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第7讲物质的跨膜运输【考纲解读】最新考纲细解考点核心素养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1.说出发生渗透作用的条件2.说明细胞的吸水和失水并能解释生产和生活中发生的渗透现象3.说明植物细胞发生质壁分离的原理和过程4.举例说明自由扩散、协助扩散和主动运输的特点5.说明影响自由扩散、协助扩散和主动运输的因素6.说明大分子物质出入细胞的方式及特点7.根据渗透作用和物质出入细胞的方式解释生产和生活中的问题1.生命观念——物质与能量观:理解细胞内物质运输与能量供应的关系2.科学思维——归纳与演绎: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3.科学探究——设计实验与结果分析: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4.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考点一细胞的吸水和失水研析教材内化基本概念1.渗透作用原理(1)发生渗透作用的条件①;具有半透膜②。(2)渗透作用的实质:单位时间由清水进入蔗糖溶液中的水分子由蔗糖溶液进入清水中的水分子,导致蔗糖溶液液面。膜两侧溶液具有浓度差多于上升2.动物细胞的吸水和失水细胞膜(1)原理半透膜：度差：与外界溶液之的度差浓间浓细胞质(2)现象外界溶液度＞胞度，胞，胞形不，胞吸水膨浓细质浓细细态变细胀失水皱缩外界溶液浓度=细胞质浓度外界溶液浓度＜细胞质浓度3.植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构全透性小细胞质原生质层(2)原理和现象①当时,细胞失水,发生现象。②当时,细胞吸水,失水的细胞发生现象。外界溶液浓度细胞液浓度质壁分离外界溶液浓度细胞液浓度质壁分离复原【深挖教材】(1)渗透作用与扩散作用有何区别?提示:渗透作用的发生必须有半透膜或选择透过性膜,扩散作用则不一定有膜的参与,扩散作用适用于各种物质,渗透作用仅指溶剂分子。(2)渗透作用中,膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度吗?提示:不是,溶液浓度指物质的量浓度。思考探究培养科学思维1.两种装置的渗透作用分析A、B分别表示渗透作用装置,据图探究下列问题:(1)据水分的流动方向判断:渗透达到平衡,半透膜两侧的水分子(填“是”或“不是”)静止不动的;图A中当溶液浓度S1(填“”或“”)S2时,流向S1的水分多于流向S2的水分,水分就通过半透膜由S2流向S1;当溶液浓度S1S2(填“”或“”)时,流向S2的水分多于流向S1的水分,水分就通过半透膜由S1流向S2。不是(2)据溶液的浓度大小判断:Δh不变时,S1、S2浓度的大小关系为:S1S2(填“”或“”)(S1、S2中溶质不能通过半透膜),原因是液面高的一侧形成的压强会阻止水分由浓度一侧向高浓度一侧扩散。低(3)在B图所示的U形玻璃管内,左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。初始时两管中液面相平,假设溶质分子不能透过半透膜。①一段时间后,两管中液面的变化为:左管液面,右管液面。(填“升高”“降低”或“不变”)②如同时向两管内加入等量的麦芽糖酶,两管中液面的变化分别为:左管液面,右管液面,最后。升高降低下降上升稳定在一定高度2.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?提示:a对应①细胞液,b对应⑥原生质层,c对应外界溶液。【深度思考】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。剖析题型提升核心素养题型一渗透作用现象分析1.(2018·山东潍坊期末)下列现象与渗透作用的关系密切程度最小的是()A.施肥过多导致烧苗B.蜜饯可以防腐C.人体静脉注射生理盐水D.根毛细胞吸收K+解析:施肥过多导致烧苗是因为土壤溶液的浓度过大,细胞通过渗透作用失水。蜜饯可以防腐是因为高浓度的糖使菌类失水,菌类不能繁殖。静脉注射生理盐水是防止人体细胞失水或吸水。根毛细胞吸收K+是主动运输过程,与渗透作用关系密切程度最小。D2.(2018·湖南常德检测)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;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;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。C题后提升有关渗透作用的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%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)水分子的运输特点:无论细胞吸水或失水,水分子的移动方向都是双向的。(3)渗透平衡≠浓度相等。渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态,既不可看作没有水分子移动,也不可看作两侧溶液浓度相等。题型二动物细胞的吸水和失水3.(2018·山东聊城一模)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)而后者会出现。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内溶液浓度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解析: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;后者会出现溶血现象说明K+大量进入红细胞引起红细胞吸水。C4.(2019·四川成都模拟)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:cbaD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组细胞内液的渗透压比b组的高;b溶液浓度细胞内液的溶质浓度c溶液浓度,故浸泡过程a组细胞失水量小于c组细胞失水量;若向a组烧杯加入少量葡萄糖,则由于外界溶液浓度较高,细胞可能发生先失水,而后由于葡萄糖进入细胞使得细胞内液的溶质浓度增大,导致细胞吸水;上述实验中引起细胞形态的改变是由于水分子的运输,为自由扩散,不消耗ATP分子。题型三植物细胞的吸水和失水5.(2017·全国Ⅱ卷)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()A.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C解析:由图可知,原生质体先失水发生质壁分离,1.5h后又开始发生质壁分离复原,说明物质A进入细胞;0～1h内细胞失水,由于原生质层的收缩性大于细胞壁,因此原生质体体积的变化大于细胞体积的变化;2～3h原生质体表现吸水,说明细胞液的浓度大于外界溶液的浓度;0～1h内原生质体表现失水,而水分移动的方向总是由渗透压小的液体移动到渗透压大的液体,因此液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压。6.(2018·山东菏泽期中)某生物兴趣小组用形态和生理状况相似的某植物叶片下表皮细胞为材料,进行了如下实验,实验过程中相关细胞都保持生理活性,结果如下表所示。下列分析错误的是()D实验组别abcdef蔗糖溶液浓度(g/mL)0.250.300.350.400.450.50实验前细胞长度/实验后细胞长度0.700.800.901.051.101.15A.实验过程中水分子通过自由扩散的方式进出细胞B.随着蔗糖溶液浓度的升高,表皮细胞长度逐渐变小C.实验后,c组液泡中的溶质浓度高于b组D.实验后,f组表皮细胞细胞液的渗透压低于d组解析:水分子进出细胞的方式是自由扩散;根据表格分析可知,随着蔗糖溶液浓度的增加,实验前细胞长度/实验后细胞长度一直增加,由于实验前的细胞长度是一定的,所以说明实验后表皮细胞长度逐渐变小;根据以上分析可知,实验后c组的细胞长度小于b组,说明c组细胞中液泡的吸水量小于b组;根据以上分析可知,实验后f组的细胞长度最小,细胞失水最多,所以其渗透压最高。考点二实验:观察植物细胞的质壁分离和复原实验基础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)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。细胞液大得多2.实验步骤中央大液泡0.3g/mL紫色中央液泡3.实验现象及结论(1)现象(2)结论:成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统并发生渗透作用。当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞;当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞。失水吸水重点透析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,植物细胞吸水能力逐渐增强;质壁分离复原过程中,外界溶液浓度小于细胞液浓度,植物细胞吸水能力逐渐减弱。(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↓镜检生壁分离活胞不生壁分离死胞发质细发质细(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)。题型演练题型一实验原理步骤和实验结果观察1.(2014·全国Ⅰ卷)下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述,错误的是()A.与白色花瓣相比,采用红色花瓣有利于实验现象的观察B.用黑藻叶片进行实验时,叶绿体的存在会干扰实验现象的观察C.用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同D.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素,有利于实验现象的观察解析:红色花瓣的色素存在于液泡中,便于观察细胞的质壁分离现象。用黑藻叶片进行质壁分离实验时,能够以叶绿体为标志观察到原生质体的收缩,有利于实验现象的观察。由于不同部位的细胞液浓度不同,故用同一浓度的蔗糖溶液做实验,观察到