2021高考生物一轮复习 第二单元 细胞的基本结构与物质运输 第6讲 细胞的物质输入和输出教案 新人教版必修1

第6讲细胞的物质输入和输出考纲考情知考向核心素养提考能最新考纲1.物质出入细胞的方式()2.实验：观察植物细胞的质壁分离和复原3.通过模拟实验探究膜的透性生命观念归纳物质运输方式的实例和判断方法，建立生命结构与功能相统一的观点科学思维影响渗透作用和物质跨膜运输的因素，培养逻辑思维能力近三年考情2019全国卷(3)、2019全国卷(29)2018全国卷(3)、2018全国卷(2)、2017全国卷(4)科学探究观察植物细胞的质壁分离与复原，探究物质跨膜运输方式社会责任渗透作用在生产生活中的应用考点一物质跨膜运输的实例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，是自由扩散的一种形式。(2)发生条件(3)现象分析漏斗内液面上升的原因：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。漏斗内液面停止上升的原因：随着液面的不断上升，漏斗内液体的压强越来越大，从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速度加快，水分子进出漏斗的速率越来越接近，直至完全相等，漏斗内液面不再升高，此时水分子的进出达到相对平衡。注意若渗透平衡后，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。2.动、植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水现象(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：3.物质跨膜运输的特点(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：提醒水稻吸收水分子的量多于吸收mg2、ca2的量。实验结果不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异。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。深挖教材长句溯源1.(必修1 p60)渗透与扩散有何区别？提示渗透作用必须有选择透过性膜(半透膜)，扩散则不一定需要；扩散适用于各种物质，渗透仅指溶剂分子；因此，渗透是一种特殊的扩散。2.(必修1 p61)请说出原生质层与原生质体的区别。提示原生质层由细胞膜、液泡膜以及两膜间的细胞质组成，原生质体是指去除植物细胞壁以后所剩下的植物细胞结构。3.(必修1 p63)成熟植物细胞发生质壁分离的原因是外界溶液的浓度大于细胞液浓度，且原生质层比细胞壁伸缩性大。4.(必修1 p61“与生活联系”)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相比，外界溶液浓度高，口腔上皮细胞失水导致的。5.(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。6.(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。_。经过相同一段时间后，观察_。(3)预期结果：如果出现_的现象，则你的假设是正确的。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：如果出现各装置的移液管中的液面高度大小关系为：甲丙乙的现象，则假设是正确的。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长颈漏斗中液面上升的高度(3)各装置的长颈漏斗中的液面高度大小关系为：甲丙乙1.半透膜和选择透过性膜的区别2.渗透作用原理的应用(1)验证渗透作用发生的条件具有半透膜半透膜两侧溶液具有浓度差(2)比较不同溶液浓度的大小漏斗内溶液浓度为m，烧杯内溶液浓度为n，以下为各种现象及对应的结论：(3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)烧杯内盛淀粉溶液漏斗内盛碘液结论变蓝不变蓝碘能通过半透膜，而淀粉不能不变蓝变蓝淀粉能通过半透膜，而碘不能变蓝变蓝淀粉和碘都能通过半透膜不变蓝不变蓝淀粉和碘都不能通过半透膜考向1结合细胞吸水和失水分析，考查科学思维能力1.(2017全国卷，4)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()a.04 h内物质a没有通过细胞膜进入细胞内b.01 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等c.23 h内物质a溶液的渗透压小于细胞液的渗透压d.01 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压慧眼识图获取信息答案c2.(2020云南玉溪二调)某实验小组用如图所示实验装置探究鱼鳔膜的通透性。实验开始时漏斗内外液面等高，实验中观察到漏斗内液面上升到一定高度后不再上升。相关叙述正确的是()a.水分子只能由鱼鳔膜外进入膜内b.蔗糖分子可以由鱼鳔膜内扩散到膜外c.液面静止时，鱼鳔膜内外溶液浓度相等d.实验结果表明鱼鳔膜是一种半透膜解析水分子可以由鱼鳔膜外进入膜内，也可以由膜内进入膜外，a错误；蔗糖分子不能通过鱼鳔膜扩散到膜外，b错误；当长颈漏斗内液面最高时，鱼鳔膜两侧水分子进出速率相等，但是此时鱼鳔膜两侧的溶液浓度并不相等，漏斗内是稀释了的蔗糖溶液，烧杯内是清水，所以液面静止时鱼鳔膜内溶液浓度膜外清水的浓度，c错误；鱼鳔膜能让水分子通过，不允许蔗糖分子通过，具有选择透过性，实验结果表明鱼鳔膜是一种半透膜，d正确。答案d考向2与矿质元素离子吸收有关的实验探究3.(2019全国卷，29)氮元素是植物生长的必需元素，合理施用氮肥可提高农作物的产量。回答下列问题：(1)植物细胞内，在核糖体上合成的含氮有机物是_，在细胞核中合成的含氮有机物是_，叶绿体中含氮的光合色素是_。(2)农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮(nh)和硝态氮(no)。已知作物甲对同一种营养液(以硝酸铵为唯一氮源)中nh和no的吸收具有偏好性(nh和no同时存在时，对一种离子的吸收量大于另一种)。请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路、预期结果和结论。解析(1)植物细胞内的含氮有机物有蛋白质、磷脂、atp、核酸等，其中在核糖体上合成的为蛋白质，在细胞核中合成的是dna和rna，植物叶绿体中的光合色素有叶绿素和类胡萝卜素，其中含氮的光合色素是叶绿素。(2)本实验的目的是验证作物甲对硝酸铵中的nh和no的吸收具有偏好性，因变量是作物甲对二者的吸收量，因此可将生理状态相同的若干作物甲培养在适宜浓度的以硝酸铵为唯一氮源的营养液中，在适宜条件下培养一段时间，并测定实验后营养液中的nh和no的浓度，最后进行比较，如果实验后营养液中的nh的浓度低于no，可说明作物甲对硝酸铵中的nh的吸收具有偏好性；反之，则说明作物甲对硝酸铵中的no的吸收具有偏好性。答案(1)蛋白质核酸叶绿素(2)实验思路：配制营养液(以硝酸铵为唯一氮源)，用该营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中nh和no剩余量。预期结果和结论：若营养液中no剩余量小于nh剩余量，则说明作物甲偏好吸收no；若营养液中nh剩余量小于no剩余量，则说明作物甲偏好吸收nh。考点二物质跨膜运输的方式及影响因素1.物质进出细胞的方式2.根据模式图判断物质跨膜运输方式(1)属于主动运输的是a、e，原因是逆浓度梯度运输，需要载体蛋白协助和消耗能量。(2)属于自由扩散的是b。(3)属于协助扩散的是c、d。3.影响物质出入细胞的因素的曲线分析(1)物质浓度(在一定的范围内)(2)氧气浓度深挖教材长句溯源1.(必修1p71)主动运输的意义：主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。2.(必修1p72)免疫细胞行使免疫功能时，会涉及胞吞和胞吐这两种物质跨膜运输方式，这两种方式的共同点有哪些？提示能运输生物大分子等；运输过程中形成囊泡；需要消耗能量。3.举例说明同一种物质进出，同一细胞的方式相同吗？提示不一定相同，人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，肾小管细胞重吸收葡萄糖的方式是主动运输。神经元吸收钾离子的方式是主动运输，而静息时钾离子外流的方式是协助扩散。4.(必修1 p73“与社会联系”)囊性纤维病是细胞中某种蛋白质结构异常，影响了na和cl的跨膜运输，这一事例说明这种结构蛋白属于细胞膜上的载体蛋白，也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上载体蛋白的种类和数量来实现的。5.(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。考向1结合物质出入细胞方式的判断，考查科学思维能力1.(2018全国卷，2)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解析巨噬细胞依赖细胞膜的流动性以胞吞的方式摄入病原体，a错误；固醇类激素属于脂质，以自由扩散的方式进入靶细胞，b错误；神经细胞受到刺激时，na顺浓度梯度内流，属于被动运输，c正确；甘油以自由扩散的方式进入细胞，d错误。答案c2.(2019福建厦门检测)下列说法中错误的是()a.果脯在腌制中慢慢变甜，是细胞主动吸收糖分的结果b.水分子进出细胞的方式是被动运输c.葡萄糖进入人的红细胞需要载体蛋白的帮助，但不消耗能量，属于协助扩散d.大肠杆菌吸收k属于主动运输，既消耗能量，又需要膜上的载体蛋白协助解析果脯在腌制中，细胞死亡，细胞膜失去选择透过性，糖分能直接进入人的细胞中，a错误；水分子、气体、甘油和乙醇等物质可通过被动运输的方式进出细胞，b正确；血浆中葡萄糖浓度高于红细胞内葡萄糖浓度，葡萄糖进入人的红细胞的方式是需要载体蛋白协助的协助扩散，c正确；大肠杆菌吸收k时消耗能量，又需要膜上的载体蛋白协助，为主动运输，d正确。答案a3.(2019海南卷，8)植物细胞中水和矿质元素离子会表现出某些特点。下列叙述错误的是()a.根细胞中的k不能以自由扩散的方式进入土壤溶液中b.矿质元素离子在细胞内积累可引起外界溶液中的水进入细胞c.根细胞吸收的矿质元素能够以离子的形式贮存在液泡中d.叶肉细胞中参与光合作用光反应阶段的水分子属于结合水解析根细胞中的k不能以自由扩散的方式进入土壤溶液中，因为钾离子跨膜运输需要载体，自由扩散不需要载体，a正确；矿质元素离子在细胞内积累会引起细胞液浓度增大，进而发生吸水，故会引起外界溶液中的水进入细胞，b正确；细胞内无机盐大多以离子形式存在，根细胞吸收的矿质元素能够以离子的形式贮存在液泡中，c正确；叶肉细胞中参与光合作用光反应阶段的水分子属于自由水，可以分解成氧气和h，d错误。答案d“三看法”快速判定物质出入细胞的方式考向2结合影响物质跨膜运输的因素，考查科学思维能力4.(2016全国卷，2)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解析离子泵通过消耗atp进行离子的跨膜运输，属于主动运输，a错误；主动运输一般为逆浓度梯度进行，b错误；蛋白质变性剂会降低具有活性的载体数量，使离子泵跨膜运输离子的速率降低，d错误。答案c5.(2020四川攀枝花期末)如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同o2浓度及不同底物浓度情况下(其他条件适宜)，从含硝酸钾的全营养液中吸收no的速率曲线图。下列相关描述不正确的是()a.a点时影响离子吸收速率的主要因素是能量b.b点时离子吸收速率不再增大是因为载体的数量有限c.c点时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度d.d点时离子吸收速率不再增大是因为底物浓度太高，细胞发生质壁分离解析洋葱根尖吸收no的方式是主动运输，吸收速率受能量、载体和底物浓度的影响。a点时离子吸收速率未达到最大，限制因素是o2浓度，而o2浓度通过影响呼吸作用产生的能量影响吸收速率，故此时主要影响因素是能量，a正确；b点时离子吸收速率不再随o2浓度增大而增大，此时的限制因素是载体的数量，b正确；c点时离子吸收速率未达到最大，此时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度，c正确；d点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大，主要是因为载体数量有限，d错误。答案d考向3巧借跨膜运输相关的实验，考查科学探究能力6.(2019海南卷，27)在适宜条件下，测得的某植物根细胞对a、b两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示(a、b两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度a、b两种物质的吸收速率)。回答下列问题。(1)根据实验结果发现a是通过自由扩散方式跨膜运输的。自由扩散的含义是_。(2)实验结果表明：当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。可能的原因是_。(3)王同学据图认为b的跨膜运输方式是主动运输，李同学认为是协助扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。解析(1)物质通过简单的扩散方式进出细胞即自由扩散，该过程不需要载体和能量，受细胞内外浓度差的影响。(2)由图可知，b可能是协助扩散或主动运输，b需要载体协助，当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，载体数目饱和，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。(3)协助扩散与主动运输的区别在于前者不需要消耗能量，后者需要消耗能量。有氧呼吸产生的能量较多，无氧呼吸产生的能量较少，故实验设计的自变量是有无氧气，因变量是细胞对b的吸收速率。设计实验时要注意等量原则和单一变量原则。思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对b物质的吸收速率。结果及结论：若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组，则说明b物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同，则说明b物质的跨膜运输方式为协助扩散。答案(1)物质通过简单的扩散方式进出细胞(2)载体数量饱和(3)思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对b物质的吸收速率。结果及结论：若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组，则说明b物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同，则说明b物质的跨膜运输方式为协助扩散。7.(2019成都市一诊)科学家研究发现，细胞膜的跨膜蛋白中，有一种与水的跨膜运输有关的水通道蛋白。回答下列问题：(1)细胞膜上跨膜蛋白的合成类似于分泌蛋白，核糖体上合成的肽链，需要在_中加工和修饰后，再运输到细胞膜上。(2)从细胞膜的结构分析，由于_，水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍。现在研究确认，细胞膜上的水通道蛋白能帮助水分子从低渗溶液向高渗溶液方向跨膜运输，这种水分子跨膜运输的方式是_。(3)哺乳动物红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破，有人推测这可能与水通道蛋白有关。请设计实验，验证这个推测是正确的。(要求：写出实验思路、预期实验结果)解析(1)细胞膜上跨膜蛋白的合成类似于分泌蛋白，首先在核糖体上合成肽链，肽链还需要在内质网和高尔基体中加工修饰后，再运输到细胞膜上。(2)磷脂双分子层构成细胞膜的基本骨架，由于磷脂双分子层内部具有疏水性，水分子以自由扩散方式通过细胞膜时会受到一定的阻碍。水分子借助细胞膜上的水通道蛋白从低渗溶液向高渗溶液方向跨膜运输，运输方式是协助扩散。(3)实验目的是验证哺乳动物红细胞的吸水涨破与水通道蛋白有关，所以自变量是有无水通道蛋白，因变量是细胞吸水涨破所需的时间。对照实验的设计应遵循单一变量原则和对照原则。应将实验分为甲、乙两组，乙组作为对照组，其红细胞膜上的水通道蛋白不被破坏；甲组作为实验组，其红细胞膜上的水通道蛋白被破坏；甲、乙两组无关变量均应相同且适宜；将两组细胞同时置于蒸馏水中，测定两组细胞吸水涨破所需的时间。根据本实验的目的可知，本实验的预期结果：乙组吸水涨破所需时间短，说明推测正确。答案(1)内质网和高尔基体(2)磷脂双分子层内部具有疏水性(合理即可)协助扩散(3)实验思路：将甲组红细胞膜上蛋白质(或“水通道蛋白”)破坏，乙组红细胞不做处理，然后将两组细胞同时置于蒸馏水中，测定两组细胞吸水涨破所需的时间。预期实验结果：乙组吸水涨破所需时间短，说明推测正确。(合理即可)探究物质跨膜运输的实验设计(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考点三实验：观察植物细胞的质壁分离和复原1.实验原理2.实验步骤1.本实验存在的两组对照实验本实验存在的两组实验均为自身对照，自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照。2.质壁分离及复原发生的条件(1)从细胞角度分析死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。(2)从溶液角度分析在一定浓度(溶质不能透过半透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。在一定浓度(溶质可透过半透膜)的溶液(如kno3、甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离，并能自动复原，因为k、no、尿素、乙二醇等可转运到细胞内，使细胞液浓度升高，细胞渗透吸水而发生自动复原。在高浓度溶液中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象。盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适合做质壁分离实验的溶液。3.实验拓展应用(1)判断成熟植物细胞的死活(2)测定细胞液浓度范围(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度大小(4)比较未知浓度溶液的浓度大小(5)鉴别不同种类的溶液(如kno3溶液和蔗糖溶液)1.(2014全国卷，4)下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是()a.与白色花瓣相比，采用红色花瓣有利于实验现象的观察b.用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察c.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可能不同d.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素，有利于实验现象的观察解析黑藻叶片的叶肉细胞中液泡呈无色，叶绿体的存在使原生质层呈绿色，有利于实验现象的观察，b错误。答案b2.(2020武汉市质检)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(如图所示)。下列有关叙述正确的是()a.为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤b.质壁分离过程中细胞的吸水能力逐渐减弱c.质壁分离和复原的过程中，水分子进出细胞的方式均为自由扩散d.吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头解析质壁分离实验中有三次显微镜观察，第一次观察为紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞未发生质壁分离的观察，第二次观察为蔗糖溶液中质壁分离现象的观察，第三次观察为质壁分离复原现象的观察，三次观察形成前后自身对照，a错误；质壁分离过程中细胞的吸水能力逐渐增强，b错误；质壁分离和复原的过程中，水分子进出细胞的方式均为自由扩散，c正确；吸水纸的主要作用是“引流”，即吸引液体在盖玻片下移动，使植物细胞完全浸在液体中，d错误。答案c重温真题经典再现1.经典重组判断正误(1)淀粉酶从糊粉层细胞排到细胞外的方式是逆浓度梯度经协助扩散排出(2018海南卷，7b)()(2)物质通过脂质双分子层的扩散速率与其脂溶性有关(2016海南卷，1d)()(3)atp可为物质跨膜运输提供能量(2015海南卷，3b)()(4)植物细胞通过主动运输吸收不同矿质元素离子的速率都相同(2013全国卷，3a)()提示(1)淀粉酶的化学本质是蛋白质，从糊粉层排到细胞外的方式是胞吐。(2)(3)(4)不相同，与载体蛋白的种类和数量有关。2.(2019海南卷，7)下列关于实验中使用普通光学显微镜的说法，错误的是()a.用高倍镜观察菠菜细胞叶绿体形态时，临时装片需要保持有水状态b.需要高倍镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离c.在低倍镜下可以观察到洋葱根尖分生区细胞的形态及大小d.用显微镜观察洋葱根尖细胞核时，可用甲基绿进行染色解析用高倍镜观察菠菜细胞叶绿体形态时，临时装片需要保持有水状态，以保持细胞处于生活状态，a正确；低倍镜即可观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离，b错误；在低倍镜下可以观察到洋葱根尖分生区细胞呈正方形、排列紧密，c正确；dna主要分布在细胞核中，故用显微镜观察洋葱根尖细胞核时，可用甲基绿对dna