(3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)
烧杯内盛淀粉溶液
漏斗内盛碘液
结论
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
2.两种方法判断细胞的吸水和失水
(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;当细胞外溶液浓度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)来判断:
若重量增加或长度变长,则吸水;反之则失水。
渗透作用的原理
科学思维
1.(2020·郑州模拟)如右图所示,在漏斗中加入的蔗糖溶液与蒸馏水液面齐平,一段时间后,待漏斗内液面不再变化时,再向漏斗中加入一定量的蔗糖酶。
下列坐标曲线中能正确反映整个实验过程中漏斗内外溶液的液面高度差变化的是( )
解析:
选C。
实验开始时,漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中的蒸馏水,烧杯中的水分子向漏斗中渗透,漏斗液面升高。
一段时间后加入蔗糖酶,使蔗糖水解成葡萄糖和果糖,引起漏斗中溶液浓度进一步升高,漏斗液面继续升高。
由于半透膜允许单糖分子透过,漏斗中的葡萄糖和果糖进入烧杯中,漏斗中的溶液浓度下降,漏斗液面随之下降,最终由于漏斗中加入的蔗糖酶,维持着一定的液面高度差。
2.某同学设计的实验如下图所示,实验开始时,U形管两侧液面相等,图中半透膜允许单糖通过。
据图分析,下列说法错误的是( )
A.若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液,当液面停止上升时,半透膜两侧溶液浓度一定是相等的
B.若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液,则实验现象为高浓度一侧的液面上升
C.若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液,则实验现象为高浓度一侧液面先上升,随后另一侧液面上升,最后两侧液面持平
D.若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液,当液面停止上升时,半透膜两侧水分子移动达到平衡状态
解析:
选A。
由题干可知,实验开始时,U形管两侧液面等高,当U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液时,水分子从低浓度一侧流向高浓度一侧的较多,即高浓度一侧的液面上升,低浓度一侧的液面下降,直至液面不再变化,此时半透膜两侧浓度差产生的渗透压力与液面差产生的压力达到平衡,所以半透膜两侧溶液浓度不会相等,A错误,B正确;当液面停止上升时,半透膜两侧水分子移动达到平衡状态,D正确;若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液,开始时水分子总体表现为由低浓度一侧向高浓度一侧扩散,因此高浓度一侧液面先上升,但随着葡萄糖分子通过半透膜进入低浓度一侧,最后两侧液面会持平,C正确。
细胞的吸水失水原理
科学探究
3.(2020·泰安模拟)下图A为两个渗透装置,溶液a、b为不同浓度的同种溶液,且a溶液浓度
A.图A中装置2的液面一段时间后会高于装置1的液面
B.图B中的⑤④⑥相当于图A中的②
C.若图B所示为某农作物的根毛细胞,此时应及时灌溉
D.图B中的⑦与图A中的②通透性不同
解析:
选B。
根据题干“a溶液浓度
4.(不定项)某同学探究“不同浓度蔗糖溶液对叶表皮细胞形态的影响”,得到如下图所示结果,下列相关叙述不正确的是( )
A.实验主要原理是成熟的植物细胞能够发生渗透作用
B.实验中需要使用血细胞计数板、盖玻片、显微镜等仪器
C.叶表皮细胞浸润在蒸馏水中时,细胞会发生膨胀
D.结果表明大多数细胞的细胞液浓度介于0.25~0.3mmol/L之间
解析:
选BD。
成熟的植物细胞放在外界溶液中能够发生渗透作用,故A正确;实验中需要制备临时装片,用显微镜等仪器进行观察,但不需要血细胞计数板,故B错误;叶表皮细胞浸润在蒸馏水中时,细胞会吸水膨胀,但是不能涨破,因为细胞外面存在细胞壁,故C正确;外界溶液浓度为0.2mmol/L时,质壁分离的细胞所占比例约为20%,外界溶液浓度为0.25mmol/L时,质壁分离的细胞所占比例约为80%,则说明大多数细胞的细胞液浓度介于0.2~0.25mmol/L之间,故D错误。
考点2 物质跨膜运输的方式及影响因素
1.物质出入细胞的方式
2.物质跨膜运输方式的图解
3.不同因素对物质跨膜运输的影响
(1)影响因素
(2)曲线分析
(必修1P73“与社会的联系”改编)囊性纤维病是细胞中某种蛋白质结构异常,影响了Na+和Cl-的跨膜运输,这一事例说明这种结构蛋白属于细胞膜上的__________,也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上____________________________来实现的。
答案:
载体蛋白 载体蛋白的种类和数量
【真题例证·体验】
(2018·高考全国卷Ⅱ改编)下列有关物质跨膜运输的叙述,正确的是( )
A.吞噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散
B.固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输
C.神经细胞受到刺激时产生的Na+内流属于被动运输
D.护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
解析:
选C。
吞噬细胞依赖细胞膜的流动性以胞吞的方式摄入病原体,A项错误;固醇类激素属于脂质,以自由扩散的方式进入靶细胞,B项错误;神经细胞受到刺激时,Na+顺浓度梯度内流,属于被动运输,C项正确;甘油以自由扩散的方式进入细胞,D项错误。
【考法纵览·诊断】
(1)二氧化碳能通过自由扩散的方式通过细胞膜
[2018·北京卷,T1B改编](√)
(2)离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白,能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。
离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的
[2016·全国卷Ⅰ,T2B](×)
(3)mRNA从细胞核到细胞质的过程属于胞吐作用
[2015·全国卷Ⅱ,T3B](×)
(4)植物细胞通过主动运输吸收不同矿质离子的速率都相同[2013·全国卷Ⅰ,T3A](×)
(5)植物主动运输矿质离子的过程只发生在活细胞中
[2013·全国卷Ⅰ,T3C](√)
(6)低温不影响矿质离子的吸收速率
[2013·全国卷Ⅰ,T3B](×)
(7)血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞属于自由扩散
[2012·海南卷,T11D](×)
(8)氢离子可以通过扩散作用进入液泡内
[2011·北京卷,T3B](×)
【长句应答·特训】
依据模式图确认物质出入细胞的方式及影响因素。
回答下列问题:
(1)图2、4、5中物质运输方式依次为________________________________。
(2)写出下列影响物质出入细胞的因素所对应的图。
①加入蛋白酶处理,会受影响的是____________。
②加入呼吸酶抑制剂处理,会受影响的是____________。
(3)与图4有关的细胞器主要是哪两种,并说明其作用:
__________________________。
(4)温度对被动运输和主动运输都有影响,其原因是
①______________________________________________________________________。
②______________________________________________________________________。
(5)吞噬细胞摄入病原体依赖的结构基础是_________________________________。
(6)甘油进入皮肤细胞的方式与神经细胞受到刺激时产生的Na+进入细胞的方式的异同是__________________________________________________________________________。
答案:
(1)自由扩散、主动运输、胞吞和胞吐
(2)①图3、图4 ②图4、图5 (3)核糖体合成载体蛋白,线粒体为主动运输提供能量 (4)①温度影响磷脂分子和蛋白质分子的运动速率,从而影响膜的流动性 ②温度也影响酶的活性,进而影响能量的供应 (5)细胞膜的流动性 (6)前者不需要载体蛋白,后者需要载体蛋白,二者均是顺浓度梯度运输
1.“三看法”快速判断物质出入细胞的方式
2.探究物质跨膜运输方式的实验设计思路
(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
物质跨膜运输方式的判断
生命观念
1.(2020·福建厦门湖滨中学阶段检测)下列说法错误的是( )
A.果脯在腌制中慢慢变甜,是细胞主动吸收糖分的结果
B.水分子进出细胞的方式主要是自由扩散
C.葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的帮助,但不消耗能量,属于协助扩散
D.大肠杆菌吸收K+属于主动运输,既消耗能量,又需要膜上的载体蛋白
解析:
选A。
果脯在腌制中,细胞死亡,细胞膜失去选择透过性,糖分能直接进入细胞中,A错误;水分子、气体、甘油和乙醇等物质可通过自由扩散的方式进出细胞,B正确;血浆中的葡萄糖浓度高于红细胞内的葡萄糖浓度,葡萄糖进入红细胞的方式是需要载体蛋白协助的协助扩散,C正确;大肠杆菌吸收K+时消耗能量,又需要膜上的载体蛋白协助,为主动运输,D正确。
2.(2020·湖南长沙铁路一中模拟)某细胞对氨基酸、钠离子、葡萄糖和氧气的吸收方式的比较结果,如右图所示,其中细胞膜内外浓度情况未标出。
已知细胞膜上的“○、◇”为载体蛋白,氨基酸以主动运输的方式进入该细胞。
下列相关描述,不正确的是( )
A.同一载体蛋白运输的物质可能不止一种
B.葡萄糖进入该细胞的方式为主动运输
C.氧气进入该细胞不需要载体,也不消耗能量
D.氨基酸可逆浓度梯度进入该细胞且不消耗能量
解析:
选D。
图中氨基酸和钠离子共用同一载体蛋白进入细胞,A正确;葡萄糖进入该细胞需要载体和消耗能量,所以葡萄糖进入该细胞的方式为主动运输,B正确;氧气跨膜运输的方式为自由扩散,所以氧气进入该细胞不需要载体,也不消耗能量,C正确;由题干信息可知,氨基酸进入该细胞的方式为主动运输,主动运输逆浓度梯度进行,且消耗能量,D错误。
物质跨膜运输的影响因素
理性思维、科学探究
3.(2020·广东深圳模拟)给小鼠注射秋水仙素后,秋水仙素能够顺浓度梯度进入正常细胞,使细胞内秋水仙素的含量升高;小鼠癌细胞膜上的一种转运蛋白(MDR)能将秋水仙素从细胞内单向转运到细胞外,使细胞内的秋水仙素含量不会升高。
下列相关推测合理的是( )
A.抑制MDR活性可使癌细胞加快运出秋水仙素
B.癌细胞运出秋水仙素的过程需要消耗ATP
C.温度变化不影响癌细胞运出秋水仙素
D.正常细胞膜上MDR的含量高于癌细胞
解析:
选B。
MDR为转运秋水仙素出癌细胞的转运蛋白,抑制MDR活性,可减慢癌细胞运出秋水仙素,A错误;秋水仙素能顺浓度梯度进入小鼠正常细胞,说明秋水仙素进入细胞的方式为被动运输,不消耗能量,同时也说明细胞内秋水仙素浓度低于细胞外,则秋水仙素由小鼠癌细胞内运出细胞是逆浓度梯度运输,属于主动运输,需要消耗ATP,B正确;温度可通过影响酶活性,进而影响癌细胞的代谢活动,影响癌细胞的能量供应,癌细胞运出秋水仙素的方式为主动运输,需要能量供应,故温度变化可影响癌细胞运出秋水仙素,C错误;MDR可单向将秋水仙素转运到细胞外,秋水仙素进入正常细胞后,可导致细胞内秋水仙素含量升高,而癌细胞内秋水仙素含量不会升高,由此可推测,正常细胞膜上MDR含量应少于癌细胞,D错误。
4.(不定项)氰化物是一种剧毒物质,其通过抑制[H]与O2的结合,使得组织细胞不能利用O2而陷入窒息。
下图为研究植物根尖吸收K+的相关实验。
下列分析不正确的是( )
A.通过实验甲可以判断植物根尖细胞吸收K+属于主动运输
B.实验甲中,4h后O2消耗速率下降是因为细胞外K+浓度升高
C.实验乙中,4h后吸收K+的能量可能来自无氧呼吸
D.实验乙加入氰化物后,细胞对O2的吸收速率不变
解析:
选BD。
由实验甲可知,加入KCl后,O2的消耗速率增加,说明植物根尖细胞吸收K+需要消耗能量,属于主动运输,A项正确;实验甲中,4h后O2消耗速率下降是因为细胞外K+浓度降低,细胞吸收K+的量减少,B项错误;实验乙中,4h后组织细胞吸收K+的速率不再降低,说明此时细胞已经不能利用O2,其吸收K+的能量可能来自无氧呼吸,C项正确;氰化物能抑制[H]与O2的结合,因此实验乙加入氰化物后,细胞对O2的吸收速率下降,D项错误。
考点3 观察植物细胞的质壁分离和复原
1.实验原理
(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
(2)细胞液具有一定的浓度,细胞能渗透吸水和失水。
(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大。
2.实验步骤
3.现象与结论
4.实验拓展:
不同外界溶液中植物细胞的变化
将成熟的植物细胞依次浸于蒸馏水、物质的量浓度为0.3mol/L的蔗糖溶液和0.5mol/L的尿素溶液中,原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积随时间变化如图,分析如下:
5.质壁分离和复原实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞的死活
(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溶液和蔗糖溶液)
6.质壁分离和复原实验的四个关键点
(1)单独观察处于质壁分离的静态图像,不能判断细胞是正在发生质壁分离还是质壁分离复原。
(2)质壁分离过程中,外界溶液浓度大于细胞液浓度,质壁分离程度越大,植物细胞吸水能力越强;质壁分离复原过程中,外界溶液浓度小于细胞液浓度。
(3)质壁分离与复原过程中水分子的移动是双向的,最终表现为进或出的水分子多。
(4)本实验用显微镜观察了三次,第一次与第二次形成对照,第三次与第二次形成对照,该对照方法为自身对照。
1.(2020·江苏仪征中学期中)在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中,对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察(如下图所示)。
下列有关叙述正确的是( )
A.为了节约实验时间,通常可以省略第一次显微观察步骤
B.质壁分离过程中细胞的吸水能力逐渐减弱
C.质壁分离和复原的过程中,水分子进出细胞的方式均为自由扩散
D.吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体,以免污染镜头
解析:
选C。
质壁分离实验中有三次显微镜观察,第一次观察为紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞未发生质壁分离的观察,第二次观察为蔗糖溶液中质壁分离现象的观察,第三次观察为质壁分离复原现象的观察,三次观察形成前后自身对照,A错误;质壁分离过程中细胞的吸水能力逐渐增强,B错误;质壁分离和复原的过程中,水分子进出细胞的方式均为自由扩散,C正确;吸水纸的主要作用是“引流”,即吸引液体在盖玻片下移动,使植物细胞完全浸在液体中,D错误。
2.(2020·江西南昌七校模拟)下表是植物细胞在放入蔗糖溶液前,以及放入甲、乙、丙三种不同浓度的蔗糖溶液后细胞的形态。
下列叙述正确的是( )
实验处理
放入前
放入甲溶液
放入乙溶液
放入丙溶液
细胞的形态
A.浸泡在甲溶液中的细胞,细胞液浓度逐渐增大
B.浸泡在乙溶液中细胞的内外浓度相等,没有水分子进出细胞
C.浸泡在丙溶液中的细胞出现质壁分离时,液泡内充满蔗糖溶液
D.三种蔗糖溶液的浓度为甲溶液<乙溶液<丙溶液
解析:
选D。
与放入前的细胞形态相比较,浸泡在甲溶液中的细胞液泡体积明显增大,这说明该细胞从外界溶液中吸水,细胞液浓度逐渐减小,A错误;浸泡在乙溶液中的细胞液泡的体积基本不变,这说明水分子进出细胞处于动态平衡,B错误;浸泡在丙溶液中的细胞出现了质壁分离,细胞失水,此时原生质层与细胞壁的间隙内充满蔗糖溶液,蔗糖不能进入活细胞的液泡中,C错误;三种蔗糖溶液的浓度为甲溶液<乙溶液<丙溶液,D正确。
3.(不定项)(2020·山东重点中学联考)下表为甲同学用某浓度KNO3溶液进行质壁分离实验时所测得的数据,右图为乙同学用另一浓度的KNO3溶液进行质壁分离实验时所绘制的曲线图,下列分析正确的是( )
2min
4min
6min
8min
10min
原生质体相对大小
90%
60%
30%
30%
30%
A.甲同学所用溶液浓度要大于乙同学
B.甲同学的实验进行到8min时质壁分离达到平衡,滴加清水后发生质壁分离复原
C.乙同学在实验进行到T1时可观察到质壁分离现象,此时细胞液浓度一定小于外界溶液浓度
D.乙同学在实验进行到T2时观察不到质壁分离现象,此时细胞液浓度有可能大于外界溶液浓度
解析:
选AD。
甲同学的实验中未发生质壁分离复原,而乙同学的实验中发生质壁分离复原,说明甲同学所做实验中细胞失水较多而死亡,所用溶液浓度大于乙同学所用溶液浓度;甲同学实验中的原生质体相对大小在6min后不再发生变化,可能是细胞已经死亡,滴加清水不会发生质壁分离复原;乙同学在T1时实际观察到的是质壁分离复原的现象,是细胞液浓度大于外界溶液浓度的结果;在T2时观察不到质壁分离现象,此时有可能是细胞液浓度大于外界溶液浓度,但因为细胞壁的存在细胞体积不会发生较大变化。
[易误警示]
易错点1 误认为渗透平衡时水分子不移动
[点拨] 渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态,平衡状态下,水分子向两侧移动的速率相等,不可看作没有水分子移动,此时半透膜两侧溶液浓度也不一定相等。
易错点2 原生质层≠原生质体
[点拨]
(1)原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜。
由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成。
(2)原生质体是去除了植物细胞壁以后所剩下的植物细