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1专题2-3细胞的物质输入与输出【考情分析】1.物质出入细胞的方式(Ⅱ)2．实验：通过模拟实验探究膜的透性3．实验：观察植物细胞的质壁分离和复原通过分析不同物质跨膜运输实例，归纳物质跨膜运输的类型和特点，理解细胞内的物质运输与能量供应的关系。通过实验设计与实验结果，分析植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验。【核心素养分析】生命观念：理解细胞内物质运输与能量供应的关系科学思维：分析不同物质跨膜运输实例，归纳跨膜运输的方式与特点；模型与建立：建立渗透作用的实验模型科学探究：设计实验探究膜的透性；分析植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验社会责任：根据渗透作用和物质运输的原理指导灌溉和施肥【重点知识梳理】知识点一物质跨膜运输的实例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)渗透作用产生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。2．动、植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水②现象外界溶液浓度细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀；外界溶液浓度细胞质浓度⇒细胞失水皱缩；外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出平衡。【易错辨析】半透膜与选择透过性膜的比较a．区别：半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小；选择透过性膜是具有活性的生物膜，载体蛋白的存在决定了其对不同物质吸收的选择性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透2过性丧失。b．共性：都允许水分子自由通过，而不允许生物大分子通过。(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)①原理②现象a．当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过渗透作用失水，植物细胞就发生质壁分离现象。b．将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度大于外界清水，植物细胞吸水，发生质壁分离复原现象。3．物质跨膜运输的其他实例(1)植物对无机盐离子的吸收①不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异。②同种植物对不同无机盐离子的吸收也有差异。(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收是逆(填“逆”或“顺”)浓度梯度进行的。(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异性。【重点突破】1．渗透作用原理的应用(1)验证渗透作用发生的条件(2)比较不同溶液浓度的大小比较项目漏斗内烧杯内3溶液浓度MN现象及结论①若漏斗内液面上升，则MN②若漏斗内液面不变，则M＝N③若漏斗内液面下降，则MN(3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)烧杯内盛淀粉溶液漏斗内盛碘液结论变蓝不变蓝碘能通过半透膜，而淀粉不能不变蓝变蓝淀粉能通过半透膜，而碘不能变蓝变蓝淀粉和碘都能通过半透膜不变蓝不变蓝淀粉和碘都不能通过半透膜2.成熟植物细胞和外界溶液形成的渗透系统与渗透作用模型的比较项目渗透作用模型植物细胞与外界溶液形成的渗透系统图解基本条件半透膜、浓度差原生质层——相当于半透膜；浓度差——细胞液与外界溶液之间的浓度差原理水分子通过半透膜的扩散作用水分子通过原生质层在细胞液与外界溶液之间发生扩散水扩散总趋势低浓度溶液→高浓度溶液知识点二物质出入细胞的方式及影响因素1．各种物质出入细胞方式的比较物质出入细胞的方式被动运输主动运输胞吞胞吐自由扩散协助扩散4图例运输方向高浓度→低浓度低浓度→高浓度胞外→胞内胞内→胞外是否需要载体否是是否是否消耗能量否否是是举例O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯的跨膜运输人的红细胞吸收葡萄糖小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等吞噬细胞吞噬抗原胰岛素、消化酶、抗体的分泌【特别提醒】(1)从低浓度一侧向高浓度一侧运输一定是主动运输，因为逆浓度梯度运输需要消耗能量。(2)同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同，如红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输。(3)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也可通过协助扩散进出细胞。(4)RNA和蛋白质等大分子物质通过核孔进出细胞核，而不是通过胞吞、胞吐作用。2．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，原因是受载体蛋白数量的限制。(2)载体蛋白数量对跨膜运输的影响5载体蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，协助扩散载体蛋白数量越多，运输速率越大；主动运输中载体蛋白数量达到一定程度后运输速率不再增加，可能原因是受能量供应限制。自由扩散不受载体蛋白数量的影响。(3)氧气含量对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。①P点时：无氧呼吸为物质的运输提供能量。②PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率越大。③Q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。(4)温度知识点三观察植物细胞的质壁分离和复原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，细胞能渗透吸水和失水。(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大。2．实验步骤3．现象与结论6【对比分析】(1)本实验存在两组对照实验(2)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液。这是由于细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗出来。【典型题分析】高频考点一考查渗透作用的原理及条件例1.（2019·浙江选考·9）哺乳动物细胞在0．9%NaCl溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度NaCl溶液中，一段时间后制作临时装片，用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是A．在高于0．9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离B．在0．9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞C．在低于0．9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂D．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【答案】C【解析】在高于0．9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩，但红细胞无细胞壁结构，故不会发生质壁分离，A选项错误；在0．9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于水分子进出细胞膜达到动态平衡，而不是没有水分子进出细胞，B选项错误；在低于0．9%NaCl溶液中，红细胞会吸水甚至导致涨破，C选项正确；渗透是指水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的扩散，D选项错误。【举一反三】(2017·全国卷Ⅱ)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是()7A．0～4h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内B．0～1h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等C．2～3h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D．0～1h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压【答案】C【解析】本题考查渗透作用、植物细胞的吸水与失水。0～4h内，开始一段时间内，原生质体的相对体积逐渐减小，说明细胞液浓度小于物质A溶液的浓度，当原生质体相对体积达到最小后又逐渐增大，说明部分物质A通过细胞膜进入细胞内，使细胞液浓度增大，从而使细胞吸水，表现为原生质体相对体积逐渐增大，A错误；因细胞壁的伸缩性较小，而原生质体的伸缩性较大，故0～1h内细胞体积的变化量小于原生质体体积的变化量，B错误；据图可知，2～3h内，原生质体的相对体积增大，表明细胞吸水，此时物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C正确；0～1h内，原生质体的相对体积减小，表明细胞失水，此时液泡中液体(细胞液)的渗透压小于细胞质基质的渗透压，细胞质基质的渗透压又小于物质A溶液的渗透压，D错误。【变式探究】(2020·湖南省常德市检测)如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，溶液S1的浓度等于溶液S2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8【答案】C【解析】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，即渗透平衡时，溶液S1的浓度大于溶液S2的浓度，A错误；向漏斗中加入蔗糖分子半透膜两侧浓度差变大，则平衡时m变大，B错误；吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，会导致漏斗内的蔗糖溶液的渗透压减小，再次平衡时m将减小，D错误。高频考点二考查动植物细胞的吸水和失水例2.（2020·课标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、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。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浓度升高B.若测得乙糖溶液浓度不变，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】由题干信息可知，叶细胞与溶液之间无溶质交换，而甲组的甲糖溶液浓度升高，则可能是由于叶细胞的细胞液浓度大于甲糖溶液物质的量浓度，引起了细胞吸水，A正确；若乙糖溶液浓度不变，说明乙糖溶液物质的量浓度与叶细胞的细胞液浓度相等，叶细胞净吸水量为零，B正确；若乙糖溶液浓度降低，说明细胞失水，叶肉细胞可能发生了质壁分离，C正确；若乙糖溶液浓度升高，说明乙糖溶液物质的量浓度低于叶细胞的细胞液浓度，细胞吸水，而乙糖溶液的物质的量浓度约为甲糖溶液的2倍，因此叶细胞的净吸水量应是乙组小于甲组，D错误。故选D。【举一反三】(2018·高考全国卷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NO－3B．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】在酸性土壤中，小麦不能吸收利用土壤中的N2，A错误；农田适时松土可以增加土壤中的氧气，增强农作物根系的有氧呼吸，有利于农作物根细胞通过主动运输的方式对矿质元素进行吸收，B正确；土壤微生物可以将秸秆中的有机物分解成无机离子等，植物的根系能吸收这些无机离子用于生命活动，C正确；9给玉米施肥过多时，土壤渗透压升高，当其高于玉米根的细胞液渗透压时，玉米会因根系水分外流而出现“烧苗”现象，D正确。【方法技巧】(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。【变式探究】(2020·四川成都模拟)将a、b、c三组红细胞分别置于不同浓度的氯化钠溶液中进行实验，浸泡一段时间后其细胞形态如图所示。下列叙述错误的是()A．图中所示细胞内液的渗透压，a组的比b组的高B．浸泡过程中a组细胞失水量小于c组细胞失水量C．若向a组烧杯中加入少量葡萄糖，则其细胞可能会皱缩后恢复原状D．上述实验中引起细胞形态的改变而消耗ATP的数量比较：cba【答案】D【解析】由图可知：红细胞浸入a溶液中保持正常形态，说明a溶液浓度等于细胞内液的溶质浓度；红细胞浸入b溶液中吸水膨胀，说明b溶液浓度小于细胞内液的溶质浓度；红细胞浸入c溶液中失水皱缩，说明c溶液浓度大于细胞内液的溶质浓度。因此，a、b、c溶液浓度大小：bac。根据分析可知，图中所示a组细胞内液的溶质浓度比b组的高，A正确；根据分析可知，b溶液浓度细胞内液的溶质浓度c溶液浓度