象时，注意选取的观察或记录的对象要方便直观，易于操作、观察、记录，无关的干扰因素少等。对于实验的类型一定要注意分析清楚是探究实验还是验证实验。本题是探究实验，所以其结果就要注意分析全面。答案：(1)渗透(2)渗透系统所处的不同温度环境漏斗液面高度的变化(3)若1组漏斗液面比2组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率减慢若2组漏斗的液面比1组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率加快若1、2组漏斗的液面高度相同，则说明温度高低并不影响物质的跨膜运输(4)低温会影响细胞膜的流动性，从而影响其功能低温会影响酶的活性，从而影响细胞呼吸释放能量的过程8下表列出了部分实验的材料、实验内容和观察内容，请回答有关问题：组别材料实验内容观察内容1蛋清双缩脲试剂溶液颜色变化2蛋壳膜制成渗透装置膜内外溶液变化3菠菜CaCO3、SiO2、丙酮、层析液、滤纸叶绿体色素的分离(1)某同学在做第一个实验时，将2 mL 0.1 g/mL NaOH溶液与4滴0.01 g/mL CuSO4溶液混合均匀后，加入到装有稀释鸡蛋清的试管中，观察颜色变化。实验没有成功，你能给出他有效建议吗？_ 。(2)某老师将鸡蛋上、下端的卵壳经过处理，暴露出卵壳膜，进行如图所示的实验。实验结果是有蔗糖溶液从鸡蛋上部溢出，请分析溢出的蔗糖溶液浓度的变化情况_。(3)在第3个实验中，分离出的色素带颜色较淡。产生该结果的可能原因是_。研磨不充分，色素未能充分提取出来丙酮加入量太多，稀释了色素提取液丙酮加入量太少，色素未提取出来划滤液细线次数较少A B C D答案：(1)向装有稀释鸡蛋清的试管中加入2 mL 0.1 g/mol NaOH溶液，摇匀后再加入4滴0.01 g/mL CuSO4溶液，直接观察试管中溶液颜色变化(2)蔗糖溶液浓度有所降低(3)B