高中生物题型分析物质跨膜运输的实例 高考.docx

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高中生物题型分析物质跨膜运输的实例高考

高中生物题型分析----物质跨膜运输的实例

题型一、细胞的吸水和失水

一、考查形式

选择题

二、典型例题

1．相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压，这是因为动物细胞（　　）

A．没有细胞壁，对培养基的渗透压更敏感

B．渗透压远高于细菌或植物细胞的渗透压

C．没有成熟大液泡，渗透压调节能力差

D．生长缓慢，各生长阶段对环境的渗透压要求不同

答案　A

解析　动物细胞无细胞壁，培养液渗透压较低，动物细胞会吸水涨破，而植物细胞和细菌细胞含有细胞壁，则不会出现涨破的情况，所以动物细胞培养基要特别关注渗透压，选A。

2.将紫色洋葱鳞片叶表皮浸润在0.3g/mL的

蔗糖溶液中，1分钟后进行显微观察，结果如右图。

下列叙

述错误的是（　　）

A．图中L是细胞壁，M是液泡，N是细胞质

B．将视野中的细胞浸润在清水中，原生质体会逐渐复原

C．实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异

D．洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实验的实验材料

答案　A

解析　题干所示图像为洋葱鳞片叶表皮细胞发生质壁分离后的图像，L为细胞壁，M为液泡，N为细胞壁和细胞膜之间的物质，不是细胞质，A项错误。

将该细胞浸润在清水中，清水浓度小于细胞液浓度，则细胞吸水，发生质壁分离复原现象，B项正确。

质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液可透过细胞壁进入细胞，但不透过细胞膜，说明二者在物质透过性上存在显著差异，C项正确。

洋葱根尖分生区细胞无大液泡，不能发生质壁分离现象，故不能作为该实验的实验材料，D项正确。

三、答题技巧

1．渗透作用

（1）概念：

指水分子（或者其他溶剂分子）透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。

（2）渗透作用发生的条件

①具有半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差。

2．细胞的吸水和失水

（1）动物细胞的吸水和失水

①细胞膜相当于半透膜；浓度差由外界溶液浓度与细胞质的浓度来体现。

②细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的差值。

（2）植物细胞的吸水和失水

①原生质层相当于半透膜；细胞液与外界溶液之间存在浓度差。

②植物细胞吸水和失水的原理如下：

3.物质跨膜运输的其他实例

1）．不同物质的跨膜运输特点

（1）水分子：

顺相对含量梯度（高→低）。

（2）离子和小分子：

依据细胞生命活动需要进行选择吸收。

2）．水稻和番茄吸收不同离子的特点

（1）同种生物细胞对不同物质的吸收具有选择性，与其含有离子载体蛋白的种类和数量有关。

（2）不同种生物细胞对同种物质吸收具有差异性。

3）．生物膜的功能特性

（1）细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，水分子、一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。

（2）生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征。

4.知识结构

四、变式训练

1．撕取紫色洋葱外表皮，分为两份，假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。

然后，两组外表皮都用浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理，一段时间后表皮细胞中的水分不再减少。

此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小，以及水分运出细胞的方式是（　　）

A．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输

B．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输

C．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输

D．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输

答案　C

解析　将两份完全相同的紫色洋葱外表皮细胞分别放入完全营养液和蒸馏水中浸泡相同时间，放入蒸馏水中的外表皮细胞因吸水较多，而使甲组细胞的细胞液浓度大于乙组细胞的细胞液浓度。

由于甲组细胞的细胞液与0.3g/mL蔗糖溶液的浓度差小于乙组细胞的细胞液与0.3g/mL蔗糖溶液的浓度差，所以乙组细胞水分渗出量多；水分是通过渗透作用进出细胞的，不需要载体蛋白协助也不消耗能量，为被动运输中的自由扩散。

2.在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜

条质量变化的关系如图。

若将处于b浓度溶液中的萝卜条移

入a浓度溶液中，则该萝卜条的质量将（　　）

A．不变B．增大

C．减小D．先增后减

答案　B

解析　b浓度溶液中，萝卜条质量减小，说明萝卜条在失水，重新放在浓度小于b的a浓度溶液中，萝卜条会吸水，质量将增大。

题型二、观察植物细胞的质壁分离及复原

一、考查形式

选择题或填空题

二、典型例题

1.用洋葱鳞片叶外表皮做质壁分离实验，下列图示符合实验结果的是（　　）

答案　D

解析　用洋葱鳞片叶外表皮做质壁分离实验时，细胞的体积略微减小，细胞液浓度逐渐升高，液泡体积逐渐减小，细胞液色素浓度逐渐升高。

2.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0.3g/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．清水中的保卫细胞失水导致气孔开放

B．蔗糖进入保卫细胞后，细胞吸水导致气孔关闭

C．清水中的保卫细胞很快出现质壁分离并自动复原

D．蔗糖溶液中的保卫细胞失水导致气孔关闭

答案　D

解析　由图可以看出，在清水中气孔开放，在蔗糖溶液中气孔关闭，推测可能是蔗糖溶液中的保卫细胞失水导致气孔关闭。

三、答题技巧

1．实验原理

（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，失水，质壁分离；当细胞液浓度>外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。

2．实验流程

3.与细胞质壁分离及复原有关的5个总结

（1）实验材料的选择

①一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。

②不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。

（2）实验试剂使用

①使用浓度过高的蔗糖溶液（0.5g/mL），质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，细胞过度失水而死亡。

②使用质量浓度为1mol·L－1的KNO3溶液，因为K＋和NO可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原。

（尿素、甘油、乙二醇等现象同上）

（3）发生质壁分离时在细胞壁和细胞膜之间充满的是外界溶液，原因是细胞壁具有全透性。

（4）质壁分离与复原过程中水分移动是双向的，总结果是单向的。

（5）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。

四、变式训练

1.某同学进行实验，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。

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）设计出继续实验的简要步骤：

①______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________；

②______________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）预测实验现象并作出结论：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热（或隔水加热）U型管至适宜温度，观察a、b两管内液面的变化　②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，60～65℃水浴加热，观察A、B试管内有无砖红色沉淀

（2）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

解析　目前乙图处于渗透平衡状态，在此结果的基础上继续实验，可能出现以下两种情形：

情形1，a管蒸馏水因得到溶质而浓度升高，渗透平衡被打破，b管内的溶剂（水）分子就会通过半透膜扩散到a管中，则a管液面上升；情形2，b管蔗糖溶液因得到溶质而浓度升高，渗透平衡被打破，a管内的溶剂（水）分子就会通过半透膜扩散到b管中，则b管液面上升。

根据添加的实验材料可知，本实验要用蔗糖酶水解蔗糖，产生还原糖，还原糖可用斐林试剂进行检测，由蔗糖（二糖）水解成还原糖（单糖）后，溶质的量会增加。

如果蔗糖的水解产物能够通过半透膜，符合上述情形1，如果蔗糖的水解产物不能通过半透膜，符合上述情形2。

题型三、质壁分离实验的拓展应用

一、考查形式

选择题

二、典型例题

1.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。

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（　　）

浓度（mol/L）

0.15

0.2

0.25

0.3

质壁分离状态

不分离

刚分离

显著分离

显著分离

A.≤0.15mol/LB．≤0.2mol/L

C．≥0.2mol/LD．≥0.3mol/L

答案　A

解析　当植物细胞液浓度小于周围土壤溶液浓度时，细胞会失水发生质壁分离，植物将不能正常生存。

由表中信息可知，该植物细胞液的浓度介于0.15mol/L和0.2mol/L之间。

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≤0.15mol/L。

三、答题技巧

1．判断成熟植物细胞是否有生物活性

＋

　　　　　　⇓

　　　　　　镜检

2．测定细胞液浓度范围

＋

镜检⇓

细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间

3．比较不同植物细胞的细胞液浓度

＋

　　镜检⇓

发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大

4．鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）

＋

　　　　⇓

　　　　镜检

5．比较未知浓度溶液的浓度大小

同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小（时间越短，未知溶液的浓度越大）

实验单一变量：

未知浓度的溶液。

6．验证原生质层和细胞壁伸缩性大小

成熟植物细胞＋分离剂

实验单一变量：

植物细胞原生质层和细胞壁的伸缩性差异。

四、变式训练

1.把数条5cm长的马铃薯条分别浸在蒸馏水和不同浓度的蔗糖溶液中，每隔一段时间测量马铃薯条的长度。

如图显示马铃薯条在不同浓度溶液中长度改变的百分率。

下列相关叙述错误的是（　　）

A．马铃薯条通过渗透吸（失）水改变其长度

B．在0.10M蔗糖溶液中马铃薯细胞质壁分离

C．马铃薯细胞液浓度相当于0.30M的蔗糖溶液

D．在0.40M蔗糖溶液中马铃薯细胞失水皱缩

答案　B

解析　据图分析，马铃薯条浸在0.30M的蔗糖溶液中其长度基本不变，说明马铃薯细胞液浓度相当于0.30M的蔗糖溶液。

浸在低于0.30M的蔗糖溶液中，马铃薯细胞通过渗透作用吸水膨胀，其长度增加；浸在高于0.30M的蔗糖溶液中，马铃薯细胞通过渗透作用失水皱缩，质壁分离，其长度缩短。

题型四、渗透系统及其应用

一、考查形式

选择题

二、典型例题

1.如图所示的渗透装置中，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（　　）

答案　B

解析　每吸出一次，蔗糖溶液浓度就减小一次，而a、b液面的高度差是由半透膜内外溶液浓度差决定的，随着吸出次数的增加内外浓度差越来越小，所以a、b液面高度差也越来越小。

2.

某同学设计渗透装置如右图所示（开始时状态），烧杯中盛放有

蒸馏水，图中猪膀胱膜允许单糖透过。

倒置的长颈漏斗中先装

入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。

该实验过程中最可能

出现的是（　　）

A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后即下降

B．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后下降

C．加酶前后，在烧杯中都可以检测出蔗糖

D．加酶后可以在烧杯中检测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶

答案　B

解析　加酶前，漏斗内溶液浓度高于漏斗外，水分子向漏斗内部扩散的较多，漏斗液面上升；加酶后，蔗糖水解为单糖，摩尔浓度增大，使液面继续上升，后随着单糖逐渐进入烧杯，而使漏斗内溶液浓度下降，液面下降。

三、答题技巧

1．对比分析成熟植物细胞是一个渗透系统

渗透作用模型

植物细胞与外界溶

液形成的渗透系统

图解

原理

水分子通过半透膜的扩散作用

细胞液通过原生质层与外界溶液之间发生渗透作用

水扩散

的方向

低浓度溶液→高浓度溶液

2.渗透作用原理的拓展应用

（1）比较不同溶液浓度大小

漏斗内

烧杯内

溶液浓度

M

N

现象及

结论

①若漏斗内液面上升，则M>N

②若漏斗内液面不变，则M＝N

③若漏斗内液面下降，则M

（2）验证渗透作用发生的条件

（3）探究物质能否通过半透膜（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

3.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：

①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。

②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

①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。

②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。

4.“U”型管中水分子移动方向的分析

1）．膜两侧溶液中浓度高的一侧渗透压高，低的一侧渗透压低，水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

2）．两侧溶液中的溶质是否能通过半透膜，若不能，则只是高浓度一侧液面升高；若能，则先是高浓度一侧液面升高，随后另一侧液面升高，最后两侧液面持平。

3）．如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

四、变式训练

1．某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置，实验开始时长颈

漏斗内外液面平齐，记为零液面。

实验开始后，长颈漏斗内部

液面的变化趋势为（　　）

答案　B

解析　掌握渗透作用发生的条件（半透膜和膜两侧存在浓度差）、水分子扩散的方向（顺浓度梯度扩散）和扩散的速率是解题的关键。

仔细观察图示，长颈漏斗内为蔗糖溶液，实验开始后长颈漏斗内部液面将上升，由于实验初始阶段半透膜内外溶液浓度差较大，液面上升速率较大。

2．如图表示一中间隔以半透膜（只允许水分子通过）的水槽，两侧分别加入等质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A、B两侧液面的变化是（　　）

A．加酶前A侧液面上升，加酶后B侧液面上升并等于A侧的

B．加酶前A侧液面上升，加酶后B侧液面上升并高于A侧的

C．加酶前后A、B两侧液面不变

D．加酶前A、B两侧液面不变，加酶后B侧液面上升并高于A侧的

答案　B

解析　加酶前两侧溶液的质量浓度相同，由于葡萄糖的相对分子质量小于麦芽糖的，葡萄糖溶液的物质的量浓度大，即B侧水分子的浓度大于A侧，水分子由B侧向A侧移动（净移动），A侧液面上升；加入麦芽糖酶后B侧葡萄糖溶液的物质的量浓度大于A侧的，水分子向B侧移动（净移动），B侧液面上升并高于A侧的。