2021高考生物一轮复习第二单元细胞的结构和物质的输入和输出第7讲物质跨膜运输的实例方式学案新人教版

-1-第7讲物质跨膜运输的实例、方式最新考纲高频考点核心素养1.物质出入细胞的方式(Ⅱ)2．实验：观察植物细胞的质壁分离和复原1.物质跨膜运输的方式2．影响跨膜运输的因素1.科学思维——归纳与演绎：分析不同物质跨膜运输实例，归纳物质跨膜运输的类型和特点2．生命观念——物质与能量观：理解细胞内的物质运输与能量供应的关系3．科学探究——实验设计与实验结果分析：分析植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验考点1物质跨膜运输的实例1．渗透作用2．动物细胞的吸水和失水(1)动物细胞发生渗透作用的条件细胞膜：相当于半透膜细胞质：有一定浓度，和细胞外液发生渗透作用(2)现象①当外界溶液的浓度细胞质的浓度，细胞吸水膨胀。②当外界溶液的浓度细胞质的浓度，细胞失水皱缩。③当外界溶液的浓度＝细胞质的浓度，细胞形态正常。3．植物细胞的吸水和失水-2-原理和现象：①外界溶液浓度细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。②外界溶液浓度细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。特别提醒能发生质壁分离的细胞是成熟的含有中央大液泡的植物细胞，并且液泡中有颜色便于观察；动物细胞无细胞壁，不可能发生质壁分离。由于细胞壁是全透性的，质壁分离时，细胞壁与细胞膜之间充满的是外界溶液。蔗糖溶液浓度不能过高如，否则会因为失水过多而死亡。如果用可穿膜的物质尿素、脂肪酸、甘油、乙二醇、KNO3等溶液实验时，会出现质壁分离并自动复原因为细胞失水质壁分离的同时，会通过自由扩散或主动运输吸收该类物质；当细胞液浓度大于外界溶液时，细胞开始吸水，质壁分离复原。细胞液浓度越大，细胞吸水能力越强细胞随着质壁分离的进行，吸水能力不断增强。部分植物为抵抗外界高浓度的不良环境，细胞会通过增加细胞液浓度，从而增加吸水能力。当植物吸水时，由于外面有细胞壁，不会因吸水而涨破。拓展辨析原生质：a.泛指细胞内的全部生命物质，不包括细胞壁；b.包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分，其主要成分为核酸、蛋白质和脂类；c.动物细胞可以看作一团原生质。细胞质：指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部物质。原生质层：成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，可看作一层半透膜。-3-判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性。(√)2．植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。(×)3．发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，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。(√)4．将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，不能发生渗透作用。(×)5．质壁分离过程中，细胞液浓度增大，细胞吸水能力减弱。(×)6．质壁分离过程中，细胞膜与细胞壁之间、细胞膜与液泡膜之间的液体均为外界溶液。(×)(必修1P60图4－1改编)将人的红细胞放入4℃蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，主要原因是(C)A．红细胞膜具有水溶性B．红细胞的液泡体积增大C．蒸馏水大量进入红细胞D．低温时红细胞膜流动性增大解析：将人的红细胞放入4℃蒸馏水中，红细胞会因大量蒸馏水进入而破裂；红细胞膜是脂溶性的；人的红细胞没有液泡；因低温时分子运动减慢而导致细胞膜的流动性降低。常见渗透装置图分析-4-(1)图1中，若S1溶液的浓度大于S2溶液的浓度，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液的浓度小于S2溶液的浓度，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。(2)在达到渗透平衡后，若存在如图2所示的液面差Δh，则S1溶液的浓度仍大于S2溶液的浓度。因为液面高的一侧形成的压强，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。●考向突破1渗透作用的原理及应用1．(2020·广西南宁三中高三开学考试)某同学设计的实验如图所示，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)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：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-5-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。2．取生理状态相同的某种植物新鲜叶片若干，去除主脉后剪成大小相同的小块，随机分成三等份，之后分别放入三种浓度的蔗糖溶液(甲、乙、丙)中，一定时间后测得甲的浓度变小，乙的浓度不变，丙的浓度变大。假设蔗糖分子不进出细胞，则关于这一实验结果，下列说法正确的是(D)A．实验前，丙的浓度＞乙的浓度＞甲的浓度B．乙的浓度不变是因为细胞内蔗糖浓度与乙的浓度相等C．实验中，细胞与蔗糖溶液间的水分移动属于协助扩散D．甲、丙的浓度变化是由水分在细胞与蔗糖溶液间移动引起的解析：甲的浓度变小说明细胞失水，甲的浓度大于细胞液的浓度，乙的浓度不变说明乙的浓度与细胞液浓度相等，丙的浓度变大说明细胞吸水，丙的浓度小于细胞液浓度，故实验前，浓度大小关系为甲乙丙，A错误；乙浓度不变是因为细胞液的浓度和乙的浓度相等，B错误；水分子的移动属于自由扩散，C错误；渗透作用是由于水分子的移动引起的，D正确。3．(2020·湖北咸宁二中模拟)半透膜对淀粉和葡萄糖的通透性不同(如图Ⅰ)，预测图Ⅱ(开始时漏斗内外液面相平)的实验结果最可能的是(D)A．图甲中水柱a将持续上升B．图甲中水柱a将保持不变C．图乙中水柱b将保持不变D．图乙中水柱b将先上升后下降解析：因淀粉不能透过半透膜，故图甲中的水柱a上升到最大高度后将静止；因葡萄糖可以透过半透膜，故图乙漏斗内液体先表现吸水，水柱b上升，因葡萄糖的外渗，最终扩散平衡时内外葡萄糖浓度相等，即内外液面相平。技巧点拨渗透方向及浓度大小的判断-6-(1)判断溶剂渗透的总方向①若半透膜两侧是同种溶液，根据质量浓度或物质的量浓度判定。②若半透膜两侧是不同的溶液，物质的量浓度才能体现溶质或溶剂分子数的多少，如半透膜两侧为质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，则葡萄糖溶液一侧单位体积中葡萄糖分子数多(水分子数少)，水分子由蔗糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。(2)判断半透膜两侧溶液浓度大小若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，液面差越大，浓度差就越大，且液面高的一侧溶液浓度高。●考向突破2细胞失水和吸水4．(2020·山西太原五中阶段性测试)下列有关细胞吸水和失水的叙述，正确的是(A)A．水分子进出细胞取决于细胞内外溶液的浓度差B．当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，哺乳动物红细胞失水皱缩C．当外界溶液的浓度比细胞液的浓度低时，洋葱鳞片叶的表皮细胞吸水涨破D．用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度相同解析：水分子进出细胞取决于细胞内外溶液的浓度差，当外界溶液浓度高于细胞液(质)浓度，细胞失水，当外界溶液浓度低于细胞液(质)浓度，细胞吸水；当外界溶液的浓度低时，红细胞一般会因持续吸水而涨破；植物细胞有细胞壁，不会吸水涨破；紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位细胞的细胞液浓度不一定都相同，用相同浓度的外界溶液进行质壁分离实验时观察到的质壁分离程度可能不同。5．某实验小组在室温条件下，将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于一定浓度的某溶液中，测得细胞液浓度与该溶液浓度的比值(P值)随时间的变化曲线如图所示。下列相关叙述错误的是(B)A．该溶液可以是一定浓度的KCl溶液-7-B．细胞在t1时刻开始从外界溶液中吸收溶质C．t1～t2时间段内，液泡体积有所增大D．若降低温度，则t1～t2时间段会变长解析：据图分析，细胞液浓度与该溶液浓度的比值(P值)随时间的变化逐渐增大，最后趋于稳定，即细胞液浓度不断增加，且最后是细胞外液的3倍，说明在该溶液中细胞先不断失水，后溶质分子进入液泡，导致细胞液浓度高于该溶液，因此该溶液可以是一定浓度的KCl溶液，A正确；细胞在t1时刻之前就已经开始从外界溶液中吸收溶质，B错误；t1～t2时间段内，细胞液浓度大于该溶液，则细胞吸水导致液泡体积有所增大，C正确；若降低温度，该溶液中的溶质分子进入细胞的速度会降低，则t1～t2时间段会变长，D正确。6．如图为渗透平衡时的装置(糖类不能通过半透膜)，烧杯的液面高度为a，漏斗的液面高度为b，液面差m＝b－a。在此基础上继续实验，以渗透平衡时的液面差为观测指标，正确的是(D)A．若向漏斗中滴入清水，平衡时m将增大B．若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时m不变C．若向漏斗中加入蔗糖酶，则平衡时m不变D．达到新的平衡时，水分子进出半透膜的速率相等解析：若向漏斗中滴入清水，渗透压降低，吸水能力减弱，则平衡时m将减小；若向漏斗中加入蔗糖分子和蔗糖酶，渗透压增大，则平衡时m值将增大；达到新的平衡时，水分子进出半透膜的速率相等，液面不再升高。技巧点拨细胞吸水、失水的判断方法(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)来判定。若重量增加或长度变长，则吸水；反之则-8-失水。考点2物质跨膜运输的方式1．物质出入细胞的方式(1)填写物质跨膜运输的方式、特点：甲：自由扩散；高浓度→低浓度；不需要载体蛋白；不需要能量。乙：协助扩散；高浓度→低浓度；需要载体蛋白；不需要能量。丙：主动运输；低浓度→高浓度；需要载体蛋白；需要能量。丁：a为胞吞，b为胞吐；需要(填“需要”或“不需要”)能量，同时体现了细胞膜的流动性。(2)大分子物质进出细胞方式进入细胞：胞吞排出细胞：胞吐特点：需要能量，同时体现了细胞膜的流动性。特别提醒(1)归纳记忆同一物质的不同运输方式①葡萄糖进入红细胞：协助扩散进入小肠绒毛上皮细胞肾小管重吸收葡萄糖主动运输②Na＋：进入神经细胞：协助扩散，靠离子通道。运出神经细胞：主动运输，Na＋—K＋泵。③K＋：进入神经细胞：主动运输，Na＋—K＋泵。-9-运出神经细胞：协助扩散，靠离子通道。关于物质运输的易错点①小分子物质的运输方式不一定都是被动运输和主动运输，如神经递质的释放是胞吐外排作用。②生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。③消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。④小分子跨膜运输体现了膜的功能特点——选择透过性；胞吞和胞吐体现了膜的结构特点——流动性。⑤大分子胞吞、胞吐过程中穿过的生物膜层数为0层。2．影响物质跨膜运输因素的模型分析(1)浓度差对物质跨膜运输的影响浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受载体数量的限制。(2)载体数量对跨膜运输的影响载体蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，载体蛋白数量越多，运输速率越大。自由扩散不受载体蛋白数量的影响。(3)氧气含量对跨膜运输的影响通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。-10-①P点时，无氧呼吸为主动运输提供能量。②PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率也越大。③Q点以后：当氧气含量达到一定程度