(共18张PPT)
第1节 被动运输
必备知识 清单破
知识点 1 水进出细胞的原理——渗透作用
渗透装置 动物细胞 植物细胞
示意图
条件 ①半透膜;②膜两侧有浓度差 ①细胞膜相当于半透
膜; ②细胞质与外界溶液
有浓度差 ①原生质层相当于半透膜,比细胞壁的伸缩性大;
②细胞液与外界溶液有浓度差;
③细胞中具有大液泡
现象 漏斗内液面上升后保持稳定 ①外界溶液浓度>细胞质浓度时,细胞失水皱缩; ②外界溶液浓度<细胞质浓度时,细胞吸水膨胀(可能涨破); ③外界溶液浓度=细胞质浓度时,水分子进出细胞达到平衡,细胞形态不变 ①外界溶液浓度>细胞液浓度时,细胞失水,质壁分离;
②外界溶液浓度<细胞液浓度时,细胞吸水,质壁分离复原或基本不变;
③外界溶液浓度=细胞液浓度时,水分子进出细胞达到平衡
总结及 分析 ①水分子进出细胞的原理是渗透作用,渗透作用指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散; ②水分子渗透的方向:水相对含量高(溶质浓度低)→水相对含量低(溶质浓度高) 1.实验材料:紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞。
2.实验步骤及现象
知识点 2 探究植物细胞的吸水和失水
特别提醒
(1)探究植物细胞的吸水和失水实验中不需要借助高倍镜。
(2)植物细胞吸水或失水后,细胞体积几乎不变,也不会因为吸水涨破。
1.概念:物质以扩散方式进出细胞,不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的物质跨膜运输
方式。
2.分类
知识点 3 被动运输
自由扩散(简单扩散) 协助扩散(易化扩散)
运输方向 顺浓度梯度(高浓度→低浓度) 图示 跨膜 方式 物质通过简单的扩散作用直
接穿过磷脂双分子层 物质借助膜上的转运蛋白(通道蛋白或载体蛋白)进出细胞
实例 甘油、乙醇、苯、胆固醇等
脂溶性小分子和O2、CO2等 葡萄糖进入哺乳动物成熟红细胞、水分子借助水通道蛋白进出细胞等
运输速率的影 响因素 被运输物质的膜两侧浓度差 ①被运输物质的膜两侧浓度差;
②转运蛋白的种类和数量
相关 曲线
3.转运蛋白
(1)载体蛋白
①只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过。
②每次转运时都会发生自身构象的改变。
(2)通道蛋白
①只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。
②不与转运物质结合。
知识辨析
1.若半透膜仅允许水分子通过,膜两侧分别为等质量分数的葡萄糖溶液和蔗糖溶液,两种溶液
之间是否会发生渗透作用
会发生。葡萄糖是单糖,蔗糖是二糖,葡萄糖溶液和蔗糖溶液的质量分数相等时,前者单位体积内溶质分子数量多于后者,水分子向葡萄糖溶液中渗透。
2.显微镜下观察洋葱外表皮细胞发现原生质层与细胞壁分开,是否能说明此时细胞液浓度低
于外界溶液浓度
不能。原生质层与细胞壁分开的细胞,可能是正在发生质壁分离(细胞液浓度低于外界溶液浓度),也可能质壁分离后达到平衡状态(细胞液浓度等于外界溶液浓度),也有可能正在发
生质壁分离复原(细胞液浓度高于外界溶液浓度)。
提示
提示
3.在“探究植物细胞的吸水和失水”实验操作中,共涉及三次显微镜观察,是否正确
正确。第一次观察细胞的原始状态,第二次观察质壁分离,第三次观察质壁分离复原情况。
4.水分子通过细胞膜的速率高于通过人工膜(只含磷脂双分子层)的速率,由此推测水分子通
过细胞膜的方式可能同时包括自由扩散和协助扩散,是否正确
正确。水分子进出细胞的原理是渗透作用(被动运输),水分子可直接穿过磷脂双分子层说明其可通过自由扩散的方式进行跨膜运输,水分子通过细胞膜的速率高于人工膜,说明水分子也可借助转运蛋白进行跨膜运输(协助扩散)。
提示
提示
1.图示半透膜只允许水分子通过,初始状态时,烧杯液面与漏斗液面等高(如图A),且S1溶液浓
度>S2溶液浓度,可观察到漏斗液面上升一段时间后维持稳定。
关键能力 定点破
定点1 不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化
现象 原因
漏斗液面上升(如图B) S1溶液浓度>S2溶液浓度→单位时间内由S2进入S1的水分子数>由S1进入S2的水分子数
一段时间后,漏斗液面维持稳定 液面差Δh产生的向下的压力(使水由S1进入S2)=因S1、S2浓度差产生的向上的力(使水由S2进入S1),此时S1溶液浓度>S2溶液浓度
2.图示半透膜允许水分子和单糖分子通过,S1溶液为0.5 mol/L的葡萄糖溶液,S2溶液为0.1 mol/L
的蔗糖溶液,初始液面等高。S1、S2溶液的液面变化如表所示。
现象 原因
S1液面上升、S2液面下降 S1溶液浓度>S2溶液浓度→单位时间内由S2进入S1的水分子数>由S1进入S2的水分子数
一段时间后,S1液面下降、S2液面上升 葡萄糖分子不断穿过半透膜(由S1进入S2),逐渐使S2溶液浓度>S1溶液浓度→水分子由S1渗透进入S2
最终S2液面高于S1 葡萄糖的扩散不受水分子影响,最终膜两侧葡萄糖分子数相等→S2中有蔗糖和葡萄糖,S1中只有葡萄糖→S2溶液浓度>S1溶液浓度(使水由S1进入S2),S2液面高于S1(Δh使水由S2进入S1)
方法技巧
(1)渗透平衡≠浓度相等:渗透装置达到平衡状态时,浓度差形成的压力与液面差(Δh)形成的
压力平衡,两者对水分子的运动造成相反的影响。
(2)当半透膜同时允许水分子和溶质分子通过时,按照“由起始状态(浓度)分析水分子运动→
由溶质分子运动得到最终状态(浓度)→反推中间过程水分子的运动”的思路进行分析。
1.细胞能否发生质壁分离及复原的判断
定点2 植物细胞质壁分离及复原实验的分析和拓展
(2)测定植物细胞的细胞液浓度范围
2.植物细胞质壁分离与复原实验的应用
(1)判断成熟植物细胞的死活
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
(4)鉴别不同种类的细胞外液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
基础过关练
题组一 渗透现象及原理分析
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。在长颈漏斗内液面上升的过程中( )
A.液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定
B.水分子只能通过半透膜从清水进入蔗糖溶液
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
2.将家兔成熟的红细胞甲、乙、丙分别置于三种不同浓度溶液中,如图为水分子的跨膜运输示意图(箭头方向表示水分子的进出,箭头粗细表示水分子出入的多少,已知实验前甲、乙、丙细胞内部溶液浓度相等)。一段时间后,可观察到置于不同浓度溶液中的红细胞( )
A.甲会发生质壁分离
B.平衡状态时,甲细胞内外浓度相等
C.乙无水分子进出
D.丙细胞一定吸水涨破
题组二 探究植物细胞的吸水和失水
3.某学生用紫色洋葱鳞片叶为实验材料,撕取外表皮制作临时装片,先在清水中观察(图甲),再将清水换成0.3 g/mL蔗糖溶液并观察(图乙)。下列叙述错误的是( )
A.甲中洋葱外表皮细胞的原生质层紧贴细胞壁
B.从甲到乙是由于细胞所处溶液浓度高于细胞液浓度
C.乙所示细胞出现质壁分离,b处充满清水
D.a、c处存在紫色物质,且c处颜色比a处深
4.(易错题)图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果示意图,图2为观察植物细胞质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是( )
A.图1细胞若继续发生质壁分离,则该细胞的吸水能力减弱
B.图1所示结果只能在图2中D处观察到
C.蔗糖溶液的浓度越大,第二次观察(D)和第三次观察(F)到的实验效果越明显
D.该实验用显微镜主要观察原生质层的位置、液泡的颜色和大小等
5.在探究植物细胞的吸水和失水实验中,甲、乙两个研究小组分别利用紫色洋葱鳞片叶内表皮和外表皮细胞进行实验。图1、图2是研究小组观察到的实验现象。回答下列问题。
(1)该实验使用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为材料的原因是 。
(2)图1、图2植物细胞发生质壁分离的内因是 ,质壁分离指的是细胞壁和 的分离。
(3)甲组将伊红(伊红是植物细胞不吸收的红色染料)加入一定浓度的蔗糖溶液中进行实验。观察到的实验现象最可能是 (填“图1”或“图2”)。
(4)乙组用一定浓度的乙二醇溶液做该实验,发现在没有将乙二醇溶液置换成清水的情况下,质壁分离的细胞发生了自动复原现象,原因是细胞先因渗透作用失水而发生质壁分离,后由于 ,细胞液浓度增加,使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原。
题组三 被动运输的类型和特点
6.转运蛋白可以分为通道蛋白和载体蛋白两种类型,由通道蛋白介导的物质跨膜运输速率比载体蛋白介导的物质跨膜运输速率约快1 000倍。通道蛋白在受到特定刺激时才开放。下列说法正确的是( )
A.通道蛋白介导的物质运输速率较快与消耗能量多有关
B.通道蛋白介导的物质运输速率较快与其无特异性有关
C.通道蛋白介导的物质运输速率较快与其需要与转运物结合有关
D.通道蛋白开放时其构象发生改变
7.如图为水分子通过细胞膜的两种方式,有关分析错误的是( )
A.通过方式1的运输量与细胞膜上磷脂分子紧密程度相关
B.通过方式2的运输速率比方式1快
C.方式2的运输速率与膜两侧浓度差和通道蛋白有关,与温度无关
D.O2、CO2、苯也可通过方式1穿过细胞膜
8.图A、图B是两种被动运输方式的转运速率和胞内外物质浓度差间的关系曲线,回答下列问题。
(1)图A表示的转运方式是 ,其转运速率取决于 。
(2)图B表示的方式若是协助扩散,那么ab段的限制因素主要是 ,bc段的限制因素主要是 。
(3)请在图C中画出被动运输的转运速率和细胞能量供应的关系曲线。
(4)下列物质中,以方式A进行转运的有 ;以方式B进行转运的有 。
①O2和CO2进出肺泡;②甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收;③哺乳动物成熟的红细胞吸收血液中的葡萄糖;④胆固醇进入肝细胞
能力提升练
题组一 渗透装置的分析与判断
1.图甲表示渗透装置,一段时间后液面上升的高度为h。图乙是另一种渗透装置。这两个装置所用的半透膜都不能让蔗糖分子通过,但可以让葡萄糖分子和水分子通过。下列叙述错误的是( )
A.图甲中,如果A、a均为蔗糖溶液,则初始浓度大小关系为Ma>MA,达到平衡后MA>Ma
B.图甲中,若每次平衡后都将产生的水柱h移走,那么随着时间的推移,h将会越来越小
C.图乙中,若A为0.6 g/mL的葡萄糖溶液,B为0.3 g/mL的葡萄糖溶液,则平衡后两侧液面相平
D.图乙中,若A、B分别为等质量浓度的蔗糖溶液和葡萄糖溶液,则实验开始时B侧液面升高
2.利用反渗透法可以淡化海水。反渗透法指的是在半透膜的原水一侧施加适当强度的外界压力,原水透过半透膜时,只允许水通过,其他物质不能通过而被截留在原水一侧半透膜表面的方法。下列相关叙述错误的是( )
A.渗透作用发生的必备条件是有半透膜和膜两侧有浓度差
B.若撤去压力,则淡水侧的水分子会向海水侧转移
C.反渗透法淡化海水的过程中,海水侧的水分子向淡水侧转移
D.反渗透法淡化海水时,所用半透膜上含有多种载体蛋白
题组二 植物细胞质壁分离及复原实验的应用
3.(教材习题改编)某兴趣小组用不同浓度的蔗糖溶液处理了细胞液渗透压相同的一批马铃薯条,一定时间后测定马铃薯条的质量变化百分比:(实验后质量-初始质量)/初始质量×100%,结果如图。下列叙述正确的是( )
A.0.2 mol·L-1蔗糖溶液中的马铃薯细胞壁与原生质层距离最大
B.实验结束后,0.8 mol·L-1的蔗糖溶液中马铃薯的细胞液的浓度最小
C.马铃薯条细胞液浓度介于0.2~0.3 mol·L-1的蔗糖溶液之间
D.实验结束后,0.6 mol·L-1蔗糖溶液中马铃薯条吸水能力小于实验前
4.将同一部位的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞分别浸在甲、乙、丙3种溶液中,测得原生质层的外界面与细胞壁间的距离变化如图所示,下列有关叙述错误的是( )
A.实验开始前,溶液甲的浓度>溶液乙的浓度>溶液丙的浓度
B.溶液乙中的洋葱鳞片叶外表皮细胞在t2时的细胞液浓度小于t0时的细胞液浓度
C.实验过程中水分子可以从溶液甲中移动到洋葱鳞片叶外表皮细胞内
D.实验结束后,可能只有溶液乙、丙中的洋葱鳞片叶外表皮细胞依然具有活性
5.(多选题)科研人员将A、B两种植物的成熟叶片置于不同浓度的蔗糖溶液中,培养相同时间后检测其重量变化,结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.实验后甲溶液的浓度高于实验前甲溶液的浓度
B.在乙浓度条件下,A、B两种植物的成熟细胞可能处于质壁分离状态
C.实验前两种植物细胞液浓度的大小关系为B>A
D.五种蔗糖溶液浓度的大小关系为乙>丁>甲>戊>丙
6.图1表示将洋葱外表皮细胞置于某种溶液中,细胞吸水力随质壁分离程度变化曲线;图2表示从清水中取出的洋葱鳞片叶外表皮细胞放入某种溶液中,其原生质层对细胞壁的压力随时间变化的关系,下列相关叙述正确的是( )
A.图1中,由A状态变化至B状态过程中,细胞的体积明显缩小
B.图1中B→A过程可能发生在图2的t2~t3时间段
C.液泡颜色最深的细胞出现在图2的t1时刻
D.图2中,细胞的失水发生在t0~t1,细胞的吸水发生在t2~t3
题组三 被动运输
7.肝细胞和细菌都能以协助扩散的方式吸收葡萄糖,其中细菌协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT1,肝细胞协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT2,其运输的速率和葡萄糖浓度的关系如图所示。下列推测错误的是( )
A.协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度差
B.a点与b点相比,制约葡萄糖转运速率的主要因素是GLUT1的数量
C.c点与a点相比,c点葡萄糖转运速率低的原因可能是肝细胞GLUT2少
D.载体蛋白的存在能显著提高细胞摄取葡萄糖的速率
答案与分层梯度式解析
第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
基础过关练
1.D 2.B 3.C 4.D 6.D 7.C
1.D 膜两侧浓度差越大,液面变化速率越快;长颈漏斗内液面上升的过程中,漏斗内蔗糖溶液的浓度逐渐减小,液面上升的速率逐渐减慢,最终维持稳定,A错误。水分子通过半透膜进行双向运动,只是水分子从清水进入蔗糖溶液的更多,B错误。由于蔗糖分子不能通过半透膜,所以半透膜两侧液体浓度不会相等,C错误。
2.B 家兔成熟的红细胞没有细胞壁,不会发生质壁分离现象。甲细胞:进细胞的水分子少于出细胞的水分子,细胞失水皱缩,平衡时细胞内外浓度相等;乙细胞:水分子进出细胞处于动态平衡,细胞形态基本不发生变化;丙细胞:进细胞的水分子多于出细胞的水分子,细胞吸水膨胀,但不一定会涨破,B正确。
3.C 图甲是将洋葱外表皮细胞置于清水中观察到的结果,细胞吸水,原生质层紧贴细胞壁,A正确;质壁分离(甲→乙过程)的外因是外界溶液浓度高于细胞液浓度(细胞失水,c处细胞液浓度比a处大,c处颜色比a处深),B、D正确;细胞壁具有全透性,水、蔗糖都可通过细胞壁,故b处应充满蔗糖溶液,C错误。
4.D 细胞液浓度越高,细胞吸水能力越强;图1细胞若继续发生质壁分离(细胞失水),细胞液浓度增大,细胞吸水能力增强,A错误。图1所示结果可能处于质壁分离过程、平衡状态或质壁分离复原过程中,因此可能在图2中的D处或F处观察到,B错误。蔗糖溶液浓度过高,会导致细胞失水过多而死亡,不会发生质壁分离复原现象,C错误。
5.答案 (1)细胞有紫色的大液泡,便于观察 (2)原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性 原生质层 (3)图1 (4)乙二醇能进入细胞
解析 (3)甲组所用材料为洋葱鳞片叶内表皮细胞(原生质层内无色),植物细胞不吸收伊红,伊红不能通过原生质层进入液泡,但可以通过全透性的细胞壁,使原生质层和细胞壁之间呈现红色,现象如图1。(4)植物细胞在高于细胞液浓度的乙二醇溶液中,先通过渗透作用失水发生质壁分离;乙二醇可以进入细胞,使得细胞液浓度增大,当细胞液浓度大于外界溶液浓度时,细胞因渗透吸水发生质壁分离复原。
6.D 通道蛋白介导的物质运输不消耗能量,A错误;通道蛋白和载体蛋白都具有特异性,B错误;物质通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,C错误;通道蛋白开放时允许特定的物质通过,通道蛋白关闭时不允许物质通过,即处于两种状态的通道蛋白功能不同,其结构(构象)也不同,D正确。
7.C 方式1水分子直接通过磷脂双分子层,是自由扩散;方式2水分子经过水通道蛋白进行运输,是协助扩散。水分子通过方式1进行运输时,在磷脂双分子层中间要经过疏水端,因此与方式2相比,方式2的运输速率更快,B正确;温度会影响细胞膜中磷脂和蛋白质的运动,从而影响分子的运输速率,因此方式2的运输速率也与温度有关,C错误。
8.答案 (1)自由扩散 物质浓度差 (2)物质浓度差 转运蛋白的数量
(3)
(4)①②④ ③
解析 (1)方式A的转运速率只与物质浓度差有关,且与物质浓度差成正比,属于自由扩散。(2)协助扩散中,ab段的限制因素主要是被转运物质的细胞内外浓度差,bc段转运速率不再随浓度差的增加而增加,说明限制因素不再是浓度差,而是转运蛋白的数量等。(3)被动运输不需要消耗能量,因此,物质转运速率不会随能量的增加而改变,曲线图见答案。
能力提升练
1.A 2.D 3.C 4.B 5.BCD 6.B 7.B
1.A 图甲中漏斗内液面上升,推测Ma>MA,当液面不再上升时,浓度差和液柱压力的作用相等,水分子进出平衡,仍然为Ma>MA,A错误;图甲中,若每次平衡后都将产生的水柱h移走,则半透膜两侧的浓度差会逐渐减小,随着时间的推移,h将会越来越小,B正确;水和葡萄糖分子都能通过半透膜,图乙中最终膜两侧葡萄糖浓度相等,液面相平,C正确;渗透装置中水分子的扩散速率取决于半透膜两侧溶液物质的量浓度差,由于蔗糖是二糖,葡萄糖是单糖,则溶液质量浓度相等时,蔗糖溶液的物质的量浓度小于葡萄糖溶液,因此实验刚开始时,水分子进入B侧的速率大于水分子进入A侧的速率,B侧液面升高,D正确。
2.D 根据题干信息“在半透膜的原水一侧施加适当强度的外界压力,原水透过半透膜时,只允许水通过”,则所用半透膜上不含多种载体蛋白,在外界压力作用下,水分子才能够由海水侧向淡水侧移动,若撤去压力,那么淡水侧的水分子会向海水侧转移,B、C正确,D错误。
3.C 分析题图信息:
4.B 对题图分析如下:
实验结束后,甲中的细胞可能因过度失水而死亡,乙中细胞能发生质壁分离自动复原,丙中细胞形态基本不变,说明乙和丙溶液中的外表皮细胞可能依然有活性,D正确。
5.BCD
甲中A、B植物细胞失水(导致甲中水增加),实验后甲溶液的浓度降低,A错误。细胞吸水越多,说明外界溶液浓度越小;细胞失水越多,说明外界溶液浓度越大,因此根据A(或B)植物重量变化可知,五种蔗糖溶液浓度的大小关系为乙>丁>甲>戊>丙,D正确。
6.B 图1中A→B过程中,细胞质壁分离程度变大,细胞失水,原生质体体积减小,但由于细胞壁的伸缩性较小,细胞体积没有明显变化,A错误。图1中B→A过程发生质壁分离复原,细胞吸水;图2中t0~t3时间段,细胞发生质壁分离和质壁分离的复原,分析如下,由此可知,B正确。
质壁分离达到最大程度(液泡颜色最深)出现在t1~t2时间段,t1~t2时间段细胞先失水再吸水,C、D错误。
7.B 协助扩散的物质运输方向为高浓度→低浓度,协助扩散可使膜两侧的浓度差缩小,A正确。
结合题图可知,a、b处于同一曲线(载体蛋白GLUT1的总数量相同)的上升段,a、b点的主要制约因素是葡萄糖的浓度(横坐标),B错误。c、a点位于不同曲线上,葡萄糖浓度(横坐标)相同,葡萄糖转运速率的差异主要与载体蛋白数量有关,C正确。与无蛋白质的磷脂双分子层相比,有载体蛋白时(细菌、肝细胞)运输葡萄糖速率明显加快,D正确。
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