2020版高考生物复习细胞的结构和物质的输入输出第7讲物质跨膜运输的实例和方式学案.docx

第7讲物质跨膜运输的实例和方式考纲明细1.物质出入细胞的方式()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与复原考点1物质跨膜运输的实例1渗透系统(1)渗透作用：水(或其他溶剂)分子通过半透膜的扩散，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，是一种自由扩散。(2)渗透作用产生的条件特别提醒(1)达到平衡时还是存在水分子透过半透膜，这时的水由烧杯扩散到漏斗一侧与由漏斗扩散到烧杯一侧的数目是相等的。(2)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还存在浓度差。(3)溶液浓度指物质的量浓度。2动、植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水a外界溶液浓度细胞质浓度细胞吸水膨胀。b外界溶液浓度细胞质浓度细胞失水皱缩。c外界溶液浓度细胞质浓度水分进出平衡。(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)条件：成熟植物细胞具有中央大液泡。原理现象a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，植物细胞就发生质壁分离现象。b将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度高于外界清水，植物细胞就吸水，发生质壁分离复原现象。特别提醒(1)能发生质壁分离的细胞是成熟的含有中央液泡的植物细胞，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。(2)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。(3)蔗糖溶液浓度不能过高(如0.5 g/mL)，否则会因为失水过多而死亡。(4)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)。(5)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。(6)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(1)植物对无机盐离子的吸收科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2、Mg2和SiO的培养液中培养，结果及分析如下：实验结果a不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异。b同种植物对不同无机盐离子的吸收也有差异。实验结论：植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收是逆(填“逆”或“顺”)浓度梯度进行的。(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异性。4生物膜的功能特性(1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，水分子、一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。(2)生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征。1(必修1 P61与生活的联系)当你吃比较咸的食物时，你的口腔和唇的黏膜会比较干，因为吃过咸的食物，口腔和唇的黏膜细胞会失水过多。2(必修1 P64与社会的联系)浓度低的饮料可以用来补充体内水分，浓度高的饮料不能很好地起到补充体内水分的作用，因为过高浓度的饮料反而会导致细胞失水。(必修1 P76技能应用改编)温度的高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。材料及用具：有如图所示相同的渗透装置三个，酒精灯(或水浴锅)、冰块及用具若干。(1)你的假设是_。(2)实验方法步骤：取上述三个相同的渗透装置编号分别为甲、乙、丙。_。过相同一段时间后，观察_。(3)预期结果：如果出现_的现象，则你的假设是正确的。答案(1)一定温度范围内，随温度的升高水分子扩散速率加快(2)甲装置烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温，乙装置的烧杯外加适量的冰块降温，丙装置不作处理作为对照移液管中液面上升的高度(3)移液管中的液面高度甲丙乙解析(1)该实验是一个探究性实验，实验的目的是探究温度的高低会不会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率，因此我们可以假设一定温度范围内，随温度的升高水分子扩散速率加快。(2)实验设计要遵循对照原则和单一变量原则，因此三个装置的处理方式为：对甲装置进行加热，乙装置的烧杯外加适量的冰块，丙装置不作处理作为对照。过相同一段时间后，观察移液管中液面上升的高度，进而判断温度的高低与水分通过半透膜的扩散速率的关系。(3)预期结果：如果出现移液管中的液面高度甲丙乙的现象，则假设是正确的。不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化注：S1、S2表示两种不同浓度的同一物质的溶液。(1)溶质不能通过半透膜的情况若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则单位时间内由S2S1的水分子数多于由S1S2的，外观上表现为S1溶液液面上升；若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反，外观上表现为S1溶液液面下降。在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差h，则S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度。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。(2)溶质能通过半透膜的情况若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则最初单位时间内由S2S1的水分子数多于由S1S2的，随着溶质的扩散，最终S1和S2溶液浓度相等，外观上表现为S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平；若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反。题组渗透作用的原理及应用1(2018河南豫北精英赛一联)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答案A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。技法提升渗透装置中溶液中水分子渗透方向与溶液浓度的判断变式训练11(2019四川眉山中学月考) 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mba。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()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答案D解析若向漏斗中滴入清水，漏斗中的渗透压降低，吸水能力减弱，则平衡时m将减小，A错误；若向漏斗中加入蔗糖分子或蔗糖酶，漏斗中的渗透压增大，则平衡时m值将增大，B、C错误；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，D正确。12某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中()A液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定B水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢C当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散D当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高答案D解析液面上升的过程中，漏斗两侧浓度差减小，则液面上升速率起始最快，之后减慢最终变为0，A错误；随着水分子进入漏斗内量的增多，蔗糖溶液浓度下降，同时由于漏斗液面升高与烧杯中液体形成的压力差增加，水分子扩散进入漏斗内的速率下降，而反方向水分子扩散速率升高，B错误；由于半透膜不让蔗糖分子通过，所以半透膜两侧液体浓度不可能相等，C错误；当水分子在半透膜两侧进出速率相等时，漏斗内液面达到最高并停止上升，D正确。题组细胞失水和吸水2. (2017全国卷)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是()A04 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内B01 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等C23 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D01 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压答案C解析04 h内，开始一段时间内，原生质体的相对体积逐渐减小，说明细胞液浓度小于物质A溶液的浓度，当原生质体相对体积达到最小后又逐渐增大，说明部分物质A通过细胞膜进入细胞内，使细胞液浓度增大，从而使细胞吸水，表现为原生质体相对体积逐渐增大，A错误；因细胞壁的伸缩性较小，而原生质体的伸缩性较大，故01 h内细胞体积的变化量小于原生质体体积的变化量，B错误；据图可知，23 h内，原生质体的相对体积增大，表明细胞吸水，此时物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C正确；01 h内，原生质体的相对体积减小，表明细胞失水，此时液泡中液体(细胞液)的渗透压小于细胞质基质的渗透压，细胞质基质的渗透压又小于物质A溶液的渗透压，D错误。3(2015海南高考)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()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答案D解析根据题干信息可推断一定时间后“甲的浓度变小”是因为叶片失水，“乙的浓度不变”说明乙的浓度与叶片细胞的细胞液浓度相等，“丙的浓度变大”是因为细胞吸水，由此推断，实验前，丙的浓度乙的浓度甲丙C实验后甲、乙、丙三个细胞的细胞液浓度关系是乙甲丙D细胞形态不再发生变化时三个细胞的细胞液浓度相等答案B解析细胞形态不再发生变化并不代表细胞已经死亡，可能正处于水分子进出细胞的动态平衡状态，A错误；细胞内外浓度差越大，质壁分离现象越明显，而实验所用蔗糖溶液浓度相同，故实验前丙细胞的细胞液浓度最小，乙细胞的细胞液浓度最大，B正确；达到动态平衡时，三个细胞的细胞液浓度与外界溶液浓度分别相等，三个细胞的细胞液浓度不相等，质壁分离越明显的细胞失水越多，外界溶液浓度越小，故实验后丙细胞的细胞液浓度最小，C、D错误。4与质壁分离及复原实验的实验材料及外界溶液有关的正确叙述是()实验材料必须是成熟的植物活组织细胞细胞液最好有颜色，便于观察和判断细胞质壁分离和复原的程度细胞液必须有颜色，否则不能发生质壁分离和复原现象外界溶液的浓度应适中，不能过低或过高外界溶液必须对细胞无毒害外界溶液的浓度无特殊要求，任何浓度均可以A BC D答案A解析质壁分离的前提条件是实验材料必须是成熟的植物活细胞，正确；所选细胞的细胞液最好有颜色，这样便于观察和判断细胞质壁分离和复原的程度，正确；细胞液有无颜色不能决定质壁分离和复原是否发生，错误；外界溶液的浓度要适中，不能过高或过低，否则使细胞失水过多或现象不明显，正确，错误；外界溶液必须对细胞无毒害，因为该实验需要细胞保持活性，正确。考点2物质跨膜运输的方式1物质出入细胞的方式特别提醒(1)归纳记忆同一物质的不同运输方式Na：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，NaK泵。K：进入神经细胞：主动运输，NaK泵。运出神经细胞：协助扩散，靠离子通道。(2)关于物质运输的易错点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。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。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。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。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。P点时，无氧呼吸为主动运输提供能量。PQ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。Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他的因素限制，运输速率不再增加。(4)温度1(必修1 P73与社会的联系)囊性纤维病是由于有的细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na和Cl的跨膜运输。1996年，研究人员发现，肺部细胞外侧Na的聚积会使肺易受细菌伤害。2(必修1 P74科学前沿)通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，它包含两大类：水通道蛋白和离子通道蛋白。1(必修1 P76知识迁移改编)小肠绒毛上皮细胞能够吸收葡萄糖，却很难吸收相对分子质量比葡萄糖小的木糖。这个事实说明细胞膜对物质进入细胞具有选择透过性，这与细胞生活的关系是细胞尽可能地只吸收自身需要的物质，细胞不需要或对细胞有害的物质常被阻挡在细胞外。2(必修1 P76思维拓展改编)在顺浓度梯度的情况下，葡萄糖、氨基酸等营养物质可以进入细胞且不消耗能量；当细胞外葡萄糖或氨基酸的浓度低于细胞内时，这些营养物质也可以进入细胞但需要消耗能量。对该现象的分析不正确的是()A前者为被动运输，后者为主动运输B该现象说明同一种物质可通过不同的方式进入细胞C该现象依赖于细胞膜控制物质进出细胞的功能D该现象说明细胞不需要的物质不能进入细胞答案D解析由于前者表示进入细胞不消耗能量，所以为被动运输，后者表示进入细胞需要消耗能量，所以为主动运输，A正确；葡萄糖、氨基酸既可以通过被动运输进入细胞，又可以通过主动运输进入细胞，该现象说明同一种物质可通过不同的方式进入细胞，B正确；葡萄糖、氨基酸等分子进出细胞运输方式与浓度差有关，说明该现象依赖于细胞膜控制物质进出细胞的功能，C正确；葡萄糖、氨基酸在顺浓度梯度和逆浓度梯度的情况下都能进入细胞，因而不能说明细胞不需要的物质不能进入细胞，D错误。题组物质出入细胞方式的判断1(2018全国卷)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是()A巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散B固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输C神经细胞受到刺激时产生的Na内流属于被动运输D护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输答案C解析巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞，不属于协助扩散，A错误；固醇类激素的化学本质是脂质，脂溶性物质以自由扩散的方式进入靶细胞，属于被动运输，B错误；神经细胞内的Na浓度比细胞膜外低，受刺激时，产生的Na内流是顺浓度梯度进行的，属于被动运输，C正确；甘油是脂溶性小分子物质，以自由扩散的方式进入细胞，属于被动运输，D错误。2(2016全国卷)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答案C解析由题意知，离子泵参与的跨膜运输方式属于主动运输，需要载体蛋白协助，需要消耗能量，是逆浓度梯度进行的，A、B错误；动物一氧化碳中毒会影响血液中氧气的运输，影响有氧呼吸产生ATP，从而降低离子泵跨膜运输离子的速率，C正确；蛋白质变性剂可使离子泵变性失活，会降低离子泵跨膜运输离子的速率，D错误。3(2017江苏高考改编)下图为植物中蔗糖在不同细胞间运输、转化过程的示意图。下列相关叙述正确的是()A蔗糖的水解有利于蔗糖顺浓度梯度运输B单糖逆浓度梯度转运至薄壁细胞CATP生成抑制剂会直接抑制图中蔗糖的运输D蔗糖可通过单糖转运载体转运至薄壁细胞答案A解析由题中信息可知，蔗糖在筛管细胞中被蔗糖水解酶水解，从而使筛管细胞中的蔗糖浓度降低，有利于伴胞中的蔗糖从胞间连丝顺浓度梯度流入筛管中，A正确；由题中信息可知，蔗糖在筛管细胞中降解为单糖，所以筛管细胞中的单糖浓度大于薄壁细胞，所以单糖顺浓度梯度转运至薄壁细胞，B错误；蔗糖是顺浓度梯度通过胞间连丝进入筛管的，该过程不需要消耗能量，所以ATP生成抑制剂不会直接抑制图中蔗糖的运输，C错误；蔗糖水解产生的单糖通过单糖转运载体转运至薄壁细胞，载体具有专一性，蔗糖不能依靠单糖转运载体运输，D错误。题组影响物质跨膜运输的因素及实验探究4(2015全国卷)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17100氮气1710空气328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ATPD与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收答案A解析题中实验的自变量有两个：有无氧气和温度。在17 时，培养瓶中气体为空气的培养条件下离子相对吸收量比氮气大，可以得出结论：有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收，A正确；培养瓶中气体均为空气时，3 条件下离子相对吸收量远远小于17 条件下离子相对吸收量，可以得出结论：该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化有关，B错误；该植物幼根吸收该离子的过程是主动运输，需要载体和ATP水解释放的能量，C错误；从实验结果可知，与空气相比，氮气环境不利于该植物幼根对该离子的吸收，D错误。5下图是几种物质进出细胞方式中，运输速率与影响因素间的关系曲线图，下列与此图相关的叙述中，正确的是()A与氧气进出细胞相符的图有B与葡萄糖进入红细胞相符的图有C与K进入神经细胞相符的图有D与蛋白质类物质进出细胞相符的图有答案A解析图中分别表示自由扩散、被动运输、主动运输、自由扩散，为协助扩散或主动运输。氧气通过自由扩散方式进出细胞，与此相符的是，A正确；葡萄糖通过协助扩散方式进入红细胞，与此相符的是，B错误；K进入神经细胞是主动运输，与图中相符，C错误；蛋白质通过胞吞或胞吐进出细胞，是不需载体()，消耗能量()的过程，D错误。6有人认为小肠上皮细胞是以主动运输而不是协助扩散的方式吸收葡萄糖，请设计实验加以研究确定。(1)实验步骤：第一步：取甲、乙两组生理状况相同的小肠上皮细胞，放入适宜浓度的含有葡萄糖的培养液中。第二步：甲组细胞给予正常的呼吸条件，_。第三步：_。(2)预测实验结果并分析：若甲、乙两组细胞对葡萄糖的吸收速率基本相同，则_。_。答案(1)第二步：乙组细胞抑制细胞呼吸，其他条件都相同第三步：一段时间后测定两组细胞对葡萄糖的吸收速率(2)说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式不是主动运输若甲组细胞对葡萄糖的吸收速率高于乙组，则说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输解析(1)协助扩散和主动运输的差别在于是否需要消耗细胞呼吸所释放的能量，因此设置对照实验的自变量为有无正常呼吸条件，因变量为细胞对葡萄糖的吸收速率。第一步：取甲、乙两组生理状况相同的小肠上皮细胞，放入适宜浓度的含有葡萄糖的培养液中；第二步：甲组细胞给予正常的呼吸条件，乙组细胞抑制细胞呼吸，其他条件都相同；第三步：一段时间后测定两组细胞对葡萄糖的吸收速率。(2)若甲、乙两组细胞对葡萄糖的吸收速率基本相同，则说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式不需要能量，不是主动运输；若乙组细胞的吸收速率明显小于甲组细胞，或者完全不吸收，说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式需要能量，是主动运输。技法提升物质跨膜运输方式的实验探究(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高考热点突破1(2018全国卷)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是()A在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的N2和NOB农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收C土壤微生