2020年高考生物一轮复习讲义:第7讲 物质跨膜运输的实例、方式
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1、第 7 讲 物质跨膜运输的实例、方式1物质出入细胞的方式() 2.实验:(1)通过模拟实验探究膜的透性 (2)观察植物细胞的质壁分离和复原细胞的吸水和失水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3成熟植物细胞的吸水和失水4渗透作用模型和植物细胞与外界溶液形成的渗透系统项目 渗透作用模型植物细胞与外界溶液形成的渗透系统图解基本组成或条件半透膜、浓度差原生质层选择透过性膜;浓度差细胞液与外界溶液之间原理 水分子通过半透膜的扩散作用细胞液通过原生质层与外界溶液之间发生
2、渗透水扩散的方向低浓度溶液高浓度溶液5.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 、Mg 2 和 SiO 的培养液中培养,结果及分44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。(必修 1 P60 图 41 改编) 将人的红细胞放入 4 蒸馏水中,一段时间后红细胞破裂,主要原因是( )A红细胞膜具有水溶性B红细胞的液泡体积增大C蒸馏水大量进入红细胞D低温时红细胞膜流动性增大解析:选 C。将人的红细胞放入 4 蒸馏水中,红细胞会因大量蒸馏水进入而破裂;红细胞膜是脂溶性
3、的;人的红细胞没有液泡;因低温时分子运动减慢而导致细胞膜的流动性降低。常见渗透装置图分析(1)图 1 中,若 S1 溶液的浓度大于 S2 溶液的浓度,则单位时间内由 S2S 1 的水分子数_S1S 2,外观上表现为 S1 液面上升;若 S1 溶液的浓度小于 S2 溶液的浓度,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 溶液的浓度仍_S2 溶液的浓度。因为液面高的一侧形成的压强,会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。答案:(1)多于 (2) 大于考向 1 考查渗透系统与渗透作用的分析1(2019黑龙江牡丹江高三期末 )如图所示,
4、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( )解析:选 C。实验开始时,漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中的蒸馏水,烧杯中的水分子向漏斗中渗透,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,最终由于漏斗中加入的蔗糖酶,维持着一定的液面高度差。2(2019广西南宁三中高三开学考试 )某同学设计的实验如图
5、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:选 A。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
6、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。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
7、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 2 考查细胞吸水与失水情况的分析3(2020高考预测)某实验小组在室温条件下,将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于一定浓度的某溶液中,测得细胞液浓度与该溶液浓度的比值( P 值) 随时间的变化曲线如图所示。下列相关叙述错误的是( )A该溶液可以是一定浓度
8、的 KCl 溶液B细胞在 t1 时刻开始从外界溶液中吸收溶质Ct 1t 2 时间段内,液泡体积有所增大D若降低温度,则 t1t 2 时间段会变长解析:选 B。据图分析,细胞液浓度与该溶液浓度的比值(P 值)随时间的变化逐渐增大,最后趋于稳定,即细胞液浓度不断增加,且最后是细胞外液的 3 倍,说明在该溶液中细胞先不断失水,后溶质分子进入液泡,导致细胞液浓度高于该溶液,因此该溶液可以是一定浓度的 KCl 溶液,A 正确;细胞在 t1 时刻之前就已经开始从外界溶液中吸收溶质,B 错误;t1t 2 时间段内,细胞液浓度大于该溶液,则细胞吸水导致液泡体积有所增大, C 正确;若降低温度,该溶液中的溶质分
9、子进入细胞的速度会降低,则 t1t 2 时间段会变长,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,下列相关叙述不正确的是( )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:选 B。成熟的植物细胞放在外界溶液中能够发生渗透作用,故 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,故 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
10、,因为细胞外面存在细胞壁,故 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%,则说明大多数细胞的细胞液浓度介于 0.20.25 mmol/L 之间,故 D 正确。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。当细胞外溶液浓度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。 物质跨膜运输的方式1物质
11、出入细胞的方式连一连 2物质跨膜运输方式图解3影响物质跨膜运输的因素(1)物质浓度(2)氧气浓度(红细胞的主动运输与 O2 无关)(3)温度一方面,温度通过影响分子运动而影响运输速率,下图甲表示自由扩散;另一方面,温度直接影响蛋白质的活性从而影响运输速率,下图乙表示主动运输和协助扩散。说明(必修 1 P73“与社会的联系” 改编) 囊性纤维病是细胞中某种蛋白质结构异常,影响了Na 和 Cl 的跨膜运输,这一事例说明这种结构蛋白属于细胞膜上的_,也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上_来实现的。答案:载体蛋白 载体蛋白的种类和数量依据模式图确认物质出入细胞的方式及影响因素。(1)图
12、2、4、5 中物质运输方式依次为_ 。(2)写出下列影响物质出入细胞的因素所对应的图。图中仅受“浓度差”制约的为_。加入蛋白酶处理会受影响的是_。加入呼吸酶抑制剂处理,会受影响的是_。(3)神经递质的释放应符合上图中哪种模式?该运输方式具有哪些特点?答案:(1)自由扩散;主动运输;胞吞、胞吐(2)图 1、图 2 图 3、图 4、图 5 图 4、图 5(3)图 5。需要消耗能量,不需要载体等。考向 1 物质出入细胞方式的判断1(2019河北唐山质检)下列关于物质跨膜运输的叙述,错误的是 ( )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
13、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细胞膜解析:选 B。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的方式进出细胞,低温会影响细胞膜的流动性,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细胞膜,例如神经递质,D 正确。2(2019河南八市联考)下图为物质进出细胞的示意图,下列相关说法错误的是 ( )A载体具有运输和催化的作用B载体参与的运输方式属于协助扩散C载体的作用使细胞内的 Na 浓度高于细胞外D溶质分子甲进
14、入细胞与细胞内外 Na 的浓度有关解析:选 C。从图中信息得知,载体 可以控制 K 、Na 的运输,同时可以催化 ATP水解为 ADP 和 Pi,A 正确;通过载体溶质分子甲顺浓度梯度出细胞,属于协助扩散,B正确;载体让 Na 进细胞是顺浓度梯度运输,细胞内的 Na 低于细胞外,C 错误;载体可以同时让 Na 和溶质分子甲进入细胞,且甲是逆浓度梯度进入细胞,属于主动运输,需要的能量由膜两侧 Na 浓度差形成的势能提供,D 正确。“三步法”判断物质出入细胞的方式考向 2 物质跨膜运输的影响因素及实验分析3(2019湖北荆州中学模拟 )如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
15、,下列与此图相关的叙述中,正确的是( )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:选 A。图中分别表示自由扩散、被动运输、主动运输、自由扩散,为协助扩散或主动运输。氧气通过自由扩散方式进出细胞,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(2019山东济南平阴一中高三期中 )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
16、尖吸收钾离子的相关实验。下列分析不正确的是( )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:选 D。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, 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 项正确;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
17、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,D 项错误。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。 观察植物细胞的质壁分离及复原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。2实验步骤3实验结论成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统并发生渗透作用:当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞失水;当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞吸水。4关注质壁分离的两个原因、两个表现5质壁分离和复原
18、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(2019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( )A在步骤 C 中只需滴加 1 滴蔗糖溶液B整个实验现象的观察应在低倍镜下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:选 B。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;在高倍镜下引流易污染镜头,该实验全程应在低倍镜下观察,B 正确;步骤 A 制片时不
19、需要进行解离、染色,C 错误;质壁分离复原的细胞液泡吸水,颜色变浅,D 错误。2(2019四川成都高新区高三月考) 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、KNO 3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( )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C1 组中的尿素分子和 2 组中的 K 、NO 都进入了细胞,但进入的方式不同 3D3 组中,如果一直增大蔗糖溶液浓
20、度,萝卜条就会一直缩短解析:选 C。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 、NO 都进入了细胞,尿素进入细胞的方式是自由扩散, 3而 K 、NO 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, 3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。清一清易错点 1 误认为渗透平衡时水分子不移动点拨 渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态,平衡状态下,水分子向两侧移动的速率相等,
21、不可看作没有水分子移动,此时半透膜两侧溶液浓度也不一定相等。易错点 2 原生质层原生质体点拨 (1)原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜。由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成。(2)原生质体是去除了植物细胞壁以后所剩下的植物细胞结构。易错点 3 半透膜选择透过性膜点拨 (1)区别:半透膜是无生物活性的物理性膜,物质能否通过取决于分子的大小。选择透过性膜是具有生物活性的生物膜,载体蛋白的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。(2)共性:都允许水分子自由通过,而不允许大分子物质通过。易错点 4 误认为同种物质跨膜方式应一致点拨 某物质进出细胞的方式并非固定一种。如葡萄糖进入红细胞是协助扩
22、散,而葡萄糖通过小肠上皮细胞细胞膜的方式为主动运输,要视具体情况而定。再如静息电位形成时 K 外流与动作电位形成时 Na 内流均为协助扩散;但 K 、Na 在其他细胞中跨膜运输一般为主动运输。易错点 5 影响物质跨膜运输的四点提醒点拨 (1)运输速率与 O2 浓度无关的除自由扩散外,还有协助扩散。(2)影响协助扩散运输速率的因素除载体蛋白数量外,还有浓度差。(3)抑制某载体蛋白的活性,只会导致以该载体蛋白转运的物质运输受到影响,对其他物质运输不影响。(4)抑制细胞呼吸,所有以主动运输方式跨膜的物质运输都会受到影响。判一判(1)细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性( )(2)植物细胞的原生质层由细
23、胞膜和液泡膜组成( )(3)发生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相等( )(4)Na 从红细胞外运入红细胞内的过程属于被动运输(2016海南,T19D)( )(5)小肠上皮细胞吸收溶质发生障碍时,可导致小肠吸水减少(2015 海南,T16C)( )(6)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(2015 海南,T16D)( )(7)植物根系吸收矿质离子主要依靠渗透作用( )(8)植物细胞通过主动运输吸收不同矿质元素离子的速率都相同( 新课标全国,T3A)( )(9)低温不影响矿质离子的吸收速率( )(10)细胞质中的
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