第7讲细胞的物质输入和输出 第二单元细胞的基本结构和物质的运输 考纲要求1 物质出入细胞的方式 2 实验 1 通过模拟实验探究膜的透性 2 观察植物细胞的质壁分离和复原 1 渗透作用概念 透过从浓度溶液向浓度溶液的扩散 称为渗透作用 水分子 或其他溶剂分子 半透膜 低 高 考点一 细胞失水和吸水的方式 渗透作用 2 必备条件 1 具有半透膜 2 半透膜两侧的溶液之间具有浓度差 提醒 1 渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度 如质量分数为10 的葡萄糖溶液和质量分数为10 的蔗糖溶液的质量浓度相等 但质量分数为10 的蔗糖溶液的物质的量浓度小 2 水分子的移动方向是双向 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 渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态 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 观察动物细胞的吸水和失水 失水皱缩 水分进出处动态平衡 吸水膨胀 动物细胞的什么结构相当于半透膜 细胞膜 动物细胞的膜两侧溶液是什么 细胞质与外界溶液 人 细胞内液与细胞外液 动物细胞什么条件下失水 什么条件下吸水 动物细胞吸水或失水的多少取决于什么条件 细胞内外浓度差 摩尔浓度差 成熟的植物细胞就是一个渗透系统 内溶液 外界溶液 半透膜 P34 结论 2 动物细胞吸水还是失水取决于外界溶液浓度与细胞质浓度的差值 外界溶液浓度 细胞质浓度细胞失水 外界溶液浓度 细胞质浓度细胞吸水 1 动植物细胞是一个渗透系统 细胞膜 原生质层 细胞质与外界溶液 细胞液与外界溶液 概念辨析 易错警示关于渗透系统中的3个 比较 1 渗透平衡与溶液浓度的内涵发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达平衡状态 既不可看作没有水分子移动也不可看作两侧溶液浓度相等 溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度 2 半透膜与选择透过性膜的比较区别 半透膜是无生命的物理性薄膜 物质能否通过取决于分子的大小 选择透过性膜是具有生命的生物膜 载体蛋白的存在决定了其对不同物质吸收的选择性 细胞死亡或膜载体蛋白失活后 其选择透过性丧失 共性 都允许水分子自由通过 而不允许生物大分子物质通过 3 原生质层与原生质体的比较 原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构 由细胞膜 液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成 不包括细胞核和液泡内的细胞液 此结构仅存在于成熟的植物细胞中 原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构 包括细胞膜 细胞质 细胞核三部分 1 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M N两侧液面的变化是 答案 解析 A 加酶前M侧液面上升 加酶后N侧液面上升并高于M侧液面B 加酶前M侧液面上升 加酶后N侧液面上升并等于M侧液面C 加酶前后M N两侧液面不变D 加酶前M N两侧液面不变 加酶后N侧液面上升并高于M侧液面 命题点一渗透作用现象的分析 M侧和N侧分别加等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液 所以加酶前液面不变 麦芽糖酶将1分子的麦芽糖分解为2分子的葡萄糖 在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶 麦芽糖水解 N侧的葡萄糖溶液浓度大于M侧 进入N侧水分子的数目大于流出N侧的水分子数目 N侧液面上升且高于M侧液面 故选D 4 2016 赣州模拟 某同学进行如下图所示的实验 甲图为实验开始状态 乙图为实验结束状态 请在乙图所示实验结果的基础上继续实验 探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜 命题点二与渗透作用有关的实验探究 增添的实验材料 蔗糖酶溶液 斐林试剂 试管 滴管 水浴锅等 1 请设计出继续实验的简要步骤 向a b两管中分别加入等量蔗糖酶溶液 观察a b两管内液面的变化 吸取a b两管内适量液体 分别加入A B两试管中 并加入斐林试剂 50 65 水浴加热 观察A B试管内有无砖红色沉淀 答案 2 预测实验现象并做出结论 如果a b两管液面高度差缩小 且A B试 管内均有砖红色沉淀 则蔗糖的水解产物能通过半透膜 如果a b两管液面高度差增大 且A试管内无砖红色沉淀 B试管内有砖红色沉淀 则蔗糖的水解产物不能通过半透膜 答案 1 验证渗透作用发生条件的方法 1 具有半透膜 2 半透膜两侧溶液具有浓度差 2 探究物质能否通过半透膜的方法 以碘和淀粉为例 6 2016 成都模拟 五个大小相同的马铃薯幼根与物种A的幼根分别放入甲 戊五种不同浓度的蔗糖溶液中 数小时后 取出称重 重量变化如图所示 以下关于该实验结果的说法不正确的是 A 与马铃薯幼根细胞液等渗的溶液是甲溶液B 马铃薯比物种A更耐旱C 物种A幼根的细胞在甲浓度溶液中一定会发生明显的质壁分离D 在这五种蔗糖溶液中 浓度最大的是乙溶液 答案 解析 命题点三细胞吸水与失水的分析 在甲溶液中 马铃薯幼根细胞的重量不变 说明马铃薯吸水和失水处于动态平衡 甲溶液是马铃薯幼根细胞液的等渗溶液 A正确 由图可知 马铃薯吸水能力要比物种A强 所以马铃薯更耐干旱 B正确 幼根细胞的发育程度不同 因此其不一定会发生明显的质壁分离 C错误 在这五种蔗糖溶液中 乙溶液中的马铃薯幼根细胞的重量减少最大 说明乙溶液的浓度最大 D正确 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 如萝卜条 来判定 若重量增加或长度变长 则吸水 反之则失水 细胞吸水 失水的判断方法 考点二物质进出细胞的方式 各种物质出入细胞方式的比较 提醒 1 从高浓度向低浓度方向运输的方式并非只有被动运输 主动运输也可以从高浓度向低浓度运输 如餐后小肠上皮细胞吸收葡萄糖是由高浓度向低浓度运输 2 从低浓度向高浓度方向运输一定是主动运输 因为逆浓度梯度运输需要消耗能量 3 同一种物质进出不同细胞时 运输方式可能不同 如红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散 小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输 4 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方式进出细胞 5 胞吞 胞吐不属于跨膜运输方式 所以物质以这两种方式进出细胞时穿过生物膜的层数为0 6 RNA和蛋白质等大分子进出细胞核通过的结构是核孔 命题点一物质跨膜运输方式的判断 4依据模式图确认物质出入细胞的方式及影响因素 1 填写以下有关物质运输方式及结构的名称 图 图 图 a 图 2 写出图 图 中影响物质跨膜运输的因素 A 图中仅受 浓度差 制约的为图 B 加入蛋白酶抑制剂处理 会受影响的是图 C 加入呼吸酶抑制剂处理 会受影响的是图 3 甘油分子跨膜运输遵循图 所示模式 红细胞吸收葡萄糖与图 所示模式一致 多数离子跨膜运输方式应为图 所示模式 4 神经递质的释放应符合图 所示模式 该模式 填 需要 或 不需要 消耗能量 其运输机制与膜的 有关 答案 1 自由扩散协助扩散主动运输载体蛋白胞吞 胞吐 2 A B C 3 4 需要流动性 易错警示有关物质出入细胞的8个 不要漏掉 1 需要载体蛋白协助的运输方式除主动运输外不要漏掉协助扩散 2 消耗能量的运输方式除主动运输外不要漏掉胞吞和胞吐 3 从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外不要漏掉协助扩散 有些主动运输也可以从高浓度到低浓度运输 4 影响协助扩散运输速率的因素除载体蛋白数量外不要漏掉浓度差 5 与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外不要漏掉载体蛋白的合成场所 核糖体 6 运输速率与O2浓度无关的运输方式除自由扩散外不要漏掉协助扩散 7 胞吞 吐 的大分子物质穿过细胞膜的层数为0 因为该过程是通过膜的融合将物质转入或转出细胞的 8 RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核 是通过核孔 而不是通过胞吞 胞吐 疑难精讲 三看法 快速判定物质出入细胞的方式 5 用呼吸抑制剂处理人体红细胞 下列物质吸收量显著减少的一组是 答案 解析 命题点二影响物质跨膜运输的因素及方式的探究 氨基酸是主动运输 其吸收需要细胞呼吸提供的能量和载体蛋白 葡萄糖进入红细胞是协助扩散 与能量无关 A错误 氨基酸和钾离子的运输方式都是主动运输 能量降低会使其吸收速率下降 B正确 氧气和水的运输方式都是自由扩散 抑制细胞呼吸对它们的吸收没有影响 C错误 甘油和脂肪酸都是自由扩散 D错误 6 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 1 实验步骤 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 甲组给予正常的呼吸条件 乙组 命题点二影响物质跨膜运输的因素及方式的探究 完全抑制细胞呼吸 一段时间后测定两组植株根系对Ca2 K 的吸收速率 答案 2 实验结论 若两组植株对Ca2 K 的吸收速率相同 说明 答案 柽柳从土壤中吸收无机 盐是被动运输 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 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 考点三实验 观察植物细胞的质壁分离和复原 1 实验原理 2 实验步骤 1 成熟的植物细胞构成渗透系统 可发生渗透作用 2 当细胞液浓度外界溶液浓度时 细胞吸水 发生质壁分离复原 2 实验步骤 紧贴细胞壁 质量浓度为 0 3g mL的蔗糖溶液 清水 变深 变浅 逐渐变大 逐渐变小 3 现象与结论 4 实验分析 1 用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料的原因 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中有花青素 使液泡中的细胞液呈紫色 有利于观察 2 发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间的物质分析 因为细胞壁是全透性的 所以洋葱鳞片叶外表皮细胞原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液 3 本实验存在两组对照实验 4 引发质壁分离的两种原因 5 在一定浓度的蔗糖溶液中发生质壁分离后 在清水中却不能观察到质壁分离复原的原因 细胞失水过多或失水时间过长导致细胞死亡 6 在一定浓度的溶液 如KNO3 甘油等 中可发生质壁分离后自动复原现象 原因是溶质可透过细胞膜被细胞所吸收 7 本实验是教材中涉及 显微观察 实验中唯一的一个 只在低倍镜下 观察 不曾换 高倍镜 的实验 2 测定细胞液浓度范围 3 比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度 4 鉴别不同种类的溶液 如KNO3和蔗糖溶液 问题探究 1 实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗 不一定 但紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中含有色素 使液泡呈现紫色 更有利于观察 提示 2 该实验无独立的对照组 为什么还叫对照实验 该实验中 实验组和对照组在同一装片中先后进行 属于自身对照 提示 吸水 细胞液浓度 外界溶液浓度 失水 细胞液浓度 外界溶液浓度 验证 植物细胞质壁分离和复原实验 质壁分离及复原过程中细胞吸水能力随时间变化曲线 条件 活细胞 细胞壁 中央液泡 具有颜色 浓度差 应用 验证细胞的死活 测不同植物细胞的细胞液浓度 伸缩性等 植物细胞的吸水和失水 讨论 1 如果将蔗糖溶液换成5g mol会发生什么变化 2 如果将蔗糖溶液换成KNO3 尿素 葡萄糖或NaCl又会发生什么现象 3 盐渍的肉为什么不易变质 4 糖醋蒜中糖如何进入细胞内 在判断细胞是否发生质壁分离及复原时规律 1 从细胞角度分析 具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象 死细胞 动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离现象 2 从溶液角度分析 在溶质可穿膜的溶液中细胞会发生质壁分离后自动复原现象 在溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象 不能自动复原 在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象 但会因过度失水而死亡不再复原 物质跨膜运输的实例 水稻培养液中里的Ca2 和Mg2 浓度为什么会增高 不同作物对无机盐的吸收有差异吗 三 生物膜选择透过性分析 同一植物吸收不同离子与不同植物吸收