高中生物4.1被动运输同步练习教师版新人教版必修1

4.1被动运输基础知识梳理1.渗透作用（1）实验装置：下图为渗透现象示意图，在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，玻璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等，这时，玻璃纸两侧的蔗糖溶液和水存在浓度差。（2）实验现象及分析①过一段时间后，会出现如上图所示现象，既：漏斗管内的液面升高，这是由于烧杯中的水分子进入漏斗中导致的。事实上半透膜两侧的水分子都能够通过扩散作用自由进出,但由于蔗糖溶液中水的相对含量(水的相对含量是指：单位体积中的水分子数)比烧杯中的水的相对含量低,因此烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些,导致漏斗中水量增加,液面上升。如果漏斗管足够长,当管内的液面上升到一定高度之后,液面将不再上升，这是因为：管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度最终达到平衡。液面高度差与半透膜两侧溶液浓度差呈正比。②如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，漏斗管中的液面将保持不变（不会升高）。如果用一层纱布代替玻璃纸，因为纱布不是半透膜,孔隙很大,可溶于水的物质都可能自由通过,包括水分子和蔗糖分子都能通过，因而液面不会升高。（3）渗透作用：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。2.细胞的吸水和失水：①以哺乳动物成熟红细胞为例：a.哺乳动物的红细胞特点：红细胞中的血红蛋白是有机大分子物质,不能（能、不能）透过细胞膜,它相当于“渗透现象示意图”中的蔗糖分子。b.实验现象：清水中：外界溶液浓度＜细胞质浓度：细胞吸水；细胞吸水膨胀；高浓度盐水中：外界溶液浓度＞细胞液(质)浓度细胞失水皱缩；0.9%的NaCl溶液中：外界溶液浓度＝细胞液(质)浓度：水分进出平衡，细胞维持正常形态。c.结论：水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用。②植物细胞的质壁分离与复原：植物细胞的结构：植物细胞的细胞膜外面有一层细胞壁，对于水分子来说，细胞壁是全透性的，即水分子可以自由地通过细胞壁，细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小。成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。水进出成熟的植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。（1）材料：活的成熟的植物细胞，液泡有颜色便于观察，如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞。黑藻是高等植物细胞，含有大液泡和大而清晰的叶绿体，也能观察到质壁分离及复原现象。（2）条件：①原生质层(由细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质组成)具有选择透过性，相当于半透膜；②细胞液与外界溶液有浓度差。（3）内因：原生质层伸缩性大于细胞壁；原生质层有选择透过性，细胞壁为全透性。(4)实验现象(低倍镜观察，细胞须保持活性)①初始状态：原生质层紧贴细胞壁。②0.3g/mL蔗糖溶液处理：细胞失水，发生质壁分离现象，观察到原生质层与细胞壁逐渐分离形成球形小团，液泡体积逐渐变小、颜色变深。原生质层与细胞壁间的间隙中充满了蔗糖溶液。③清水处理：细胞吸水，发生质壁分离复原现象，观察到液泡体积逐渐变大、颜色变浅。（5）实验拓展①若使用90%的蔗糖溶液(溶质不可跨膜)：细胞会发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象，原因是外界溶液浓度过高，导致细胞失水过多而死亡。②若使用KNO3、葡萄糖、尿素等溶液(溶质可跨膜)：细胞发生质壁分离后又自动复原。3.被动运输(1)物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。(2)特点:①顺浓度梯度跨膜运输物质。②不消耗能量。因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影响物质运输的速率，但协助扩散需要转运蛋白，因而某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。（3）类型：方式自由扩散又叫简单扩散协助扩散又叫易化扩散概念物质通过简单的扩散作用进出细胞物质顺浓度梯度跨膜运输借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式实例水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯、性激素等葡萄糖进入红细胞水、某些离子或分子如上图中的①如上图中的②③协助扩散需要转运蛋白，其包括载体蛋白和通道蛋白。(4)转运蛋白:上图中的④表示载体蛋白，⑤表示通道蛋白。载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变；通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时，不需要（需要、不需要）与通道蛋白结合。水分子能以自由扩散进出细胞，但水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。核心点一水进出细胞的原理1.(2022·山东聊城高一检测)右图表示在U型管底部中央放置一半透膜(不允许溶质分子透过)。A液和B液原先体积相同，由于浓度不同，后来产生一个高度差ΔH。请问ΔH主要取决于()A．A液和B液的溶质分子大小B．A液和B液所在管的粗细C．A液和B液的溶剂是否相同D．A液和B液的浓度差大小解析：选D。半透膜两侧溶液的浓度差越大，水分子透过的数量越多，产生的液柱高度差越大。2．(2022·河南南阳高一期中)某学生在显微镜下观察到紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离或复原的过程，如图为该学生画的细胞图像。下列叙述正确的是()A．图中1、2、6组成了细胞的原生质层B．此状态下，5处的浓度可能大于、小于或等于7处的浓度C．图中结构1不具有伸缩性，结构2和4具有伸缩性D．水分子进出4的方式不是渗透作用解析：选B。原生质层包括细胞膜、液泡膜和细胞质，应该由2、4、5组成，A错误；由题图可知，此状态下的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞处于质壁分离或质壁分离复原状态，因此细胞可能处于吸水、失水或动态平衡等状态，无法确切判断5处与7处的浓度大小，B正确；结构1是细胞壁，具有一定的伸缩性，C错误；4是液泡膜，是选择透过性膜，水分子进出4的方式是渗透作用，D错误。核心点二探究植物细胞的吸水和失水1．在“探究植物细胞的吸水和失水”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(如下图所示)。下列有关叙述正确的是()A．第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域B．第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处C．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D．为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤解析：选B。第一次观察时由于未滴加蔗糖溶液，细胞还没有发生质壁分离，故较易观察到的是紫色的大液泡，由于此时液泡占整个细胞体积的比例较大，因此观察到的无色的细胞质基质区域应较小，A错误。第二次观察时已经通过引流法使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中，可以发现首先从细胞的角隅处开始发生质壁分离，B正确。吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水，使溶液浸润整个标本，C错误。第一次显微观察是为了获得实验前的现象，以便于和实验中的现象变化进行前后对照，因此不能省略，D错误。2．(2022·山东临沂高一期中)下图是植物细胞某种生理实验过程的图解，下列说法不正确的是()A．农作物施肥后出现“烧苗”现象与图中甲过程相似B．2、3、4构成了该细胞的原生质层C．细胞在图中乙变化过程中吸水能力逐渐降低D．外界的蔗糖分子可进入1和3解析：选D。据题图可知，图中甲表示质壁分离过程，图中乙表示质壁分离的复原过程；1表示蔗糖溶液，2表示细胞膜，3表示细胞质，4表示液泡膜，5表示细胞液。农作物施肥后发现有“烧苗”现象，原因是植物根细胞在高浓度溶液中失水过多，与图中甲过程相似，A正确；原生质层包括细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质，即图中2、3、4，B正确；该细胞的失水和吸水主要取决于液泡中的细胞液与外界溶液浓度差，图中乙过程细胞一直在吸水，内外浓度差减小，吸水能力逐渐降低，C正确；由于细胞壁具有全透性，蔗糖分子可进入1，但是不能进入3，D错误。核心点三被动运输1．甲、乙两种物质分别依赖自由扩散和协助扩散方式进入细胞，如果以人工合成的不含蛋白质的磷脂双分子膜替代细胞膜，并维持其他条件不变，则()A．甲物质的运输被促进 B．乙物质的运输被促进C．甲物质的运输被抑制 D．乙物质的运输被抑制解析：选D。以人工合成的不含蛋白质的磷脂双分子膜替代细胞膜，人工膜不含蛋白质，而协助扩散需要转运蛋白，故乙物质的运输被抑制。2．(2022·山东聊城高一期末)图中①②③表示物质出入细胞的不同方式，下列说法不正确的是()A．①是自由扩散，影响其物质运输速率的因素只有细胞内外的物质浓度B．②中载体蛋白与运输的物质结合后，通过自身构象的改变来转运物质C．②中的物质运输速率与载体蛋白的数量有关，不需要消耗能量D．③中离子或分子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合解析：选A。①运输方向是从高浓度一侧运输到低浓度一侧，不需要载体和能量，表示自由扩散，影响其物质运输速率的因素除细胞内外的物质浓度外，还有温度，A错误；②是协助扩散，载体蛋白与物质结合后，通过改变自身构象来转运物质，B正确；②是协助扩散，物质运输速率与载体蛋白的数量有关，不需要消耗能量，C正确；③中离子或分子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，D正确。1．紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离和复原实验过程中，在M、N时刻滴加了相应的溶液(0.3g/mL蔗糖溶液或清水)，液泡的体积会随外界溶液浓度的变化而改变，如甲图所示；乙图为实验中某一细胞在不同时期的两个状态。下列有关叙述正确的是()A．M、N时刻滴加的溶液分别为清水、0.3g/mL蔗糖溶液B．甲图的M～N段对应乙图中的a过程，细胞吸水能力逐渐减弱C．甲图N时刻的细胞可对应乙图中的Y细胞，此时细胞液浓度最大D．乙图中的Y细胞一定是正处于发生质壁分离过程的细胞解析：选C。甲图中M之后液泡体积由大变小，此时滴加的应是0.3g/mL蔗糖溶液，N之后液泡体积开始恢复，此时滴加的应是清水，A错误；甲图的M～N段发生的是细胞失水过程，乙图中的a过程也是细胞失水过程，细胞液浓度逐渐增大，细胞吸水能力逐渐增强，B错误；甲图N时刻质壁分离达到最大程度，液泡体积最小，细胞液浓度最大，可以用乙图中的Y细胞表示，C正确；乙图中的Y细胞可能处于失水过程中，也可能处于质壁分离后复原的吸水过程中，D错误。2．研究发现，水分子进入植物细胞的两种方式如下图所示。下列叙述错误的是()A．根毛细胞吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关B．土壤溶液浓度过高时，植物细胞吸水需要消耗能量C．水分子通过水通道蛋白是顺浓度梯度运输的D．水分子通过水通道蛋白的跨膜运输方式为协助扩散解析：选B。若细胞液中水的相对含量少，则根毛细胞吸水能力强，A正确；土壤溶液浓度过高时，植物细胞可能会发生渗透失水，该过程不需要消耗能量，B错误；水分子通过水通道蛋白是顺浓度梯度进行的，该方式为协助扩散，C、D正确。3．把蚕豆植株放在湿润的空气中照光一段时间后，取蚕豆叶下表皮制作临时装片，先在清水中观察，然后用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液取代清水，继续观察，结果如下图所示。下列对此现象的推断合理的是()A．蔗糖溶液中的保卫细胞失水导致气孔关闭B．清水中的保卫细胞失水导致气孔开放C．蔗糖进入保卫细胞后，细胞吸水导致气孔关闭D．清水中的保卫细胞会出现质壁分离和自动复原现象解析：选A。由题图可以看出，在蔗糖溶液中，保卫细胞因失水导致气孔关闭，A合理；清水中的保卫细胞吸水，气孔开放，B不合理；在蔗糖溶液中细胞失水，导致气孔关闭，但原生质层具有选择透过性，蔗糖不能进入细胞，C不合理；清水中的保卫细胞吸水，没有发生质壁分离，也不会出现质壁分离自动复原，D不合理。4．用0.5g/mL蔗糖溶液、0.3g/mL蔗糖溶液和一定浓度的尿素溶液分别处理洋葱鳞片叶外表皮细胞10min，三组细胞体积变化如下图所示。下列有关分析不正确的是()A．a曲线为0.5g/mL蔗糖溶液处理组B．a、b、c三组洋葱细胞失水的方式相同C．若将细胞转移到蒸馏水中，有两组能够发生质壁分离复原D．若实验继续进行，只有一组细胞能够发生质壁分离复原解析：选A。分析题图可知，a、b、c的细胞体积依次减小，说明失水量依次增大，0.5g/mL蔗糖溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞比0.3g/mL中的失水多，故a曲线不是0.5g/mL蔗糖溶液处理组；在较高浓度的外界溶液中，洋葱细胞失水的方式都是渗透失水；将细胞转移到蒸馏水中，用0.3g/mL蔗糖溶液、一定浓度的尿素溶液处理的细胞，能够吸收外界的水分发生质壁分离复原，而0.5g/mL蔗糖溶液浓度过高，细胞因失水过多而死亡；尿素是小分子物质，可进入细胞，从而发生质壁分离后会自动复原，蔗糖不能被吸收进入细胞，细胞不会自动复原。5．(2022·湖南长沙高一期末)现有两瓶质量分数均是30%的葡萄糖溶液和蔗糖溶液。已知水分子可以透过半透膜，葡萄糖、蔗糖分子均不能透过。请回答以下问题：(1)A同学把体积相同的葡萄糖溶液与蔗糖溶液用半透膜隔开(如图1所示)，在一段时间内，甲液面的变化情况是________(填“升高”或“降低”)，渗透平衡状态时水分子扩散速率________(填“相等”或“不相等”)，甲溶液浓度________(填“＞”“＜”或“＝”)乙溶液浓度。现分别往甲、乙溶液中加入等量的蔗糖酶，最后甲液面________(填“高于”“低于”或“等于”)乙液面。(2)B同学以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料，利用细胞质壁分离原理进行了鉴定葡萄糖和蔗糖溶液的实验。请在图2中绘出可能的实验结果。解析：(1)由题意可知，甲、乙两侧分别是葡萄糖溶液与蔗糖溶液，且质量浓度相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，因此甲的物质的量浓度大于乙的物质的量浓度，甲的渗透压大于乙的渗透压，因此甲液面升高，渗透平衡状态时水分子扩散速率是相等的，此时甲溶液浓度>乙溶液浓度。如果向蔗糖溶液中加入适量的蔗糖酶，蔗糖将水解为葡萄糖和果糖，相同质量的蔗糖水解后产生的葡萄糖和果糖分子数大于相同质量的葡萄糖的分子数，因此形成的乙溶液浓度大于甲溶液浓度，导致甲侧液面低于乙侧。(2)以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料，利用细胞质壁分离原理进行鉴定蔗糖溶液和葡萄糖溶液的实验，由于蔗糖分子不能透过原生质层，故细胞失水后，液泡体积不断减小，最后保持稳定。而由于葡萄糖分子能透过原生质层，故细胞先发生质壁分离后自动复原，液泡体积先减小后增大，最后保持稳定。具体曲线图见答案。答案：(1)升高相等>低于(2)如图6．把相同大小的紫色洋葱鳞片叶外表皮(等量)分别放入下面各组溶液中，结果如表所示。培养皿蔗糖溶液浓度(mol/L)开始发生质壁分离的细胞所占比例(%)10.2020.3030.41540.54050.68060.799(1)实验时选紫色洋葱鳞片叶外表皮作实验材料的原因是__________________________。(2)植物细胞发生质壁分离时，细胞壁不能与原生质层一起收缩的原因是____________________________________________。(3)由表中数据可确定该洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度范围为________。(4)在此实验的基础上，设计一个更精确的测定方法：________________________________________________________________________。解析：细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性，因此，细胞壁不能与原生质层