新教材高考生物一轮复习第2单元细胞的基本结构 细胞的物质输入和输出第3讲细胞的物质输入和输出课件

这是一份新教材高考生物一轮复习第2单元细胞的基本结构 细胞的物质输入和输出第3讲细胞的物质输入和输出课件，共60页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，②现象，2类型，实验流程，现象与结论，ACD，3温度等内容，欢迎下载使用。
1.阐明细胞膜具有选择透过性。2.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞,不需要额外提供能量;有些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。3.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。
1.通过列表法及图文结合方式比较自由扩散、协助扩散和主动运输的区别和联系,并能设计探究实验或据图分析某种物质的运输方式。2.构建各种跨膜运输的数学模型和温度、O2浓度对主动运输的影响曲线,加深对各种跨膜运输方式的理解。
第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
知识筛查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。(2)发生渗透作用的条件:一是具有半透膜,二是半透膜两侧存在浓度差。
2.动物细胞和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原理
易错易混有关渗透作用的3个易错点(1)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度,实质是指渗透压。如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等,但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小,故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(2)水分子的移动方向是双向的,但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。(3)只有活的、成熟的植物细胞才能发生质壁分离和质壁分离复原。
知识落实1.某兴趣小组用图甲所示装置研究渗透作用,a和b均为蔗糖溶液,c允许单糖通过。图乙所示为实验结果。下列说法正确的是(　　)A.烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度B.若t2时刻烧杯中加入蔗糖酶,则h最终将下降C.t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同D.若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶,则h将先上升后下降　
漏斗液面高于烧杯,说明漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中蔗糖溶液浓度,A项错误。若t2时刻烧杯中加入蔗糖酶,蔗糖被分解为单糖,烧杯内溶液浓度会先上升,由于c允许单糖通过,继而烧杯内溶液浓度会下降,则h将先下降后上升,B项错误。t2时刻半透膜两侧水分子进出速率相等,但是由于漏斗与烧杯的液面高度不同,所以膜两侧溶液浓度不相等,C项错误。若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶,蔗糖被分解为单糖,漏斗内溶液浓度会先上升,由于c允许单糖通过,继而漏斗内溶液浓度会下降,则h将先上升后下降,D项正确。
2.将红细胞分别放在等渗的NaCl和KCl溶液中一段时间,前者不会引发溶血现象(血细胞破裂)而后者会引发。导致这种现象发生的原因是(　　)A.Cl-大量进入红细胞引起红细胞吸水B.KCl溶液浓度大于红细胞的细胞质浓度C.K+大量进入红细胞引起红细胞吸水D.K+破坏了红细胞膜的选择透过性
将红细胞分别放在等渗的NaCl和KCl溶液中一段时间,前者不会引发溶血现象,说明Na+和Cl-没有大量进入红细胞;后者会引发溶血现象,说明K+大量进入红细胞引起红细胞吸水。
3.根据“探究植物细胞的吸水和失水”实验与下图判断,下列叙述错误的是(　　)A.发生质壁分离时,植物细胞失去的水分主要来自大液泡B.A/B的值越大,说明所滴加的蔗糖溶液浓度越大C.所滴加的蔗糖溶液浓度越大,该细胞的A越小D.A/B的值越大,说明细胞质壁分离程度越大
细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液,发生质壁分离时,植物细胞失去的水分主要来自大液泡,A项正确。A/B=细胞的长度/原生质体的长度,A的变化很小,所以A/B的值越大,说明原生质层与细胞壁之间的距离越大,则质壁分离程度越大,所滴加的蔗糖溶液浓度越大,B、D两项正确。题图中的A是从细胞的两端测量的,代表的是细胞的长度,由于细胞壁的伸缩性很小,所以A变化很小,几乎不变,C项错误。
知识筛查1.被动运输(1)概念: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.主动运输与胞吞、胞吐(1)主动运输①方向:逆浓度梯度,离子或分子从低浓度一侧运输到高浓度一侧。②条件:载体蛋白和能量。
③生理意义:主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中,通过主动运输来选择吸收所需要的物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质,从而保证细胞和个体生命活动的需要。
知识落实1.研究发现,水分子进入植物细胞的两种方式如右图所示。下列相关叙述错误的是(　　)A.图中不需要水通道蛋白的跨膜运输方式为自由扩散B.水分子通过水通道蛋白是顺浓度梯度进行的C.土壤溶液浓度过高时,植物只通过水通道蛋白失水D.根毛细胞的吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关
题图中不需要水通道蛋白的跨膜运输方式中水分子从高浓度一侧运输到低浓度一侧,不需要转运蛋白的协助,不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,为自由扩散,A项正确。水分子通过水通道蛋白从高浓度一侧运输到低浓度一侧,即是顺浓度梯度进行的,B项正确。土壤溶液浓度过高时,植物会通过自由扩散和协助扩散的方式失水,C项错误。根毛细胞的吸水能力取决于土壤溶液浓度与其细胞液浓度的差值,即与其细胞液中水的相对含量有关,D项正确。
2.钠—钾ATP酶(Na+/K+—ATPase)存在于大多数动物细胞膜上,能够利用ATP水解释放的能量,将细胞内的Na+泵出细胞外,而相应地将细胞外的K+泵入细胞内,从而维持膜内外一定的电化学梯度。该电化学梯度能驱动葡萄糖协同转运载体以同向协同转运的方式将葡萄糖等有机物转运至细胞内,然后由膜上的转运载体GLUT2转运至细胞外液,完成对葡萄糖的吸收。下图为人小肠上皮细胞吸收葡萄糖的过程示意图。
下列分析正确的是(　　)A.图示细胞吸收和释放Na+的方式均属于主动运输B.图示细胞吸收和释放葡萄糖的方式均属于协助扩散C.图示细胞的膜蛋白有催化、运输、信息交流等功能D.图示的Na+/K+—ATPase也存在于神经元的细胞膜上
题图所示细胞释放Na+由细胞内的低浓度到细胞外的高浓度,同时伴随着ATP水解,因此释放Na+的方式是主动运输,但吸收Na+的过程需要载体蛋白并由高浓度向低浓度转运,因此是协助扩散,A项错误。葡萄糖由肠腔转移到小肠上皮细胞是通过Na+形成的电化学梯度驱动的,由葡萄糖协同转运载体转运,是一种主动运输的方式,而通过GLUT2将细胞内的葡萄糖转移到细胞外液中的方式是协助扩散,B项错误。题图中所示的膜蛋白Na+/K+—ATPase能够催化ATP水解,并同时转运Na+和K+,因此具有催化作用和运输作用,但并未体现膜蛋白的信息交流功能,C项错误。Na+/K+—ATPase存在于大多数动物细胞中,负责转运Na+和K+,并同时水解ATP为其提供能量,维持细胞膜内外的电化学梯度,因此可推测该蛋白质也存在于神经元的细胞膜上,D项正确。
知识筛查1.实验原理(1)成熟的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)原生质层比细胞壁的伸缩性大得多。
4.特别提醒(1)本实验存在两组对照实验(2)本实验是高中生物学教科书中涉及“用显微镜观察”的实验中唯一“只在低倍镜下”(不换“高倍镜”)观察的实验。
知识落实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细胞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,第二次处理滴加的液体为质量浓度为0.3 g/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细胞中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液
在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,一般需要进行三次显微观察,第一次是对正常细胞的观察,第二次是对发生质壁分离细胞的观察,第三次是对发生质壁分离复原细胞的观察,三次观察均为低倍镜观察,A项错误。第一次处理滴加的液体为质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,观察质壁分离现象;第二次处理滴加的液体为清水,观察质壁分离复原现象,B项错误。紫色洋葱鳞片叶的内表皮细胞也会发生质壁分离,但其细胞液中不含色素,不容易观察,C项错误。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细胞中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液,D项正确。
2.下图表示紫色洋葱鳞片叶同一部位的外表皮细胞在蔗糖溶液或氯化钠溶液中质壁分离的情况。下列分析正确的是(　　)A.制作临时装片时都需要在载玻片上滴1~2滴生理盐水B.当两种溶液浓度为1.0 ml/L时,细胞均失水死亡C.洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度可能与0.2 ml/L的蔗糖溶液的相当D.宜选择浓度为0.8 ml/L的氯化钠溶液用于观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离与复原实验
当两种溶液的浓度为0.2 ml/L时,两种溶液中都没有发生质壁分离的细胞,当两种溶液的浓度稍大于0.2 ml/L时,两种溶液中开始出现发生质壁分离的细胞。这说明洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度可能与0.2 ml/L的蔗糖溶液的相当。
3.某班级为探究植物细胞外界溶液浓度与质壁分离程度的关系,用原生质层长度(b)与细胞长度(a)的比值(b/a)表示质壁分离程度,用不同浓度的NaCl溶液(标注为1~5号)进行实验,结果如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　)A.1号溶液可能是清水对照B.NaCl溶液的浓度从1号至5号逐渐升高C.2号溶液浓度已引起质壁分离D.外界溶液浓度越大,质壁分离程度越小
由于植物细胞存在细胞壁,当植物细胞吸水时,原生质层也不会大于细胞长度,而1号溶液中b/a值为1,表明植物细胞不发生失水,因此外界溶液可能是清水。NaCl溶液的浓度从1号至5号时,b/a值逐渐变小,植物细胞质壁分离程度越来越大,NaCl溶液的浓度逐渐升高。2号溶液中b/a值小于1,表明原生质层长度比细胞长度短,植物已发生质壁分离。在一定范围内,外界溶液浓度越大,质壁分离程度越大。
典型例题(不定项选择题)下页左上图为渗透作用实验示意图,开始时如图1所示,a代表清水,b、c代表蔗糖溶液(蔗糖不能透过半透膜),过一段时间后结果如图2所示,漏斗管内的液面不再发生变化,H1、H2表示漏斗管内液面与清水的高度差。下列说法正确的是(　　)A.图1中b的浓度大于c的浓度B.图2中b的浓度等于c的浓度C.图1 a中水分子扩散到b的速率大于a中水分子扩散到c的速率D.图2 a中水分子扩散到b的速率等于b中水分子扩散到a的速率
题图2漏斗中的液面不再变化,处于平衡状态,H1高于H2,所以题图2中b的浓度大于c的浓度。
整合构建1.常见渗透装置的图形分析(1)溶质不能透过半透膜的情况①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数,外观上表现为S1溶液液面上升;若S1溶液浓度小于S2溶液浓度,则情况相反,外观上表现为S1溶液液面下降。②在达到渗透平衡后,若存在如上图所示的液面差Δh,则S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度。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)溶质能透过半透膜的情况若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则最初单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的,随着溶质的扩散,最终S1溶液和S2溶液浓度相等,外观上表现为S1溶液液面先上升后下降,最终S1溶液和S2溶液液面持平;若S1溶液浓度小于S2溶液浓度,则情况相反。
2.渗透方向及浓度大小的判断(1)判断溶剂渗透的总方向①若半透膜两侧是同种溶液,根据质量浓度或物质的量浓度判定。②若半透膜两侧是不同的溶液,物质的量浓度才能体现溶质或溶剂分子数的多少,如半透膜两侧为质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液,则葡萄糖溶液一侧单位体积中葡萄糖分子数多(水分子数少),水分子由蔗糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。(2)判断半透膜两侧溶液浓度大小若渗透平衡后,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大。
3.渗透系统组成的实验探究甲、乙对比可说明渗透作用的发生必须具有半透膜;甲、丙对比可说明渗透作用的发生必须满足半透膜两侧存在浓度差。
训练突破1.右图为研究渗透作用的实验装置,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,水分子可以透过半透膜,而蔗糖分子则不能。漏斗内外起始时液面相平,当渗透达到平衡时,液面差为m。下列有关叙述正确的是(　　)A.渗透平衡时,S1溶液的浓度等于S2溶液的浓度B.若向漏斗中加入蔗糖分子,则平衡时m变小C.达到渗透平衡时,仍有水分子通过半透膜进出D.若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液,再次平衡时m将增大
漏斗内外起始时液面相平,液面差m的形成与漏斗内外的渗透压不同有关。当达到渗透平衡时,由于液面高的一侧形成的压强会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散,故S1溶液的浓度仍大于S2溶液的浓度,A项错误。若向漏斗中加入蔗糖分子会使半透膜两侧的浓度差变大,则平衡时m变大,B项错误。吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液,会导致漏斗内蔗糖溶液的渗透压减小,再次平衡时m将减小,D项错误。
2.下图中X、Y、Z分别为蒸馏水、质量分数为30%的葡萄糖溶液、质量分数为30%的淀粉溶液,且单糖能通过半透膜而二糖、多糖不能通过半透膜。下列相关叙述错误的是(　　)A.装置A的现象是左侧液面先下降后上升,最终左右液面持平B.若将装置A中左右两侧替换为等量的同浓度的蔗糖溶液,并向左右两侧分别加入相等且适量的蔗糖酶、淀粉酶,则左侧液面先升后降最后不变C.装置B烧杯中溶液液面下降的速率逐渐减缓D.装置B达到渗透平衡后,由于液面差的存在,水分子向半透膜两侧扩散的速率不同
装置A中X为蒸馏水、Y为质量分数为30%的葡萄糖溶液,一开始,由于装置A右侧溶液浓度高,水向右侧扩散的速率大于水向左侧扩散的速率,左侧液面下降;随着葡萄糖从右向左通过半透膜,左侧溶液浓度不断上升,左侧液面上升;最终当葡萄糖在左右两侧含量相同时,水向右侧扩散的速率等于水向左侧扩散的速率,左右液面持平,A项正确。由于酶具有专一性,蔗糖只能被蔗糖酶催化水解而不能被淀粉酶催化水解,左侧一分子蔗糖水解成两分子单糖,左侧溶液浓度上升,液面升高;随后单糖通过半透膜从左侧向右侧扩散,使左侧溶液浓度降低,液面下降;最终达到动态平衡,B项正确。装置B中Z溶液(质量分数为30%的淀粉溶液)浓度大于X溶液(蒸馏水)浓度,所以漏斗中溶液液面上升、烧杯中溶液液面下降,但随着液面差的增大,液柱对半透膜的压强阻碍了水分子向漏斗的扩散,使烧杯液面下降的速率逐渐减缓,C项正确。在达到渗透平衡后,水分子向半透膜两侧扩散的速率相同,D项错误。
典型例题右图甲和图乙反映物质进出细胞的方式。下列相关叙述正确的是(　　)A.抑制细胞呼吸,对图甲所示类型无影响,而对图乙所示类型有影响B.依据物质浓度梯度,只要是顺浓度梯度的运输就是图甲所示类型中的自由扩散C.依据是否需要转运蛋白,需要转运蛋白的运输就是图甲所示类型中的协助扩散D.甲和乙都属于跨膜运输
图甲表示自由扩散、协助扩散和主动运输;图乙表示胞吞和胞吐,其中主动运输、胞吞和胞吐均需要能量,故抑制细胞呼吸,对图甲和图乙所示类型均有影响,A项错误。自由扩散和协助扩散均是顺浓度梯度进行的,B项错误。需要转运蛋白的运输有协助扩散和主动运输,C项错误。
整合构建1.物质跨膜运输方式的比较
2.影响物质跨膜运输的因素(1)物质浓度(在一定的范围内)
(2)O2浓度(哺乳动物成熟红细胞的主动运输与O2无关)
知识延伸同一物质的不同运输方式
训练突破1.下图表示与自由扩散、协助扩散有关的图例或曲线。下列选项对应正确的是(　　)A.肺泡上皮细胞吸收氧气——①④B.人的成熟红细胞吸收葡萄糖——②③C.甘油进出细胞——①③D.肌肉细胞吸收水——②④
①②表示两种跨膜运输方式,分别是自由扩散、协助扩散;③④表示两种影响因素曲线,分别对应自由扩散、协助扩散。肺泡上皮细胞吸收氧气的方式是自由扩散,对应①③;人的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散,对应②④;甘油进出细胞的方式是自由扩散,对应①③;肌肉细胞吸收水的方式是自由扩散和协助扩散,对应①②③④。
2.下图甲、乙分别表示洋葱根尖在不同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 的速率。下列相关叙述错误的是(　　)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蛋白的数量有限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
洋葱根尖吸收 的方式是主动运输,吸收速率受能量、载体蛋白和底物浓度的影响。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而影响吸收速率,故此时主要影响因素是能量,A项正确。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蛋白的数量,B项正确。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项正确。D点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大,主要是因为载体蛋白的数量有限,D项错误。
3.图①表示葡萄糖、Na+和O2进出肝细胞的方式,图②、图③表示这些物质进出该细胞时,转运蛋白数量或O2浓度与运输速率的关系。下列说法错误的是(　　)A.葡萄糖进入该细胞的运输速率符合图②和图③B.Na+运出该细胞的运输速率符合图②,不符合图③C.O2进入该细胞的运输速率不符合图②,符合图③D.K+进入该细胞的方式和Na+运出该细胞的方式相同
O2浓度的高低在一定程度上可表示有氧呼吸的强弱,进而可表示能量的多少。由图①可知,葡萄糖进入肝细胞的方式是协助扩散,需要转运蛋白,不需要能量,符合图②和图③,A项正确。Na+运出肝细胞是从低浓度到高浓度,需要载体蛋白,可判断该运输方式为主动运输,需要能量,符合图②,其运输速率与O2浓度有关,不符合图③,B项正确。O2进入肝细胞的方式是自由扩散,不需要转运蛋白,不符合图②,但是与其自身的浓度有关,不符合图③,C项错误。K+进入肝细胞的方式是主动运输,和Na+运出该细胞的方式相同,D项正确。
4.水存在两种跨膜运输机制:一种是通过磷脂双分子层的自由扩散,另一种是通过专一的水通道蛋白跨膜运输。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,另一侧用吸水纸引流,显微镜下观察涨破的细胞数目。(1)实验目的: 　 。 (2)题中X是　 。 (3)若甲组和乙组涨破的细胞数目基本相同,说明　　　　　　　　;若甲组只有极少的细胞发生涨破,说明　　　　　　　　　　　　　　;若　  　,说明肾小管上皮细胞通过上述两种方式吸收水分。
答案:(1)探究肾小管上皮细胞细胞膜上水分子的运输方式或探究肾小管上皮细胞的吸水方式(合理即可)(2)等量的生理盐水(3)水通过肾小管上皮细胞细胞膜的方式是自由扩散　肾小管上皮细胞主要依赖水通道蛋白吸水　甲、乙两组均出现一定数量涨破的细胞,且甲组涨破的细胞数量比乙组少解析:题干给出了细胞吸水的两种方式:一种是通过磷脂双分子层的自由扩散,另一种是通过专一的水通道蛋白跨膜运输。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做处理的对照组进行探究。肾小管上皮细胞吸水的方式可能有三种情况:通过自由扩散吸收,通过水通道蛋白吸收,两种方式同时进行。依据实验结果,推断可能的运输方式。
典型例题引起50%左右的细胞发生初始质壁分离的浓度,称为细胞液的等渗浓度。某生物兴趣小组将剪成均等小块的洋葱表皮分别放入等量的下面各组溶液中,并记录实验结果见下表。下列相关叙述错误的是(　　)A.蔗糖溶液浓度小于0.3 ml/L时,洋葱表皮细胞不发生渗透作用B.该实验结果说明洋葱表皮细胞存在不同浓度的细胞液C.该洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度范围为0.5~0.6 ml/LD.为了更精确地测定洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度,可以设置更小蔗糖溶液的浓度梯度进行实验
蔗糖溶液浓度小于0.3 ml/L时,洋葱表皮细胞没有发生质壁分离,但不是没有发生渗透作用,在低浓度的溶液中细胞会吸水。洋葱表皮细胞在同一浓度(如0.4 ml/L)的蔗糖溶液中发生细胞质壁分离的情况不同,说明洋葱表皮细胞存在不同浓度的细胞液。根据题干信息和表格数据可知,该洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度范围为0.5~0.6 ml/L。为了更精确地测定洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度,可以设置更小蔗糖溶液的浓度梯度进行实验。
整合构建1.巧判细胞能否发生质壁分离和复原(1)从细胞角度分析①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离与质壁分离复原。②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离与质壁分离复原。(2)从溶液角度分析①在溶质不能透过原生质层的一定浓度的溶液中只会发生质壁分离,不能自动复原,如质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。②在溶质能透过原生质层的一定浓度的溶液中可发生质壁分离后自动复原,如KNO3溶液、甘油等。③在高浓度溶液中可发生质壁分离,但不会发生质壁分离复原。
2.植物细胞质壁分离及质壁分离复原的拓展应用(1)判断成熟植物细胞是不是活细胞
(2)测定细胞液浓度范围待测成熟植物细胞+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)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度不同成熟植物细胞+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)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
训练突破1.(2023全国甲卷)探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验,探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后,外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是(　　)
用30%蔗糖溶液处理后,细胞失水导致原生质体和液泡的体积都减小,细胞液浓度增大;用清水处理后,细胞吸水,原生质体和液泡的体积都增大,细胞液浓度减小,A、B两项错误。当蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞失水,原生质体和液泡的体积减小,细胞液浓度增大,C项正确,D项错误。
2.某实验小组在室温条件下,将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于一定浓度的某溶液中,测得细胞液浓度与该溶液浓度的比值(P值)随时间的变化曲线如右图所示。下列相关叙述错误的是(　　)A.该溶液可以是一定浓度的KCl溶液B.细胞在t1时刻开始从外界溶液中吸收溶质C.t1~t2时间段内,液泡体积有所增大D.若降低温度,则t1~t2时间段会变长
由题图可知,细胞液浓度与该溶液浓度的比值(P值)随时间的变化逐渐增大,最后趋于稳定,即细胞液浓度不断增加,且最后是外界溶液浓度的三倍,说明在该溶液中细胞先不断失水,之后溶质分子进入液泡,导致细胞液浓度高于该溶液,因此该溶液可以是一定浓度的KCl溶液,A项正确。细胞在t1时刻之前就已经开始从外界溶液中吸收溶质,B项错误。t1~t2时间段内,细胞液浓度大于该溶液浓度,则细胞吸水导致液泡体积有所增大,C项正确。若降低温度,该溶液中的溶质分子进入细胞的速度会降低,则t1~t2时间段会变长,D项正确。
高考真题剖析【例题】 (2022全国甲卷)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
核心素养考查点剖析:本题以文字信息为载体,主要考查植物细胞的吸水和失水,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。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。
典题训练1.(2023全国甲卷)物质输入和输出细胞都需要经过细胞膜。下列有关人体内物质跨膜运输的叙述,正确的是(　　)A.乙醇是有机物,不能通过自由扩散方式跨膜进入细胞B.血浆中的K+进入红细胞时需要载体蛋白并消耗ATPC.抗体在浆细胞内合成时消耗能量,其分泌过程不耗能D.葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞
乙醇属于脂溶性物质,与细胞膜中的磷脂相似相溶,通过自由扩散的方式进入细胞,A项错误。血浆中K+含量低,红细胞内K+含量高,K+逆浓度梯度进入红细胞,该物质跨膜运输方式为主动运输,需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,B项正确。抗体为分泌蛋白,其分泌方式为胞吐,需要消耗能量,C项错误。葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输,进入哺乳动物成熟红细胞的方式为协助扩散,D项错误。
下列说法正确的是(　　)
3.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储存在液泡中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
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K+跨膜运输需要转运蛋白的协助,自由扩散不需要转运蛋白的协助,A项正确。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项正确。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储存在液泡中,C项正确。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,可以分解成氧和H+,D项错误。
4.(2023湖南卷)盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平,影响H2O2的跨膜转运,如下图所示。下列叙述错误的是(　　)A.细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制,促进H2O2外排,从而减轻其对细胞的毒害C.敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力D.从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径
由题图可以看出,PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,H2O2从膜外运向膜内的速率大于从膜内运向膜外的速率,即PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,抑制了H2O2外排,所以细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的,A项正确,B项错误。敲除AT1基因或降低其表达,AT1蛋白就不能抑制PIP2s蛋白磷酸化,则盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2外排的速率大于内流的速率,可减轻H2O2对细胞的毒害作用,提高禾本科农作物的耐盐碱能力,C项正确。逆境胁迫下可以生存的物种往往含有抵抗逆境的基因,将该类基因通过基因工程技术导入农作物体内可提高农作物的抗逆性,D项正确。
5.(2021湖南卷)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.物质的量浓度为1 ml/L的NaCl溶液和物质的量浓度为1 ml/L的蔗糖溶液的渗透压大小相等
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过度失水而死亡,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,而原生质层包括细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质,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,不断吸水,导致细胞液的浓度逐渐降低,与外界溶液浓度差减小,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,物质的量浓度为1 ml/L的NaCl溶液和物质的量浓度为1 ml/L的葡萄糖溶液的渗透压不相同,NaCl溶液的渗透压高于葡萄糖溶液,D项错误。
6.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右图所示(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。请设计实验确定哪名同学的判断正确。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的方式(2)转运蛋白的数量饱和(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,其余条件相同且适宜,培养一段时间后,分别测定根细胞对B物质的吸收速率。预期结果及结论: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