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第4章 细胞的物质输入和输出
第4章 细胞的物质输入和输出
第4章
DI SI ZHANG
细胞的物质输入和输出
自然状态下的洋葱鳞片叶外表皮细胞
发生了质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞
物质跨膜运输的实例
[拓宽教材]
1．(必修1 P60图4－1改编)将人的红细胞放入4 ℃蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，主要原因是( )
A．红细胞膜具有水溶性
B．红细胞的液泡体积增大
C．蒸馏水大量进入红细胞
D．低温时红细胞膜流动性增大
解析：选C。将人的红细胞放入4 ℃蒸馏水中，红细胞会因大量蒸馏水进入而破裂；红细胞膜是脂溶性的；人的红细胞没有液泡；因低温时分子运动减慢而导致细胞膜的流动性降低。
2．(必修1 P62“探究”改编)用0.5 g/mL蔗糖溶液、0.3 g/mL蔗糖溶液和一定浓度的尿素溶液分别处理洋葱鳞片叶外表皮细胞10 min，三组细胞体积变化如图所示。下列有关分析不正确的是( )
A．a曲线为0.5 g/mL蔗糖溶液处理组
B．a、b、c三组洋葱细胞失水的方式相同
C．若将细胞转移到蒸馏水中，有两组能够发生质壁分离复原
D．若实验继续进行，只有一组细胞能够发生质壁分离复原
解析：选A。分析图示可知，a、b、c的细胞体积依次减小，说明失水量依次增大，0.5 g/mL蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞比0.3 g/mL中的失水多，故a曲线不是0.5 g/mL蔗糖溶液处理组；在较高浓度的外界溶液中，洋葱细胞失水的方式都是渗透失水；将细胞转移到蒸馏水中0.3 g/mL蔗糖溶液、一定浓度的尿素溶液处理的细胞，能够吸收外界的水分发生质壁分离复原，而0.5 g/mL蔗糖溶液浓度过高，细胞失水过多而死亡；尿素是小分子，可进入细胞，从而发生质壁分离后自动复原，蔗糖不能被吸收进入细胞液，细胞不会自动复原。
[精练好题]
3．(2019·杭州高一检测)紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离后，在显微镜下观察到的正确图示是( )
答案：C
4．(2019·湖南长郡中学高一检测)将小鼠红细胞放入一定浓度的KNO3溶液中，红细胞体积随时间变化如图，有关叙述正确的是( )
A．KNO3溶液的起始浓度小于红细胞细胞质的起始浓度
B．与b点相比，a点对应时刻红细胞细胞质的浓度较大
C．ab段失水使红细胞细胞质的浓度大于KNO3溶液的浓度，从而出现bc段的变化
D．b点对应的时刻，外界溶液的浓度与红细胞细胞质的浓度相等
答案：D
5．(2019·天津和平区高一期中)把蚕豆植株放在湿润的空气中照光一段时间后，取蚕豆叶下表皮制作临时装片，先在清水中观察，然后用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液取代清水，继续观察，结果如图所示。对此现象的推断最合理的是( )
A．蔗糖溶液中的保卫细胞失水导致气孔关闭
B．清水中的保卫细胞失水导致气孔开放
C．蔗糖进入保卫细胞后，细胞吸水导致气孔关闭
D．清水中的保卫细胞很快出现质壁分离并自动复原
解析：选A。由题图可以看出，蔗糖溶液中，保卫细胞因失水，导致气孔关闭，A正确；清水中的保卫细胞吸水，气孔开放，B错误；蔗糖溶液中，细胞失水，导致气孔关闭，但原生质层具有选择透过性，蔗糖不能进入细胞，C错误；清水中的保卫细胞吸水，没有质壁分离，也不会出现质壁分离自动复原，D错误。
6．结合渗透装置图分析回答下列问题：
(1)图甲中，若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数________S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。
(2)在达到渗透平衡后，若存在如图乙所示的液面差Δh，则S1溶液浓度____________S2。因为液面高的一侧形成的压强，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。
答案：(1)多于 (2)大于
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物质跨膜运输的实例
1．如下图中的渗透装置，开始时的液面高度为a，停止上升时的高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，则a、b液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是下图中的( )
解析：选B。由于单位体积的蔗糖溶液中水分子的数量要少于单位体积的清水中水分子的数量，所以导致蔗糖溶液中的液面上升。当用吸管吸走了蔗糖溶液后，蔗糖分子数量减少，造成蔗糖溶液浓度下降，则蔗糖溶液和清水之间的浓度差逐渐变小，ab段液柱产生的压强(即a、b液面间的高度差)随着吸出蔗糖溶液次数的增加而减小。
2. (2019·吉林磐石一中高一期末)图甲烧杯中是5%的淀粉液，图乙烧杯中是5%的葡萄糖液，将装有蒸馏水的透析袋(水和葡萄糖分子能通过透析袋的膜)分别放入图甲、乙烧杯中一小时后( )
A．图甲烧杯中透析袋外的淀粉液浓度不变
B．图乙烧杯中透析袋外的葡萄糖液浓度降低
C．图甲烧杯中透析袋内的液体加入碘液后呈蓝色
D．图乙烧杯中透析袋内的液体加入斐林试剂后即呈砖红色
解析：选B。图甲烧杯中透析袋外的淀粉液浓度大于透析袋内蒸馏水的浓度，由于淀粉不可以通过透析袋，所以水分子从透析袋出来进入烧杯，导致透析袋外的淀粉液浓度降低，A错误；图乙烧杯中透析袋外的葡萄糖可以进入透析袋，而透析袋内的水分子可以进入烧杯，所以烧杯中水分子增多，葡萄糖分子减少，所以图乙烧杯中透析袋外的葡萄糖液浓度降低，B正确；由于淀粉不可以通过透析袋，所以图甲烧杯中透析袋内没有淀粉，加入碘液后不会出现蓝色，C错误；图乙烧杯中葡萄糖可以进入透析袋，葡萄糖是还原糖，所以图乙烧杯加入斐林试剂后需加热才可以变成砖红色，D错误。
3．质壁分离实验中的“质”和“壁”分别是指( )
A．细胞质、细胞壁 B．原生质层、细胞壁
C．细胞质基质、细胞壁 D．原生质、细胞壁
答案：B
4．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的状态。a、b表示该部位的溶液浓度，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＜b，细胞渗透失水
D．上述三种情况都有可能
解析：选D。该细胞可能正处于质壁分离过程中(如C项)，也可能处于质壁分离后的动态平衡过程中(如B项)，也可能正处在发生质壁分离复原的过程中(如A项)。
5．(2019·福建莆田一中期末)胭脂红是一种水溶性的大分子食用色素，呈红色。用无色洋葱鳞片叶表皮制备“观察细胞质壁分离及复原实验”的临时装片时，可用高浓度(质量浓度为0.075 g/mL)的胭脂红溶液作为外界溶液，观察细胞的变化。下列有关实验操作和结果的叙述，正确的是( )
A．发生细胞质壁分离复原现象时，表皮细胞内的无色区域变大
B．发生细胞质壁分离现象时，表皮细胞的液泡为红色
C．用不同浓度的胭脂红溶液处理细胞后，均能观察到质壁分离和复原现象
D．当质壁分离不能复原时，细胞仍具正常生理功能
答案：A
6．(2019·温州高一检测)下列细胞用于质壁分离实验时，能成功的是( )
A．人的口腔上皮细胞
B．洋葱根尖分生区细胞
C．叶的下表皮细胞
D．用开水煮过的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞
解析：选C。人的口腔上皮细胞属于动物细胞，没有细胞壁，不可能发生质壁分离；洋葱根尖分生区细胞没有大液泡，只有许多小液泡，不适合作为实验材料；叶的下表皮细胞既有细胞壁又有大液泡，可以发生质壁分离，因此可作为质壁分离实验材料；开水煮过的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞是死细胞，不会发生质壁分离。
7．(2019·四川成都七中高一期末)在质壁分离和复原过程中，洋葱鳞片叶表皮细胞的吸水能力变化示意图正确的是( )
解析：选A。在植物细胞质壁分离过程中，细胞不断失水，细胞液浓度不断升高，则细胞吸水能力逐渐增强，失水能力逐渐减弱；而在质壁分离复原过程中，细胞不断吸水，细胞液浓度逐渐降低，细胞的吸水能力减弱，失水能力增强。
8．(2019·合肥高一检测)一个成熟的植物细胞可以看成是一个渗透装置，是因为( )
①细胞膜是选择透过性膜 ②细胞质具有一定浓度
③原生质层类同于半透膜 ④细胞液具有一定浓度
A．①② B．①④
C．②③ D．③④
解析：选D。渗透作用的条件是具有半透膜和膜两侧具有浓度差，细胞液具有一定浓度，原生质层相当于半透膜。
9．(2019·安徽池州高一期末)在用紫色洋葱A及B的外表皮细胞分别制成的5个装片上依次滴加5种不同浓度的蔗糖溶液，相同时间后原生质的体积变化如图所示。下列叙述不正确的是( )
A．紫色洋葱A比B的外表皮细胞的细胞液浓度高
B．两种洋葱外表皮细胞都发生质壁分离的蔗糖溶液浓度是乙和丁
C．将处于乙蔗糖溶液中的洋葱B外表皮细胞的装片置于清水中，一定会发生质壁分离复原
D．实验后丙溶液中洋葱B外表皮细胞的吸水能力小于戊溶液中的洋葱B外表皮细胞
解析：选C。以一个紫色洋葱外表皮细胞的原生质体体积的变化为标准，判断五种蔗糖溶液浓度的大小依次为丙<戊<甲<丁<乙，浓度为甲的蔗糖溶液为紫色洋葱A外表皮细胞的等渗溶液，浓度为戊的蔗糖溶液为紫色洋葱B外表皮细胞的等渗溶液，因此紫色洋葱A外表皮细胞的细胞液浓度高于紫色洋葱B外表皮细胞的细胞液浓度；在乙和丁浓度的蔗糖溶液中，紫色洋葱A、B的外表皮细胞的原生质体体积相对变化为负值，说明细胞失水，都发生质壁分离；处于乙浓度蔗糖溶液中的紫色洋葱B外表皮细胞失水，但无法据此判断紫色洋葱B外表皮细胞是否已经过度失水死亡，因此无法判断再将其置于清水后能否发生质壁分离复原现象；由于戊中蔗糖溶液的浓度大于丙，且戊溶液中洋葱B外表皮细胞表现为既不吸水也不失水，而丙溶液中洋葱B外表皮细胞表现为吸水，所以对于洋葱B外表皮细胞来说，丙中的细胞液浓度低于戊中的细胞液浓度，因此丙溶液中洋葱B外表皮细胞的吸水能力小于戊溶液中的洋葱B外表皮细胞。
10．下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是( )
A．与白色花瓣相比，采用红色花瓣有利于实验现象的观察
B．用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察
C．用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
D．紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素，有利于实验现象的观察
解析：选B。红色花瓣是由液泡内花青素的颜色呈红色导致的，所以用红色花瓣作为实验材料有利于实验现象的观察，A项正确；黑藻叶片中的叶绿体显绿色，液泡中细胞液的颜色接近无色，两者之间有颜色差异，因此叶绿体的存在不会干扰实验现象的观察，B项错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位的细胞，细胞液浓度可能不同，观察到的质壁分离程度可能不同，C项正确；通常做植物细胞质壁分离实验时用紫色洋葱的鳞片叶外表皮，因外表皮细胞的液泡中有色素，发生质壁分离时容易观察，D项正确。
11．(2019·石景山区高一期末)为探究植物A能否移植到甲地生长，某生物学研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液的浓度，实验结果如下表所示。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( )
外界溶液浓度(mol/L) 0.15 0.2 0.25 0.3
植物A细胞质壁分离状态 不分离 刚分离 显著分离 显著分离
A．≤0.15 mol/L B．≤0.2 mol/L
C．≥0.2 mol/L D．≥0.3 mol/L
解析：选A。根据表格分析，植物A在浓度为0.15 mol/L的溶液中不分离，而在浓度为0.2 mol/L的溶液中刚好发生质壁分离，而细胞液浓度范围等于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围，说明植物A的细胞液浓度为0.15～0.2 mol/L。当植物细胞液浓度小于土壤溶液浓度时，细胞会失水发生质壁分离，植物不能正常生存，因此为保证植物移植后能正常生存，甲地土壤溶液的浓度应≤0.15 mol/L，故选A。
12．(2019·福建季延中学期中)撕取细胞生理状态一致的紫色洋葱外表皮，制成甲、乙、丙三组临时装片，置于显微镜下观察，移动装片，使视野全为紫色，然后分别用质量浓度为0.2 g/mL、0.3 g/mL、0.5 g/mL的蔗糖溶液处理，一段时间后都用清水再处理。实验过程中视野里紫色部分的面积占整个视野面积的比例变化如图所示，则下列说法错误的是( )
A．a曲线说明细胞既可以发生质壁分离，又可以发生质壁分离复原
B．c曲线表明细胞可能由于过度失水而死亡
C．实验结果说明洋葱外表皮细胞的细胞液浓度小于0.2 g/mL
D．a、b、c三曲线分别代表乙组、甲组和丙组
解析：选D。a曲线说明细胞既可以发生质壁分离，又可以发生质壁分离复原，A正确；c曲线表明细胞可能因为过度失水而死亡，B正确；洋葱表皮细胞放在0.2 g/mL的蔗糖溶液中，会失水，说明洋葱外表皮细胞的细胞液浓度小于0.2 g/mL，C正确；a、b、c三曲线分别代表甲组、乙组和丙组，D错误。
13．(2019·桂林十八中段考)小蚌兰叶片正面呈绿色，背面呈紫红色，常用作盆栽观赏。某兴趣小组为探究气孔开闭与细胞吸水失水的关系进行了如下实验：①配制不同浓度的蔗糖溶液；②制作小蚌兰叶片下表皮临时装片；③用显微镜观察小蚌兰叶片下表皮细胞质壁分离程度及气孔张开程度；④将小蚌兰叶片下表皮临时装片中的清水换成不同浓度的蔗糖溶液；⑤观察并记录实验结果。结果如下表(“－”表示不能发生，“＋”表示能发生，“＋”越多表示程度越大)，分析回答下列问题：
蔗糖浓度(g/mL) 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55
质壁分离程度 － － － － ＋ ＋＋ ＋＋＋ ＋＋＋
气孔张开程度 ＋＋＋ ＋＋＋ ＋＋＋ ＋＋ ＋ － － －
(1)选用小蚌兰叶片下表皮作实验材料的优点是________________________，植物细胞原生质层的选择透过性取决于__________(结构)和__________(结构)。
(2)实验步骤④的正确操作方法是从盖玻片的一侧____________，在另一侧______________，重复多次。
(3)小蚌兰叶片下表皮细胞液浓度与浓度在______________之间的蔗糖溶液相当。
(4)结果表明，细胞__________导致气孔关闭。这种现象在自然界中对植物体生存的意义是______________。
(5)小蚌兰叶片细胞发生质壁分离的过程中，外界蔗糖溶液的浓度__________(填“大于”“小于”或“等于”)细胞液的浓度，细胞质基质的浓度__________(填“大于”“小于”或“等于”)液泡中细胞液的浓度。
答案：(1)其细胞的中央大液泡呈紫红色便于观察
细胞膜 液泡膜
(2)滴加蔗糖溶液 用吸水纸吸引
(3)0.35～0.40 g/mL
(4)失水 有利于减少水分的散失
(5)大于 大于
14．(2019·湖南六校联盟高一期末)现有两瓶质量分数均是 30%的葡萄糖溶液和蔗糖溶液。已知水分子可以透过半透膜，葡萄糖、蔗糖分子均不能透过。请回答以下问题：
(1)A同学把体积相同的葡萄糖溶液与蔗糖溶液用半透膜隔开(如图甲所示)，在一段时间内，甲液面的变化情况是________(填“升高”或“降低”)，渗透平衡状态时水分子扩散速率________(填“相等”或“不相等”)，甲溶液浓度________(填“＞”“＜”或“＝”)乙溶液浓度。现分别往甲、乙溶液中加入等量的蔗糖酶，最后甲液面________(填“高于”“低于”或“等于”)乙液面。
(2)B 同学采用紫色洋葱鳞片叶的外表皮为材料，利用细胞质壁分离原理进行了鉴定葡萄糖和蔗糖溶液的实验。请在图乙中绘出可能的实验结果。
解析：(1)由题意可知，甲、乙两侧分别是葡萄糖溶液与蔗糖溶液，且质量浓度相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，因此甲的物质的量浓度大于乙，甲渗透压大于乙，因此甲液面升高，渗透平衡状态时水分子扩散速率是相等的，此时甲溶液浓度>乙溶液浓度。如果向蔗糖溶液中加入适量的蔗糖酶，蔗糖将水解为葡萄糖和果糖，相同质量的蔗糖水解后产生的葡萄糖和果糖分子数大于相同质量的葡萄糖的分子数，因此形成的乙侧溶液浓度大于左侧的溶液浓度，导致甲侧液面低于乙侧。(2)以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料，利用细胞质壁分离原理进行鉴定蔗糖溶液和葡萄糖溶液的实验，由于蔗糖分子不能透过原生质层，故细胞失水后，液泡体积不断减小，最后保持稳定。而由于葡萄糖分子能透过原生质层，故细胞先发生质壁分离后自动复原，故液泡体积先减小后增大，最后保持稳定。具体曲线图见答案。
答案：(1)升高 相等 > 低于
(2)如图
15．(2019·辽宁营口高一期末)部分刚采摘的水果或蔬菜表面有残留农药，很多人认为把水果或蔬菜放在清水中浸泡可以有效除去其表面的残留农药。为探究此种处理方法的正确性，某生物兴趣小组做了如下实验。
实验一：取相同的青菜各1 kg作为样本，并对其用不同方法进行处理，结果如下：
甲 乙 丙 丁
处理方法 未做处理 纯水冲洗 1 min 浸入纯水 1 min 浸入纯水 30 min
1 kg青菜农药残留量 0.196 mg 0.086 mg 0.097 mg 0.123 mg
实验二：取相同的青菜500 g，并将其浸入一定量纯水中，每隔一段时间，取出一小片菜叶，测定其细胞的细胞液浓度，所得数据可绘出如下曲线。
根据上述实验结果分析回答下列问题：
(1)在实验一中，丙、丁两组对照自变量是________；丁组农药残留量比丙组农药残留量多，最可能的原因是________________________________。
(2)研究表明，植物细胞既可以吸收水也可以吸收可溶性农药。在实验二中，青菜细胞的细胞液浓度随时间推移从A点下降到B点，其原因是在AB段细胞对水分子的吸收速率________(填“小于”“等于”或“大于”)对农药分子的吸收速率，之后又从B点略有上升达到C点，其原因是细胞对水分子的吸收速率________(填“小于”“等于”或“大于”)对农药分子的吸收速率。
(3)综合上述分析，植物细胞吸收水分和吸收可溶性农药________(填“是”或“不是”)同一过程，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)纯水浸泡时间 农药分子溶于水后被植物细胞吸收 (2)大于 小于
(3)不是 若是同一过程则在B点后细胞液浓度不会上升
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