2011年高考生物一轮复习同步课件必修1第四章 第1节 物质跨膜运输的实例

【考纲展示】 1.物质出入细胞的方式 () 2.细胞膜系统的结构和功能 () 3.通过模拟实验探究膜的透性(实验) 4.观察植物细胞的质壁分离和复原(实验) 【热点考向】 1.物质跨膜运输方式的判断及实验探究 2.生物膜的结构、功能特点及实验验证 3.举例说出物质跨膜运输的三种方式 4.细胞吸水和失水的原理及实验设计与分析 一、细胞的吸水和失水 1.动物细胞的吸水和失水 (1)外界溶液浓度细胞质溶液浓度细胞 (2)外界溶液浓度细胞质溶液浓度细胞 (3)外界溶液浓度细胞质溶液浓度水分进出平衡 失水皱缩 吸水膨胀 2.植物细胞的吸水和失水 (1)原生质层： 和 以及两层膜之间的细胞质。 (2)吸水和失水 外界溶液浓度细胞液浓度 质壁分离 外界溶液浓度细胞液浓度 外界溶液浓度细胞液浓度 细胞维持 原来形态 细胞膜液泡膜 质壁分离复原 (3)成熟植物细胞发生质壁分离的条件 细胞液浓度 外界溶液浓度。 的伸缩性比 的伸缩性大。 小于 原生质层细胞壁 二、物质跨膜运输的其他实例 1.无机盐的跨膜运输 (1)同种植物对不同离子吸收存在 。 (2)不同植物对 吸收存在差异。 (3)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以 从血液中 吸收碘。 (4)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。 差异 同种离子 逆浓度梯度 2.物质跨膜运输的特点 (1) 可以自由通过，一些需要的 、 也 可以通过，其他的 、小分子和 则不能通过。 (2)对物质的吸收具有选择性，原因在于细胞膜和其他生 物膜都是 。 水分子离子小分子 离子大分子 选择透过性膜 1.渗透系统的必备条件 一个典型的渗透系统须具备如下两个条件： (1)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)半透膜两侧为溶液体系且溶液具有浓度差。 渗透装置图示： 2.渗透作用的发生 (1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2S1的水分子数 多于S1S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小 于S2，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，若存在如图所示的液面差h，则S1 溶液浓度仍大于S2。液柱的升高所形成的静水压，就是 漏斗中溶液的渗透压，溶液越浓，渗透压越高。 3.渗透系统的应用 (1)比较不同溶液浓度大小 漏斗内烧烧杯内 溶液浓浓度MN 现现象及结论结论若漏斗内液面上升，则则MN 若漏斗内液面不变变，则则MN 若漏斗内液面下降，则则MN (2)验证渗透作用发生的条件 具有半透膜： 烧杯内盛清水， 漏斗内盛蔗糖 溶液 A组 B组 漏斗口密封半透膜漏斗液面上升 漏斗口密封纱布漏斗液面不上升 具有浓度差： 漏斗口密封 半透膜 A组 B组 漏斗内盛蔗糖溶液， 烧杯内盛清水 漏斗和烧杯内盛相 同浓度的蔗糖溶液 漏斗液面上升 漏斗液面不上升 (1)渗透系统可用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的 大小。 (2)发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达平衡状态， 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。 (3)溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶 液和10%蔗糖溶液的质量浓度相等，但10%蔗糖溶液的物 质的量浓度小，故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。 例1 (2008江苏高考)某同学进行实验，甲图为实验开 始状态，乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的 基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。 增添的实验材料：蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水 浴锅等。 (1)设计出继续实验的简要步骤： ； 。 (2)预测实验结果并作出结论 。 课堂笔记 (1)蔗糖的水解产物是还原糖，与斐林试剂 在加热条件下生成砖红色沉淀。 (2)若蔗糖的 水解产物能 通过半透膜 加入斐林试剂，a管和b管都会生 成砖红色沉淀 水解产物由ba扩散，导致b管 水 位下降，a管水位上升，即a、b两 管水位差减小 (3)若蔗糖的水 解产物不能通 过半透膜 加入斐林试剂，a管不会出现砖红色 沉淀 b管浓度增大，导致b管液面上升， 即a、b两管水位差增大 答案： (1)向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴 加热(或隔水加热)U型管至适宜温度，观察a、b两管内液面 的变化 吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试 管中，并加入斐林试剂，水浴加热(5065)，观察A、 B试管内有无砖红色沉淀 (2)如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色 沉淀，则蔗糖的水解产物能通过半透膜；如果a、b两管液 面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色 沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜 一U形管中装有两种不同的溶液R和S ，并为一半透性膜(X)隔开。与S相比 ，R溶液浓度较低。图1中阴影的深 浅即代表浓度高低。当U形管内达到 平衡时，溶液表面与浓度的关系是( 答题时参看图2) ( ) A.右侧较高，两溶液浓度相等 B.右侧较高，且右侧浓度较高 C.左侧较高，且右侧浓度较低 D.两侧高度相等，浓度相等 解析：“与S相比，R溶液浓度较低”，则可导致水分子更多 地由R侧经半透膜渗透进入S侧，从而造成S侧液面升高，但 达到渗透平衡时，浓度原本较高的S侧，其浓度仍旧高于R侧( 因溶质分子不透过半透膜)，故B选项符合题意。 答案：B 1.植物细胞是一个渗透系统 渗透作用模型 植物细细胞与外界溶液形成渗透系统统 图图解 基本 组组成 或条件 半透膜 浓浓度差 半透膜原生质层质层 浓浓度差细细胞液与外界溶液之间间 2.植物细胞发生质壁分离的原因分析 (1)原因 内因： 外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度 原生质层 具半透性 细胞渗 透失水 细胞壁伸缩性小 原生质层伸缩性大 (2)表现 宏观上：植物由坚挺 萎蔫 微观上：质壁分离 液泡(大 小) 细胞液颜色(浅 深) 原生质层与细胞壁分离 例2 将一植物细胞放入KNO3溶液中，一段时间后发生了质 壁分离，下列说法不正确的是 ( ) A.此细胞是活细胞 B.原生质层具有选择透过性 C.发生质壁分离的细胞一段时间后可自动质壁分离复原 D.原生质层两侧溶液存在浓度差，KNO3溶液浓度低于细胞 液浓度 . 课堂笔记 选 据题干信息可知：一段时间后发生质壁 分离，说明在该时段内KNO3溶液浓度大于细胞液浓度，细 胞是活的，原生质层具有选择透过性，导致植物细胞发生 渗透失水，才出现质壁分离现象。后来由于植物细胞通过 主动运输吸收K、 ，使细胞液浓度增大，KNO3溶液 浓度下降，当细胞液浓度大于KNO3溶液浓度时，植物细胞 发生渗透吸水，出现质壁分离自动复原现象。 D 判断细胞是否发生质壁分离及复原的规律 (1)从细胞角度分析 具有中央大液泡的成熟植物细胞才可 发 生质壁分离现象。 死细胞、动物细胞及未成熟的植物细 胞不发生质壁分离现象。 (2)从溶液角度分析 在溶质可穿膜的溶液中细胞会发生先质 壁分离后自动复原现象。 在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。 在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现 象，但会因过度失水而死亡不再复原。 1.植物选择性吸收的实例 同一植物吸收不同离子 不同植物吸收同种离子 有差异植物细胞膜对无 机盐离子的吸收具有选择性 2.选择性吸收的原因分析 (1)内因遗传因素 不同生物DNA不同细胞膜上载体蛋白的种类和数 量不同 植物吸收的离子的种类和数量与溶液中离子 的种类和数量不成比例 植物对同一种盐的阴阳离子的吸收存在差异 (2)外因主要影响呼吸作用 土壤中O2含量 温度呼吸酶活性 细胞呼吸ATP的生成 主动运输 影响影响 (3)土壤中O2含量与无机盐吸收的关系 AB段表示在一定范围内，根吸收 离子的速率随氧分压的升高而加快。 BC段表示当氧分压增大到一定值时， 根吸收离子的速率不再随氧分压升高而 加快，这是由于根吸收离子还与根细胞 膜上载体的数量有关。 在O2浓度为零时，可由无氧呼吸提供能量，因此曲线 不能从原点开始。 例3 如图是番茄根细胞对K吸收速率和氧分压的关系 曲线，下列说法错误的是 ( ) A.氧分压为15时，曲线AB段将延伸为M2 B.氧分压为0和10时，根细胞呼吸所需的酶有所不同 C.AB段，ATP是限制根细胞对K吸收速率的主要因素 D.B点以后，通过中耕松土可进一步促进对K的吸收， 曲线将延伸为M1 课堂笔记 选 番茄根细胞吸收K的方式是主动运输，需 要消耗细胞代谢产生的能量。氧分压由0增至10，细胞呼 吸的方式由无氧呼吸变为两种呼吸方式兼有再变为有氧呼 吸，所需要的酶是不完全相同的。曲线在氧分压较低时随 着氧分压增大反而下降，是因为无氧呼吸速率减弱而有氧 呼吸不强。AB段对K的吸收速率总体上的趋势是上升， ATP是限制吸收速率的主要因素。B点以后，中耕松土虽然 提高了氧分压，但由于载体蛋白数量的限制，K的吸收速 率并不能继续提高，曲线将延伸为M2。 D 回 顾顾 考 情 从近几年新课标课标 地区生物试题试题 看，考查查点主要集中在以下 两个方面： 1.生物膜选择选择 透过过性的实验验证实验验证 分析及应应用。如2009年广 东东 卷第31题题，以实验实验 和识图识图 形式考查细查细 胞膜的通透性， 2008年江苏苏卷第33题题以实验题实验题 形式探究蔗糖的水解产产 物 能否通过过半透膜。 2.植物细细胞质质壁分离及其复原实验实验 。如2009年江苏苏卷第30 题题 以实验实验 分析题题形式考查质查质 壁分离。2009年山东东卷以简简答 题题 形式考查查了无机盐盐与无土栽培的内容。 瞻 望 考 向 在2011年的高考中，结结合农业农业 生产产中合理施肥 、无土栽培、盐盐碱地改良及无机盐盐离子的吸收 等内容进进行考查查将是高考命题题的热热点。 命题设计 将发芽率相同的甲、乙两种植物的种子，分别种 在含有不同浓度(质量分数)钠盐的全营养液中，并用珍珠砂 通气、吸水和固定种子。种子萌发一段时间后，测定幼苗平 均重量，结果如下图。 ( ) 请据图回答问题： (1)甲、乙两种植物相比，更适宜在盐碱地种植的是 。 (2)导致甲种植物的种子不能萌发的最低钠盐浓度为 %。 (3)在钠盐浓度为0.2%的全营养液中，甲、乙两种植物 根尖细胞吸收矿质元素的方式均为 。 (4)将钠盐浓度为0.1%的全营养液中的甲种植物幼苗， 移栽到钠盐浓度为0.8%的全营养液中，其根尖成熟区表皮 细胞逐渐表现出质壁分离现象，原因是 。 (5)取若干生长状况相同并能够进行光合作用的乙种植物 的幼苗，平均分成A、B两组。A组移栽到钠盐浓度为0.8%的 全营养液中，B组移栽到钠盐浓度为1.0%的全营养液中，在 相同条件下，给予适宜的光照。培养一段时间后，A组幼苗 长势将 B组。从物质转化角度分析，其原因是 。 【解题指导】由题意知，甲、乙两种植物的种子在不同 浓度的钠盐溶液中萌发及生长情况不同，说明甲、乙两种植 物细胞的细胞液浓度不同，其渗透吸水能力不同。(1)从曲线 中可知，乙种植物幼苗在较高浓度的钠盐溶液中仍能正常生 长，由此可知乙种植物的渗透吸水能力较甲种植物高，更适 宜在盐碱地种植；(2)在钠盐浓度为0.8%时，甲种植物幼苗平 均重量为零，说明甲种植物种子在该浓度的钠盐溶液中不能 萌发；(3)在钠盐浓度为0.2%的全营养液中，甲、乙两种植物 幼苗都能正常生长，其吸收矿质元素的方式为主动运输；(4) 出现质壁分离的外界条件是外界溶液浓度大于细胞液浓度， 细胞渗透失水；(5)从曲线中可知，在钠盐浓度为0.8%中生长 的乙种植物幼苗平均重量大于在钠盐浓度为1.0%中生长的幼 苗平均重量。从物质转化角度分析，植物体生长是同化作用 大于异化作用的结果。 【答案】 (1)乙种植物 (2)0.8 (3)主动运输 (4)细胞外溶液浓度高于细胞液的浓度，细胞通过 渗透作用失水 (5)好于 A组植物光合作用合成有机物的量与细 胞呼吸消耗有机物的量的差值大于B组的差值 观察植物细胞的质壁分离和复原 理论指导 1实验原理 一个处于外界溶液中的成熟植物细胞和外界溶液构成一 个渗透系统。因为成熟的植物细胞的原生质层相当于一 层半透膜，细胞液具有一定的浓度，与外界溶液能够产 生浓度差，所以成熟的植物细胞能与外界溶液发生渗透 作用。 2.实验操作流程 3.质壁分离实验的拓展应用及方法 (1)判断细胞的死活 待测细胞蔗糖溶液 发生质壁分离和复原 活细胞 不发生质壁分离 (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 胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的 蔗糖溶液的浓度之间。 (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 刚刚发生质 壁分离时所需时间的比较判断细胞液浓度(即时间 越短，细胞液浓度越小)。 (4)比较一系列溶液的浓度的大小 同一植物的相同成熟细胞未知浓度的溶液 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) 成熟相同植物细胞不同种类溶液 只发生质壁分离溶质不能通过半透膜的溶液 (如蔗糖) 质壁分离后又自动复原溶质能通过半透膜的溶 液 (如KNO3) 命题设计 (2009江苏高考)按下面步骤进行质壁分离实验。 步骤一：在洁净的载玻片中央加一滴清水，取一片藓类 小叶， 盖上盖玻片。 步骤二：从盖玻片一侧滴入0.3 g/mL的蔗糖溶液，在盖玻 片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，使盖玻片下面的藓 类小叶浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中。 步骤三：在显微镜下观察，结果如图所示。 (1)图中A、B处的颜色分别是 。 (2)如果上述实验步骤二中从 盖玻片的一侧滴入的是加有伊红(植 物细胞不吸收的红色染料)的0.3 g/ mL的蔗糖溶液，则在显微镜下观察 到A、B处颜色分别是 。 (3)如果将步骤二中浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中的藓类 小叶的装片，放在80条件下处理一段时间(装片中的藓类 小叶保持在0.3 g/mL的蔗糖溶液中)。在显微镜下清晰地观 察到细胞结构后，为更准确地判断A处颜色，对显微镜的操 作方法是 、 。如果A处呈绿色，可能的原 因是 。 【解题指导】 (1)该题主要涉及实验结果的考查，从 图中分析可知A处属于细胞膜外，主要溶液为蔗糖溶液，因 此无色，而B处含叶绿体，因此绿色。(2)由题意可知对于植 物细胞来说不吸收伊红，结合细胞壁的全透性，可知A为红 色而B为绿色。(3)在高温80条件下处理，细胞许多结构与 功能将丧失，而对于显微镜使用的考查涉及调节光源。 【答案】 (1)无色、绿色 (2)红色、绿色 (3)改变光圈大 小 调节反光镜(电光源亮度) 高温下细胞膜、叶绿体膜失 去选择透过性，叶绿素等色素进入A处 1.下列关于物质跨膜运输实例的叙述中，不正确的是 (双选) ( ) A.细胞吸水和失水是水分子顺相对含量梯度跨膜运输的 过程 B.水分子跨膜运输的方向是由高浓度溶液向低浓度溶液 C.无机盐离子可以逆相对含量梯度进行跨膜运输 D.生物膜是选择透过性膜，小分子物质都能通过，而大分 子物质则不能通过 . 解析：生物膜是选择透过性膜，细胞需要的离子、小分 子物质都可通过，而细胞不需的物质则不能通过。 答案： BD 2.将菠菜叶表皮细胞和人的口腔上皮细胞制成装片，从盖玻 片的一侧滴入0.3 g/mL的蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引， 重复几次后，分别放在显微镜下观察，其结果是 ( ) A.前者发生质壁分离，后者也发生质壁分离 B.前者发生质壁分离，后者破裂 C.前者发生质壁分离，后者发生质壁分离复原 D.前者发生质壁分离，后者皱缩 解析：人口腔上皮细胞无细胞壁，不发生质壁分离，菠菜 叶表皮细胞可发生质壁分离。 答案：D 3.将人体口腔上皮细胞转移至不同 浓度 (，)的三种盐溶液 中，结果如右图所示。这三种溶 液的浓度是 ( ) A. B. C. D. 解析：由图可知，中细胞形态没有变化，中细胞收缩， 中细胞涨大。所以三者的浓度依次是。 答案：B 4.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离后，在显微镜下 观察到的正确图示是 ( ) 解析：紫色洋葱鳞片叶表皮细胞发生质壁分离后，随着失 去水分增多，紫色逐渐变深。但色素不会通过液泡膜。 答案： C 5.(2010南通模拟)小明用玻璃槽、 饱和蔗糖溶液和清水做成如图 所示的实验装置，进行生物膜 透性的模拟实验。甲、乙两槽 间的隔板中央圆圈为玻璃纸， 玻璃纸是一种半透膜，蔗糖分 子不能透过，而水分子能自由 通过。几小时后，发现 ( ) A.甲槽内水的体积减