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,细胞的基本结构和物质运输功能,第2章,第8讲物质跨膜运输的实例及物质出入细胞的方式,栏目导航,考点一细胞的吸水、失水及物质跨膜运输的实例,溶剂,浓度差,半透膜,细胞膜,液泡膜,半透膜,细胞液,3验证细胞吸水和失水的实验(1)动物细胞(以哺乳动物红细胞为例)当_时，细胞吸水膨胀，反之细胞失水皱缩。(2)植物细胞(洋葱细胞的质壁分离实验)当_时，细胞失水，发生_现象。当_时，细胞吸水，失水的细胞发生_现象。,外界溶液浓度,细胞内液浓度,外界溶液浓度,细胞液浓度,质壁分离,外界溶液浓度,细胞液浓度,质壁分离复原,二、观察植物细胞的质壁分离与复原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_。,半透膜,细胞液,大得多,2实验步骤答案紧贴细胞壁0.3g/mL的蔗糖溶液逐渐变小变深清水逐渐变大变浅,三、物质跨膜运输的其他实例番茄和水稻吸收无机盐离子的比较：科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2、Mg2和SiO的培养液中培养，结果及分析如下：,1实验结果(1)不同植物对_的吸收有差异。(2)同种植物对_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_。,同种无机盐离子,不同无机盐离子,选择性,1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)将人的红细胞放入4蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，其主要原因是蒸馏水大量进入红细胞。()(2)质壁分离的过程中水分子的扩散只能单向进行。()(3)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。()(4)成熟植物细胞在高渗溶液中发生质壁分离是因为细胞壁具有选择透过性。()(5)用紫色洋葱鳞片叶外表皮作实验材料可观察质壁分离及复原。(),(6)不同种类的植物细胞，细胞膜上运载同种无机盐的载体数量是相同的。()(7)同种细胞吸收不同矿质元素离子的速率相同。()(8)番茄和水稻根系吸收Si元素的量相等。(),2如图为渗透作用实验，此半透膜只允许水分子和单糖分子通过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图，则刚开始时和最终时的液面高低分别为()Aa高于b，a高于bBa高于b，a低于bCa低于b，a高于bDa低于b，a低于b,C,解析刚开始时，由于两侧的浓度和体积相同，所以两侧溶质的质量相同，而蔗糖的分子量大于葡萄糖，因而b侧的葡萄糖分子数大于a侧的蔗糖分子数，a侧水分子数大于b侧，水分子由a侧向b侧扩散，直至a、b两侧水分子数相等。当两侧水分子数相等时，此半透膜只允许水分子和单糖通过，所以b侧的葡萄糖可以进入a侧，而a侧的蔗糖不能进入b侧，最终a侧液面高于b侧。,3(2014江苏卷)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(如下图所示)。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,解析第一次观察时由于未滴入蔗糖溶液，细胞还没有发生质壁分离，较易观察到的是紫色大液泡，由于此时液泡占整个细胞体积的比例较大，因此观察到的无色的细胞质基质区域应较小，故A项错误；吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水从盖玻片的一侧流到另一侧，使全部洋葱鳞片叶外表皮浸润在蔗糖溶液或清水中，故C项错误；第一次显微镜观察是为了获得实验前的现象，以便于和实验中的现象变化作对比，因此不可省略，故D项错误。,一渗透系统的组成分析,例1某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置，实验开始时长颈漏斗内外液面平齐，记为零液面。实验开始后，长颈漏斗内部液面的变化趋势为(),B,解析仔细观察图示，长颈漏斗内为蔗糖溶液，实验开始后长颈漏斗内部液面将上升，由于实验初始阶段半透膜内外溶液浓度差较大，所以液面上升速度快。随着液面高度的增大，液柱抑制水分渗入的作用力逐渐增大，当与浓度差促进水分渗入的作用力达到平衡时，液面不再上升。此时，水分子通过半透膜的渗入与渗出达到平衡。,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。,1运输方向：细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量梯度的跨膜运输过程。2运输特点：细胞吸水时，水分子也有从细胞出来的，细胞失水时，水分子也有进入细胞的，即无论细胞吸水还是失水，水分子通过原生质层的扩散都是双向进行的。,二细胞吸水与失水的实验分析,例2(2014全国卷)将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为a、b、c、d、e和f组(每组的细条数相等)，取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则(),D,A实验后，a组液泡中的溶质浓度比b组的高B浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组Ca组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b组D使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.40.5molL1之间,解析通过图示可以看出，a组和b组实验前长度/实验后长度的值都小于1，表明细胞吸水导致细条变长；由于a组实验前长度/实验后长度的值小于b组，说明a组吸水较多，b组吸水较少，所以实验后a组液泡中溶质的浓度比b组的低。f组细胞失水，而b组细胞吸水，因此浸泡导致f组细胞中液泡的失水量大于b组。水分进出细胞的方式是自由扩散，不消耗ATP。在浓度为0.4molL1的蔗糖溶液中的c组细胞吸水，而在浓度为0.5molL1的蔗糖溶液中的d组细胞失水，所以使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.40.5molL1之间。,1探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例),三探究膜的透性,例3如图所示，容器A中含0.02molL1蔗糖，0.03molL1尿素；容器B中含0.01molL1蔗糖，0.05molL1尿素。A、B间隔一层半透膜。第一种情况：半透膜只允许水分子通过；第二种情况：半透膜允许水分子和尿素通过。当达到动态平衡时，这两种情况下的液面高度情况是()A一样高，A高于BBB高于A，不能确定CB高于A，A高于BD一样高，不能确定,C,解析第一种情况：半透膜只允许水分子通过，则容器A中溶液总的物质的量浓度为0.05molL1，容器B中溶液总的物质的量浓度为0.06molL1，容器B中溶液的渗透压高于容器A中溶液的渗透压，故最终B中的液面高于A中的。第二种情况：半透膜允许水分子和尿素分子通过，那么最终半透膜两侧的尿素浓度相等，但是容器A中的蔗糖浓度大于B中的，故最终A中的液面高于B中的。,1巧判细胞能否发生质壁分离与复原(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(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。,四质壁分离实验的选材、原理、操作及应用,2不同试剂对质壁分离和复原的影响分析(1)若使用浓度过高的蔗糖溶液，则质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，使细胞过度失水而死亡。(2)若使用质量浓度为1molL1的KNO3溶液，因为K和NO均可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原。(3)若使用质量浓度为1molL1的醋酸溶液，则不发生质壁分离及复原现象。因为醋酸能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。,例4成熟的植物细胞在较高浓度的外界溶液中，会发生质壁分离现象。下图1是发生质壁分离的植物细胞，图2是显微镜下观察到的某一时刻的图像。请据图回答下列问题：,(1)图1中细胞的质壁分离指的是细胞壁和_的分离，后者的结构包括2和4以及二者之间的细胞质。(2)植物细胞发生质壁分离所需的外界条件是_，植物细胞自身应具备的结构特点是_。(3)图2是某同学观察植物细胞质壁分离与复原实验时拍下的显微照片，此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是_。,原生质层,外界溶液浓度高于细胞液浓度,原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性,细胞液的浓度大于、等于或小于外界溶液的,浓度,(4)将形状、大小相同的红心萝卜A和红心萝卜B的幼根各5段，分别放在不同浓度的蔗糖溶液(甲戊)中，一段时间后，取出红心萝卜的幼根称重，结果如图3所示，据图分析：,图3,红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度_。在甲蔗糖溶液中加入适量的清水，一段时间后红心萝卜A的细胞液浓度会_。,高,降低,例1(经典高考题)下图为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题：,(1)漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，漏斗内外起始液面一致，渗透平衡时的液面差为h，此时S1和S2浓度大小关系为_。(2)图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的_，两者在物质透过功能上的差异是_。,(3)为进一步探究两种膜的特性，某兴趣小组做了以下实验。实验材料：紫色洋葱。实验器具：如图所示的渗透装置(不含溶液)，光学显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，刀片，吸水纸，擦镜纸，滴管，记号笔等。实验试剂：蒸馏水，0.3g/mL的蔗糖溶液和与其等渗的KNO3溶液。部分实验步骤和结果如下：选两套渗透装置，标上代号X和Y。在两个烧杯里均加入一定量的蒸馏水，分别在装置X和Y的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和KNO3溶液，均调节漏斗内外液面高度一致。渗透平衡时出现液面差的装置有_(填代号)。,选两片洁净的载玻片，_，在载玻片中央分别滴加_，制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片并分别观察装片中细胞的初始状态。观察临时装片中浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生的变化，两者都能出现的现象是_。(4)上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是_。,答题送检来自阅卷名师报告,规范答题(除注明外，每空1分)(1)S1S2(2)原生质层原生质层能主动转运有关物质，而半透膜不能(3)X标号蒸馏水质壁分离(4)KNO3溶液中质壁分离后会自动复原(2分),1为探究膜的透性，设计了如图所示的实验装置，其中E、F、G为用猪膀胱制成的小袋，内盛有溶液甲或溶液乙，上端分别接上口径相同的小玻璃管，起初3支小玻璃管内的液面高度相同，已知体积VGVEVF，甲、乙、丙三种溶液分别为质量浓度为0.2g/mL、0.1g/mL、0.3g/mL的蔗糖溶液。请据图回答下列问题：,(1)几分钟后，3支小玻璃管中的液面将_(填“上升”或“下降”)，其液面高度变化的大小排序是_。(2)对比分析e、f小玻璃管中的现象可知，引起实验差异的原因是_。(3)若将两组这样的装置，一组放于37的恒温箱中，一组放于0的恒温箱中，几分钟后观察，可见两装置中e玻璃管的液面都下降，且放于37恒温箱中的较放于0恒温箱中的下降速率大，说明_。,下降,g管f管e管,E、F中溶液,浓度不同,温度影响物质跨膜运输的速率,解析(1)丙溶液浓度高于甲、乙溶液浓度，所以三支小玻璃管的液面均下降。由于甲、丙溶液浓度差小于乙、丙溶液浓度差，所以与e管相比，f管液面下降幅度较大；由于G的体积大于F的体积，所以与f管相比，g管液面下降幅度较大。(2)E和F中的溶液浓度不同，所以e和f小玻璃管中的液面下降幅度不同。(3)与0相比，37条件下液面下降速率更快，说明温度影响物质跨膜运输的速率。,1物质跨膜运输的方式,考点二物质出入细胞的方式,(1)填写物质跨膜运输方式、结构名称甲：_；乙：_；丙：_；a：_。(2)影响因素图甲：_。图乙：_。图丙：_。(3)实例自由扩散：水、甘油、乙醇、苯、CO2、O2等。协助扩散：红细胞吸收葡萄糖、动作电位形成时Na内流等。主动运输：小肠吸收无机盐、葡萄糖、氨基酸等。,自由扩散,协助扩散,主动运输,载体蛋白,浓度差,浓度差和载体蛋白,载体蛋白和能量,胞吞,胞吐,消耗能量,流动性,1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)水分子和钾离子以自由扩散方式进出黑藻细胞。()(2)突触前膜释放乙酰胆碱属于协助扩散。()(3)O2通过主动运输进入线粒体。()(4)葡萄糖跨膜运输不需要载体蛋白。()(5)植物根系通过主动运输吸收无机离子需要ATP。()(6)抑制细胞呼吸对自由扩散和主动运输的转运速率均有影响。(),2动物细胞内低Na高K的离子浓度对于神经冲动的产生、细胞渗透平衡等生命活动具有重要作用。这种浓度差与细胞膜上的NaK泵有关，其作用原理如下图所示。下列说法不正确的是(),D,ANa和K的运输方式为主动运输BNaK泵每次运输的Na数量多于KC在细胞培养液中加入乌苯苷会影响K的运输,D该运输过程的持续会导致大量ADP的积累解析ADP与ATP相互转化的速率快，不会导致ADP的大量积累。,3(2014安徽卷)如图为氨基酸和Na进出肾小管上皮细胞的示意图。下表选项中正确的是(),C,解析根据题意即图示分析可知，肾小管管腔中的氨基酸进入上皮细胞为逆浓度梯度的运输，并且需要Na顺浓度梯度运输提供能量，属于主动运输；管腔中Na进入上皮细胞是从高浓度向低浓度一侧扩散，属于被动运输；上皮细胞中氨基酸进入组织液的过程中，是顺浓度梯度运输，不消耗能量，属于被动运输。,一物质出入细胞的方式及特点,例1(原创题)如图表示物质进入动物细胞的5种方式。据图回答以下问题(填标号)：,(1)吞噬细胞通过_(填序号)过程吞噬病原体，该过程不需要载体蛋白质协助，但要消耗_。(2)小肠上皮细胞吸收乙醇的方式是_。神经细胞受到刺激形成动作电位时，Na进入细胞内的方式为_。,ATP,(3)温度会影响图中_过程的速率，这与温度影响酶的_及分子运动速率有关。(4)若该细胞除细胞膜外，不具有其他膜结构。下图中能正确表示在一定O2浓度范围内，K进入该细胞的速率与O2浓度关系的是_。解析(4)K进入细胞的运输方式是主动运输，需要载体、能量；哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和细胞器，只能进行无氧呼吸，则呼吸强度不受氧气浓度的影响，故选A项。,活性,A,“三步法”判断物质出入细胞的方式,1物质浓度,二影响物质跨膜运输的因素,2O2浓度3温度,例2图甲是物质A通过细胞膜的示意图，图乙是与物质跨膜运输有关的示意图。据此判断正确的是()A物质A跨膜运输的方式是胞吞或胞吐B图中物质B彻底水解的产物为葡萄糖C物质A的运输可用图乙中的曲线表示D曲线Q点之前影响物质运输速率的因素有载体蛋白数量和能量,D,解析物质A由低浓度一侧运输到高浓度一侧，属于主动运输；物质B是载体蛋白，化学本质是蛋白质，彻底水解产物是氨基酸；表示主动运输，影响主动运输的因素有载体蛋白数量和能量。,例1如图是某一物质通过细胞膜的图解，据图回答下列问题：,(1)图中所示物质通过细胞膜的方式是_；理由是_，此物质运输方式可以体现出细胞膜在功能上具有_的特点。下列符合图示运输方式的物质是()A甘油BKCN2D维生素D(2)C物质是_，它在细胞内转化快，从而保证了生命活动的正常进行，因此在细胞内的存在量_(填“少”或“多”)。如图所示，C物质是在线粒体中经_(填生理过程)产生的。(3)已知A、B分别是两种酶，A是磷酸激酶，B是磷酸酯酶，由图中信息推断：磷酸激酶的具体作用是_，它们的化学本质是_。,答题送检来自阅卷名师报告,解析(1)据图可知，某物质在载体蛋白的协助下，消耗ATP从低浓度的膜外转运至高浓度的膜内，属于主动运输。表明膜在功能上有选择透过性。甘油、N2等小分子，维生素D等脂溶性物质都通过自由扩散进入细胞，而K一般是主动运输。(2)C物质被用于主动运输后转变为ADP，故C物质是ATP，ATP在细胞内存量极少，ATP主要来源于线粒体有氧呼吸。(3)由图可知，磷酸激酶主要是催化D和磷酸结合在一起。规范答题(除注明外，每空1分)(1)主动运输需要载体、需要能量、逆浓度梯度运输(2分)选择透过性B(2)ATP少有氧呼吸(2分)(3)催化物质D和磷酸结合在一起(2分)蛋白质,1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内窒息。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，4h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，4h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项正确；实验甲中，4h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项正确；实验乙中，4h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项正确；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。,
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