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第6讲物质跨膜运输的实例与方式[考纲要求]1.物质出入细胞的方式(Ⅱ)。2.实验：(1)通过模拟实验探究膜的透性；(2)观察植物细胞的质壁分离和复原。考点一物质跨膜运输的实例1．渗透系统(1)组成：一个完整的渗透系统，由两个溶液体系以及两者之间的半透膜组成。(2)渗透作用产生的条件条件→有一层________→半透膜两侧的溶液具有________半透膜浓度差2．动、植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水①②现象a．外界溶液浓度＜细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀。b．外界溶液浓度＞细胞质浓度⇒细胞__________。c．外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出平衡。失水皱缩细胞膜细胞质(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现象a．当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过__________失水，植物细胞就发生__________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______外界清水，植物细胞就吸水，发生______________现象。渗透作用质壁分离大于质壁分离复原3．物质跨膜运输的其他实例(1)科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2＋、Mg2＋和SiO4－4的培养液中培养，结果及分析如下：①实验结果a．不同植物对________________的吸收有差异。b．同种植物对________________的吸收也有差异。②实验结论：______________________________________。同种无机盐离子不同无机盐离子植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性(2)生物膜的功能特点注意：细胞膜的结构特点(流动性)≠功能特性(选择透过性)。选择透过性不被选择的离子和小分子1．渗透作用发生现象的分析溶质分子不能通过半透膜(如蔗糖)(1)当S1浓度S2浓度时，由S2→S1的水分子数多于S1→S2的水分子数，S1液面上升。(2)当S1浓度S2浓度时，由S1→S2的水分子数多于S2→S1的水分子数，S1液面下降。注意：(1)水分子的移动方向：双向移动，但最终结果是从单位体积内水分子数多(低浓度)的溶液流向单位体积内水分子数少(高浓度)的溶液。(2)若S1浓度S2浓度，在达到渗透平衡后，只要存在液面差Δh，则S1溶液的浓度仍大于S2溶液的浓度。(3)溶质分子能通过半透膜(如K＋、NO－3)当S1浓度S2浓度时，S1液面先上升，然后下降，最终半透膜两侧液面平齐。2．渗透作用模型和成熟植物细胞与外界溶液形成的渗透系统比较注意：要把原生质层看作是一层半透膜，研究两侧的溶液，即细胞膜以外的液体是细胞外溶液，液泡膜以内的为细胞液。也就是细胞膜与细胞壁之间的液体也是细胞外溶液。3．半透膜与选择透过性膜的比较(1)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生命的生物膜，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，其选择透过性丧失。(2)共性：都允许水分子自由通过，而不允许生物大分子物质通过。[教材对接高考]1．(2018·高考全国卷Ⅰ，T3C)给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象。()探源：必修1P63文字信息及图4－3。2．(高考全国卷Ⅰ，T3A)吸收不同矿质元素离子的速率都相同。()探源：必修1P63“资料分析”。3．[必修1P64拓展题]说出作物轮作的生物学意义。√×提示：作物对矿质元素吸收具有选择性，如果长期在同一块田里种植同种作物，某些元素的含量会下降，就会影响作物的产量。思维探究1．某细胞如果类似于教材必修1P61图4－2所示，能否作为观察质壁分离及其复原的材料？提示：可以，虽然液泡无色，但原生质层中有叶绿体，有利于观察。2．对植物进行无土栽培，水和离子吸收量的相对大小会影响离子在培养液中的浓度变化，分析原因，由此得到什么启示？提示：若某种离子被吸收的相对量与吸水的相对量相当，这种离子在培养液中的浓度与初始浓度相比，就没有变化；若某种离子被吸收的相对量大于吸水量，由于被吸得多，剩余的少，实验后的该离子浓度比初始浓度就低；若某种离子被吸收的相对量小于吸水量，由于被吸得少，剩余的多，实验后的该离子浓度比初始浓度就高；根据这一原理，无土栽培植物一定要注意定期更新培养液，否则会缺少某些无机盐，甚至缺水而烧苗。题点一渗透系统与渗透作用的原理1．某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置，实验开始时长颈漏斗内外液面平齐，记为零液面。实验开始后，长颈漏斗内部液面的变化趋势为()B解析：选B。掌握渗透作用发生的条件(半透膜和膜两侧存在浓度差)、水分子扩散的方向(顺相对含量梯度扩散)和扩散的速率是解题的关键。仔细观察图示，长颈漏斗内为蔗糖溶液，实验开始后长颈漏斗内部液面将上升，由于实验初始阶段半透膜内外溶液浓度差较大，液面上升速率较大。2．某同学设计的实验如图所示，实验开始时，U形管两侧液面相等，图中半透膜允许单糖通过。据图分析，下列说法错误的是()AA．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，当液面停止上升时，半透膜两侧溶液浓度一定是相等的B．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，则实验现象为高浓度一侧的液面上升C．若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液，则实验现象为高浓度一侧液面先上升，随后另一侧液面上升，最后两侧液面持平D．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，当液面停止上升时，半透膜两侧水分子移动达到平衡状态解析：选A。由题干可知，实验开始时，U形管两侧液面等高，当U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液时，水分子从低浓度一侧流向高浓度一侧的较多，即高浓度一侧的液面上升，低浓度一侧的液面下降，直至液面不再变化，此时半透膜两侧浓度差产生的渗透压力与液面差产生的压力达到平衡，所以半透膜两侧溶液浓度不会相等，A错误、B正确；当液面停止上升时，半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，D正确；若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液，开始时水分子总体表现为由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，因此高浓度一侧液面先上升，但随着葡萄糖分子通过半透膜进入低浓度一侧，最后两侧液面会持平，C正确。有关渗透作用的2个易错点(1)渗透作用≠扩散作用渗透作用必须有选择透过性膜(半透膜)，扩散作用则不一定需要；扩散作用适用于各种物质，渗透作用仅指溶剂分子。(2)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%葡萄糖溶液和质量分数为10%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。题点二细胞失水与吸水的分析3．将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为a、b、c、d、e和f组(每组的细条数相等)，取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如下图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则()DA．实验后，a组液泡中的溶质浓度比b组的高B．浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组的C．a组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b组D．使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.4～0.5mol·L－1之间解析：选D。通过图示可以看出，a组和b组实验前长度/实验后长度的值都小于1，表明细胞吸水导致细条变长；由于a组实验前长度/实验后长度的值小于b组，说明a组吸水较多，b组吸水较少，所以实验后a组液泡中的溶质浓度比b组的低，A项错误；分析柱状图可知，f组细胞失水，而b组细胞吸水，因此浸泡导致f组细胞中液泡的失水量大于b组的，B项错误；水分进出细胞的方式是自由扩散，不消耗ATP，C项错误；根据柱状图可知，在浓度为0.4mol·L－1的蔗糖溶液中的c组细胞吸水，而在浓度为0.5mol·L－1的蔗糖溶液中的d组细胞失水，所以使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.4～0.5mol·L－1之间，D项正确。4．(2018·安徽滁州市期末)将同一红色月季花瓣制成两组相同的临时装片，分别浸润在甲乙两种溶液中，测得液泡直径的变化情况如下图所示。下列相关叙述正确的是()A．乙溶液的浓度大于甲溶液的浓度B．2～6min乙溶液中细胞的吸水能力逐渐增大C．甲溶液中的溶质分子在2min后开始进入细胞D．甲溶液中细胞体积与液泡体积的变化量相等B解析：选B。据图分析，甲溶液中月季花瓣的液泡直径下降的速度比乙快，说明甲溶液的物质的量浓度大于乙溶液的物质的量浓度，A错误；2～6min乙溶液中细胞的液泡体积逐渐减小，细胞液浓度逐渐增大，所以其吸水能力逐渐增大，B正确；甲溶液中2min后细胞开始吸水，说明此时细胞液浓度大于甲溶液，则溶质分子在2min之前就已经开始进入细胞了，C错误；甲溶液中液泡体积先减小后增大，而细胞体积因细胞壁伸缩性较小而基本不变，D错误。细胞吸水、失水的判断方法(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。考点二(实验)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________。(2)________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____。半透膜细胞液大2．实验流程紧贴细胞壁逐渐变小变深清水逐渐变大变浅3．实验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______，细胞质壁分离；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞______，细胞质壁分离复原。失水吸水1.本实验两个特别提醒(1)本实验存在两组对照实验(2)本实验是教材必修1中涉及“显微观察”实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察(不换“高倍镜”)的实验。2．质壁分离实验的2个“并非”(1)并非所有细胞都可发生质壁分离。具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。(2)并非所有溶液都使植物细胞发生质壁分离及复原①一定浓度的溶质不能透膜的溶液中只会发生质壁分离现象，不能自动复原，如0.3g/mL蔗糖溶液。②一定浓度的溶质可透膜的溶液中可发生质壁分离后自动复原现象，如KNO3溶液、甘油、尿素、乙二醇等。③在高浓度溶液(如0.5g/mL蔗糖溶液)中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象(细胞失水过多死亡)。3．质壁分离和复原实验的拓展应用(1)判断成熟植物细胞的死活(2)测定细胞液浓度范围(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)[深度思考](1)实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？提示：不一定。但紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中含有色素，使液泡呈现紫色，更有利于观察。(2)该实验无独立的对照组，为什么还叫对照实验？提示：该实验中，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于自身对照。题点一实验基础1．(2018·高考海南卷)在不染色的条件下，下列实验材料中，最适合观察细胞质壁分离现象的是()A．紫色洋葱鳞片叶叶肉细胞B．紫色洋葱根尖分生区细胞C．紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞D．紫色洋葱根尖伸长区细胞C解析：选C。紫色洋葱鳞片叶叶肉细胞会因细胞重叠而难以观察到质壁分离现象，A错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞含有紫色的大液泡，不用染色即可清楚观察到紫色中央液泡的变化现象，最适合作为观察材料，C正确；紫色洋葱根尖分生区细胞和伸长区细胞没有大的液泡，所以不会出现细胞质壁分离现象，B、D错误。2．(2018·广东惠州市模拟)下列关于植物细胞质壁分离与复原实验叙述，错误的是()A．该实验已存在对照，不需要增设一组对照组B．在该实验中，操作步骤为：制片、低倍镜观察、滴加蔗糖、高倍镜观察C．用黑藻叶做该实验时，叶绿体的存在不会干扰实验现象的观察D．