2020年高考生物一轮复习（创新版）文档：必修1第2单元细胞的结构和物质的输入输出第7讲 学案

第7讲　物质跨膜运输的实例和方式

[考纲明细]　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与复原
考点1　物质跨膜运输的实例

1．渗透系统
(1)渗透作用：水(或其他溶剂)分子通过半透膜的扩散，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，是一种自由扩散。

(2)渗透作用产生的条件

[特别提醒]　(1)达到平衡时还是存在水分子透过半透膜，这时的水由烧杯扩散到漏斗一侧与由漏斗扩散到烧杯一侧的数目是相等的。
(2)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还存在浓度差。
(3)溶液浓度指物质的量浓度。
2．动、植物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水

a．外界溶液浓度＜细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀。
b．外界溶液浓度＞细胞质浓度⇒细胞失水皱缩。
c．外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出平衡。
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
①条件：成熟植物细胞具有中央大液泡。
②原理

③现象
a．当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过渗透作用失水，植物细胞就发生质壁分离现象。
b．将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度高于外界清水，植物细胞就吸水，发生质壁分离复原现象。
[特别提醒]　(1)能发生质壁分离的细胞是成熟的含有中央液泡的植物细胞，并且液泡中有颜色便于观察。动物细胞无细胞壁，不可能发生质壁分离。
(2)由于细胞壁是全透性的，质壁分离时，细胞壁与细胞膜之间充满的是外界溶液。
(3)蔗糖溶液浓度不能过高(如0.5 g/mL)，否则会因为失水过多而死亡。
(4)如果用可穿膜的物质(尿素、脂肪酸、甘油、乙二醇、KNO3等)溶液实验时，会出现质壁分离并自动复原(因为细胞失水质壁分离的同时，会通过自由扩散或主动运输吸收该类物质；当细胞液浓度大于外界溶液时，细胞开始吸水，质壁分离复原)。
(5)细胞液浓度越大，细胞吸水能力越强(细胞随着质壁分离的进行，吸水能力不断增强)。部分植物为抵抗外界高浓度的不良环境，细胞会通过增加细胞液浓度，从而增加吸水能力。
(6)当植物吸水时，由于外面有细胞壁，不会因吸水而涨破。
[拓展辨析]
原生质：a.泛指细胞内的全部生命物质，不包括细胞壁；
b．包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分，其主要成分为核酸、蛋白质和脂类；
c．动物细胞可以看作一团原生质。
细胞质：指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部物质。
原生质层：成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，可看作一层半透膜。
3．(1)植物对无机盐离子的吸收
科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2＋、Mg2＋和SiO的培养液中培养，结果及分析如下：

①实验结果
a．不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异。
b．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)人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收是逆(填“逆”或“顺”)浓度梯度进行的。
(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异性。
4．生物膜的功能特性
(1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，水分子、一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
(2)生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征。

1．(必修1 P61与生活的联系)当你吃比较咸的食物时，你的口腔和唇的黏膜会比较干，因为吃过咸的食物，口腔和唇的黏膜细胞会失水过多。
2．(必修1 P64与社会的联系)浓度低的饮料可以用来补充体内水分，浓度高的饮料不能很好地起到补充体内水分的作用，因为过高浓度的饮料反而会导致细胞失水。

(必修1 P76技能应用改编)温度的高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。

材料及用具：有如图所示相同的渗透装置三个，酒精灯(或水浴锅)、冰块及用具若干。
(1)你的假设是_________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)实验方法步骤：
①取上述三个相同的渗透装置编号分别为甲、乙、丙。
②___________________________________________________________。
③过相同一段时间后，观察_____________________________________。
(3)预期结果：如果出现____________________的现象，则你的假设是正确的。
答案　(1)一定温度范围内，随温度的升高水分子扩散速率加快
(2)②甲装置烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温，乙装置的烧杯外加适量的冰块降温，丙装置不作处理作为对照　③移液管中液面上升的高度
(3)移液管中的液面高度甲>丙>乙
解析　(1)该实验是一个探究性实验，实验的目的是探究温度的高低会不会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率，因此我们可以假设一定温度范围内，随温度的升高水分子扩散速率加快。
(2)②实验设计要遵循对照原则和单一变量原则，因此三个装置的处理方式为：对甲装置进行加热，乙装置的烧杯外加适量的冰块，丙装置不作处理作为对照。③过相同一段时间后，观察移液管中液面上升的高度，进而判断温度的高低与水分通过半透膜的扩散速率的关系。
(3)预期结果：如果出现移液管中的液面高度甲>丙>乙的现象，则假设是正确的。

不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化

注：S1、S2表示两种不同浓度的同一物质的溶液。
(1)溶质不能通过半透膜的情况
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)溶质能通过半透膜的情况
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。

题组　渗透作用的原理及应用
1．(2018·河南豫北精英赛一联)某同学设计的实验如图所示，实验开始时，U形管两侧液面相等，图中半透膜允许单糖通过。据图分析，下列说法错误的是(　　)

A．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，当液面停止上升时，半透膜两侧溶液浓度一定是相等的
B．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，则实验现象为高浓度一侧的液面上升
C．若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液，则实验现象为高浓度一侧液面先上升，随后另一侧液面上升，最后两侧液面持平
D．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，当液面停止上升时，半透膜两侧水分子移动达到平衡状态
答案　A
解析　由题干可知，实验开始时，U形管两侧液面等高，当U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液时，水分子从低浓度一侧流向高浓度一侧的较多，即高浓度一侧的液面上升，低浓度一侧的液面下降，直至液面不再变化，此时半透膜两侧浓度差产生的渗透压力与液面差产生的压力达到平衡，所以半透膜两侧溶液浓度不会相等，A错误，B正确；当液面停止上升时，半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，D正确；若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液，开始时水分子总体表现为由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，因此高浓度一侧液面先上升，但随着葡萄糖分子通过半透膜进入低浓度一侧，最后两侧液面会持平，C正确。
技法提升
渗透装置中溶液中水分子渗透方向与溶液浓度的判断


变式训练
[1－1]　(2019·四川眉山中学月考) 如图为渗透平衡时的装置(糖类不能通过半透膜)，烧杯的液面高度为a，漏斗的液面高度为b，液面差m＝b－a。在此基础上继续实验，以渗透平衡时的液面差为观测指标，正确的是(　　)

A．若向漏斗中滴入清水，平衡时m将增大
B．若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时m不变
C．若向漏斗中加入蔗糖酶，则平衡时m不变
D．达到新的平衡时，水分子进出半透膜的速率相等
答案　D
解析　若向漏斗中滴入清水，漏斗中的渗透压降低，吸水能力减弱，则平衡时m将减小，A错误；若向漏斗中加入蔗糖分子或蔗糖酶，漏斗中的渗透压增大，则平衡时m值将增大，B、C错误；达到新的平衡时，水分子进出半透膜的速率相等，液面不再升高，D正确。
[1－2]　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．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定
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
答案　D
解析　液面上升的过程中，漏斗两侧浓度差减小，则液面上升速率起始最快，之后减慢最终变为0，A错误；随着水分子进入漏斗内量的增多，蔗糖溶液浓度下降，同时由于漏斗液面升高与烧杯中液体形成的压力差增加，水分子扩散进入漏斗内的速率下降，而反方向水分子扩散速率升高，B错误；由于半透膜不让蔗糖分子通过，所以半透膜两侧液体浓度不可能相等，C错误；当水分子在半透膜两侧进出速率相等时，漏斗内液面达到最高并停止上升，D正确。
题组　细胞失水和吸水
2. (2017·全国卷Ⅱ)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(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。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
答案　C
解析　0～4 h内，开始一段时间内，原生质体的相对体积逐渐减小，说明细胞液浓度小于物质A溶液的浓度，当原生质体相对体积达到最小后又逐渐增大，说明部分物质A通过细胞膜进入细胞内，使细胞液浓度增大，从而使细胞吸水，表现为原生质体相对体积逐渐增大，A错误；因细胞壁的伸缩性较小，而原生质体的伸缩性较大，故0～1 h内细胞体积的变化量小于原生质体体积的变化量，B错误；据图可知，2～3 h内，原生质体的相对体积增大，表明细胞吸水，此时物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C正确；0～1 h内，原生质体的相对体积减小，表明细胞失水，此时液泡中液体(细胞液)的渗透压小于细胞质基质的渗透压，细胞质基质的渗透压又小于物质A溶液的渗透压，D错误。
3．(2015·海南高考)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
答案　D
解析　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，丙的浓度丙
C．实验后甲、乙、丙三个细胞的细胞液浓度关系是乙