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第三节 物质进出细胞的运输方式
第1课时 细胞质膜具有选择透过性、被动运输不需要细胞供能
1.说出渗透作用的条件及原理。2.说明水分子进出细胞的原理,阐明原生质层的选择透过性与质壁分离及其复原的关系。3.概述被动运输的概念,阐明简单扩散和协助扩散的异同点。
一、细胞质膜具有选择透过性
1.植物细胞的质壁分离和复原现象
(1)人正常形态的红细胞的渗透现象分析。
溶液 等渗溶液 低渗溶液 高渗溶液
红细胞
形态
原因分析 水分子进出细胞处于动态平衡 细胞 细胞
基本不变
膨胀
皱缩
吸水
失水
(2)渗透作用。
①渗透装置分析。
烧杯中是质量分数为5%的蔗糖溶液,溶质分子 (水的相对含量高);漏斗中是质量分数为10%的蔗糖溶液,溶质分子 (水的相对含量低);所以水分子从 向 中扩散。
②渗透作用发生的条件:具有半透膜且半透膜两侧的溶液存在 。
少
多
烧杯
漏斗
渗透压差
(3)植物细胞的吸水和失水。
①原生质层的概念:细胞质膜和 膜以及两层膜之间的 称为原生质层。
液泡
细胞质
②植物细胞吸水和失水的条件。
过程 条件
吸水 外界溶液的渗透压<细胞液的渗透压
失水 外界溶液的渗透压>细胞液的渗透压
平衡 外界溶液的渗透压=细胞液的渗透压
外表皮
2.观察植物细胞的质壁分离和复原现象
(1)实验材料:紫色洋葱鳞片叶 。
原生质层
(2)实验步骤。
制作装片:制作紫色洋葱鳞片叶外表皮临时玻片标本
↓
低倍镜观察:有一个紫色大液泡, 紧贴细胞壁
↓
滴加蔗糖溶液:在盖玻片的一侧滴加质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,在另一
侧用吸水纸吸引,重复多次
↓
低倍镜和高倍镜观察:观察紫色大液泡的体积以及细胞质膜的变化
↓
滴加清水:在盖玻片的一侧滴加 ,在另一侧用吸水纸吸引,重复多次
↓
低倍镜和高倍镜观察:观察紫色大液泡的体积以及细胞质膜的变化
清水
(3)质壁分离和复原现象的原因分析。
①原生质层具有 ,水分子能自由通过,蔗糖分子不能。
②细胞液和外界溶液之间存在渗透压差,且原生质层的 大于细胞壁。
a.当细胞液渗透压 外界溶液渗透压时,细胞失水,原生质层和细胞壁逐渐分离,发生 现象。
b.发生质壁分离的细胞,当细胞液渗透压 外界溶液渗透压时,细胞吸水,发生 。
选择透过性
伸缩性
小于
质壁分离
大于
质壁分离复原现象
3.细胞质膜对不同物质的通透性不同
(1)一般来说, 、相对分子质量小的不带电的极性分子、
等容易通过细胞质膜; 、相对分子质量大的不带电的极性分子和各种带电的极性分子都难以自由通过细胞质膜。
(2)细胞内的其他细胞器膜和细胞质膜一样,都是 。
气体分子
脂溶性分子
离子
选择透过性膜
二、被动运输不需要细胞供能
1.类型:主要包括 和 。
2.简单扩散(自由扩散)
(1)方向:顺浓度梯度(从 浓度一侧向 浓度一侧移动)。
(2)条件: 需要细胞代谢供能。
(3)举例:气体分子(如氧气、二氧化碳、氮气)、脂溶性物质(如甘油、乙醇、苯)、部分水等。
简单扩散
协助扩散
高
低
不
3.协助扩散
(1)依赖通道蛋白的协助扩散。
①概念:一些物质借助于细胞质膜上的通道蛋白, 细胞代谢供能,
梯度进出细胞质膜的被动运输方式。
②通道蛋白:主要是 通道蛋白。它们在生物膜中主要有 两种构型,相当于“门”。
③实例:神经细胞的细胞质膜上有 通道蛋白,它们在神经细胞兴奋的产生和传导中起重要作用。
不需要
顺浓度
离子
开与关
离子
(2)依赖载体蛋白的协助扩散。
①概念:一些物质依赖细胞质膜上的载体蛋白进出细胞,也 细胞代谢供能, 梯度通过细胞质膜的被动运输方式。
②载体蛋白:先与被运输的 结合,然后通过
完成物质运输。
③实例:红细胞质膜运输葡萄糖分子,载体蛋白与葡萄糖分子结合→载体蛋白 →葡萄糖分子被转运到红细胞质膜的内侧→葡萄糖分子被释放。
④载体蛋白的特点:具有高度的 。
不需要
顺浓度
离子或分子
自身构象的变化
或移动
构象改变
特异性
4.被动运输的影响因素
(1)细胞质膜两侧物质的 大小。
(2)简单扩散的限制因素是物质的 、 、
。
(3)协助扩散的限制因素是 的数量。
浓度差
脂溶性
相对分子质量大小
所带电荷的种类和数量
通道蛋白或载体蛋白
判断正误
(1)具有渗透压差的溶液之间一定可以发生渗透作用。( )
【提示】 具有渗透压差的溶液之间,如果没有半透膜也不能发生渗透作用。
(2)细胞质膜和液泡膜称为原生质层。( )
×
×
【提示】 细胞质膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。
(3)植物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内外溶液的渗透压差为0。( )
×
【提示】 植物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内外溶液的渗透压差不一定为0。例如,把植物细胞放在清水中,因细胞壁有支持和保护作用,细胞不会因吸水而涨破,达到渗透平衡时,细胞内溶液与清水之间仍存在渗透压差。
(4)质壁分离与复原实验中,用硝酸钾溶液代替蔗糖溶液,出现质壁分离后一定能自动复原。( )
×
【提示】 若硝酸钾溶液浓度过高导致细胞失水过多死亡,细胞质壁分离后不会自动复原。
(5)质壁分离过程中,洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液的渗透压大于细胞质基质的渗透压。( )
×
【提示】 在质壁分离过程中,细胞质基质的渗透压高于细胞液的渗透压。
(6)简单扩散和协助扩散都不需要载体蛋白和能量。( )
×
【提示】 简单扩散不需要载体蛋白和能量,协助扩散可能需要载体蛋白,不需要能量。
(7)协助扩散的速率与膜两侧的渗透压差成正比。( )
×
【提示】 协助扩散是顺浓度梯度运输,在一定浓度范围内,随着膜两侧的渗透压差增大,协助扩散的速率增大,但渗透压差增大到一定程度后运输速率就不再增加了,此时限制运输速率的因素是载体蛋白或通道蛋白的数量。
(8)甘油是极性分子,所以不能以简单扩散的方式通过细胞质膜。( )
×
【提示】 甘油是脂溶性物质,以简单扩散的方式通过细胞质膜。
(9)载体蛋白每次转运时都会发生自身构象的改变。( )
√
任务一 分析水进出细胞的原理
探究1 分析渗透作用的原理
用半透膜封住长颈漏斗的口部,在长颈漏斗内注入一定浓度的蔗糖溶液,然后把漏斗放到清水中,使内外液面相平,一段时间后会出现液面上升的现象,这就是渗透现象。结合下图分析渗透现象发生的条件和原理。
(1)如果漏斗管足够长,管内的液面会无限升高吗 为什么
【提示】 不会。由于烧杯中与漏斗中的液体具有渗透压差,水分子有进入漏斗的趋势;但是液面差Δh会产生相应的压强,当Δh产生的压强与渗透压平衡时,半透膜两侧水分子的交换速率相同,液面将不再升高。
(2)如果用纱布代替半透膜,漏斗管内液面还会升高吗 为什么
【提示】 不会。因为纱布是全透性的,水分子和蔗糖分子都能通过。
(3)如果烧杯内不是清水,而是同浓度的蔗糖溶液,漏斗管内液面还会升高吗 为什么
【提示】 不会。因为半透膜两侧的溶液不存在渗透压差,单位时间内进出半透膜的水分子数相等。
(4)渗透装置中,当漏斗管内液面不再上升时,半透膜两侧的溶液还存在渗透压差吗 为什么
【提示】 存在。渗透作用停止时,漏斗管内液面不再上升,此时水分子通过半透膜的双向扩散速率相等。不过,漏斗内溶液的渗透压仍高于烧杯中溶液的渗透压,这是因为漏斗内液面升高产生的作用力加大阻止烧杯中水分子向漏斗扩散。
探究2 分析细胞的吸水和失水
下图是将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞先放到质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液(甲)中,再放到清水(乙)中的实验过程图解。请分析回答下列问题。
(1)该细胞的原生质层包括图中的哪些部分(请用图中数字回答)
【提示】 包括②③④。
(2)甲过程中,⑤的颜色如何变化 其吸水能力又如何变化
【提示】 颜色逐渐变深;吸水能力逐渐增强。
(3)甲过程中,进入①和④的物质分别是什么液体
【提示】 由于细胞壁是全透性的,故进入①的是蔗糖溶液,而进入④细胞质的只有水。
(4)植物细胞的细胞壁对细胞的吸水和失水有无影响 请解释原因。
【提示】 有影响。细胞失水时,由于原生质层的伸缩性比细胞壁大,因而随着细胞失水的增多,原生质层会与细胞壁发生分离;当细胞吸水时,原生质层逐渐增大,由于细胞壁的伸缩有一定限度,故细胞不会一直吸水。
(5)红细胞的细胞质膜是否相当于一层半透膜 当外界溶液的浓度低时,红细胞一定会由于吸水而涨破吗 请说明你的理由。
【提示】 是。不一定,因为红细胞吸水膨胀后细胞质的渗透压也会下降,如果外界溶液的渗透压不是很低,有可能细胞质内溶液的渗透压下降后与外界溶液的渗透压达到平衡,此时红细胞将不再吸水,红细胞不会发生涨破。
「核心归纳」
1.影响渗透作用中液面变化的因素分析
半透膜表面积的大小 半透膜两侧的浓度差
半透膜面积:SB>SC
溶液的浓度:NB=NC>NA
半透膜面积:SB=SC
溶液的浓度:NB>NC>NA
在溶液浓度NB=NC>NA,其他条件都相同的情况下,半透膜的表面积越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显,
结果:vB>vC,ΔhB=ΔhC 在其他条件相同的情况下,半透膜两侧的浓度差越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显,
结果:vB>vC,ΔhB>ΔhC
2.关于水进出细胞的三点易错
(1)无论细胞吸水还是失水,水分子通过半透膜的扩散都是双向进行的。
(2)渗透平衡只意味着半透膜两侧的水分子移动达到平衡状态,既不可看作没有水分子移动,也不可看作膜两侧溶液浓度绝对相等。
(3)并不是所有的植物细胞都通过渗透作用吸水和失水,未形成成熟大液泡的细胞靠吸胀吸水。
「典型例题」
1.如右图所示,容器甲中含0.02 mol·L-1蔗糖,0.03 mol·L-1尿素;容器乙中含0.01 mol·L-1蔗糖,0.05 mol·L-1尿素。甲、乙间隔一层半透膜。第一种情况:半透膜只允许水分子通过;第二种情况:半透膜允许水分子和尿素分子通过。当达到动态平衡时,这两种情况下的液面高度分别是( )
[A]一样高,甲高于乙
[B]乙高于甲,不能确定
[C]乙高于甲,甲高于乙
[D]一样高,不能确定
C
【解析】 若半透膜只允许水分子通过,经计算可知,甲溶液中总的物质的量浓度为0.05 mol·L-1,乙溶液中总的物质的量浓度为0.06 mol·L-1。由于乙溶液的渗透压高于甲溶液,故最终乙液面高于甲液面。若半透膜允许水分子和尿素分子通过,经过扩散,最终半透膜两侧的尿素浓度趋于一致。由于溶液中的蔗糖无法透过半透膜且甲溶液中的蔗糖浓度大于乙溶液,故最终甲液面高于乙液面。
2.(2024·南通期中)下图表示青菜叶下表皮在不同的渗透压蔗糖溶液中,保卫细胞构成的气孔开闭情况(图中a、b、c分别表示用蔗糖溶液①、②、③浸润后的保卫细胞)。下列相关叙述错误的是( )
[A]蔗糖溶液的渗透压,②>①>③
[B]保卫细胞的细胞液的渗透压,a>b
[C]保卫细胞吸水能力,b>c
[D]保卫细胞原生质层的颜色,a>c
B
【解析】 蔗糖溶液①浸润时细胞吸水,蔗糖溶液①为保卫细胞的低渗溶液;蔗糖溶液②浸润时细胞失水,蔗糖溶液②为保卫细胞的高渗溶液;蔗糖溶液③浸润时细胞吸水,蔗糖溶液③为保卫细胞的低渗溶液,且c细胞吸水量大于a细胞,说明③溶液的渗透压低于①溶液的渗透压;所以,3种蔗糖溶液的渗透压高低为②>①>③。据题图可知,a细胞发生了渗透吸水,b细胞发生了渗透失水,因此b细胞细胞液的渗透压大于a细胞细胞液的渗透压。保卫细胞的吸水能力与其细胞液的渗透压呈正相关,b细胞发生了渗透失水,使得细胞液的渗透压增大;c细胞发生了渗透吸水,导致细胞液的渗透压减小,所以b细胞细胞液的渗透压>c细胞细胞液的渗透
压,也就意味着b细胞的吸水能力>c细胞的吸水能力。
a细胞和c细胞均发生了渗透吸水,但a细胞吸水量小于c细胞吸水量,因此a细胞原生质层面积任务二 观察植物细胞的质壁分离和复原现象
下图所示为某学生利用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料,观察植物细胞质壁分离和复原的基本步骤。请据图回答下列问题。
(1)该实验有无对照实验 C步骤中吸水纸的作用是什么
【提示】 该实验有对照实验,为自身前后对照。吸水纸的作用是引流,使细胞浸润在蔗糖溶液中。
(2)将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,一段时间后,该细胞的颜色如何变化 其吸水能力又如何变化
【提示】 细胞的颜色逐渐变深。细胞的吸水能力逐渐增强。
(3)若某学生在F步骤没有观察到质壁分离复原现象,最可能的原因是什么
【提示】 配制的蔗糖溶液浓度过高,细胞因失水过多而死亡。
(4)浸泡在一定浓度的KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞,发生质壁分离后又自动复原的原因是什么
「核心归纳」
1.本实验中的对照设置
本实验存在两组对照实验,均为自身对照。自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行,是实验前后之间的对照。
2.质壁分离及复原现象发生的条件
(1)从细胞角度分析。
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。
(2)从溶液角度分析。
①在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜)中只发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理,方可复原)。
②在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原,如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。
③在高浓度溶液中质壁分离现象明显,但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原,因为溶液浓度过高,细胞会因过度失水而死亡。
④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,不适于作质壁分离实验的溶液。
3.植物细胞质壁分离及复原的拓展应用
(1)判断成熟的植物细胞是活细胞还是死细胞。
(2)测定细胞液的浓度范围。
(3)比较不同植物的成熟细胞的细胞液浓度。
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。
「典型例题」
3.(2025·南通期中)科研人员利用紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞和不同溶液进行了若干实验,测得液泡相对体积(正常状态下液泡体积记为1.0)与细胞吸水能力的关系如右图所示。下列叙述正确的是( )
[A]A、B、C三点中,C点细胞液的浓度最高
[B]B→C过程,细胞体积显著增加
[C]与B点相比,A点时洋葱细胞原生质层的紫色更深
[D]若研究B→A→B过程,可选用一定浓度的KNO3溶液
D
【解析】 观察曲线,A、B、C三点中A点吸水能力最高,液泡体积最小,故其细胞液的浓度最高;B→C过程中,液泡相对体积增加,细胞吸水,但由于植物细胞具有细胞壁,细胞体积不会显著增加;与B点相比,A点时液泡相对体积较小,细胞液浓度较高,但原生质层是无色的,液泡里的紫色更深;一定浓度的KNO3溶液中,细胞会先失水后吸水,会出现B→A→B过程。
4.(2025·宿迁期中)在“观察植物细胞的质壁分离和复原现象”实验中,对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了如下图所示的三次观察。下列有关叙述正确的是( )
[A]载玻片上滴加清水并放上材料后可直接观察
[B]在低倍镜下,第一次观察时容易看到紫色大液泡和细胞质膜与细胞壁紧贴着
[C]第二次观察时可以发现质壁分离首先发生在细胞的角隅处
[D]吸水纸的作用只是吸除滴管滴加的多余液体,以免污染镜头
C
【解析】 载玻片上滴加清水并放上材料后,需要盖盖玻片后才能观察;第一次观察时未发生质壁分离,容易看到紫色大液泡,但低倍镜下观察不到细胞质膜与细胞壁紧贴着;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;吸水纸的主要作用是吸引液体从盖玻片的一侧流到另一侧,使植物细胞完全浸润在所滴加的液体中。
任务三 分析被动运输
探究1 分析被动运输的过程和特点
下图表示几种不同的物质通过细胞质膜的几种方式。
(1)说出图中①②③分别是哪种运输方式,判断的依据是什么
【提示】 ①不需要通道蛋白或载体蛋白的协助,表示简单扩散,②需要通道蛋白的参与,③需要载体蛋白的参与,且都不需要能量,②③表示协助扩散。
(2)氧气和二氧化碳等气体分子以什么方式进出细胞 并分析其原因。
【提示】 以简单扩散的方式进出细胞。因为氧气和二氧化碳等气体分子的相对分子质量较小,很容易穿过细胞质膜的磷脂双分子层。
(3)分析载体蛋白是如何转运分子或离子的,载体蛋白在转运分子或离子时是否有特异性。
【提示】 载体蛋白先与被运输的分子或离子结合,然后通过自身构象的变化或移动完成物质运输;载体蛋白在转运分子或离子时具有特异性。
探究2 分析影响被动运输的因素
影响被动运输的因素有很多,图A、图B是两种被动转运方式的转运速率和被转运物质的浓度之间的关系曲线。
(1)图A表示的运输方式是哪种 其转运速率主要取决于什么
【提示】 简单扩散。其转运速率主要取决于细胞质膜两侧物质的浓度差。
(2)图B表示的运输方式是哪种 ab段的限制因素是什么 bc段的限制因素又是什么
【提示】 协助扩散。ab段的限制因素是浓度差。bc段的限制因素是载体蛋白或通道蛋白的数量。
(3)图C表示的运输方式是哪种 请给出你的理由。
【提示】 简单扩散或协助扩散;简单扩散和协助扩散都不消耗能量,它们的运输速率都不受细胞能量供应的影响。
(4)下列物质中,以方式A和方式B转运的分别是哪些
①O2和CO2进出肺泡 ②甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收 ③红细胞吸收血液中的葡萄糖 ④胆固醇进入肝细胞
【提示】 以方式A(简单扩散)转运的有①②④;以方式B(协助扩散)转运的有③。
「核心归纳」
1.简单扩散和协助扩散的比较
项目 简单扩散 协助扩散
不同点 不需要通道蛋白或载体蛋白协助;运输速率取决于膜内外物质的浓度差 需要通道蛋白或载体蛋白协助;运输速率取决于膜内外物质的浓度差和通道蛋白或载体蛋白数量
相同点 都是顺浓度梯度的跨膜运输;都不需要细胞代谢供能
2.被动运输的影响因素
(1)简单扩散的影响因素:物质运输速率主要取决于膜内外物质的浓度差,也与物质分子大小和脂溶性有关。(如图A)
(2)协助扩散的影响因素:除了膜内外物质的浓度差外,还与膜上载体蛋白或通道蛋白的数量有关。当载体蛋白或通道蛋白达到饱和时物质浓度再增加,物质运输速率也不再增加。(如图B)
(3)被动运输不消耗能量,所以物质运输速率和细胞能量供应无关。(如图C)
3.载体蛋白与通道蛋白的区别
载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,而且每次转运时都会发生自身构象的改变;通道蛋白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。分子或离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合。
「典型例题」
5.研究发现,水分子进入植物细胞的两种方式如下图所示。下列叙述错误的是( )
[A]根毛细胞的吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关
[B]土壤溶液的浓度过高时,植物细胞失水需要消耗能量
[C]水分子通过水通道蛋白是顺浓度梯度进行的
[D]水分子通过水通道蛋白的跨膜运输方式为协助扩散
B
【解析】 土壤溶液的浓度过高时,细胞可通过简单扩散或协助扩散失水,都不需要消耗能量。
6.(2025·南京期中)协助扩散需要细胞质膜上载体蛋白或通道蛋白的协助。图中甲、乙分别表示载体蛋白介导和通道蛋白介导的两种协助扩散方式。下列叙述错误的是( )
[A]载体蛋白和通道蛋白都具有特异性
[B]载体蛋白和通道蛋白转运物质时都会与其相结合
[C]膜内外物质浓度梯度的大小会影响甲和乙的运输速率
[D]载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,转运时构象改变
B
【解析】 载体蛋白和通道蛋白均具有特异性,只能运输特定的溶质分子;通道蛋白在转运物质时不与其相结合;协助扩散不仅与载体蛋白或通道蛋白有关,也与膜内外浓度差有关,故膜内外物质浓度梯度的大小会影响甲和乙的运输速率;载体蛋白转运物质时,自身构象会发生变化,只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过。
思维导图
随堂检测
1.(2025·盐城期末)下列物质进出细胞的方式是协助扩散的是( )
[A]红细胞吸收葡萄糖
[B]CO2进出细胞
[C]小肠上皮细胞吸收甘油
[D]K+逆浓度进入神经细胞
A
【解析】 红细胞吸收葡萄糖为协助扩散;CO2进出细胞为简单扩散;小肠上皮细胞吸收甘油为简单扩散;K+逆浓度进入神经细胞不属于被动运输。
2.(2025·江苏月考)右图为水分子通过哺乳动物细胞质膜的两种方式。下列相关叙述正确的是( )
[A]方式2的运输速率比方式1更大
[B]两种运输方式都与环境温度有关
[C]水分子总运输量仅由通道蛋白数量决定
[D]水分子通过方式2进入细胞需要与通道蛋白结合
A
【解析】 水分子通过方式1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1的运输速率更小;温度升高会使水分子运输速率加快,温度低则运输慢,但哺乳动物自身有调节体温的能力,体温处于相对稳定的状态,因此体外环境温度变化基本不会影响水的两种运输方式;水分子运输量与细胞质膜上通道蛋白数量相关,还与水分子在膜两侧的含量差异有关;水分子通过方式2,即通过通道蛋白进行运输时,并不与通道蛋白结合。
3.下列关于“观察植物细胞的质壁分离和复原现象”实验的叙述,错误的是
( )
[A]原生质层的伸缩性大于细胞壁,但通透性小于细胞壁
[B]随着质壁分离的进行,液泡的颜色变深
[C]用盐酸处理表皮细胞,更容易观察到质壁分离现象
[D]实验过程中,至少需要对装片进行三次观察并记录结果
C
【解析】 原生质层的伸缩性大于细胞壁;原生质层相当于一层半透膜,具有选择透过性,而细胞壁是全透性的所以原生质层的通透性小于细胞壁。在质壁分离过程中,细胞液浓度不断增大,液泡的体积变小、颜色变深。盐酸能杀死细胞,从而使表皮细胞不能发生质壁分离。在实验过程中,至少需要用显微镜对装片进行三次观察,分别观察到正常细胞、质壁分离的细胞和质壁分离复原的细胞。
4.(2025·南京期末)研究人员将相同的洋葱鳞片叶外表皮细胞分别置于一定浓度的足量蔗糖溶液和KNO3溶液中,测得原生质体(除细胞壁以外的细胞结构)的体积随时间的变化,结果如下图所示。下列叙述正确的是( )
[A]曲线①可表示蔗糖溶液中原生质体体积的变化
[B]若用甘油溶液,原生质体体积变化可与①或②相似
[C]曲线①b时刻的细胞液浓度与初始细胞液浓度相同
[D]原生质体的体积达到x不再变化,表明细胞已死亡
B
【解析】 随着时间的推移,曲线①对应的原生质体的体积先变小后增大,表明细胞所处溶液的溶质能被细胞吸收,因此曲线①可表示KNO3溶液中原生质体体积的变化;若用甘油溶液,因甘油分子可被细胞吸收,所以原生质体体积变化可与①相似,若用的甘油溶液浓度过高,细胞因失水过多而死亡,则原生质体体积变化可与②相似;伴随着KNO3溶液中的细胞主动吸收钾离子和硝酸根离子,使得曲线①对应的细胞在a时刻之后吸水,因此b时刻的细胞液浓度大于初始细胞液浓度;原生质体的体积达到x不再变化,表明水分子进出细胞处于动态平衡,细胞没有死亡。
5.(多选)(2025·镇江期末)某兴趣小组做了下图所示的渗透作用实验,实验开始时,甲、乙漏斗内外液面相平。已知所用的半透膜只允许水分子通过,葡萄糖和蔗糖不能通过。下列叙述正确的有( )
[A]当甲、乙漏斗内液面不再升高时,甲漏斗内液面高度比乙漏斗内液面高度低
[B]当甲、乙漏斗内液面不再升高时,漏斗内外溶液存在渗透压差
[C]若每次平衡后都将漏斗内上升的水柱移走,水柱将会越来越低
[D]若葡萄糖能通过半透膜,乙液面会先升高后下降直至内外液面几乎相平
BCD
【解析】 0.3 mol/L葡萄糖溶液和0.3 mol/L蔗糖溶液的渗透压是相等的,溶质微粒数都是每升 0.3 mol,当甲、乙漏斗内液面不再升高时,二者液面高度相同;葡萄糖和蔗糖不能通过半透膜,当甲、乙漏斗内液面不再升高时,漏斗外依旧是清水,漏斗内为蔗糖溶液或葡萄糖溶液,故漏斗内外溶液存在渗透压差;若每次平衡后都将漏斗内上升的水柱(含有蔗糖或葡萄糖)移走,则会使漏斗内溶液的渗透压越来越小,再次平衡时水柱将会越来越低;一开始漏斗内溶液浓度大于漏斗外,乙漏斗吸水后液面升高,由于葡萄糖能通过半透膜,漏斗内溶液的渗透压下降,漏斗外溶液的渗透压升高,渗透压差减小,液面开始下降,直至内外液面几乎相平。
联系实际 迁移应用
“九曲黄河万里沙,浪淘风簸自天涯。”千百年来,万里黄河在山东入海,携沙造陆,在鲁北地区形成了广阔的平原。但同时,由于距离海洋较近,近海土地盐碱化严重。山东省一些临海地区曾有大面积的盐碱地。盐碱地不适合绝大多数植物生存,其初步治理主要采取灌溉低盐水,使水溶性盐碱物质沉降。
(1)盐碱地不适合大多数植物生存的原因是什么
【提示】 盐碱地中的土壤溶液浓度高于植物根系细胞液的浓度,植物根细胞难以从土壤溶液中吸收足够的水分,甚至部分细胞会因失水而代谢缓慢甚至死亡。
(2)如果土壤溶液中某种离子的浓度大于细胞液,试判断该离子进入细胞的方式。细胞失水过程中水分子的跨膜运输方式是什么
【提示】 离子由高浓度溶液经细胞质膜进入细胞属于协助扩散。细胞失水过程中水分子的跨膜运输可能是简单扩散,也可能是协助扩散。第三节 物质进出细胞的运输方式
第1课时 细胞质膜具有选择透过性、被动运输不需要细胞供能
[学习目标] 1.说出渗透作用的条件及原理。2.说明水分子进出细胞的原理,阐明原生质层的选择透过性与质壁分离及其复原的关系。3.概述被动运输的概念,阐明简单扩散和协助扩散的异同点。
一、细胞质膜具有选择透过性
1.植物细胞的质壁分离和复原现象
(1)人正常形态的红细胞的渗透现象分析。
溶液 等渗溶液 低渗溶液 高渗溶液
红细胞 形态 基本不变 膨胀 皱缩
原因 分析 水分子进出 细胞处于动 态平衡 细胞 吸水 细胞 失水
(2)渗透作用。
①渗透装置分析。
烧杯中是质量分数为5%的蔗糖溶液,溶质分子少(水的相对含量高);漏斗中是质量分数为10%的蔗糖溶液,溶质分子多(水的相对含量低);所以水分子从烧杯向漏斗中扩散。
②渗透作用发生的条件:具有半透膜且半透膜两侧的溶液存在渗透压差。
(3)植物细胞的吸水和失水。
①原生质层的概念:细胞质膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。
②植物细胞吸水和失水的条件。
过程 条件
吸水 外界溶液的渗透压<细胞液的渗透压
失水 外界溶液的渗透压>细胞液的渗透压
平衡 外界溶液的渗透压=细胞液的渗透压
2.观察植物细胞的质壁分离和复原现象
(1)实验材料:紫色洋葱鳞片叶外表皮。
(2)实验步骤。
制作装片:制作紫色洋葱鳞片叶外表皮临时玻片标本
↓
低倍镜观察:有一个紫色大液泡,原生质层紧贴细胞壁
↓
滴加蔗糖溶液:在盖玻片的一侧滴加质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,在另一侧用吸水纸吸引,重复多次
↓
低倍镜和高倍镜观察:观察紫色大液泡的体积以及细胞质膜的变化
↓
滴加清水:在盖玻片的一侧滴加清水,在另一侧用吸水纸吸引,重复多次
↓
低倍镜和高倍镜观察:观察紫色大液泡的体积以及细胞质膜的变化
(3)质壁分离和复原现象的原因分析。
①原生质层具有选择透过性,水分子能自由通过,蔗糖分子不能。
②细胞液和外界溶液之间存在渗透压差,且原生质层的伸缩性大于细胞壁。
a.当细胞液渗透压小于外界溶液渗透压时,细胞失水,原生质层和细胞壁逐渐分离,发生质壁分离现象。
b.发生质壁分离的细胞,当细胞液渗透压大于外界溶液渗透压时,细胞吸水,发生质壁分离复原现象。
3.细胞质膜对不同物质的通透性不同
(1)一般来说,气体分子、相对分子质量小的不带电的极性分子、脂溶性分子等容易通过细胞质膜;离子、相对分子质量大的不带电的极性分子和各种带电的极性分子都难以自由通过细胞质膜。
(2)细胞内的其他细胞器膜和细胞质膜一样,都是选择透过性膜。
二、被动运输不需要细胞供能
1.类型:主要包括简单扩散和协助扩散。
2.简单扩散(自由扩散)
(1)方向:顺浓度梯度(从高浓度一侧向低浓度一侧移动)。
(2)条件:不需要细胞代谢供能。
(3)举例:气体分子(如氧气、二氧化碳、氮气)、脂溶性物质(如甘油、乙醇、苯)、部分
水等。
3.协助扩散
(1)依赖通道蛋白的协助扩散。
①概念:一些物质借助于细胞质膜上的通道蛋白,不需要细胞代谢供能,顺浓度梯度进出细胞质膜的被动运输方式。
②通道蛋白:主要是离子通道蛋白。它们在生物膜中主要有开与关两种构型,相当于“门”。
③实例:神经细胞的细胞质膜上有离子通道蛋白,它们在神经细胞兴奋的产生和传导中起重要作用。
(2)依赖载体蛋白的协助扩散。
①概念:一些物质依赖细胞质膜上的载体蛋白进出细胞,也不需要细胞代谢供能,顺浓度梯度通过细胞质膜的被动运输方式。
②载体蛋白:先与被运输的离子或分子结合,然后通过自身构象的变化或移动完成物质
运输。
③实例:红细胞质膜运输葡萄糖分子,载体蛋白与葡萄糖分子结合→载体蛋白构象改变→葡萄糖分子被转运到红细胞质膜的内侧→葡萄糖分子被释放。
④载体蛋白的特点:具有高度的特异性。
4.被动运输的影响因素
(1)细胞质膜两侧物质的浓度差大小。
(2)简单扩散的限制因素是物质的脂溶性、相对分子质量大小、所带电荷的种类和数量。
(3)协助扩散的限制因素是通道蛋白或载体蛋白的数量。
判断正误
(1)具有渗透压差的溶液之间一定可以发生渗透作用。( )
【答案】 ×
【提示】 具有渗透压差的溶液之间,如果没有半透膜也不能发生渗透作用。
(2)细胞质膜和液泡膜称为原生质层。( )
【答案】 ×
【提示】 细胞质膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。
(3)植物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内外溶液的渗透压差为0。( )
【答案】 ×
【提示】 植物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内外溶液的渗透压差不一定为0。例如,把植物细胞放在清水中,因细胞壁有支持和保护作用,细胞不会因吸水而涨破,达到渗透平衡时,细胞内溶液与清水之间仍存在渗透压差。
(4)质壁分离与复原实验中,用硝酸钾溶液代替蔗糖溶液,出现质壁分离后一定能自动复原。( )
【答案】 ×
【提示】 若硝酸钾溶液浓度过高导致细胞失水过多死亡,细胞质壁分离后不会自动复原。
(5)质壁分离过程中,洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液的渗透压大于细胞质基质的渗透压。( )
【答案】 ×
【提示】 在质壁分离过程中,细胞质基质的渗透压高于细胞液的渗透压。
(6)简单扩散和协助扩散都不需要载体蛋白和能量。( )
【答案】 ×
【提示】 简单扩散不需要载体蛋白和能量,协助扩散可能需要载体蛋白,不需要能量。
(7)协助扩散的速率与膜两侧的渗透压差成正比。( )
【答案】 ×
【提示】 协助扩散是顺浓度梯度运输,在一定浓度范围内,随着膜两侧的渗透压差增大,协助扩散的速率增大,但渗透压差增大到一定程度后运输速率就不再增加了,此时限制运输速率的因素是载体蛋白或通道蛋白的数量。
(8)甘油是极性分子,所以不能以简单扩散的方式通过细胞质膜。( )
【答案】 ×
【提示】 甘油是脂溶性物质,以简单扩散的方式通过细胞质膜。
(9)载体蛋白每次转运时都会发生自身构象的改变。( )
【答案】 √
任务一 分析水进出细胞的原理
探究1 分析渗透作用的原理
用半透膜封住长颈漏斗的口部,在长颈漏斗内注入一定浓度的蔗糖溶液,然后把漏斗放到清水中,使内外液面相平,一段时间后会出现液面上升的现象,这就是渗透现象。结合下图分析渗透现象发生的条件和原理。
(1)如果漏斗管足够长,管内的液面会无限升高吗 为什么
【提示】 不会。由于烧杯中与漏斗中的液体具有渗透压差,水分子有进入漏斗的趋势;但是液面差Δh会产生相应的压强,当Δh产生的压强与渗透压平衡时,半透膜两侧水分子的交换速率相同,液面将不再升高。
(2)如果用纱布代替半透膜,漏斗管内液面还会升高吗 为什么
【提示】 不会。因为纱布是全透性的,水分子和蔗糖分子都能通过。
(3)如果烧杯内不是清水,而是同浓度的蔗糖溶液,漏斗管内液面还会升高吗 为什么
【提示】 不会。因为半透膜两侧的溶液不存在渗透压差,单位时间内进出半透膜的水分子数相等。
(4)渗透装置中,当漏斗管内液面不再上升时,半透膜两侧的溶液还存在渗透压差吗 为
什么
【提示】 存在。渗透作用停止时,漏斗管内液面不再上升,此时水分子通过半透膜的双向扩散速率相等。不过,漏斗内溶液的渗透压仍高于烧杯中溶液的渗透压,这是因为漏斗内液面升高产生的作用力加大阻止烧杯中水分子向漏斗扩散。
探究2 分析细胞的吸水和失水
下图是将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞先放到质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液(甲)中,再放到清水(乙)中的实验过程图解。请分析回答下列问题。
(1)该细胞的原生质层包括图中的哪些部分(请用图中数字回答)
【提示】 包括②③④。
(2)甲过程中,⑤的颜色如何变化 其吸水能力又如何变化
【提示】 颜色逐渐变深;吸水能力逐渐增强。
(3)甲过程中,进入①和④的物质分别是什么液体
【提示】 由于细胞壁是全透性的,故进入①的是蔗糖溶液,而进入④细胞质的只有水。
(4)植物细胞的细胞壁对细胞的吸水和失水有无影响 请解释原因。
【提示】 有影响。细胞失水时,由于原生质层的伸缩性比细胞壁大,因而随着细胞失水的增多,原生质层会与细胞壁发生分离;当细胞吸水时,原生质层逐渐增大,由于细胞壁的伸缩有一定限度,故细胞不会一直吸水。
(5)红细胞的细胞质膜是否相当于一层半透膜 当外界溶液的浓度低时,红细胞一定会由于吸水而涨破吗 请说明你的理由。
【提示】 是。不一定,因为红细胞吸水膨胀后细胞质的渗透压也会下降,如果外界溶液的渗透压不是很低,有可能细胞质内溶液的渗透压下降后与外界溶液的渗透压达到平衡,此时红细胞将不再吸水,红细胞不会发生涨破。
核心归纳
1.影响渗透作用中液面变化的因素分析
半透膜表面积的大小 半透膜两侧的浓度差
半透膜面积:SB>SC 溶液的浓度:NB=NC>NA 半透膜面积:SB=SC 溶液的浓度:NB>NC>NA
在溶液浓度NB=NC>NA,其他条件都相同的情况下,半透膜的表面积越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显, 结果:vB>vC,ΔhB=ΔhC 在其他条件相同的情况下,半透膜两侧的浓度差越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显, 结果:vB>vC,ΔhB>ΔhC
2.关于水进出细胞的三点易错
(1)无论细胞吸水还是失水,水分子通过半透膜的扩散都是双向进行的。
(2)渗透平衡只意味着半透膜两侧的水分子移动达到平衡状态,既不可看作没有水分子移动,也不可看作膜两侧溶液浓度绝对相等。
(3)并不是所有的植物细胞都通过渗透作用吸水和失水,未形成成熟大液泡的细胞靠吸胀吸水。
典型例题
1.如右图所示,容器甲中含0.02 mol·L-1蔗糖,0.03 mol·L-1尿素;容器乙中含0.01 mol·L-1蔗糖,0.05 mol·L-1尿素。甲、乙间隔一层半透膜。第一种情况:半透膜只允许水分子通过;第二种情况:半透膜允许水分子和尿素分子通过。当达到动态平衡时,这两种情况下的液面高度分别是( )
[A]一样高,甲高于乙
[B]乙高于甲,不能确定
[C]乙高于甲,甲高于乙
[D]一样高,不能确定
【答案】 C
【解析】 若半透膜只允许水分子通过,经计算可知,甲溶液中总的物质的量浓度为
0.05 mol·L-1,乙溶液中总的物质的量浓度为0.06 mol·L-1。由于乙溶液的渗透压高于甲溶液,故最终乙液面高于甲液面。若半透膜允许水分子和尿素分子通过,经过扩散,最终半透膜两侧的尿素浓度趋于一致。由于溶液中的蔗糖无法透过半透膜且甲溶液中的蔗糖浓度大于乙溶液,故最终甲液面高于乙液面。
2.(2024·南通期中)下图表示青菜叶下表皮在不同的渗透压蔗糖溶液中,保卫细胞构成的气孔开闭情况(图中a、b、c分别表示用蔗糖溶液①、②、③浸润后的保卫细胞)。下列相关叙述错误的是( )
[A]蔗糖溶液的渗透压,②>①>③
[B]保卫细胞的细胞液的渗透压,a>b
[C]保卫细胞吸水能力,b>c
[D]保卫细胞原生质层的颜色,a>c
【答案】 B
【解析】 蔗糖溶液①浸润时细胞吸水,蔗糖溶液①为保卫细胞的低渗溶液;蔗糖溶液②浸润时细胞失水,蔗糖溶液②为保卫细胞的高渗溶液;蔗糖溶液③浸润时细胞吸水,蔗糖溶液③为保卫细胞的低渗溶液,且c细胞吸水量大于a细胞,说明③溶液的渗透压低于①溶液的渗透压;所以,3种蔗糖溶液的渗透压高低为②>①>③。据题图可知,a细胞发生了渗透吸水,b细胞发生了渗透失水,因此b细胞细胞液的渗透压大于a细胞细胞液的渗透压。保卫细胞的吸水能力与其细胞液的渗透压呈正相关,b细胞发生了渗透失水,使得细胞液的渗透压增大;c细胞发生了渗透吸水,导致细胞液的渗透压减小,所以b细胞细胞液的渗透压>c细胞细胞液的渗透压,也就意味着b细胞的吸水能力>c细胞的吸水能力。a细胞和c细胞均发生了渗透吸水,但a细胞吸水量小于c细胞吸水量,因此a细胞原生质层面积任务二 观察植物细胞的质壁分离和复原现象
下图所示为某学生利用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料,观察植物细胞质壁分离和复原的基本步骤。请据图回答下列问题。
(1)该实验有无对照实验 C步骤中吸水纸的作用是什么
【提示】 该实验有对照实验,为自身前后对照。吸水纸的作用是引流,使细胞浸润在蔗糖溶液中。
(2)将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,一段时间后,该细胞的颜色如何变化 其吸水能力又如何变化
【提示】 细胞的颜色逐渐变深。细胞的吸水能力逐渐增强。
(3)若某学生在F步骤没有观察到质壁分离复原现象,最可能的原因是什么
【提示】 配制的蔗糖溶液浓度过高,细胞因失水过多而死亡。
(4)浸泡在一定浓度的KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞,发生质壁分离后又自动复原的原因是什么
【提示】 K+和N会进入细胞内,使外界溶液渗透压低于细胞液渗透压,细胞吸水发生质壁分离复原。
核心归纳
1.本实验中的对照设置
本实验存在两组对照实验,均为自身对照。自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行,是实验前后之间的对照。
2.质壁分离及复原现象发生的条件
(1)从细胞角度分析。
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原
现象。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。
(2)从溶液角度分析。
①在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜)中只发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理,方可复原)。
②在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原,如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。
③在高浓度溶液中质壁分离现象明显,但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原,因为溶液浓度过高,细胞会因过度失水而死亡。
④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,不适于作质壁分离实验的溶液。
3.植物细胞质壁分离及复原的拓展应用
(1)判断成熟的植物细胞是活细胞还是死细胞。
(2)测定细胞液的浓度范围。
(3)比较不同植物的成熟细胞的细胞液浓度。
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。
典型例题
3.(2025·南通期中)科研人员利用紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞和不同溶液进行了若干实验,测得液泡相对体积(正常状态下液泡体积记为1.0)与细胞吸水能力的关系如右图所示。下列叙述正确的是( )
[A]A、B、C三点中,C点细胞液的浓度最高
[B]B→C过程,细胞体积显著增加
[C]与B点相比,A点时洋葱细胞原生质层的紫色更深
[D]若研究B→A→B过程,可选用一定浓度的KNO3溶液
【答案】 D
【解析】 观察曲线,A、B、C三点中A点吸水能力最高,液泡体积最小,故其细胞液的浓度最高;B→C过程中,液泡相对体积增加,细胞吸水,但由于植物细胞具有细胞壁,细胞体积不会显著增加;与B点相比,A点时液泡相对体积较小,细胞液浓度较高,但原生质层是无色的,液泡里的紫色更深;一定浓度的KNO3溶液中,细胞会先失水后吸水,会出现B→A→B过程。
4.(2025·宿迁期中)在“观察植物细胞的质壁分离和复原现象”实验中,对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了如下图所示的三次观察。下列有关叙述正确的是( )
[A]载玻片上滴加清水并放上材料后可直接观察
[B]在低倍镜下,第一次观察时容易看到紫色大液泡和细胞质膜与细胞壁紧贴着
[C]第二次观察时可以发现质壁分离首先发生在细胞的角隅处
[D]吸水纸的作用只是吸除滴管滴加的多余液体,以免污染镜头
【答案】 C
【解析】 载玻片上滴加清水并放上材料后,需要盖盖玻片后才能观察;第一次观察时未发生质壁分离,容易看到紫色大液泡,但低倍镜下观察不到细胞质膜与细胞壁紧贴着;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;吸水纸的主要作用是吸引液体从盖玻片的一侧流到另一侧,使植物细胞完全浸润在所滴加的液体中。
任务三 分析被动运输
探究1 分析被动运输的过程和特点
下图表示几种不同的物质通过细胞质膜的几种方式。
(1)说出图中①②③分别是哪种运输方式,判断的依据是什么
【提示】 ①不需要通道蛋白或载体蛋白的协助,表示简单扩散,②需要通道蛋白的参与,③需要载体蛋白的参与,且都不需要能量,②③表示协助扩散。
(2)氧气和二氧化碳等气体分子以什么方式进出细胞 并分析其原因。
【提示】 以简单扩散的方式进出细胞。因为氧气和二氧化碳等气体分子的相对分子质量较小,很容易穿过细胞质膜的磷脂双分子层。
(3)分析载体蛋白是如何转运分子或离子的,载体蛋白在转运分子或离子时是否有特异性。
【提示】 载体蛋白先与被运输的分子或离子结合,然后通过自身构象的变化或移动完成物质运输;载体蛋白在转运分子或离子时具有特异性。
探究2 分析影响被动运输的因素
影响被动运输的因素有很多,图A、图B是两种被动转运方式的转运速率和被转运物质的浓度之间的关系曲线。
(1)图A表示的运输方式是哪种 其转运速率主要取决于什么
【提示】 简单扩散。其转运速率主要取决于细胞质膜两侧物质的浓度差。
(2)图B表示的运输方式是哪种 ab段的限制因素是什么 bc段的限制因素又是什么
【提示】 协助扩散。ab段的限制因素是浓度差。bc段的限制因素是载体蛋白或通道蛋白的数量。
(3)图C表示的运输方式是哪种 请给出你的理由。
【提示】 简单扩散或协助扩散;简单扩散和协助扩散都不消耗能量,它们的运输速率都不受细胞能量供应的影响。
(4)下列物质中,以方式A和方式B转运的分别是哪些
①O2和CO2进出肺泡 ②甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收 ③红细胞吸收血液中的葡萄糖 ④胆固醇进入肝细胞
【提示】 以方式A(简单扩散)转运的有①②④;以方式B(协助扩散)转运的有③。
核心归纳
1.简单扩散和协助扩散的比较
项目 简单扩散 协助扩散
不同点 不需要通道蛋白或载体蛋白协助;运输速率取决于膜内外物质的浓度差 需要通道蛋白或载体蛋白协助;运输速率取决于膜内外物质的浓度差和通道蛋白或载体蛋白数量
相同点 都是顺浓度梯度的跨膜运输;都不需要细胞代谢供能
2.被动运输的影响因素
(1)简单扩散的影响因素:物质运输速率主要取决于膜内外物质的浓度差,也与物质分子大小和脂溶性有关。(如图A)
(2)协助扩散的影响因素:除了膜内外物质的浓度差外,还与膜上载体蛋白或通道蛋白的数量有关。当载体蛋白或通道蛋白达到饱和时物质浓度再增加,物质运输速率也不再增加。(如图B)
(3)被动运输不消耗能量,所以物质运输速率和细胞能量供应无关。(如图C)
3.载体蛋白与通道蛋白的区别
载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,而且每次转运时都会发生自身构象的改变;通道蛋白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。分子或离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合。
典型例题
5.研究发现,水分子进入植物细胞的两种方式如下图所示。下列叙述错误的是( )
[A]根毛细胞的吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关
[B]土壤溶液的浓度过高时,植物细胞失水需要消耗能量
[C]水分子通过水通道蛋白是顺浓度梯度进行的
[D]水分子通过水通道蛋白的跨膜运输方式为协助扩散
【答案】 B
【解析】 土壤溶液的浓度过高时,细胞可通过简单扩散或协助扩散失水,都不需要消耗
能量。
6.(2025·南京期中)协助扩散需要细胞质膜上载体蛋白或通道蛋白的协助。图中甲、乙分别表示载体蛋白介导和通道蛋白介导的两种协助扩散方式。下列叙述错误的是( )
[A]载体蛋白和通道蛋白都具有特异性
[B]载体蛋白和通道蛋白转运物质时都会与其相结合
[C]膜内外物质浓度梯度的大小会影响甲和乙的运输速率
[D]载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,转运时构象改变
【答案】 B
【解析】 载体蛋白和通道蛋白均具有特异性,只能运输特定的溶质分子;通道蛋白在转运物质时不与其相结合;协助扩散不仅与载体蛋白或通道蛋白有关,也与膜内外浓度差有关,故膜内外物质浓度梯度的大小会影响甲和乙的运输速率;载体蛋白转运物质时,自身构象会发生变化,只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过。
随堂检测
1.(2025·盐城期末)下列物质进出细胞的方式是协助扩散的是( )
[A]红细胞吸收葡萄糖
[B]CO2进出细胞
[C]小肠上皮细胞吸收甘油
[D]K+逆浓度进入神经细胞
【答案】 A
【解析】 红细胞吸收葡萄糖为协助扩散;CO2进出细胞为简单扩散;小肠上皮细胞吸收甘油为简单扩散;K+逆浓度进入神经细胞不属于被动运输。
2.(2025·江苏月考)右图为水分子通过哺乳动物细胞质膜的两种方式。下列相关叙述正确的是( )
[A]方式2的运输速率比方式1更大
[B]两种运输方式都与环境温度有关
[C]水分子总运输量仅由通道蛋白数量决定
[D]水分子通过方式2进入细胞需要与通道蛋白结合
【答案】 A
【解析】 水分子通过方式1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1的运输速率更小;温度升高会使水分子运输速率加快,温度低则运输慢,但哺乳动物自身有调节体温的能力,体温处于相对稳定的状态,因此体外环境温度变化基本不会影响水的两种运输方式;水分子运输量与细胞质膜上通道蛋白数量相关,还与水分子在膜两侧的含量差异有关;水分子通过方式2,即通过通道蛋白进行运输时,并不与通道蛋白结合。
3.下列关于“观察植物细胞的质壁分离和复原现象”实验的叙述,错误的是( )
[A]原生质层的伸缩性大于细胞壁,但通透性小于细胞壁
[B]随着质壁分离的进行,液泡的颜色变深
[C]用盐酸处理表皮细胞,更容易观察到质壁分离现象
[D]实验过程中,至少需要对装片进行三次观察并记录结果
【答案】 C
【解析】 原生质层的伸缩性大于细胞壁;原生质层相当于一层半透膜,具有选择透过性,而细胞壁是全透性的所以原生质层的通透性小于细胞壁。在质壁分离过程中,细胞液浓度不断增大,液泡的体积变小、颜色变深。盐酸能杀死细胞,从而使表皮细胞不能发生质壁分离。在实验过程中,至少需要用显微镜对装片进行三次观察,分别观察到正常细胞、质壁分离的细胞和质壁分离复原的细胞。
4.(2025·南京期末)研究人员将相同的洋葱鳞片叶外表皮细胞分别置于一定浓度的足量蔗糖溶液和KNO3溶液中,测得原生质体(除细胞壁以外的细胞结构)的体积随时间的变化,结果如下图所示。下列叙述正确的是( )
[A]曲线①可表示蔗糖溶液中原生质体体积的变化
[B]若用甘油溶液,原生质体体积变化可与①或②相似
[C]曲线①b时刻的细胞液浓度与初始细胞液浓度相同
[D]原生质体的体积达到x不再变化,表明细胞已死亡
【答案】 B
【解析】 随着时间的推移,曲线①对应的原生质体的体积先变小后增大,表明细胞所处溶液的溶质能被细胞吸收,因此曲线①可表示KNO3溶液中原生质体体积的变化;若用甘油溶液,因甘油分子可被细胞吸收,所以原生质体体积变化可与①相似,若用的甘油溶液浓度过高,细胞因失水过多而死亡,则原生质体体积变化可与②相似;伴随着KNO3溶液中的细胞主动吸收钾离子和硝酸根离子,使得曲线①对应的细胞在a时刻之后吸水,因此b时刻的细胞液浓度大于初始细胞液浓度;原生质体的体积达到x不再变化,表明水分子进出细胞处于动态平衡,细胞没有死亡。
5.(多选)(2025·镇江期末)某兴趣小组做了下图所示的渗透作用实验,实验开始时,甲、乙漏斗内外液面相平。已知所用的半透膜只允许水分子通过,葡萄糖和蔗糖不能通过。下列叙述正确的有( )
[A]当甲、乙漏斗内液面不再升高时,甲漏斗内液面高度比乙漏斗内液面高度低
[B]当甲、乙漏斗内液面不再升高时,漏斗内外溶液存在渗透压差
[C]若每次平衡后都将漏斗内上升的水柱移走,水柱将会越来越低
[D]若葡萄糖能通过半透膜,乙液面会先升高后下降直至内外液面几乎相平
【答案】 BCD
【解析】 0.3 mol/L葡萄糖溶液和0.3 mol/L蔗糖溶液的渗透压是相等的,溶质微粒数都是每升 0.3 mol,当甲、乙漏斗内液面不再升高时,二者液面高度相同;葡萄糖和蔗糖不能通过半透膜,当甲、乙漏斗内液面不再升高时,漏斗外依旧是清水,漏斗内为蔗糖溶液或葡萄糖溶液,故漏斗内外溶液存在渗透压差;若每次平衡后都将漏斗内上升的水柱(含有蔗糖或葡萄糖)移走,则会使漏斗内溶液的渗透压越来越小,再次平衡时水柱将会越来越低;一开始漏斗内溶液浓度大于漏斗外,乙漏斗吸水后液面升高,由于葡萄糖能通过半透膜,漏斗内溶液的渗透压下降,漏斗外溶液的渗透压升高,渗透压差减小,液面开始下降,直至内外液面几乎相平。
“九曲黄河万里沙,浪淘风簸自天涯。”千百年来,万里黄河在山东入海,携沙造陆,在鲁北地区形成了广阔的平原。但同时,由于距离海洋较近,近海土地盐碱化严重。山东省一些临海地区曾有大面积的盐碱地。盐碱地不适合绝大多数植物生存,其初步治理主要采取灌溉低盐水,使水溶性盐碱物质沉降。
(1)盐碱地不适合大多数植物生存的原因是什么
【提示】 盐碱地中的土壤溶液浓度高于植物根系细胞液的浓度,植物根细胞难以从土壤溶液中吸收足够的水分,甚至部分细胞会因失水而代谢缓慢甚至死亡。
(2)如果土壤溶液中某种离子的浓度大于细胞液,试判断该离子进入细胞的方式。细胞失水过程中水分子的跨膜运输方式是什么
【提示】 离子由高浓度溶液经细胞质膜进入细胞属于协助扩散。细胞失水过程中水分子的跨膜运输可能是简单扩散,也可能是协助扩散。
课时作业
(时间:30分钟 分值:45分)
第1~8题每题3分,第9~10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1 植物细胞的质壁分离及复原现象
1.下列现象属于渗透作用的是( )
[A]蔗糖在水中溶解后使水变甜
[B]春天放在空气中的NaCl潮解
[C]蔗糖溶液通过细胞壁
[D]萎蔫的菜叶放在清水中变坚挺
【答案】 D
【解析】 蔗糖在水中溶解后使水变甜,没有通过半透膜,不属于渗透作用;春天放在空气中的NaCl吸水潮解,没有通过半透膜,不属于渗透作用;细胞壁不属于半透膜,具有全透性,蔗糖溶液通过细胞壁不属于渗透作用;萎蔫的菜叶放在清水中变坚挺,发生了渗透吸水。
2.(2025·盐城期中)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有活性的洋葱表皮细胞正处于右图所示的状态。a、b表示其所在部位的溶液浓度,由此可推测( )
[A]a>b,细胞渗透吸水
[B]a=b,渗透系统保持动态平衡
[C]a[D]上述三种情况都有可能
【答案】 D
【解析】 题图细胞可能处于三种状态:细胞正在质壁分离、细胞发生质壁分离后的复原、细胞处于动态平衡。故可能a>b,细胞渗透吸水,植物细胞发生质壁分离后的复原;或者a=b,植物细胞处于质壁分离结束刚刚要复原的那一瞬间,渗透系统保持动态平衡状态;还有可能a3.(2025·苏州期中)耐盐碱水稻是指能在盐浓度为0.3%以上的盐碱地生长的水稻品种。现有普通水稻和耐盐碱水稻若干,由于标签损坏无法辨认类型,研究小组使用0.3 g/mL的KNO3溶液分别处理普通水稻和耐盐碱水稻细胞,结果如下图所示。下列分析错误的是( )
[A]0~1 h期间,Ⅰ组水稻细胞液浓度小于外界溶液浓度,发生了质壁分离
[B]1~3 h期间,Ⅰ组水稻细胞开始吸收K+和N
[C]Ⅱ组水稻细胞原生质体体积没有变小,因此可判断其为耐盐碱水稻
[D]可用浓度大于0.3 g/mL的KNO3溶液进一步探究水稻的耐盐碱能力
【答案】 B
【解析】 0~1 h期间,Ⅰ组水稻原生质体体积的相对值减小,说明细胞失水,也说明了此时细胞液浓度小于外界溶液浓度,发生了质壁分离;Ⅰ组水稻细胞吸收K+和N始于刚开始,即1 h之前;在0.3 g/mL的KNO3溶液中,Ⅱ组水稻的原生质体体积增加,说明Ⅱ组水稻可以从外界环境中吸收水分,属于耐盐碱水稻;若需进一步探究水稻的耐盐碱能力,可用浓度大于0.3 g/mL的KNO3溶液进行实验。
知识点2 细胞质膜对不同物质的通透性不同
4.据物质“相似相溶”的原理,脂溶性物质能优先通过细胞质膜进入细胞,这与细胞质膜中的哪种成分有关( )
[A]磷脂 [B]蛋白质
[C]脂肪 [D]糖类
【答案】 A
【解析】 细胞质膜以磷脂双分子层为基本支架,脂溶性物质能优先通过细胞质膜进入细胞,这与细胞质膜中的磷脂有关。
5.(2024·常州月考)用相同的培养液分别培养水稻和番茄,一段时间后测定培养液中各种养分的含量。下图表示实验结束时培养液中各种养分的浓度占实验开始时浓度的百分比,根据测定的结果可推知( )
[A]番茄和水稻对离子的吸收均具有选择性
[B]水稻培养液中Mg2+浓度增加是根细胞分泌的结果
[C]植物细胞对离子的吸收和对水的吸收是成正比的
[D]番茄吸收Si的量比水稻吸收Si的量多
【答案】 A
【解析】 由题图可以看出,番茄和水稻在实验结束时培养液中各种养分的浓度占实验开始时浓度的百分比不同,说明番茄和水稻对矿质离子的吸收都具有选择性;因为根细胞吸收水和吸收矿质元素是两个相对独立的过程,水稻根细胞吸收水的相对量多于根对Ca2+、Mg2+吸收的相对量,因此实验结束时,培养液中Mg2+浓度增加;分析题图可知,植物对离子的吸收和对水的吸收不成比例;分析题图可知,番茄培养液中Si的浓度高于实验开始时,因此番茄对Si的吸收能力低于对水的吸收能力,而水稻正好相反,因此番茄吸收Si的量比水稻吸收Si的量少。
知识点3 被动运输
6.(2025·连云港期中)水分子通过生物膜的方式有下图所示的两种。下列相关叙述错误的是( )
[A]结构a是磷脂双分子层,其内部具有疏水性
[B]水通道蛋白与载体蛋白的特性有差异,如其运输水分子时不与之结合
[C]水通道蛋白能运输水分子及溶于水的钾离子等物质,不能运输其他物质
[D]图示的两种方式都不需要消耗能量
【答案】 C
【解析】 磷脂双分子层是生物膜的基本支架,其内部是脂肪酸链,具有疏水性;水通道蛋白运输水分子时不与之结合,而载体蛋白在运输物质时会与被运输物质结合,二者特性有差异;水通道蛋白具有特异性,只能运输水分子,不能运输钾离子等其他物质;题图中方式1是简单扩散,方式2是协助扩散,两种方式都不需要消耗能量。
7.(2025·镇江期中)下图甲、乙表示两种与被动运输方式有关的曲线。下列相关叙述错误的是( )
[A]图甲代表简单扩散,图乙代表协助扩散
[B]图甲代表的跨膜运输方式不需要载体蛋白或通道蛋白
[C]图乙中限制P点转运速率的主要因素是载体蛋白或通道蛋白的数量
[D]温度对图甲所示运输方式的转运速率没有影响,对图乙所示运输方式的转运速率有
影响
【答案】 D
【解析】 图甲代表的运输方式只与浓度差有关,为被动运输中的简单扩散,图乙代表的运输方式显示达到一定的浓度差后运输速率不再增加,说明图乙代表的运输方式除了与浓度差相关外,还与载体蛋白或通道蛋白的数量有关,属于被动运输中的协助扩散;图甲代表的运输方式为简单扩散,不需要载体蛋白或通道蛋白,不消耗能量;图乙代表的运输方式为协助扩散,由于细胞质膜上载体蛋白或通道蛋白的数量是有限的,因此运输速率会有最大值,故限制P点转运速率的主要因素是载体蛋白或通道蛋白的数量;一定范围内温度升高会使膜上的分子运动加快,有利于物质的运输,因此温度对图甲和图乙中的运输速率均有影响。
8.细胞质膜的磷脂双分子层对水有一定的通透性,但大量的水通过细胞质膜上的水通道蛋白进出细胞,硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列相关叙述错误的是( )
[A]水分子通过细胞质膜的速率高于通过人工脂质膜
[B]增加水通道蛋白的数量会影响水分的跨膜运输速率
[C]经AgNO3处理的成熟植物细胞在高渗溶液中不发生质壁分离
[D]肾小管的重吸收作用与水通道蛋白的结构和功能有直接关系
【答案】 C
【解析】 水分子可以通过简单扩散(不需要水通道蛋白协助)和协助扩散(需要水通道蛋白协助)的方式进出细胞,通过协助扩散的运输速率大于通过简单扩散的运输速率,细胞质膜上有水通道蛋白,人工脂质膜没有,故水分子通过细胞质膜的速率高于通过人工脂质膜;增加水通道蛋白的数量会影响水分的跨膜运输速率;经AgNO3处理的成熟植物细胞在高渗溶液中,水通道蛋白失去活性,但水分子仍可以简单扩散的方式透过细胞质膜,故成熟植物细胞会发生质壁分离;肾脏通过水通道蛋白对水分子进行重新吸收,肾小管的重吸收作用与水通道蛋白的结构和功能有直接关系。
综合提升练
9.(多选)(2025·徐州期中)右图为“U”型渗透装置,S1溶液是质量分数为15 %的葡萄糖溶液,S2溶液是质量分数为15 %的蔗糖溶液。葡萄糖可以通过半透膜,而蔗糖不能,起始时两侧液面高度相同。下列叙述正确的有( )
[A]实验初期半透膜两侧水分子移动速率不同
[B]一段时间后在S2溶液中不能检测到葡萄糖
[C]S1液面先上升后下降,平衡时两侧液面高度相同
[D]实验过程中半透膜两侧的水分子始终进行双向扩散
【答案】 AD
【解析】 S1溶液是质量分数为15%的葡萄糖溶液,S2溶液是质量分数为15%的蔗糖溶液,一分子蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖组成的,因此蔗糖的相对分子质量大于葡萄糖的相对分子质量,所以S1中葡萄糖的分子数量大于S2中的蔗糖分子数量。实验初期半透膜两侧水分子移动速率不同,由S2溶液进入S1溶液的水分子速率高于由S1溶液进入S2溶液的水分子速率;葡萄糖可以通过半透膜,而蔗糖不能,S1溶液中的葡萄糖可进入S2溶液中,故一段时间后可以在S2溶液中检测到葡萄糖;起始时S1中的渗透压大于S2中的渗透压,S1液面会上升,之后因为葡萄糖会透过半透膜(而蔗糖不能透过半透膜),所以S1液面会下降,最终平衡时S2液面高于S1液面;整个实验过程中,半透膜两侧的水分子始终双向移动,达到平衡时,水分子进出半透膜的速率相等。
10.(多选)(2024·淮安期末)载体蛋白几乎存在于所有类型的生物膜上,下图为载体蛋白通过构象改变介导某物质进入细胞的示意图。下列叙述正确的有( )
[A]该物质进入细胞的方式为协助扩散
[B]该物质不可能是葡萄糖
[C]载体蛋白构象的改变是可逆的
[D]载体蛋白的数量会影响该物质的运输速率
【答案】 ACD
【解析】 该物质进入细胞需要载体蛋白,顺浓度梯度,且不消耗能量,这种运输方式为协助扩散;红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散,所以该物质可能是葡萄糖;载体蛋白通过构象改变介导某物质进入细胞,载体蛋白构象的改变是可逆的;该物质进入细胞需要载体蛋白,载体蛋白的数量会影响该物质的运输速率。
11.(9分)(2024·盐城月考)在“观察植物细胞的质壁分离与复原现象”实验中,甲、乙两个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。下图①~⑥是实验的操作步骤,图⑦、图⑧是小组观察到的实验现象。回答下列问题。
(1)利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行实验时,步骤③~④在滴加蔗糖溶液的过程中,显微镜下不可能观察到的现象是 。(填字母)
A.液泡在缩小
B.细胞壁与原生质层分离
C.液泡颜色变浅
D.细胞大小几乎不变
(2)某学生在步骤⑥观察时,若发现细胞不能复原,最可能的原因是
。
(3)甲组同学将伊红(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图 (填“⑦”或“⑧”),这体现了细胞质膜具有的功能特性是 。
(4)若图⑧中细胞正在发生质壁分离,则原生质层和细胞壁之间充满着 。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)C
(2)失水时间过长,细胞已经失活
(3)⑦(1分) 选择透过性
(4)外界溶液(蔗糖溶液)
【解析】 (1)利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行实验时,步骤③~④在滴加蔗糖溶液的过程中,由于蔗糖溶液的浓度大于细胞液浓度,植物细胞会发生失水,出现质壁分离现象,细胞壁与原生质层分离,液泡在缩小,液泡颜色变深,细胞大小几乎不变。
(2)该实验是先用0.3 g/mL的蔗糖溶液处理,观察质壁分离现象,后用清水处理观察质壁分离复原现象,但观察质壁分离及其复原所需的植物细胞是需要有活性的,某学生在步骤⑥观察时,若发现细胞不能复原,最可能的原因是细胞失水时间过长,细胞已经失活。
(3)由题意知,伊红是植物细胞不吸收的红色染料,不能通过原生质层,但可以通过具有全透性的细胞壁,也就是原生质层和细胞壁之间为红色,原生质层以及液泡内无色,所以观察到的实验现象最可能的是图⑦;这体现了细胞质膜具有的功能特性是选择透过性。
(4)由于植物细胞壁具有全透性,若图⑧中细胞正在发生质壁分离,则原生质层和细胞壁之间充满着外界溶液(蔗糖溶液)。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第三节 物质进出细胞的运输方式
第1课时 细胞质膜具有选择透过性、被动运输不需要细胞供能
课时作业
(时间:30分钟 分值:45分)
第1~8题每题3分,第9~10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1 植物细胞的质壁分离及复原现象
1.下列现象属于渗透作用的是( )
[A]蔗糖在水中溶解后使水变甜
[B]春天放在空气中的NaCl潮解
[C]蔗糖溶液通过细胞壁
[D]萎蔫的菜叶放在清水中变坚挺
【答案】 D
【解析】 蔗糖在水中溶解后使水变甜,没有通过半透膜,不属于渗透作用;春天放在空气中的NaCl吸水潮解,没有通过半透膜,不属于渗透作用;细胞壁不属于半透膜,具有全透性,蔗糖溶液通过细胞壁不属于渗透作用;萎蔫的菜叶放在清水中变坚挺,发生了渗透吸水。
2.(2025·盐城期中)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有活性的洋葱表皮细胞正处于右图所示的状态。a、b表示其所在部位的溶液浓度,由此可推测( )
[A]a>b,细胞渗透吸水
[B]a=b,渗透系统保持动态平衡
[C]a[D]上述三种情况都有可能
【答案】 D
【解析】 题图细胞可能处于三种状态:细胞正在质壁分离、细胞发生质壁分离后的复原、细胞处于动态平衡。故可能a>b,细胞渗透吸水,植物细胞发生质壁分离后的复原;或者a=b,植物细胞处于质壁分离结束刚刚要复原的那一瞬间,渗透系统保持动态平衡状态;还有可能a3.(2025·苏州期中)耐盐碱水稻是指能在盐浓度为0.3%以上的盐碱地生长的水稻品种。现有普通水稻和耐盐碱水稻若干,由于标签损坏无法辨认类型,研究小组使用0.3 g/mL的KNO3溶液分别处理普通水稻和耐盐碱水稻细胞,结果如下图所示。下列分析错误的是( )
[A]0~1 h期间,Ⅰ组水稻细胞液浓度小于外界溶液浓度,发生了质壁分离
[B]1~3 h期间,Ⅰ组水稻细胞开始吸收K+和N
[C]Ⅱ组水稻细胞原生质体体积没有变小,因此可判断其为耐盐碱水稻
[D]可用浓度大于0.3 g/mL的KNO3溶液进一步探究水稻的耐盐碱能力
【答案】 B
【解析】 0~1 h期间,Ⅰ组水稻原生质体体积的相对值减小,说明细胞失水,也说明了此时细胞液浓度小于外界溶液浓度,发生了质壁分离;Ⅰ组水稻细胞吸收K+和N始于刚开始,即1 h之前;在0.3 g/mL的KNO3溶液中,Ⅱ组水稻的原生质体体积增加,说明Ⅱ组水稻可以从外界环境中吸收水分,属于耐盐碱水稻;若需进一步探究水稻的耐盐碱能力,可用浓度大于0.3 g/mL的KNO3溶液进行实验。
知识点2 细胞质膜对不同物质的通透性不同
4.据物质“相似相溶”的原理,脂溶性物质能优先通过细胞质膜进入细胞,这与细胞质膜中的哪种成分有关( )
[A]磷脂 [B]蛋白质
[C]脂肪 [D]糖类
【答案】 A
【解析】 细胞质膜以磷脂双分子层为基本支架,脂溶性物质能优先通过细胞质膜进入细胞,这与细胞质膜中的磷脂有关。
5.(2024·常州月考)用相同的培养液分别培养水稻和番茄,一段时间后测定培养液中各种养分的含量。下图表示实验结束时培养液中各种养分的浓度占实验开始时浓度的百分比,根据测定的结果可推知( )
[A]番茄和水稻对离子的吸收均具有选择性
[B]水稻培养液中Mg2+浓度增加是根细胞分泌的结果
[C]植物细胞对离子的吸收和对水的吸收是成正比的
[D]番茄吸收Si的量比水稻吸收Si的量多
【答案】 A
【解析】 由题图可以看出,番茄和水稻在实验结束时培养液中各种养分的浓度占实验开始时浓度的百分比不同,说明番茄和水稻对矿质离子的吸收都具有选择性;因为根细胞吸收水和吸收矿质元素是两个相对独立的过程,水稻根细胞吸收水的相对量多于根对Ca2+、Mg2+吸收的相对量,因此实验结束时,培养液中Mg2+浓度增加;分析题图可知,植物对离子的吸收和对水的吸收不成比例;分析题图可知,番茄培养液中Si的浓度高于实验开始时,因此番茄对Si的吸收能力低于对水的吸收能力,而水稻正好相反,因此番茄吸收Si的量比水稻吸收Si的量少。
知识点3 被动运输
6.(2025·连云港期中)水分子通过生物膜的方式有下图所示的两种。下列相关叙述错误的是( )
[A]结构a是磷脂双分子层,其内部具有疏水性
[B]水通道蛋白与载体蛋白的特性有差异,如其运输水分子时不与之结合
[C]水通道蛋白能运输水分子及溶于水的钾离子等物质,不能运输其他物质
[D]图示的两种方式都不需要消耗能量
【答案】 C
【解析】 磷脂双分子层是生物膜的基本支架,其内部是脂肪酸链,具有疏水性;水通道蛋白运输水分子时不与之结合,而载体蛋白在运输物质时会与被运输物质结合,二者特性有差异;水通道蛋白具有特异性,只能运输水分子,不能运输钾离子等其他物质;题图中方式1是简单扩散,方式2是协助扩散,两种方式都不需要消耗能量。
7.(2025·镇江期中)下图甲、乙表示两种与被动运输方式有关的曲线。下列相关叙述错误的是( )
[A]图甲代表简单扩散,图乙代表协助扩散
[B]图甲代表的跨膜运输方式不需要载体蛋白或通道蛋白
[C]图乙中限制P点转运速率的主要因素是载体蛋白或通道蛋白的数量
[D]温度对图甲所示运输方式的转运速率没有影响,对图乙所示运输方式的转运速率有
影响
【答案】 D
【解析】 图甲代表的运输方式只与浓度差有关,为被动运输中的简单扩散,图乙代表的运输方式显示达到一定的浓度差后运输速率不再增加,说明图乙代表的运输方式除了与浓度差相关外,还与载体蛋白或通道蛋白的数量有关,属于被动运输中的协助扩散;图甲代表的运输方式为简单扩散,不需要载体蛋白或通道蛋白,不消耗能量;图乙代表的运输方式为协助扩散,由于细胞质膜上载体蛋白或通道蛋白的数量是有限的,因此运输速率会有最大值,故限制P点转运速率的主要因素是载体蛋白或通道蛋白的数量;一定范围内温度升高会使膜上的分子运动加快,有利于物质的运输,因此温度对图甲和图乙中的运输速率均有影响。
8.细胞质膜的磷脂双分子层对水有一定的通透性,但大量的水通过细胞质膜上的水通道蛋白进出细胞,硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列相关叙述错误的是( )
[A]水分子通过细胞质膜的速率高于通过人工脂质膜
[B]增加水通道蛋白的数量会影响水分的跨膜运输速率
[C]经AgNO3处理的成熟植物细胞在高渗溶液中不发生质壁分离
[D]肾小管的重吸收作用与水通道蛋白的结构和功能有直接关系
【答案】 C
【解析】 水分子可以通过简单扩散(不需要水通道蛋白协助)和协助扩散(需要水通道蛋白协助)的方式进出细胞,通过协助扩散的运输速率大于通过简单扩散的运输速率,细胞质膜上有水通道蛋白,人工脂质膜没有,故水分子通过细胞质膜的速率高于通过人工脂质膜;增加水通道蛋白的数量会影响水分的跨膜运输速率;经AgNO3处理的成熟植物细胞在高渗溶液中,水通道蛋白失去活性,但水分子仍可以简单扩散的方式透过细胞质膜,故成熟植物细胞会发生质壁分离;肾脏通过水通道蛋白对水分子进行重新吸收,肾小管的重吸收作用与水通道蛋白的结构和功能有直接关系。
综合提升练
9.(多选)(2025·徐州期中)右图为“U”型渗透装置,S1溶液是质量分数为15 %的葡萄糖溶液,S2溶液是质量分数为15 %的蔗糖溶液。葡萄糖可以通过半透膜,而蔗糖不能,起始时两侧液面高度相同。下列叙述正确的有( )
[A]实验初期半透膜两侧水分子移动速率不同
[B]一段时间后在S2溶液中不能检测到葡萄糖
[C]S1液面先上升后下降,平衡时两侧液面高度相同
[D]实验过程中半透膜两侧的水分子始终进行双向扩散
【答案】 AD
【解析】 S1溶液是质量分数为15%的葡萄糖溶液,S2溶液是质量分数为15%的蔗糖溶液,一分子蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖组成的,因此蔗糖的相对分子质量大于葡萄糖的相对分子质量,所以S1中葡萄糖的分子数量大于S2中的蔗糖分子数量。实验初期半透膜两侧水分子移动速率不同,由S2溶液进入S1溶液的水分子速率高于由S1溶液进入S2溶液的水分子速率;葡萄糖可以通过半透膜,而蔗糖不能,S1溶液中的葡萄糖可进入S2溶液中,故一段时间后可以在S2溶液中检测到葡萄糖;起始时S1中的渗透压大于S2中的渗透压,S1液面会上升,之后因为葡萄糖会透过半透膜(而蔗糖不能透过半透膜),所以S1液面会下降,最终平衡时S2液面高于S1液面;整个实验过程中,半透膜两侧的水分子始终双向移动,达到平衡时,水分子进出半透膜的速率相等。
10.(多选)(2024·淮安期末)载体蛋白几乎存在于所有类型的生物膜上,下图为载体蛋白通过构象改变介导某物质进入细胞的示意图。下列叙述正确的有( )
[A]该物质进入细胞的方式为协助扩散
[B]该物质不可能是葡萄糖
[C]载体蛋白构象的改变是可逆的
[D]载体蛋白的数量会影响该物质的运输速率
【答案】 ACD
【解析】 该物质进入细胞需要载体蛋白,顺浓度梯度,且不消耗能量,这种运输方式为协助扩散;红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散,所以该物质可能是葡萄糖;载体蛋白通过构象改变介导某物质进入细胞,载体蛋白构象的改变是可逆的;该物质进入细胞需要载体蛋白,载体蛋白的数量会影响该物质的运输速率。
11.(9分)(2024·盐城月考)在“观察植物细胞的质壁分离与复原现象”实验中,甲、乙两个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。下图①~⑥是实验的操作步骤,图⑦、图⑧是小组观察到的实验现象。回答下列问题。
(1)利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行实验时,步骤③~④在滴加蔗糖溶液的过程中,显微镜下不可能观察到的现象是 。(填字母)
A.液泡在缩小
B.细胞壁与原生质层分离
C.液泡颜色变浅
D.细胞大小几乎不变
(2)某学生在步骤⑥观察时,若发现细胞不能复原,最可能的原因是
。
(3)甲组同学将伊红(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图 (填“⑦”或“⑧”),这体现了细胞质膜具有的功能特性是 。
(4)若图⑧中细胞正在发生质壁分离,则原生质层和细胞壁之间充满着 。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)C
(2)失水时间过长,细胞已经失活
(3)⑦(1分) 选择透过性
(4)外界溶液(蔗糖溶液)
【解析】 (1)利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行实验时,步骤③~④在滴加蔗糖溶液的过程中,由于蔗糖溶液的浓度大于细胞液浓度,植物细胞会发生失水,出现质壁分离现象,细胞壁与原生质层分离,液泡在缩小,液泡颜色变深,细胞大小几乎不变。
(2)该实验是先用0.3 g/mL的蔗糖溶液处理,观察质壁分离现象,后用清水处理观察质壁分离复原现象,但观察质壁分离及其复原所需的植物细胞是需要有活性的,某学生在步骤⑥观察时,若发现细胞不能复原,最可能的原因是细胞失水时间过长,细胞已经失活。
(3)由题意知,伊红是植物细胞不吸收的红色染料,不能通过原生质层,但可以通过具有全透性的细胞壁,也就是原生质层和细胞壁之间为红色,原生质层以及液泡内无色,所以观察到的实验现象最可能的是图⑦;这体现了细胞质膜具有的功能特性是选择透过性。
(4)由于植物细胞壁具有全透性,若图⑧中细胞正在发生质壁分离,则原生质层和细胞壁之间充满着外界溶液(蔗糖溶液)。
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