高考生物一轮总复习 第二单元 细胞的基本结构与物质输入和输出 第3讲物质跨膜运输的实例及方式课件 新人教版必修1

第二单元细胞的基本结构与物质输入和输出第二单元细胞的基本结构与物质输入和输出必 修 一第三讲物质跨膜运输的实例及方式第三讲物质跨膜运输的实例及方式考纲要求考纲要求全国卷五年考题全国卷五年考题考点命题考点命题1.物质出入细胞的方式物质出入细胞的方式2实验：实验：(1)通过模拟实验通过模拟实验探究膜的透性探究膜的透性(2)观察植物细胞的质壁分观察植物细胞的质壁分离和复原离和复原2016卷卷T22015卷卷T12015卷卷T32014卷卷T42014卷卷T41.结合实验探究进行分析考结合实验探究进行分析考查渗透作用的原理查渗透作用的原理2结合生物膜的结构，利结合生物膜的结构，利用图示、曲线等考查物质的用图示、曲线等考查物质的跨膜运输方式及影响因素跨膜运输方式及影响因素1 1考点一考点一2 2考点二考点二3 3考点三考点三4 4考点四考点四5 5考点五考点五6 6课 末 总 结课 末 总 结 1渗透作用 (1)概念：指水分子(或者其他溶剂分子)透过_，从_浓度溶液向_浓度溶液的_。 (2)渗透作用发生的条件 具有_； 半透膜两侧的溶液存在_。考点一渗透作用的原理及应用考点一渗透作用的原理及应用半透膜半透膜低低高高扩散扩散半透膜半透膜浓度差浓度差 (3)渗透系统 组成：一个完整的渗透系统，由两个溶液体系以及两者之间的半透膜组成。 2细胞的吸水和失水 (1)动物细胞的吸水和失水 _相当于半透膜；浓度差由外界溶液浓度与_的浓度来体现。 细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的_。 现象 a外界溶液浓度(细胞质浓度细胞吸水膨胀。 b外界溶液浓度)细胞质浓度细胞_。 c外界溶液浓度细胞质浓度水分进出平衡。细胞膜细胞膜细胞质细胞质差值差值失水皱缩失水皱缩 (2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例) 条件：成熟植物细胞具有中央大液泡。 原理 _相当于半透膜；_与外界溶液之间存在浓度差。原生质层原生质层细胞液细胞液 植物细胞吸水和失水的原理如下： 判断下列说法的正误。 (1)植物细胞的原生质层不包括细胞核() (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)质壁分离过程中水分子的扩散只能单向进行() (4)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度() (5)所有小分子物质均可通过细胞膜进入细胞() (6)将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，不能发生渗透作用() (7)成熟的植物细胞发生质壁分离过程中，细胞的吸水能力逐渐减小() 1下图甲是一个典型的渗透装置，作为成熟植物细胞也应符合渗透系统的全部条件： (1)请填写图乙中各标号名称。 (2)请指出图乙中与图甲a、b、c对应的结构分别是什么。 提示(1)图乙中名称依次为细胞液、细胞膜、细胞质，液泡膜、细胞壁、原生质层。 (2)与图甲中a相对应的为细胞液，与b对应的为原生质层，与c对应的是“外界溶液”。 2细胞吸水时，水分子跨膜运输的状态如何？ 提示水分子在细胞膜上总是双向运动的。只不过在细胞吸水时，由外向内扩散的水分子总数多于由内向外扩散的水分子总数。 1渗透系统的组成分析项目项目渗透作用模型渗透作用模型植物细胞是一个渗透系统植物细胞是一个渗透系统组成组成条件条件半透膜半透膜一些物质可以透过，另一一些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性些物质不能透过的多孔性薄膜薄膜(如玻璃纸如玻璃纸)原生质层相当于半透膜原生质层相当于半透膜浓度差浓度差半 透 膜 两 侧 的 溶 液 体 系半 透 膜 两 侧 的 溶 液 体 系(S1，S2)细胞液细胞液(S1)与外界溶液与外界溶液(S2)之间之间渗透渗透作用作用发生发生S1(S2漏斗内液面下降漏斗内液面下降细胞失水；可发生质壁分离细胞失水；可发生质壁分离S1)S2漏斗内液面上升漏斗内液面上升细胞吸水；可发生质壁分离复原细胞吸水；可发生质壁分离复原S1S2水分进出平衡，液面不变水分进出平衡，液面不变细胞既不吸水也不失水细胞既不吸水也不失水 2验证渗透作用发生的条件 3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漏斗内烧杯内烧杯内溶液浓度溶液浓度MN现象及结论现象及结论若漏斗内液面上升，则若漏斗内液面上升，则M)N若漏斗内液面不变，则若漏斗内液面不变，则MN(无液面差时无液面差时)若漏斗内液面下降，则若漏斗内液面下降，则M(N (2)探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例)烧杯内盛淀粉溶液烧杯内盛淀粉溶液 漏斗内盛碘液漏斗内盛碘液结论结论变蓝变蓝不变蓝不变蓝碘能通过半透膜，而淀粉不能碘能通过半透膜，而淀粉不能不变蓝不变蓝变蓝变蓝淀粉能通过半透膜，而碘不能淀粉能通过半透膜，而碘不能变蓝变蓝变蓝变蓝淀粉和碘都能通过半透膜淀粉和碘都能通过半透膜不变蓝不变蓝不变蓝不变蓝淀粉和碘都不能通过半透膜淀粉和碘都不能通过半透膜 高考警示 (1)半透膜、选择透过性膜的比较 区别：半透膜是无生命的物理性薄膜，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。 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，且永远都是双向的，而不允许大分子物质通过。 (2)生物膜的结构特点具有一定的流动性，原因是构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子大多都是可运动的。 (3)生物膜的功能特性具有选择透过性，原因是膜上载体的种类和数量不同。 (4)渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。B 例例 1 解析本题主要考查水分子的跨膜运输。鱼鳔内蔗糖溶液浓度为20%，烧杯内蔗糖溶液浓度为10%，而蔗糖无法通过半透膜，但水分子可以自由出入，因此烧杯内的水分子进入半透膜的量会增加，这样蔗糖溶液的浓度会增加。一段时间后，水分子进出鱼鳔达到平衡，浓度不再变化。 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。技巧点拨技巧点拨 A右侧较高，两溶液浓度相等B右侧较高，且右侧浓度较高 C左侧较高，且右侧浓度较高 D两侧高度相等，浓度相等变式训练变式训练 B 解析由于R浓度低于S，因此开始时水由RS扩散，使S液面升高。随扩散的进行，R的渗透压增大，S的渗透压减小，液面差使S侧相对于R侧又产生了一个静水压，其中S侧的渗透压是使R侧水向S侧渗透的动力，而R侧的渗透压及S侧产生的静水压则是阻止水由RS扩散的阻力，当S渗R渗静水压时，两溶液达到渗透平衡，但此时，S侧不仅液面高且浓度也较高。B 解析溶液X液面上升，且只有绿色染料，表明Z中的溶剂进入了X，溶质没有进入X，溶液X的浓度较高；溶液Y液面下降，且Y中含有红色和蓝色染料，表明Z中的蓝色染料进入了Y，溶液Y的浓度较低，则溶液Y的浓度最低。 1物质跨膜运输的其他实例考点二物质进入细胞的方式及影响因素考点二物质进入细胞的方式及影响因素 (1)不同物质的跨膜运输特点 水分子：_(高低)。 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 同种生物细胞对不同物质的吸收具有_，与其含有离子载体蛋白的_有关。 不同种生物细胞对同种物质吸收具有_。 (3)生物膜的功能特性 细胞膜和其他生物膜都是_膜，水分子、一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。 生物膜的_是活细胞的一个重要特征。顺相对含量梯度顺相对含量梯度选择吸收选择吸收选择性选择性种类和数量种类和数量差异性差异性选择透过性选择透过性选择透过性选择透过性 2物质出入细胞的方式 (1)连一连 (2)物质跨膜运输的方式填写有关跨膜方式及结构名称填写有关跨膜方式及结构名称甲：甲：_；乙：；乙：_；丙：丙：_；a：_。自由扩散自由扩散协助扩散协助扩散主动运输主动运输载体蛋白载体蛋白 写出影响甲、乙、丙三种运输速率的因素 a制约甲的是膜两侧的_； b决定乙的因素之一是a的_； c决定丙的动力是_。 实例分析(填写甲、乙、丙三种跨膜运输方式) a水分子进入红细胞是_； b葡萄糖进入红细胞是_； cK进入红细胞是_。浓度差浓度差种类和数量种类和数量能量能量(ATP)甲甲乙乙丙丙 跨膜运输的方式的判别 a看是否需要能量：需要消耗ATP供能，则为_。 b看是否逆浓度梯度：从低浓度到高浓度运输，则为_。 c看是否依赖载体蛋白：不需要载体蛋白，则为_。 d_是大分子物质出入细胞的主要方式，为非跨膜运输。主动运输主动运输主动运输主动运输自由扩散自由扩散胞吐和胞吞胞吐和胞吞 判断下列说法的正误。 (1)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜() (2)植物细胞通过主动运输吸收不同矿质离子的速率都相同() (3)植物运输矿质离子的过程只发生在活细胞中() (4)低温不影响矿质离子的吸收速率() (5)血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞属于自由扩散() (6)细胞质中的氢离子可以通过扩散作用进入液泡内() (7)主动运输过程中，需要载体蛋白协助和ATP提供能量() (8)Na与有关载体蛋白结合排出细胞属于主动运输() (9)细胞外液中的K进入神经细胞属于自由扩散() (10)液泡中积累大量离子，故液泡膜不具有选择透过性() (11)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() (12)同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同() 1渗透作用中，膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度吗？ 提示不是，溶液浓度指物质的量浓度。 2原生质体与原生质层区别在哪？ 提示原生质层由细胞膜、液泡膜以及两膜间的细胞质组成，原生质体是指去除植物细胞壁以后所剩下的植物细胞结构。 3对于动植物细胞来说，单位时间内，水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外液体的浓度一定相等吗？ 提示不一定。对动物细胞来说，水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外溶液的浓度相等。但植物细胞有细胞壁的支持、保护作用，当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时，有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。 1离子和小分子的跨膜运输方式的比较物质出入物质出入细胞的方式细胞的方式被动运输被动运输自由扩散自由扩散协助扩散协助扩散主动运输主动运输运输方向运输方向高浓度高浓度低浓度低浓度 高浓度高浓度低浓度低浓度一般为低浓度一般为低浓度高浓度高浓度是否需要载体是否需要载体不需要不需要需要需要需要需要是否消耗能量是否消耗能量不消耗不消耗不消耗不消耗消耗消耗 2大分子和颗粒性物质的非跨膜运输方式的比较 3影响跨膜运输的因素 (1)物质浓度 (2)O2浓度 (3)温度 4借助结构模式图，比较、区分不同“膜”的特点 (1)半透膜是指某些物质可以通过，而另一些物质不能通过的多孔性薄膜。如常见的半透膜有动物的膀胱膜、肠衣、鸡蛋的蛋壳膜等。物质能否通过取决于分子的大小，水、葡萄糖等较小的分子可以通过，而蔗糖、蛋白质等较大的分子不能通过(如图1)。 (2)选择透过性膜是指细胞膜等具有活性的生物膜。它具有半透膜的物理特性，更重要的是具有主动选择性，对物质的吸收与否及吸收的多少取决于膜上载体蛋白的种类与数量，因此不能将生物膜看作单纯的半透膜(如图2、图3、图4)。 (3)核膜是双层膜，将细胞的核、质分开，由于其上有核孔，mRNA可以通过它进入细胞质，而氨基酸、葡萄糖、离子和小分子等可通过核膜(如图5)。B 例例 2 A载体蛋白和通道蛋白在细胞膜上是静止不动的 B载体蛋白和通道蛋白均具有一定的专一性 C甲、乙两种方式均属于跨膜运输，故属于主动运输 D物质主要以通道介导的方式进出细胞 解析载体蛋白和通道蛋白在细胞膜上具有一定的流动性，A错误；载体蛋白和通道蛋白均具有一定的专一性，B正确；甲、乙两种方式都是从高浓度一侧运输到低浓度一侧，且需要转运蛋白的协助，属于协助扩散，C错误；物质主要以主动运输的方式进入细胞，D错误。 物质出入细胞方式的判断 (1)判断方法 根据分子的大小、是否需要能量和载体蛋白进行判断技巧点拨技巧点拨 根据运输方向判断：顺浓度梯度的跨膜运输方式是自由扩散和协助扩散，逆浓度梯度的跨膜运输方式一定是主动运输。 根据达到平衡时的浓度判断：若达到平衡时细胞内外仍存在浓度差，则是主动运输，因为自由扩散和协助扩散达到平衡时内外浓度相等。 (2)不同条件下运输方式的判断 消耗能量的运输方式有胞吞、胞吐和主动运输。 需要载体蛋白参与，不消耗能量的运输方式一定是协助扩散。 (3)无机盐离子的运输方式 无机盐离子的运输方式并非都是主动运输，在顺浓度梯度情况下，也可通过被动运输方式进出细胞，如在神经冲动传导过程中Na、K的运输，在兴奋时Na内流和在恢复静息状态时K外流都是协助扩散。变式训练变式训练 D A细胞的识别与有密切的关系 B适当提高温度将加快和的流动速度 Ca过程能体现膜的选择透过性 D氨基酸通过细胞膜的方式是b 解析图中为糖蛋白，与细胞的识别有关，A项正确；提高温度能加快细胞膜中磷脂分子和蛋白质分子的运动，B项正确；a过程为主动运输，需要载体的协助，体现了细胞膜的选择透过性，C项正确；氨基酸以主动运输的方式跨膜运动，而b过程为自由扩散，D项错误。B A若a与b的分类依据为是否消耗能量，则f可表示主动运输 B若a与b的分类依据为是否需要载体蛋白，则g可表示自由扩散 C若a与b的分类依据为是否需要载体蛋白，则c可表示主动运输 D若a与b的分类依据为是否消耗能量，则c、d可表示被动运输 解析自由扩散和协助扩散不消耗能量，胞吞、胞吐和主动运输都需要消耗能量，因此若a与b的分类依据为是否消耗能量，则c和d为自由扩散和协助扩散，g和h为胞吞和胞吐，f为主动运输；自由扩散和协助扩散属于被动运输，A、D正确。物质进出细胞的方式中只有协助扩散和主动运输需要载体蛋白的协助，若a与b的分类依据为是否需要载体蛋白，则c和d为协助扩散和主动运输，f为自由扩散，g和h为胞吞和胞吐，B错误、C正确。 1实验原理 (1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层_。 (2)_具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。 (3)原生质层比细胞壁的伸缩性_。考点三观察植物细胞的质壁分离及复原考点三观察植物细胞的质壁分离及复原半透膜半透膜细胞液细胞液大得多大得多 2实验步骤 3现象与结论 特别提醒 (1)本实验存在两组对照实验 (2)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液。这是由于细胞壁是全透性的且有水分子通过原生质层渗出来。 判断下列说法的正误。 (1)观察质壁分离可用0.15 g/mL蔗糖浓度作为试剂() (2)必须用高倍镜才能观察到质壁分离现象() (3)观察质壁分离时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞() 1根据实验过程及原理回答以下问题。 (1)实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？ (2)该实验无独立的对照组，为什么还叫对照实验？ (3)上述实验中观察到质壁分离时，为何不宜停留时间过长？ (4)引发质壁分离的内因和外因分别是什么？ 提示(1)不一定。但紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中含有色素，使液泡呈现紫色，更有利于观察。 (2)该实验中，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于自身对照。 (3)观察到质壁分离时，若停留时间过长，细胞就会因过度失水而死亡，不会再发生质壁分离复原。 (4)外因是外界溶液浓度大于细胞液浓度；内因是原生质层的伸缩性较大，细胞壁的伸缩性较小。 2适宜浓度的KNO3溶液或尿素、甘油、乙二醇等能否作为该实验的试剂？为什么？盐酸、酒精、醋酸等行吗？为什么？ 1质壁分离的原因分析 2巧判细胞能否发生质壁分离和复原 (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)不发生质壁分离和复原现象。 具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离和复原现象。 (2)从溶液角度分析 在一定浓度(溶质不能透过膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能发生质壁分离后自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。 在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象。 在过高浓度溶液中可发生质壁分离现象，因过度失水而不会发生质壁分离复原现象。C 例例 3 A，cB，a C，dD，b 解析液泡起始颜色变深再变浅，说明细胞先失水后吸水，液泡体积先减小后变大，对应图d中的曲线，与正常情况下细胞先失水后吸水相符合，C正确。D 解析植物细胞在30%的蔗糖溶液中已经发生质壁分离，用B表示原生质体的长度，A表示细胞(壁)长度，质壁分离过程中，原生质体逐渐变小，细胞壁伸缩有限，A长度基本不变，B/A值体现质壁分离程度；将其放入清水中将发生质壁分离复原，但细胞壁长度A基本不变；若放入40%的蔗糖溶液中，质壁分离更加明显，B/A值变小。D 解析光学显微镜下观察不到线粒体、高尔基体等亚显微结构；该图所示细胞也可能正在发生质壁分离复原；原生质层仅包括细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质，而细胞核不属于原生质层的范畴；红墨水未进入细胞质，说明该细胞依然保持活性，将其置于低渗溶液中将会发生质壁分离复原。课末总结课末总结 B 解析具有大的液泡的活细胞才能发生质壁分离，A正确。质壁分离过程中，细胞在失水，此时，细胞外甲物质的浓度高于细胞内甲物质的浓度，B错误。水分子跨膜的方式是自由扩散，C正确。细胞壁是全透的，甲物质和H2O能自由通过，D正确。C 解析根据题干“离子泵能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子”可知离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，A项错误；根据题干信息可知，离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，主动运输可以逆着浓度梯度进行，B项错误；动物一氧化碳中毒会降低其体内血红细胞运输氧气的能力，导致动物体内细胞有氧呼吸强度降低，供能减少，离子泵跨膜运输离子的速率下降，C项正确；根据题干信息可知离子泵是一种载体蛋白，加入蛋白质变性剂会使载体蛋白变性，降低离子泵跨膜运输离子的速率，D项错误。D 解析成熟的植物细胞是一个渗透系统，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时细胞失水发生质壁分离现象，反之发生质壁分离复原现象，两者浓度相等时，吸水量与失水量相等，水分进出达到平衡状态；分析实验结果可知，实验过程中，甲中植物失水、乙水分进出平衡、丙吸水，所以实验前甲的浓度乙的浓度丙的浓度，A错误；乙的浓度不变是因为细胞外蔗糖浓度与乙的浓度相等，水分进出平衡，B错误；实验中细胞与蔗糖溶液间的水分移动属于自由扩散，C错误；甲、丙的浓度变化是由水分在细胞与蔗糖溶液间移动引起的，D正确。 4(2015全国卷，3)下列过程中，不属于胞吐作用的是() A浆细胞分泌抗体到细胞外的过程 BmRNA从细胞核到细胞质的过程 C分泌蛋白从胰腺的腺泡细胞到胞外的过程 D突触小泡中的神经递质释放到突触间隙的过程 解析抗体、分泌蛋白均为大分子物质，排出细胞方式为胞吐；mRNA通过核孔从细胞核到细胞质中，不是胞吐作用；突触前膜通过胞吐将神经递质释放到突触间隙；综上分析符合题意的为B选项。B 5(2015全国卷，1)将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，一段时间后，测定根吸收某一矿质元素离子的量。培养条件及实验结果见下表：培养瓶中气体培养瓶中气体温度温度()离子相对吸收量离子相对吸收量(%)空气空气17100氮气氮气1710空气空气328 下列分析正确的是() A有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收 B该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关 C氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗ATP D与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收 解析由表格信息可知同样温度条件下，空气瓶中离子相对吸收量大，说明有氧条件有利于根对离子的吸收，A正确。同样的空气，不同温度条件下离子的相对吸收量不同，说明温度变化影响根对离子的吸收，B错误。同样的温度条件下，氮气环境中根对离子的相对吸收量少，说明根对离子的吸收需要消耗能量(ATP)，且氮气环境中不利于根对该离子的吸收，C、D错误。A