2021高考生物一轮复习 第2单元 细胞的基本结构与其物质的输入和输出 第3讲 细胞的物质输入与输出

-1-第3讲细胞的物质输入与输出细胞的吸水和失水1．渗透作用(1)概念：指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散过程。(2)明确渗透系统的组成及条件①具有半透膜。半透膜可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。②半透膜两侧的溶液具有浓度差。浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子数的差，即物质的量浓度之差，而不是质量分数浓度差。(3)常见渗透装置图分析①水分的流动判断：当溶液浓度S1S2时，水分就通过半透膜由S2流向S1；当溶液浓度S1S2时，水分就通过半透膜由S1流向S2。②在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。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。2．动物细胞的吸水和失水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1.理解细胞内物质运输与能量供应的关系(生命观念)2.分析不同物质跨膜运输实例，归纳跨膜运输的方式与特点；模型与建立：建立渗透作用的实验模型(科学思维)3.设计实验探究膜的透性；分析植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验(科学探究)4.根据渗透作用和物质运输的原理指导灌溉和施肥(社会责任)-2-(1)(2)原理和现象①外界溶液浓度细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀。②外界溶液浓度细胞质浓度⇒细胞失水皱缩。③外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出细胞处于动态平衡。3．植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构(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。(人教版必修1P61“与生活的联系”)为什么吃比较咸的食物口唇感觉比较干？提示：这是因为与细胞内液体相比，外界溶液浓度高，口腔上皮细胞失水导致的。1．渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度。(×)提示：该浓度是指物质的量浓度。2．植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。(×)提示：原生质层包括细胞膜、液泡膜及两膜之间的细胞质。3．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。(×)提示：动物细胞的细胞膜相当于半透膜，将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，能发生渗透作用。4．质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。(×)提示：质壁分离过程中水分子扩散是双向进行的。5．成熟的植物细胞发生质壁分离过程中，细胞的吸水能力逐渐减小。(×)提示：发生质壁分离过程中，细胞的吸水能力逐渐变大。-3-1．如图甲是一个典型的渗透装置，作为成熟植物细胞也应符合渗透系统的全部条件。请指出图乙中与图甲a、b、c对应的分别是什么？甲乙提示：a对应①细胞液，b对应⑥原生质层，c对应外界溶液。2．对于植物细胞来说，单位时间内，水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外液体的浓度一定相等吗？提示：不一定。植物细胞有细胞壁的支持、保护作用，当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时，有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。3．酶的特性可通过实验进行验证。现有质量分数为10%的淀粉溶液、质量分数为10%的蔗糖溶液、质量分数为10%麦芽糖溶液、蔗糖酶溶液、清水、半透膜(只允许水分子通过)，长颈漏斗、烧杯、底部中央可放置半透膜的U形管各一个。请根据渗透作用的原理，选用一套装置设计实验，实验现象能支持酶的催化作用具有专一性，要体现等量原则等实验设计的基本原则。请写出最合理的实验思路及实验预期。提示：实验思路：在底部中央放置半透膜的U形管两侧分别加入等量的蔗糖溶液和麦芽糖溶液，再在两侧各加入等量的蔗糖酶溶液，适宜温度下放置一段时间后，观察两侧液面的变化。实验预期：蔗糖溶液一侧液面明显升高，则支持酶的催化作用具有专一性(或麦芽糖溶液一侧液面明显降低，则支持酶的催化作用具有专一性)。考查渗透作用的原理及条件1．(2019·大兴期末测试)某同学制作了如图1所示的渗透作用装置，S1和S2分别为漏斗内外不同浓度的蔗糖溶液。实验开始后，长颈漏斗内液面的变化如图2所示，渗透平衡时漏斗内外液面差为m。下列说法不正确的是()-4-图1图2A．长颈漏斗内部液面的升高说明膀胱膜是半透膜B．渗透平衡时，S1溶液的液面高于S2溶液的液面C．将S1和S2溶液换成不同浓度的KNO3溶液，渗透平衡时m值为0D．图2结果说明，小分子物质都能通过生物膜，而大分子物质则不能D[根据题意，膀胱膜两侧存在浓度差，故长颈漏斗内部液面的升高说明膀胱膜是半透膜，A正确；水分子通过渗透作用进入漏斗，渗透平衡时S1溶液的液面高于S2溶液的液面，B正确；将S1和S2溶液换成不同浓度的KNO3溶液，则渗透平衡时不会出现液面差，因为KNO3可以通过半透膜，C正确；蔗糖属于小分子，故图2结果不能说明大分子物质不能通过生物膜，D错误。]2．(2019·泰安模拟)如图A为两个渗透装置，溶液a、b为不同浓度的同种溶液，且a溶液浓度b溶液浓度，c为清水，图B为显微镜下观察到的某植物表皮细胞，下列叙述错误的是()A．图A中装置2的液面一段时间后会高于装置1的液面B．图B中的⑤④⑥相当于图A中的②C．若图B所示为某农作物的根毛细胞，此时应及时灌溉D．图B中的⑦与图A中的②通透性不同B[图A中的②为半透膜，相当于B图中的⑥⑧⑦，B项错误。]考查动植物细胞的吸水和失水3．(2019·青岛检测)将甲、乙两种植物的块茎切成形状、大小相同的细条，分别置于质量浓度为0.3g/mL蔗糖溶液中，绘制的失水量曲线如下。下列叙述错误的是()-5-A．与图相关细胞的原生质层会有一定程度的收缩B．由图推知甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度C．4min时细胞液的渗透压大于外界溶液的渗透压D．8min时水分子跨膜运输进出细胞达到平衡C[甲、乙两种植物的块茎切成形状、大小相同的细条，分别置于质量浓度为0.3g/mL蔗糖溶液中，细胞发生失水，因此细胞的原生质层会有一定程度的收缩，A正确；由图看出甲细胞失水较多，因此推知甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度，B项正确；4min时，细胞仍在失水，因此4min时细胞液的渗透压小于外界溶液的渗透压，C项错误；8min时失水量不再变化，水分子跨膜运输进出细胞达到平衡，D项正确。]4．(2019·广东六校联考)科研人员将人的红细胞分别置于蒸馏水及4种等渗溶液中，测定红细胞溶血(红细胞破裂)所需的时间，结果如图所示。据图分析正确的是()A．不同物质的运输速率取决于膜上载体蛋白的数量B．与乙醇溶液相比，处在丙酮溶液中的红细胞吸水更快C．红细胞对各种物质的吸收体现了细胞膜具有一定的流动性D．处于氯化铵溶液中的红细胞溶血时间最长可能与红细胞无法吸收Cl－和NH＋4有关B[甘油、乙醇、丙酮的运输与膜上载体蛋白的数量无关，A错误；乙醇和丙酮溶液中红细胞吸水的速度大小关系为丙酮＞乙醇，B正确；红细胞对各种物质的吸收体现了细胞膜的选择透过性，C错误；处于氯化铵溶液中的红细胞溶血时间最长说明红细胞吸收Cl－和NH＋4的速率较慢，D错误。]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；反之则失水。观察植物细胞的质壁分离和复原(实验)-6-1．实验原理(1)成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。(2)细胞液具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。(3)原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。2．实验步骤操作一：观察新制取的洋葱表皮操作二：将洋葱表皮置于较大浓度的溶液中观察操作三：将操作二中的洋葱表皮置于清水中观察3．实验结论1．关于质壁分离和复原实验的四个注意点(1)将发生质壁分离的植物细胞置于低浓度的溶液或蒸馏水中，植物细胞会发生质壁分离的复原，但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇等能被细胞吸收的物质，发生质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。(2)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。(3)质壁分离与复原过程中水分子的移动是双向的，但结果是单向的。-7-(4)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。2．质壁分离实验的拓展应用(1)判断成熟植物细胞是否有生物活性待测成熟植物细胞＋一定浓度的蔗糖溶液⇓镜检发生质壁分离→活细胞不发生质壁分离→死细胞(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――→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不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液――→镜检发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大。(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――→镜检记录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)。(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)成熟植物细胞＋不同种类溶液⇓镜检只发生质壁分离→蔗糖溶液质壁分离后自动复原→KNO3溶液1．(2019·烟台一中检测)在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察和两次处理。下列有关叙述正确的是()A．第一次观察为低倍镜观察，后两次为高倍镜观察B．第一次处理滴加的液体为清水，第二次滴加的液体为0.3g/mL的蔗糖溶液C．若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表皮，则不会发生质壁分离D．紫色洋葱鳞片叶外表皮中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液D[“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，一般需要进行三次显微观察，第一次是正常细胞的观察，第二次是质壁分离细胞的观察，第三次是质壁分离复原细胞的观察。三-8-次观察均为低倍镜观察，A错误；第一次处理滴加的液体为0.3g/mL的蔗糖溶液，观察质壁分离现象，第二次滴加的液体为清水，观察质壁分离复原现象，B错误；紫色洋葱鳞片叶的内表皮也会发生质壁分离，但不含色素，现象不明显，C错误；原生质层是指细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质，紫色洋葱鳞片叶外表皮中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液，D正确。]2．如图是某同学进行“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”活动时拍摄的显微镜下的细胞图像。下列叙述正确的是()A．①所指暗线是细胞壁，它两侧的蔗糖溶液浓度会有较大的差异B．②所指亮区是细胞质基质，观察不到细胞器是因为它们都是半透明的C．③所指暗区是细胞液，它属于细胞质，复原时也有水分子出液泡D．④所指亮区是细胞膜，该实验证明了它的选择透性与细胞壁不同C[分析图片：①为细胞壁，②为细胞壁与细胞膜之间的间隙，③为紫色大液泡(含细胞液)，④为细胞膜与液泡膜之间的细胞质。①所指暗线是细胞壁，由于它是全透性的结构，所以它两侧的蔗糖溶液浓度没有明显差异，A项错误；②所指亮区是细胞壁与细胞膜之间的间隙，B项错误；③所指暗区是细胞液，它属于细胞质，复原时也有水分子出液泡，C项正确；④所指亮区是细胞膜与液泡膜之间的细胞质，D项错误。]3．(2019·昆明质量检测)下列关于质壁分离自动复原过程的分析，正确的是()A．水分子的扩散一定是单向的B．细胞的吸水能力一定逐渐减弱C．溶质分子进入细胞的方式一定是主动运输D．质壁分离自动复原后，原生质层两侧的溶液浓度一定相等B[细胞发生质壁分离自动复原时，水分子的扩散是双向的，只是扩散进细胞的水分子数目多于扩散出细胞的水分子数，A错误。在质壁分离自动复原过程中，细胞液的浓度逐渐减小，细胞吸水能力逐渐减弱，B正确。溶质分子进入细胞的方式可能是主动运输也可能是被动运输，C错误。因为细胞壁的伸缩性较小，当细胞吸水到一定程度时，由于细胞壁的阻挡作用