【生物】2018届一轮复习人教版细胞的物质输入和输出考点
第3讲 细胞的物质输入和输出
考纲要求
全国课标卷五年考频统计
2018高考预期
1.物质出入细胞的方式Ⅱ
2.实验:通过模拟实验探究膜的透性
3.实验:观察植物细胞的质壁分离和复原
2016全国乙,T2
2015课标Ⅱ,T3
2015课标Ⅱ,T1
2014课标Ⅱ,T4
2014课标Ⅰ,T4
仍为高频考点
考点1 细胞的失水和吸水
1.渗透作用
2.物质跨膜运输的实例
答案:1.半透膜 浓度差 大于 2.细胞膜 细胞质 原生质层 细胞液 渗透作用 选择透过性 载体的种类和数量不同
判断正误]
1.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。(×)
提示:细胞壁是全透性的。
2.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。(√)
3.紫色洋葱的外表皮细胞能在一定浓度的蔗糖溶液中发生质壁分离的必要条件是细胞壁的伸缩性小于原生质层。(√)
4.相对细菌和植物细胞而言,动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压,因为动物细胞没有细胞壁,对培养基的渗透压更敏感。(√)
5.细胞液浓度增大,植物细胞吸水能力减弱。(×)
6.质壁分离过程中水分子的扩散只能单向进行。(×)
热图思考]
A、B分别表示渗透作用装置,据图回答下列问题:
(1)渗透达到平衡,半透膜两侧的水分子是静止不动的。( )
(2)Δh不变时,S1、S2的大小关系为:S1________S2(填“>”、“<”或“=”)(S1、S2中溶质不能通过半透膜)。
(3)在B图所示的U形玻璃管内,左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。初始时两管中液面相平,假设溶质分子不能透过半透膜。
①一段时间后,两管中液面的变化为:左管液面________,右管液面________。(均填“升高”、“降低”或“不变”)
②如同时向两管内加入等量的麦芽糖酶,两管中液面的变化分别为:左管液面________,右管液面________。
答案:(1)× (2)> (3)①升高 降低 ②先升高,后下降 先下降,再升高,最后稳定在一定高度
题型一 细胞的吸水和失水
1.原理:渗透作用
(1)实质:水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散(是自由扩散的一种)。
(2)条件
2.渗透作用的发生
溶质分子不能通过半透膜(如蔗糖)
(1)当S1浓度>S2浓度时,由S2→S1的水分子数多于S1→S2的水分子数,S1液面上升。
(2)当S1浓度
S2浓度,在达到渗透平衡后,只要存在液面差Δh,则S1溶液的浓度仍大于S2溶液的浓度。
(3)溶质分子能通过半透膜(如K+、NO)
当S1浓度>S2浓度时,S1液面先上升,然后下降,最终半透膜两侧液面平齐。
3.动植物细胞能通过渗透作用吸水或失水
细胞类型
动物细胞
植物细胞
条件
①细胞膜具选择透过性,相当于半透膜
②细胞内溶液与细胞外溶液具有浓度差
①细胞壁是全透性的
②原生质层(由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成)相当于半透膜
③细胞液与外界溶液具有浓度差
原理
渗透作用
渗透作用
水分子运动方向
低浓度溶液→高浓度溶液
低浓度溶液→高浓度溶液
现象
皱缩或涨破
质壁分离或质壁分离复原
例 取生理状态相同的某种植物新鲜叶片若干,去除主脉后剪成大小相同的小块,随机分成三等份,之后分别放入三种浓度的蔗糖溶液(甲、乙、丙)中,一定时间后测得甲的浓度变小,乙的浓度不变,丙的浓度变大。假设蔗糖分子不进出细胞,则关于这一实验结果,下列说法正确的是( )
A.实验前,丙的浓度>乙的浓度>甲的浓度
B.乙的浓度不变是因为细胞内蔗糖浓度与乙的浓度相等
C.实验中,细胞与蔗糖溶液间的水分移动属于协助扩散
D.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
解析] 本题主要考查渗透作用的知识。根据题干信息可推断一定时间后甲的浓度变小是因为叶片失水,乙的浓度不变说明乙的浓度与叶片细胞的细胞液浓度相等,丙的浓度变大是因为细胞吸水,由此推断,实验前,丙的浓度<乙的浓度<甲的浓度,A、B错误,D正确;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。
答案] D
渗透方向及浓度大小的判断
1.判断溶剂渗透的总方向
(1)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。
(2)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。
题组精练]
1.(2017·陕西长安质检)如图表示一种间隔以半透膜(只允许水分子通过)的水槽,两侧分别加入等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液。然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶,在加入麦芽糖酶前后a、b两侧液面的变化是( )
A.加酶前a侧液面上升,加酶后b侧液面上升并高于a侧液面
B.加酶前a侧液面上升,加酶后b侧液面上升并等于a侧液面
C.加酶前后a、b两侧液面不变
D.加酶前a、b两侧液面不变,加酶后b侧液面上升并高于a侧液面
解析:选D。溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目。相同物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液渗透压相等,即加酶前a、b两侧液面不变;但加入麦芽糖酶后,麦芽糖分解,使得b侧溶液的渗透压增大,水分由a侧向b侧转移,b侧液面上升并高于a侧。
2.(2017·广东东莞中学期末)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( )
解析:选B。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,所以液面上升速率较大。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。
题型二 通过模拟实验探究膜的透性
1.某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置,开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中( )
A.液面上升的速率先逐渐加快后逐渐减慢最终维持稳定
B.水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢
C.当半透膜两侧液体浓度相等时,水分子不再通过半透膜扩散
D.当半透膜两侧水分子进出速率相等时,长颈漏斗内液面最高
解析:选D。水分子的跨膜运输属于自由扩散,只与膜两侧的溶液浓度差和液面高度差有关,浓度差越大同时液面高度差越小扩散速率越快,所以刚开始时长颈漏斗内液面上升速率最快,之后逐渐降低,A错误;水分子扩散的方向表现为由清水向蔗糖溶液扩散,且扩散速率随着漏斗内液面的升高而逐渐减慢,B错误;因为半透膜允许水分子通过,而不允许蔗糖分子通过,故半透膜两侧始终存在浓度差,两侧溶液浓度不可能相等,C错误;长颈漏斗内液面的升高其实是半透膜两侧水分子进出速率不相等的结果,当漏斗内液面不再升高时,半透膜两侧的水分子的进出速率相等,D正确。
2.为研究甲地某植物能不能移植到乙地生长,某生物学研究性学习小组设计了一个测定该植物细胞液浓度的实验方案,实验结果如下表:
浓度(mol/L)
0.15
0.2
0.25
0.3
质壁分离状况
不分离
刚分离
显著
显著
他们又测定了乙地土壤溶液浓度,发现乙地土壤溶液的浓度适合该植物生长,则乙地土壤溶液的浓度最可能是( )
A.≥0.2 B.≤0.2
C.<0.2 D.0.15<土壤溶液<0.3
解析:选C。由表格信息知,该植物细胞液浓度约为0.2 mol/L,该植物要能在乙地生长,则必须保证能正常吸水,即土壤溶液浓度小于细胞液浓度。
有关渗透作用的两个易错点
1.水的运输特点: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。
2.渗透平衡的实质: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。
考点2 物质进出细胞的方式
1.物质跨膜运输的方式
(1)连线物质运输的方式、特点和实例
①不需载体和能量 a.主动运输 Ⅰ.水、O2、CO2、
甘油、乙醇
②需载体,不需能量 b.自由扩散 Ⅱ.红细胞吸
收葡萄糖
③需载体和能量 c.协助扩散 Ⅲ.小肠上皮细胞
吸收葡萄糖
④需能量,不需载体 d.胞吞和胞吐 Ⅳ.大分子、
颗粒物质
(2)根据图示进一步确定物质跨膜运输的方式和影响因素
①填写以下有关跨膜运输方式及结构的名称:
甲:________;乙:________;丙:________;a:________。②填写以下有关跨膜运输方式的影响因素:甲图:______;乙图:______________________;丙图:________________。
2.物质跨膜运输的实例
番茄和水稻吸收无机盐离子的比较:
科学家将番茄、水稻分别放在含有Ca2+、Mg2+和SiO的培养液中培养,结果如图所示:
据图示可知:
(1)实验结果:①不同植物对__________________的吸收有差异;②同一种植物对__________________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________。
答案:1.(1)①—b—Ⅰ ②—c—Ⅱ ③—a—Ⅲ
④—d—Ⅳ
(2)①自由扩散 协助扩散 主动运输 载体蛋白 ②浓度差 浓度差和载体蛋白 载体蛋白和能量
2.(1)①同一种无机盐离子 ②不同种无机盐离子
(2)选择性
判断正误]
1.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散。(×)
2.甘油是极性分子,所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。(×)
3.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。(×)
4.Na+与有关载体蛋白结合排出细胞属于主动运输。(√)
5.细胞外液中的K+进入神经细胞属于自由扩散。(×)
6.在神经细胞上动作电位产生与膜电位恢复过程中,Na+流入和排出都是主动运输。(×)
热图思考]
依据模式图确认物质出入方式及影响因素
(1)填写以下有关物质运输方式及结构的名称:图2:________;图3:________;图4:________;a:________;图5:________。
(2)写出图1~图4中影响物质跨膜运输的因素:
①图中仅受“浓度差”制约的为________。
②加入蛋白酶抑制剂处理会受影响的是________。
③加入呼吸酶抑制剂处理,会受影响的是________。
(3)甘油分子跨膜运输遵循________所示模式,红细胞吸收葡萄糖与________所示模式一致,多数离子跨膜方式应如________所示方式。
(4)神经递质的释放应符合________所示模式,该模式________(填“需”或“不需”)消耗能量,其运输机制与膜的________有关。
答案:(1)自由扩散 协助扩散 主动运输 载体蛋白 胞吞、胞吐 (2)①图1、图2 ②图3、图4 ③图4
(3)图2 图3 图4 (4)图5 需 流动性
题型一 物质的跨膜运输方式
离子、小分子的跨膜运输
1.物质跨膜运输的方式
物质跨膜运输的方式
被动运输
主动运输
自由扩散
协助扩散
运输方向
高浓度→低浓度
高浓底→低浓度
一般为低浓度→高浓度
是否需要载体
不需要
需要
需要
是否消耗能量
不消耗
错误!链接无效。
消耗
举例
O2、CO2、H2O
红细胞吸收葡萄糖
、甘油、乙醇、苯等出入细胞
小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等
影响因素
细胞膜内外物质的浓度差
载体的种类和数量;细胞膜内外物质的浓度差
载体的种类和数量;影响呼吸速率的因素,如O2浓度、温度等
2.物质跨膜运输方式图解
例 下图甲、乙、丙为某种离子跨膜运输的示意图。有关叙述正确的是( )
A.图示的离子跨膜运输方式为协助扩散
B.图示离子跨膜的正确顺序是乙→丙→甲
C.磷脂的运动使离子跨膜的通道自动开闭
D.离子跨膜有随机性并消耗ATP中的能量
解析] 根据图示可知,该种离子跨膜运输的方式是主动运输,因为该过程需要载体并消耗能量。图乙表示该离子与载体结合,图丙表示运输该离子需要消耗能量,图甲表示该离子被转运到膜的另一侧,故该离子正确的跨膜顺序是乙→丙→甲。 图中载体蛋白的运动使离子跨膜的通道自动开闭。 图中离子跨膜运输与细胞膜上相应的载体蛋白有关,并不是随机进出细胞的。
答案] B
物质出入细胞方式的判断
1.判断方法
(1)根据分子的大小、是否需要能量和载体蛋白进行判断:
(2)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。
(3)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
(1)消耗能量的运输方式有胞吞、胞吐和主动运输。
(2)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。
题组精练]
1.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( )
选项
管腔中氨基酸→上皮细胞
管腔中Na+→上皮细胞
上皮细胞中氨基酸→组织液
A
主动运输
被动运输
主动运输
B
被动运输
被动运输
被动运输
C
被动运输
主动运输
被动运输
D
主动运输
被动运输
被动运输
解析:选D。依图示,管腔中的氨基酸逆浓度梯度进入上皮细胞,属于主动运输;管腔中的Na+顺浓度梯度进入上皮细胞,属于协助扩散(被动运输);上皮细胞中的氨基酸顺浓度梯度进入组织液,属于协助扩散(被动运输)。
2.比较生物膜和人工膜(双层磷脂)对多种物质的通透性,结果如图。据此不能得出的推论是( )
A.生物膜上存在着协助H2O通过的物质
B.生物膜对K+、Na+、Cl-的通透具有选择性
C.离子以协助扩散方式通过人工膜
D.分子的大小影响其通过人工膜的扩散速率
解析:选C。据图可知:生物膜对H2O的通透性大于人工膜对H2O的通透性,可见生物膜上存在着协助H2O通过的物质;生物膜对K+、Na+、Cl-的通透性不同,说明生物膜对不同离子的通透具有选择性;因人工膜由双层磷脂组成,无蛋白质,所以离子不能以协助扩散方式通过人工膜;甘油、CO2和O2分子大小不同,导致通过人工膜的扩散速率不同。
题型二 影响物质运输因素的分析
1.浓度差对物质跨膜运输的影响
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中,浓度差越大,运输速率越大;协助扩散中,浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加的原因是受载体数量的限制。主动运输不受浓度差的影响。
2.载体数量对跨膜运输的影响
主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下,载体数量越多,运输速率越大。自由扩散不受载体数量的影响。
3.氧气含量对跨膜运输的影响
通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。
(1)P点时,无氧呼吸为主动运输提供能量。
(2)PQ段:随着氧气含量增加,有氧呼吸产生的能量越多,主动运输的速率也越大。
(3)Q点以后:当氧气含量达到一定程度后,受载体数量以及其他因素的限制,运输速率不再增加。
4.温度对跨膜运输的影响
一方面升高温度通过影响分子运动而影响自由扩散和协助扩散,另一方面温度直接影响蛋白质的活性,通过影响呼吸作用中酶的活性而影响主动运输。
总结:(1)影响自由扩散的因素:细胞膜内外物质的浓度差。
(2)影响协助扩散的因素:①细胞膜内外物质的浓度差;②细胞膜上载体的种类和数量。
(3)影响主动运输的因素:①载体(核糖体);②能量(细胞质基质和线粒体)。
例1 如图1~4表示物质浓度或O2浓度与物质跨膜运输速度间关系的曲线图。下列相关叙述不正确的是( )
A.如某物质跨膜运输的速度可用图1与图3表示,则该物质不应为葡萄糖
B.如某物质跨膜运输的速度可用图2与图3表示,则该物质可能是葡萄糖
C.限制图中A、C两点运输速度的主要因素不同,B、D两点限制因素有共同点
D.将图2与图4的曲线补充完整,曲线的起点应从坐标系的原点开始
解析] 如某物质跨膜运输的速度可用图1与图3表示,说明该物质运输方式是自由扩散,则该物质不应为葡萄糖,A正确;如某物质跨膜运输的速度可用图2与图3表示,说明该物质的运输方式是协助扩散,则该物质可能是葡萄糖进入红细胞,B正确;限制图中A、C两点运输速度的主要因素分别是物质浓度和氧气,B、D两点的限制因素都是载体的数量,C正确;图4中曲线的起点不能从坐标系的原点开始,因为无氧呼吸也能提供能量,D错误。
答案] D
例2 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( )
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] 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减慢,D错误。
答案] D
1.胞吞和胞吐不是跨膜运输。胞吞和胞吐是借助于膜的融合完成的,与膜的流动性有关,是大分子和颗粒性物质进出细胞的方式,消耗能量。
2.物质进出细胞核并非都通过核孔。核孔是RNA和蛋白质等大分子进出细胞核的通道;小分子物质进出细胞核是通过跨膜运输实现的,不一定通过核孔。
3.Na+、K+等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞,但也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞,如神经细胞维持静息电位时的K+外流和形成动作电位时的Na+内流。
考点3 (实验) 观察植物细胞的质壁分离和复原
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大得多。
2.实验步骤
3.现象与结论
答案:1.(1)半透膜 (2)细胞液
2.紧贴细胞壁 0.3 g/mL蔗糖溶液 加深 逐渐分离 清水 低
注意:(1)本实验存在两组对照实验
(2)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。
(3)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。
(4)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。
注:本实验是教材中涉及“显微观察”实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察(不曾换“高倍镜”)的实验。
创新思考]
1.选择下列试剂完成质壁分离与复原实验,填写相应的实验现象:
①0.3 g/mL蔗糖溶液:________________。
②0.5 g/mL蔗糖溶液:________________。
③1 mol/L KNO3溶液:________________。
④1 mol/L 醋酸溶液:________________。
提示] ①能够正常发生质壁分离,将其浸入清水后会发生质壁分离复原 ②能够迅速发生质壁分离,但将其浸入清水后不能发生质壁分离复原 ③能够迅速发生质壁分离,随即发生质壁分离自动复原 ④不能发生质壁分离及复原
2.该实验中有无对照,若有,属于哪种类型?
提示] 有对照;自身对照。
3.质壁分离与复原实验中,实验选材时,为何不选择动物细胞、细菌,而选择紫色洋葱细胞的外表皮?
提示] 动物细胞没有细胞壁;细菌细胞没有大的中央液泡;紫色洋葱外表皮细胞具有细胞壁和紫色的中央大液泡,易于观察。
4.上述实验中观察到质壁分离时,为何不宜停留时间过长?
提示] 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。
5.引发质壁分离的内因和外因分别是什么?
提示] 引发质壁分离的内因是原生质层相当于一层半透膜和细胞壁的伸缩性小于原生质层;外因是外界溶液浓度大于细胞液浓度。
题组精练]
1.将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于30%蔗糖溶液中数分钟后,用清水引流,重复多次,则在此过程中如图所示的细胞中( )
A.区域①扩大,区域②紫色变浅
B.区域①缩小,区域②紫色加深
C.区域①扩大,区域②紫色不变
D.区域①缩小,区域②紫色变浅
解析:选D。发生质壁分离的细胞用清水引流,使其处于清水中,由于外界溶液浓度小于细胞液浓度,细胞吸水,发生质壁分离后的复原,所以图示中区域①缩小,区域②紫色变浅。
2.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
解析:选B。A项,第一次观察时由于未滴加蔗糖溶液,细胞还没有发生质壁分离,较易观察到的是紫色的大液泡,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;B项,第二次观察时已经通过引流法使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中,可以发现首先从细胞的角隅处开始发生质壁分离;C项,吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水,使溶液浸润整个标本;D项,第一次显微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进行前后对照,因此不能省略。
质壁分离和复原实验的拓展应用
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)
课堂归纳]
填充:①选择透过性 ②胞吞、胞吐 ③自由扩散 ④协助扩散 ⑤主动运输 ⑥外界溶液浓度大于细胞液浓度
⑦细胞壁伸缩性小于原生质层 ⑧原生质层 ⑨浓度差
易错清零]
易错点1 不清楚选择透过性膜与半透膜(或人工膜)的特别之处
提示] 选择透过性膜与半透膜或人工膜
膜的种类
物质透过性
特点
半透膜
较小物质通过,较大物质不能通过
不具有选择性,无生物活性,即能透过时,则可透过
选择透过性膜
要选择吸收的离子、小分子可以通过,而其他的离子、小分子和大分子不能通过
具有选择性和生物活性,是生物膜,即能透过时,也未必透过,需依据细胞主动选择
易错点2 误认为渗透平衡时“浓度相等”
提示] 渗透平衡≠浓度相同,右图为一个典型的渗透装置,当S1溶液浓度>S2溶液浓度时,单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2的水分子数,总结果:水由S2溶液流向S1溶液,故S1液面上升,然而当Δh停止上升,S1与S2达到渗透平衡时,S1浓度仍大于S2浓度,如S1为蔗糖溶液,S2为清水时,即使达到渗透平衡,被稀释后的S1中仍存在原有的蔗糖分子,其浓度绝不会与清水(S2)相等。
易错点3 混淆原生质层与原生质体
提示] (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,不包括细胞核和液泡内的细胞液两部分,且仅存在于成熟的植物细胞中。
(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。可以认为原生质体包括原生质层、细胞液和细胞核三部分。
易错点4 误认为同种物质跨膜方式应一致
提示] 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;上图所示也可看出氨基酸和Na+由肾小管管腔进入上皮细胞和由上皮细胞进入组织液的方式不尽相同——图中氨基酸进入肾小管上皮细胞为“逆浓度梯度”,应属主动运输,但氨基酸由细胞进入肾小管周围组织液则为协助扩散;Na+进入肾小管上皮细胞为协助扩散,但Na+由肾小管上皮细胞进入组织液却为逆浓度方向的主动运输,由此可见,同种物质进入不同细胞的方式未必相同。
随堂演练]
1.(2016·高考全国乙卷)离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白,能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是( )
A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的
C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
解析:选C。由题意可知,离子通过离子泵进行跨膜运输需要消耗能量,而协助扩散不需要消耗能量,故A项错误;消耗能量的物质跨膜运输一般是逆浓度梯度进行的,故B项错误;动物一氧化碳中毒会影响红细胞运输氧,进而影响有氧呼吸,影响ATP的合成,从而降低离子泵跨膜运输离子的速率,故C项正确;离子泵是一种蛋白质,因此加入蛋白质变性剂会破坏离子泵的结构,进而降低离子泵跨膜运输离子的速率,故D项错误。
2.(2015·高考全国卷Ⅱ)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
温度(℃)
离子相对吸收量(%)
空气
17
100
氮气
17
10
空气
3
28
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:选A。A项,温度为17 ℃
时,在空气环境中,根对该离子的相对吸收量高于在氮气环境中的,说明有氧条件有利于该植物幼根吸收该离子,同时说明幼根对该离子的相对吸收量与氧气有关,为主动运输;B项,在空气环境中,低温下幼根对该离子的相对吸收量较低,说明温度能够影响根对该离子的吸收;C项,幼根对该离子的吸收方式为主动运输,需要消耗ATP,在氮气环境中,植物可通过无氧呼吸产生ATP;D项,温度为17 ℃时,与空气环境中相比,氮气环境中该植物幼根对该离子的相对吸收量较低,说明氮气环境不利于该植物幼根对该离子的吸收。
3.(2015·高考全国卷Ⅱ)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
B.mRNA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:选B。胞吐是指细胞需要外排的大分子,先在细胞内形成囊泡,囊泡移动到细胞膜处与细胞膜融合,将大分子排出细胞的现象。抗体、分泌蛋白均为大分子物质,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。
4.(2014·高考新课标全国卷Ⅰ)下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述,错误的是( )
A.与白色花瓣相比,采用红色花瓣有利于实验现象的观察
B.用黑藻叶片进行实验时,叶绿体的存在会干扰实验现象的观察
C.用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同
D.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素,有利于实验现象的观察
解析:选B。植物细胞的原生质层相当于一层半透膜,原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质,植物细胞的质壁分离指的是原生质层与细胞壁的分离。红色花瓣是由细胞液内花青素的颜色呈红色导致的,所以用红色花瓣作为实验材料有利于实验现象的观察,A项正确;黑藻叶片中的叶绿体显绿色,液泡中细胞液的颜色接近无色,两者之间有颜色差异,因此叶绿体的存在不会干扰实验现象的观察,B项错误;紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位的细胞细胞液浓度可能不同,观察到的质壁分离程度可能不同,C
项正确;通常做植物细胞质壁分离实验时用紫色洋葱的鳞片叶外表皮,因外表皮细胞的液泡中有色素,发生质壁分离时容易观察,D项正确。
5.(2014·高考新课标全国卷Ⅱ)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( )
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组的
C.a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0.4~0.5 mol·L-1之间
解析:选D。分析实验结果可知,a、b、c三组花冠切条在实验后长度变大,表明细胞吸水,其中a组细条浸泡后较b组细条浸泡后长,说明a组吸水较多,其液泡中细胞液浓度应比b组低,A项错误;d、e、f三组花冠切条在实验后长度变小,表明细胞失水,所以浸泡导致f组液泡的失水量大于b组的,B项错误;水分进出细胞的方式为自由扩散,不消耗能量,C项错误;当实验前长度/实验后长度=1时,花冠切条长度不变,根据实验结果可判断其对应的蔗糖浓度应介于0.4~0.5 mol·L-1之间,D项正确。
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一、选择题
1.如图为渗透作用实验,漏斗下口用半透膜封住(蔗糖分子不能通过),漏斗内外均为蔗糖溶液,液面已经稳定在图示位置,则下列说法正确的是( )
A.此时漏斗内外溶液浓度相等
B.此时,单位时间内通过半透膜由内向外和由外向内扩散的水分子数相等
C.若将漏斗中的h段溶液全部抽走,使内外液面相平,一段时间后内外液面高度差还会恢复到h
D.若将漏斗迅速下移h的距离,使内外液面相平,一段时间后内外液面高度差还会恢复到h
解析:选B。由图分析可知,漏斗内液体浓度应该高于外侧溶液浓度;达到动态平衡后,单位时间内通过半透膜由内向外和由外向内扩散的水分子数相等;若将漏斗中的h段溶液全部抽走,使内外液面相平,一段时间后,内外液面仍会出现高度差,但会小于h;若将漏斗迅速下移h的距离,使内外液面相平,一段时间后内外液面也会出现高度差,但不会恢复到h。
2.把蚕豆植株放在湿润的空气中光照一段时间后,取蚕豆叶下表皮制作临时装片,先在清水中观察,然后用0.3 g/mL蔗糖溶液取代清水,继续观察,结果如图所示。对此现象的推断最合理的是( )
A.清水中的保卫细胞因失水导致气孔开放
B.蔗糖进入保卫细胞后,细胞吸水导致气孔关闭
C.清水中的保卫细胞很快出现质壁分离自动复原
D.蔗糖溶液中的保卫细胞因失水导致气孔关闭
解析:选D。由图可以看出,清水中的保卫细胞吸水,气孔开放,A错误;原生质层具有选择透过性,蔗糖不能进入细胞,B错误;清水中的保卫细胞吸水,没有发生质壁分离,也不会出现质壁分离自动复原,C错误;蔗糖溶液中,保卫细胞因失水导致气孔关闭,D正确。
3.撕取紫色洋葱外表皮,分为两份,假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致,一份在完全营养液中浸泡一段时间,浸泡后的外表皮称为甲组;另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间,浸泡后的外表皮称为乙组。然后,两组外表皮都用浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理,一段时间后外表皮细胞中的水分不再减少。此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小,以及水分运出细胞的方式是( )
A.甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等,主动运输
B.甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高,主动运输
C.甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低,被动运输
D.甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等,被动运输
解析:选C。将两份完全相同的紫色洋葱外表皮细胞分别放入完全营养液和蒸馏水中浸泡相同时间,放入蒸馏水中的外表皮细胞因吸水较多,而使甲组细胞的细胞液浓度大于乙组细胞的细胞液浓度,由于甲组细胞的细胞液与0.3 g/mL蔗糖溶液的浓度差小于乙组细胞的细胞液与0.3 g/mL蔗糖溶液的浓度差,所以乙组细胞水分渗出量多;水分是通过渗透作用进出细胞的,不需要载体协助也不消耗能量,为被动运输。
4.将紫色洋葱鳞叶外表皮细胞置于30%蔗糖溶液数分钟后,结果如图所示,紫色分布的区域和影响色素分布的结构分别是( )
A.①和细胞膜
B.①和细胞膜、液泡膜
C.②和细胞膜、液泡膜
D.②和细胞膜、液泡膜、细胞壁
解析:选C。分析题图可知图中细胞处于质壁分离状态,图中②为细胞液,紫色物质分布在细胞液(②)中;由于细胞膜、液泡膜都具有选择透过性,而细胞壁是全透的,因此,影响色素分布的结构分别是细胞膜和液泡膜。
5.下列关于物质出入细胞方式的叙述,正确的是( )
A.被细胞胞吞的一定是固体物质
B.突触前膜释放乙酰胆碱属于协助扩散
C.通过载体蛋白的物质转运属于主动运输
D.胞吐过程一定会发生分泌泡与细胞膜的融合
解析:选D。A项,被细胞胞吞的物质可以是固体,也可以是液体;B项,乙酰胆碱(神经递质)
是通过突触小泡进行传递的,故突触前膜通过胞吐方式释放乙酰胆碱;C项,通过载体蛋白的物质转运方式包括协助扩散和主动运输;D项,胞吐时,分泌小泡与细胞膜融合,分泌小泡中的物质释放到细胞外,此过程一定会发生分泌泡与细胞膜的融合。
6.如图中曲线a、b表示物质跨(穿)膜运输的两种方式,下列表述正确的是( )
A.脂溶性小分子物质不能通过方式a运输
B.与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面
C.方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关
D.抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响
解析:选C。据图分析,曲线a表示被转运分子的转运速率与浓度呈正比,符合自由扩散的特点。曲线b表示在被转运分子的浓度较低时,随着浓度提高,转运速率增加,浓度较大时出现饱和现象,符合协助扩散和主动运输的特点(受载体蛋白数量限制)。A项中,脂溶性小分子的跨膜运输方式是自由扩散;B项中,自由扩散与载体蛋白无关;D项中,抑制细胞呼吸,停止能量供给,会影响主动运输,但对自由扩散和协助扩散无影响。
7.在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中,显微镜下可依次观察到甲、乙、丙三种细胞状态。下列叙述正确的是( )
A.由观察甲到观察乙须将5倍目镜更换为10倍目镜
B.甲、乙、丙可在同一个细胞内依次发生
C.与甲相比,乙所示细胞的细胞液浓度较低
D.由乙转变为丙的过程中,没有水分子从胞内扩散到胞外
解析:选B。由甲、乙、丙三种细胞状态可知:甲→乙为细胞失水过程,乙→丙为细胞吸水过程。本实验的对照方法为自身对照,对比图中三种细胞的大小可知,在实验过程中显微镜放大倍数未改变,A
项错误;实验过程中同一个细胞可依次发生失水和吸水过程,B项正确;与甲相比,乙所示细胞由于失水细胞液浓度增大,C项错误;质壁分离和复原过程中水分子的扩散是双向的,D项错误。
8.下图表示物质进入细胞的四种方式,有关说法错误的是( )
A.温度只影响图中②和③过程的速率
B.吞噬细胞通过④过程吞噬病原体
C.小肠上皮细胞吸收乙醇的方式是①
D.生长素极性运输进入细胞的方式是③
解析:选A。图中的①~④过程分别表示自由扩散、协助扩散、主动运输以及胞吞。温度影响细胞膜的流动性,也影响能量的产生,因此对上述过程均有影响,A错误。
9.下列关于生物膜透性的叙述,正确的是( )
A.核糖体合成的分泌蛋白能够自由透过高尔基体膜
B.细胞质中合成的光合作用相关蛋白须通过内质网输入叶绿体
C.子叶细胞中包被脂肪颗粒的膜对葡萄糖具有选择透过性
D.细胞外高浓度的超氧化物歧化酶可以自由扩散进入细胞
解析:选C。核糖体合成的分泌蛋白经内质网初步加工后由囊泡运输到高尔基体,并与高尔基体膜融合后到达高尔基体,A项错误;细胞质中合成的光合作用相关蛋白是在信号肽的引导下输入叶绿体的,不需通过内质网,B项错误;葡萄糖的跨膜运输需要载体的协助,体现了膜的选择透过性,C项正确;细胞外的超氧化物歧化酶为大分子物质,是通过胞吞方式进入细胞的,D项错误。
10.下图为物质P和Q跨膜出细胞的示意图。下列叙述正确的是( )
A.物质P可能是氧气
B.物质Q一定是水分子
C.物质P和Q出细胞都需要载体蛋白
D.物质P和Q出细胞未必都消耗能量
解析:选D。物质P出细胞是逆浓度梯度的主动运输过程,氧气的跨膜运输是顺浓度梯度的自由扩散过程,A错误;物质Q出细胞是顺浓度梯度的被动运输过程,物质Q不一定是水分子,B错误;主动运输需要载体蛋白的协助,需要消耗能量,协助扩散需要载体蛋白的协助,不需要消耗能量,自由扩散不需要载体蛋白的协助,不需要消耗能量,C错误、D正确。
11.右图为一种溶质分子跨膜运输的示意图。下列相关叙述错误的是( )
A.载体①逆浓度运输溶质分子
B.载体②具有ATP酶活性
C.载体①和②转运方式不同
D.载体②转运溶质分子的速率比自由扩散快
解析:选B。分析题图可知,溶质分子通过载体①进入细胞是低浓度向高浓度运输,A正确;载体②协助溶质分子由高浓度向低浓度转运,为协助扩散,无任何依据判定载体②具有ATP酶活性,B错误;题图左上角为Na+—K+泵载体,与载体①协同作用,间接地推动其他溶质分子的主动运输,因此载体①是靠间接消耗ATP所完成的主动运输,而载体②的转运方式是协助扩散,两者的转运方式不同,C正确;载体②协助转运溶质分子,其速率比自由扩散快,D正确。
12.Na+—K+泵是一种常见的ATP—驱动泵(如图所示),一种在动物细胞的能量系统中起主要作用的载体,也是一种能催化ATP水解的酶。这种泵每消耗1分子的ATP,就逆浓度梯度将3分子的Na+泵出细胞外,将2分子的K+泵入细胞内。由此可知( )
A.该载体不一定能催化ATP水解,但一定能促进物质的运转
B.图中,Na+跨膜运输方式是主动运输,K+的跨膜运输方式是协助扩散
C.葡萄糖进入红细胞的方式与图中Na+的跨膜运输的方式相同
D.Na+—K+泵对维持动物细胞的渗透压平衡起着非常重要的作用
解析:选D。根据题干信息,Na+—K+泵能够催化ATP水解;Na+主要存在于细胞外,K+主要存在于细胞内,因此题中二者的跨膜运输方式都属于主动运输;葡萄糖进入红细胞为协助扩散,而题中Na+的运输方式为主动运输,二者不同;Na+—K+泵能够维持内环境和细胞内Na+和K+的分布,对于维持动物细胞的渗透压的平衡具有重要作用。
二、非选择题
13.将若干生理状况基本相同,长度为3 cm的鲜萝卜条分为四组,分别置于三种浓度的溶液(即0.3 g/mL蔗糖溶液,0.3g/mLKNO3溶液及0.5g/mL蔗糖溶液)(实验组)和清水(对照组)中,测量每组萝卜条的平均长度,结果如图。
解读如下:
(1)依据图示四条曲线变动趋势,推测a~d依次为:a:________、b:质量浓度为________、c:质量浓度为________、d:质量浓度为____________。
(2)对照组中萝卜条长度增加较少的原因是________。
(3)b曲线在用清水处理前即由下降趋势转为上升趋势,原因是 ________________________;与之相关的细胞器有______________。
答案:(1)清水 0.3 g/mLKNO3溶液 0.3 g/mL蔗糖溶液 0.5 g/mL蔗糖溶液 (2)细胞壁的伸缩性较小 (3)K+、NO离子透过原生质层进入细胞液 核糖体、线粒体、液泡
14.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a是发生质壁分离的植物细胞,图b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a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 ]和 ]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b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________________。
(4)将形状、大小相同的红心萝卜A和红心萝卜B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c所示,据图分析:
①红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度________________。
②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____________。
解析:(1)质壁分离是原生质层和细胞壁的分离,原生质层包括细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质。(2)发生质壁分离的外界条件是外界溶液浓度大于细胞液浓度,而植物自身具备的结构特点是原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。(3)
在观察植物细胞质壁分离与复原实验中,当细胞处于质壁分离状态时,此时细胞可能正在发生质壁分离过程,也可能质壁分离完成,细胞原生质层大小处于相对静止状态,还可能处于质壁分离的复原过程中,因此,细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是细胞液浓度大于、等于或小于外界溶液浓度。(4)①由图中两种红心萝卜的质量变化结果可知,甲~戊五种蔗糖溶液的浓度大小为丙<戊<甲<丁<乙,甲为红心萝卜A的等渗溶液,戊为红心萝卜B的等渗溶液,因此红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度高。②在甲蔗糖溶液中加入适量的清水,溶液浓度降低,红心萝卜A吸水,一段时间后,细胞液浓度降低。
答案:(1)原生质层 2 4 (2)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
(3)细胞液的浓度可能大于、等于或小于外界溶液的浓度 (4)①高 ②降低
15.葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质。人体细胞膜上分布有葡萄糖转运体家族(简称G,包括G1、G2、G3、G4等多种转运体)。
(1)G在细胞中的________合成,经过________加工后,分布到细胞膜上。
(2)由上图分析可知,葡萄糖通过________的方式运输进入上述两种细胞。研究表明,G1分布于大部分成体组织细胞,其中红细胞含量较丰富。G2主要分布于肝脏和胰岛B细胞。两种转运体中,G1与葡萄糖的亲和力________,保障红细胞在血糖浓度________时也能以较高速率从细胞外液摄入葡萄糖。当血糖浓度增加至餐后水平(10 mmol/L)后,与红细胞相比,肝脏细胞________________增加很多,此时肝脏细胞摄入的葡萄糖作为________储存起来。同时,血糖浓度的增加,也会引起胰岛B细胞分泌________增多。
(3)肿瘤细胞代谢率高,与正常细胞相比,其细胞膜上G1的含量________。
解析:(1)根据题意可知,G是细胞膜上的葡萄糖转运体,其成分是蛋白质,所以应在细胞的核糖体上合成后.再经过内质网和高尔基体的加工,分布到细胞膜上。(2)由上图分析可知,葡萄糖进入细胞与细胞外葡萄糖浓度以及转运蛋白
G有关,但与能量无关,其运输方式属于协助扩散。图中显示红细胞对葡萄糖的转运速率高于肝细胞,说明两种转运体中,G1与葡萄糖的亲和力较高,保障红细胞在血糖浓度较低时也能以较高速率从细胞外液摄入葡萄糖。当血糖浓度增加至餐后较高水平后,与红细胞相比,肝脏细胞摄取葡萄糖的速率增加很多,此时肝脏细胞摄入的葡萄糖转变为糖原储存起来。同时,血糖浓度的增加,也会引起胰岛B细胞分泌胰岛素增多,促进细胞加速摄取、利用、储存葡萄糖,以降低血糖浓度。(3)肿瘤细胞代谢率高,消耗的葡萄糖多,因此与正常细胞相比,其细胞膜上G1的含量高。
答案:(1)核糖体 内质网和高尔基体 (2)协助扩散 较高 低 摄入葡萄糖的速率 (肝)糖原 胰岛素 (3)高