1、第 4 章 物质的输入和输出最新考纲提示命题热点预测1.物质出入细胞的方式()2.通过模拟实验探究膜的通透性(实验)3.观察植物细胞的质壁分离和复原(实验)1.生物膜选择透过性的实验验证和分析2.细胞质壁分离和复原的探究过程及实验结果分析3.物质跨膜运输方式的探究、判断与应用4.生物膜的结构组成及结构特点和生理特性 第 1 节 物质跨膜运输的实例基础自主梳理 一、细胞的吸水和失水1.原理:渗透作用水分子(或者其他溶剂分子)通过半透膜,从低浓度一侧向高浓度一侧扩散的现象。具有半透膜。半透膜两侧的溶液具有浓度差。基础自主梳理 2.动、植物细胞的吸水和失水(1)结构基础基础自主梳理(2)吸水、失水的
2、条件外界溶液浓度 细胞液浓度(植物)细胞质浓度(动物)细胞失水,反之细胞吸水。(3)植物细胞质壁分离的现象与原因现象:原生质层与细胞壁分离。外因:外界溶液浓度细胞液浓度,导致细胞失水。内因:原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。基础自主梳理 二、物质跨膜运输的其他实例1.对无机盐的吸收实例(1)水稻和番茄 不同植物对同一离子的吸收量不同同一植物对不同离子的吸收量不同(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以逆浓度梯度从血液中吸收碘。(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。2.生物膜的功能特性选择透过性(1)可以让水分子自由通过。(2)细胞需要的离子、小分子也可通过。(3)其他离子、小分子和大分
3、子不能通过。基础自主梳理 三、探究植物细胞的吸水和失水1.质壁分离和复原实验流程基础自主梳理 2.三次观察的实验现象 观察次数观察现象中央液泡原生质层位置第一次有一个紫色的中央液泡原生质层紧贴细胞壁第二次中央液泡逐渐变小(紫色加深)原生质层与细胞壁逐渐分离第三次中央液泡逐渐变大(紫色变浅)原生质层逐渐贴近细胞壁如果该实验中的蔗糖溶液浓度过高,会不会出现质壁分离及复原的现象?为什么?提示:会出现质壁分离现象,因为细胞会失水。但不会出现质壁分离复原的现象,因为外界溶液浓度过高,细胞失水过度导致细胞死亡。基础自主梳理 1.将人体口腔上皮细胞转移至不同浓度(、)的三种盐溶液中,结果如图所示。这三种溶液
4、的浓度是()A.B.C.D.AB。()(2)假如三个细胞是由于处于不同浓度的溶液中所致,则 A 图与 B 图细胞所处的外界溶液浓度是 BA。()(3)用显微镜观察一个细胞的质壁分离复原过程,该过程的顺序是如上图所示的 BAC。()(4)A 细胞可能正在发生质壁分离复原。()答案:(1)(2)(3)(4)要点归纳探究 渗透系统的组成及原理分析1.渗透系统的组成条件如图所示,作为一个渗透系统,必须同时具备以下两个条件:要点一要点归纳探究 种类：可以是生物性的选择透过性膜，也可(1)具有半透膜以是物理性的过滤膜特性：允许水分子及小分子通过，不允许蔗糖等大分子通过(2)半透膜两侧为溶液体系(S1、S2
5、),且两侧溶液具有浓度差。当渗透装置达到平衡后,虽然存在液面差h,但是S1 溶液浓度仍不等于S2 溶液浓度,且h 的高低决定于起始 S1 与 S2 的浓度差。要点归纳探究 2.渗透作用模型和植物细胞的图例比较3.渗透作用的发生特点(1)水分子总是由溶液浓度低的部位向浓度高的部位渗透。(2)半透膜两侧溶液浓度差是渗透作用发生的动力,既决定着渗透的方向,又决定着渗透的速度,即浓度差越大,渗透越快。要点归纳探究 4.渗透系统条件的实验验证要点归纳探究【典题例析】(2013江苏卷,27)右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,
6、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 。要点归纳探究(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
7、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)上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是 。要点归纳探究 解析:(1)从图中实验现象看出:漏斗内液面高于漏斗外液面,S1 产生的渗透压=S2 产生的渗透压+h 产生的压强,S1S2。(2)成熟的植物细胞有大液泡,原生质层相当于半透膜,在一定浓度的外界溶液中时,就相当于一个渗透装置。图中半透膜模拟的是
8、成熟植物细胞的原生质层。半透膜无选择性,小分子能通过,大分子不能通过,而原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质构成,细胞膜和液泡膜是生物膜,具有选择透过性,可对物质有选择地吸收、排出。要点归纳探究(3)蔗糖分子不能通过半透膜,K+、NO3-能通过半透膜,因此渗透平衡时出现液面差的装置是 X。为了区分两组不同实验,应先对两载玻片标号,再在载玻片中央分别滴加蒸馏水,制作洋葱鳞片叶临时装片。蔗糖溶液和KNO3 溶液的浓度都大于细胞液浓度,细胞失水,两者都能出现质壁分离现象。(4)细胞膜上有运载 K+和 NO3-的载体蛋白,K+和 NO3-能进入细胞导致细胞液浓度逐渐增大,当增大到大于 KNO3
9、 溶液浓度时,细胞开始吸水,发生质壁分离复原现象。最能体现两种膜功能差异的实验现象是 KNO3 溶液中的细胞质壁分离后会自动复原。要点归纳探究 答案:(1)S1S2(2)原生质层 原生质层能主动转运有关物质,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要点归纳探究 生物膜的选择透过性1.实例同一植物吸收不同离子不同植物吸收同种离子有差异植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性2.结构基础细胞膜上载体蛋白的种类和数量不同。要点二要点归纳探究 3.实验验证含不同无机盐离子的溶液+不同植物测定实验前培养液中各离子的初始浓度测定实验结束后各离子的浓度比较同
10、一植物吸收不同离子及不同植物吸收同一离子的情况得出结论要点归纳探究(1)植物吸收水分的方式是自由扩散,而对无机盐离子则以主动运输方式吸收,因此可以说植物对水分和无机盐的吸收是两个相对独立的过程。(2)作物栽培时,不同作物及同一作物的不同生长发育期对无机盐离子的需求不同,因此要合理施肥。要点归纳探究【典题例析】用完全培养液在两个相同的容器内分别培养水稻和番茄苗,假设两植物的吸水速率相同,一段时间后,测定培养液中各种离子与实验开始时各种离子浓度之比,如图所示:要点归纳探究 该实验的结果不能说明()A.植物根对水分子的吸收和对矿质元素的吸收是两种不同的跨膜运输方式B.与番茄相比,水稻对 SiO44-
11、需要量大,对 Ca2+需要量小C.不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量是不同的D.植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关答案试解:D 要点归纳探究 解析:从图中能看出,不同植物对不同的矿质离子的吸收量是不同的,一些离子的比例大于 100%,是因为吸水量大于吸收矿质离子的量,说明对水分的吸收和对矿质离子的吸收是不同的过程。对矿质离子的吸收量大小与相关载体的数量多少有关。从图中无法看出植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关。【规律方法】判断植物能否从土壤溶液中吸收某种无机盐,要看根毛细胞表面上有无相关的载体(吸收无机盐的载体具有特异性,即不同的无机盐由不同的载体运输),而判断吸收某
12、种无机盐的量的多少,要看根毛细胞表面上的载体数量的多少,吸收量与载体数量成正比(前提是能量供应充足)。实验专项探究 植物细胞质壁分离与复原实验分析及应用1.实验分析(1)实验选材选用的植物细胞要有中央大液泡,质壁分离及复原现象明显。细菌细胞也能发生质壁分离,但现象不明显。动物细胞没有细胞壁,不发生质壁分离现象。实验专项探究(2)实验试剂的使用若使用浓度过高的蔗糖溶液,则质壁分离现象明显,但不能复原,因为溶液浓度过高,细胞过度失水而死亡。若使用质量浓度为 1 molL-1 的 KNO3 溶液,因为 K+和 NO3-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。若使用质量浓度
13、为 1 molL-1 的醋酸溶液,则不发生质壁分离及复原现象。因为醋酸能杀死细胞,使原生质层失去选择透过性。(3)操作注意事项:观察细胞质壁分离状态时,时间不要过长,以免细胞因长期处于失水状态而死亡,影响复原现象的观察。实验专项探究 2.植物细胞质壁分离与复原实验的拓展应用(1)判断细胞的死活待测细胞+一定浓度的蔗糖溶液 发生质壁分离和质壁分离复原活细胞不发生质壁分离死细胞实验专项探究(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范围等于刚刚不发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围。(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刚发生质壁分
14、离时所需时间比较判断细胞液浓度(刚发生质壁分离所需时间越短,细胞液浓度越小)。(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)。实验专项探究【对点训练】(2014江苏卷)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(如下图所示)。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
15、，通常可以省略第一次显微观察步骤实验专项探究 解析：本实验的三次观察对象分别是观察正常状态的植物细胞、质壁分离状态的植物细胞和质壁分离复原的细胞。第一次观察时容易看到紫色大液泡，不能看到无色细胞质基质区域，故 A 选项错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处，故 B 选项正确；吸水纸的主要作用是吸引液体在盖玻片下移动，使植物细胞完全浸在液体中，故 C选项错误；不可以省略第一次显微观察步骤，这一步的观察现象要作为对照，故 D 选项错误。答案：B拓展:本实验中的质壁分离后的复原是人工复原,而在一定浓度的KNO3 溶液、尿素、甘油、乙二醇等溶液中会发生先质壁分离后自动复原的现象。
16、速效提升训练 1.(2014全国新课标卷)将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为 a、b、c、d、e 和 f 组(每组的细条数相等)，取上述 6 组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则()A.实验后，a组液泡中的溶质浓度比b组的高 B.浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组的 C.a组细胞放在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b组 D.使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.40.5 molL-1之间解析：纵坐标是实验前的长度/实验后的长度，比值为 1 时，细胞既不吸水也不失水，比值小于 1 时，
17、细胞吸水越多，比值越小，比值大于 1 时，细胞失水越多，比值越大，所以abc 三组吸水且吸水程度 abc，def 三组失水且失水程度fed。由分析可知，a 组细胞吸水比 b 组多，所以实验后a 组液泡中的溶质浓度低于b 组，故 A 错误；f 组细胞失水，b 组细胞吸水，故 B 错误；水进出细胞的方式是自由扩散，不消耗能量，故 C 错误；cd 两组之间存在比值为 1 的数值，此时浓度为 0.40.5 molL-1之间，故 D 正确。答案：D速效提升训练 2.在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如图。若将处于 b 浓度溶液中的萝卜条移入 a 浓度溶液中，则该萝卜条的质量将()
18、A.不变B.增大C.减小D.先增后减解析：将萝卜条从 b 溶液移到 a 溶液，细胞会吸水，质量增大。答案：B速效提升训练 3.紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离后,在显微镜下观察到()解析:发生质壁分离后,紫色会因色素浓度的增大而加深。色素位于液泡中,细胞核位于液泡外。答案:C速效提升训练 4.以紫色洋葱鳞茎表皮为材料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 0.3 g/mL 的蔗糖溶液比0.1 g/mL 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后复原，说明细胞保持活性D.用高浓度的 NaCl 溶液代替蔗糖
19、溶液不能引起细胞质壁分离解析：有大液泡的植物细胞在高浓度的外界溶液中均可发生质壁分离。答案：D速效提升训练 5.（2015海南卷）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 速效提升训练 解析
20、：成熟的植物细胞是一个渗透系统，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水发生质壁分离现象，反之发生吸水膨胀现象，两者浓度相等时，吸水量与失水量相等，水分进出达到平衡状态；分析实验结果可知，实验过程中，甲吸水、乙水分进出平衡、丙失水，所以实验前甲的浓度乙的浓度丙的浓度，A错误；乙的浓度不变是因为细胞液浓度与乙的浓度相等，水分进出平衡，B错误；实验中，细胞与蔗糖溶液间的水分移动属于自由扩散，C错误；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，D正确。答案：D 速效提升训练 6.某实验小组要对“低温是否会影响渗透作用”进行探究，假如你是实验小组的成员，请分析回答下列问题：(1)材料用具：1
21、 000 mL烧杯，带刻度的长颈漏斗、新鲜的猪膀胱膜、蒸馏水、蔗糖溶液、水浴锅、冰块等。请在下面的方框中画出一组装置示意图：速效提升训练(2)实验步骤：组装渗透装置两套，分别编号为1、2。在两组烧杯中分别加入，在长颈漏斗中分别加入，保持管内外液面高度相等。对两组装置进行不同处理：1组用加热至37，2组的烧杯外加降温。两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗的液面刻度变化。(3)分析回答本实验是通过测定水分子通过膜的扩散，即作用速率来进行探究。此实验的自变量是；为了直观地表示相对速率，用作为因变量。速效提升训练 实验结果 实验结论 若1组漏斗液面比2组高1组漏斗液面比2组高 _ _ 低温会影响渗透作用且使渗透速率加快 _ _(4)预测实验结果及结论速效提升训练 解析：实验中的自变量就是我们要研究的实验因子，该实验的目的是探究低温是否会影响渗透作用，因此渗透系统所处的不同温度环境就是该实验的自变量。随自变量而变化的变量为因变量，漏斗液面高度会因渗透系统所处的不同温度环境的变化而变化。答案：(1)(2)等量的蒸馏水 等量同一浓度的蔗糖溶液水浴锅冰块(3)渗透渗透系统所处的不同温度环境漏斗液面高度的变化(4)低温会影响渗透作用，且使渗透速率减慢若1组漏斗液面比2组低若1、2两组漏斗的液面高度相同低温不会影响渗透作用