1、第1节物质跨膜运输的实例目标导航1.通过分析教材“问题探讨”中的实验现象，说出渗透现象的发生条件和原理。2.结合动物细胞的结构，分析动物细胞的渗透作用。3.结合质壁分离和复原的实验，分析植物细胞的吸水和失水。4.通过分析教材提供的资料，说出物质跨膜运输的其他实例，理解选择透过性膜的含义。一、细胞的吸水和失水(阅读P6063)1.原理渗透作用。该作用必须具备两个条件：(1)具有半透膜。(2)半透膜两侧溶液具有浓度差。2.动物细胞的吸水和失水连线3.植物细胞的吸水和失水(1)成熟的植物细胞的结构(2)质壁分离与复原连线二、物质跨膜运输的其他实例(阅读P6364)1.物质跨膜运输的特点(1)物质跨膜
2、运输并不都是顺相对含量梯度的。(2)细胞对于物质的输入和输出有选择性。2.细胞膜的功能特点细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，具体表现为水分子可自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。判断正误：1.细胞的吸水和失水(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。()(2)当外界溶液与细胞质浓度相同时，水分不进不出。()(3)植物细胞的原生质层指去掉细胞壁的部分。()(4)细胞壁的伸缩性比原生质层大。()答案(1)(2)(3)(4)2.细胞对无机盐离子的吸收实例(1)人体甲状腺滤泡上皮细胞能逆相对含量梯度吸收碘。()(2)不同微生物对不同矿物质的吸收不同。()答案(1)
3、(2)3.物质跨膜运输的特点和原因(1)物质跨膜运输都是顺相对含量梯度。()(2)细胞对于物质的输入和输出具有选择性。()(3)生物膜是一种选择透过性膜，离子和小分子均可通过，而大分子则不可通过。()答案(1)(2)(3)一、渗透作用1.扩散作用和渗透作用的关系物质从高浓度区域向低浓度区域的运动称为扩散作用。渗透作用是一种特殊方式的扩散，它是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。2.渗透作用发生的条件3.渗透作用发生的原理1.若渗透装置中的漏斗和烧杯中放入浓度不同的葡萄糖溶液，且葡萄糖分子能够透过半透膜，当漏斗中浓度大于烧杯中浓度时，你认为液面如何变化？答案开始时由于漏
4、斗中的浓度高于烧杯中，水分子大量进入漏斗中使液面上升；由于葡萄糖分子能够透过半透膜，最后两侧的液面达到平衡。2.动物细胞也可与外界低渗溶液构成一个渗透系统，细胞吸水的速率是由哪个因素决定的？吸水过程中，速率如何变化？答案吸水速率是由细胞质的浓度和外界溶液浓度差决定的；随着吸水的进行浓度差变小，吸水速率逐渐减小。1.“人造细胞”是用羊皮纸或火棉胶等半透性膜材料做成的一个密闭的囊，囊里面装了等量的不同浓度的蔗糖溶液。假设有三个这样的“人造细胞”，分别用A、B、C表示，它们的蔗糖溶液浓度分别是10%、20%和30%。其中A、B细胞的外面套一金属网笼，C细胞的外面没有套金属网笼，如下图把三个“人造细胞
5、”同时放在浓度为15%的蔗糖溶液的玻璃槽中，经过一段时间后，三个“细胞”的变化分别是()A.A变大，B稍微变小，C不变B.A变小，B稍微变大，C不变C.A变小，B稍微变大，C变大D.A变大，B稍微变小，C变大问题导析由于水分能够通过半透膜由低浓度向高浓度溶液渗透，因此可以判断A失水，体积缩小，B和C会吸水膨胀，但由于B的外面套有金属网笼，体积会被限制在金属网笼的大小范围内，只是稍微变大。答案C一题多变(1)一段时间后，A、B的体积不再变化，此时A内蔗糖溶液的浓度和外界蔗糖溶液的浓度相比(较高、较低、相等)。B内蔗糖溶液的浓度和外界蔗糖溶液的浓度相比。(2)若将C浸入玻璃槽后，每隔半小时称量一次
6、重量，下列坐标曲线中，能正确表示测试结果的是()答案(1)相等较高(2)B解析(1)A体积不再变化时，说明此时A内蔗糖溶液的浓度和外界蔗糖溶液的浓度相等，水分进出平衡，而B的体积只能稍微增大，内部的蔗糖溶液浓度仍然高。(2)开始时，水分进入C中的较多，C体积增加，重量也增加，当内外液体浓度相等时，水分进出平衡，C的重量不再增加。二、细胞的吸水和失水1.质壁分离与复原是植物细胞吸水和失水的实验证据。(1)实验材料：成熟的活的植物细胞(如紫色的洋葱鳞片叶表皮细胞)(2)实验原理成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。细胞液具有一定的浓度，与外界溶液形成浓度差。原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。
7、(3)实验试剂：质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液、清水。(4)实验过程(5)实验结论当细胞液浓度外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。2.成熟植物细胞是一个渗透系统：渗透作用模型植物细胞与外界溶液形成的渗透系统图解原理水分子通过半透膜的扩散作用细胞液通过原生质层与外界溶液之间发生渗透作用水扩散的方向低浓度溶液高浓度溶液3.质壁分离的原因和表现(1)原因(2)表现1.实验成功的关键是实验材料的选择，为什么本实验不选择细菌和动物细胞，而选择有大液泡并有颜色的植物细胞？答案一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。选择有大液泡并有
8、颜色的植物细胞因为质壁分离现象易于发生且便于在显微镜下观察。2.发生质壁分离复原需要将植物再置于低浓度的蔗糖溶液或蒸馏水中，但如果所用溶液中的溶质为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，为什么会发生自动复原现象？答案质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒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.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。a、b表示该部位的溶液浓度，由此可推测()A.ab，细胞渗透吸水B.ab，渗透系统保持动态平衡C.a。(2)图中细胞的细胞液浓度依次是。(3)假设将洋葱鳞片叶表皮细胞制成装片，
9、并使之处于浓度过高的溶液中，用显微镜观察其过程，发现该细胞形态的顺序将如上图所示的从_。(4)C图中标号所指的物质是_。答案(1)AB(2)CAB(3)BAC(4)外界溶液解析当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞将发生质壁分离现象。内外浓度差越大，质壁分离现象越明显，故图中外界溶液的浓度CAB；随着质壁分离的进行，细胞液浓度逐渐增大，当不再分离时，细胞液浓度达到最大，因此，图中细胞液的浓度也为CAB。由于细胞壁具有全透性，在原生质层与细胞壁之间充满着外界溶液。基础巩固1.将已发生质壁分离的细胞浸入清水中，吸水力的变化是()A.由大到小B.由小到大C.吸水力不变D.吸水力为0答案A解析由于吸
10、水，细胞液浓度变小，吸水力下降。2.如右图所示，U形管底部中央放置一半透膜(不允许溶质分子透过)。A液和B液原先体积相同，由于浓度不同，后来产生一个高度差H。请问H的大小主要取决于()A.A液和B液中溶质分子大小B.A液和B液所在管的粗细C.A液和B液中溶剂是否相同D.A液和B液的浓度差大小答案D解析H与浓度差成正相关。3.在一个新鲜萝卜上挖一凹槽，凹槽中放入浓盐水，过一段时间，结果是()A.萝卜变软，凹槽中液体增多B.萝卜变软，凹槽中液体减少C.萝卜变硬，凹槽中液体增多D.萝卜变硬，凹槽中液体减少答案A解析凹槽中溶液浓度高于萝卜细胞液，萝卜细胞失水，萝卜变软，凹槽中液体增多。4.将下列细胞或
11、细胞器放入清水，不会破裂的是()A.红细胞B.叶绿体C.线粒体D.叶肉细胞答案D解析叶肉细胞有细胞壁，吸水不会破裂。5.在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，会发生质壁分离的是()A.口腔上皮细胞 B.根尖分生区细胞C.干种子细胞D.根毛细胞答案D解析成熟的植物细胞具有中央液泡，可发生质壁分离。6.观察在质量浓度为0.3g/mL蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明()A.细胞壁相当于一层半透膜B.洋葱表皮细胞是活的C.此时蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度D.细胞壁收缩导致中央液泡失水答案B解析活的洋葱表皮细胞的原生质层相当于一层半透膜，在高浓度的蔗糖溶液中发生渗透作用，导致中央液泡
12、失水而变小。7.植物体内有三个相邻的细胞a、b、c，已知它们的细胞液浓度大小关系是abc，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是()答案C解析细胞液的浓度高，则吸水能力强，a细胞液浓度最高，c细胞液浓度最低，b介于a、c之间，因此选C。8.下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是()A.植物细胞积累K说明物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的B.细胞对离子的吸收具有选择性C.海水中的海藻细胞可通过积累溶质防止质壁分离D.液泡中积累大量离子，故液泡膜不具有选择透过性答案D解析液泡膜是一层生物膜，具有选择透过性，能够积累大量的离子。巩固提升9.下图中甲是渗透装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间
13、，下列叙述不正确的是()A.半透膜内溶液a的浓度变化可用曲线丙表示B.水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线乙表示C.玻璃管内的液面高度变化可用曲线丙表示D.半透膜内外浓度差的变化可用曲线乙表示答案A解析由于半透膜内为质量分数为30%的蔗糖溶液，膜外为蒸馏水，膜内浓度高于膜外浓度，水分子由膜外进入膜内，蔗糖溶液浓度降低，可用曲线乙表示，A选项错误。10.将人体口腔上皮细胞转移至不同浓度(，)的三种蔗糖溶液中，结果如图所示。这三种蔗糖溶液的浓度关系为()A.B.C.D.。11.将盛有一定浓度蔗糖溶液的透析袋口扎紧后浸于蒸馏水中，下图表示透析袋中蔗糖溶液浓度与时间的关系，正确的是()答案B
14、解析水分子能透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液扩散。将盛有一定浓度蔗糖溶液的透析袋放在蒸馏水中后，蒸馏水将不断地向透析袋中扩散，蔗糖溶液浓度不断减小，但受到透析袋容积的限制，到一定时间后水分子进出达到动态平衡，此时蔗糖溶液浓度减小到一定程度便保持相对稳定。12.在紫色洋葱表皮细胞临时装片的盖玻片一侧滴加质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液后，出现了如图所示的情形，请据图回答下面的问题。(1)此细胞发生了现象，是细胞的结果。(2)图中的结构名称是，共同构成了。(3)图中充满了，其浓度。(4)将此细胞置于清水中，的体积会，是由于细胞的结果。答案(1)质壁分离渗透失水(2)细胞膜原生质层(3)蔗糖溶
15、液略小于0.3g/mL(4)变大渗透吸水13.将同一植物细胞依次浸于蒸馏水、质量浓度0.3g/mL蔗糖溶液和质量浓度0.5g/mL尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化，结果如图所示(细胞壁与原生质体将要分离时原生质体的体积相对值为100)，据图回答下面的问题。(1)曲线a、b、c中，表示细胞在蒸馏水中的是，表示在质量浓度0.3g/mL蔗糖溶液中的是，表示在质量浓度0.5g/mL尿素溶液中的是。(2)EF段的细胞液浓度变化为_。(3)试简要分析b、c曲线差异的原因：_。答案(1)acb(2)细胞液浓度逐渐升高，最后与外界溶液浓度相等而进入相对稳定状态(3)尿素分子可缓慢进入细胞液，使细胞液
16、浓度增大，当其高于尿素溶液浓度时，细胞开始由失水变为吸水，直至平衡；蔗糖分子不能进入细胞，在蔗糖溶液中细胞失水，原生质层收缩，使细胞液浓度升高，之后失水减慢，直至平衡解析由题图中所给的曲线信息分析可知，a曲线表示细胞发生了渗透吸水，说明所处的环境是蒸馏水；b曲线表示原生质体体积先变小后又恢复原状，说明细胞开始时发生质壁分离，后自动复原，所以周围的环境是尿素溶液；c曲线表示细胞发生了质壁分离，并保持一定的状态，此时细胞内外渗透压达到平衡，说明细胞周围环境为蔗糖溶液。走进高考14.(2014课标卷，4)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
17、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答案B解析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。红色花瓣是由液泡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
18、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较多色素，发生质壁分离时容易观察，D项正确。15.(2014江苏卷，15)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答案B解析A项，第一次观察时由于未滴加蔗糖溶液
19、，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。备选题1.(2011新课标卷，1)将人的红细胞放入4蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，主要原因是()A.红细胞膜具有水溶性B.红细胞的液泡体积增大C.蒸馏水大量进入红细胞D.低温时红细胞膜流
20、动性增大答案C解析人的成熟的红细胞的结构比较简单，只有细胞膜和细胞质基质，没有细胞核和复杂的具膜细胞器。将人的红细胞放入4蒸馏水中，红细胞的细胞内液浓度大于细胞外的环境浓度，导致红细胞不断吸水而涨破。2.(2013江苏卷，27)下图为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题：(1)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，漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时的液面差为h，此时S1和S2浓度大小关系为。(2)图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的，两者在物质透过功能上的差异是_。(3)为进一步探究两种膜的特性，某兴趣小组做了以下实验。实验材料：紫色洋葱。实验器具：如图所示的渗透装置(
21、不含溶液)，光学显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，刀片，吸水纸，擦镜纸，滴管，记号笔等。实验试剂：蒸馏水，0.3g/mL的蔗糖溶液和与其等渗的KNO3溶液。部分实验步骤和结果如下：选两套渗透装置，标上代号X和Y。在两个烧杯里均加入一定量的蒸馏水，分别在装置X和Y的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和KNO3溶液，均调节漏斗内外液面高度一致。渗透平衡时出现液面差的装置有(填代号)。选两片洁净的载玻片，在载玻片中央分别滴加，制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片并分别观察装片中细胞的初始状态。观察临时装片中浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生的变化，两者都能出现的现象是_。(4)上述实验中最能
22、体现两种膜功能差异的实验现象是_。答案(1)S1S2(2)原生质层原生质层能主动运输(转运)有关物质而半透膜不能(3)X标号蒸馏水质壁分离(4)KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原解析(1)由于渗透平衡后漏斗内液面高，再结合液体压强原理，说明此时S1的浓度高；(2)成熟植物细胞的原生质层具有选择透过性，相当于一层半透膜；但原生质层具有选择透过性，可主动转运细胞需要吸收或排出的物质，而半透膜不具有生物活性；(3)蔗糖不能透过半透膜，而KNO3可透过半透膜，故两者达到动态平衡时，装蔗糖溶液的实验组的漏斗内外出现液面差。实验分组应注意编号并标注，制作植物细胞临时装片时在载玻片上先滴一滴蒸馏水，可保持细胞的活性，并有利于材料展开。成熟的植物细胞处于不同种类的高浓度的外界溶液中时都会因渗透失水而发生质壁分离现象。由于KNO3可被植物细胞吸收，而蔗糖不会被细胞吸收，因此一段时间后，KNO3实验组的细胞液浓度升高而吸水，发生质壁分离自动复原现象。