人教版2024届高考生物一轮复习物质进出细胞的方式教学课件

这是一份人教版2024届高考生物一轮复习物质进出细胞的方式教学课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，提能力精准突破，悟考情演练真题，研专项前沿命题，水分子或其他溶剂分子，半透膜，S1S2，细胞膜，细胞质与外界溶液等内容，欢迎下载使用。
一、渗透作用的原理及应用
1.渗透作用(1)概念:指　　　　　　　　　　 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)常见渗透装置图分析
①水分的流动判断:当溶液浓度　　　　时,水分就通过半透膜由S2流向S1;当溶液浓度　　　　时,水分就通过半透膜由S1流向S2。 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　　　　S2溶液浓度。此时,液面高的一侧高出的液柱会形成压强,　　　　溶剂由溶液浓度低的一侧向溶液浓度高的一侧扩散。 
2.动、植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水①
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)①条件:成熟植物细胞具有中央大液泡。②原理:
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 的培养液中培养,结果及分析如下:
图中显示:①不同植物(每种离子中灰白柱相比)对同一种无机盐离子的吸收速率　　　　。 ②同一种植物对　　　　　　　　　　　　　的吸收也有差异(三条白柱高低不同,三条灰柱高低也不同)。 (2)实验结论:植物细胞对无机盐离子的吸收具有　　　　　。 (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　　　　　。 ②不同微生物对各种无机盐离子的　　　　　不同。 
旁栏边角(必修1 P61“与生活的联系”改编)为什么咸瓜子吃多了容易使人上火(即口干舌燥)?为什么盐渍食品暴露在空气中也能保存很长时间?
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。食品中盐浓度过高,微生物无法存活。
易错辨析(1)在质量分数为0.9%的NaCl溶液中,红细胞形态不变是由于此时没有水分子进出细胞。(　　)(2)在低于质量分数为0.9%的NaCl溶液中,红细胞因渗透作用吸水膨胀,甚至有的破裂。(　　)(3)渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散。(　　)
(4)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。(　　)(5)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。(　　)(6)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量分数。(　　)(7)只有活细胞的细胞膜才具有选择透过性。(　　)(8)农作物的轮作与细胞膜的选择透过性有关。(　　)
长句应答轮作是农业生产中经常使用的方法。农民在同一块田里种植的作物种类会因年份有所不同,也就是有计划地更换作物种类来种。这与作物根系对矿质营养元素的选择性吸收有什么关系吗?
提示 农业生产上的轮作是针对不同作物根系对矿质元素的选择性吸收而采取的生产措施。如果长期在同一块田里种植同种作物,地力就会下降(俗称伤地),即某些元素含量下降,这样就会影响作物的产量。
二、物质跨膜运输的方式及影响因素
1.物质跨膜运输的方式(1)被动运输
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　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)属于自由扩散的是　　　。 (3)属于协助扩散的是　　　　。 
逆浓度梯度运输,需要载体蛋白协助和消耗能量
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)
旁栏边角1.(必修1 P66“思考与讨论”改编)水是极性分子,而磷脂分子的尾部是疏水的。水分子是否只能以自由扩散的方式运输?2.(必修1 P73“与社会的联系”改编)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　　　　,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　　　　　　　　　　　　　　　来实现的。 
提示 不是。水分子可以通过自由扩散进出细胞,但更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。
提示 载体蛋白　载体蛋白的种类和数量
3.(必修1 P74“科学前沿”)什么是通道蛋白?它包括哪些类型?
提示 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。
易错辨析(1)(2022全国甲,1B)人体内Ca2+可自由通过细胞膜的磷脂双分子层。 (　　) (2)(2021河北,4C)人的成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP,为吸K+排Na+过程提供能量。(　　)(3)Mg2+通过自由扩散进入根细胞。(　　)(4)α-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。(　　)(5)二氧化碳能以自由扩散的方式通过细胞膜。(　　)
三、实验:观察植物细胞的质壁分离和复原
易错辨析(1)(2021 全国乙,2D)观察植物细胞吸水和失水时,可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮。(　　)(2)(2021 湖南,3A)施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关。(　　)(3)(2021 湖南,3C)质壁分离复原过程中,细胞的吸水能力逐渐降低。(　　)(4)(2020 全国Ⅰ,4A)大蒜根尖分生区细胞可用于观察细胞的质壁分离与复原。(　　)
(5)(2020 山东,3C)质壁分离过程中,黑藻细胞绿色加深、吸水能力减弱。(　　)(6)(2020 江苏,25B)用0.3 g/mL蔗糖溶液处理的紫色洋葱鳞片叶外表皮装片,紫色的液泡逐渐变小,颜色逐渐变深。(　　)
应用提升将若干生理状况基本相同、长度为3 cm的鲜萝卜条分为四组,分别置于三种浓度的溶液(即0.3 g/mL蔗糖溶液,0.3 g/mL乙二醇溶液及0.5 g/mL蔗糖溶液)(实验组)和清水(对照组)中,测量每组萝卜条的平均长度,结果如图。
请思考回答下列问题。(1)依据图示四条曲线变动趋势,推测a~d依次为:a.　　　　、b.　　　　　　　　　　　　　　　、c.　　　　　　　　　　　　、d.　　　　　　　　　　　　。 (2)在15 min前b、c、d原生质体体积变化说明,该段时间水从原生质体　　　　,细胞液浓度　　　　。 (3)在清水处理前,c所示溶液中细胞壁、原生质层之间充满了　　　　溶液,加入清水后,c、d变化趋势的差异性原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)b曲线在用清水处理前即由下降趋势转为上升趋势,原因是　　　　　　　　　　　　。 
提示 (1)清水　0.3 g/mL乙二醇溶液　0.3 g/mL蔗糖溶液　0.5 g/mL蔗糖溶液　(2)渗出　增大　(3)蔗糖　加入清水后,c可发生质壁分离复原而d不能,原因在于处于c溶液中的细胞尚具活性而处于d溶液中的细胞因失水过度而死亡　(4)乙二醇通过原生质层逐渐进入细胞内,从而引起细胞液浓度增大
考向探究考向1渗透系统与渗透作用的分析1.下图所示的装置中,a、b、c中均为一定浓度的蔗糖溶液,各溶液之间均用半透膜(蔗糖不能通过,水分子可以自由通过)隔开。开始时,液面平齐;一段时间后,达到平衡状态,h1>h2,此时,a、b、c中蔗糖溶液的浓度大小关系为(　　)
A.a=b=cB.a>b>cC.a>c>bD.无法确定
答案 C解析 达到渗透平衡后,水分子通过半透膜从a到b及从b到a扩散的速率相等,由于本题中影响水分子扩散速率的因素有两个,即溶液的浓度和水柱h1形成的压强,因此a中蔗糖溶液浓度大于b中蔗糖溶液浓度;同理可知,c中蔗糖溶液浓度大于b中蔗糖溶液浓度,又因水柱h2形成的压强小于水柱h1形成的压强,所以a中蔗糖溶液浓度大于c中蔗糖溶液浓度。因此a、b、c中蔗糖溶液的浓度大小关系为a>c>b,C项符合题意。
2.下图为研究渗透作用的实验装置,请回答下列问题。(1)漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液,漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时的液面差为Δh,此时S1和S2浓度大小关系为　　　　　。 (2)图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的　　　　,两者在物质透过功能上的差异是　 　。 
(3)为进一步探究两种膜的特性,某兴趣小组做了以下实验。实验材料:紫色洋葱。实验器具:如图所示的渗透装置(不含溶液),光学显微镜,载玻片,盖玻片,镊子,刀片,吸水纸,擦镜纸,滴管,记号笔等。实验试剂:蒸馏水,0.3 g/mL的蔗糖溶液和与其等渗的KNO3溶液。部分实验步骤和结果如下:①选两套渗透装置,标上代号X和Y。在两个烧杯里均加入一定量的蒸馏水,分别在装置X和Y的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和KNO3溶液,均调节漏斗内外液面高度一致。渗透平衡时出现液面差的装置有　　　　(填代号)。 ②选两片洁净的载玻片,　　　　,在载玻片中央分别滴加　　　　,制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片并分别观察装片中细胞的初始状态。 ③观察临时装片中浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生的变化,两者都能出现的现象是　　　　　　　　。 (4)上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是　　　　　　　。 
答案 (1)S1>S2　(2)原生质层　原生质层能主动转运有关物质而半透膜不能　(3)①X　②标号　蒸馏水　③质壁分离　(4)KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原解析 (1)从图中实验现象看出:漏斗内液面高于漏斗外液面,漏斗内压强大于漏斗外压强,会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散,故S1>S2。(2)成熟的植物细胞有大液泡,原生质层相当于半透膜,在一定浓度的外界溶液中时,就相当于一个渗透装置,图中半透膜模拟的是成熟植物细胞的原生质层;半透膜无选择性,小分子能通过,大分子不能通过,而原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质构成,细胞膜和液泡膜是生物膜,具有选择透过性,可对物质有选择地吸收、排出。
(3)①蔗糖分子不能通过半透膜,K+、 能通过半透膜,因此渗透平衡时出现液面差的装置是X。②为了区分两组不同实验,应先对两载玻片标号,再在载玻片中央分别滴加蒸馏水,制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片。③蔗糖溶液和KNO3溶液的浓度都大于细胞液浓度,细胞失水,两者都能出现质壁分离现象。(4)细胞膜上有运载K+和 的载体蛋白,K+和 能进入细胞,导致细胞液浓度逐渐增大,当增大到大于KNO3溶液浓度时,细胞开始吸水,发生质壁分离复原现象,最能体现两种膜功能差异的实验现象是KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原。
考向2植物细胞吸水与失水状况分析
3.(2022全国甲)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞,分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中,当水分交换达到平衡时观察到:①细胞a未发生变化;②细胞b体积增大;③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换,下列关于这一实验的叙述,不合理的是(　　)A.水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度B.水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞cC.水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度D.水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
答案 C解析 由题干信息可知,水分交换达到平衡时,细胞a未发生变化,则其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度;细胞b体积增大,则其细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度;细胞c发生了质壁分离,则其细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度。因此水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c,A、B两项合理。由题意可知,水分交换达到平衡时,细胞a未发生变化,说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液的浓度相等。水分交换达到平衡时,虽然细胞内外溶液浓度相等,但细胞c失水后外界蔗糖溶液的浓度减小,因此,水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度,C项不合理。细胞c发生了质壁分离,水分交换达到平衡时,其细胞液浓度与外界蔗糖溶液的浓度相等,D项合理。
考向3活细胞的渗透作用4.(2022山东聊城模拟)某研究性学习小组在探究植物细胞的吸水和失水时,选择了以下三种实验材料:①紫色洋葱鳞片叶外表皮;②洋葱鳞片叶内表皮;③黑藻成熟叶片。下列叙述正确的是(　　)A.选用①进行实验时,正在发生质壁分离的细胞,其紫色区域逐渐缩小B.选用②进行实验时,用0.3 g/mL的蔗糖溶液处理玻片标本观察不到质壁分离现象C.选用③进行实验时,叶绿体的存在会干扰实验现象的观察D.选用①②③进行实验时,正在发生质壁分离的细胞,其吸水能力逐渐减弱
答案 A解析 以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离的材料时,正在发生质壁分离的细胞,细胞因失水体积减小,故紫色区域缩小,颜色变深,A项正确;选用洋葱鳞片叶内表皮细胞进行实验时,用0.3 g/mL 的蔗糖溶液处理玻片标本也能观察到质壁分离现象,只是该类细胞中不含色素,现象不明显,B项错误;黑藻成熟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,C项错误;选用①②③进行实验时,一个正在发生质壁分离的细胞,原生质层变小,出细胞的水分比进细胞的水分要多,但随着实验的进行,细胞液的浓度增加,使得细胞的吸水能力逐渐增强,D项错误。
方法突破1.界定半透膜和选择透过性膜
2.规避有关渗透作用的四个误区
角度一、物质跨膜运输的方式及判定考向探究考向1据具体物质判定1.(2018全国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
答案 C解析 巨噬细胞摄入病原体的过程是依靠细胞膜的流动性,通过胞吞来完成的,属于膜泡运输,A项错误;固醇类激素和甘油的化学本质是脂质,属于脂类化合物,细胞膜的基本支架是磷脂双分子层,根据相似相溶的原理,固醇类激素和甘油进入细胞的过程属于自由扩散,B、D两项错误;神经细胞膜外Na+浓度高于膜内,神经细胞受到刺激时,细胞膜上Na+通道开放(Na+通道由特异性蛋白质构成),Na+内流不需要ATP,属于被动运输中的协助扩散,C项正确。
考向2据分类依据判定2.如图为一般情况下物质进出细胞的方式分类图,其中A、B和E为分类标准,C、D、G、H和F为具体的物质运输方式,下列相关推断错误的是(　　)
A.若A与B为“是否需要消耗能量”,则C、D可表示协助扩散、自由扩散,F为主动运输,G、H为胞吞、胞吐B.若A与B为“是否需要载体蛋白”,则C、D为协助扩散和主动运输,F为自由扩散,G、H为胞吞、胞吐C.若G、H表示“协助扩散和主动运输”,则E为“是否需要载体蛋白”,A、B分别为大、小分子,C和D为胞吞、胞吐D.若G、H表示“自由扩散和协助扩散”,则F为主动运输,A、B分别为大、小分子,C和D为胞吞、胞吐
答案 C解析 被动运输不消耗能量,主动运输及胞吞、胞吐需要消耗能量,A项正确;协助扩散和主动运输需要载体蛋白,自由扩散与胞吞、胞吐不需要载体蛋白,B项正确,C项错误;小分子物质一般情况下通过自由扩散、协助扩散、主动运输进出细胞,大分子物质通过胞吞、胞吐进出细胞,D项正确。
考向3据模式图信息判定3.(2023届山西忻州第二次联考)植物细胞吸收土壤中的 主要通过细胞膜上的磷转运体进行,其转运机理如图所示。研究发现,植物在低磷胁迫条件下,磷转运体基因会受到低磷胁迫的诱导而快速表达。下列叙述错误的是(　　)
A.H+和 的转运方向相同B. 进入细胞的方式为主动运输C.若土壤中的pH升高,则植物吸收磷的速率会增大D.磷转运体基因的表达有利于植物在低磷胁迫下吸收磷
答案 C解析 结合图示可知,H+和 的转运方向相同,都是从膜外转运至膜内,A项正确; 进入细胞是逆浓度梯度进行的,该过程消耗H+的梯度势能,其转运方式为主动运输,B项正确;若土壤中的pH升高,则意味着土壤中H+浓度减小,H+内外浓度差减小,H+的梯度势能减少,则植物吸收磷的速率会减小,C项错误;植物在低磷胁迫条件下,磷转运体基因会受到低磷胁迫的诱导而快速表达,据此可推测,磷转运体基因的表达有利于植物在低磷胁迫下吸收磷,D项正确。
4. 通道蛋白是横跨细胞膜的亲水性通道,允许特定的离子和小分子物质顺浓度梯度快速通过,由其介导的物质跨膜运输速率比由载体蛋白介导的物质跨膜运输速率快1 000倍以上。
下图甲、乙分别表示由细胞膜上的通道蛋白和载体蛋白介导的两种运输方式。下列相关叙述错误的是(　　)A.细胞膜的选择透过性与载体蛋白和通道蛋白都有关B.由载体蛋白介导的物质跨膜运输具有饱和性C.肾小管细胞能快速重吸收水分主要依赖细胞膜上的水通道蛋白D.由载体蛋白和通道蛋白介导的都是物质顺浓度梯度的跨膜运输
答案 D解析 载体蛋白能介导物质逆浓度梯度跨膜进行主动运输,D项错误。
考向4据新情境信息判定
方法突破1.“三看法”快速判断物质出入细胞的方式
2.界定载体蛋白、通道蛋白与离子泵(1)位于细胞上、可以转运物质进出细胞的蛋白质,叫做载体蛋白,如主动运输和协助扩散这两种物质跨膜运输方式中的“载体”。(2)通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质,其分子结构如同中间有个连通膜内外的通道一样,它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——这些分子或离子通过通道蛋白时不需要与通道蛋白结合。(3)离子通道≠离子泵。离子通道多为跨膜蛋白,为离子顺浓度梯度进出细胞提供通道,即离子通过离子通道的运输方式为协助扩散。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,即离子通过离子泵的运输方式为主动运输。
3.关注物质出入细胞方式的七个“不要漏掉”
角度二、物质跨膜运输的影响因素及探究考向探究考向1影响因素判定1.用呼吸抑制剂处理哺乳动物的红细胞,下图表示物质吸收量的变化,正确的是(　　)
答案 B解析 A中葡萄糖的运输方式是协助扩散,不需要消耗ATP,所以与细胞呼吸强度无关,A项错误;B中两种物质的运输方式都是主动运输,需要消耗ATP,所以当用呼吸抑制剂处理后,它们的运输量会受到影响,B项正确;C和D中物质的运输方式是自由扩散,不需要ATP,所以与细胞呼吸强度无关,C、D两项错误。
考向2影响因素模型分析与判定2.下图表示与物质进出细胞有关的图像或曲线。下列有关叙述错误的是( 　)
A.图甲与图丙代表的运输方式相同B.图丁可代表哺乳动物成熟红细胞或肌细胞吸收葡萄糖的方式C.环境中氧浓度变化对图示代表的所有运输方式均有影响D.抗体和神经递质的释放方式均与图戊代表的方式相同
答案 C解析 图甲中物质顺浓度梯度运输,且不需要载体和能量,属于自由扩散,图丙中物质运输速率与物质浓度成正比,属于自由扩散,A项正确;图丁中,物质运输速率除与物质浓度有关外,还与载体数量等有关,属于协助扩散或主动运输,葡萄糖以协助扩散方式进入哺乳动物成熟红细胞,肌细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输,B项正确;氧气浓度可通过影响能量供应进而影响主动运输,即环境中氧浓度变化会影响戊,可能影响丁,但不影响甲、乙和丙,C项错误;抗体属于分泌蛋白,释放方式为胞吐,神经递质的释放方式也为胞吐,即图戊代表的方式,D项正确。
考向3影响因素探究分析3.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,结果如下表所示,由表中数据能得出的结论是(　　)
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
答案 C解析 由胚胎干细胞在未通入空气和通入空气后吸收速率由3 mml/min→5 mml/min可推断,该细胞吸收Q与“O2”有关,故应属于主动运输——主动运输既需载体蛋白参与,又消耗能量。
考向4探究方案的设计与完善4.(2019海南)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物质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物质的浓度达到一定数值时,再增加b物质的浓度,根细胞对b物质的吸收速率不再增加。可能的原因是　　　　　　　　。 
(3)王同学据图认为b物质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。
答案 (1)物质通过简单的扩散作用进出细胞　(2)载体数量有限　(3)实验思路: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。
解析 (1)物质通过简单的扩散作用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物质的跨膜运输方式可能是协助扩散或主动运输,b物质的运输需要载体协助,当外界溶液中b物质的浓度达到一定数值时,载体数量饱和,再增加b物质的浓度,根细胞对b物质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物质的吸收速率。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。
方法突破1.物质浓度、O2浓度、温度对物质运输速率的影响归纳
2.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
考向探究考向1实验分析1.(2021湖南)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是(　　)A.施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关B.质壁分离过程中,细胞膜可局部或全部脱离细胞壁C.质壁分离复原过程中,细胞的吸水能力逐渐降低D.1 ml/L NaCl溶液和1 ml/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
答案 D解析 施肥过多使外界溶液浓度过高,大于细胞液的浓度,细胞发生质壁分离导致植物失水而萎蔫甚至死亡,引起“烧苗”现象,A项正确;发生质壁分离的内因是细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性,而原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两者之间的细胞质,质壁分离过程中,细胞膜可局部或全部与细胞壁分开,B项正确;植物细胞在发生质壁分离复原的过程中,因不断吸水导致细胞液的浓度逐渐降低,与外界溶液浓度差逐渐减小,细胞的吸水能力逐渐降低,C项正确;溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目,1 ml/L的 NaCl溶液和1 ml/L的蔗糖溶液的渗透压不相同,因 NaCl溶液中含有Na+和Cl-两种离子,微粒数目多,故其渗透压高于蔗糖溶液,D项错误。
2.(2023届黑龙江鹤岗模拟)用同一打孔器在一白萝卜上打出若干萝卜条,切成相同长度,均分为三组,分别置于等体积的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种溶液中一段时间,b点时将三组实验的萝卜条同时放回相应溶液的低浓度溶液中一段时间。实验期间持续观察萝卜条体积的变化,并计算相对体积,实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
A.实验的自变量包括溶液的种类和浓度,观测指标是萝卜条的体积变化B.萝卜条体积减小的同时,萝卜细胞的原生质层逐渐与细胞壁分离C.Ⅱ溶液中,萝卜细胞从a时刻到b时刻的过程中,细胞体积与原生质体体积的变化量相等D.b点时Ⅱ溶液的渗透压等于细胞液的渗透压,Ⅲ溶液中的细胞已死亡
答案 C解析 因为Ⅰ溶液中能发生质壁分离的自动复原,故溶质种类与Ⅱ不同,故该实验的自变量包括溶液的种类和浓度,观测指标是萝卜条的体积变化,A项正确;萝卜条不断失水导致原生质体的体积减小,同时由于原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性,因而萝卜细胞的原生质层逐渐与细胞壁分离,B项正确;Ⅱ溶液中,萝卜细胞从a时刻到b时刻的过程中,细胞体积比原生质体体积的变化量大,C项错误;b点时Ⅱ溶液中的萝卜条达到渗透平衡,此时Ⅱ溶液的渗透压等于细胞液的渗透压(否则会继续失水),而Ⅲ溶液中的细胞由于失水过多而死亡,D项正确。
考向2实验拓展应用3.(2022江西九江模拟)某研究小组用5种植物材料进行质壁分离实验。在相同的放大倍数下,记录视野中的细胞数目,然后滴加同一浓度的蔗糖溶液,记录从滴加蔗糖溶液到发生
“初始质壁分离”的平均时间,绘制成下图。下列说法错误的是(　　)A.据图分析可知,实验结束时,红花檵木的细胞体积最小B.该实验的各组材料之间形成相互对照C.依据实验结果,推测滴加蔗糖溶液之前红花檵木的细胞液浓度最小D.5种材料中,山茶细胞发生质壁分离的速度最慢
答案 C解析 每种植物的特性不同,依据实验结果,不能推测出滴加蔗糖溶液之前红花檵木的细胞液浓度最小,C项错误。
方法突破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.质壁分离与复原发生的条件
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.(2022湖北)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白,硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是(　　)A.经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀B.经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小C.未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀D.未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小
答案 B解析 经AgNO3处理的红细胞,水通道蛋白失去活性,但水可以通过自由扩散的形式进出细胞,故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀,在高渗蔗糖溶液中会失水变小,A项正确,B项错误;未经AgNO3处理的红细胞,水可通过水通道蛋白快速进出细胞,也可通过自由扩散进出细胞,故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀,在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小,C、D两项正确。
2.(2021 河北)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2,其部分结构和功能如图,①~⑤表示相关过程。下列叙述错误的是(　　)A.血液流经肌肉组织时,气体A和B分别是CO2和O2B.①和②是自由扩散,④和⑤是协助扩散C.成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP,为③提供能量D.成熟红细胞表面的糖蛋白处于不断流动和更新中
答案 D解析 血液流经肌肉组织时,O2从红细胞进入血浆,经毛细血管壁、组织液进入肌肉细胞,CO2进入红细胞,A项正确;①②是自由扩散,④从高浓度一侧到低浓度一侧,需要载体,属于协助扩散,⑤是水分子通过水通道蛋白的运输,是协助扩散,B项正确;③是主动运输,人体成熟红细胞无线粒体,通过无氧呼吸产生ATP为其供能,C项正确;人体成熟红细胞由于无细胞核及各种细胞器,所以糖蛋白不会更新,D项错误。
3.(2020 全国Ⅱ)取某植物的成熟叶片,用打孔器获取叶圆片,等分成两份,分别放入质量浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中,得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时,检测甲、乙两组溶液的质量浓度,发现甲组中甲糖溶液的质量浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是(　　)A.甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液的质量浓度升高B.若测得乙糖溶液的质量浓度不变,则乙组叶细胞的净吸水量为零C.若测得乙糖溶液的质量浓度降低,则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离D.若测得乙糖溶液的质量浓度升高,则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组
答案 D解析 由题干可知,甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍,且甲、乙两组溶液的质量浓度相等,故甲糖溶液的物质的量浓度低于乙糖溶液,即甲糖溶液的渗透压小于乙糖溶液。甲糖溶液的质量浓度升高,说明叶细胞吸收了甲糖溶液中的水分,A项正确。若测得乙糖溶液的质量浓度不变,则说明乙糖溶液和叶细胞的水分进出达到平衡,B项正确。若测得乙糖溶液的质量浓度降低,则说明乙糖溶液的浓度高于细胞液浓度,叶肉细胞失水,发生质壁分离,C项正确。若测得乙糖溶液的质量浓度升高,则说明乙糖溶液的浓度低于细胞液浓度,叶细胞吸水,但由于甲糖溶液的渗透压低于乙糖溶液,故叶细胞的净吸水量乙组小于甲组,D项错误。
4.(2018 全国Ⅰ)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B.农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收C.土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收D.给玉米施肥过多时,会因根系水分外流引起“烧苗”现象
答案 A解析 小麦从土壤中主要吸收水和无机盐,无法吸收N2,A项错误。小麦从土壤中吸收矿质元素的方式是主动运输,其能量主要来自细胞的有氧呼吸,适时松土增加了土壤中的氧气浓度,促进了根部细胞的有氧呼吸,有利于根系对矿质元素的吸收,B项正确。植物秸秆中含有多种有机物,微生物通过分解作用可以将其降解为CO2、H2O和一些无机盐,无机盐以离子的形式被植物的根系吸收,C项正确。给玉米施肥过多,土壤溶液浓度升高,远远高于根部细胞细胞液浓度,导致根部细胞失水而造成“烧苗”现象,D项正确。
5.(2022全国乙)农业生产中,农作物生长所需的氮素可以 的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收 的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题。
6.(2021 全国甲)植物的根细胞可以通过不同方式吸收外界溶液中的K+。回答下列问题。(1)细胞外的K+可以跨膜进入植物的根细胞。细胞膜和核膜等共同构成了细胞的生物膜系统,生物膜的结构特点是　　　　　　　　　　　　。 (2)细胞外的K+能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由　　　　　　复合物构成的,其运输的特点是　　　　　　　　　(答出1点即可)。 (3)细胞外的K+可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下,根细胞对K+的吸收速率降低,原因是　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)磷脂双分子层构成膜的基本支架,具有流动性;蛋白质分子以不同方式镶嵌于磷脂双分子层中　(2)蛋白质　一种离子通道只允许一种离子通过　(3)K+通过载体蛋白逆浓度梯度运输需要消耗能量,呼吸抑制剂使细胞呼吸减弱,产生的能量减少解析 (1)生物膜的结构特点是磷脂双分子层构成膜的基本支架,具有流动性;蛋白质分子以不同方式镶嵌于磷脂双分子层中。(2)离子通道是由蛋白质复合物构成的,一种离子通道只允许一种离子通过,具有特异性。(3)细胞外的K+通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞,属于主动运输,主动运输需要的能量由细胞呼吸提供,呼吸抑制剂使细胞呼吸减弱,产生的能量减少,导致主动运输受到抑制。
同种物质不同跨膜方式及非常规供能的主动运输分析把握方法1.同种物质跨过“不同细胞”及跨过“同一细胞”均会存在不同方式(1)某物质进出细胞的方式并非固定一种。如葡萄糖进入红细胞是协助扩散,而葡萄糖通过小肠上皮细胞细胞膜的方式为主动运输;再如静息电位形成时K+外流与动作电位形成时Na+内流均为协助扩散,但K+、Na+在其他细胞中跨膜运输一般为主动运输。
(2)同一种物质进出同一细胞的方式也不一定相同。如下图中Na+、氨基酸进出肾小管上皮细胞。
2.规避载体蛋白的两个易错点(1)载体蛋白并非只具有运输功能。钠钾泵是一种有ATP酶活性的载体蛋白,其具有物质运输和催化的功能,此外质子泵也是有ATP酶活性的载体蛋白,其同时具有运输H+和催化的功能。(2)一种载体蛋白并非只运输一种物质。载体蛋白具有特异性, 有些载体蛋白只运输一种特定的物质,但也有些载体蛋白可协同运输两种物质,如钠—葡萄糖协同转运蛋白通过协同运输转运Na+和葡萄糖,且二者同向转运;钠钾泵通过主动运输转运Na+和K+,二者反向转运。
3.主动运输并非都消耗ATP某物质逆浓度梯度转运时,所消耗的能量不一定来自ATP,也可能来自另一种物质膜两侧存在浓度差而产生的“势能”。如葡萄糖进入某细胞的方式为主动运输,但其所需能量来自细胞膜两侧Na+浓度差产生的势能;植物细胞利用H+—蔗糖载体转运蔗糖消耗的能量来自H+浓度梯度。
专项训练1.[同种物质进出同一细胞的方式不同](2020江苏)下图①~⑤表示物质进、出小肠上皮细胞的几种方式,下列叙述正确的是(　　)
A.葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同B.Na+主要以方式③运出小肠上皮细胞C.多肽以方式⑤进入细胞,以方式②离开细胞D.口服维生素D通过方式⑤被吸收
答案 A解析 由图可知:葡萄糖以主动运输方式被小肠上皮细胞吸收,而运出细胞则是以③(协助扩散)的方式,A项正确。由图可知:Na+主要以②(主动运输)方式运出细胞,B项错误。多肽以⑤(胞吞、胞吐)方式进、出细胞,C项错误。维生素D属于脂类物质,以④(自由扩散)的方式被吸收,D项错误。
2.[主动运输所需能量来自H+浓度梯度](2022山东聊城模拟)线粒体外膜分布着孔蛋白构成的通道蛋白,丙酮酸可以经此通道通过。而线粒体内膜由于蛋白质含量高导致通透性低,丙酮酸需通过与H+协同运输的方式由膜间隙进入线粒体基质,如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.线粒体内膜的蛋白质与脂质的比值大于线粒体外膜B.丙酮酸穿过线粒体外膜和内膜的方式均为协助扩散C.H+通过质子泵由线粒体基质进入膜间隙的方式为主动运输D.加入蛋白质变性剂会改变线粒体内膜对H+的运输速率
答案 B解析 线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,其上附着有多种酶,因此线粒体内膜的蛋白质与脂质的比值大于线粒体外膜,A项正确;丙酮酸通过线粒体内膜时,需要借助特异性转运蛋白,通过与H+(质子)协同运输的方式由膜间隙进入线粒体基质,消耗H+的浓度梯度势能,因此为主动运输,B项错误;H+(质子)通过质子泵由线粒体基质进入膜间隙是逆浓度梯度,且需要载体蛋白,所以运输方式为主动运输,C项正确;蛋白质变性剂会使蛋白质变性而失活,H+(质子)通过质子泵由线粒体基质进入膜间隙需要载体蛋白,所以运输速率会降低,D项正确。
3.[主动运输所需能量来自H+浓度梯度] 植物细胞膜上的质子泵、H+—蔗糖载体都能转运H+,如下图所示;质子泵能维持细胞外H+浓度高于细胞内,而H+—蔗糖载体在顺H+浓度将H+运入细胞的同时,逆蔗糖浓度将蔗糖分子运入细胞。下列有关叙述正确的是(　　)
A.质子泵与 H+—蔗糖载体的空间结构不同B.利用H+—蔗糖载体转运蔗糖时需要消耗ATPC.质子泵运输H+所需的ATP都来自线粒体D.H+—蔗糖载体对跨膜运输的物质不具有特异性
答案 A解析 质子泵与H+—蔗糖载体是具有不同功能的蛋白质,因此二者的空间结构不同,A项正确;利用H+—蔗糖载体转运蔗糖所消耗的能量来自H+的浓度梯度,B项错误;质子泵运输H+所需的ATP来自细胞质基质和线粒体,C项错误;H+—蔗糖载体对跨膜运输的物质具有特异性,D项错误。
4.[同种物质进入同一细胞的方式可不同]右图所示是水分子进入细胞的两种方式,下列有关叙述错误的是(　　)A.水通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质B.肾小管和集合管对水分的重吸收主要与水通道蛋白有关C.水通道蛋白还能允许一部分离子通过,该过程属于主动运输D.水分子通过水通道蛋白的运输属于被动运输,不需要细胞代谢供能
答案 C解析 水通道蛋白属于贯穿类蛋白质,A项正确;肾小管和集合管对水分的重吸收主要依赖于水通道蛋白的协助扩散,B项正确;水通道蛋白的作用具有专一性,其跨膜运输水分子的过程不需要细胞代谢供能,C项错误,D项正确。
5.[同种物质不同运输方式]下图表示小肠上皮细胞转运葡萄糖的过程,已知肠腔的葡萄糖浓度小于细胞内的葡萄糖浓度,细胞内的葡萄糖浓度大于组织液中的葡萄糖浓度,细胞内的Na+浓度
低于细胞外,葡萄糖依赖Na+形成的浓度差与Na+一起同向运输。下列相关叙述错误的是(　　)A.细胞中的葡萄糖进入组织液可不消耗能量B.图中Na+的转运依赖两种不同的动力C.一种物质可以有两种不同的运输方式D.钠—葡萄糖协同转运蛋白能同时运输葡萄糖和Na+,说明其不具有特异性