1、第3讲物质跨膜运输的实例和方式知识体系定内容核心素养定能力生命观念通过归纳记忆常见物质运输方式的实例和判断方法，建立起生命结构与功能相统一的观点理性思维通过分析影响渗透作用和物质跨膜运输的因素，培养利用逻辑思维分析问题的能力科学探究通过“观察植物细胞质壁分离与复原”和“探究物质跨膜运输的方式”的实验，掌握探究性实验设计的一般程序社会责任通过对渗透作用和质壁分离应用等有关问题分析，养成学以致用，关注生产生活实际的习惯考点一细胞的吸水和失水1渗透作用(1)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。(2)常见渗透装置图分析水分的流动判断：当溶液浓度S1S2时，水分就通过半透
2、膜由S2流向S1；当溶液浓度S1S2。因为液面高的一侧形成的净水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。2动物细胞的吸水和失水(1)原理(2)现象3成熟植物细胞的吸水和失水(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”“S2S1(3)升高降低先升高，后下降先下降，再升高，最后稳定在一定高度(人教版必修1 P63“资料分析”拓展)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，结果如图所示，据图分析：请解释水稻培养液中Mg2、Ca2浓度升高的原因？_答案：水稻吸收水分的量多于吸收Mg2、Ca2的量。题组一渗透作用现象1(2020临沂模
3、拟)如图1所示的甲、乙、丙三个渗透装置中，三个漏斗颈的内径相等，漏斗内盛有浓度相同的蔗糖溶液，且漏斗内液面高度相同，漏斗底部均封以半透膜，置于同一个水槽的清水中。三个渗透装置半透膜的面积和所盛蔗糖溶液的体积如下表所示。图2中曲线表示漏斗液面高度随时间的变化情况。则曲线与甲、乙、丙三个装置的对应关系应是()装置编号甲乙丙半透膜面积SS/2S蔗糖溶液体积TT2TA丙；甲；乙 B乙；甲；丙C甲；乙；一丙 D丙；乙；甲A丙的体积最大，吸水的量最大，漏斗液面高度最高，相对应的是图2中曲线；甲、乙的体积相等，但是甲漏斗口的半透膜面积比乙的大，吸水的速度快，故甲漏斗液面高度变化要比乙的快些，对应图2中曲线。
4、2如图为渗透作用实验，开始时如图1，a代表清水，b、c代表蔗糖溶液(蔗糖不能透过半透膜)，过一段时间后结果如图2，漏斗管内的液面不再发生变化，H1、H2表示漏斗管内液面与清水的高度差。下列说法错误的是()A图1中b的浓度大于c的浓度B图2中b的浓度等于c的浓度C图1 a中水分子扩散到b的速率大于a中水分子扩散到c的速率D图2 a中水分子扩散到b的速率等于b中水分子扩散到a的速率B图2漏斗中的液面不再变化，处于平衡状态，H1高于H2，所以图2中b的浓度大于c的浓度。有关渗透作用的“4”个易错点(1)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压，如质量分数为10%葡萄糖溶液和质量分
5、数为10%蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(2)水分子的移动方向是双向移动，但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。 (3)渗透平衡浓度相等。渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。(4)只有活的、成熟的植物细胞才能发生质壁分离和复原。 题组二细胞的吸水和失水3下图曲线表示完全相同的两个植物细胞分别放置在a、b溶液中，细胞失水量的变化情况。相关叙述错误的是()A该实验可选取菠菜的叶肉细胞来进行B6 min时取出两个细胞用显微镜观察，均可看到
6、质壁分离状态C若b溶液的浓度稍增大，则曲线中B点右移D两条曲线的差异是由于a、b溶液浓度不同导致D由图分析可知细胞在a溶液中失水量逐渐增加，说明细胞发生质壁分离。细胞在b溶液中失水量先逐渐增加，然后开始吸水，且吸水量逐渐增大，说明细胞发生质壁分离后又复原。能发生质壁分离的细胞是成熟植物的活细胞，A项正确；6 min时两个植物细胞都处于发生质壁分离的状态，只是植物细胞在b溶液中再发生质壁分离的复原，B项正确；如果b溶液的浓度稍增大，则质壁分离后复原的时间需要变长即B点右移，C项正确；两条曲线的差异不仅是因为两种溶液浓度的不同，b溶液中的溶质可通过主动运输进入植物细胞，使b溶液中的植物细胞可以发生
7、质壁分离后的自动复原，D项错误。4图甲是人的红细胞长时间处在不同浓度的NaCl溶液中，红细胞的体积(V)与初始体积(V0)之比的变化曲线；图乙是某植物细胞在一定浓度的NaCl溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析正确的是()A从图甲可见250(mmolL1)NaCl溶液不影响人红细胞的代谢B图乙中植物细胞体积的变化是先减小后增大C图乙中A点细胞失水量最大，此时细胞吸水能力最小D人红细胞长时间处在300(mmolL1)NaCl溶液中可能死亡，图乙中的处理时间内细胞一直有生物活性D图甲中，250(mmolL1)NaCl溶液中红细胞体积与初始体积之比小于1，说明人红细胞失水皱缩了，会影响人红细胞的代谢
8、，A错误；植物细胞由于细胞壁的存在，细胞体积几乎不变，B错误；图乙中，A点细胞失水量最大，细胞液浓度最大，此时细胞吸水能力最强，C错误。细胞吸水、失水的判断(1)通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断。当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水。当细胞外溶液与细胞液的浓度相等时，细胞失水量和吸水量相等，处于动态平衡。(2)根据重量或长度变化(或萝卜条)来判定。若重量增加或长度变化，则吸水；反之则失水。 题组三与渗透作用有关的实验探究5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
9、，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(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，0.3 g/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
10、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渗透方向及浓度大小的判断(1)判断溶剂渗透的总方向若半透膜两侧是同种溶液，根据质量浓度或物质的量浓度判定。若半透膜两侧是不同的溶液，物质的量浓
11、度才能体现溶质或溶剂分子数的多少，如半透膜两侧为质量分数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，水分子由蔗糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散)。(2)判断半透膜两侧溶液浓度大小若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，液面差越大，浓度差就越大，且液面高的一侧溶液浓度高。 考点二物质跨膜运输方式及影响因素1物质出入细胞的方式连线提示：bcad2影响物质跨膜运输因素的分析(1)浓度差对物质跨膜运输的影响：浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继
12、续增加，原因是受载体数量的限制。(2)载体数量对跨膜运输的影响：载体蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，载体蛋白数量越多，运输速率越大。自由扩散不受载体蛋白数量的影响。(3)氧气含量对跨膜运输的影响：通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。P点时，无氧呼吸为离子的吸收提供能量。PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率也越大。Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他的限制因素运输速率不再增加。(4)温度：物质出入细胞的方式跨膜运输三类型，自由、协助和主动，自由、协助高到低，主动运输逆着行，胞吞、胞吐非跨膜，不需载体需耗能，大分子颗粒
13、来进出，依靠膜的流动性。 1判断下列叙述的正误(1)给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象(2018全国卷，T3D)()(2)二氧化碳能通过自由扩散的方式通过细胞膜()(2018北京卷，T1B改编)(3)植物细胞通过主动运输吸收不同矿质离子的速率都相同()(4)植物主动运输矿质离子的过程只发生在活细胞中()(5)低温不影响矿质离子的吸收速率()(6)血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞属于自由扩散()(7)氢离子可以通过扩散作用进入液泡内()2判断物质进出细胞的方式(均填序号)A水BO2、CO2C红细胞吸收葡萄糖D甘油、脂肪酸、性激素、乙醇等脂溶性物质E小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖F无机
14、盐、葡萄糖等逆浓度进出细胞G神经细胞静息状态下K外流和兴奋时Na内流H人红细胞吸收K排出NaI胰岛B细胞分泌胰岛素L神经细胞分泌神经递质K吞噬细胞吞噬抗原以上属于自由扩散的是_。以上属于协助扩散的是_。以上属于主动运输的是 _。以上属于胞吞的是_，属于胞吐的是_。答案：A、B、DC、GE、F、HKI、J(人教版必修1 P72旁栏思考题拓展)免疫细胞行使免疫功能时，会涉及胞吞和胞吐两种方式，这两种方式的共同点是什么？_答案：能运输生物大分子等；运输过程中形成囊泡；需要消耗能量。1(人教版必修1 P73“与社会联系”)囊性纤维病是细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na和Cl的跨膜运输，这一事例说明这
15、种结构蛋白属于细胞膜上的_，也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上_来实现的。2(人教版必修1 P74“科学前沿”拓展)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。请思考离子通道蛋白与载体蛋白的异同。_答案：1.载体蛋白载体蛋白的种类和数量2离子通道蛋白和载体蛋白的异同相同点：化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能。不同点：(1)通道蛋白参与的只是被动运输，在运输过程中并不与被运输的分子结合，也不会移动，并且是从高浓度向低浓度运输，所以运输时不消耗能量。(2)载体蛋白参与的有主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子结合，并且会移
16、动，在主动运输过程中由低浓度侧向高浓度运输，且消耗能量；在协助扩散过程中，由高浓度侧向低浓度侧运动，不消耗能量。1物质跨膜运输方式图解2影响跨膜运输的因素(1)物质浓度由于自由扩散不需要载体蛋白和能量，所以物质运输速率与物质浓度成正比。由于协助扩散和主动运输需要载体蛋白，所以当所有的载体蛋白都被利用了之后，物质的运输速率将达到最大(P点)，此时限制物质运输速率的因素主要是载体蛋白的数量。(2)氧气浓度(红细胞的主动运输与O2无关)Q点时：无氧呼吸为物质的吸收提供能量。QP段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率越大。Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其
17、他限制因素的影响，运输速率不再增加。(3)温度3探究物质跨膜运输方式的实验设计(1)探究是主动运输还是被动运输(2)探究是自由扩散还是协助扩散题组一物质跨膜运输方式、特点1将某活组织放入适宜的完全营养液中，置于适宜的条件下培养。培养液中甲、乙两种离子的浓度保持相等且恒定，定期测定细胞中两种离子的含量，得到如图所示曲线。下列叙述正确的是()A该组织细胞吸收甲、乙两种离子的方式分别是自由扩散和主动运输B该组织细胞运输离子甲的载体蛋白数量比运输离子乙的载体蛋白数量多C两种离子均只能从高浓度的一侧运输到低浓度的一侧D曲线mn段和ab段说明细胞呼吸产生的能量不足，抑制了细胞的吸收B根据虚线上方的曲线分析
18、可知，当细胞内浓度大于细胞外浓度时，甲、乙两种离子均可逆浓度梯度进行，所以均为主动运输；mn段和ab段不再上升，说明离子的吸收速率与消耗速率平衡。物质出入细胞曲线题的解题关键(1)分析此类曲线题时，要注意区分横坐标表示的意义，曲线横坐标不同，表示的物质运输方式不完全相同。(2)解答此类问题时，要明确自由扩散，协助扩散和主动运输三种跨膜运输方式的区别和联系，主要从是否需要能量和载体蛋白两个方面考虑。 2(2020山西康杰中学月考)下图是物质进出细胞方式的概念图。下列分析正确的是 ()A方式表示协助扩散B、两种方式的共同特点是都需要载体C、两种方式都与细胞膜的流动性有关D质壁分离实验中蔗糖进入细胞
19、的方式为C图中是主动运输，A错误；是被动运输，是自由扩散或协助扩散，共同点是都不需要能量，B错误；是胞吞或胞吐，与膜的流动性有关，C正确；质壁分离实验中，蔗糖分子不能进入细胞中，D错误。3如图为细胞膜部分结构与功能的示意图。依据此图做出的判断错误的是()A细胞膜上的钠钾泵同时具有运输和催化的功能BK通过K通道的外流最终导致细胞内外K浓度相等C膜两侧K、Na浓度差依靠钠钾泵和脂双层共同维持D细胞内K外流和细胞外Na内流的过程不消耗ATPB图中的钠钾泵可同时吸收2个K、排出3个Na，还可催化ATP水解过程；细胞内的K浓度高于细胞外，因此K通过K通道的外流应属于协助扩散，K的外流导致膜两侧存在电位差
20、(参考神经细胞)，即内负外正，而膜外的正电位排斥K(阳离子)的扩散，最终膜两侧的K仍存在浓度差，即细胞内的K浓度高于细胞外；K、Na通过钠钾泵(主动运输)的运输产生并维持细胞内外的浓度差，且无机盐离子是不能自由通过脂双层的；由图可知，K通过K通道外流和细胞外Na内流的运输方式都为协助扩散，不需要消耗ATP。明辨物质运输的三个“不一定”(1)小分子物质的运输方式不一定都是跨膜运输，如神经递质的释放是胞吐作用。(2)生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。(3)消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。 题组二物质跨膜运输方式及影响因素
21、4(2020河北邯郸月考)用呼吸抑制剂处理哺乳动物成熟的红细胞，下图表示物质吸收量变化正确的是()BC项和D项中物质的运输方式是自由扩散，不需要ATP，所以与呼吸强度无关。A项中葡萄糖的运输方式是协助扩散，也不需要消耗ATP，所以也与呼吸强度无关。B项中两种物质的运输方式都是主动运输，需要消耗ATP，所以当用呼吸抑制剂处理后，它们的运输量会受到影响，故B项正确。5(2019湖南长沙二模)某细胞对氨基酸、钠离子、葡萄糖和氧气的吸收方式的比较结果，如下图所示，其中质膜内外浓度情况未标出。已知质膜上的“、”为载体蛋白，氨基酸以主动运输的方式进入该细胞。下列相关描述，不正确的是()A同一载体蛋白运输的
22、物质可能不止一种B葡萄糖进入该细胞的方式为主动运输C氧气进入该细胞不需要载体，也不消耗能量D氨基酸可逆浓度进入该细胞且不消耗能量D图中氨基酸和钠离子共用同一载体进入细胞，A正确；葡萄糖进入该细胞需要消耗能量和载体，所以葡萄糖进入该细胞的方式为主动运输，B正确；氧气跨膜运输的方式为自由扩散，所以氧气进入该细胞不需要载体，也不消耗能量，C正确；由题干信息知氨基酸进入该细胞的方式为主动运输，主动运输逆浓度进行，且需要消耗能量，D错误。“三看法”判断物质出入细胞的方式注：有些小分子物质也是通过胞吞胞吐方式运输的，如神经递质。 6下图表示细胞膜的结构和物质进出细胞的方式，下列说法错误的是()图2A与图2
23、中曲线相符的过程是图1中的过程dBA物质决定着不同生物膜的功能差异C在图1中，e可以代表细胞分泌Na的过程D甘油、氧气进入细胞的方式是bA图2中曲线与浓度差没有关系显示该物质可以逆浓度梯度运输，应为主动运输，图1中a、e均为主动运输，d为协助扩散。考点三实验：观察植物细胞的质壁分离和复原实验原理(1)成熟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)原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大得多。实验步骤实验关键细胞质壁分离及复原的有关问题(1)实验材料的选择：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
24、象。(2)实验试剂的使用：使用浓度过高的蔗糖溶液(如0.5 g/mL)，质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，使细胞因过度失水而死亡。使用质量浓度为1 molL1的KNO3溶液，因为K和NO可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离，后又自动复原。(尿素、甘油、乙二醇等溶液的现象同上)(3)发生质壁分离时在细胞壁和细胞膜之间充满的是外界溶液，原因是细胞壁具有全透性。(4)质壁分离与复原过程中水分子移动均是双向的，总结果是单向的。(5)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。拓展应用(1)判断成熟植物细胞的死活：待测成
25、熟植物细胞较高浓度的蔗糖溶液(2)测定细胞液的浓度范围：待测细胞一系列梯度浓度的蔗糖溶液细胞液浓度介于未使细胞发生质壁分离和刚刚使细胞发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度：不同植物细胞同一适宜浓度的蔗糖溶液比较刚刚发生质壁分离所需时间判断比较细胞液浓度(即所需时间越短，细胞液浓度越小)。(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)：1(2020湖南长沙调研)下列有关“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验操作，叙述正确的是()A在步骤C中只需滴加1滴的蔗糖溶液B整个实验现象的观察应维持在低倍镜下C步骤A具体操作过程为“解离染色漂洗制片”D步骤F观察实验结果
26、和步骤D相比，液泡颜色变深B在步骤C引流操作中需滴加多滴蔗糖溶液，用吸水纸在对侧吸引，A错误；步骤A制片时不需要进行解离，C错误；质壁分离复原的细胞液泡吸水，颜色变浅，D错误。2将若干生理状况基本相同，长度为4 cm的鲜萝卜条分为四组，分别置于清水(对照组)和浓度相同的三种溶液中(实验组)，尿素溶液、KNO3溶液和蔗糖溶液分别编号为1、2、3组。测量每组萝卜条的平均长度，结果如图所示。据图分析，下列叙述正确的是()A实验组中都发生了质壁分离和复原现象B对照组中水分子在前15 min进入了细胞，15 min之后不再进入C1组中的尿素分子和2组中的K、NO都进入了细胞，但进入的方式不同D3组中，如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条就会一直缩短C蔗糖溶液中，细胞只能发生质壁分离，A错误；对照组中在前15 min水分子进入细胞的数多于出细胞的数，15 min之后水分子进出细胞处于动态平衡，B错误；1组中的尿素分子和2组中的K、NO都进入了细胞，尿素的运输方式是自由扩散，而K、NO进入细胞的方式是主动运输，C正确；3组中，如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条就会缩短，但由于细胞壁的支持作用，萝卜条不可能无限缩短，D错误。