第3单元 第1讲 细胞的物质输入和输出.docx

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第3单元第1讲细胞的物质输入和输出

第三单元　细胞代谢

第1讲__细胞的物质输入和输出

[考纲导学]　1.物质出入细胞的方式（Ⅱ）　2.实验：

通过模拟实验探究膜的透性

3.实验：

观察植物细胞的质壁分离和复原　　　

知识梳理|夯实高考双基

回扣教材

一、细胞的吸水和失水

1.

2．动物细胞的吸水和失水

（2）现象

3．植物细胞的吸水与失水

（1）原理

①原生质层（细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质）相当于一层半透膜；

②细胞液与外界溶液间具有浓度差。

（2）现象

①当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过渗透作用失水，植物细胞发生质壁分离现象。

②将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度大于外界清水，植物细胞就吸水，发生质壁分离复原现象。

二、物质跨膜运输的其他实例

1．实验现象与结论

2．生物膜的功能特性——选择透过性

具体表现：

水分子可自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。

三、物质进出细胞的方式

1．扩散：

溶质分子由高浓度一侧向低浓度一侧的运动。

2．被动运输：

物质顺浓度梯度的扩散。

（1）自由扩散：

物质通过简单的扩散作用进出细胞。

（2）协助扩散：

借助载体蛋白的扩散。

3．主动运输

（1）定义：

物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，需要消耗能量。

（2）意义：

保证活细胞按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。

4．胞吞和胞吐：

大分子物质借助于形成囊泡进、出细胞的方式。

基础自测

1．判断

（1）mRNA从细胞核到细胞质的过程属于胞吐作用。

（×）

（2）植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。

（×）

（3）当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞一定会发生质壁分离。

（×）

（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。

（×）

（5）血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞属于自由扩散。

（×）

（6）氢离子可以通过扩散作用进入液泡内。

（×）

（7）主动运输过程中，需要载体蛋白协助和ATP提供能量。

（√）

（8）细胞对离子的吸收具有选择性。

（√）

2．物质运输的方式、特点和实例（连线）

【答案】　①bⅠ　②cⅡ　③aⅢ　④dⅣ

3．用相同的完全培养液，在相同条件下分别培养水稻和番茄幼苗。

在二者的吸水率几乎相同的情况下，72h后原培养液中部分离子浓度发生了如下表所示的变化（表中数据为72h后溶液中部分离子浓度占实验开始时的百分比）。

分析下表不能得出的结论是（　　）

K＋

Mg2＋

Ca2＋

SiO

水稻

17.0

105

117

19.5

番茄

19.1

85

59.6

118

A.不同植物对矿质元素的需要量是不同的

B．与番茄相比，水稻对SiO

需要量大，对Ca2＋需要量小

C．不同植物根尖细胞膜上载体蛋白的种类和数量是不同的

D．植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关

【答案】　D

网络记忆

重点突破|领悟高考方向

重点1　渗透作用原理与细胞的吸水和失水（含模拟探究膜的透性）

[考点精讲]

1．渗透系统

（1）组成：

一个完整的渗透系统，由两个溶液体系（A和B）以及两者之间的半透膜组成。

（2）发生渗透作用的条件：

一是具有半透膜，二是半透膜两侧溶液具有浓度差。

（3）水分的流动判断：

当溶液浓度A>B时，水分就通过半透膜由B流向A；当溶液浓度A

2．验证渗透作用发生的条件

[名师点睛]

（1）渗透作用过程中，半透膜内外水分子的运动是双向的，即S1S2。

（2）上图中，在达到渗透平衡后，只要存在液面差Δh，S1溶液的浓度就仍大于S2溶液的浓度。

此时液柱抑制水分渗入的作用力与浓度差促进水分渗入的作用力达到平衡。

（3）若S1和S2为不同浓度的葡萄糖溶液，因葡萄糖分子可以透过半透膜，所以Δh＝0。

3．通过模拟实验探究膜的透性

（1）实验目的：

利用人工膜来模拟生物膜，探究膜的透性。

（2）实验原理：

某些半透膜（如动物的膀胱膜、肠衣等），可以让某些物质透过，而另一些物质不能透过。

可以用半透膜将不同浓度的溶液分隔开，然后通过观察溶液液面高低的变化，来观察半透膜的选择透过特性，进而类比分析得出生物膜的透性。

（3）实验设计

（4）结果分析：

漏斗管内液面上升，说明半透膜允许水分子通过而不允许蔗糖分子通过。

（5）实验点拨：

漏斗管内、外的初始液面要一致。

[命题视角]

视角1　渗透装置中水分子移动方向分析

1．如图是渗透作用与水分子流动的实验装置，用玻璃纸将烧杯内的清水与漏斗中的蔗糖溶液隔开，则（　　）

A．水分子只从烧杯通过玻璃纸向漏斗内移动

B．水分子只从漏斗通过玻璃纸向烧杯内移动

C．蔗糖分子能从漏斗通过玻璃纸向烧杯内移动

D．在单位时间内，由烧杯向漏斗移动的水分子数多于由漏斗向烧杯移动的水分子数

【答案】　D

视角2　细胞的吸水与失水的分析

2．下面为水分进出哺乳动物成熟红细胞示意图。

相关说法错误的是（　　）

图1　　　　　图2　　　　　　图3

A．图1中外界溶液的浓度与细胞质的浓度大致相等

B．提取细胞膜时，可用图2中所对应的外界溶液

C．提取血红蛋白时，可用图3中所对应的外界溶液

D．将去除细胞壁的植物细胞放入蒸馏水中，最终将出现类似图2所示的结果

【答案】　C

重点2　物质出入细胞的方式及影响因素

[考点精讲]

1．影响物质跨膜运输的因素

（1）物质浓度（在一定的范围内）

A．自由扩散B．协助扩散或主动运输

（2）氧气浓度

A．自由扩散或协助扩散　　B．主动运输

（3）温度

2．探究物质跨膜运输的方式

（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

[名师点睛]

1．不同因素对主动运输的影响不同

（1）抑制某载体蛋白活性，则只会导致该载体蛋白转运的物质运输停止，对其他物质运输不产生影响。

（2）若抑制呼吸作用，所有以主动运输方式跨膜的物质运输都会受到抑制。

2．物质进出细胞方式的判断方法

（1）根据分子大小与是否需要载体、能量。

（2）根据运输方向：

逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。

[命题视角]

视角1　物质出入细胞方式分析

3．如图为某种离子跨膜运输的示意图，由此作出的判断正确的是（　　）

甲　　　　　　乙　　　　　　　丙

A．图中离子跨膜的正确顺序是乙→丙→甲

B．离子跨膜有随机性并消耗ATP中的能量

C．磷脂的运动使离子跨膜的通道自动开闭

D．图示的离子跨膜方式为协助扩散

【答案】　A

视角2　影响跨膜运输的因素

4．下图为番茄根细胞对K＋的吸收速率和氧分压的关系图，分析此图信息，下列说法不正确的是（　　）

A．图中A、B两处用于根代谢活动的酶有所不同

B．A→B段，ATP是限制根细胞对K＋吸收速率的主要因素

C．在B点以后，通过中耕松土可进一步促进根细胞对K＋的吸收而表现为M1曲线

D．氧分压为8时，AB曲线将演变为M2曲线

【答案】　C

[心有灵犀]

（1）物质进出细胞核并非都通过核孔。

核孔是RNA和蛋白质等大分子进出细胞核的通道；小分子物质进出细胞核是通过跨膜运输实现的，不通过核孔。

（2）Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞，但也可通过协助扩散（或离子通道）进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。

重点3　观察植物细胞的质壁分离和复原（实验）

[考点精讲]

[实验原理]

成熟的植物细胞与外界溶液构成渗透系统，可发生渗透作用。

[实验流程]

[实验点拨]

（1）质壁分离原因

①内因

②外因：

外界溶液浓度大于细胞液浓度

（2）质壁分离现象

①宏观上：

植物由坚挺→萎蔫

②微观上：

植物细胞

（3）成熟植物细胞发生质壁分离后，在原生质体和细胞壁之间充斥的液体为外界溶液（如蔗糖溶液）。

（4）成熟植物细胞质壁分离过程中，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。

（5）本实验所用方法为引流法，采用了自身对照。

（6）分离时，原生质层外界面是细胞膜。

（7）质壁分离现象出现后，观察时间不宜过长，以防细胞死亡。

[实验演练]

1．下列四个选项中能够表示洋葱表皮细胞在质壁分离及其复原过程中，液泡体积变化的图形是（　　）

【答案】　B

2．以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料观察植物细胞质壁分离现象，下列叙述错误的是（　　）

A．在细胞发生质壁分离时能观察到紫色中央液泡逐渐缩小

B．滴加30%的蔗糖溶液比10%的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短

C．发生质壁分离的细胞放入清水中又能复原，说明细胞保持活性

D．用高浓度的NaCl溶液代替蔗糖溶液不能引起细胞质壁分离

【答案】　D

[心有灵犀]　细胞是否发生质壁分离的判断方法

1．从细胞角度分析

（1）死细胞、动物细胞、原核细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离现象。

（2）具中央大液泡的成熟植物活细胞才可发生质壁分离现象。

2．从溶液角度分析

（1）在一定浓度的溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原。

（2）在一定浓度的溶质可穿膜的溶液中，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等，细胞先发生质壁分离后自动复原。

（3）在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原。

实验拓展类4|质壁分离与复原实验的拓展

[典例导悟]

除下列哪项外其余各项都可以通过质壁分离与复原实验加以鉴定（　　）

A．成熟植物细胞的死活

B．蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次递减

C．植物细胞能进行渗透吸水

D．原生质层和细胞壁伸缩性大小

【解析】　质壁分离与复原实验是利用渗透作用的原理来进行的，而渗透作用的进行必须满足两个条件，一是有半透膜，二是半透膜两侧的溶液存在浓度差。

成熟植物细胞若能发生质壁分离与复原则为活细胞，否则为死细胞，A不符合题意；蛋白质、淀粉和纤维素的亲水性大小只能利用吸胀作用来进行鉴定，B符合题意；通过质壁分离与复原实验可以鉴定植物细胞能进行渗透吸水，C不符合题意；质壁分离与复原实验能鉴定出原生质层的伸缩性大于细胞壁的，D不符合题意。

【答案】　B

[拓展升华]

植物细胞质壁分离与复原实验的应用

（1）判断细胞的死活

待测细胞＋

实验单一变量：

待测细胞的生活状态。

（2）测定细胞液浓度范围

待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液

细胞液

浓度范围是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。

实验单一变量：

不同浓度的蔗糖溶液。

（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度

不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液

刚发生质壁分离时所需时间比较→判断质壁分离速度（或细胞液浓度）。

实验单一变量：

不同植物细胞。

（4）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。

（5）验证原生质层和细胞壁伸缩性大小

成熟植物细胞＋蔗糖溶液

[题组对练]

1．（2014·新课标全国卷Ⅱ）将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为a、b、c、d、e和f组（每组的细条数相等），取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如下图所示。

假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则（　　）

A．实验后，a组液泡中的溶质浓度比b组的高

B．浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组的

C．a组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b组

D．使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.4～0.5mol·L－1之间

【答案】　D

2．以紫色洋葱鳞叶为材料进行细胞质壁分离和复原的实验，原生质层长度和细胞长度分别用X和Y表示（如图），在处理时间相同的前提下（　　）

A．同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越小，则紫色越浅

B．同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越大，则所用蔗糖溶液浓度越高

C．不同细胞用相同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越小，则越易复原

D．不同细胞用相同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越大，则细胞的正常细胞液浓度越高

【答案】　D

当堂验收|提升高考考能

1．（2016·全国乙卷）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。

下列叙述正确的是（　　）

A．离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散

B．离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的

C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率

D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率

【解析】　由题意可知，离子通过离子泵进行跨膜运输需要消耗能量，而协助扩散不需要消耗能量，故A项错误。

消耗能量的物质跨膜运输一般是逆浓度梯度进行的，故B项错误。

动物一氧化碳中毒会影响红细胞运输氧，进而影响有氧呼吸，影响ATP的合成，从而降低离子泵跨膜运输离子的速率，故C项正确。

离子泵是一种蛋白质，因此加入蛋白质变性剂会破坏离子泵的结构，进而降低离子泵跨膜运输离子的速率，故D项错误。

【答案】　C

2．（2015·全国卷Ⅱ）将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，一段时间后，测定根吸收某一矿质元素离子的量。

培养条件及实验结果见下表：

培养瓶中气体

温度（℃）

离子相对吸收量（%）

空气

17

100

氮气

17

10

空气

3

28

下列分析正确的是（　　）

A．有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收

B．该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关

C．氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗ATP

D．与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收

【解析】　A项，温度为17℃时，在空气环境中，根对该离子的相对吸收量高于在氮气环境中的，说明有氧条件有利于该植物幼根吸收该离子，同时说明幼根对该离子的相对吸收量与氧气有关，为主动运输。

B项，在空气环境中，低温下幼根对该离子的相对吸收量较低，说明温度能够影响根对该离子的吸收。

C项，幼根对该离子的吸收方式为主动运输，需要消耗ATP，在氮气环境中，植物可通过无氧呼吸产生ATP。

D项，温度为17℃时，与空气环境中相比，氮气环境中该植物幼根对该离子的相对吸收量较低，说明氮气环境不利于该植物幼根对该离子的吸收。

【答案】　A

3．（2016·海南高考）下列关于膜蛋白和物质跨膜运输的叙述，错误的是（　　）

A．膜蛋白在细胞膜上的分布是不对称的

B．膜蛋白不参与物质跨膜运输的被动运输过程

C．主动运输可以使被运输离子在细胞内外浓度不同

D．物质通过脂质双分子层的扩散速率与脂溶性有关

【解析】　膜蛋白镶嵌、贯穿或覆盖磷脂双分子层，在细胞膜内外分布是不对称的，A项正确；膜蛋白参与协助扩散过程，B项错误；主动运输逆浓度运输离子，使细胞内外离子浓度不同，C项正确；脂溶性物质容易通过细胞膜，非脂溶性物质不容易通过细胞膜，D项正确。

【答案】　B

4．图甲中曲线a、b表示物质跨（穿）膜运输的两种方式，图乙表示细胞对大分子物质“胞吞”和“胞吐”的过程。

下列相关叙述中，错误的是（　　）

甲　　　　　　　　　乙

A．甲图中a表示自由扩散，b表示协助扩散或主动运输

B．甲图中b曲线达到最大转运速率后的限制因素可能是载体的数量

C．乙图中的胞吐和胞吞过程说明细胞膜的结构具有选择透过性

D．乙图中的胞吐和胞吞过程都需要消耗ATP

【答案】　C