1、2013届新课标高中总复习（第1轮）F（生物）福建专版：必修1 第8讲物质跨膜运输的实例和方式第8讲 物质跨膜运输的实例 和方式（对照原则自身对照）一、渗透作用的原理 1.渗透作用的概念：渗透作用是指水分子（或）其他溶剂分子通过半透膜的扩散 2发生渗透作用的条件：一是具有半透膜；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。即一个完整的渗透系统由两种溶液(A和B)，以及隔在两者中间的半透膜这三者构成。3原理：对于被半透膜隔开的两个溶液体系S1和S2：当S1浓度S2浓度时：单位时间内由S2S1的水分子数多于单位时间内由S1S2的水分子数。当S1浓度S2浓度时：单位时间内由S1S2的水分子数多于单位时间内由S2
2、S1的水分子数。当S1浓度S2浓度时：单位时间内由S1S2的水分子数等于单位时间内由S2S1的水分子数。S1、S2进行双向的水分子移动，但我们只能从外观上观测双向水分子移动的数量差。4渗透作用的结果：从微观水平分析，水分子可以通过半透膜进行双向扩散；从宏观水平观察，水分却是从低浓度溶液流向高浓度溶液，直至达到动态平衡。【例1】如图实验装置，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，一段时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是()A漏斗中液面开始时先上升，加蔗糖酶后又下降 B在玻璃槽中会测到蔗糖和蔗糖酶 C漏斗中液面开始时先下降，加蔗糖酶后一直上升 D在玻璃槽中会测到葡
3、萄糖、果糖和蔗糖酶 A【解析】实验开始时，蔗糖不能透过半透膜，所以单位时间内通过半透膜渗透进长颈漏斗中的水分子数比渗透出来的多，漏斗内液面上升。而加入蔗糖酶后，将蔗糖分解为单糖，单糖分子能透过半透膜进入玻璃槽中，使玻璃槽内液体浓度升高，一段时间后，水分子从长颈漏斗内渗出的较多，漏斗内液面下降。二、动植物细胞的吸水和失水 1植物细胞的原生质层(由细胞膜、液泡膜以及两层之间的细胞质构成)相当于一层半透膜。2动植物细胞吸失水比较【例2】(2010济南一模)右图表示多种植物成熟细胞在不同浓度的蔗糖溶液内质壁分离的百分率，图中曲线表明这些植物细胞()A细胞液浓度蔗糖溶液浓度 B细胞液浓度蔗糖溶液浓度 C
4、有不同浓度的细胞液 D有不同的选择透过性 C【解析】本题考查对质壁分离实验的理解。读图可知，在不同浓度的蔗糖溶液中质壁分离的细胞数量是不同的，说明这些植物细胞有不同浓度的细胞液。三、植物细胞的吸水和失水的实验探究 1实验原理 (1)成熟植物细胞的原生质层具有选择透过性，细胞壁和原生质层具有一定伸缩性，但原生质层的伸缩性大于细胞壁。(2)细胞液浓度外界溶液浓度细胞液中的水分经原生质层进入外界溶液质壁分离。(3)质壁分离复原：细胞的细胞液浓度外界溶液浓度外界溶液中的水分经原生质层进入细胞液质壁分离复原。2实验流程 3本实验应注意的问题(1)实验成功的关键是实验材料的选择，必须选择有大液泡的植物细胞
5、(最好有颜色)，便于在显微镜下观察现象。(2)滴加蔗糖溶液和清水，要在载物台的载玻片上进行，否则不容易对比观察某个细胞的失水和吸水情况。(3)蔗糖溶液浓度不宜过高，否则会引起植物细胞过度失水而死亡。(4)若用葡萄糖、NaCl、KNO3、尿素、乙二醇等做实验，发生质壁分离后，会自动复原，其原因是上述物质都可转运到细胞内，致使细胞液浓度升高，外界溶液浓度降低，重新吸水而复原。(5)质壁分离时，在细胞壁和细胞膜之间充满的是浓度降低了的外界溶液，因为细胞壁是全透性的。4本实验能验证的问题及拓展应用(1)实验验证问题 观察质壁分离和复原：可以证明一个成熟的植物细胞构成一个渗透系统，质壁分离和复原是细胞渗
6、透失水或吸水的标志；可以证明渗透作用发生的条件；可以证明细胞是活的；还可以大致测出细胞液的浓度；证明原生质层的伸缩性大于细胞壁。(2)实验拓展应用 探究渗透作用的两个条件半透膜和浓度差。若将教材中实验装置换成纱布(全透性)、薄膜(不透性)，半透膜两侧换成浓度相等的蔗糖溶液，渗透作用都不发生，即可证明渗透作用发生的两个条件。探究区分10%和20%蔗糖溶液 用教材中的实验装置，将两种液体分别装入烧杯和漏斗中，若漏斗液面上升，则烧杯中为10%蔗糖溶液，反之则为20%蔗糖溶液。探究某种材料的细胞液浓度 配制一系列浓度的蔗糖溶液，制作成一系列装片用显微镜观察，视野中约有50%的细胞发生质壁分离时的蔗糖溶
7、液浓度即为细胞液浓度。【例3】用洋葱鳞片叶表皮制备“观察细胞质壁分离实验”的临时装片，观察细胞的变化，下列有关实验操作和结果的叙述，正确的是()A将装片放在酒精灯上加热后，再观察细胞质壁分离现象 B在盖玻片一侧滴入清水，细胞吸水膨胀但不会破裂 C用不同浓度的硝酸钾溶液处理细胞后，均能观察到质壁分离复原现象 D当质壁分离不能复原时，细胞仍具有正常的生理功能 B【解析】A项观察细胞质壁分离实验时，植物细胞应处于生活状态，若将装片放在酒精灯上加热后，细胞会死亡，无法观察到实验现象；B项由于细胞壁的保护作用，植物细胞浸到清水中也不会由于吸水过多而涨破；C项要使细胞发生质壁分离，外界溶液浓度应大于细胞液
8、浓度，但也不可过高，否则会使细胞失水过多而死亡，在适宜浓度范围下，KNO3可以通过主动运输进入细胞而使细胞自动复原；D项细胞发生质壁分离不能复原时，说明细胞已经过度失水而死亡，细胞不再具有正常的生理功能。四、物质跨膜运输的其他实例 1不同植物细胞对同一无机盐离子、同一植物细胞对不同无机盐离子的吸收均有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性。2番茄吸收Ca2、Mg2多，吸收少；水稻吸收多，而吸收Ca2、Mg2少，从营养学的角度讲番茄的补钙效果比水稻好。3水稻吸收水的相对速度比吸收Ca2、Mg2大，造成培养液中Ca2、Mg2浓度上升；番茄吸收水的相对速度比吸收大，造成培养液中浓度上升。4
9、植物细胞在同一时间吸收离子和吸收水的量不同，即吸收离子和吸收水是两个不同的过程。23SiO 23SiO 23SiO 23SiO【例4】(2010南通一模)用完全相同的培养液，在相同条件下分别培养水稻和番茄幼苗。在两者吸水速率几乎相同的情况下，72小时后培养液中部分离子浓度发生了如下表的变化(表中数据为72小时后溶液中部分离子浓度占开始时的百分比)。分析下表能不得出的结论是()D A不同植物对矿质元素的吸收量是不同的 B不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量是不同的 C与番茄相比，水稻对吸收量大，对Ca2吸收量小 D植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度呈正相关 23SiO【解析】本题考查细胞
10、对矿质离子的吸收。由表可见，水稻、番茄对各种离子的吸收量不同，其原因是根细胞表面的相应离子载体的数量不同，水稻对吸收量比番茄大，而番茄对Ca2吸收量较水稻大。不能得到离子的吸收速率与溶液中离子的浓度的关系。23SiO 五、物质出入细胞的方式 物质出 入细胞 的方式 被动运输主动运输自由扩散 协助扩散 运输 方向 高浓度 低浓度 高浓度 低浓度 一般为低浓度 高浓度 是否需 要载体 不需要 需要 需要 是否消 耗能量 不消耗 不消耗 消耗 1自由扩散、协助扩散和主动运输的比较 续表 物质出 入细胞 的方式 被动运输主动运输自由扩散 协助扩散 图例 是否需 要载体 O2、CO2、H2O、甘油、乙醇
11、、苯等出入细胞 红细胞吸收葡萄糖 小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 2.胞吞、胞吐：是大分子和颗粒物质进出细胞的方式，这两种方式虽然最终通过了生物膜，但实质上，这些物质并没有真正地穿过生物膜。例如，白细胞吞噬大肠杆菌、变形虫吞噬有机物颗粒、胰腺细胞分泌胰岛素等。3在细胞的生命活动过程中，主动运输起到了重要作用，它使细胞能主动地从外界吸收被选择的物质，供生命活动利用。同样，细胞也能利用主动运输把新陈代谢产物排出细胞外。总之，细胞通过主动运输，摄取、积累物质以及不断排出代谢废物，从而维持细胞组成成分的动态稳定，保证生命活动的正常进行。【友情提醒】葡萄糖进入其他细胞或红细胞吸收其他离子的
12、方式是主动运输。由低浓度向高浓度运输的方式一定是主动运输，但主动运输不一定只是由低浓度到高浓度，一种物质进出细胞的方式取决于该物质的性质和细胞膜的特点。【例5】(2010江苏模拟)关于下面概念图的分析，正确的是()A和所示的过程都需要消耗细胞内ATP水解释放的能量 B只有所示的过程能逆浓度梯度运输物质 C大分子只有通过 所示的过程才能进入细胞 D果脯腌制时蔗糖进入细胞与过程和有关 B【解析】从概念图上分析，为主动运输，为协助扩散，为协助扩散的实例，为主动运输的实例。A错误，主动运输需要消耗细胞内ATP水解释放的能量，不需要；B正确，主动运输可逆浓度梯度运输物质，被动运输只能顺浓度梯度运输物质；
13、C错误，大分子物质可通过胞吞进入细胞；D错误，果脯腌制时细胞已经死亡，细胞膜的选择透过性消失。六、影响物质跨膜运输的因素分析 1影响自由扩散和协助扩散的因素分析 (1)自由扩散不需要能量和载体，是顺浓度梯度的运输方式，只与细胞内外的物质浓度差有关，浓度差越大，运输速率越快。(2)协助扩散需要载体，不需要能量，顺浓度梯度运输，因此载体的种类和数量、细胞内外的物质浓度差都会影响其运输速率。需要注意的是，受载体数量的限制，其运输速率不会随着浓度差的增大而一直增加 2影响主动运输的因素分析(1)载体：细胞膜上的一类蛋白质 载体具有特异性 不同物质的运输所需载体蛋白不同。不同细胞膜上的载体蛋白的种类和数
14、目不同。载体具有饱和性：当细胞膜上的载体已达饱和时，细胞吸收该载体运载的物质的速度不再随物质浓度的增大而增大。(2)能量：凡是能够影响能量供应的因素都影响主动运输的速度，如温度、氧气浓度等。具体分析如下：甲图分析：A点无氧呼吸为矿质离子吸收提供能量。AB段表示在一定范围内，随O2增多，有氧呼吸加强，主动运输方式速率加快。BC段限制离子吸收速率的主要因素是载体数量。【友情提醒】当横轴表示细胞呼吸强度或ATP时，曲线应从原点开始。乙图分析：温度或pH主要通过影响细胞呼吸相关酶的活性从而影响矿质离子吸收速率。丙图分析：AB段，载体未饱和，随离子浓度增大，吸收速率加快。BC段，载体已饱和，限制因素主要
15、是载体的数量。CD段，离子浓度过高，根细胞渗透失水，影响了根细胞的正常代谢活动，离子吸收速率下降。【例6】科学家在研究细胞膜运输物质时发现有下列四种关系，分别用四种曲线表示：在研究具体的物质X时，发现与曲线和相符，试问：细胞膜运输物质X的方式是()AA主动运输B自由扩散 C胞吞和胞吐D无法判断【解析】解答本题时应先分析每一条曲线可表示哪种运输方式，再判断物质X的运输方式。曲线物质运输速度与物质浓度呈正相关，不受其他因素的影响，应为自由扩散。曲线在一定浓度范围内，随物质浓度升高运输速度加快，当达到一定浓度后，运输速度不再增加，说明这种运输需要载体，由于受载体数量的影响，运输速度存在最大值，故可表
16、示主动运输或协助扩散。曲线O2浓度的高低可影响细胞呼吸，进而影响能量的供应，该运输速度与O2浓度无关，说明这种运输方式不需要能量，应为被动运输。曲线运输速度与O2浓度有关，说明这种运输方式需要能量，应为主动运输。结合对上述曲线的分析，我们可以看出运输物质X的方式是主动运输。判断某种物质的运输方式，关键应抓住：(1)分析被运输的物质是否通过细胞膜；(2)明确被运输物质微粒的性质(大分子、小分子、离子)；(3)分析物质通过细胞膜的运输方向，是否需要载体协助，是否需要消耗能量。一、理论归纳1概述自身对照指实验与对照在同一对象上进行，不另设对照组。实验操作前的对象为对照组，实验操作后的对象则为实验组。
17、对比实验操作前后现象变化的差异而得出实验结论。2典例分析植物细胞的质壁分离与复原实验：(1)实验对象：同一个成熟的植物细胞。(2)在这一实验中有两次对照，具体分析如下：3注意事项(1)实验材料在实验过程中必须保持一定的生理活性。(2)实验操作要有一定的范围，如处理活细胞时所用溶液浓度要适宜。(3)持续观察记录实验操作前、后的实验对象状况，控制好观察时间。二、演练下图A为两个渗透装置，溶液a、b为不等浓度的同种溶液，液体c为清水；图B为显微镜下观察到的紫色洋葱表皮细胞。请回答：(1)一个成熟的植物细胞可看作一个封闭的渗透系统，因为图B中的相当于图A中的2，图B细胞此时所处的生理状态是。(2)图B
18、细胞是高度分化的细胞，已丧失分裂能力，要使其恢复分裂能力，首先要进行处理，再进行 处理。原生质层质壁分离状态离体脱分化(或去分化)(3)根据所学知识，在坐标图中用曲线表示实验过程中装置1、装置2的液面高度变化趋势(两个渗透装置的起始液面高度为0，且a溶液浓度b溶液浓度)(如图所示)【解析】2是半透膜，植物细胞的原生质层相当于半透膜。高度分化的细胞丧失分裂能力，要使其恢复分裂能力，可借助于植物组织培养的方法。1.(2011新课标)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低温时红细胞膜流动性增大C【解析】细
19、胞膜的基本支架是磷脂双分子层，水分子可以通过自由扩散进出细胞。把细胞放到蒸馏水中，细胞液浓度高于外界溶液浓度，导致大量水分子进入细胞，细胞破裂，选项C正确。低温下细胞膜的流动性减小，选项D错误。细胞破裂与细胞膜的水溶性无关，选项A错误。人的红细胞不具备中央大液泡，其他细胞器已经退化消失，选项B错误。2.(2011天津)将紫色洋葱鳞片叶表皮浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，1分钟后进行显微观察，结果见下图。下列叙述错误的是()AA图中L是细胞壁，M是液泡，N是细胞质B将视野中的细胞浸润在清水中，原生质体会逐渐复原C实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异D洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实
20、验的实验材料【解析】洋葱紫色的鳞片叶表皮细胞中有一个大而且呈紫色的液泡，当发生质壁分离时，液泡体积缩小，原生质层与细胞壁发生分离，M表示液泡，所以图示中的N表示的应是原生质层与细胞壁之间的部分，此处为外界溶液；发生质壁分离的细胞若处于清水中，外界水分将通过原生质层向液泡中渗透，原生质层(或原生质体)逐渐恢复原来的状态；成熟植物细胞的细胞壁是全透性的，而细胞膜是选择透过性的；由于洋葱根尖分生区细胞没有形成大液泡，同时颜色较浅，故不适合作为质壁分离及复原的实验材料。3.(2010浙江)为研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化，请根据以下提供的实验材料与用具，写出实验思路，设计记录实验结果及
21、原因分析的表格，并填入相应内容。材料与用具：兔红细胞稀释液、质量分数为1.5%的NaCl溶液、蒸馏水、试管、显微镜等。(要求：答题时对NaCl溶液的具体配制、待观察装片的具体制作不作要求)实验思路（1）配制一系列质量分数由0到1.5%的NaCl溶液，分别等量加入各支试管中 。向上述各支试管中分别加入等量的兔红细胞稀释液，放置一定时间。取兔红细胞稀释液和上述试管中的红细胞稀释液制作装片，用显微镜观察并比较红细胞形态的变化。(2)设计一张表格，并将预期实验结果及原因分析填入该表中。不同浓度NaCl溶液对兔红细胞形态的影响【解析】本题考查实验设计能力。本实验目的是研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中
22、的形态，因此考生在写实验思路时应注意要观察不同浓度NaCl溶液中细胞的形态，题中信息提示NaCl溶液的配制不作要求，那么就没有必要再去做相关描述。4.浸入1 mol/L KNO3溶液中的洋葱表皮细胞，会发生质壁分离和质壁分离复原的现象。在此过程中，物质出入细胞的方式先后有()A主动运输和自由扩散B自由扩散和主动运输C自由扩散、协助扩散、主动运输D自由扩散、主动运输、自由扩散D【解析】洋葱表皮细胞浸入1 mol/L的KNO3溶液中，会先发生质壁分离，此过程中水分子以渗出细胞为主自由扩散；后来K和NO进入细胞主动运输，质壁分离复原，此过程水分子又以进入细胞为主自由扩散。5.以紫色洋葱鳞茎表皮为材料
23、观察植物细胞质壁分离现象，下列叙述错误的是()A在发生质壁分离的细胞中能观察到紫色中央液泡逐渐缩小B滴加30%的蔗糖溶液比10%的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短C发生质壁分离的细胞放入清水中又复原，说明细胞保持活性D用高浓度的NaCl溶液代替蔗糖溶液不能引起细胞质壁分离D【解析】用高浓度的NaCl溶液代替蔗糖溶液，能引起质壁分离，但质壁分离不能复原。6.在培养玉米的溶液中加入某种负离子，结果发现玉米根细胞在吸收该种负离子的同时，对Cl的主动吸收减少，而对K的主动吸收并没有影响，原因是()A该种负离子妨碍了能量的生成B该种负离子抑制了主动运输C该种负离子抑制了细胞呼吸D该种负离子载体和Cl的
24、相同D【解析】运输K和Cl的载体是不同的，加入某种负离子后，细胞吸收Cl减少了，而对K无影响，说明运输Cl和运输该种负离子的载体是相同的。7.下图为物质出入细胞膜的示意图，请据图回答：(1)动物细胞吸水膨胀时B的厚度变小，这说明B具有 一定的流动性。(2)在ae的五种过程中，代表被动运输的是 b、c、d，表示主动运输的是 a、e。(3)维生素D进入小肠上皮细胞应是图中编号 b；葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞的过程是图中编号 a。(4)若此为神经细胞膜，则当其受刺激后发生兴奋时，Na的流动过程是编号 c。(5)若此为海洋鱼类细胞的细胞膜，则细胞向海水中排出Na的过程应为ae中的 e。(6)上述ae
25、运输方式中，哪一种加入呼吸抑制剂后会发生变化？为什么？a、e。因为主动运输消耗细胞代谢产生的能量。【解析】(1)细胞膜中的磷脂双分子层具有流动性的特点。(2)被动运输的特点一般是从高浓度到低浓度，主动运输一般从低浓度到高浓度，根据这几个图形中离子的多少以及是否供给能量，就能识别出来。(3)维生素D进入小肠上皮细胞是自由扩散的方式，不需要载体和能量。葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞，是主动运输的方式，注意是进入的只有a。(4)当神经兴奋后可使肌膜产生以Na内流为基础的动作电位。Na内流经过的是Na通道。【解析】(5)若此为海洋鱼类细胞的细胞膜，则细胞向海水中排出Na的过程应为e，此时Na的排出属于主动运输，需要能量和载体。(6)加入呼吸抑制剂会让呼吸作用减弱，产生的能量少，需要能量的过程受到影响。
