1、第5講 細胞的物質輸入與輸出 總綱目錄總綱目錄 突破突破1 1 滲透系統及其應用滲透系統及其應用 突破突破2 2 物質跨膜運輸的方式物質跨膜運輸的方式 突破突破3 3 實驗實驗觀察植物細胞的質壁分離和復原觀察植物細胞的質壁分離和復原 ? 一、細胞的吸水和失水 1.原理:發生了滲透作用。 該作用必須具備兩個條件: (1)具有 半透膜 ; (2)膜兩側溶液具有 濃度差 。 2.動物細胞的吸水和失水(連一連) ? A c Ba Cb 3.植物細胞的吸水和失水 (1)結 ?細胞壁:全透性?細胞膜?具有選擇透過性,?原生質層?細胞質相當于一層半透膜?液泡膜? 構? (2)條件:成熟植物細胞中央具有 大液

2、泡 。 (3)驗證 A.當外界溶液的濃度大于細胞液濃度時,細胞就通過滲透作用失水,植 物細胞就發生 質壁分離 現象。 B.將已發生質壁分離的植物細胞放入清水中,此時細胞液的濃度高于外 界清水的濃度,植物細胞就吸水,發生 質壁分離復原 現象。 ?巧學妙記巧學妙記 記憶滲透作用的發生 滲透作用要發生,滿足條件來促成; 半透膜和濃度差,缺少其一都不行。 植物細胞需成熟,具備液泡才可能, 細胞膜、質、液泡膜,原生質層來組成。 放入外界環境中,滲透系統全形成, 水分運動啥方向,全由兩液濃度定。 二、物質跨膜運輸的其他實例 1.不同物質的跨膜運輸特點 (1)水分子: 順相對含量梯度 (高低)。 (2)離子

3、和小分子:依據細胞生命活動需要進行 選擇吸收 。 2.水稻和番茄吸收不同離子的特點 ?載體的? 種類和數量 有關。 (1)同種生物細胞對不同物質的吸收具有? 選擇性 ,與其含有離子 (2)不同種生物細胞對同種物質吸收具有? 差異性 。 三、小分子和離子跨膜的方式(b為ATP) ?1.填寫有關跨膜方式及結構名稱 甲:? 自由擴散 ; 乙:? 協助擴散 ; 丙:? 主動運輸 ; a:? 載體蛋白 。 2.寫出影響甲、乙、丙三種跨膜方式運輸速率的因素 (1)制約甲的是膜兩側的? 濃度差 ; (2)決定乙的因素之一是a的? 種類和數量 ; (3)決定丙的動力是? 能量(ATP) 。 3.實例分析(填寫

4、甲、乙、丙三種跨膜運輸方式) (1)水分子進入紅細胞是? 甲 ; (2)葡萄糖進入紅細胞是? 乙 ; (3)K進入紅細胞是? 丙 。 +四、大分子物質進出細胞的方式 1.胞吞 (1)過程:大分子或顆粒附著在細胞膜上,這部分? 細胞膜 內陷形成 小囊,包圍著大分子,然后小囊從細胞膜上分離下來,形成? 囊泡 ,進 入細胞內部。 (2)實例:白細胞吞噬大腸桿菌,變形蟲吞食有機顆粒。 2.胞吐 (1)過程:大分子先在細胞內形成? 囊泡 ,囊泡移動到細胞膜處,與細 胞膜? 融合 ,將大分子排出細胞。 (2)實例:胰島B細胞分泌胰島素。 1.有氧條件有利于植物幼根對離子的吸收。?( ) 2.植物幼根對離子

5、的吸收與溫度的變化無關。?( ? ) 3.同一細胞用不同濃度蔗糖溶液處理,原生質層長度和細胞長度比值越 小,則紫色越淺。?( ? ) 4.植物根系吸收各種礦質元素離子的速率相同。?( ? ) 5.胡楊細胞通過滲透作用吸水和失水。?( ) 6.海帶細胞通過主動運輸積累I-等溶質,因而不會在海水中發生質壁分 離。?( ) 7.植物細胞的原生質層由細胞膜和液泡膜組成,相當于半透膜。?( ? ? ) 8.低倍鏡下就可以看到植物細胞質壁分離與復原。?( ) ? ) 9.當外界溶液濃度大于細胞液濃度時,植物細胞就會發生質壁分離。 ( 10.生物膜對K 、Na、Cl的通透具有選擇性。 ?( )+-11.通過

6、載體蛋白的物質轉運屬于主動轉運。 ?( ? ) 12.若Na+在細胞內濃度為18.0 mmolL-1,在細胞外濃度為145.0 mmolL-1, 則Na+與有關載體蛋白結合排出細胞屬于主動運輸。?( ) 13.影響自由擴散和協助擴散的因素相同。?( ? ) 14.大分子物質通過胞吞、胞吐進出細胞時不耗能。?( ? ? ) 突破突破1 1 滲透系統及其應用滲透系統及其應用 1.滲透系統的組成條件 如圖所示,作為一個滲透系統,必須同時具備以下兩個條件: (1)具有半透膜?種類:可以是生物性的選擇透過性膜,?也可以是物理性的過濾膜?特性:允許水分子及小分子通過,不允?許蔗糖等大分子通過 (2)半透膜

7、兩側為溶液體系(S1、S2),且兩側溶液具濃度差。 2.滲透作用模型和植物細胞的圖例比較 3.滲透作用的發生特點 (1)水分子總是由溶液濃度低的部位向濃度高的部位滲透。 (2)半透膜兩側溶液的濃度差是滲透作用發生的動力,既決定著滲透的 方向,又決定著滲透的速度,即濃度差越大,滲透速度越快。 ?易混辨析易混辨析 常見滲透裝置圖分析 (1)若S1溶液濃度大于S2,則單位時間內由S2S1的水分子數多于S1S2, 外觀上表現為S1液面上升;若S1溶液濃度小于S2,則情況相反,外觀上表現 為S1液面下降。 (2)在達到滲透平衡后,若存在如圖所示的液面差h,則S1溶液濃度仍大 于S2。因為液面高的一側形成

8、的壓強,會阻止溶劑由低濃度一側向高濃 度一側擴散。 滲透作用原理的拓展應用 1.比較不同溶液濃度大小 溶液濃度 現象及結論 漏斗內 M 若漏斗內液面上升,則MN 若漏斗內液面不變,則M=N 若漏斗內液面下降,則MN 燒杯內 N 2.驗證滲透作用發生的條件 ? 3.探究物質能否通過半透膜(以碘和淀粉為例) 燒杯內盛 淀粉溶液 變藍 不變藍 變藍 不變藍 漏斗內 盛碘液 不變藍 變藍 變藍 不變藍 碘能通過半透膜,而淀粉不能 淀粉能通過半透膜,而碘不能 淀粉和碘都能通過半透膜 淀粉和碘都不能通過半透膜 結論 ?易混辨析 (1)發生滲透平衡只意味著水分子通過半透膜向兩側移動 達平衡狀態,既不可看作沒

9、有水分子移動也不可看作兩側溶液濃度相 等。 (2)溶液濃度指物質的量濃度而非質量濃度,如10%葡萄糖溶液和10%蔗 糖溶液的質量濃度相等,但10%蔗糖溶液的物質的量濃度小,故通過半 透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移動的水分子數多于由葡萄糖溶液向蔗 糖溶液移動的水分子數。 ? 考向考向1 以基礎判斷的形式以基礎判斷的形式,考查滲透作用的原理及條件考查滲透作用的原理及條件 1.半透膜對淀粉和葡萄糖的通透性不同(如圖1),圖2設計的是證明圖1物 質擴散成立的實驗裝置。下列有關敘述正確的是?( D ) A.圖2甲中水柱a將持續上升 B.圖2甲中水柱a將保持不變 C.圖2乙中水柱b將保持不變 D.圖2乙中水

10、柱b將先上升后下降 答案答案 D 由于淀粉不能透過半透膜,故水柱a表現為先上升,后保持不 變;葡萄糖能透過半透膜,故水柱b表現出先上升,后下降。 2.某種植物細胞的正常形態和在濃度為m的淡鹽水中的形態如圖所 示。以下能夠正確反映細胞由正常形態轉變為淡鹽水中形態的過程中 水分子進出細胞的圖示是(說明:圖中箭頭表示水分子的運動方向,箭頭 的多少表示進出細胞水分子的數目)?( B ) ? 答案答案 B 將正常形態細胞轉至淡鹽水中,由于淡鹽水濃度高于植物細 胞液濃度,因此植物細胞通過滲透作用失水,此過程中出細胞的水分子 數多于進細胞的水分子數。故B選項正確。 考向考向2 以實驗分析的形式以實驗分析的形

11、式,考查滲透作用的原理及應用考查滲透作用的原理及應用 3.(2017課標全國)將某種植物的成熟細胞放入一定濃度的物質A溶液 中,發現其原生質體(即植物細胞中細胞壁以內的部分)的體積變化趨勢 如圖所示。下列敘述正確的是?( ) ? A.04 h內物質A沒有通過細胞膜進入細胞內 B.01 h內細胞體積與原生質體體積的變化量相等 C.23 h內物質A溶液的滲透壓小于細胞液的滲透壓 D.01 h內液泡中液體的滲透壓大于細胞質基質的滲透壓 答案答案 C 本題考查細胞失水和吸水的相關知識。由題中原生質體的 體積變化趨勢曲線可知,該細胞放入物質A溶液后先出現失水現象,隨后 吸水,說明此過程中物質A可以被細胞

12、吸收而進入細胞內,A錯誤;由于細 胞壁的伸縮性和原生質體的伸縮性不同,所以前期失水過程中細胞的體 積和原生質體的體積的變化量不同,B錯誤;23 h內該細胞正在吸水,物 質A溶液的滲透壓小于細胞液的滲透壓,C正確;01 h內該細胞正在失 水,液泡中液體的滲透壓小于細胞質基質的滲透壓,D錯誤。 4.(2017北師大附中月考)將某植物細胞分為兩組,分別浸于濃度為0.3 g/ mL的()蔗糖溶液與()尿素溶液中,然后每隔5 min用顯微鏡觀察一 次,并測量原生質體(僅由細胞膜包住細胞質的細胞部分,不含細胞壁)的 表面積,其結果如圖所示。則下列敘述錯誤的是?( ) ? A.實驗開始后20 min,()和

13、()兩組的細胞均發生了質壁分離 B.實驗開始后30 min,()的細胞中必含蔗糖 C.實驗開始后30 min,()的細胞中必含尿素 D.此圖顯示在細胞生活正常時尿素可通過細胞膜,而蔗糖卻不能通過細 胞膜 答案答案 B 結合題意分析曲線可知,當外界溶液濃度大于細胞液濃度 時,植物細胞通過滲透作用失水,導致質壁分離,所以實驗開始后20 min, ()和()兩組的細胞均發生了質壁分離,原生質體的表面積變小,A正 確。實驗開始后30 min,()的原生質體的表面積不變,說明水分進出細 胞達到平衡狀態,外界溶液中的蔗糖沒有進入細胞,B錯誤。實驗開始后 30 min,()的原生質體的表面積變大,是由于細胞

14、吸收尿素改變了細胞 液的濃度,C正確。綜上分析,可知在細胞生活正常時尿素可通過細胞膜, 而蔗糖不能通過細胞膜,D正確。 突破突破2 2 物質跨膜運輸的方式物質跨膜運輸的方式 1.物質出入細胞的方式 ?2知能拓展知能拓展 (1)能進行自由擴散的物質有三類:水;氣體分子,如O 、CO2;脂溶性物質,如甘油、乙醇等。 (2)進行協助擴散的例子在高中階段主要記住葡萄糖進入哺乳動物紅細 胞。 (3)進行主動運輸的物質可以歸納為兩類:細胞需要的有機小分子物 質如葡萄糖、氨基酸等;細胞需要的某些離子。 (4)由于主動運輸要消耗呼吸作用釋放的能量,因此凡是影響呼吸作用 的因素都會影響以主動運輸方式吸收物質的速

15、率。 (5)在一定范圍內,隨O2增多,有氧呼吸加強,以主動運輸方式吸收離子的 速率加快,但當O2增多到一定程度時,以主動運輸方式吸收離子的速率 就不再增加。 2.影響物質運輸的因素及曲線圖 (1)物質濃度(在一定范圍內) ? (2)氧氣濃度 (3)溫度 ? 1.物質進出細胞方式的判斷方法 (1)根據分子大小與是否需要載體、能量 ? (2)根據運輸方向:逆濃度梯度的跨膜運輸方式是主動運輸。 (3)興奮產生與傳導過程中Na+、K+的運輸方式判斷 由于細胞外Na濃度高,細胞內K濃度高,因此靜息時K外流和興奮時 Na+內流的運輸方式都是被動運輸。 細胞維持膜外Na+濃度高,膜內K+濃度高,需要不斷吸K

16、+排Na+,此過程 中運輸方式為主動運輸。 +2.探究物質跨膜運輸的方式 (1)探究是主動運輸還是被動運輸 ?(2)探究是自由擴散還是協助擴散 ? 考向考向1 以基礎判斷的形式或依托相關生理過程以基礎判斷的形式或依托相關生理過程,考查物質進出細胞的考查物質進出細胞的 方式及其特點方式及其特點 1.(2018北京西城期末)細菌紫膜質是一種膜蛋白,ATP合成酶能將H勢 能轉化為ATP中的化學能。科學家分別將細菌紫膜質和ATP合成酶重 組到脂質體(一種由磷脂雙分子層組成的人工膜)上,在光照條件下,觀察 到如圖所示的結果。下列敘述錯誤的是?( ) +? A.甲圖中H 跨膜運輸的方式是主動運輸 B.AT

17、P合成酶不能將光能直接轉化為ATP中的化學能 C.ATP合成酶既具有催化作用也具有運輸作用 D.破壞跨膜H+濃度梯度對ATP的合成無影響 +答案答案 D 由甲圖可知,膜外H濃度低于膜內,屬于逆濃度梯度運輸, 因此為主動運輸,A正確;由乙圖可知,在脂質體上只有ATP合成酶和光 照的情況下,沒有ATP形成,故ATP合成酶不能將光能直接轉化為ATP中 的化學能,B正確;由丙圖可知,ATP合成酶可作載體,拖動H+跨膜,從而催 化ATP合成,兼具有催化和運輸功能,C正確;破壞跨膜H+濃度梯度會影 響ATP合成酶對H+勢能的轉化,ATP合成會受到影響,D錯誤。 +2.(2018北京五十五中期中階段性調研)

18、如圖為一種溶質分子跨膜運輸 的示意圖。下列相關敘述,不正確的是?( ) A.載體能夠逆濃度運輸溶質分子 B.載體具有ATP水解酶的活性 C.載體和轉運溶質分子方式不同 D.載體轉運溶質分子不消耗ATP 答案答案 B 分析題圖可知,載體運輸鈉離子是從低濃度向高濃度 運輸的,屬于主動運輸,載體運輸物質是從高濃度向低濃度運輸的,是 協助擴散。載體運輸鈉離子是從低濃度向高濃度運輸的,即逆濃度運 輸溶質分子,A正確;載體是順濃度梯度運輸溶質分子的,不消耗能量, 因此載體不具有ATP水解酶活性,B錯誤;由分析可知,載體轉運溶 質分子的方式是主動運輸,載體轉運溶質分子的方式是協助擴散,C正 確;協助擴散需要

19、載體蛋白協助,但不需要消耗能量,D正確。 考向考向2 結合生物膜的結構結合生物膜的結構,考查物質出入細胞的方式考查物質出入細胞的方式 3.(2018北京東城期末)如圖為氨基酸和Na+進出腎小管上皮細胞的示意 圖。下列敘述不正確的是?( C ) A.管腔中Na進入上皮細胞是被動運輸 B.上皮細胞中Na+進入組織液是主動運輸 C.上皮細胞中氨基酸進入組織液是主動運輸 D.氨基酸進入上皮細胞依賴于Na濃度梯度 +答案答案 C 由題圖可知,鈉離子由管腔進入上皮細胞是從高濃度到低濃 度,且需要載體,故屬于被動運輸中的協助擴散,A正確;鈉離子由上皮細 胞進入組織液是從低濃度到高濃度,且需要載體,需要ATP

20、, 故屬于主動 運輸,B正確;氨基酸由上皮細胞進入組織液是從高濃度到低濃度,且需 要載體,故屬于被動運輸中的協助擴散,C錯誤;氨基酸由腎小管管腔進 入上皮細胞的同時鈉離子也進入上皮細胞,D正確。 4.如圖表示某生物膜結構,圖中A、B、C、D、E、F表示某些物 質,a、b、c、d表示物質跨膜運輸方式。下列敘述不正確的是?( C ) ?A.若是癌細胞的細胞膜,則物質B比正常細胞少 B.若是線粒體膜,則b運輸的氣體是O2 C.若是漿細胞的細胞膜,則抗體以d方式分泌 D.a運輸方式能體現細胞膜的選擇透過性 答案答案 C 物質B為糖蛋白,癌細胞膜上的糖蛋白比正常細胞少,A正 確。b方式物質運輸方向是由高

21、濃度一側到低濃度一側,沒有載體蛋白 協助,應為自由擴散;若是線粒體膜,則O2以自由擴散形式進入線粒體,參 與有氧呼吸第三階段,B正確。漿細胞分泌的抗體排出細胞膜的方式為 胞吐,而d方式為逆濃度梯度、需要載體蛋白協助的主動運輸,C錯誤。a 方式也為主動運輸,細胞依據需要可主動選擇吸收營養物質,體現了細 胞膜的選擇透過性,D正確。 考向考向3 以曲線模型為依托以曲線模型為依托,考查影響物質出入細胞的因素考查影響物質出入細胞的因素 ?5.如圖是胡蘿卜在不同的含氧情況下從硝酸鉀溶液中吸收K+和N? O3的 曲線。影響A、B兩點和B、C兩點吸收量不同的因素分別是?( B ) ? A.載體數量、能量 B.

22、能量、載體數量 C.載體數量、離子濃度 D.能量、離子濃度 ?O答案答案 B 由題圖可知,A、B兩點均表示運輸N?3,因而載體數量應相 同,但A點吸收量大于B點吸收量,A點氧氣含量大于B點氧氣含量,說明A ?O3點吸收更多的N?需要消耗更多的能量;B、C兩點氧氣含量相同,說明 通過有氧呼吸獲得的能量相同,但B點吸收量大于C點吸收量,說明運載 ?K+和N?的載體數量不同,B正確。 O3突破突破3 3 實驗實驗觀察植物細胞的質壁分離和復原觀察植物細胞的質壁分離和復原 ? 1.原理:成熟的植物細胞與外界溶液構成滲透系統可發生滲透作用。 ? 2.流程 ? 3.質壁分離的原因分析 ?外因:外界溶液濃度

23、? 細胞液濃度?(1)原因?原生質層相當于一層半透膜?細胞滲 ?內因?細胞壁的伸縮性小于原生質層?透失水 ?宏觀:堅挺 ? 萎蔫?液泡:大 ? 小?(2)表現?微觀?細胞液顏色:淺 ? 深?原生質層:與細胞壁分離? ? 1.質壁分離實驗的拓展應用 (1)判斷成熟植物細胞是否有生物活性: 待測成熟 植物細胞+一定濃度的 蔗糖溶液?發生質壁分離 ? 有生物活性?不發生質壁分離 ? 無生物活性 (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 未發生質壁分離和剛發生質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

24、蔗糖溶液?發生質壁分離所需時間 越短,細胞液濃度越小,反之則細胞液濃度越大 (4)鑒別不同種類的溶液(如KNO3和蔗糖溶液): 相同成熟 植物細胞+不同種 類溶液?只發生質壁分離? 蔗糖溶液 ?質壁分離后自動復原 ? KNO3溶液2.細胞是否發生質壁分離及復原的判斷 (1)從細胞角度分析 死細胞、動物細胞及未成熟的植物細胞(如根尖分生區細胞)不發生 質壁分離及復原現象。 具有中央大液泡的成熟植物細胞可發生質壁分離及復原現象。 (2)從溶液角度分析 在一定濃度(溶質不能透膜)的溶液中只會發生質壁分離現象,不能自 動復原。 在一定濃度(溶質可透膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可發生質壁分 離后自

25、動復原現象。 在高濃度溶液中可發生質壁分離現象,但不會發生質壁分離復原現 象。 ?事項事項 考向考向1 以基礎判斷或實驗分析的形式以基礎判斷或實驗分析的形式,考查實驗的原理、操作及注意考查實驗的原理、操作及注意 ? 考向考向1 以基礎判斷或實驗分析的形式以基礎判斷或實驗分析的形式,考查實驗的原理、操作及注意事項考查實驗的原理、操作及注意事項 1.在“觀察植物細胞的質壁分離和復原”實驗中,對紫色洋蔥鱗片葉外 表皮臨時裝片進行了三次觀察(如圖所示)。下列有關敘述正確的是? ( B ) ? A.第一次觀察時容易看到紫色大液泡和較大的無色細胞質基質區域 B.第二次觀察時可以發現細胞質壁分離首先發生在細

26、胞的角隅處 C.吸水紙的主要作用是吸除滴管滴加的多余液體,以免污染鏡頭 D.為了節約實驗時間,通常可以省略第一次顯微觀察步驟 答案答案 B “觀察植物細胞的質壁分離和復原”實驗中,第一次是對正 常細胞的液泡體積、顏色等進行觀察,以此作為滴加蔗糖溶液后,判斷 細胞是否發生質壁分離的標準,因此不能省略。第一次觀察時容易看到 較大的紫色液泡和較小的無色細胞質基質區域;吸水紙的主要作用是引 流,加速滴加的液體向對側擴散;第二次觀察的是植物細胞的質壁分離 過程,在顯微鏡下可以看到質壁分離最先出現在細胞的角隅處。 2.將新鮮紫色洋蔥綠色葉片的葉肉細胞,放入其中加有少量紅墨水的質 量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液中,在顯微鏡下觀察到其細胞狀態如下圖 所示。有關此時生理過程的敘述正確的是?( C ) ? A.細胞也可能再吸水,恢復原狀 B.水分子可以自由出入生物膜,單位時間內進出的水分子數目相同 C.此時為紅色