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细胞的物质输入和输出第1讲物质跨膜运输的实例一、细胞的吸水与失水1.原理:渗透作用。2.条件 具有半透膜膜两侧具有浓度差3.动物细胞的吸水和失水(以红细胞为例:红细胞膜相当于一层半透膜)。(1)当外界溶液浓度小于细胞质浓度时,细胞吸水膨胀。(2)当外界溶液浓度大于细胞质浓度时,细胞失水皱缩。(3)当外界溶液浓度等于细胞质浓度时,水分进出平衡。4.植物细胞的吸水和失水。(1)成熟植物细胞的结构。 ①外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞失水,发生质壁分离现象。②外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞吸水,发生质壁分离复原现象。(3)质壁分离的原因。①外因:细胞液浓度小于外界溶液浓度,细胞通过渗透作用失水;②内因:细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。(2)原理和现象。时间测量马铃薯条的长度。下图显示马铃薯条在不同浓度溶液中长度改变的百分率。下列相关叙述错误的是 ()。 即时训练1(2012·北京崇文摸底)把数条5cm长的马铃薯条分别浸在蒸馏水和不同浓度的蔗糖溶液中,每隔一段A.马铃薯条通过渗透吸(失)水改变其长度B.在0.10mol/L蔗糖溶液中马铃薯细胞质壁分离C.马铃薯细胞液浓度相当于0.30mol/L的蔗糖溶液D.在0.40mol/L蔗糖溶液中马铃薯细胞失水皱缩答案:B解析:据图分析,马铃薯条浸在0.30mol/L的蔗糖溶液中其长度基本不变,说明马铃薯细胞液浓度相当于0.30mol/L的蔗糖溶液。浸在低于0.30mol/L的蔗糖溶液中,马铃薯细胞通过渗透作用吸水膨胀,其长度增加;浸在高于0.30mol/L的蔗糖溶液中,马铃薯细胞通过渗透作用失水皱缩,质壁分离,其长度缩短。 即时训练2下列有关植物细胞质壁分离和复原实验的改进措施中,能增强实验效果的是()。A.用质量浓度为0.5g/mL的蔗糖溶液B.材料用色彩鲜艳的花瓣C.用质量浓度为0.2g/mL的KNO3溶液D.材料用洋葱根尖分生区答案:B胞能通过主动运输吸收K+和N ,因此质壁分离发生后可自动复原,不利于实验的观察;D项,洋葱根尖分生区细胞无液泡,不进行渗透吸水,无法观察到细胞质壁分离和复原现象。3O解析:A项,蔗糖溶液浓度过高,可导致细胞失水过多而死亡;C项,因细二、物质跨膜运输的其他实例1.对无机盐的吸收实例(1)水稻和番茄对同一离子的吸收量不同。(2)水稻和番茄对不同离子的吸收量不同。(3)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以逆相对含量梯度从血液中吸收碘。(4)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。2.生物膜的特性物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的,而且细胞对物质的输入和输出有选择性。即细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。这种膜可以让水分子自由通过,一些离子和小分子也可以通过,而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。B.K+进入人体成熟红细胞的速度与O2浓度无关C.主动运输、胞吞和胞吐均需要消耗能量D.在静息状态下,神经细胞不再进行葡萄糖的跨膜运输答案:D 即时训练3(2012·南昌二中月考)下列关于物质跨膜运输的叙述不正确的是()。A.Na+既可顺浓度梯度运输也可逆浓度梯度运输解析:人成熟的红细胞中没有线粒体只能进行无氧呼吸产生乳酸,所以呼吸强度和O2浓度无关,即K+运输速率和O2浓度无关。无论是静息状态,还是兴奋状态,神经细胞都要不断地从细胞外吸收葡萄糖,以保证细胞内能源物质的充足供应。 即时训练4下图实验装置的玻璃槽中是蒸馏水,半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液,一定时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是()。A.漏斗中液面开始时先上升,加酶后,再上升,后又下降B.在玻璃槽中会测出蔗糖和蔗糖酶C.漏斗中液面开始时先下降,加酶后一直上升D.在玻璃槽中会测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶答案:A解析:实验开始时,蔗糖不能透过半透膜,所以单位时间内通过半透膜渗透进入长颈漏斗中的水分子数比渗透出来的多,漏斗内液面上升;而加入酶后,漏斗内溶液浓度进一步增大,故漏斗液面再上升。可随着蔗糖酶将蔗糖分解为单糖,而单糖分子能透过半透膜进入玻璃槽中,使玻璃槽内液体浓度升高,此时,水分从长颈漏斗内渗出的较多,漏斗内液面下降。1.渗透作用发生的条件一是具有半透膜,二是半透膜两侧的溶液存在着浓度差。即一个完整的渗透系统由两个溶液体系以及之间的半透膜构成。考点一对渗透系统的理解渗透作用模型植物细胞渗透系统图解 组成条件半透膜物理性过滤膜(如玻璃纸)原生质层相当于半透膜浓度差半透膜两侧的溶液体系(S1,S2)细胞液(S1)与外界溶液(S2)之间2.成熟的植物细胞与渗透模型的比较渗透作用发生S1S2水分S1→S2;液面下降细胞失水;可发生质壁分离S1S2水分S2→S1;液面上升细胞吸水;可发生质壁分离复原S1=S2水分进出平衡,液面不变细胞既不吸水也不失水提示①漏斗内外液面差的大小决定于起始S1和S2的浓度差②达到平衡后,只要存在液面差,此时的S1和S2仍存在浓度差,以维持液面高度差产生的压强动物细胞也是一个渗透系统,其中细胞膜相当于半透膜,当细胞质与外界溶液存在浓度差时,也会发生渗透失水或吸水,甚至出现吸水胀破现象 易错提示半透膜与选择透过性膜的比较半透膜是无生命的物理性膜,是指某些可以透过而另一些不能透过的多孔性薄膜,物质能否通过取决于分子的大小。选择透过性膜是具有生命的生物膜,载体的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。【例1】图甲表示物质扩散的图解,乙和丙的设计是证明图甲物质扩散成立的实验装置。下列有关叙述中正确的是()。 A.图乙中水柱a将持续上升B.图乙中水柱a将保持不变C.图丙中水柱b将保持不变D.图丙中水柱b将先上升后下降解析:由题图可知淀粉不能通过半透膜,而葡萄糖可以通过。图乙中水通过半透膜进入漏斗中,所以会导致水柱a上升(但不会持续上升)。而图丙中开始阶段水进入漏斗中,导致b水柱上升,但由于同时葡萄糖进入清水中,最后半透膜两侧的溶液浓度会相等,所以最终状态应是恢复到原来液面相平的状态。答案:D1.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Si4+的培养液中培养,结果及分析如右。考点二物质跨膜运输的其他实例种无机盐离子的吸收也有差异,说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性。(2)番茄吸收Ca2+、Mg2+多,吸收Si4+少,水稻吸收Si4+多,而吸收Ca2+、Mg2+少,从营养学的角度讲番茄的补钙效果比水稻好。(3)水稻吸收水的相对速度比吸收Ca2+、Mg2+大,造成培养液中Ca2+、Mg2+浓度上升;番茄吸收水的相对速度比吸收Si4+大,造成培养液中Si4+浓度上升。(1)不同植物对同一种无机盐离子的吸收有差异,同一种植物对不同2.微生物吸收无机盐离子的特点不同微生物对不同无机盐离子的吸收表现出较大的差异。(1)不同微生物的细胞膜结构有一定的差异。(2)不同微生物对无机盐离子的吸收有选择性。(3)不同微生物对各种无机盐离子的需要量不同。3.实例分析结论(1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。(2)物质跨膜运输并不都是顺相对浓度梯度的,而且细胞对于物质的输入和输出有选择性。 易错提示物质跨膜运输具选择性的原因(1)直接原因:不同细胞的细胞膜上载体蛋白的种类与数量不同。(2)根本原因:控制膜载体蛋白形成的基因(DNA分子)的特异性所决定。【例2】(2012·山东潍坊模拟)用含有各种必需元素的溶液培养大麦。实验分两组,一组在光下,另一组在黑暗中,48h后测定几种离子的浓度。下表为实验结束时溶液中离子的浓度占实验开始时离子浓度的百分比,根据表中数据不能得出的结论是()。实验条件水分消耗/mLCa2+/%K+/%Mg2+/%在光照条件下109013527179在黑暗环境中43510535113A.大麦在光照条件下吸收钾离子的相对速度比吸收水的相对速度快B.大麦在黑暗环境中吸收镁离子的相对速度比吸收水的相对速度慢C.大麦根细胞膜上运输钾离子的载体比运输钙离子的载体少D.大麦根细胞吸收无机盐离子的速度受光照影响解析:本题解题的关键是分析表中数据,从而正确地得出结论。实验结束时溶液中离子的浓度占实验开始时离子浓度的百分比,若小于100%,则表示吸收该离子的相对速度大于吸收水的相对速度。大麦根细胞膜上运输钾离子的载体数比运输钙离子的载体数多,所以运输的钾离子数较多。光照和黑暗条件下,吸收同种离子的速度不同,故大麦根细胞吸收离子的速度受光照影响。答案:C