1、 第1节物质跨膜运输的实例学习目标1.阐述渗透现象的原理及条件。2.说出动物细胞吸水和失水的条件。3.探究植物细胞吸水和失水的条件。知识点一渗透作用知识梳理1.渗透作用的原理(1)漏斗管内液面上升的原因：单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。(2)纱布代替玻璃纸，液面不会上升的原因：纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过。(3)清水换成同样浓度的蔗糖溶液，液面不会上升的原因：半透膜两侧浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数等于渗出的水分子数。2渗透作用发生的条件(1)具有半透膜。(2)半透膜两侧溶液具有浓度差。1.发生渗透作用的液面高度差H会不
2、会一直升高，为什么？提示：不会。长颈漏斗中的液面升高时，液体产生的静水压也会随之变大，当静水压增大到和渗透压相等时(二者的方向相反，静水压向外、渗透压向内)，通过半透膜进出长颈漏斗的水分子数相等，因此，液面就不再升高了。2当液面不再升高时，长颈漏斗内外液体的浓度相等吗？提示：不相等。当水分子进出达到动态平衡时，长颈漏斗中溶液浓度仍高于烧杯中的液体浓度。3扩散和渗透的区别与联系？提示：扩散是指某物质从浓度高的地方向浓度低的地方移动的过程；渗透是水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。渗透需要半透膜，是扩散的一种特殊形式。4实验探究：温度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
3、计检验该假设的实验方案。提示：温度高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率，设计渗透装置三组，分别在烧杯外水浴加热、加冰、不作处理，记录相同时间内的液面变化情况(或相同液面变化所需时间)。典题分析题型一渗透作用原理分析例1某同学设计了图中所示用于检测渗透作用的实验装置，实验开始时长颈漏斗内外液面平齐，记作零界面，实验开始后，长颈漏斗内部液面的变化趋势为()解题分析装置中蔗糖溶液浓度较高，由于蔗糖分子不能通过膀胱膜，从漏斗中流出的水分子多于进入漏斗中的水分子，液面逐渐下降，直至达到动态平衡，液面不再下降，所以曲线先下降，后趋于稳定。答案A例2把体积与质量浓度相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液用半透膜(允
4、许水分子和葡萄糖分子通过，不允许蔗糖分子通过)隔开(如图)，一段时间后液面的情况是()A甲高于乙B乙高于甲C先甲高于乙，后乙高于甲D先甲低于乙，后乙低于甲解题分析在体积与质量浓度相同的情况下，因为葡萄糖是单糖，蔗糖是二糖，所以同样的体积内葡萄糖分子数目多于蔗糖分子数目，水分子整体表现为由乙向甲流动，导致甲侧液面升高；后又由于葡萄糖能通过半透膜而蔗糖不能，乙侧溶液浓度增大，水分子又流向乙侧，最终表现为乙侧液面高于甲侧液面。答案C题后归纳(1)水的运输特点：水分子通过半透膜的扩散都是双向进行的，但由低浓度溶液向高浓度溶液一侧扩散速度更快。(2)渗透平衡的实质：渗透平衡只意味着半透膜两侧的水分子移动
5、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。(3)溶液浓度：指的是物质的量浓度(单位体积中微粒的多少)，不是质量分数。知识点二细胞的吸水与失水知识梳理1.动物细胞的吸水和失水(1)条件半透膜：动物细胞的细胞膜相当于一层半透膜。浓度差：细胞质有一定浓度，与外界溶液能形成一定的浓度差。(2)现象当外界溶液的浓度细胞质的浓度，细胞失水皱缩。当外界溶液的浓度细胞质的浓度，细胞形态正常。2植物细胞的吸水和失水(1)条件半透膜：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。它具有选择透过性，相当于一层半透膜，伸缩性比细胞壁大。浓度差：成熟植物细胞内的液体环境主要指液泡里的细
6、胞液，液泡中的细胞液与外界溶液之间存在浓度差。(2)现象外界溶液浓度细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。外界溶液浓度细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。3探究植物细胞的吸水和失水(1)活动目标用显微镜观察植物细胞的质壁分离与复原。说明植物细胞发生渗透作用的原理。(2)实验原理(3)实验材料用具紫色洋葱鳞片叶的外表皮。原因：具有中央大液泡且具有颜色好观察。质量浓度为0.3_g/mL的蔗糖溶液、清水。刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜。(4)实验过程及实验结果(5)实验结论当细胞液浓度外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离的复原。1.发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质
7、层与细胞壁之间是何物质？提示：因为细胞壁是全透性的，所以发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。2实验选用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对实验有何影响？提示：选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离现象，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。3若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会出现什么现象？原因是什么？提示：若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会出现先发生质壁分离再自动复原的现象，因为外界物质会转移到细胞内而
8、引起细胞液浓度升高。4(实践应用)利用细胞失水和吸水的原理能科学解释浓度低的饮料可以补充体内水分，而高浓度饮料不能吗？提示：能。浓度低的饮料的浓度低于细胞质的浓度，水分会进入细胞补充体内的水分，高浓度饮料的浓度高于细胞质的浓度，水分会从细胞中流失，从而使人体缺水。5(实践应用)将新鲜的大蒜鳞茎蒜瓣放在蔗糖与食醋配制成的糖醋汁中，开始时蒜瓣出现萎缩，糖醋汁液面上升。两天后，糖醋汁液面下降，蒜瓣出现膨胀。品尝蒜瓣有酸甜的味道，说明糖醋腌制的大蒜细胞内既有蔗糖分子又有醋酸分子。请你应用所学的知识来分析产生这一现象的原因。提示：糖醋汁液面上升的原因是大蒜细胞在糖醋汁中失水，发生质壁分离；2 d后，糖醋
9、汁液面下降的原因是大蒜细胞因过度失水而死亡，细胞膜失去选择透过性，醋酸分子和蔗糖分子可以扩散进入大蒜细胞，从而使蒜瓣出现膨胀和具有酸甜味道。典题分析题型二植物细胞质壁分离和复原例3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状态。a、b表示该部位的溶液浓度，由此可推测()A可能ab，细胞渗透吸水Bab，渗透系统保持动态平衡Cab，细胞渗透失水D上述三种情况都有可能解题分析图中所示的状态可能正处于质壁分离过程中，可能已达到渗透平衡，还可能正处于复原中，因此，ab均有可能。答案D例4将同一植物细胞依次浸在蒸馏水、0.3 g/mL的蔗糖溶液和0.4 m
10、ol/L的KNO3溶液中，测得细胞的体积随时间的变化曲线如图所示，则曲线A、B、C分别代表细胞所处的溶液是()A蒸馏水、蔗糖溶液、KNO3溶液BKNO3溶液、蒸馏水、蔗糖溶液C蒸馏水、KNO3溶液、蔗糖溶液D蔗糖溶液、KNO3溶液、蒸馏水解题分析在上述几种溶液中，蒸馏水的浓度最低，远小于细胞液的浓度，细胞吸水膨胀，对应曲线A；在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，由于蔗糖是大分子，不会透过原生质层进入细胞中，蔗糖溶液浓度大于细胞液的浓度，细胞失水，发生质壁分离，对应曲线C；在0.4 mol/L的KNO3溶液中，开始时发生质壁分离，然后由于细胞吸收K和NO，使细胞液浓度增大，细胞吸水，发生质壁分离复原
11、，对应曲线B。答案C技法提升判断细胞是否发生质壁分离和复原的方法(1)从细胞角度分析死细胞、动物细胞不发生质壁分离。具有中央大液泡的成熟植物细胞能发生质壁分离。(2)从溶液角度分析若溶质分子不能穿膜，在一定浓度的该种溶液中细胞只发生质壁分离，不能自动复原。若溶质分子能穿膜，在一定浓度的该种溶液中，细胞先发生质壁分离，后自动复原，如一定浓度的KNO3溶液。在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离，但细胞会因过度失水而死亡，不再发生质壁分离复原。题型三质壁分离与复原实验的拓展应用例5假设三个细胞液浓度不同的细胞，放在某浓度的蔗糖溶液中出现如图所示状态，你认为这三个细胞在发生图示情况之前，其细胞液浓度的大小
12、关系是()A甲乙丙 B甲乙甲丙 D乙甲乙丙。答案A例6为探究植物A能否移植到甲地生长，某生物研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液的浓度，实验结果如下表。为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应()A0.15 mol/L B0.2 mol/LC0.15 mol/L D0.2 mol/L解题分析据表格分析：植物A细胞液介于没有质壁分离和刚分离之间的浓度，为0.150.20，故为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应0.15 mol/L，植物才能正常吸水，A正确。答案A知识拓展质壁分离与复原应用知识点三物质跨膜运输的其他实例知识梳理1.细胞对无机盐离子吸收的实例(1)科学
13、家做过这样的实验：准备好含Ca2、Mg2和SiO的培养液，将番茄和水稻分别放在上述培养液中培养。一段时间后，番茄培养液中的Ca2和Mg2浓度下降，水稻培养液中的Ca2和Mg2浓度增高。SiO的情况刚好相反：水稻吸收大量的SiO，而番茄几乎不吸收SiO。说明：不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异，同一种植物对不同种无机盐离子的吸收也有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性。水稻培养液里的Ca2和Mg2浓度增高，原因是水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2、Mg2的高。水稻培养液里的SiO浓度大大下降，说明水稻吸收了大量的SiO。(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞能吸收血液中的碘，但是人体甲状腺滤泡
14、上皮细胞中碘的含量明显高于血液中碘的含量。说明：物质的跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，有时可以逆相对含量梯度进行运输。(3)大肠杆菌和酵母菌等微生物体内的矿质元素含量不同，说明：不同微生物对离子的吸收表现出很大差异。2物质跨膜运输的特点(1)物质跨膜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。3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。在同一块田里连年种同一种作物会出现产量下降现象，试解释原因。提示：长期在同一块田里种植同一种作物，由于作物对离子的选择性吸收，
15、导致某些元素含量下降，影响作物生长，从而导致产量下降。典题分析题型四物质跨膜运输的其他实例分析例7用完全培养液在两个相同的容器内分别培养水稻和番茄幼苗，假设水稻和番茄幼苗的吸水速率相同，一段时间后，测定培养液中各种离子浓度与实验前之比如下图所示。该实验的结果不能说明()A完全培养液的浓度应该低于植物根毛细胞的细胞液浓度B与番茄相比，水稻对SiO需要量大C同一植物吸收不同离子的数量是不同的D植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关解题分析植物能够吸收水分，故完全培养液的浓度应该低于植物根毛细胞的细胞液浓度，A正确；据图分析，水稻吸收SiO多，吸收Ca2、Mg2少，而番茄吸收Ca2、Mg2相
16、对较多，吸收SiO相对较少，说明同一植物对不同离子的吸收量不同，不同植物对同一离子的吸收量也不同，这体现了植物对无机盐离子的吸收具有选择性，这与植物生命活动的需要有关，而与溶液中离子的浓度无关，B、C正确，D错误。答案D易错警示植物对水分和离子吸收的三点提醒(1)两个不同的过程：水分子通过细胞膜顺浓度梯度扩散，离子一般逆浓度梯度被吸收。(2)吸收离子时不一定吸水：在外界溶液浓度较大的情况下，植物吸收离子的同时会失水。(3)二者联系：无机盐溶解在水中才能被吸收，无机盐的吸收可以增加细胞液浓度，促进对水分的吸收。题型五正确区分半透膜、选择透过性膜和生物膜例8关于选择透过性膜和半透膜的关系，正确的说
17、法是()半透膜一定具有选择透过性具有选择透过性的一定是半透膜活的生物膜才具有选择透过性只有活的生物膜才是半透膜A BC D解题分析半透膜是指一些物质(一般是小分子物质)能透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，如水分子可以透过玻璃纸，而蔗糖分子则不能。选择透过性膜是指水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子、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的膜，并且只有活的细胞的生物膜才是选择透过性膜。因此，选择透过性膜是一种特殊的半透膜，反之则不然。答案C知识拓展半透膜、选择透过性膜及生物膜比较当堂检测查漏补缺巩固提升1下列现象不属于渗透作用的是()A水分子或其他溶剂分子通过原生质层B
18、水分子或其他溶剂分子通过细胞膜C蔗糖分子通过细胞壁D水分子或其他溶剂分子通过液泡膜答案C解析渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。细胞膜、液泡膜和原生质层都具有选择透过性，均属于选择透过性膜。细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，其结构通常呈网状，凡是溶解在水中的溶质分子都可以自由通过，具有全透性，不是半透膜，蔗糖分子也不是溶剂分子。2将人的口腔上皮细胞转移至三种不同浓度(，)的蔗糖溶液中，结果在中口腔上皮细胞形态不变，在中口腔上皮细胞皱缩，在中口腔上皮细胞破裂，则这三种蔗糖溶液的浓度是()A BC D。3对质壁分离的正确理解是()A细胞质与细胞壁发生分离B细胞膜与细胞壁发生分离C液泡膜
19、与细胞壁发生分离D原生质层与细胞壁发生分离答案D解析植物细胞的质壁分离中的质指的是原生质层，包括细胞膜、液泡膜以及两者之间的细胞质，壁是指细胞壁，即质壁分离指原生质层与细胞壁分离。4将水稻培养在有各种营养元素的培养液中，发现水稻吸收硅多，吸收钙少。这说明()A水稻培养液中硅和钙的浓度不同B水稻根细胞对于物质的输入和输出具有选择性C水稻根细胞吸收硅的能力弱，吸收钙的能力强D硅是小分子，钙是大分子答案B解析水稻吸收硅多，而吸收钙少，体现了细胞对于物质的输入和输出具有选择性。5.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0.3 g/mL的蔗糖溶液后，出现了如图所示的情形，请回答：(1)此细
20、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。(5)在滴加质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液后的过程中，显微镜下不可能观察到的现象是()A液泡缩小 B细胞壁与原生质层分离C液泡颜色变浅 D细胞核位于原生质层内答案(1)质壁分离渗透失水(2)细胞膜原生质层(3)蔗糖溶液略小于0.3 g/mL(4)变大渗透吸水(5)C解析(1)由图示可知，图中原生质层与细胞壁发生了分离，这是由于细胞发生渗透失水的结果。(2)图中是细胞膜，是细胞质，是液泡膜，三者共同构成了原生质层。(3)图中是原生质层与细胞壁分离后形成的空间，充满了外界的蔗糖溶液，由于细胞失水，水分进入蔗糖溶液，导致蔗糖溶液浓度会略有减小，此处的溶液浓度稍低于原来的蔗糖溶液。(4)将已发生质壁分离的植物细胞置于清水中，由于细胞液浓度高于外界的清水浓度，细胞渗透吸水，液泡体积变大。(5)用显微镜观察植物细胞的质壁分离过程中，由于细胞渗透失水，液泡体积逐渐变小，液泡颜色变深，细胞壁与原生质层分离，细胞核位于原生质层内，不会看到液泡颜色变浅。