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)
(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。
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( )
图1 图2
A.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0
D.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
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②
C.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( )
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
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
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)
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。
(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
(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
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
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
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,使细胞不能再吸水,因此当质壁分离自动复原后,原生质层两侧的溶液浓度不一定相等,D错误。
]
4.(2019·长春市高三质检)将同一红色月季花瓣制成两组相同的临时装片,分别浸润在甲、乙两种溶液中,测得液泡直径的变化情况如图所示。
下列相关叙述正确的是( )
A.乙溶液的浓度大于甲溶液的浓度
B.2~6min乙溶液中细胞的吸水能力逐渐增大
C.甲溶液中的溶质分子在2min后开始进入细胞
D.甲溶液中细胞体积与液泡体积的变化量相等
B [从图中曲线可知,最初2min内,甲细胞失水速度快于乙细胞,所以甲溶液的浓度大于乙溶液的浓度;处于甲溶液中液泡体积在2min前减小的幅度变缓,说明甲的溶质分子在2min前开始进入细胞;植物细胞的细胞壁伸缩性小,细胞体积基本没变,而液泡体积变小。
]
物质出入细胞的方式
1.物质跨膜运输的其他实例
番茄和水稻吸收无机盐离子的比较:
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:
(1)实验结果
①不同植物对同一种无机盐离子的吸收有差异。
②同一种植物对不同种无机盐离子的吸收也有差异。
(2)实验结论:
植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。
(3)微生物吸收无机盐离子的特点
①不同微生物对无机盐离子的吸收有选择性。
②不同微生物对各种无机盐离子的需要量不同。
2.物质运输的方式、特点和实例(连线)
提示:
①—b—Ⅰ ②—c—Ⅱ ③—a—Ⅲ ④—d—Ⅳ
3.根据图示进一步确定物质跨膜运输的方式和影响因素
甲 乙 丙
(1)填写以下有关跨膜运输方式及结构的名称:
图甲:
自由扩散;图乙:
协助扩散;图丙:
主动运输;a:
载体蛋白。
(2)填写以下有关跨膜运输方式的影响因素:
图甲:
浓度差;图乙:
浓度差和载体蛋白;图丙:
载体蛋白和能量。
1.甘油是极性分子,所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。
(×)
提示:
甘油是脂溶性小分子,其通过细胞膜的方式为自由扩散。
2.通过载体蛋白的物质转运属于主动运输。
(×)
提示:
协助扩散也通过载体蛋白转运物质。
3.在神经细胞上动作电位产生与膜电位恢复过程中,Na+流入和排出都是主动运输。
(×)
提示:
Na+流入为被动运输。
4.细胞外液中的K+进入神经细胞属于自由扩散。
(×)
提示:
K+进入神经细胞属于主动运输。
5.主动运输使膜内外物质浓度趋于一致,维持了细胞的正常代谢。
(×)
提示:
主动运输是把物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧。
影响物质跨膜运输因素的分析
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.氧气含量对物质跨膜运输的影响
通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。
(1)P点时:
无氧呼吸为物质的吸收提供能量。
(2)PQ段:
随着氧气含量的增加,有氧呼吸产生的能量增多,主动运输的速率增大。
(3)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限制因素的影响,运输速率不再增加。
3.温度
温度影响物质运输速率时,既与分子的运动有关,也与细胞呼吸有关。
1.同一种物质进入不同细胞的方式相同吗?
举例说明。
同一种物质出入同一细胞的方式相同吗?
举例说明。
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,肾小管重吸收葡萄糖的方式是主动运输。
不一定相同,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。
2.胞吐和胞吞两种方式的共同点是什么?
提示:
(1)能运输生物大分子等;
(2)运输过程中形成囊泡;(3)需要消耗能量。
3.若对离体心肌细胞施用某种毒素,结果心肌细胞对Ca2+吸收量明显减少,而对K+的吸收不受影响,其原因最可能是什么?
提示:
运输Ca2+的载体被破坏。
4.柽柳是一种泌盐植物,叶子和嫩枝可以将吸收的盐分排出,是强耐盐植物。
柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输?
请设计实验加以证明。
实验材料:
柽柳幼苗若干;适宜浓度的含Ca2+和K+的完全培养液;细胞呼吸抑制剂;蒸馏水。
请写出实验步骤,并预期实验结果。
提示:
实验步骤:
①将柽柳幼苗随机分为甲、乙两组,分别培养在适宜浓度的含Ca2+和K+的完全培养液中。
②甲组柽柳幼苗的培养液中,加入一定量的细胞呼吸抑制剂,乙组柽柳幼苗的培养液中加入等量的蒸馏水,在适宜的条件下培养。
③分别测定两组柽柳幼苗吸收Ca2+和K+的速率,并进行比较。
结果预测:
若两组植株对Ca2+和K+的吸收速率相同,则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是被动运输;若甲组植株对Ca2+和K+的吸收速率明显小于乙组植株对Ca2+和K+的吸收速率,则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输。
考查物质出入细胞的方式及特点
1.(2018·全国卷Ⅱ)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
C [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项错误;固醇类激素属于脂质,以自由扩散的方式进入靶细胞,B项错误;神经细胞受到刺激时,Na+顺浓度梯度内流,属于被动运输,C项正确;甘油以自由扩散的方式进入细胞,D项错误。
]
2.(2019·安徽定远重点中学一模)如图表示物质进出细胞1和细胞2的过程示意图。
据图分析正确的是( )
A.甲、丁物质都是顺相对含量梯度运输的
B.乙物质的作用体现了细胞膜的选择透过性
C.乙物质离开细胞1的方式不需要载体且都是大分子转运
D.运输甲和丙物质的蛋白质结构不同,但都具有专一性
D [据图分析,甲物质是顺相对含量梯度运输的,丁物质是逆相对含量梯度运输的,A错误;乙物质的作用体现了细胞膜的信息交流功能,B错误;乙物质离开细胞1的方式是胞吐,不需要载体,但通过胞吐分泌出细胞外的物质不一定都是大分子,C错误;运输甲和丙物质的载体蛋白结构不同,载体具有专一性,D正确。
]
物质运输方式的几个“不一定”
(1)胞吐、胞吞的不一定是大分子物质,如神经递质是小分子物质,通过胞吐排出细胞。
(2)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。
(3)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。
(4)同一种物质进出细胞的方式不一定相同
①葡萄糖
②Na+
③K+
考查外界因素对物质出入细胞的影响
3.(2019·广东茂名联考)将某哺乳动物的两种细胞置于一定浓度的Q溶液中,测定不同情况下吸收Q的速率,结果如表所示。
不考虑胞吞作用,由表中数据能得出的结论是( )
细胞类型
没通入空气组的吸收速率
通入空气组的吸收速率
胚胎干细胞
3mmol/min
5mmol/min
成熟红细胞
3mmol/min
3mmol/min
A.两种细胞吸收Q均取决于浓度差
B.两种细胞吸收Q均不需载体蛋白的参与
C.胚胎干细胞吸收Q的方式为主动运输
D.成熟红细胞吸收Q的方式为被动运输
C [根据表格分析,胚胎干细胞对Q的吸收受通入空气的影响,空气是影响呼吸作用生成ATP的因素,说明运输方式是主动运输,C正确;哺乳动物成熟红细胞对Q的吸收不受通入空气的影响,但能进行无氧呼吸,说明运输方式可能与能量有关,也可能无关,说明运输方式是主动运输或被动运输,D错误。
主动运输吸收Q需要消耗能量,与浓度差没有直接的关系,A错误;胚胎干细胞吸收Q肯定需要载体蛋白的协助,B错误。
]
4.(2019·衡阳模拟)如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同含氧量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。
相关描述不正确的是( )
甲 乙
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加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
D [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着O2浓度的增大而增大,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,其他条件适宜,则其主要是因为载体数量有限,D错误。
]
物质出入细胞的相关实验分析和探究
5.(2019·淄博一模)向某动物细胞内注入微量的24Na+,一会儿可测得细胞周围溶液中出现24Na+;在细胞周围溶液中加入某物质后,24Na+外流停止;再向细胞内注入ATP后,24Na+恢复外流。
下列推断合理的是( )
A.该物质改变了细胞膜的结构
B.该物质破坏了24Na+载体的结构
C.该物质使ATP水解酶变性失活
D.24Na+通过细胞膜外流的方式为主动运输
D [根据题目信息在细胞周围溶液中加入某物质后,24Na+外流停止,再向细胞内注入ATP后,24Na+恢复外流。
因此判断该物质可能是抑制了细胞呼吸,造成24Na+外流停止。
进一步判断24Na+通过细胞膜外流的方式为主动运输。
]
6.(2019·衡水中学期中)水存在两种跨膜运输机制:
一种是通过脂双层的自由扩散,另一种是通过专一的水通道——水孔蛋白跨膜运输。
研究者据此提出的实验思路如下:
①实验分组:
甲组:
肾小管上皮细胞+生理盐水配制的蛋白酶液
乙组:
肾小管上皮细胞+X
②将甲、乙两组制成装片,在盖玻片一侧滴清水,另一侧用吸水纸吸引,显微镜下观察破裂的细胞数目。
(1)实验目的:
________________________________________。
(2)题中X是___________________________________________。
(3)若甲组和乙组破裂的细胞数目基本相同,说明_____________________;若甲组极少的细胞发生破裂,乙组多数细胞破裂,说明___________________;若出现____________________,说明肾小管上皮细胞通过两种方式吸收水分。
[解析] 题目信息给出了细胞吸水的两种方式:
一种是通过脂双层的自由扩散,另一种是通过专一的水通道——水孔蛋白跨膜运输。
要探究水通过什么方式被吸收,应设置膜蛋白被除去的实验组和不处理的对