新教材高考生物一轮复习第二单元细胞的基本结构细胞的物质输入和输出第3讲细胞的物质输入和输出课件新人教版

这是一份新教材高考生物一轮复习第二单元细胞的基本结构细胞的物质输入和输出第3讲细胞的物质输入和输出课件新人教版，共60页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，2类型，实验流程，现象与结论，ACD，3温度等内容，欢迎下载使用。

1.阐明质膜具有选择透过性。2.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞,不需要额外提供能量;有些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。3.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。
1.通过列表法及图文结合方式比较自由扩散、协助扩散和主动运输的区别和联系,并能设计探究实验或据图分析某种物质的运输方式。2.构建各种跨膜运输的数学模型和温度、O2浓度对主动运输的影响曲线,加深对各种跨膜运输方式的理解。
第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
知识筛查1.渗透作用(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,二是半透膜两侧存在浓度差。
2.动物细胞的吸水和失水(1)原理
3.植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)(1)原理和现象①外界溶液浓度>细胞液浓度时,细胞失水,发生质壁分离现象。②外界溶液浓度<细胞液浓度时,细胞吸水,发生质壁分离复原现象。(2)质壁分离的原因①外因:细胞液浓度<外界溶液浓度,细胞通过渗透作用失水。②内因:细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。
易错易混有关渗透作用的3个易错点(1)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度,实质是指渗透压。如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等,但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小,故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(2)水分子的移动方向是双向的,但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。(3)只有活的、成熟的植物细胞才能发生质壁分离和质壁分离复原。
知识落实1.下图实验装置中,玻璃槽中是蒸馏水,半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液,一定时间后再加入蔗糖酶。最可能出现的实验现象是(　　)A.漏斗中液面开始时先上升,加酶后,再上升后又下降B.在玻璃槽中会检测出蔗糖和蔗糖酶C.漏斗中液面开始时先下降,加酶后一直上升D.在玻璃槽中会检测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶
蔗糖是二糖,不能穿过半透膜,所以水槽中没有蔗糖,漏斗中液面开始时上升,加酶后蔗糖水解,渗透压升高,液面继续上升,但是葡萄糖和果糖能穿过半透膜,所以液面随后会下降,A项正确,C项错误。由于半透膜只允许单糖分子通过,蔗糖为二糖,蔗糖酶为蛋白质,因此蔗糖和蔗糖酶不会进入玻璃槽中,B、D两项错误。
2.将红细胞分别放在等渗的NaCl和KCl溶液中一段时间,前者不会引发溶血现象(血细胞破裂)而后者会引发。导致这种现象发生的原因是(　　)A.Cl-大量进入红细胞引起红细胞吸水B.KCl溶液浓度大于红细胞的细胞质浓度C.K+大量进入红细胞引起红细胞吸水D.K+破坏了红细胞膜的选择透过性
将红细胞分别放在等渗的NaCl和KCl溶液中一段时间,前者不会引发溶血现象,说明Na+和Cl-没有大量进入红细胞;后者会引发溶血现象,说明K+大量进入红细胞引起红细胞吸水。
3.根据“探究植物细胞的吸水和失水”实验与下图的信息判断,下列叙述错误的是(　　)A.发生质壁分离时,植物细胞失去的水分主要来自大液泡B.A/B的值越大,说明所滴加的蔗糖溶液浓度越大C.所滴加的蔗糖溶液浓度越大,该细胞的A越小D.图中A/B的值越大,说明细胞质壁分离程度越高
细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液,发生质壁分离时,植物细胞失去的水分主要来自大液泡,A项正确。A/B=细胞的长度/原生质体的长度,A的变化很小,所以A/B的值越大,说明原生质层与细胞壁之间的距离越大,则质壁分离程度越大,所滴加的蔗糖溶液浓度越大,B、D两项正确。题图中的A是从细胞的两端测量的,代表的是细胞的长度,由于细胞壁的伸缩性很小,所以A变化很小,几乎不变,C项错误。
知识筛查1.被动运输(1)概念:物质以扩散方式进出细胞,不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
2.主动运输与胞吞、胞吐(1)主动运输①方向:逆浓度梯度,离子或分子从低浓度一侧运输到高浓度一侧。②条件:载体蛋白和能量。
③生理意义:主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中,通过主动运输来选择吸收所需要的物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质,从而保证细胞和个体生命活动的需要。
知识落实1.在物质进出细胞的方式中,自由扩散区别于协助扩散的特点是(　　)A.由高浓度向低浓度扩散B.需要转运蛋白C.由低浓度向高浓度扩散D.不需要转运蛋白
自由扩散与协助扩散的相同之处是物质顺浓度梯度(高浓度→低浓度)跨膜运输,同时均不消耗能量;不同之处表现在自由扩散不需要转运蛋白,而协助扩散需要转运蛋白。
2.研究发现,水分子进入植物细胞的两种方式如下图所示。下列相关叙述错误的是(　　)A.图中不需要水通道蛋白的跨膜运输方式为自由扩散B.水分子通过水通道蛋白是顺浓度梯度进行的C.土壤溶液浓度过高时,植物只通过水通道蛋白失水D.根毛细胞的吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关
题图中不需要水通道蛋白的跨膜运输方式中水分子从高浓度一侧运输到低浓度一侧,不需要转运蛋白的协助,不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,为自由扩散,A项正确。水分子通过水通道蛋白从高浓度一侧运输到低浓度一侧,即是顺浓度梯度进行的,B项正确。土壤溶液浓度过高时,植物会通过自由扩散和协助扩散的方式失水,C项错误。根毛细胞的吸水能力取决于土壤溶液浓度与其细胞液浓度的差值,即与其细胞液中水的相对含量有关,D项正确。
3.有一种物质逆浓度梯度透过小肠绒毛上皮细胞膜,且需要膜上蛋白质的协助。这种物质及其透过小肠绒毛上皮细胞膜的方式分别是(　　)A.氧气,自由扩散B.葡萄糖,协助扩散C.葡萄糖,主动运输 D.蛋白质,胞吐
该物质在膜上蛋白质的协助下逆浓度梯度透过小肠绒毛上皮细胞膜,故为主动运输;葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞的方式为主动运输。
知识筛查1.实验原理(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。(2)细胞液具有一定的浓度,能渗透吸水和失水。(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大得多。
4.特别提醒(1)本实验存在两组对照实验(2)本实验是高中生物学教科书中涉及“用显微镜观察”的实验中唯一“只在低倍镜下”(不换“高倍镜”)观察的实验。
知识落实1.在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,对紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞临时装片进行了三次观察和两次处理。下列有关叙述正确的是(　　)A.第一次观察为低倍镜观察,后两次为高倍镜观察B.第一次处理滴加的液体为清水,第二次处理滴加的液体为质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液C.若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表皮,则不会发生质壁分离D.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液
在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,一般需要进行三次显微观察,第一次是对正常细胞的观察,第二次是对发生质壁分离细胞的观察,第三次是对发生质壁分离复原细胞的观察,三次观察均为低倍镜观察,A项错误。第一次处理滴加的液体为质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,观察质壁分离现象;第二次滴加的液体为清水,观察质壁分离复原现象,B项错误。紫色洋葱鳞片叶的内表皮细胞也会发生质壁分离,但其细胞液中不含色素,不容易观察,C项错误。原生质层是指细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质,紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液,D项正确。
2.将甲、乙两种植物的块茎切成形状、大小相同的细条,分别置于质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,绘制的失水量曲线如下图所示。下列叙述错误的是(　　)A.与图相关细胞的原生质层会有一定程度的收缩B.由图推知甲植物细胞液的质量浓度小于乙植物细胞液的质量浓度C.4 min时细胞液的渗透压大于外界溶液的渗透压D.8 min时水分子跨膜运输进出细胞基本达到平衡
由题图可知,甲、乙两种植物细胞在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中都失水,说明甲、乙植物细胞液的质量浓度都低于0.3 g/mL的蔗糖溶液。甲植物失水的速率更快,说明甲植物细胞液的质量浓度低于乙植物的。4 min时,细胞仍然在失水,说明细胞液的渗透压小于外界溶液的渗透压。8 min时失水量基本不再增加,水分子跨膜运输进出细胞基本达到平衡。
3.用物质的量浓度为2 ml/L的乙二醇溶液和2 ml/L的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞,观察质壁分离现象,得到其原生质体体积变化情况如右上图所示。下列叙述正确的是(　　)A.该细胞可能是某种植物根尖分生区的细胞B.AB段曲线表明细胞液浓度在逐渐增大C.CD段表明该细胞开始因失水过多而逐渐死亡D.用一定浓度的KNO3溶液浸泡细胞,可得到类似蔗糖溶液的结果
能发生质壁分离的细胞是具有大液泡的成熟植物细胞,根尖分生区细胞是未成熟的植物细胞,因此该种细胞不可能是根尖分生区细胞,A项错误。AB段原生质层的相对体积逐渐减小,说明细胞失水,细胞液浓度在逐渐增大,B项正确。CD段表明细胞吸收乙二醇,细胞液浓度逐渐增大,发生质壁分离复原,C项错误。KNO3溶液中的离子也可以进入细胞液,可得到类似乙二醇溶液的结果,D项错误。
4.某班级为探究植物细胞外界溶液浓度与质壁分离程度的关系,用原生质层长度(b)与细胞长度(a)的比值(b/a)表示质壁分离程度,用不同质量浓度的NaCl溶液进行实验,结果如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　)A.浓度1可能是清水对照B.NaCl溶液浓度从1至5逐渐升高C.浓度2已引起质壁分离D.外界溶液浓度越大,质壁分离程度越小
由于植物细胞存在细胞壁,当植物细胞吸水时,原生质层也不会大于细胞长度,而浓度1中b/a值为1,表明植物细胞不发生失水,因此外界溶液可能是清水。NaCl溶液的质量浓度从1至5时,b/a值逐渐变小,植物细胞质壁分离程度越来越大,NaCl溶液的质量浓度逐渐升高。浓度2中b/a值小于1,表明原生质层长度比细胞长度短,植物已发生质壁分离。在一定范围内,外界溶液浓度越大,质壁分离程度越大。
典型例题(不定项选择题)下图为渗透作用实验示意图,开始时如图1,a代表清水,b、c代表蔗糖溶液(蔗糖不能透过半透膜),过一段时间后结果如图2,漏斗管内的液面不再发生变化,H1、H2表示漏斗管内液面与清水的高度差。下列说法正确的是(　　 )A.图1中b的浓度大于c的浓度B.图2中b的浓度等于c的浓度C.图1 a中水分子扩散到b的速率大于a中水分子扩散到c的速率D.图2 a中水分子扩散到b的速率等于b中水分子扩散到a的速率
图2漏斗中的液面不再变化,处于平衡状态,H1高于H2,所以图2中b的浓度大于c的浓度。
整合构建1.常见渗透装置的图形分析(1)溶质不能透过半透膜的情况①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的,外观上表现为S1溶液液面上升;若S1溶液浓度小于S2溶液浓度,则情况相反,外观上表现为S1溶液液面下降。②在达到渗透平衡后,若存在如上页右下图所示的液面差Δh,则S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度。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。
(2)溶质能透过半透膜的情况若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则最初单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的,随着溶质的扩散,最终S1溶液和S2溶液浓度相等,外观上表现为S1溶液液面先上升后下降,最终S1溶液和S2溶液液面持平;若S1溶液浓度小于S2溶液浓度,则情况相反。
2.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。
3.渗透系统组成的实验探究甲、乙对比可说明渗透作用的发生必须具有半透膜;甲、丙对比可说明渗透作用的发生必须满足半透膜两侧存在浓度差。
训练突破1.右图为研究渗透作用的实验装置,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,水分子可以透过半透膜,而蔗糖分子则不能。漏斗内外起始时液面相平,当渗透达到平衡时,液面差为m。下列有关叙述正确的是(　　)A.渗透平衡时,S1溶液的浓度等于S2溶液的浓度B.若向漏斗中加入蔗糖分子,则平衡时m变小C.达到渗透平衡时,仍有水分子通过半透膜进出D.若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液,再次平衡时m将增大
漏斗内外起始时液面相平,液面差m的形成与漏斗内外的渗透压不同有关,当达到渗透平衡时,由于液面高的一侧形成的压强会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散,使S1溶液的浓度仍大于S2溶液的浓度,A项错误。向漏斗中加入蔗糖分子会使半透膜两侧的浓度差变大,则平衡时m变大,B项错误。吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液,会导致漏斗内蔗糖溶液的渗透压减小,再次平衡时m将减小,D项错误。
2.下图中X、Y、Z分别为蒸馏水、质量分数为30%的葡萄糖溶液、质量分数为30%的淀粉溶液,且单糖能通过半透膜而二糖、多糖不能通过半透膜。下列相关叙述错误的是(　　)A.装置A的现象是左侧液面先下降后上升,最终左右液面持平B.若将A装置中左右两侧替换为等量的同浓度的蔗糖溶液,并向左右两侧分别加入相等且适量的蔗糖酶、淀粉酶,则左侧液面先升后降最后不变C.装置B烧杯中溶液液面下降的速率逐渐减缓D.装置B达到渗透平衡后,由于液面差的存在,水分子向半透膜两侧扩散的速度不同
装置A中X为蒸馏水、Y为质量分数为30%的葡萄糖溶液,一开始,由于装置A右侧溶液浓度高,水向右侧扩散的速率大于水向左侧扩散的速率,左侧液面下降;随着葡萄糖从右向左通过半透膜,左侧溶液浓度不断上升,左侧液面上升;最终当葡萄糖在左右两侧含量相同时,水向右侧扩散的速率等于水向左侧扩散的速率,左右液面持平,A项正确。由于酶具有专一性,蔗糖只能被蔗糖酶催化水解而不能被淀粉酶催化水解,左侧一分子蔗糖水解成两分子单糖,左侧溶液浓度上升,液面升高;随后单糖通过半透膜从左侧向右侧扩散,使左侧溶液浓度降低,液面下降;最终达到动态平衡,B项正确。装置B中Z溶液(质量分数为30%的淀粉溶液)浓度大于X溶液(蒸馏水)浓度,所以漏斗中溶液液面上升、烧杯中溶液液面下降,但随着液面差的增大,液柱对半透膜的压强阻碍了水分子向漏斗的扩散,使烧杯液面下降的速率逐渐减缓,C项正确。在达到渗透平衡后,水分子向半透膜两侧扩散的速度相同,D项错误。
典型例题右图甲和图乙反映物质进出细胞的方式。下列相关叙述正确的是(　　)A.抑制细胞呼吸,对图甲所示类型无影响,而对图乙所示类型有影响B.依据物质浓度梯度,只要是顺浓度梯度的运输就是图甲所示类型中的自由扩散C.依据是否需要转运蛋白,需要转运蛋白的运输就是图甲所示类型中的协助扩散D.甲和乙都属于跨膜运输
图甲表示自由扩散、协助扩散和主动运输;图乙表示胞吞和胞吐,其中主动运输、胞吞和胞吐均需要能量,故抑制细胞呼吸,对图甲和图乙所示类型均有影响,A项错误。自由扩散和协助扩散均是顺浓度梯度进行的,B项错误。需要转运蛋白的运输有协助扩散和主动运输,C项错误。
整合构建1.物质跨膜运输方式的比较
2.影响物质跨膜运输的因素(1)物质浓度(在一定的范围内)
(2)氧气浓度(哺乳动物成熟红细胞的主动运输与O2无关)
知识延伸同一物质的不同运输方式
训练突破1.下图表示与自由扩散、协助扩散有关的图例或曲线。下列选项对应正确的是(　　)A.肺泡上皮细胞吸收氧气——①④B.人的成熟红细胞吸收葡萄糖——②③C.甘油进出细胞——①③D.肌肉细胞吸收水——②④
①②表示两种跨膜运输方式,分别是自由扩散、协助扩散;③④表示两种影响因素曲线,分别对应自由扩散、协助扩散。肺泡上皮细胞吸收氧气的方式是自由扩散,对应①③;人的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散,对应②④;甘油进出细胞的方式是自由扩散,对应①③;肌肉细胞吸收水的方式是自由扩散和协助扩散,对应①②③④。
2.小肠上皮细胞跨膜运输葡萄糖的过程如下图及下表所示。下列说法正确的是(　　)A.由图、表可知,葡萄糖进出小肠上皮细胞的方式是主动运输B.图中同向转运蛋白可同时转运Na+和葡萄糖,所以该转运蛋白不具有特异性C.人体的体温发生变化时,不会影响Na+进出小肠上皮细胞D.小肠上皮细胞Na+排出的方式和神经细胞K+外流的方式不同
葡萄糖进入小肠上皮细胞是由低浓度向高浓度运输,为主动运输,但运出小肠上皮细胞的方式为协助扩散,A项错误。题图中同向转运蛋白可同时转运Na+和葡萄糖,Na+和葡萄糖结合在转运蛋白的不同部位,因此该转运蛋白具有特异性,B项错误。人体的体温发生变化会影响细胞膜上的分子运动,进而影响Na+进出细胞的速率,C项错误。小肠上皮细胞Na+排出的方式为主动运输,神经细胞K+外流的方式为被动运输,D项正确。
3.图①表示葡萄糖、Na+和O2进出肝细胞的方式,图②、图③表示这些物质进出该细胞时,转运蛋白数量或O2浓度与运输速率的关系。下列说法错误的是(　　)A.葡萄糖进入该细胞的运输速率符合图②和图③B.Na+运出该细胞的运输速率符合图②,不符合图③C.O2进入该细胞的运输速率不符合图②,符合图③D.K+进入该细胞的方式和Na+运出该细胞的方式相同
O2浓度的高低在一定程度上可表示有氧呼吸的强弱,进而可表示能量的多少。由图①可知,葡萄糖进入肝细胞的方式是协助扩散,需要转运蛋白,不需要能量,符合图②和图③,A项正确。Na+运出肝细胞是从低浓度到高浓度,需要载体蛋白,可判断该运输方式为主动运输,需要能量,符合图②,其运输速率与O2浓度有关,不符合图③,B项正确。O2进入肝细胞的方式是自由扩散,不需要转运蛋白,不符合图②,但是与其自身的浓度有关,不符合图③,C项错误。K+进入肝细胞的方式是主动运输,和Na+运出该细胞的方式相同,D项正确。
4.水存在两种跨膜运输机制:一种是通过磷脂双分子层的自由扩散,另一种是通过专一的水通道蛋白跨膜运输。研究者据此提出的实验思路如下。①实验分组甲组:肾小管上皮细胞+生理盐水配制的蛋白酶液。乙组:肾小管上皮细胞+X。②将甲、乙两组制成装片,在盖玻片一侧滴清水,另一侧用吸水纸引流,显微镜下观察涨破的细胞数目。(1)实验目的: 　 。 (2)题中X是　 。 (3)若甲组和乙组涨破的细胞数目基本相同,说明　　　　　　　　;若甲组只有极少的细胞发生涨破,说明　　　　　　　　　　　　　　;若　  　,说明肾小管上皮细胞通过上述两种方式吸收水分。
答案:(1)探究肾小管上皮细胞细胞膜上水分子的运输方式或探究肾小管上皮细胞的吸水方式(合理即可)(2)等量的生理盐水(3)水通过肾小管上皮细胞细胞膜的方式是自由扩散　肾小管上皮细胞主要依赖水通道蛋白吸水　甲、乙两组均出现一定数量涨破的细胞,且甲组涨破的细胞数量比乙组少解析:题干给出了细胞吸水的两种方式:一种是通过磷脂双分子层的自由扩散,另一种是通过专一的水通道蛋白跨膜运输。要探究水通过什么方式被吸收,应设置膜蛋白被除去的实验组和不做处理的对照组进行探究。肾小管上皮细胞吸水的方式可能有三种情况:通过自由扩散吸收,通过水通道蛋白吸收,两种方式同时进行。依据实验结果,推断可能的运输方式。
典型例题引起50%左右的细胞发生初始质壁分离的浓度,称为细胞液的等渗浓度。某生物兴趣小组将剪成均等小块的洋葱表皮分别放入等量的下面各组溶液中,并记录实验结果如下表。下列相关叙述错误的是(　　)A.蔗糖溶液浓度小于0.3 ml/L时,洋葱表皮细胞不发生渗透作用B.该实验结果说明洋葱表皮细胞存在不同浓度的细胞液C.该洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度范围为0.5~0.6 ml/LD.为了更精确地测定洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度,可以设置更小蔗糖溶液的浓度梯度进行实验
蔗糖溶液浓度小于0.3 ml/L时,洋葱表皮细胞没有发生质壁分离,但不是没有发生渗透作用,在低浓度的溶液中细胞会吸水。在不同浓度的蔗糖溶液中细胞质壁分离的比例不同,说明洋葱表皮细胞存在不同浓度的细胞液。根据题干信息和表格数据可知,该洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度范围为0.5~0.6 ml/L。为了更精确地测定洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度,可以设置更小蔗糖溶液的浓度梯度进行实验。
整合构建1.巧判细胞能否发生质壁分离和复原(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(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离与质壁分离复原。②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离与质壁分离复原。(2)从溶液角度分析①在溶质不能透过原生质层的一定浓度的溶液中只会发生质壁分离,不能自动复原,如质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。②在溶质能透过原生质层的一定浓度的溶液中可发生质壁分离后自动复原,如KNO3溶液、甘油等。③在高浓度溶液中可发生质壁分离,但不会发生质壁分离复原。
2.植物细胞质壁分离及质壁分离复原的拓展应用(1)判断成熟植物细胞是不是活细胞
(2)测定细胞液浓度范围待测成熟植物细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液 细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度不同成熟植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液 发生质壁分离所需时间越短,细胞液浓度越小;反之,细胞液浓度越大
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
训练突破1.将紫色洋葱鳞片叶外表皮分别放入清水、蔗糖溶液、KNO3溶液、甘油溶液中进行细胞质壁分离和质壁分离复原的实验。在处理时间相同的前提下,下列相关叙述正确的是(　　)A.放入适量的清水中,细胞中液泡的体积逐渐变小B.放入适宜浓度的蔗糖溶液中,细胞中液泡的颜色先加深后变浅C.放入适宜浓度的KNO3溶液中,细胞中液泡的体积先减小后增大D.放入适宜浓度的甘油溶液中,细胞的吸水能力逐渐减小
2.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右图所示。下列相关叙述错误的是(　　)A.该溶液可以是一定浓度的KCl溶液B.细胞在t1时刻开始从外界溶液中吸收溶质C.t1~t2时间段内,液泡体积有所增大D.若降低温度,则t1~t2时间段会变长
由题图可知,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,且最后是外界溶液浓度的三倍,说明在该溶液中细胞先不断失水,之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项正确。细胞在t1时刻之前就已经开始从外界溶液中吸收溶质,B项错误。t1~t2时间段内,细胞液浓度大于该溶液浓度,则细胞吸水导致液泡体积有所增大,C项正确。若降低温度,该溶液中的溶质分子进入细胞的速度会降低,则t1~t2时间段会变长,D项正确。
高考真题剖析【例题1】 (2020全国Ⅱ卷)取某植物的成熟叶片,用打孔器获取叶圆片,等分成两份,分别放入质量浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中,得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时,检测甲、乙两组溶液的质量浓度,发现甲组中甲糖溶液的质量浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是(　　)A.甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水,使甲糖溶液的质量浓度升高B.若测得乙糖溶液的质量浓度不变,则乙组叶细胞的净吸水量为零C.若测得乙糖溶液的质量浓度降低,则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离D.若测得乙糖溶液的质量浓度升高,则乙组叶细胞的净吸水量大于甲组
核心素养考查点剖析:本题以文字信息为载体,综合考查对细胞吸水和失水的分析判断和归纳总结,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。答案:D解析:由题干可知,甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍,且甲、乙两组溶液的质量浓度相等,故甲糖溶液的物质的量浓度低于乙糖溶液,即甲糖溶液的渗透压小于乙糖溶液。甲糖溶液的质量浓度升高,说明叶细胞吸收了甲糖溶液中的水分,A项正确。若测得乙糖溶液的质量浓度不变,则说明乙糖溶液和叶细胞的水分进出达到平衡,B项正确。若测得乙糖溶液的质量浓度降低,则说明乙糖溶液的浓度高于细胞液浓度,叶肉细胞失水,发生质壁分离,C项正确。若测得乙糖溶液的质量浓度升高,则说明乙糖溶液的浓度低于细胞液浓度,叶细胞吸水,但由于甲糖溶液的渗透压低于乙糖溶液,故乙组叶细胞的净吸水量小于甲组,D项错误。
【例题2】(2019全国Ⅱ卷)某种H+-ATPase是一种位于膜上的载体蛋白,具有ATP水解酶活性,能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H+。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外),置于暗中一段时间后,溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组,一组照射蓝光后溶液的pH明显降低;另一组先在溶液中加入H+-ATPase的抑制剂(抑制ATP水解),再用蓝光照射,溶液的pH不变。根据上述实验结果,下列推测不合理的是(　　)A.H+-ATPase位于保卫细胞质膜上,蓝光能够引起细胞内的H+转运到细胞外B.蓝光通过保卫细胞质膜上的H+-ATPase发挥作用导致H+逆浓度梯度跨膜运输C.H+-ATPase逆浓度梯度跨膜转运H+所需的能量可由蓝光直接提供D.溶液中的H+不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞
核心素养考查点剖析:本题以文字信息为载体,综合考查对物质运输方式的分析判断和归纳总结,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。答案:C解析:由题意知,H+-ATPase是一种位于膜上的载体蛋白,具有ATP水解酶活性,能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H+。与黑暗处理相比,蓝光照射能使溶液的pH明显降低,说明H+-ATPase位于保卫细胞质膜上,且蓝光能够引起细胞内的H+转运到细胞外,A项合理。光能通过光反应转化成为ATP中活跃的化学能,H+-ATPase再利用ATP中的能量实现对H+的逆浓度梯度跨膜运输,而不是蓝光直接为H+-ATPase逆浓度梯度跨膜转运H+提供能量,B项合理,C项不合理。若溶液中的H+能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞,则①的结果应是溶液的pH升高,而实际上溶液的pH不变,所以溶液中的H+不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞,D项合理。
典题训练1.(2020江苏卷)下图①~⑤表示物质进出小肠上皮细胞的几种方式。下列叙述正确的是(　　)A.葡萄糖进出小肠上皮细胞的方式不同B.Na+主要以方式③运出小肠上皮细胞C.多肽以方式⑤进入细胞,以方式②离开细胞D.口服维生素D通过方式⑤被吸收
由题图可知,葡萄糖以主动运输方式被小肠上皮细胞吸收,以③协助扩散的方式运出细胞,A项正确。Na+以②主动运输的方式运出细胞,B项错误。多肽以⑤胞吞、胞吐方式进出细胞,C项错误。维生素D属于脂类物质,以④自由扩散的方式被吸收,D项错误。
2.(2019海南卷)植物细胞中水和矿质元素离子会表现出某些特点。下列叙述错误的是(　　)A.根细胞中的K+不能以自由扩散的方式进入土壤溶液中B.矿质元素离子在细胞内积累可引起外界溶液中的水进入细胞C.根细胞吸收的矿质元素能够以离子的形式储存在液泡中D.叶肉细胞中参与光合作用光反应阶段的水分子属于结合水
根细胞中的K+不能以自由扩散的方式进入土壤溶液中,因为K+跨膜运输需要转运蛋白的协助,自由扩散不需要转运蛋白的协助,A项正确。矿质元素离子在细胞内积累会引起细胞液浓度增大,进而发生吸水,故会引起外界溶液中的水进入细胞,B项正确。细胞内无机盐大多以离子形式存在,根细胞吸收的矿质元素能够以离子的形式储存在液泡中,C项正确。叶肉细胞中参与光合作用光反应阶段的水分子属于自由水,可以分解成氧和H+,D项错误。
3.(2018全国Ⅰ卷)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述,错误的是(　　)A.在酸性土壤中,小麦可吸收利用土壤中的N2和B.农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收C.土壤微生物分解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收D.给玉米施肥过多时,会因根系水分外流引起“烧苗”现象
小麦从土壤中主要吸收水和无机盐,无法吸收N2,A项错误。小麦从土壤中吸收矿质元素的方式是主动运输,其能量主要来自细胞的有氧呼吸,适时松土增大了土壤中的氧气浓度,促进了根部细胞的有氧呼吸,有利于根系对矿质元素的吸收,B项正确。植物秸秆中含有多种有机物,微生物通过分解作用可以将其分解为CO2、H2O和一些无机盐,无机盐以离子的形式被植物的根系吸收,C项正确。给玉米施肥过多,土壤溶液浓度升高,远远高于根部细胞的细胞液浓度,导致根部细胞失水而造成“烧苗”现象,D项正确。
4.(2018全国Ⅱ卷)下列有关物质跨膜运输的叙述,正确的是(　　)A.巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散B.固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输C.神经细胞受到刺激时产生的Na+内流属于被动运输D.护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
巨噬细胞摄入病原体的过程是依靠细胞膜的流动性,通过胞吞来完成的,A项错误。固醇类激素和甘油的化学本质是脂质,细胞膜的基本支架是磷脂双分子层,根据相似相溶的原理,固醇类激素和甘油进入细胞的过程属于自由扩散,B、D两项错误。神经细胞膜外Na+浓度高于膜内,神经细胞受到刺激时,细胞膜上的Na+通道开放(Na+通道由特异性蛋白质构成),Na+内流不需要ATP,属于被动运输中的协助扩散,C项正确。
5.将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中,发现其原生质体的体积变化趋势如右图所示。下列叙述正确的是(　　)A.0~4 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内B.0~1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等C.2~3 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D.0~1 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压
由题图可知,原生质体的相对体积先减小后增大,所以该植物细胞发生了质壁分离及自动复原。在质壁分离及复原过程中都有溶质进入细胞,A项错误。植物细胞原生质体的伸缩性大于细胞壁,在质壁分离过程中,原生质体体积的变化量大于细胞体积的变化量,B项错误。2~3 h内细胞发生质壁分离复原,此时物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压,C项正确。0~1 h内细胞发生质壁分离,此时液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压,D项错误。
6.(2019海南卷)在适宜条件下,测得的某植物根细胞对A、B两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如下图所示(a、b两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度A、B两种物质的吸收速率)。回答下列问题。(1)根据实验结果发现A物质是通过自由扩散方式跨膜运输的。自由扩散的含义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)实验结果表明:当外界溶液中B物质的浓度达到一定数值时,再增加B物质的浓度,根细胞对B物质的吸收速率不再增加。可能的原因是　 。(3)王同学据图认为B物质的跨膜运输方式是主动运输,李同学认为是协助扩散。请设计实验确定哪名同学的判断正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。      　。 
答案:(1)物质通过简单的扩散作用进出细胞(2)转运蛋白的数量饱和(3)实验思路:将长势相同的某植物根细胞平均分为两组,甲组放在有氧条件下,乙组放在无氧条件下,其余条件相同且适宜,培养一段时间后,分别测定根细胞对B物质的吸收速率。预期结果及结论:若甲组根细胞对B物质的吸收速率大于乙组,则说明B物质的跨膜运输方式为主动运输;若甲组和乙组根细胞对B物质的吸收速率大致相同,则说明B物质的跨膜运输方式为协助扩散