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浙科版高考生物一轮复习第2单元细胞的代谢第6讲物质通过多种方式出入细胞课件
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这是一份浙科版高考生物一轮复习第2单元细胞的代谢第6讲物质通过多种方式出入细胞课件，共60页。PPT课件主要包含了考点一扩散和渗透，扩散与渗透，2渗透原理，③温度等内容，欢迎下载使用。
2.动、植物细胞的渗透比较
特别提醒对渗透现象的分析(1)渗透现象
(3)渗透作用中溶剂分子移动分析①若半透膜两侧是同种溶液,溶剂分子的运动可以根据溶液的质量浓度或物质的量浓度的差值判定。溶剂分子总体由低浓度溶液一侧向高浓度溶液一侧扩散。②若半透膜两侧是不同种溶液,溶剂分子的运动只能根据溶液的物质的量浓度的差值判定。如半透膜两侧是质量浓度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),水分子总体由蔗糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。
[练一练]1.判断下列说法正误。(1)渗透平衡意味着半透膜两侧水分子不会移动,水分子也不会通过半透膜进行双向扩散。( )提示 渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态,此时水分子仍可以通过半透膜进行双向扩散。(2)水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液,直到达到动态平衡,此时半透膜两侧溶液浓度相等。( )提示 达到动态平衡后不可看作半透膜两侧溶液浓度相等。如果半透膜两侧存在液面高度差,则半透膜两侧的溶液就存在着浓度差。
(3)质壁分离中的“质”和“壁”分别指的是细胞质和细胞壁。其中细胞质的作用相当于半透膜。( )提示 质壁分离中的“质”和“壁”分别指的是原生质层和细胞壁。其中原生质层由细胞膜、液泡膜和它们之间的细胞质构成,其作用相当于半透膜。(4)用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料的原因是紫色洋葱叶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.长句训练。非洲爪蟾的红细胞在低渗溶液中会快速吸水膨胀,而其卵母细胞不会。红细胞膜上的CHIP28是一种水通道蛋白,现将其mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞,卵母细胞在低渗溶液中也快速吸水膨胀。由此说明: 。
提示 ①水的吸收与水通道蛋白有关;②处理前的卵母细胞中,控制CHIP28蛋白合成的基因不表达;③通过水通道蛋白的吸收方式为易化扩散
考向一 扩散和渗透[典例1]哺乳动物细胞在0.9%NaCl溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度NaCl溶液中,一段时间后制作临时装片,用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是( )A.在高于0.9%NaCl溶液中,红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离B.在0.9%NaCl溶液中,红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞C.在低于0.9%NaCl溶液中,红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至破裂D.渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散
解析 红细胞无细胞壁,故在高于0.9%NaCl溶液中,红细胞会因渗透作用失水皱缩,但不会发生质壁分离,A项错误;在0.9%NaCl溶液中,水分子进出红细胞处于动态平衡,B项错误;在低于0.9%NaCl溶液中,红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至破裂,C项正确;渗透作用是指水分子从溶液浓度较低处向溶液浓度较高处进行的扩散,即从水分子多的一侧运输到水分子少的一侧,D项错误。
总结归纳细胞吸水和失水在生活中的应用(1)对农作物进行合理灌溉,既满足了作物对水分的需求,同时也降低了土壤溶液的浓度,有利于作物对水分的吸收。(2)一次施肥过多,会出现“烧苗”现象,原因是土壤溶液浓度太高,导致根不易吸水,甚至失水。(3)静脉注射用的生理盐水为0.9%的NaCl溶液,是为了维持细胞的正常形态。(4)糖渍、盐腌食品不易变质,是因为食品处于较高浓度的溶液中,使落在上面的微生物因渗透失水而死亡。
[对点练] 1.大型超市里的蔬菜货架上往往带有喷水装置,可以定时喷出水雾,防止蔬菜失水,保持蔬菜挺拔、舒展的姿态。下列叙述错误的是( )A.新鲜蔬菜细胞的细胞膜具有选择透过性B.喷水后,蔬菜细胞因渗透吸水而膨胀C.当蔬菜细胞不再吸水时,细胞内外渗透压相等D.环境温度变化会影响水分子通过细胞膜的速率
解析 新鲜的植物细胞的细胞膜具有选择透过性,A项正确;喷水后,对于细胞内、外浓度来说,外界浓度低,而水分子总是从低浓度到高浓度扩散,所以此时细胞开始渗透吸水而膨胀,B项正确;对于植物细胞来说,当渗透平衡时,植物细胞吸水达到平衡,由于细胞壁压力阻止吸水,则半透膜内浓度往往大于半透膜外侧。所以当蔬菜细胞不再吸水时,细胞内、外渗透压不相等,仍然是细胞内大于细胞外,C项错误;水分子进出细胞的方式有扩散和易化扩散,易化扩散需要借助水通道蛋白,而温度会影响水通道蛋白的活性,进而影响水分子通过细胞膜的速率,D项正确。
2.将家兔红细胞甲、乙、丙分别置于三种不同浓度(a、b、c)的溶液中,水分子的跨膜运输示意图如下(箭头方向表示水分子的进出,箭头粗细表示水分子出入的多少,已知实验前甲、乙、丙细胞内部溶液浓度相等)。下列叙述正确的是( )A.据图可知,三种溶液浓度a乙C.若将丙换成洋葱表皮细胞,则其会涨破D.光学显微镜下可观察到乙细胞有水分子的进出
解析 分析题图,甲细胞失水最多,说明a溶液浓度最大,其次是b,最小的是c, A项错误;甲细胞失去比乙更多的水后才能达到动态平衡,因此当甲细胞达到平衡后,细胞内部液体浓度甲>乙,B项正确;因为有细胞壁的存在,植物细胞不会吸水涨破,C项错误;光学显微镜下无法观察到水分子进出细胞,D项错误。
考向二 观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原[典例2](2023浙江嘉兴二模)将洋葱鳞片叶外表皮细胞置于0.3 g/mL的蔗糖溶液中,原生质体开始缩小直至不再变化。下列叙述正确的是( )A.原生质体变小的过程中,细胞膜的厚度逐渐变大B.原生质体变小的过程中,细胞失水速率逐渐变大C.原生质体变小的过程中,细胞液蔗糖浓度逐渐变小D.原生质体体积不再变化时,细胞内、外的蔗糖浓度相等
解析 原生质层具有一定的伸缩性,原生质层包括细胞膜、液泡膜和两者之间的细胞质,故原生质体变小的过程中,细胞膜的厚度逐渐变大,A项正确;原生质体开始缩小,植物细胞失水,意味着外界溶液的浓度大于细胞液浓度,在原生质体变小的过程中,细胞失水,其细胞液浓度逐渐增大,细胞液浓度与外界溶液的浓度差逐渐减小,故细胞失水速率逐渐变小,B项错误;原生质体变小的过程中,植物细胞失水,细胞液蔗糖浓度逐渐变大,C项错误;原生质体体积不再变化时,细胞外的蔗糖浓度与细胞液的浓度相等,但是细胞液中不止含有蔗糖分子,还有色素、有机酸等其他物质,D项错误。
总结归纳(1)质壁分离及复原的条件、原因、过程和判断方法
(2)实验的应用①判断成熟植物细胞的死活
②测定细胞液浓度范围
③鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
[对点练] 3.下列关于“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”活动的叙述,正确的是( )A.低倍镜观察时,可观察到紫色的大液泡和其周围绿色的叶绿体B.高倍镜观察时,可观察到水分子进出细胞的过程C.滴加30%的蔗糖溶液后,视野内各细胞的质壁分离程度相同D.滴加清水后,发生质壁分离的细胞不能再复原,可能是细胞已死亡
解析 叶绿体分布于叶肉细胞,洋葱表皮细胞中没有,A项错误;水是无色的,高倍镜观察时,不能观察到水分子进出细胞的过程,B项错误;滴加30%的蔗糖溶液后,视野内各细胞的质壁分离程度不一定相同,C项错误;若发生质壁分离的细胞不能复原,可能是细胞失水过多而死亡,D项正确。
4.(2023浙江金华十校模拟)某小组观察了洋葱外表皮细胞在3%KNO3溶液中的质壁分离现象,并每隔1 min拍摄记录,计算S2/S1的平均值(S1以细胞壁为边界,S2以细胞膜为边界),结果如下表所示。
下列叙述正确的是( )A.S2/S1越小,说明质壁分离的程度越小B.S2/S1增加的原因是液泡吸收了KNO3C.0 min与G min时的细胞液浓度相同D.0 min与G min时没有渗透作用发生
解析 S1以细胞壁为边界即细胞的大小,S2以细胞膜为边界即原生质体的大小,S2/S1越小,说明质壁分离的程度越大,A项错误;S2/S1增加说明原生质体在吸收水分,导致体积增大,原因是液泡主动转运吸收了KNO3,B项正确;G min时由于细胞主动转运吸收了KNO3,其细胞液浓度大于0 min时,C项错误; 0 min与G min时发生了渗透作用,渗透作用达到平衡,D项错误。
考点二 易化扩散与主动转运、胞吞与胞吐
特别提醒图例比较不同物质运输方式特点
[练一练]1.判断下列说法正误。(1)易化扩散、胞吐和胞吞均需要载体的协助,但都不需要消耗ATP。( )提示 易化扩散需要载体的协助,但不需要消耗ATP。胞吐和胞吞虽然不需要载体的协助,但需要消耗ATP。(2)神经递质等小分子物质一般通过胞吐的方式出细胞,依赖于膜的流动性。( )(3)各种离子和脂溶性差的小分子物质如葡萄糖、氨基酸等,在通过细胞膜时需要载体蛋白协助,属于主动转运。( )提示 各种离子和脂溶性差的小分子物质如葡萄糖、氨基酸等进出细胞时,如果顺浓度梯度发生则为易化扩散,如果逆浓度梯度发生则为主动转运。例如,K+由组织液进入神经细胞以主动转运的方式进行。
(4)跨膜转运是由物质穿过细胞膜完成的,动力来自物质浓度差或ATP供能,不但说明细胞膜具有控制物质出入细胞的功能,也体现了细胞膜具有选择透过性。( )(5)载体蛋白转运物质过程中形状会发生改变,且一定都会消耗能量。( )提示 不一定都会消耗能量,如易化扩散中载体蛋白形状的变化。(6)从高浓度到低浓度的转运方式为易化扩散,从低浓度运输到高浓度为主动转运。( )提示 从高浓度到低浓度的转运方式有扩散、易化扩散。有些主动转运的物质也可以从高浓度到低浓度运输,如小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖。
2.结合必修1第86页“课外读”思考:(1)什么是水通道?其本质是什么?
(2)在人体细胞中已发现了13种水通道蛋白,如肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用,都与水通道蛋白有关。水通过通道蛋白的运输方式是什么?
提示 细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入,人们称之为水通道。其本质是蛋白质。
提示 水通过通道蛋白的运输方式是易化扩散。
3.长句训练。(1)油茶树有较强的富集氟(F-)能力,根系细胞富集F-需要细胞膜上ABC转运蛋白的参与。施用ATP合成阻断剂后,油茶树对F-的富集能力显著降低。由此说明 。 提示 根系细胞吸收F-的方式为主动转运(2)胞间连丝是相邻细胞之间穿过细胞壁的细胞质通道。叶肉细胞产生的蔗糖运输到筛管有两种方式:一是依次通过相邻细胞之间的胞间连丝向筛管集中;二是先转运到细胞外空间,再由转运蛋白SU运入筛管。提出一种支持某种植物“存在两种运输方式”的实验思路: 。提示 用少量蔗糖跨膜运输抑制剂处理叶片,蔗糖进入筛管的速率降低
考向一 易化扩散与主动转运[典例1](2023浙江绍兴一模)气孔保卫细胞的细胞膜中存在一种特殊的K+转运蛋白(BLINK1),光照(蓝光)是诱导信号,如下图所示。它可调控气孔快速开启与关闭。下列分析正确的是( )A.保卫细胞吸收K+的方式与吸收水分子的方式相同B.光照为运输K+提供了能量C.K+转运蛋白在运输过程中发生了空间结构的改变D.光照促进K+运入细胞,不利于保卫细胞渗透吸水
解析 保卫细胞吸收K+的方式为主动转运,吸收水的方式是扩散或易化扩散,A项错误;光照是诱导信号,K+运输的能量来自ATP,B项错误;K+转运蛋白是载体蛋白,在运输过程中因发生磷酸化过程而发生了空间结构的改变,C项正确;光照促进K+运入细胞,使细胞内渗透压增大,有利于保卫细胞渗透吸水,D项错误。
易错提示本题易错选B项。一是没有提取题干有效信息“光照(蓝光)是诱导信号”,二是不清楚ATP是细胞进行生命活动的直接能源物质。
[对点练] 1.(2023浙里卷天下百校联考)某物质出入细胞的一种方式的过程如图所示。下列相关叙述错误的是( )A.运输的方向是由A到BB.载体蛋白形变不需要消耗能量C.载体蛋白对该离子的运输有高效性和专一性D.该离子膜的一侧浓度越大,该离子运输速率也越快
解析 由载体蛋白的结构变化,可判断该物质运输的方向是由A到B,A项正确;载体蛋白形变过程不需要消耗能量,B项正确;载体蛋白具有高效性和专一性,C项正确;该离子膜的一侧浓度越大,该离子运输速率也越快,由于受载体蛋白数量的限制,超过一定值后速率不再增加,D项错误。
2.(2023浙江北斗新盟联考)主动转运的能量除来自ATP外,还可依赖顺浓度差提供能量。图1为某动物细胞物质跨膜运输示意图,图2为植物细胞液泡膜上离子跨膜运输机制示意图。
下列说法正确的是( )A.图1中葡萄糖进入细胞的方式和Ca2+进入液泡的方式相同B.图1中载体蛋白甲和钠钾泵同时运输两种物质,说明不具有专一性C.图2中H+进出液泡的方式属于主动转运,可维持液泡内外pH差D.血红蛋白结构异常不会影响钠钾泵跨膜运输离子的速率
解析 图1中葡萄糖进入细胞的方式和Ca2+进入液泡的方式相同,二者均为主动转运,前者依赖顺浓度差提供能量,后者靠水解ATP提供能量,A项正确;图1中载体蛋白甲和钠钾泵同时运输两种特定物质,但不能运输其他物质,体现了载体蛋白的专一性,B项错误;图2中H+进入液泡需要消耗ATP,属于主动转运,出液泡为顺浓度梯度的协助扩散,可维持液泡内外pH差,C项错误;钠钾泵通过消耗ATP将Na+运出细胞,同时将K+运入细胞,血红蛋白结构异常将导致氧气运输速率降低,细胞呼吸产生ATP的速率减慢,因此血红蛋白结构异常会影响钠钾泵跨膜运输离子的速率,D项错误。
考向二 胞吞与胞吐[典例2](2024浙江1月选考改编)婴儿的肠道上皮细胞可以吸收母乳中的免疫球蛋白,此过程不涉及( )A.消耗ATPB.受体蛋白识别C.载体蛋白协助D.细胞膜流动性
解析 免疫球蛋白是生物大分子,细胞通过胞吞的方式吸收免疫球蛋白,胞吞需要消耗ATP,A项不符合题意;细胞吸收免疫球蛋白需要受体蛋白的识别,B项不符合题意;载体蛋白是在易化扩散和主动转运中起作用的,胞吞、胞吐不需要载体蛋白协助,C项符合题意;胞吞体现了细胞膜的结构特性,即具有一定的流动性,D项不符合题意。
易错提示(1)胞吞或胞吐的大分子物质穿过细胞膜的层数为0,因为该过程是通过膜的融合将物质转入或转出细胞的。(2)RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核是通过核孔,而不是通过胞吞、胞吐。(3)某些小分子物质也可通过胞吞、胞吐进出细胞,如突触前膜通过胞吐释放化学递质(小分子有机物)。(4)胞吞和胞吐是借助膜的融合完成的,其动力来自ATP,与膜的流动性有关,体现了细胞膜具有一定的流动性。
[对点练] 3.某RNA病毒在感染人体细胞的过程中,能识别并结合细胞表面相应受体进入细胞,并在宿主细胞内装配成新病毒颗粒,然后分泌至细胞外(如图)。下列关于该病毒入侵过程的叙述,正确的是( )A.不需要载体蛋白,也不需要消耗能量B.需要细胞膜的识别C.体现了细胞膜的功能特点D.该病毒入侵宿主细胞时穿过两层磷脂分子层
解析 该病毒入侵过程涉及胞吞、胞吐过程,该过程不需要载体,但需要消耗能量,A项错误;“病毒在感染人体细胞的过程中,能识别并结合细胞表面相应受体进入细胞”,该识别过程涉及细胞膜的识别,这与细胞膜的糖蛋白有关,B项正确;胞吞和胞吐过程体现了细胞膜具有一定的流动性,体现了细胞膜的结构特点,C项错误;据题干信息及图示可知,该病毒入侵宿主细胞的方式为胞吞,穿过0层膜,D项错误。
4.某物质在胞吐过程中,分泌泡与细胞膜的融合作用是通过融合蛋白介导的(如图)。以下关于胞吐的说法,正确的是( )A.图中融合蛋白为载体,承担转运该物质的作用B.胞吐过程中,需要断裂磷酸二酯键以供应能量C.胞吐依赖于膜的流动性但并不是跨膜转运D.被胞吐的是大分子颗粒状的固体物质,而液体物质不能被胞吐
解析 胞吐过程中,分泌泡与细胞膜的融合作用是通过融合蛋白介导的,融合蛋白不是载体,A项错误;胞吐过程中需要ATP水解提供能量,ATP水解断裂的是高能磷酸键,B项错误;被胞吐的物质可以是固体也可以是液体,D项错误。
考向三 新情境下综合考查物质出入细胞的方式[典例3](2023浙江6月选考)植物组织培养过程中,培养基中常添加蔗糖,植物细胞利用蔗糖的方式如图所示。下列叙述正确的是( )A.转运蔗糖时,共转运体的构型不发生变化B.使用ATP合成抑制剂,会使蔗糖运输速率下降C.植物组培过程中蔗糖是植物细胞吸收的唯一碳源D.培养基的pH高于细胞内,有利于蔗糖的吸收
解析 转运蔗糖时,共转运体的构型会发生变化,但该过程是可逆的,A项错误。由图可知,H+向细胞外运输需要消耗ATP,说明该过程是逆浓度梯度的主动转运,细胞内H+的浓度低于细胞外,蔗糖运输时通过共转运体依赖于膜两侧的H+浓度差建立的势能,故使用ATP合成抑制剂,会通过影响H+的运输而使蔗糖运输速率下降,而培养基的pH低(H+多)于细胞内,有利于蔗糖的吸收,B项正确,D项错误。植物组培过程中蔗糖可作为碳源并有助于维持渗透压,但蔗糖并非唯一碳源,C项错误。
方法技巧判断物质出入细胞的方式
[对点练] 5.(2023浙江1月选考)缬氨霉素是一种脂溶性抗生素,可结合在微生物的细胞膜上,将K+运输到细胞外(如图所示),降低细胞内外的K+浓度差,使微生物无法维持细胞内离子的正常浓度而死亡。下列叙述正确的是( )A.缬氨霉素顺浓度梯度运输K+到膜外B.缬氨霉素为运输K+提供ATPC.缬氨霉素运输K+与细胞膜的结构无关D.缬氨霉素可致噬菌体失去侵染能力
解析 缬氨霉素将K+运输到细胞外,能降低细胞内外的K+浓度差,说明细胞内K+浓度高于细胞外,即缬氨霉素顺浓度梯度运输K+到膜外,A项正确;此运输方式不消耗ATP,B项错误;缬氨霉素是一种脂溶性抗生素,缬氨霉素运输K+与细胞膜的磷脂双分子层结构有关,C项错误;噬菌体没有细胞膜,因此缬氨霉素不能作用于噬菌体,D项错误。
6.(2023浙江名校新高考研究联盟第三次联考)盐胁迫条件下,耐盐植物可通过如下图所示的多种机制降低细胞溶胶中的Na+浓度,从而抵抗盐胁迫。下列相关叙述错误的是( )A.将Na+运输至液泡储存,与膜的流动性有关B.Na+通过载体蛋白进入液泡和离开细胞的方式不同C.液泡膜上可能存在一种与H+主动转运有关的蛋白质D.液泡中富集的Na+提高了细胞液浓度,有利于细胞吸水
解析 图中将Na+运输至液泡储存的过程,借助囊泡与液泡膜融合,与膜的流动性有关,A项正确;Na+通过载体蛋白进入液泡和离开细胞,均依赖于H+的电化学梯度,都属于主动转运,B项错误;据图推测,液泡中需要维持较高的H+浓度来帮助运输Na+,因此液泡膜上可能存在一种与H+主动转运有关的蛋白质,C项正确;液泡中富集的Na+提高了细胞液浓度,细胞液浓度越高,细胞吸水能力越强,D项正确。
考向四 影响物质出入细胞方式的因素[典例4]将豌豆根部组织浸在溶液中达到离子平衡后,测得有关数据如下表:
下列叙述正确的是( )A.溶液通氧状况与根细胞吸收Mg2+的量无关
D.细胞呼吸第三阶段产生的大量ATP可为吸收离子供能
解析 据表可知,根细胞吸收Mg2+的方式是主动转运,主动转运需要消耗能量,A项错误;根细胞吸收 的方式是主动转运,若不断提高温度,最终可能会导致酶变性失活,使根细胞吸收 的量减少,B项错误;豌豆根细胞厌氧呼吸产生的是酒精和二氧化碳,不会产生乳酸,C项错误;据表可知,根细胞吸收这些离子的方式均为主动转运,需要消耗能量,细胞呼吸第三阶段产生的大量ATP可为吸收离子供能,D项正确。
总结归纳(1)影响物质跨膜转运的因素①内因:载体蛋白的种类和数量、细胞呼吸速率(能量)等。②外因:温度、pH、浓度差等。(2)外因影响物质跨膜转运分析①物质浓度(在一定浓度范围内)
②氧气浓度(红细胞的主动转运与O2无关)
[对点练] 7.(2023浙江嘉兴一模)某种金属离子能够跨膜运输进入细胞。将细胞置于含不同浓度该金属离子的培养液中,1 h后测量细胞内该金属离子浓度,结果如图。下列叙述错误的是( )A.该离子通过主动转运的方式被细胞吸收B.培养液温度会影响该离子的吸收C.当培养液离子浓度超过2 mml/L后,细胞停止吸收该离子D.在A点,培养液离子浓度大小是限制该离子吸收速率的因素之一
解析 某金属离子能够跨膜运输进入细胞,且细胞内的浓度高于培养液中的浓度,所以该离子通过主动转运的方式被细胞吸收,A项正确;该离子是通过主动转运的方式进入细胞的,需要消耗能量,温度会影响细胞呼吸提供能量,所以培养液温度会影响该离子的吸收,B项正确;当培养液离子浓度超过2 mml/L后,细胞内金属离子浓度不变,处于动态平衡,并不是细胞停止吸收该离子,C项错误;培养液中的离子浓度在0~2 mml/L之间时,随着培养液离子浓度的增加,细胞内离子浓度也增加,则在A点,培养液离子浓度大小是限制该离子吸收速率的因素之一,D项正确。
8.如图表示培养液中K+浓度及溶氧量对小麦根系吸收K+速率的影响。下列有关两曲线形成机理的解释,正确的是( )A.曲线AB段的形成是由于细胞膜上K+载体未达到饱和及能量充足B.曲线BC、FG段的形成是由于细胞膜上K+载体的数量有限C.曲线CD段的形成是由于细胞内K+过多而大量排出D.E点表明植物根系可以通过扩散方式吸收K+
2.动、植物细胞的渗透比较
特别提醒对渗透现象的分析(1)渗透现象
(3)渗透作用中溶剂分子移动分析①若半透膜两侧是同种溶液,溶剂分子的运动可以根据溶液的质量浓度或物质的量浓度的差值判定。溶剂分子总体由低浓度溶液一侧向高浓度溶液一侧扩散。②若半透膜两侧是不同种溶液,溶剂分子的运动只能根据溶液的物质的量浓度的差值判定。如半透膜两侧是质量浓度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),水分子总体由蔗糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。
[练一练]1.判断下列说法正误。(1)渗透平衡意味着半透膜两侧水分子不会移动,水分子也不会通过半透膜进行双向扩散。( )提示 渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态,此时水分子仍可以通过半透膜进行双向扩散。(2)水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液,直到达到动态平衡,此时半透膜两侧溶液浓度相等。( )提示 达到动态平衡后不可看作半透膜两侧溶液浓度相等。如果半透膜两侧存在液面高度差,则半透膜两侧的溶液就存在着浓度差。
(3)质壁分离中的“质”和“壁”分别指的是细胞质和细胞壁。其中细胞质的作用相当于半透膜。( )提示 质壁分离中的“质”和“壁”分别指的是原生质层和细胞壁。其中原生质层由细胞膜、液泡膜和它们之间的细胞质构成,其作用相当于半透膜。(4)用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料的原因是紫色洋葱叶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.长句训练。非洲爪蟾的红细胞在低渗溶液中会快速吸水膨胀,而其卵母细胞不会。红细胞膜上的CHIP28是一种水通道蛋白,现将其mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞,卵母细胞在低渗溶液中也快速吸水膨胀。由此说明: 。
提示 ①水的吸收与水通道蛋白有关;②处理前的卵母细胞中,控制CHIP28蛋白合成的基因不表达;③通过水通道蛋白的吸收方式为易化扩散
考向一 扩散和渗透[典例1]哺乳动物细胞在0.9%NaCl溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度NaCl溶液中,一段时间后制作临时装片,用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是( )A.在高于0.9%NaCl溶液中,红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离B.在0.9%NaCl溶液中,红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞C.在低于0.9%NaCl溶液中,红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至破裂D.渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散
解析 红细胞无细胞壁,故在高于0.9%NaCl溶液中,红细胞会因渗透作用失水皱缩,但不会发生质壁分离,A项错误;在0.9%NaCl溶液中,水分子进出红细胞处于动态平衡,B项错误;在低于0.9%NaCl溶液中,红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至破裂,C项正确;渗透作用是指水分子从溶液浓度较低处向溶液浓度较高处进行的扩散,即从水分子多的一侧运输到水分子少的一侧,D项错误。
总结归纳细胞吸水和失水在生活中的应用(1)对农作物进行合理灌溉,既满足了作物对水分的需求,同时也降低了土壤溶液的浓度,有利于作物对水分的吸收。(2)一次施肥过多,会出现“烧苗”现象,原因是土壤溶液浓度太高,导致根不易吸水,甚至失水。(3)静脉注射用的生理盐水为0.9%的NaCl溶液,是为了维持细胞的正常形态。(4)糖渍、盐腌食品不易变质,是因为食品处于较高浓度的溶液中,使落在上面的微生物因渗透失水而死亡。
[对点练] 1.大型超市里的蔬菜货架上往往带有喷水装置,可以定时喷出水雾,防止蔬菜失水,保持蔬菜挺拔、舒展的姿态。下列叙述错误的是( )A.新鲜蔬菜细胞的细胞膜具有选择透过性B.喷水后,蔬菜细胞因渗透吸水而膨胀C.当蔬菜细胞不再吸水时,细胞内外渗透压相等D.环境温度变化会影响水分子通过细胞膜的速率
解析 新鲜的植物细胞的细胞膜具有选择透过性,A项正确;喷水后,对于细胞内、外浓度来说,外界浓度低,而水分子总是从低浓度到高浓度扩散,所以此时细胞开始渗透吸水而膨胀,B项正确;对于植物细胞来说,当渗透平衡时,植物细胞吸水达到平衡,由于细胞壁压力阻止吸水,则半透膜内浓度往往大于半透膜外侧。所以当蔬菜细胞不再吸水时,细胞内、外渗透压不相等,仍然是细胞内大于细胞外,C项错误;水分子进出细胞的方式有扩散和易化扩散,易化扩散需要借助水通道蛋白,而温度会影响水通道蛋白的活性,进而影响水分子通过细胞膜的速率,D项正确。
2.将家兔红细胞甲、乙、丙分别置于三种不同浓度(a、b、c)的溶液中,水分子的跨膜运输示意图如下(箭头方向表示水分子的进出,箭头粗细表示水分子出入的多少,已知实验前甲、乙、丙细胞内部溶液浓度相等)。下列叙述正确的是( )A.据图可知,三种溶液浓度a
解析 分析题图,甲细胞失水最多,说明a溶液浓度最大,其次是b,最小的是c, A项错误;甲细胞失去比乙更多的水后才能达到动态平衡,因此当甲细胞达到平衡后,细胞内部液体浓度甲>乙,B项正确;因为有细胞壁的存在,植物细胞不会吸水涨破,C项错误;光学显微镜下无法观察到水分子进出细胞,D项错误。
考向二 观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原[典例2](2023浙江嘉兴二模)将洋葱鳞片叶外表皮细胞置于0.3 g/mL的蔗糖溶液中,原生质体开始缩小直至不再变化。下列叙述正确的是( )A.原生质体变小的过程中,细胞膜的厚度逐渐变大B.原生质体变小的过程中,细胞失水速率逐渐变大C.原生质体变小的过程中,细胞液蔗糖浓度逐渐变小D.原生质体体积不再变化时,细胞内、外的蔗糖浓度相等
解析 原生质层具有一定的伸缩性,原生质层包括细胞膜、液泡膜和两者之间的细胞质,故原生质体变小的过程中,细胞膜的厚度逐渐变大,A项正确;原生质体开始缩小,植物细胞失水,意味着外界溶液的浓度大于细胞液浓度,在原生质体变小的过程中,细胞失水,其细胞液浓度逐渐增大,细胞液浓度与外界溶液的浓度差逐渐减小,故细胞失水速率逐渐变小,B项错误;原生质体变小的过程中,植物细胞失水,细胞液蔗糖浓度逐渐变大,C项错误;原生质体体积不再变化时,细胞外的蔗糖浓度与细胞液的浓度相等,但是细胞液中不止含有蔗糖分子,还有色素、有机酸等其他物质,D项错误。
总结归纳(1)质壁分离及复原的条件、原因、过程和判断方法
(2)实验的应用①判断成熟植物细胞的死活
②测定细胞液浓度范围
③鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
[对点练] 3.下列关于“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”活动的叙述,正确的是( )A.低倍镜观察时,可观察到紫色的大液泡和其周围绿色的叶绿体B.高倍镜观察时,可观察到水分子进出细胞的过程C.滴加30%的蔗糖溶液后,视野内各细胞的质壁分离程度相同D.滴加清水后,发生质壁分离的细胞不能再复原,可能是细胞已死亡
解析 叶绿体分布于叶肉细胞,洋葱表皮细胞中没有,A项错误;水是无色的,高倍镜观察时,不能观察到水分子进出细胞的过程,B项错误;滴加30%的蔗糖溶液后,视野内各细胞的质壁分离程度不一定相同,C项错误;若发生质壁分离的细胞不能复原,可能是细胞失水过多而死亡,D项正确。
4.(2023浙江金华十校模拟)某小组观察了洋葱外表皮细胞在3%KNO3溶液中的质壁分离现象,并每隔1 min拍摄记录,计算S2/S1的平均值(S1以细胞壁为边界,S2以细胞膜为边界),结果如下表所示。
下列叙述正确的是( )A.S2/S1越小,说明质壁分离的程度越小B.S2/S1增加的原因是液泡吸收了KNO3C.0 min与G min时的细胞液浓度相同D.0 min与G min时没有渗透作用发生
解析 S1以细胞壁为边界即细胞的大小,S2以细胞膜为边界即原生质体的大小,S2/S1越小,说明质壁分离的程度越大,A项错误;S2/S1增加说明原生质体在吸收水分,导致体积增大,原因是液泡主动转运吸收了KNO3,B项正确;G min时由于细胞主动转运吸收了KNO3,其细胞液浓度大于0 min时,C项错误; 0 min与G min时发生了渗透作用,渗透作用达到平衡,D项错误。
考点二 易化扩散与主动转运、胞吞与胞吐
特别提醒图例比较不同物质运输方式特点
[练一练]1.判断下列说法正误。(1)易化扩散、胞吐和胞吞均需要载体的协助,但都不需要消耗ATP。( )提示 易化扩散需要载体的协助,但不需要消耗ATP。胞吐和胞吞虽然不需要载体的协助,但需要消耗ATP。(2)神经递质等小分子物质一般通过胞吐的方式出细胞,依赖于膜的流动性。( )(3)各种离子和脂溶性差的小分子物质如葡萄糖、氨基酸等,在通过细胞膜时需要载体蛋白协助,属于主动转运。( )提示 各种离子和脂溶性差的小分子物质如葡萄糖、氨基酸等进出细胞时,如果顺浓度梯度发生则为易化扩散,如果逆浓度梯度发生则为主动转运。例如,K+由组织液进入神经细胞以主动转运的方式进行。
(4)跨膜转运是由物质穿过细胞膜完成的,动力来自物质浓度差或ATP供能,不但说明细胞膜具有控制物质出入细胞的功能,也体现了细胞膜具有选择透过性。( )(5)载体蛋白转运物质过程中形状会发生改变,且一定都会消耗能量。( )提示 不一定都会消耗能量,如易化扩散中载体蛋白形状的变化。(6)从高浓度到低浓度的转运方式为易化扩散,从低浓度运输到高浓度为主动转运。( )提示 从高浓度到低浓度的转运方式有扩散、易化扩散。有些主动转运的物质也可以从高浓度到低浓度运输,如小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖。
2.结合必修1第86页“课外读”思考:(1)什么是水通道?其本质是什么?
(2)在人体细胞中已发现了13种水通道蛋白,如肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用,都与水通道蛋白有关。水通过通道蛋白的运输方式是什么?
提示 细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入,人们称之为水通道。其本质是蛋白质。
提示 水通过通道蛋白的运输方式是易化扩散。
3.长句训练。(1)油茶树有较强的富集氟(F-)能力,根系细胞富集F-需要细胞膜上ABC转运蛋白的参与。施用ATP合成阻断剂后,油茶树对F-的富集能力显著降低。由此说明 。 提示 根系细胞吸收F-的方式为主动转运(2)胞间连丝是相邻细胞之间穿过细胞壁的细胞质通道。叶肉细胞产生的蔗糖运输到筛管有两种方式:一是依次通过相邻细胞之间的胞间连丝向筛管集中;二是先转运到细胞外空间,再由转运蛋白SU运入筛管。提出一种支持某种植物“存在两种运输方式”的实验思路: 。提示 用少量蔗糖跨膜运输抑制剂处理叶片,蔗糖进入筛管的速率降低
考向一 易化扩散与主动转运[典例1](2023浙江绍兴一模)气孔保卫细胞的细胞膜中存在一种特殊的K+转运蛋白(BLINK1),光照(蓝光)是诱导信号,如下图所示。它可调控气孔快速开启与关闭。下列分析正确的是( )A.保卫细胞吸收K+的方式与吸收水分子的方式相同B.光照为运输K+提供了能量C.K+转运蛋白在运输过程中发生了空间结构的改变D.光照促进K+运入细胞,不利于保卫细胞渗透吸水
解析 保卫细胞吸收K+的方式为主动转运,吸收水的方式是扩散或易化扩散,A项错误;光照是诱导信号,K+运输的能量来自ATP,B项错误;K+转运蛋白是载体蛋白,在运输过程中因发生磷酸化过程而发生了空间结构的改变,C项正确;光照促进K+运入细胞,使细胞内渗透压增大,有利于保卫细胞渗透吸水,D项错误。
易错提示本题易错选B项。一是没有提取题干有效信息“光照(蓝光)是诱导信号”,二是不清楚ATP是细胞进行生命活动的直接能源物质。
[对点练] 1.(2023浙里卷天下百校联考)某物质出入细胞的一种方式的过程如图所示。下列相关叙述错误的是( )A.运输的方向是由A到BB.载体蛋白形变不需要消耗能量C.载体蛋白对该离子的运输有高效性和专一性D.该离子膜的一侧浓度越大,该离子运输速率也越快
解析 由载体蛋白的结构变化,可判断该物质运输的方向是由A到B,A项正确;载体蛋白形变过程不需要消耗能量,B项正确;载体蛋白具有高效性和专一性,C项正确;该离子膜的一侧浓度越大,该离子运输速率也越快,由于受载体蛋白数量的限制,超过一定值后速率不再增加,D项错误。
2.(2023浙江北斗新盟联考)主动转运的能量除来自ATP外,还可依赖顺浓度差提供能量。图1为某动物细胞物质跨膜运输示意图,图2为植物细胞液泡膜上离子跨膜运输机制示意图。
下列说法正确的是( )A.图1中葡萄糖进入细胞的方式和Ca2+进入液泡的方式相同B.图1中载体蛋白甲和钠钾泵同时运输两种物质,说明不具有专一性C.图2中H+进出液泡的方式属于主动转运,可维持液泡内外pH差D.血红蛋白结构异常不会影响钠钾泵跨膜运输离子的速率
解析 图1中葡萄糖进入细胞的方式和Ca2+进入液泡的方式相同,二者均为主动转运,前者依赖顺浓度差提供能量,后者靠水解ATP提供能量,A项正确;图1中载体蛋白甲和钠钾泵同时运输两种特定物质,但不能运输其他物质,体现了载体蛋白的专一性,B项错误;图2中H+进入液泡需要消耗ATP,属于主动转运,出液泡为顺浓度梯度的协助扩散,可维持液泡内外pH差,C项错误;钠钾泵通过消耗ATP将Na+运出细胞,同时将K+运入细胞,血红蛋白结构异常将导致氧气运输速率降低,细胞呼吸产生ATP的速率减慢,因此血红蛋白结构异常会影响钠钾泵跨膜运输离子的速率,D项错误。
考向二 胞吞与胞吐[典例2](2024浙江1月选考改编)婴儿的肠道上皮细胞可以吸收母乳中的免疫球蛋白,此过程不涉及( )A.消耗ATPB.受体蛋白识别C.载体蛋白协助D.细胞膜流动性
解析 免疫球蛋白是生物大分子,细胞通过胞吞的方式吸收免疫球蛋白,胞吞需要消耗ATP,A项不符合题意;细胞吸收免疫球蛋白需要受体蛋白的识别,B项不符合题意;载体蛋白是在易化扩散和主动转运中起作用的,胞吞、胞吐不需要载体蛋白协助,C项符合题意;胞吞体现了细胞膜的结构特性,即具有一定的流动性,D项不符合题意。
易错提示(1)胞吞或胞吐的大分子物质穿过细胞膜的层数为0,因为该过程是通过膜的融合将物质转入或转出细胞的。(2)RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核是通过核孔,而不是通过胞吞、胞吐。(3)某些小分子物质也可通过胞吞、胞吐进出细胞,如突触前膜通过胞吐释放化学递质(小分子有机物)。(4)胞吞和胞吐是借助膜的融合完成的,其动力来自ATP,与膜的流动性有关,体现了细胞膜具有一定的流动性。
[对点练] 3.某RNA病毒在感染人体细胞的过程中,能识别并结合细胞表面相应受体进入细胞,并在宿主细胞内装配成新病毒颗粒,然后分泌至细胞外(如图)。下列关于该病毒入侵过程的叙述,正确的是( )A.不需要载体蛋白,也不需要消耗能量B.需要细胞膜的识别C.体现了细胞膜的功能特点D.该病毒入侵宿主细胞时穿过两层磷脂分子层
解析 该病毒入侵过程涉及胞吞、胞吐过程,该过程不需要载体,但需要消耗能量,A项错误;“病毒在感染人体细胞的过程中,能识别并结合细胞表面相应受体进入细胞”,该识别过程涉及细胞膜的识别,这与细胞膜的糖蛋白有关,B项正确;胞吞和胞吐过程体现了细胞膜具有一定的流动性,体现了细胞膜的结构特点,C项错误;据题干信息及图示可知,该病毒入侵宿主细胞的方式为胞吞,穿过0层膜,D项错误。
4.某物质在胞吐过程中,分泌泡与细胞膜的融合作用是通过融合蛋白介导的(如图)。以下关于胞吐的说法,正确的是( )A.图中融合蛋白为载体,承担转运该物质的作用B.胞吐过程中,需要断裂磷酸二酯键以供应能量C.胞吐依赖于膜的流动性但并不是跨膜转运D.被胞吐的是大分子颗粒状的固体物质,而液体物质不能被胞吐
解析 胞吐过程中,分泌泡与细胞膜的融合作用是通过融合蛋白介导的,融合蛋白不是载体,A项错误;胞吐过程中需要ATP水解提供能量,ATP水解断裂的是高能磷酸键,B项错误;被胞吐的物质可以是固体也可以是液体,D项错误。
考向三 新情境下综合考查物质出入细胞的方式[典例3](2023浙江6月选考)植物组织培养过程中,培养基中常添加蔗糖,植物细胞利用蔗糖的方式如图所示。下列叙述正确的是( )A.转运蔗糖时,共转运体的构型不发生变化B.使用ATP合成抑制剂,会使蔗糖运输速率下降C.植物组培过程中蔗糖是植物细胞吸收的唯一碳源D.培养基的pH高于细胞内,有利于蔗糖的吸收
解析 转运蔗糖时,共转运体的构型会发生变化,但该过程是可逆的,A项错误。由图可知,H+向细胞外运输需要消耗ATP,说明该过程是逆浓度梯度的主动转运,细胞内H+的浓度低于细胞外,蔗糖运输时通过共转运体依赖于膜两侧的H+浓度差建立的势能,故使用ATP合成抑制剂,会通过影响H+的运输而使蔗糖运输速率下降,而培养基的pH低(H+多)于细胞内,有利于蔗糖的吸收,B项正确,D项错误。植物组培过程中蔗糖可作为碳源并有助于维持渗透压,但蔗糖并非唯一碳源,C项错误。
方法技巧判断物质出入细胞的方式
[对点练] 5.(2023浙江1月选考)缬氨霉素是一种脂溶性抗生素,可结合在微生物的细胞膜上,将K+运输到细胞外(如图所示),降低细胞内外的K+浓度差,使微生物无法维持细胞内离子的正常浓度而死亡。下列叙述正确的是( )A.缬氨霉素顺浓度梯度运输K+到膜外B.缬氨霉素为运输K+提供ATPC.缬氨霉素运输K+与细胞膜的结构无关D.缬氨霉素可致噬菌体失去侵染能力
解析 缬氨霉素将K+运输到细胞外,能降低细胞内外的K+浓度差,说明细胞内K+浓度高于细胞外,即缬氨霉素顺浓度梯度运输K+到膜外,A项正确;此运输方式不消耗ATP,B项错误;缬氨霉素是一种脂溶性抗生素,缬氨霉素运输K+与细胞膜的磷脂双分子层结构有关,C项错误;噬菌体没有细胞膜,因此缬氨霉素不能作用于噬菌体,D项错误。
6.(2023浙江名校新高考研究联盟第三次联考)盐胁迫条件下,耐盐植物可通过如下图所示的多种机制降低细胞溶胶中的Na+浓度,从而抵抗盐胁迫。下列相关叙述错误的是( )A.将Na+运输至液泡储存,与膜的流动性有关B.Na+通过载体蛋白进入液泡和离开细胞的方式不同C.液泡膜上可能存在一种与H+主动转运有关的蛋白质D.液泡中富集的Na+提高了细胞液浓度,有利于细胞吸水
解析 图中将Na+运输至液泡储存的过程,借助囊泡与液泡膜融合,与膜的流动性有关,A项正确;Na+通过载体蛋白进入液泡和离开细胞,均依赖于H+的电化学梯度,都属于主动转运,B项错误;据图推测,液泡中需要维持较高的H+浓度来帮助运输Na+,因此液泡膜上可能存在一种与H+主动转运有关的蛋白质,C项正确;液泡中富集的Na+提高了细胞液浓度,细胞液浓度越高,细胞吸水能力越强,D项正确。
考向四 影响物质出入细胞方式的因素[典例4]将豌豆根部组织浸在溶液中达到离子平衡后,测得有关数据如下表:
下列叙述正确的是( )A.溶液通氧状况与根细胞吸收Mg2+的量无关
D.细胞呼吸第三阶段产生的大量ATP可为吸收离子供能
解析 据表可知,根细胞吸收Mg2+的方式是主动转运,主动转运需要消耗能量,A项错误;根细胞吸收 的方式是主动转运,若不断提高温度,最终可能会导致酶变性失活,使根细胞吸收 的量减少,B项错误;豌豆根细胞厌氧呼吸产生的是酒精和二氧化碳,不会产生乳酸,C项错误;据表可知,根细胞吸收这些离子的方式均为主动转运,需要消耗能量,细胞呼吸第三阶段产生的大量ATP可为吸收离子供能,D项正确。
总结归纳(1)影响物质跨膜转运的因素①内因:载体蛋白的种类和数量、细胞呼吸速率(能量)等。②外因:温度、pH、浓度差等。(2)外因影响物质跨膜转运分析①物质浓度(在一定浓度范围内)
②氧气浓度(红细胞的主动转运与O2无关)
[对点练] 7.(2023浙江嘉兴一模)某种金属离子能够跨膜运输进入细胞。将细胞置于含不同浓度该金属离子的培养液中,1 h后测量细胞内该金属离子浓度,结果如图。下列叙述错误的是( )A.该离子通过主动转运的方式被细胞吸收B.培养液温度会影响该离子的吸收C.当培养液离子浓度超过2 mml/L后,细胞停止吸收该离子D.在A点,培养液离子浓度大小是限制该离子吸收速率的因素之一
解析 某金属离子能够跨膜运输进入细胞,且细胞内的浓度高于培养液中的浓度,所以该离子通过主动转运的方式被细胞吸收,A项正确;该离子是通过主动转运的方式进入细胞的,需要消耗能量,温度会影响细胞呼吸提供能量,所以培养液温度会影响该离子的吸收,B项正确;当培养液离子浓度超过2 mml/L后,细胞内金属离子浓度不变,处于动态平衡,并不是细胞停止吸收该离子,C项错误;培养液中的离子浓度在0~2 mml/L之间时,随着培养液离子浓度的增加,细胞内离子浓度也增加,则在A点,培养液离子浓度大小是限制该离子吸收速率的因素之一,D项正确。
8.如图表示培养液中K+浓度及溶氧量对小麦根系吸收K+速率的影响。下列有关两曲线形成机理的解释,正确的是( )A.曲线AB段的形成是由于细胞膜上K+载体未达到饱和及能量充足B.曲线BC、FG段的形成是由于细胞膜上K+载体的数量有限C.曲线CD段的形成是由于细胞内K+过多而大量排出D.E点表明植物根系可以通过扩散方式吸收K+
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