1.闡明細胞膜具有選擇透過性。2.舉例說明有些物質(zhì)順濃度梯度進出細胞,不需要額外提供能量;有些物質(zhì)逆濃度梯度進出細胞,需要能量和載體蛋白。3.舉例說明大分子物質(zhì)可以通過胞吞、胞吐進出細胞。
1.通過列表法及圖文結(jié)合方式比較自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸?shù)膮^(qū)別和聯(lián)系,并能設(shè)計探究實驗或據(jù)圖分析某種物質(zhì)的運輸方式。2.構(gòu)建各種跨膜運輸?shù)臄?shù)學(xué)模型和溫度、O2濃度對主動運輸?shù)挠绊懬€,加深對各種跨膜運輸方式的理解。
第一環(huán)節(jié)　必備知識落實
第二環(huán)節(jié)　關(guān)鍵能力形成
第三環(huán)節(jié)　核心素養(yǎng)提升
知識篩查1.滲透作用(1)概念:指水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴散過程。(2)發(fā)生滲透作用的條件:一是具有半透膜,二是半透膜兩側(cè)存在濃度差。
2.動物細胞和植物細胞的吸水和失水(1)動物細胞的吸水和失水①
(2)植物細胞的吸水和失水(以成熟植物細胞為例)①原理
易錯易混有關(guān)滲透作用的3個易錯點(1)滲透系統(tǒng)的溶液濃度指物質(zhì)的量濃度而非質(zhì)量濃度,實質(zhì)是指滲透壓。如質(zhì)量分數(shù)為10%的葡萄糖溶液和質(zhì)量分數(shù)為10%的蔗糖溶液的質(zhì)量濃度相等,但質(zhì)量分數(shù)為10%的蔗糖溶液的滲透壓小,故水可通過半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移動。(2)水分子的移動方向是雙向的,但最終結(jié)果是由低濃度溶液流向高濃度溶液的水分子數(shù)較多。(3)只有活的、成熟的植物細胞才能發(fā)生質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原。
知識落實1.某興趣小組用圖甲所示裝置研究滲透作用,a和b均為蔗糖溶液,c允許單糖通過。圖乙所示為實驗結(jié)果。下列說法正確的是(　　)A.燒杯中蔗糖溶液濃度大于漏斗中蔗糖溶液濃度B.若t2時刻燒杯中加入蔗糖酶,則h最終將下降C.t2時刻半透膜兩側(cè)蔗糖溶液濃度相同D.若t2時刻漏斗中加入蔗糖酶,則h將先上升后下降　
漏斗液面高于燒杯,說明漏斗中蔗糖溶液濃度大于燒杯中蔗糖溶液濃度,A項錯誤。若t2時刻燒杯中加入蔗糖酶,蔗糖被分解為單糖,燒杯內(nèi)溶液濃度會先上升,由于c允許單糖通過,繼而燒杯內(nèi)溶液濃度會下降,則h將先下降后上升,B項錯誤。t2時刻半透膜兩側(cè)水分子進出速率相等,但是由于漏斗與燒杯的液面高度不同,所以膜兩側(cè)溶液濃度不相等,C項錯誤。若t2時刻漏斗中加入蔗糖酶,蔗糖被分解為單糖,漏斗內(nèi)溶液濃度會先上升,由于c允許單糖通過,繼而漏斗內(nèi)溶液濃度會下降,則h將先上升后下降,D項正確。
2.將紅細胞分別放在等滲的NaCl和KCl溶液中一段時間,前者不會引發(fā)溶血現(xiàn)象(血細胞破裂)而后者會引發(fā)。導(dǎo)致這種現(xiàn)象發(fā)生的原因是(　　)A.Cl-大量進入紅細胞引起紅細胞吸水B.KCl溶液濃度大于紅細胞的細胞質(zhì)濃度C.K+大量進入紅細胞引起紅細胞吸水D.K+破壞了紅細胞膜的選擇透過性
將紅細胞分別放在等滲的NaCl和KCl溶液中一段時間,前者不會引發(fā)溶血現(xiàn)象,說明Na+和Cl-沒有大量進入紅細胞;后者會引發(fā)溶血現(xiàn)象,說明K+大量進入紅細胞引起紅細胞吸水。
3.根據(jù)“探究植物細胞的吸水和失水”實驗與下圖判斷,下列敘述錯誤的是(　　)A.發(fā)生質(zhì)壁分離時,植物細胞失去的水分主要來自大液泡B.A/B的值越大,說明所滴加的蔗糖溶液濃度越大C.所滴加的蔗糖溶液濃度越大,該細胞的A越小D.A/B的值越大,說明細胞質(zhì)壁分離程度越大
細胞內(nèi)的液體環(huán)境主要指的是液泡里面的細胞液,發(fā)生質(zhì)壁分離時,植物細胞失去的水分主要來自大液泡,A項正確。A/B=細胞的長度/原生質(zhì)體的長度,A的變化很小,所以A/B的值越大,說明原生質(zhì)層與細胞壁之間的距離越大,則質(zhì)壁分離程度越大,所滴加的蔗糖溶液濃度越大,B、D兩項正確。題圖中的A是從細胞的兩端測量的,代表的是細胞的長度,由于細胞壁的伸縮性很小,所以A變化很小,幾乎不變,C項錯誤。
知識篩查1.被動運輸(1)概念:物質(zhì)以擴散方式進出細胞,不需要消耗細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量,這種物質(zhì)跨膜運輸方式稱為被動運輸。
2.主動運輸與胞吞、胞吐(1)主動運輸①方向:逆濃度梯度,離子或分子從低濃度一側(cè)運輸?shù)礁邼舛纫粋?cè)。②條件:載體蛋白和能量。
③生理意義:主動運輸普遍存在于動植物和微生物細胞中,通過主動運輸來選擇吸收所需要的物質(zhì),排出代謝廢物和對細胞有害的物質(zhì),從而保證細胞和個體生命活動的需要。
知識落實1.研究發(fā)現(xiàn),水分子進入植物細胞的兩種方式如右圖所示。下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.圖中不需要水通道蛋白的跨膜運輸方式為自由擴散B.水分子通過水通道蛋白是順濃度梯度進行的C.土壤溶液濃度過高時,植物只通過水通道蛋白失水D.根毛細胞的吸水能力與其細胞液中水的相對含量有關(guān)
題圖中不需要水通道蛋白的跨膜運輸方式中水分子從高濃度一側(cè)運輸?shù)降蜐舛纫粋?cè),不需要轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助,不需要消耗細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量,為自由擴散,A項正確。水分子通過水通道蛋白從高濃度一側(cè)運輸?shù)降蜐舛纫粋?cè),即是順濃度梯度進行的,B項正確。土壤溶液濃度過高時,植物會通過自由擴散和協(xié)助擴散的方式失水,C項錯誤。根毛細胞的吸水能力取決于土壤溶液濃度與其細胞液濃度的差值,即與其細胞液中水的相對含量有關(guān),D項正確。
2.鈉—鉀ATP酶(Na+/K+—ATPase)存在于大多數(shù)動物細胞膜上,能夠利用ATP水解釋放的能量,將細胞內(nèi)的Na+泵出細胞外,而相應(yīng)地將細胞外的K+泵入細胞內(nèi),從而維持膜內(nèi)外一定的電化學(xué)梯度。該電化學(xué)梯度能驅(qū)動葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運載體以同向協(xié)同轉(zhuǎn)運的方式將葡萄糖等有機物轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi),然后由膜上的轉(zhuǎn)運載體GLUT2轉(zhuǎn)運至細胞外液,完成對葡萄糖的吸收。下圖為人小腸上皮細胞吸收葡萄糖的過程示意圖。
下列分析正確的是(　　)A.圖示細胞吸收和釋放Na+的方式均屬于主動運輸B.圖示細胞吸收和釋放葡萄糖的方式均屬于協(xié)助擴散C.圖示細胞的膜蛋白有催化、運輸、信息交流等功能D.圖示的Na+/K+—ATPase也存在于神經(jīng)元的細胞膜上
題圖所示細胞釋放Na+由細胞內(nèi)的低濃度到細胞外的高濃度,同時伴隨著ATP水解,因此釋放Na+的方式是主動運輸,但吸收Na+的過程需要載體蛋白并由高濃度向低濃度轉(zhuǎn)運,因此是協(xié)助擴散,A項錯誤。葡萄糖由腸腔轉(zhuǎn)移到小腸上皮細胞是通過Na+形成的電化學(xué)梯度驅(qū)動的,由葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運載體轉(zhuǎn)運,是一種主動運輸?shù)姆绞?而通過GLUT2將細胞內(nèi)的葡萄糖轉(zhuǎn)移到細胞外液中的方式是協(xié)助擴散,B項錯誤。題圖中所示的膜蛋白Na+/K+—ATPase能夠催化ATP水解,并同時轉(zhuǎn)運Na+和K+,因此具有催化作用和運輸作用,但并未體現(xiàn)膜蛋白的信息交流功能,C項錯誤。Na+/K+—ATPase存在于大多數(shù)動物細胞中,負責(zé)轉(zhuǎn)運Na+和K+,并同時水解ATP為其提供能量,維持細胞膜內(nèi)外的電化學(xué)梯度,因此可推測該蛋白質(zhì)也存在于神經(jīng)元的細胞膜上,D項正確。
知識篩查1.實驗原理(1)成熟的植物細胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜。(2)細胞液具有一定的濃度,能滲透吸水和失水。(3)原生質(zhì)層比細胞壁的伸縮性大得多。
4.特別提醒(1)本實驗存在兩組對照實驗(2)本實驗是高中生物學(xué)教科書中涉及“用顯微鏡觀察”的實驗中唯一“只在低倍鏡下”(不換“高倍鏡”)觀察的實驗。
知識落實1.在“探究植物細胞的吸水和失水”實驗中,對紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞臨時裝片進行了三次觀察和兩次處理。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)A.第一次觀察為低倍鏡觀察,后兩次為高倍鏡觀察B.第一次處理滴加的液體為清水,第二次處理滴加的液體為質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液C.若將紫色洋蔥鱗片葉的外表皮換成內(nèi)表皮,則不會發(fā)生質(zhì)壁分離D.紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞中不屬于原生質(zhì)層的有細胞壁、細胞核和細胞液
在“探究植物細胞的吸水和失水”實驗中,一般需要進行三次顯微觀察,第一次是對正常細胞的觀察,第二次是對發(fā)生質(zhì)壁分離細胞的觀察,第三次是對發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原細胞的觀察,三次觀察均為低倍鏡觀察,A項錯誤。第一次處理滴加的液體為質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液,觀察質(zhì)壁分離現(xiàn)象;第二次處理滴加的液體為清水,觀察質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象,B項錯誤。紫色洋蔥鱗片葉的內(nèi)表皮細胞也會發(fā)生質(zhì)壁分離,但其細胞液中不含色素,不容易觀察,C項錯誤。原生質(zhì)層是指細胞膜、液泡膜及兩層膜之間的細胞質(zhì),紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞中不屬于原生質(zhì)層的有細胞壁、細胞核和細胞液,D項正確。
2.下圖表示紫色洋蔥鱗片葉同一部位的外表皮細胞在蔗糖溶液或氯化鈉溶液中質(zhì)壁分離的情況。下列分析正確的是(　　)A.制作臨時裝片時都需要在載玻片上滴1~2滴生理鹽水B.當(dāng)兩種溶液濃度為1.0 ml/L時,細胞均失水死亡C.洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液濃度可能與0.2 ml/L的蔗糖溶液的相當(dāng)D.宜選擇濃度為0.8 ml/L的氯化鈉溶液用于觀察洋蔥鱗片葉外表皮細胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗
當(dāng)兩種溶液的濃度為0.2 ml/L時,兩種溶液中都沒有發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞,當(dāng)兩種溶液的濃度稍大于0.2 ml/L時,兩種溶液中開始出現(xiàn)發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞。這說明洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液濃度可能與0.2 ml/L的蔗糖溶液的相當(dāng)。
3.某班級為探究植物細胞外界溶液濃度與質(zhì)壁分離程度的關(guān)系,用原生質(zhì)層長度(b)與細胞長度(a)的比值(b/a)表示質(zhì)壁分離程度,用不同濃度的NaCl溶液(標注為1~5號)進行實驗,結(jié)果如下圖所示。下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.1號溶液可能是清水對照B.NaCl溶液的濃度從1號至5號逐漸升高C.2號溶液濃度已引起質(zhì)壁分離D.外界溶液濃度越大,質(zhì)壁分離程度越小
由于植物細胞存在細胞壁,當(dāng)植物細胞吸水時,原生質(zhì)層也不會大于細胞長度,而1號溶液中b/a值為1,表明植物細胞不發(fā)生失水,因此外界溶液可能是清水。NaCl溶液的濃度從1號至5號時,b/a值逐漸變小,植物細胞質(zhì)壁分離程度越來越大,NaCl溶液的濃度逐漸升高。2號溶液中b/a值小于1,表明原生質(zhì)層長度比細胞長度短,植物已發(fā)生質(zhì)壁分離。在一定范圍內(nèi),外界溶液濃度越大,質(zhì)壁分離程度越大。
典型例題(不定項選擇題)下頁左上圖為滲透作用實驗示意圖,開始時如圖1所示,a代表清水,b、c代表蔗糖溶液(蔗糖不能透過半透膜),過一段時間后結(jié)果如圖2所示,漏斗管內(nèi)的液面不再發(fā)生變化,H1、H2表示漏斗管內(nèi)液面與清水的高度差。下列說法正確的是(　　)A.圖1中b的濃度大于c的濃度B.圖2中b的濃度等于c的濃度C.圖1 a中水分子擴散到b的速率大于a中水分子擴散到c的速率D.圖2 a中水分子擴散到b的速率等于b中水分子擴散到a的速率
題圖2漏斗中的液面不再變化,處于平衡狀態(tài),H1高于H2,所以題圖2中b的濃度大于c的濃度。
整合構(gòu)建1.常見滲透裝置的圖形分析(1)溶質(zhì)不能透過半透膜的情況①若S1溶液濃度大于S2溶液濃度,則單位時間內(nèi)由S2→S1的水分子數(shù)多于由S1→S2的水分子數(shù),外觀上表現(xiàn)為S1溶液液面上升;若S1溶液濃度小于S2溶液濃度,則情況相反,外觀上表現(xiàn)為S1溶液液面下降。②在達到滲透平衡后,若存在如上圖所示的液面差Δh,則S1溶液濃度仍大于S2溶液濃度。因為液面高的一側(cè)形成的壓強,會阻止溶劑由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)擴散。
(2)溶質(zhì)能透過半透膜的情況若S1溶液濃度大于S2溶液濃度,則最初單位時間內(nèi)由S2→S1的水分子數(shù)多于由S1→S2的,隨著溶質(zhì)的擴散,最終S1溶液和S2溶液濃度相等,外觀上表現(xiàn)為S1溶液液面先上升后下降,最終S1溶液和S2溶液液面持平;若S1溶液濃度小于S2溶液濃度,則情況相反。
2.滲透方向及濃度大小的判斷(1)判斷溶劑滲透的總方向①若半透膜兩側(cè)是同種溶液,根據(jù)質(zhì)量濃度或物質(zhì)的量濃度判定。②若半透膜兩側(cè)是不同的溶液,物質(zhì)的量濃度才能體現(xiàn)溶質(zhì)或溶劑分子數(shù)的多少,如半透膜兩側(cè)為質(zhì)量分數(shù)相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液,則葡萄糖溶液一側(cè)單位體積中葡萄糖分子數(shù)多(水分子數(shù)少),水分子由蔗糖溶液一側(cè)通過半透膜向葡萄糖溶液一側(cè)擴散。(2)判斷半透膜兩側(cè)溶液濃度大小若滲透平衡后,半透膜兩側(cè)液面仍存在液面差,則半透膜兩側(cè)溶液就存在濃度差,液面差越大,濃度差就越大,且液面高的一側(cè)溶液濃度大。
3.滲透系統(tǒng)組成的實驗探究甲、乙對比可說明滲透作用的發(fā)生必須具有半透膜;甲、丙對比可說明滲透作用的發(fā)生必須滿足半透膜兩側(cè)存在濃度差。
訓(xùn)練突破1.右圖為研究滲透作用的實驗裝置,漏斗內(nèi)溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)為兩種不同濃度的蔗糖溶液,水分子可以透過半透膜,而蔗糖分子則不能。漏斗內(nèi)外起始時液面相平,當(dāng)滲透達到平衡時,液面差為m。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)A.滲透平衡時,S1溶液的濃度等于S2溶液的濃度B.若向漏斗中加入蔗糖分子,則平衡時m變小C.達到滲透平衡時,仍有水分子通過半透膜進出D.若吸出漏斗中高出燒杯液面的溶液,再次平衡時m將增大
漏斗內(nèi)外起始時液面相平,液面差m的形成與漏斗內(nèi)外的滲透壓不同有關(guān)。當(dāng)達到滲透平衡時,由于液面高的一側(cè)形成的壓強會阻止水分子由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)擴散,故S1溶液的濃度仍大于S2溶液的濃度,A項錯誤。若向漏斗中加入蔗糖分子會使半透膜兩側(cè)的濃度差變大,則平衡時m變大,B項錯誤。吸出漏斗中高出燒杯液面的溶液,會導(dǎo)致漏斗內(nèi)蔗糖溶液的滲透壓減小,再次平衡時m將減小,D項錯誤。
2.下圖中X、Y、Z分別為蒸餾水、質(zhì)量分數(shù)為30%的葡萄糖溶液、質(zhì)量分數(shù)為30%的淀粉溶液,且單糖能通過半透膜而二糖、多糖不能通過半透膜。下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.裝置A的現(xiàn)象是左側(cè)液面先下降后上升,最終左右液面持平B.若將裝置A中左右兩側(cè)替換為等量的同濃度的蔗糖溶液,并向左右兩側(cè)分別加入相等且適量的蔗糖酶、淀粉酶,則左側(cè)液面先升后降最后不變C.裝置B燒杯中溶液液面下降的速率逐漸減緩D.裝置B達到滲透平衡后,由于液面差的存在,水分子向半透膜兩側(cè)擴散的速率不同
裝置A中X為蒸餾水、Y為質(zhì)量分數(shù)為30%的葡萄糖溶液,一開始,由于裝置A右側(cè)溶液濃度高,水向右側(cè)擴散的速率大于水向左側(cè)擴散的速率,左側(cè)液面下降;隨著葡萄糖從右向左通過半透膜,左側(cè)溶液濃度不斷上升,左側(cè)液面上升;最終當(dāng)葡萄糖在左右兩側(cè)含量相同時,水向右側(cè)擴散的速率等于水向左側(cè)擴散的速率,左右液面持平,A項正確。由于酶具有專一性,蔗糖只能被蔗糖酶催化水解而不能被淀粉酶催化水解,左側(cè)一分子蔗糖水解成兩分子單糖,左側(cè)溶液濃度上升,液面升高;隨后單糖通過半透膜從左側(cè)向右側(cè)擴散,使左側(cè)溶液濃度降低,液面下降;最終達到動態(tài)平衡,B項正確。裝置B中Z溶液(質(zhì)量分數(shù)為30%的淀粉溶液)濃度大于X溶液(蒸餾水)濃度,所以漏斗中溶液液面上升、燒杯中溶液液面下降,但隨著液面差的增大,液柱對半透膜的壓強阻礙了水分子向漏斗的擴散,使燒杯液面下降的速率逐漸減緩,C項正確。在達到滲透平衡后,水分子向半透膜兩側(cè)擴散的速率相同,D項錯誤。
典型例題右圖甲和圖乙反映物質(zhì)進出細胞的方式。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)A.抑制細胞呼吸,對圖甲所示類型無影響,而對圖乙所示類型有影響B(tài).依據(jù)物質(zhì)濃度梯度,只要是順濃度梯度的運輸就是圖甲所示類型中的自由擴散C.依據(jù)是否需要轉(zhuǎn)運蛋白,需要轉(zhuǎn)運蛋白的運輸就是圖甲所示類型中的協(xié)助擴散D.甲和乙都屬于跨膜運輸
圖甲表示自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸;圖乙表示胞吞和胞吐,其中主動運輸、胞吞和胞吐均需要能量,故抑制細胞呼吸,對圖甲和圖乙所示類型均有影響,A項錯誤。自由擴散和協(xié)助擴散均是順濃度梯度進行的,B項錯誤。需要轉(zhuǎn)運蛋白的運輸有協(xié)助擴散和主動運輸,C項錯誤。
整合構(gòu)建1.物質(zhì)跨膜運輸方式的比較
2.影響物質(zhì)跨膜運輸?shù)囊蛩?1)物質(zhì)濃度(在一定的范圍內(nèi))
(2)O2濃度(哺乳動物成熟紅細胞的主動運輸與O2無關(guān))
知識延伸同一物質(zhì)的不同運輸方式
訓(xùn)練突破1.下圖表示與自由擴散、協(xié)助擴散有關(guān)的圖例或曲線。下列選項對應(yīng)正確的是(　　)A.肺泡上皮細胞吸收氧氣——①④B.人的成熟紅細胞吸收葡萄糖——②③C.甘油進出細胞——①③D.肌肉細胞吸收水——②④
①②表示兩種跨膜運輸方式,分別是自由擴散、協(xié)助擴散;③④表示兩種影響因素曲線,分別對應(yīng)自由擴散、協(xié)助擴散。肺泡上皮細胞吸收氧氣的方式是自由擴散,對應(yīng)①③;人的成熟紅細胞吸收葡萄糖的方式是協(xié)助擴散,對應(yīng)②④;甘油進出細胞的方式是自由擴散,對應(yīng)①③;肌肉細胞吸收水的方式是自由擴散和協(xié)助擴散,對應(yīng)①②③④。
2.下圖甲、乙分別表示洋蔥根尖在不同O2濃度及不同底物濃度情況下(其他條件適宜),從含硝酸鉀的全營養(yǎng)液中吸收 的速率。下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.A點時影響離子吸收速率的主要因素是能量B.B點時離子吸收速率不再增大是因為載體蛋白的數(shù)量有限C.C點時影響離子吸收速率的主要因素是底物濃度D.D點時離子吸收速率不再增大是因為底物濃度太高,細胞發(fā)生質(zhì)壁分離
洋蔥根尖吸收 的方式是主動運輸,吸收速率受能量、載體蛋白和底物濃度的影響。A點時離子吸收速率未達到最大,限制因素是O2濃度,而O2濃度通過影響呼吸作用產(chǎn)生的能量而影響吸收速率,故此時主要影響因素是能量,A項正確。B點時離子吸收速率不再隨O2濃度增大而增大,此時的限制因素是載體蛋白的數(shù)量,B項正確。C點時離子吸收速率未達到最大,此時影響離子吸收速率的主要因素是底物濃度,C項正確。D點時離子吸收速率不再隨底物濃度增大而增大,主要是因為載體蛋白的數(shù)量有限,D項錯誤。
3.圖①表示葡萄糖、Na+和O2進出肝細胞的方式,圖②、圖③表示這些物質(zhì)進出該細胞時,轉(zhuǎn)運蛋白數(shù)量或O2濃度與運輸速率的關(guān)系。下列說法錯誤的是(　　)A.葡萄糖進入該細胞的運輸速率符合圖②和圖③B.Na+運出該細胞的運輸速率符合圖②,不符合圖③C.O2進入該細胞的運輸速率不符合圖②,符合圖③D.K+進入該細胞的方式和Na+運出該細胞的方式相同
O2濃度的高低在一定程度上可表示有氧呼吸的強弱,進而可表示能量的多少。由圖①可知,葡萄糖進入肝細胞的方式是協(xié)助擴散,需要轉(zhuǎn)運蛋白,不需要能量,符合圖②和圖③,A項正確。Na+運出肝細胞是從低濃度到高濃度,需要載體蛋白,可判斷該運輸方式為主動運輸,需要能量,符合圖②,其運輸速率與O2濃度有關(guān),不符合圖③,B項正確。O2進入肝細胞的方式是自由擴散,不需要轉(zhuǎn)運蛋白,不符合圖②,但是與其自身的濃度有關(guān),不符合圖③,C項錯誤。K+進入肝細胞的方式是主動運輸,和Na+運出該細胞的方式相同,D項正確。
4.水存在兩種跨膜運輸機制:一種是通過磷脂雙分子層的自由擴散,另一種是通過專一的水通道蛋白跨膜運輸。研究者據(jù)此提出的實驗思路如下。①實驗分組甲組:腎小管上皮細胞+生理鹽水配制的蛋白酶液。乙組:腎小管上皮細胞+X。②將甲、乙兩組制成裝片,在蓋玻片一側(cè)滴清水,另一側(cè)用吸水紙引流,顯微鏡下觀察漲破的細胞數(shù)目。(1)實驗?zāi)康??　 。?(2)題中X是　 。?(3)若甲組和乙組漲破的細胞數(shù)目基本相同,說明　　　　　　　　;若甲組只有極少的細胞發(fā)生漲破,說明　　　　　　　　　　　　　　;若　? 　,說明腎小管上皮細胞通過上述兩種方式吸收水分。
答案:(1)探究腎小管上皮細胞細胞膜上水分子的運輸方式或探究腎小管上皮細胞的吸水方式(合理即可)(2)等量的生理鹽水(3)水通過腎小管上皮細胞細胞膜的方式是自由擴散　腎小管上皮細胞主要依賴水通道蛋白吸水　甲、乙兩組均出現(xiàn)一定數(shù)量漲破的細胞,且甲組漲破的細胞數(shù)量比乙組少解析:題干給出了細胞吸水的兩種方式:一種是通過磷脂雙分子層的自由擴散,另一種是通過專一的水通道蛋白跨膜運輸。要探究水通過什么方式被吸收,應(yīng)設(shè)置膜蛋白被除去的實驗組和不做處理的對照組進行探究。腎小管上皮細胞吸水的方式可能有三種情況:通過自由擴散吸收,通過水通道蛋白吸收,兩種方式同時進行。依據(jù)實驗結(jié)果,推斷可能的運輸方式。
典型例題引起50%左右的細胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的濃度,稱為細胞液的等滲濃度。某生物興趣小組將剪成均等小塊的洋蔥表皮分別放入等量的下面各組溶液中,并記錄實驗結(jié)果見下表。下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.蔗糖溶液濃度小于0.3 ml/L時,洋蔥表皮細胞不發(fā)生滲透作用B.該實驗結(jié)果說明洋蔥表皮細胞存在不同濃度的細胞液C.該洋蔥表皮細胞細胞液的等滲濃度范圍為0.5~0.6 ml/LD.為了更精確地測定洋蔥表皮細胞細胞液的等滲濃度,可以設(shè)置更小蔗糖溶液的濃度梯度進行實驗
蔗糖溶液濃度小于0.3 ml/L時,洋蔥表皮細胞沒有發(fā)生質(zhì)壁分離,但不是沒有發(fā)生滲透作用,在低濃度的溶液中細胞會吸水。洋蔥表皮細胞在同一濃度(如0.4 ml/L)的蔗糖溶液中發(fā)生細胞質(zhì)壁分離的情況不同,說明洋蔥表皮細胞存在不同濃度的細胞液。根據(jù)題干信息和表格數(shù)據(jù)可知,該洋蔥表皮細胞細胞液的等滲濃度范圍為0.5~0.6 ml/L。為了更精確地測定洋蔥表皮細胞細胞液的等滲濃度,可以設(shè)置更小蔗糖溶液的濃度梯度進行實驗。
整合構(gòu)建1.巧判細胞能否發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原(1)從細胞角度分析①死細胞、動物細胞及未成熟的植物細胞(如根尖分生區(qū)細胞)不發(fā)生質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原。②具有中央大液泡的成熟植物細胞可發(fā)生質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原。(2)從溶液角度分析①在溶質(zhì)不能透過原生質(zhì)層的一定濃度的溶液中只會發(fā)生質(zhì)壁分離,不能自動復(fù)原,如質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液。②在溶質(zhì)能透過原生質(zhì)層的一定濃度的溶液中可發(fā)生質(zhì)壁分離后自動復(fù)原,如KNO3溶液、甘油等。③在高濃度溶液中可發(fā)生質(zhì)壁分離,但不會發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。
2.植物細胞質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原的拓展應(yīng)用(1)判斷成熟植物細胞是不是活細胞
(2)測定細胞液濃度范圍待測成熟植物細胞+一系列濃度梯度的蔗糖溶液 細胞液濃度介于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛發(fā)生質(zhì)壁分離的蔗糖溶液濃度之間(3)比較不同成熟植物細胞的細胞液濃度不同成熟植物細胞+同一濃度的蔗糖溶液 發(fā)生質(zhì)壁分離所需時間越短,細胞液濃度越小;反之,細胞液濃度越大
(4)鑒別不同種類的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
訓(xùn)練突破1.(2023全國甲卷)探究植物細胞的吸水和失水實驗是高中學(xué)生常做的實驗。某同學(xué)用紫色洋蔥鱗片葉外表皮為材料進行實驗,探究蔗糖溶液、清水處理外表皮后,外表皮細胞原生質(zhì)體和液泡的體積及細胞液濃度的變化。圖中所提到的原生質(zhì)體是指植物細胞不包括細胞壁的部分。下列示意圖中能夠正確表示實驗結(jié)果的是(　　)
用30%蔗糖溶液處理后,細胞失水導(dǎo)致原生質(zhì)體和液泡的體積都減小,細胞液濃度增大;用清水處理后,細胞吸水,原生質(zhì)體和液泡的體積都增大,細胞液濃度減小,A、B兩項錯誤。當(dāng)蔗糖溶液濃度大于細胞液濃度時,細胞失水,原生質(zhì)體和液泡的體積減小,細胞液濃度增大,C項正確,D項錯誤。
2.某實驗小組在室溫條件下,將紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞置于一定濃度的某溶液中,測得細胞液濃度與該溶液濃度的比值(P值)隨時間的變化曲線如右圖所示。下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.該溶液可以是一定濃度的KCl溶液B.細胞在t1時刻開始從外界溶液中吸收溶質(zhì)C.t1~t2時間段內(nèi),液泡體積有所增大D.若降低溫度,則t1~t2時間段會變長
由題圖可知,細胞液濃度與該溶液濃度的比值(P值)隨時間的變化逐漸增大,最后趨于穩(wěn)定,即細胞液濃度不斷增加,且最后是外界溶液濃度的三倍,說明在該溶液中細胞先不斷失水,之后溶質(zhì)分子進入液泡,導(dǎo)致細胞液濃度高于該溶液,因此該溶液可以是一定濃度的KCl溶液,A項正確。細胞在t1時刻之前就已經(jīng)開始從外界溶液中吸收溶質(zhì),B項錯誤。t1~t2時間段內(nèi),細胞液濃度大于該溶液濃度,則細胞吸水導(dǎo)致液泡體積有所增大,C項正確。若降低溫度,該溶液中的溶質(zhì)分子進入細胞的速度會降低,則t1~t2時間段會變長,D項正確。
高考真題剖析【例題】 (2022全國甲卷)植物成熟葉肉細胞的細胞液濃度可以不同?，F(xiàn)將a、b、c三種細胞液濃度不同的某種植物成熟葉肉細胞,分別放入三個裝有相同濃度蔗糖溶液的試管中,當(dāng)水分交換達到平衡時觀察到:①細胞a未發(fā)生變化;②細胞b體積增大;③細胞c發(fā)生了質(zhì)壁分離。若在水分交換期間細胞與蔗糖溶液沒有溶質(zhì)的交換,下列關(guān)于這一實驗的敘述,不合理的是(　　)A.水分交換前,細胞b的細胞液濃度大于外界蔗糖溶液的濃度B.水分交換前,細胞液濃度大小關(guān)系為細胞b>細胞a>細胞cC.水分交換平衡時,細胞c的細胞液濃度大于細胞a的細胞液濃度D.水分交換平衡時,細胞c的細胞液濃度等于外界蔗糖溶液的濃度
核心素養(yǎng)考查點剖析:本題以文字信息為載體,主要考查植物細胞的吸水和失水,較好地考查了“科學(xué)思維”這一學(xué)科素養(yǎng)。答案:C
解析:由題干信息可知,水分交換達到平衡時,細胞a未發(fā)生變化,則其細胞液濃度等于外界蔗糖溶液的濃度;細胞b體積增大,則其細胞液濃度大于外界蔗糖溶液的濃度;細胞c發(fā)生了質(zhì)壁分離,則其細胞液濃度小于外界蔗糖溶液的濃度。因此水分交換前,細胞液濃度大小關(guān)系為細胞b>細胞a>細胞c,A、B兩項合理。由題意可知,水分交換達到平衡時,細胞a未發(fā)生變化,說明其細胞液濃度與外界蔗糖溶液的濃度相等。水分交換達到平衡時,雖然細胞內(nèi)外溶液濃度相等,但細胞c失水后外界蔗糖溶液的濃度減小,因此,水分交換平衡時,細胞c的細胞液濃度小于細胞a的細胞液濃度,C項不合理。細胞c發(fā)生了質(zhì)壁分離,水分交換達到平衡時,其細胞液濃度與外界蔗糖溶液的濃度相等,D項合理。
典題訓(xùn)練1.(2023全國甲卷)物質(zhì)輸入和輸出細胞都需要經(jīng)過細胞膜。下列有關(guān)人體內(nèi)物質(zhì)跨膜運輸?shù)臄⑹?正確的是(　　)A.乙醇是有機物,不能通過自由擴散方式跨膜進入細胞B.血漿中的K+進入紅細胞時需要載體蛋白并消耗ATPC.抗體在漿細胞內(nèi)合成時消耗能量,其分泌過程不耗能D.葡萄糖可通過主動運輸?shù)荒芡ㄟ^協(xié)助擴散進入細胞
乙醇屬于脂溶性物質(zhì),與細胞膜中的磷脂相似相溶,通過自由擴散的方式進入細胞,A項錯誤。血漿中K+含量低,紅細胞內(nèi)K+含量高,K+逆濃度梯度進入紅細胞,該物質(zhì)跨膜運輸方式為主動運輸,需要載體蛋白的協(xié)助,同時還需要消耗細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量,B項正確。抗體為分泌蛋白,其分泌方式為胞吐,需要消耗能量,C項錯誤。葡萄糖進入小腸上皮細胞的方式為主動運輸,進入哺乳動物成熟紅細胞的方式為協(xié)助擴散,D項錯誤。
下列說法正確的是(　　)
3.植物細胞中水和礦質(zhì)元素離子會表現(xiàn)出某些特點。下列敘述錯誤的是(　　)A.根細胞中的K+不能以自由擴散的方式進入土壤溶液中B.礦質(zhì)元素離子在細胞內(nèi)積累可引起外界溶液中的水進入細胞C.根細胞吸收的礦質(zhì)元素能夠以離子的形式儲存在液泡中D.葉肉細胞中參與光合作用光反應(yīng)階段的水分子屬于結(jié)合水
根細胞中的K+不能以自由擴散的方式進入土壤溶液中,因為K+跨膜運輸需要轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助,自由擴散不需要轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助,A項正確。礦質(zhì)元素離子在細胞內(nèi)積累會引起細胞液濃度增大,進而發(fā)生吸水,故會引起外界溶液中的水進入細胞,B項正確。細胞內(nèi)無機鹽大多以離子形式存在,根細胞吸收的礦質(zhì)元素能夠以離子的形式儲存在液泡中,C項正確。葉肉細胞中參與光合作用光反應(yīng)階段的水分子屬于自由水,可以分解成氧和H+,D項錯誤。
4.(2023湖南卷)鹽堿脅迫下植物應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2對細胞有毒害作用。禾本科農(nóng)作物AT1蛋白通過調(diào)節(jié)細胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平,影響H2O2的跨膜轉(zhuǎn)運,如下圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)A.細胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制,促進H2O2外排,從而減輕其對細胞的毒害C.敲除AT1基因或降低其表達可提高禾本科農(nóng)作物的耐鹽堿能力D.從特殊物種中發(fā)掘逆境脅迫相關(guān)基因是改良農(nóng)作物抗逆性的有效途徑
由題圖可以看出,PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,H2O2從膜外運向膜內(nèi)的速率大于從膜內(nèi)運向膜外的速率,即PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,抑制了H2O2外排,所以細胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的,A項正確,B項錯誤。敲除AT1基因或降低其表達,AT1蛋白就不能抑制PIP2s蛋白磷酸化,則鹽堿脅迫下植物應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2外排的速率大于內(nèi)流的速率,可減輕H2O2對細胞的毒害作用,提高禾本科農(nóng)作物的耐鹽堿能力,C項正確。逆境脅迫下可以生存的物種往往含有抵抗逆境的基因,將該類基因通過基因工程技術(shù)導(dǎo)入農(nóng)作物體內(nèi)可提高農(nóng)作物的抗逆性,D項正確。
5.(2021湖南卷)質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原是某些生物細胞響應(yīng)外界水分變化而發(fā)生的滲透調(diào)節(jié)過程。下列敘述錯誤的是(　　)A.施肥過多引起的“燒苗”現(xiàn)象與質(zhì)壁分離有關(guān)B.質(zhì)壁分離過程中,細胞膜可局部或全部脫離細胞壁C.質(zhì)壁分離復(fù)原過程中,細胞的吸水能力逐漸降低D.物質(zhì)的量濃度為1 ml/L的NaCl溶液和物質(zhì)的量濃度為1 ml/L的蔗糖溶液的滲透壓大小相等
施肥過多使外界溶液濃度過高,大于細胞液的濃度,細胞發(fā)生質(zhì)壁分離導(dǎo)致植物過度失水而死亡,引起“燒苗”現(xiàn)象,A項正確。發(fā)生質(zhì)壁分離的內(nèi)因是細胞壁的伸縮性小于原生質(zhì)層,而原生質(zhì)層包括細胞膜、液泡膜以及二者之間的細胞質(zhì),質(zhì)壁分離過程中,細胞膜可局部或全部與細胞壁分開,B項正確。植物細胞在發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原的過程中,不斷吸水,導(dǎo)致細胞液的濃度逐漸降低,與外界溶液濃度差減小,細胞的吸水能力逐漸降低,C項正確。溶液滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目,物質(zhì)的量濃度為1 ml/L的NaCl溶液和物質(zhì)的量濃度為1 ml/L的葡萄糖溶液的滲透壓不相同,NaCl溶液的滲透壓高于葡萄糖溶液,D項錯誤。
6.在適宜條件下,測得的某植物根細胞對A、B兩種物質(zhì)的吸收速率與外界溶液中這兩種物質(zhì)濃度的關(guān)系如右圖所示(a、b兩條曲線分別代表植物根細胞對不同濃度A、B兩種物質(zhì)的吸收速率)?；卮鹣铝袉栴}。(1)根據(jù)實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)A物質(zhì)是通過自由擴散方式跨膜運輸?shù)摹Ｗ杂蓴U散的含義是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)實驗結(jié)果表明:當(dāng)外界溶液中B物質(zhì)的濃度達到一定數(shù)值時,再增加B物質(zhì)的濃度,根細胞對B物質(zhì)的吸收速率不再增加。可能的原因是　 。(3)王同學(xué)據(jù)圖認為B物質(zhì)的跨膜運輸方式是主動運輸,李同學(xué)認為是協(xié)助擴散。請設(shè)計實驗確定哪名同學(xué)的判斷正確。要求簡要寫出實驗思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論。????? 　。?
答案:(1)物質(zhì)通過簡單的擴散作用進出細胞的方式(2)轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量飽和(3)實驗思路:將長勢相同的某植物根細胞平均分為兩組,甲組放在有氧條件下,乙組放在無氧條件下,其余條件相同且適宜,培養(yǎng)一段時間后,分別測定根細胞對B物質(zhì)的吸收速率。預(yù)期結(jié)果及結(jié)論:若甲組根細胞對B物質(zhì)的吸收速率大于乙組,則說明B物質(zhì)的跨膜運輸方式為主動運輸;若甲組和乙組根細胞對B物質(zhì)的吸收速率大致相同,則說明B物質(zhì)的跨膜運輸方式為協(xié)助擴散

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