1、课标版课标版 生物生物第5讲细胞的物质输入与输出知识一渗透作用原理及应用知识一渗透作用原理及应用一、动物细胞的吸水和失水1.渗透作用产生的条件知识梳理知识梳理条件有一层半透膜。2.动物细胞的吸水和失水(1)(2)现象外界溶液浓度细胞质浓度细胞吸水膨胀外界溶液浓度细胞质浓度细胞失水皱缩外界溶液浓度细胞质浓度水分进出平衡1.条件:成熟植物细胞具有中央大液泡。2.3.现象二、植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)1.判断下列有关渗透作用内容的正误。(1)植物细胞和动物细胞都相当于一个渗透装置。()(2)细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。()(3)相对细菌和植物细胞而言,动物细胞离
2、体培养更需关注培养基的渗透压。(2012上海单科,22A)()(4)将人的红细胞放入蒸馏水中,一段时间后红细胞破裂的原因是蒸馏水大量进入红细胞。(2011课标,1C)()(5)与白色花瓣相比,采用红色花瓣更有利于质壁分离现象的观察。(2014课标,4A)()(6)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。(2014课标,4C)()2.某同学用30%的蔗糖溶液来处理某生物细胞,在操作步骤完全正确的情况下,细胞没有出现质壁分离现象。试分析该同学所使用的实验材料可能是()根尖分生区细胞动物细胞死细胞去除了细胞壁的植物细胞A.B.C.D.答案D将细胞用30%的蔗糖溶液处理,在操作步骤完
3、全正确的情况下,细胞没有出现质壁分离现象可能的原因有:一是该细胞为死细胞;二是该细胞为没有细胞壁的细胞动物细胞或去除了细胞壁的植物细胞;三是该细胞为没有大液泡的植物细胞,如根尖分生区的细胞。3.红细胞中溶质的总浓度约为2%。蔗糖不能透过红细胞的细胞膜。当红细胞被分别浸入高渗的蔗糖溶液和蒸馏水一段时间后,细胞形态发生的变化依次是()A.涨破、皱缩B.皱缩、皱缩C.膨胀、膨胀D.皱缩、涨破答案D蔗糖无法通过红细胞膜,当红细胞浸入高渗的蔗糖溶液时,红细胞失水发生皱缩;而放入蒸馏水中时,红细胞吸水涨破,D正确。4.浸泡在一定浓度KNO3溶液中的洋葱表皮细胞,发生质壁分离后又出现质壁分离复原,与此过程直
4、接相关的细胞器有()A.液泡B.线粒体、液泡C.线粒体D.线粒体、高尔基体答案B质壁分离与水分的散失有关,水分的散失与液泡有关。该题中质壁分离的自动复原与细胞吸收K+和N有关,细胞吸收K+和N是主动运输过程,需要消耗能量,故该过程与线粒体有关。3O3O小肠吸收各种离子、葡萄糖、氨基酸小肠吸收各种离子、葡萄糖、氨基酸,肾小管重吸收葡萄糖肾小管重吸收葡萄糖协助扩散被动运输自由扩散跨膜运输主动运输胞吞、胞吐项目浓度载体是否耗能举例自由扩散高低不需要否O2、CO2、水、甘油、乙醇、苯通过细胞膜协助扩散高低需要否葡萄糖进入哺乳动物成熟红细胞主动运输低高需要是小肠吸收各种离子、葡萄糖、氨基酸,肾小管重吸收
5、葡萄糖2.物质跨膜运输的方式3.主动运输的意义:保证活细胞按照生命活动需要,主动选择吸收营养物质,排出代谢废物和有害物质。二、大分子物质进出细胞的方式1.胞吞(1)过程:大分子或颗粒附着在细胞膜上,这部分细胞膜内陷形成小囊,包围着大分子,然后小囊从细胞膜上分离下来,形成囊泡,进入细胞内部。(2)实例:白细胞吞噬大肠杆菌,变形虫吞食有机颗粒。2.胞吐(1)过程:大分子先在细胞内形成囊泡,囊泡移动到细胞膜处,与细胞膜融合,将大分子排出细胞。(2)实例:胰岛B细胞分泌胰岛素。1.判断下列有关物质运输叙述的正误。(1)水盐调节中,肾小管上皮细胞重吸收水不需要膜蛋白。(2014海南单科,3D)()(2)
6、植物根细胞吸收矿质元素离子主要依靠渗透作用。(2014海南单科,4C)()(3)在神经细胞上动作电位产生与膜电位恢复过程中,Na+流入和排出都是主动运输。(2012安徽理综,2D)()(4)人体肝细胞内CO2分压和K+浓度高于细胞外,而O2分压和Na+浓度低于细胞外,O2和K+通过主动运输进入肝细胞。(2012浙江理综,1)()(5)抑制细胞呼吸对自由扩散和主动运输的转运速率均有影响。(2010山东理综,3D)()(6)胞吐过程一定会产生分泌泡与细胞膜的融合。(2014浙江理综,1D)()2.苏丹是一种致癌的有机染料,某地区的一些养殖户用掺入苏丹的饲料喂养蛋鸭,结果产出了有毒的“红心”鸭蛋。由
7、此推断,苏丹能进入卵黄,说明它可能是()A.脂溶性物质,进入方式是“主动运输”B.脂溶性物质,进入方式是“被动运输”C.水溶性物质,进入方式是“主动运输”D.水溶性物质,进入方式是“被动运输”答案B卵黄膜的主要成分为脂质,苏丹能进入卵黄说明其为脂溶性物质;脂溶性物质进入细胞的方式为自由扩散,属于被动运输。3.有一种物质能顺浓度梯度穿过细胞膜,但却不能顺浓度梯度穿过无蛋白质的磷脂双分子层膜。这种物质出入细胞的方式是()A.自由扩散B.协助扩散C.主动运输D.胞吞和胞吐答案B自由扩散、协助扩散方式中物质都能顺浓度梯度进行运输,但协助扩散必须借助载体蛋白。4.据报道,一种称做“瘦素穿肠蛋白”的药物治
8、疗肥胖,可口服使用,以减轻肥胖症患者肌肉注射的痛苦。小肠上皮细胞吸收该药物最可能的方式为()A.渗透作用B.胞吞C.协助扩散D.主动运输答案B“瘦素穿肠蛋白”是一种蛋白质,属于生物大分子,其吸收方式最可能是胞吞。突破一物质跨膜运输方式的分析与判断突破一物质跨膜运输方式的分析与判断影响物质跨膜运输的因素(1)物质浓度(在一定的范围内)A.自由扩散B.协助扩散或主动运输重难突破重难突破(2)氧气浓度A.自由扩散或协助扩散B.主动运输易混辨析(1)胞吞和胞吐不是跨膜运输。胞吞和胞吐是借助于膜的融合完成的,与膜的流动性有关,是大分子和颗粒性物质进出细胞的方式,消耗能量。(2)物质进出细胞核并非都通过核
9、孔。核孔是RNA和蛋白质等大分子进出细胞核的通道;小分子物质进出细胞核是通过跨膜运输实现的,不通过核孔。(3)温度(3)Na+、K+等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞,但也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞,如神经细胞维持静息电位时的K+外流和形成动作电位时的Na+内流。(4)植物吸收水分的方式是自由扩散,而吸收无机盐离子的方式是主动运输,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。1.物质进出细胞方式的判断方法(1)根据分子大小与是否需要载体、能量(2)根据运输方向:逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。(3)兴奋产生与传导过程中Na+、K+的运输方式判断由于细胞外Na+浓度
10、高,细胞内K+浓度高,因此静息时K+外流和兴奋时Na+内流的运输方式都是被动运输。细胞维持膜外Na+浓度高,膜内K+浓度高,需要不断吸K+排Na+,此种运输方式为主动运输。(2)探究是自由扩散还是协助扩散2.探究物质跨膜运输的方式(1)探究是主动运输还是被动运输典例1下图为动物细胞的细胞膜转运部分物质的示意图,下列分析不正确的是()A.根据乙侧耗能的情况可知,甲侧为细胞外,乙侧为细胞内B.图中a和b不是静止的,其运动的特性有利于物质的跨膜运输C.图示中葡萄糖的跨膜运输方式与细胞吸收水分的方式相同D.用胰蛋白酶处理细胞膜,会影响葡萄糖、Na+等物质的运输解题关键解析主动运输需要耗能,根据细胞内A
11、TP的供能情况可知,甲侧为细胞外,乙侧为细胞内侧,A正确;a代表磷脂分子,b代表蛋白质,磷脂分子和蛋白质的运动,有利于物质的跨膜运输,B正确;从图中可知,葡萄糖进入细胞需载体蛋白协助,水分进入细胞的方式为自由扩散,C错误;葡萄糖、Na+等物质的运输,均需载体蛋白的协助,因此用蛋白酶处理细胞膜,会影响它们的运输,D正确。答案C1-1如图是生物膜的流动镶嵌模型及物质跨膜运输示意图,其中离子通道是一种通道蛋白,通道蛋白是横跨质膜的亲水性通道,具有离子选择性。请仔细观察图示回答有关问题。(1)很多研究成果有力支持“脂溶性物质易透过生物膜,不溶于脂质的物质不易透过生物膜”这一事实。这证明组成细胞膜的主要
12、成分中有。(2)鲨鱼体内能积累大量的盐,盐分过高时就要及时将多余的盐分排出体外,经研究鲨鱼体内多余盐分是经途径排出的,那么其跨膜运输的方式是。(3)对蟾蜍的离体心脏施加某种毒素后Ca2+吸收明显减少,但K+、C6H12O6的吸收不受影响,最可能的原因是该毒素抑制了心肌细胞膜上转运Ca2+的的活动。(4)柽柳是泌盐植物,叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的盐分排出,是强耐盐植物。柽柳从土壤中吸收无机盐是主动运输还是被动运输?请设计实验加以证明。实验步骤:a.取甲、乙两组生长发育相同的柽柳幼苗,放入适宜浓度的含有Ca2+、K+的溶液中。b.甲组给予正常的呼吸条件,乙组。c.。实验结论:a.若两组植株对
13、Ca2+、K+的吸收速率相同,说明b.。答案(1)甲磷脂分子(2)协助扩散(或被动运输)(3)乙载体(4)b.完全抑制有氧呼吸c.一段时间后测定两组植株根系对Ca2+、K+的吸收速率a.柽柳从土壤中吸收无机盐是被动运输b.若乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率,说明柽柳从土壤中吸收无机盐是主动运输解析(1)根据相似相溶原理可说明细胞膜的主要成分中有磷脂分子。(2)由图可知途径需要载体、不需要能量,属于协助扩散。(3)细胞对Ca2+的吸收方式是主动运输,需要能量和载体,该毒素的使用只影响Ca2+的吸收,不影响K+、C6H12O6的吸收,可确定该毒素抑制了心肌细胞膜上转运Ca2+的载体的活动。(4)主
14、动运输需要能量,而被动运输不需要能量,因而根据实验设计的单一变量原则和对照原则,甲组给予正常的呼吸条件,乙组完全抑制有氧呼吸,缺少足够能量,一段时间后测定两组植株根系对Ca2+、K+的吸收速率进行判断。突破二实验通过模拟实验探究膜的透性突破二实验通过模拟实验探究膜的透性(渗透系统与渗透作用渗透系统与渗透作用)1.实验原理(1)某些半透膜(如动物的膀胱膜、肠衣等),可以让水分子透过,而蔗糖等一些物质不能透过。(2)用半透膜将不同浓度的溶液分隔开,然后通过观察液面高低的变化来观察半透膜的选择透过性,进而类比分析得出生物膜的透性。2.实验步骤(如图)取一长颈漏斗,漏斗口处封上一层玻璃纸漏斗中注入蔗糖
15、溶液将漏斗浸入盛有清水的烧杯中,使漏斗内外液面高度相等观察漏斗内液面变化质壁分离、质壁分离复原动物细胞植物细胞条件细胞膜具选择透过性,相当于半透膜细胞内溶液与细胞外溶液具有浓度差细胞壁是全透性的原生质层(由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成)相当于半透膜细胞液与外界溶液具有浓度差原理渗透作用渗透作用水分子运动方向低浓度溶液高浓度溶液低浓度溶液高浓度溶液现象皱缩或涨破质壁分离、质壁分离复原(2)动植物细胞能通过渗透作用吸水或失水淀粉和碘都不能通过半透膜位置漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论若漏斗内液面上升,则MN若漏斗内液面不变,则M=N若漏斗内液面下降,则MN烧杯内盛淀粉溶液漏斗内盛碘液结论
16、变蓝不变蓝碘能通过半透膜,而淀粉不能不变蓝变蓝淀粉能通过半透膜,而碘不能变蓝变蓝淀粉和碘都能通过半透膜不变蓝不变蓝淀粉和碘都不能通过半透膜2.探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例)知能拓展(1)渗透系统适用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小。(2)两溶液中的水分子进行双向运动,我们只是观测出由水分子双向运动的差异所导致的液面改变。(3)溶液浓度指摩尔浓度而非质量浓度,如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相同,但10%蔗糖溶液的摩尔浓度小,故水由10%蔗糖溶液向10%葡萄糖溶液移动。典例2如图表示一中间隔以半透膜(只允许水分子通过)的水槽,两侧分别加入等物质的量浓度的葡萄糖溶液和
17、麦芽糖溶液。然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶,在加入麦芽糖酶前后a、b两侧液面的变化是()A.加酶前a侧液面上升,加酶后b侧液面上升并高于a侧液面B.加酶前a侧液面上升,加酶后b侧液面上升并等于a侧液面C.加酶前后a、b两侧液面不变D.加酶前a、b两侧液面不变,加酶后b侧液面上升并高于a侧液面解题关键解析溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目。相同物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液渗透压相等,但加入麦芽糖酶后,麦芽糖分解,使得b侧溶液的渗透压增大,水分由a侧向b侧转移。答案D2-1某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置,开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长
18、颈漏斗内液面上升的过程中()A.液面上升的速率先逐渐加快后逐渐减慢最终维持稳定B.水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢C.当半透膜两侧液体浓度相等时,水分子不再通过半透膜扩散D.当半透膜两侧水分子进出速率相等时,长颈漏斗内液面最高答案D解析水分子的跨膜运输属于自由扩散,只与膜两侧的溶液浓度差有关,浓度差越大扩散速率越快,所以刚开始时长颈漏斗内液面上升速率最快,之后逐渐降低,故A错误;水分子扩散的方向表现为由清水向蔗糖溶液扩散,且扩散速率随着漏斗内液面的升高而逐渐减慢,故B错误;因为半透膜允许水分子通过,而不允许蔗糖分子通过,故半透膜两侧始终存在浓度差,两侧溶液浓度不可能相等,故C
19、错误;长颈漏斗内液面的升高其实是半透膜两侧水分子进出速率不相等的结果,当漏斗内液面不再升高时,半透膜两侧的水分子的进出速率相等。2-2如图为显微镜下某植物细胞在0.3g/mL蔗糖溶液中的示意图。下列叙述中错误的是()A.若将细胞置于清水中,A基本保持不变B.A、B可分别表示细胞和原生质体的长度C.B/A值能表示细胞失水的程度D.若该细胞处于0.4g/mL蔗糖溶液中,B/A值将变大答案D解析图中细胞处于质壁分离状态,B为原生质体的长度,A为细胞的长度。将细胞置于清水中,B会变大,A基本保持不变;若该细胞处于0.4g/mL蔗糖溶液中,A基本保持不变,B会变小,B/A值将变小。突破三实验观察植物细胞
20、的质壁分离和复原突破三实验观察植物细胞的质壁分离和复原1.原理:成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。2.流程(1)原因细胞渗透失水(2)表现知能拓展(1)实验成功的关键是实验材料的选择,必须选择有大液泡并有颜色的植物细胞,便于在显微镜下观察。(2)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液。这是由于细胞壁是全透性的且有水分子通过原生质层渗出来。:外因 外界溶液浓度细胞液浓度原生质层相当于一层半透膜内因细胞壁的伸缩性小于原生质层:宏观 坚挺萎蔫液泡 大小微观 细胞液颜色 浅深原生质层 与细胞壁分离3.质壁分离的原因分析(3)若用0.5g/mL蔗糖溶液做实验,能发生质壁分离但不能复
21、原,因为细胞过度失水而死亡。(4)若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验会出现自动复原现象,因外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。1.质壁分离实验的拓展应用(1)判断成熟植物细胞是否有生物活性:待测成熟植物细胞+一定浓度的蔗糖溶液(2)测定细胞液浓度范围:待测成熟植物细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间发生质壁分离有生物活性不发生质壁分离无生物活性(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度:不同成熟植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液发生质壁分离所需时间越短,细胞液浓度越小,反之则细胞液浓度越大(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶
22、液):成熟植物细胞+不同种类溶液2.细胞是否发生质壁分离及复原的判断(1)从细胞角度分析3KNO只发生质壁分离蔗糖溶液质壁分离后自动复原溶液细胞大小无变化实验组5分钟的现象再过5分钟滴加清水5分钟0.3gmL-1蔗糖溶液x无变化质壁分离复原0.5gmL-1蔗糖溶液质壁分离y无变化1molL-1KNO3溶液质壁分离质壁分离复原z1molL-1醋酸溶液细胞大小无变化细胞大小无变化细胞大小无变化典例3同学在实验室中做“观察洋葱表皮细胞的质壁分离和复原”实验时,在老师的帮助下,进行了一系列的创新实验,实验步骤和现象如表:对上表的推断或解释不正确的是()A.x为质壁分离,因为细胞壁伸缩性弱于原生质层B.
23、y为质壁分离,可能导致细胞失水过多而死C.z为细胞稍增大,细胞液颜色逐渐变浅D.组细胞大小无变化是因为细胞渗透吸水量等于失水量解题关键解析由于细胞壁伸缩性弱于原生质层,成熟植物细胞在一定浓度蔗糖溶液中发生质壁分离,但如果蔗糖溶液浓度过高(如0.5gmL-1),可能导致植物细胞失水过多死亡,A、B正确;在1molL-1KNO3溶液中,细胞先发生质壁分离,后来细胞吸收K+和N使细胞液浓度升高而发生自动复原,再滴加清水,细胞会吸水,体积稍增大,C正确;在1molL-1醋酸溶液中,植物细胞死亡,D错误。答案D3O3-1下列四个选项中能够表示洋葱表皮细胞在质壁分离及其复原过程中,液泡体积变化的图形是()
24、答案B解析当洋葱表皮细胞在高浓度溶液中,细胞失水,原生质层与细胞壁分离,液泡体积逐渐减小,表现为质壁分离;当把发生质壁分离的洋葱表皮细胞放在低浓度的溶液中,细胞吸水,原生质体慢慢恢复原状,液泡体积逐渐变大,表现为质壁分离复原。3-2以紫色洋葱鳞片叶外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.在细胞发生质壁分离时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能复原,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答案D解析紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液呈紫色,在细胞发
25、生质壁分离时,液泡会逐渐变小,A正确;细胞在高浓度溶液中由于细胞内外浓度差较大,因而失水较快,B正确;细胞在生活状态下发生质壁分离后可再复原,如果不能复原,说明细胞可能已经死亡,C正确;高浓度的NaCl溶液可引起细胞失水甚至死亡,同样可引起成熟植物细胞发生质壁分离,D错误。1.物质在细胞内不同细胞器之间的跨膜分析(1)线粒体与叶绿体之间的跨膜a为O2,b为CO2,由产生场所到利用场所共跨4层膜。(2)分泌蛋白形成过程中的跨膜问题内质网上核糖体合成肽链后,肽链直接进入内质网中加工,不跨膜;蛋白质在内质网中完成初步加工后,经“出芽”形成囊泡与高尔基体融合,不跨膜;高尔基体对蛋白质进一步加工后,成熟
26、蛋白质也以囊泡形式运输到细胞膜,并与细胞膜融合,以胞吐方式分泌出细胞,整个过程均不跨膜。2.血浆、组织液等内环境与细胞之间的物质跨膜分析(1)几种由单层细胞形成的结构人体中有很多由单层细胞构成的管状或泡状结构,如毛细血管、毛细淋巴管、小肠绒毛、肺泡、肾小球和肾小管等,这些非常薄的结构有利于物质交换,物质透过这些管壁或泡壁时,要经过两层细胞膜。葡萄糖、氧气等物质从血浆进入组织液,经过组织处的毛细血管,至少要跨毛细血管壁(共2层细胞膜)。(2)物质由血浆进入组织液的跨膜物质由组织液进入细胞的跨膜,要分析该物质具体在细胞中被利用的场所,然后计算出跨膜层数。如图葡萄糖利用的场所是细胞质基质,因此组织液
27、中的葡萄糖只跨1层膜,进入细胞质基质被利用。氧气利用的场所为线粒体内膜上,它要跨3层膜,进入线粒体中被利用。(3)物质由组织液进入细胞的跨膜3.体外环境与血浆之间的物质跨膜分析(1)物质由体外环境(肺泡、小肠等)进入血浆,至少要跨1层上皮细胞和1层毛细血管壁细胞,即要跨4层膜。(2)物质进入血浆后,由循环系统转运到全身各处,该过程不是跨膜。例外界空气中O2进入人体细胞中被利用,至少要穿过的生物膜层数是()A.5层B.10层C.11层D.12层解析外界空气中O2要经过肺泡进入内环境,然后由红细胞运输,在细胞中被利用的场所是线粒体,具体过程如下:(2层膜)共11层生物膜。答案C氧气经过肺泡壁细胞(2层膜)、肺部毛细血管壁细胞(2层膜)、红细胞进和出(2层膜)、组织处毛细血管壁细胞(2层膜)、组织细胞膜(1层膜)、线粒体
