2021高考生物人教版一轮教师用书第二单元第7讲　物质的跨膜运输

第7讲　物质的跨膜运输

考点一　细胞的吸水和失水

1.渗透作用原理

(1)发生渗透作用的条件

①具有半透膜;

②膜两侧溶液具有浓度差。

(2)渗透作用的实质:单位时间由清水进入蔗糖溶液中的水分子多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子,导致蔗糖溶液液面上升。

2.动物细胞的吸水和失水

(1)原理

(2)现象

3.植物细胞的吸水和失水

(1)成熟植物细胞的结构

(2)原理和现象

①当外界溶液浓度>细胞液浓度时,细胞失水,发生质壁分离现象。

②当外界溶液浓度<细胞液浓度时,细胞吸水,失水的细胞发生质壁分离复原现象。

[纠误诊断]

(1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度。(　×　)

提示:该浓度是指物质的量浓度。

(2)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。(　×　)

提示:原生质层包括细胞膜、液泡膜及两膜之间的细胞质。

(3)将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中,不能发生渗透作用。(　×　)

提示:动物细胞的细胞膜相当于半透膜,将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中,能发生渗透作用。

(4)质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。(　×　)

提示:质壁分离过程中水分子扩散是双向进行的。

(5)成熟的植物细胞发生质壁分离过程中,细胞的吸水能力逐渐减小。(　×　)

提示:发生质壁分离过程中,细胞的吸水能力逐渐变大。

1.两种装置的渗透作用分析

A、B分别表示渗透作用装置,据图探究下列问题:

(1)水分的流动方向判断:图A中当溶液浓度S1>(填“>”或“<”)S2时,流向S1的水分多于流向S2的水分,水分通过半透膜由S2流向S1;当溶液浓度S1<(填“>”或“<”)S2时,流向S2的水分多于流向S1的水分,水分通过半透膜由S1流向S2。渗透达到平衡,半透膜两侧的水分子不是(填“是”或“不是”)静止不动的。

(2)溶液的浓度大小判断:Δh不变时,S1、S2浓度的大小关系为:S1>(填“>”或“<”)S2(S1、S2中溶质不能通过半透膜),原因是液面高的一侧形成的压强会阻止水分由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

(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:左管液面升高,右管液面降低。

②如同时再向两管内加入等量的麦芽糖酶,两管中液面的变化分别为:左管液面下降,右管液面上升,最后稳定在一定高度。

2.如图甲是一个典型的渗透装置,作为成熟植物细胞也应符合渗透系统的全部条件。请指出图乙中与图甲a、b、c对应的分别是什么?

提示:a对应①细胞液,b对应⑥原生质层,c对应外界溶液。

[深度思考]

　对于植物细胞来说,单位时间内,水分子进出细胞的数量相等时,细胞内外液体的浓度一定相等吗?

提示:不一定。植物细胞有细胞壁的支持、保护作用,当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时,有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。

题型一　渗透作用现象分析

1.某同学制作了如图1所示的渗透作用装置,S1和S2分别为漏斗内外不同浓度的蔗糖溶液。实验开始后,长颈漏斗内液面的变化如图2所示,渗透平衡时漏斗内外液面差为m,下列说法不正确的是(　D　)

A.长颈漏斗内部液面的升高说明膀胱膜是半透膜

B.渗透平衡时,S1溶液的液面高于S2溶液的液面

C.将S1和S2溶液换成不同浓度的KNO3溶液,渗透平衡时m值为0

D.图2结果说明,小分子物质都能通过生物膜,而大分子物质则不能

解析:根据题意,膀胱膜两侧存在浓度差,故长颈漏斗内部液面的升高说明膀胱膜是半透膜;水分子通过渗透作用进入漏斗,渗透平衡时S1溶液的液面高于S2溶液的液面;将S1和S2溶液换成不同浓度的KNO3溶液,则渗透平衡时不会出现液面差,因为K+和N可以通过半透膜;蔗糖属于小分子,图2结果只能说明蔗糖不能通过膀胱膜,不能说明小分子都能通过,而大分子不能。

2.(2019·山东潍坊二模)细胞中的酶与代谢密切相关。某同学进行了如下操作:在一支U形管底部中央放置了不允许二糖通过的半透膜(对单糖的通透性未知);将U形管左侧和右侧分别倒入等量的质量分数相等的蔗糖溶液和麦芽糖溶液;在U形管的两侧同时滴入等量的麦芽糖酶溶液;观察右侧液面的变化情况。下列叙述错误的是(　C　)

A.液面的变化情况取决于半透膜的通透性

B.液面可能会一直升高至一定高度后停止

C.液面可能先下降后再上升至一定高度停止

D.该实验可用来验证酶的专一性

解析:若单糖分子不能通过半透膜,则U形管的两侧同时滴入等量的麦芽糖酶溶液后,右侧液面上升,然后稳定;若单糖分子能通过半透膜,则U形管的两侧同时滴入等量的麦芽糖酶溶液后,右侧液面先上升后下降。不会出现右侧液面先下降后再上升至一定高度停止的情况。

题型二　动植物细胞的吸水和失水

3.(2013·福建卷)为探究茉莉酸(植物生长调节剂)对离体培养的成熟胡杨细胞质壁分离的影响,将细胞分别移至不同的培养液中继续培养3天,结果如表。下列叙述错误的是(　C　)

注:“+”表示有添加,添加后NaCl浓度为100 mmol·L-1,茉莉酸浓度为10-3 mg·L-1;“-”表示无添加。

A.胡杨细胞通过渗透作用吸水和失水

B.质壁分离的胡杨细胞液泡体积变小

C.NaCl为自变量,茉莉酸为因变量

D.茉莉酸对NaCl引起的胡杨细胞质壁分离有抑制作用

解析:植物细胞吸水和失水的方式是渗透作用;质壁分离是细胞失水(液泡中水分子渗出)的结果,其液泡体积变小;根据实验目的及表中信息可知,①②组对比自变量是茉莉酸,而①③组对比自变量是NaCl;由①②组对照可知,在无茉莉酸时有部分细胞质壁分离,而存在茉莉酸时无质壁分离发生,说明茉莉酸对NaCl引起的胡杨细胞质壁分离有抑制作用。

4.(2019·山东青岛检测)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 蔗糖溶液中,绘制的失水量曲线如下。下列叙述错误的是(　C　)

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浓度小于乙植物细胞液浓度

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达到平衡

解析: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蔗糖溶液中,细胞发生失水,因此细胞的原生质层会有一定程度的收缩;由图看出甲细胞失水较多,因此推知甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度;4 min时,细胞仍在失水,因此4 min时细胞液的渗透压小于外界溶液的渗透压;8 min时失水量不再变化,水分子跨膜运输进出细胞达到平衡。

考点二　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。

2.实验步骤

3.实验现象及结论

(1)现象

(2)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。

1.关于质壁分离和复原实验的三个注意点

(1)将发生质壁分离的植物细胞置于低浓度的溶液或蒸馏水中,植物细胞会发生质壁分离的复原,但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇等能被细胞吸收的物质,发生质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质而使细胞液浓度增大,植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。

(2)质壁分离过程中,外界溶液浓度大于细胞液浓度,植物细胞吸水能力逐渐增强;质壁分离复原过程中,外界溶液浓度小于细胞液浓度,植物细胞吸水能力逐渐减弱。

(3)本实验用显微镜观察了三次,第一次与第二次形成对照,第三次与第二次形成对照,该对照方法为自身对照。

2.质壁分离实验的拓展应用

(1)判断成熟植物细胞是否有生物活性

待测成熟植物细胞+一定浓度的蔗糖溶液

 ↓

 镜检

(2)测定细胞液浓度范围

待测细胞+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)比较未知浓度溶液的浓度大小

同一植物的成熟细胞+未知浓度的溶液记录刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小(时间越短,未知溶液的浓度越大)。

题型一　实验原理、步骤和结果观察

1.(2019·山东烟台检测)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和两次处理。下列有关叙述正确的是(　D　)

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,第二次滴加的液体为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中不属于原生质层的有细胞壁和细胞液

解析:“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中,一般需要进行三次显微观察,第一次是正常细胞的观察,第二次是质壁分离细胞的观察,第三次是质壁分离复原细胞的观察。三次观察均为低倍镜观察;第一次处理滴加的液体为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;紫色洋葱鳞片叶的内表皮也会发生质壁分离,但不含色素,现象不明显;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中不属于原生质层的有细胞壁和细胞液。

2.(2019·河北衡水金卷)如图是某同学进行“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”活动时拍摄的显微镜下的细胞图像。下列叙述正确的是(　C　)

A.①所指暗线是细胞壁,它两侧的蔗糖溶液浓度会有较大的差异

B.②所指亮区是细胞质基质,观察不到细胞器是因为它们都是半透明的

C.③所指暗区是细胞液,它属于细胞质,复原时也有水分子出液泡

D.④所指亮区是细胞膜,该实验证明了它的选择透过性与细胞壁不同

解析:分析图可知,①为细胞壁,②为细胞壁与细胞膜之间的间隙,③为紫色大液泡(含细胞液),④为细胞膜与液泡膜之间的细胞质。①所指暗线是细胞壁,由于它是全透性的结构,所以它两侧的蔗糖溶液浓度没有明显差异;③所指暗区是细胞液,它属于细胞质,复原时也有水分子出液泡。

题型二　质壁分离实验的相关实验分析及拓展应用

3.(2019·云南昆明质检)下列关于质壁分离自动复原过程的分析,正确的是(　B　)

A.水分子的扩散一定是单向的

B.细胞的吸水能力一定逐渐减弱

C.溶质分子进入细胞的方式一定是主动运输

D.质壁分离自动复原后,原生质层两侧的溶液浓度一定相等

解析:细胞发生质壁分离自动复原时,水分子的扩散是双向的,只是扩散进细胞的水分子数目多于扩散出细胞的水分子数;在质壁分离自动复原过程中,细胞液的浓度逐渐减小,细胞吸水能力逐渐减弱;溶质分子进入细胞的方式可能是主动运输也可能是被动运输;因为细胞壁的伸缩性较小,细胞壁的阻挡作用,使细胞不能再吸水,因此当质壁分离自动复原后,原生质层两侧的溶液浓度不一定相等。

4.现有A、B、C三瓶外观一样但没有标签的溶液,已知三种溶液是质量浓度为0.1 g/mL的蔗糖溶液、0.3 g/mL的蔗糖溶液和0.1 g/mL的葡萄糖溶液。某同学利用如图所示的装置设计了两组实验。(注:图中半透膜允许溶剂和葡萄糖分子通过,不允许蔗糖分子通过)

实验Ⅰ:同时将等量的A液和B液分别放入U形管的左、右两侧,一段时间后,左侧的液面升高;

实验Ⅱ:将等量的B液和C液分别放入U形管的左、右两侧,一段时间后,液面发生了下列变化:右侧先升高后降低。

(1)本实验应用的原理是　　　　　　　,判断的依据是　                     。 

(2)根据实验现象得出结论:A液是　        ,B液是　　　　　　　　　　　。 

(3)用紫色洋葱鳞片叶探究植物细胞吸水和失水方式的实验中,常选用　　　　　　　　　　溶液,观察指标主要有　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　及细胞大小。 

(4)为了清晰地观察细胞质壁分离和复原现象,若用不含色素的洋葱内表皮作实验材料,可采用的方法是 

                    　。 

(5)为探究洋葱表皮细胞的细胞液浓度,需要设计相关实验,请写出设计思路。

解析:(1)图中实验装置具有半透膜,膜两侧溶液具有浓度差,能够发生渗透作用,即应用了渗透作用原理。

(2)图中左侧液面升高,说明左侧液体的渗透压大于右侧液体的。由于半透膜允许溶剂和葡萄糖分子通过,不允许蔗糖分子通过,所以左侧液面不可能是0.1 g/mL的葡萄糖溶液(若左侧液体是0.1 g/mL的葡萄糖溶液,则左侧液面应该是先升高后降低),A液只可能是0.3 g/mL的蔗糖溶液,B液只可能是0.1 g/mL的蔗糖溶液。

(3)0.3 g/mL的蔗糖溶液是观察植物细胞质壁分离现象的最佳溶液浓度,通过观察中央液泡的大小和原生质层的位置可以判断是否发生质壁分离。

(4)若用不含色素的洋葱内表皮作实验材料,为了看清楚原生质层的位置,可以在外界溶液中加入色素,如红墨水。

(5)探究洋葱表皮细胞的细胞液浓度时,应当将外界溶液(蔗糖溶液)的浓度作为自变量,质壁分离的状态作为因变量。

答案:(1)渗透作用　图中装置具有半透膜,且膜两侧溶液具有浓度差　(2)0.3 g/mL的蔗糖溶液　0.1 g/mL的蔗糖溶液　(3)0.3 g/mL的蔗糖　中央液泡的大小　原生质层的位置　(4)在蔗糖溶液中加入红墨水　(5)配制一系列具有浓度梯度的蔗糖溶液,并利用系列溶液分别重复上述实验,观察细胞质壁分离的状态。

考点三　物质进出细胞的方式及影响因素

1.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+、Mg2+和Si的培养液中培养,结果如图所示。

(1)实验结果:

①不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异。

②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。

2.物质跨膜运输的方式(连线)

提示:①—b—Ⅰ　②—c—Ⅱ　③—a—Ⅲ　④—d—Ⅳ

3.根据图示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:自由扩散;乙:协助扩散;丙:主动运输;a:载体蛋白。

(2)填写以下有关跨膜运输方式的影响因素

甲:浓度差;乙:浓度差和载体蛋白的种类和数量;

丙:载体蛋白种类、数量和能量。

[纠误诊断]

(1)甘油是极性分子,所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。(　×　)

提示:甘油是脂溶性小分子,其通过细胞膜的方式为自由扩散。

(2)通过载体蛋白的物质转运属于主动运输。(　×　)

提示:协助扩散也通过载体蛋白转运物质。

(3)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。(　×　)

提示:Na+流入为被动运输。

(4)胞吐运输的物质不一定是大分子有机物。(　√　)

提示:胞吞胞吐运输的不一定是大分子物质,也可能是小分子物质,如神经递质的释放。

(5)主动运输使膜内外物质浓度趋于一致,维持了细胞的正常代谢。(　×　)

提示:主动运输是把物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧。

1.分析几种因素对物质运输的影响

(1)物质浓度和细胞的能量供应

①图中甲表示自由扩散,运输的动力是两侧溶液的浓度差。在一定浓度范围内,随物质浓度的增大,其运输速率与物质浓度成正比。

②图中乙表示协助扩散或主动运输,共同点是都需要载体蛋白协助,在物质浓度较低时,随物质浓度的增大,运输速率也逐渐增大,到达一定物质浓度时,由于受膜上载体蛋白数量的限制,运输速率不再随物质浓度的增大而增大。

③图中丙表示主动运输,运输方向通常由低浓度一侧到高浓度一侧,随着能量供应的增加,由于受膜上载体蛋白数量的限制,运输速率不会一直增大。

(2)氧气浓度(哺乳动物成熟红细胞的主动运输与O2浓度无关)

①一般情况下,图中甲表示自由扩散和协助扩散,它们统称为被动运输,其运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧,其运输的动力都是浓度差,不需要能量,因此与氧气浓度无关,运输速率不随氧气浓度增大而改变。

②图中乙表示主动运输,特点是既需要载体蛋白协助又需要消耗能量。

a.在氧气浓度为零时(图中Q点),细胞通过无氧呼吸供能,但无氧呼吸产生能量较少,所以运输速率较低;

b.在一定范围内随氧气浓度升高,有氧呼吸加强,产生的能量逐渐增多,所以运输速率不断加快,当氧气浓度足够高时(图中P点),能量供应充足,但由于受到载体蛋白的限制,运输速率不再随氧气浓度增大而加快。

(3)温度

温度影响物质运输速率时,既与分子的运动有关,也与细胞呼吸有关。

2.2003年诺贝尔化学奖授予了研究细胞膜水通道蛋白的科学家,水通道蛋白与载体蛋白有何异同?

提示:相同点:化学本质都是蛋白质;都分布在细胞膜上;都有控制特定物质跨膜运输的作用。

不同点:(1)通道蛋白参与的是被动运输,是从高浓度的一侧运输到低浓度的一侧,不消耗能量;载体蛋白参与的是主动运输或被动运输,是从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧或从高浓度的一侧运输到低浓度的一侧,消耗能量或不消耗能量。(2)通道蛋白在运输过程中不与被运输的物质结合;载体蛋白与被运输的物质结合。

3.柽柳是一种泌盐植物,叶子和嫩枝可以将吸收的盐分排出,是强耐盐植物。柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输?请设计实验加以证明。

实验材料:柽柳幼苗若干、适宜浓度的含Ca2+和K+的完全培养液、细胞呼吸抑制剂、蒸馏水,请写出实验步骤,并预期实验结果。

提示:实验步骤:①将柽柳幼苗随机分为甲、乙两组,分别培养在适宜浓度的含Ca2+和K+的完全培养液中。②甲组柽柳幼苗的培养液中,加入一定量的细胞呼吸抑制剂,乙组柽柳幼苗的培养液中加入等量的蒸馏水,在适宜的条件下培养。③分别测定两组柽柳幼苗吸收Ca2+和K+的速率,并进行比较。

结果预测:若两组幼苗对Ca2+和K+的吸收速率相同,则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是被动运输;若甲组植株对Ca2+和K+的吸收速率明显小于乙组植株对Ca2+和K+的吸收速率,则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输。

[深度思考]

　(1)同一种物质进入不同细胞的方式相同吗?举例说明。同一种物质出入同一细胞的方式相同吗?举例说明。

提示:①不一定相同,人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散,肾小管重吸收葡萄糖的方式是主动运输。②不一定相同,神经元吸收钾离子的方式是主动运输,而静息时钾离子外流的方式是协助扩散。

(2)若对离体心肌细胞施用某种毒素,结果心肌细胞对Ca2+吸收量明显减少,而对K+的吸收不受影响,其原因最可能是什么?

提示:运输Ca2+的载体被破坏。

题型一　物质出入细胞的方式、特点

1.(2018·全国Ⅱ卷)下列有关物质跨膜运输的叙述,正确的是(　C　)

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

解析:巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞;固醇类激素如性激素以自由扩散的方式进入靶细胞;静息状态时,神经细胞膜外的Na+浓度高于膜内,受到刺激时产生的Na+内流是由通道蛋白协助的被动运输;护肤品中的甘油属于小分子脂溶性物质,以自由扩散的方式进入皮肤细胞。

2.(2019·安徽定远重点中学一模)如图表示物质进出细胞1和细胞2的过程示意图。据图分析正确的是(　D　)

A.甲、丁物质都是顺相对含量梯度运输的

B.乙物质的作用体现了细胞膜的选择透过性

C.乙物质离开细胞1的方式不需要载体且都是大分子

D.运输甲和丙物质的蛋白质结构不同,但都具有专一性

解析:据图分析,甲物质是顺相对含量梯度运输的,丁是逆相对含量梯度运输的;乙物质的作用体现了细胞膜的信息交流功能;乙物质离开细胞1的方式是胞吐,不需要载体,但通过胞吐分泌出细胞外的物质不一定都是大分子;运输甲和丙物质的载体蛋白结构不同,但都具有专一性。

题型二　外界因素对物质出入细胞的影响

3.(2019·广东茂名联考)将某哺乳动物的两种细胞置于一定浓度的Q溶液中,测定不同情况下吸收Q的速率,结果如表所示。不考虑胞吞作用,由表中数据能得出的结论是(　C　)

A.两种细胞吸收Q均取决于浓度差

B.两种细胞吸收Q均不需载体蛋白的参与

C.胚胎干细胞吸收Q的方式为主动运输

D.成熟红细胞吸收Q的方式为被动运输

解析:根据表格分析,胚胎干细胞对Q的吸收受通入空气的影响,空气是影响呼吸作用生成ATP的因素,说明运输方式是主动运输;哺乳动物成熟红细胞对Q的吸收不受通入空气的影响,但能进行无氧呼吸,说明运输方式可能与能量有关,也可能无关,说明运输方式是主动运输或被动运输。主动运输吸收Q需要消耗能量,与浓度差没有直接的关系;胚胎干细胞吸收Q肯定需要载体蛋白的协助。

4.(2019·湖南衡阳模拟)如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同含氧量及不同底物浓度情况下(其他条件适宜),从含硝酸钾的全营养液中吸收的速率曲线图。相关描述不正确的是(　D　)

A.A点时影响离子吸收速率的主要因素是能量

B.B点时离子吸收速率不再增加是因为载体的数量有限

C.C点时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度

D.D点时离子吸收速率不再增大是因为底物浓度太高,细胞发生质壁分离

解析:洋葱根尖吸收的方式是主动运输,吸收速率受能量、载体和底物浓度的影响。A点时吸收速率未达到最大,限制因素是O2浓度,而O2浓度通过影响呼吸作用产生的能量影响吸收速率,故此时主要影响因素是能量;B点时离子吸收速率不再随着O2浓度的增大而增大,此时的限制因素是载体的数量;C点时离子吸收速率未达到最大,此时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度;D点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大,其他条件适宜,则其主要是因为载体数量有限。

题型三　物质出入细胞方式的实验分析和探究

5.(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(　C　)

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

解析:载体蛋白位于细胞膜上,根据题意可知,照射蓝光后溶液的pH明显下降,说明H+含量增加,进而推知:蓝光能够引起细胞内H+转运到细胞外;对比②中两组实验可知,蓝光引起细胞内H+转运到细胞外需要通过 H+ATPase,且原先细胞内pH高于细胞外,即细胞内H+浓度低于细胞外,因此该H+为逆浓度梯度转运;由题意可知H+ATPase具有ATP水解酶活性,利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H+;由①中的实验可知,最初细胞内pH高于细胞外,即细胞内H+浓度低于细胞外,但暗处理后溶液pH没有发生变化,说明溶液中的H+不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞。

6.(2019·河北衡水中学期中)水存在两种跨膜运输机制:一种是通过脂双层的自由扩散,另一种是通过专一的水通道——水孔蛋白跨膜运输。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,另一侧用吸水纸吸引,显微镜下观察破裂的细胞数目。

(1)实验目的: 　　　　　　　。 

(2)题中X是　           。 

(3)若甲组和乙组破裂的细胞数目基本相同,说明 　      ,若甲组极少的细胞发生破裂,说明　　　　　　;若　 　　　　　　　　　,说明肾小管上皮细胞通过两种方式吸收水分。 

解析:题目信息给出了细胞吸水的两种方式:一种是通过脂双层的自由扩散,另一种是通过专一的水通道——水孔蛋白跨膜运输。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处理的对照组进行探究。肾小管细胞吸水的方式可能有三种情况:一自由扩散,二水孔蛋白吸收,三两种同时进行。依据实验结果,推断可能的运输方式。

答案:(1)探究肾小管上皮细胞膜水分子运输方式或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膜的方式是自由扩散　肾小管上皮细胞主要依赖水孔蛋白吸水　甲、乙两组均出现一定破裂的细胞,且甲组破裂的细胞数量比乙组少

 [构建知识网络]

[强化思维表达]

1.渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。

2.原生质层由细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质组成,具有选择透过性。

3.被动运输包括自由扩散和协助扩散,它们都是顺浓度梯度运输的过程,不消耗能量,但是协助扩散需要载体蛋白。

4.主动运输是逆浓度梯度运输的过程,需要载体蛋白的协助和消耗能量。

5.胞吞和胞吐是借助于膜的融合完成的,与膜的流动性有关,它是大分子和颗粒性物质进出细胞的物质运输方式,靠ATP提供动力。