2019-2020学年新教材素养突破人教版生物必修第一册讲义练习：第四章 细胞的物质输入和输出 4-1

2019-2020学年新教材素养突破人教版生物必修第一册讲义练习：第四章 细胞的物质输入和输出 4-1

第 1 节 被动运输 课前自主预习案 一、水进出细胞的原理 1．渗透作用具备的两个条件 2．动物细胞的吸水和失水[连线] 3．植物细胞的吸水和失水[填图] (1)成熟植物细胞的结构： (2)探究植物细胞的吸水和失水： (3)发生质壁分离的原因： 二、自由扩散和协助扩散 1．物质进出细胞，顺浓度梯度的扩散称为被动运输。分为自由扩散和协助扩散两种类型。 2．自由扩散 (1)概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。 (2)特点：高浓度→低浓度；不需要载体；不消耗能量(ATP)。 (3)条件(动力)：浓度差。 (4)实例：H2O、O2、CO2、甘油、脂肪酸、乙醇、苯、尿素等物质。 3．协助扩散 (1)概念：进出细胞的物质借助膜上的转运蛋白的扩散方式。 (2)特点：高浓度→低浓度；需要载体；不消耗能量(ATP)。 (3)条件：需借助膜上的转运蛋白，可分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。 (4)实例：葡萄糖进入红细胞。 1.判断下列叙述的正误 (1)具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用( ) (2)植物细胞放在 0.3 g/mL 的蔗糖溶液中，都能发生质壁分离现象( ) (3)细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性( ) (4)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成( ) (5)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内( ) (6)葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助，但不需要消耗能量，属于协助扩散( ) (7)水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的( ) (8)载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机制是一样的( ) 答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)× 2．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：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 是脂溶性的；人的红细胞中没有液泡；因低温时分子运动减慢而导致细胞膜的流动性降低。 答案：C 3．植物细胞的质壁分离过程中，与细胞壁分离的是( ) A．细胞核 B．原生质层 C．细胞质 D．液泡膜 解析：植物细胞的质壁分离现象指的是原生质层与细胞壁的分离。 答案：B 4．将成熟的植物细胞放在溶液中能构成一个渗透系统，主要原因是( ) A．液泡膜内外溶液有浓度差 B．原生质层相当于一层半透膜 C．细胞壁是全透性的 D．水分子可以自由出入细胞 解析：植物细胞的原生质层包括细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质，原生质层具 有选择透过性，相当于半透膜。把成熟的植物细胞放在溶液中，原生质层两侧的溶液具有浓 度差，但 A 项说的是液泡膜内外溶液有浓度差，故错误。C、D 选项的说法虽然正确，但与题 意不符。 答案：B 课堂互动探究案 【课程标准】 阐明质膜具有选择透过性 观察植物细胞的质壁分离和复原 【素养达成】 1．知道细胞吸水和失水的原理。(科学思维) 2．学会探究实验的基本步骤。(科学探究) 3．进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。(科学探究) 4．举例说出细胞膜是选择透过性膜。(生命观念) 5．通过列表比较，掌握被动运输方式的二种类型；掌握区分自由扩散和协助扩散的方法。 (科学思维) 糖醋蒜是大家比较喜欢的一种食品，但如果只用蔗糖来腌制大蒜，糖分很难进入内部， 如果与醋酸共同使用，醋酸会杀死大蒜细胞，糖分就很容易进入大蒜内部了。据此可见，物 质的进进出出都要经过细胞的边界——细胞膜。 细胞内外的许多物质并不能自由地出入细胞，细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。 那么细胞内外的物质到底是怎样通过细胞膜的呢？ 探究点一 水进出细胞的原理 【师问导学】 请结合上图分析： 1．液面高度差 H 会不会一直升高，为什么？ 答案：不会。长颈漏斗中的液面升高时，液体产生的静水压也随之变大，当静水压增大 到和渗透压相等时(二者的方向相反，静水压向外、渗透压向内)，通过半透膜进出长颈漏斗的 水分子数相等，因此，液面就不再升高了。 2．当液面不再升高时，长颈漏斗内外液体的浓度相等吗？ 答案：不相等。当水分子进出达到动态平衡时，长颈漏斗中溶液浓度仍高于烧杯中的液 体浓度。 3．溶液浓度指的是质量浓度吗？ 答案：溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，如 10%葡萄糖溶液和 10%蔗糖溶液，质 量浓度相同，但 10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大。 4．如果增加蔗糖溶液的浓度，最终形成的液面高度差 H 会如何变化？ 答案：高度差 H 会增大。 5．如果半透膜的面积增大一倍，其他条件不变，液面高度差 H 会不会变化？达到 H 的时 间会不会变化？ 答案：内外溶液的浓度差不变，液面高度差 H 不会变，但是由于半透膜面积增大，达到 H 的时间会变短。 【智涂笔记】 [易错警示] 有关渗透作用的三个误区 (1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向水 分子运动的差别所导致的液面改变。 (2)当半透膜两侧的溶液达到平衡时，是指两侧的水分子运动达到平衡，而两侧溶液的浓 度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。 (3)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度是指物质的量浓度， 是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。 [方法规律] 判断渗透系统中液体变化的方法 (1)液面变化的判断： ①若半透膜两侧，A 侧溶质可以通过半透膜，B 侧溶质不能通过半透膜，则 B 侧液面升 高。 ②若半透膜两侧 A 侧和 B 侧溶质相同，且均不能通过半透膜，则浓度高的一侧液面升高。 ③若半透膜两侧的溶质均能通过半透膜，则不存在高度差。 (2)高度差的大小决定于浓度差的大小，浓度差越大，高度差越大。 (3)浓度变化：渗透系统中，溶质不能通过半透膜时，实验刚开始浓度大的一侧达到平衡 后的浓度仍大于另一侧。 【师说核心】 1．渗透作用的原理 (1)渗透装置图解： (2)当液面上升到一定程度时，液面不再升高的原因： 分析下图可知：漏斗中的液面高于水槽中的液面，液面差为 H1，由于水槽中与漏斗中的 液体具有浓度差，即具有渗透压差，所以水分子有进入漏斗的趋势；但是 H1 产生的压强与渗 透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换速率相同时，液面不再升高。 2．渗透作用的应用 渗透作用发生条件的验证： 【检测反馈】 1．(合格必考)如图，甲、乙为两个渗透装置。甲图是发生渗透作用时的初始状态，乙图 是较长时间之后，根据漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。判断下列有关叙述，错误 的是( ) A．图甲中③为半透膜，水分子能自由通过 B．图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度 C．图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等 D．图甲中溶液①和②浓度差越大，则图乙中的水柱越高 解析：图中③代表半透膜，水分子能自由通过，而大分子不能通过，A 正确；图甲和图乙 比较，漏斗内液面上升，说明漏斗内溶液②浓度高于烧杯中溶液①，B 正确；因为漏斗内液柱 压力的作用，当液面不再上升时，溶液②的浓度依然大于溶液①的浓度，故 C 错误；图甲中 溶液①和②浓度差越大，则水分跨膜运输的数量越多，则图乙中的水柱上升得越高，D 正确。 答案：C 2．(等级选考)如图表示渗透作用装置图，其中半透膜为猪膀胱膜，图 1、3 表示初始状态， 其装置内溶液 A、B、a、b 浓度分别用 MA、MB、Ma、Mb 表示，图 2、4 分别表示一段时间后 的状态，液面上升的高度分别为 h1、h2。如果 A、B、a、b 均为蔗糖溶液，且 MA＞MB、Ma ＝Mb＞MA，则达到平衡后( ) A．h1＞h2，Ma＞Mb B．h1＞h2，Ma＜Mb C．h1＜h2，Ma＜Mb D．h1＜h2，Ma＞Mb 解析：由于 MA＞MB、Ma＝Mb＞MA，所以两个漏斗中的液面都会上升，由于 A 与 a 的浓 度差要小于 B 与 b 的浓度差，所以 h2 的高度要大于 h1；同时由于图 2 中吸水相对要少，所以 a 的溶液浓度相对较高。 答案：D 探究点二 细胞的吸水和失水 【师问导学】 如图是将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞先放到 0.3 g/mL 的蔗糖溶液中(甲)，再放到清水中 (乙)的实验过程的图解，请分析并回答下列问题： 1．该细胞的原生质层包括图中的哪些部分(请用图中数字回答)? 答案：包括[2]、[3]、[4]。 2．甲过程中，[5]的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？ 答案：颜色变深，吸水能力逐渐增强。 3．甲过程中，进入[1]和[4]的物质分别是什么液体？ 答案：细胞壁是全透性的，进入[1]的有水和蔗糖，而进入[4]细胞质的只有水。 4．有位同学错取了 3 g/mL 的蔗糖溶液，发现做完甲过程后，再做乙过程几乎没有观察到 相关现象，分析原因可能是什么？ 答案：溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。 5．回答与实验相关的问题： (1)为什么要用紫色洋葱外表皮作为实验材料？ (2)实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？ (3)发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？ 答案： (1)紫色洋葱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)观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。 (3)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。 【智涂笔记】 [知识整合] (1)原生质层不包括全透性的细胞壁；在质壁分离的过程中，洋葱鳞片叶的外表皮细胞的 细胞液浓度逐渐升高，颜色加深，吸水能力增强；若外界溶液浓度太高，会导致细胞过度失 水而死亡。 (2)质壁分离和质壁分离复原中水分子移动都是双向的；结果是双向水分子运动的差异所 导致的现象。 (3)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间充满的是浓度降低的外界溶液，因为细胞壁是全透 性的，且有水分子通过原生质层渗出来。 (4)若用 50%蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，因为细胞过度失水而死亡。 (5)若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl 做实验会出现自动复原现象，因外界物质会转移到 细胞内而引起细胞液浓度升高。 [规律方法] 判断细胞能否发生质壁分离及复原的规律 (1)从细胞角度分析 ①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离。 ②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离。 (2)从溶液角度分析 ①在一定浓度、溶质(如蔗糖)不能穿膜的溶液中发生质壁分离。 ②在一定浓度、溶质(如葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇)可穿膜的溶液中先发生质壁分离 后自动复原。 ③在高浓度溶液(如 0.5 g/mL 的蔗糖溶液)中可发生质壁分离，但不会发生复原。 [规律方法] 细胞的状态与吸水和失水的判断 (1)当处于质壁分离的过程中时，细胞失水量大于吸水量，此时外界溶液浓度高于细胞液 的浓度。 (2)当细胞处于质壁分离复原的过程中时，细胞失水量小于吸水量，此时外界溶液浓度低 于细胞液浓度。 (3)当细胞处于平衡状态时，细胞失水量等于吸水量。 【师说核心】 1．植物细胞与渗透装置的比较 据图分析可知： (1)原生质层——具有选择透过性，相当于半透膜。 (2)浓度差——细胞液与外界溶液之间具有浓度差。 2．质壁分离的原因及表现 3．实验操作步骤及现象 4．质壁分离及复原实验的应用 (1)判断细胞的死活： (2)测定细胞液浓度的范围： 待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚 刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。 (3)比较不同植物细胞的细胞液浓度： 不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短→判 断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。 5．质壁分离实验的拓展应用 (1)判断细胞的生活情况：只有活的植物细胞才能发生质壁分离。 (2)判断细胞壁和原生质层伸缩性的大小。 (3)验证具有液泡的植物细胞能发生渗透作用，原生质层相当于半透膜。 (4)观察植物细胞膜(光镜下)：发生质壁分离的细胞，其细胞膜与细胞壁之间发生不同程度 的分离，此时则可用光学显微镜观察到细胞膜。 (5)在生产生活中的应用 ①对农作物合理灌溉，既满足了农作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度， 有利于对水分的吸收。 ②盐碱地中的植物不易存活或一次施肥过多造成“烧苗”现象，都是因为土壤溶液浓度 过高，甚至超过了根细胞液浓度，导致根细胞不易吸水甚至失水造成的。 ③防腐杀菌：糖渍、盐渍食品不易变质的原因是在食品外面和内部形成很高浓度的溶液， 使微生物不能在其中生存和繁殖，所以能较长时间的保存。 ④医用生理盐水浓度为 0.9%，其渗透压与人体细胞外液的渗透压相当，可以使人体细胞 保持正常的形态和功能。 【检测反馈】 1．(合格必考)如图是某同学用紫色洋葱鳞片叶的外表皮做“探究植物细胞的吸水和失 水”的实验中所观察到的细胞图。下列叙述正确的是( ) A．图中①②⑥组成了细胞的原生质层 B．图中细胞处于质壁分离状态，此时⑥处的浓度一定大于⑦处的浓度 C．图中①是细胞壁，⑥中充满了外界溶液 D．图中⑦是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变浅 解析：图中①为细胞壁，②与④以及两者之间的⑤共同组成了原生质层。由于①细胞壁 是全透性的，所以⑥处充满了外界溶液。细胞处于质壁分离状态但细胞此时不一定正在失水， 所以⑦处的浓度不一定小于⑥处的浓度。在质壁分离的过程中⑦是失水的，所以⑦的颜色应 该是逐渐加深。 答案：C 2．(合格必考)植物体内有三个相邻的细胞 a、b、c，已知它们的细胞液浓度大小关系是 a>b>c，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是( ) 解析：细胞液的浓度越高，则吸水能力越强，a 细胞液浓度最高，c 细胞液浓度最低，b 介于 a、c 之间，因此选 C。 答案：C 3．(等级选考)在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着 的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。a、b 表示该部位的溶液浓度。由此可推测( ) A．a>b，细胞渗透吸水 B．a＝b，渗透系统保持动态平衡 C．af 管>e 管 (2)E、F 中溶液浓度不同 (3)温度影响物质跨膜运输的速率