第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 物质跨膜运输的实例
【高考目标定位】
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
【考纲知识梳理】
一、细胞的吸水和失水：
1、原理：发生了渗透作用。
渗透作用必须具备两个条件：（1）具有半透膜；
（2）膜两侧溶液具有浓度差。
2、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＜细胞质浓度时，细胞吸水涨破。
（2）当外界溶液浓度＞细胞质浓度时，细胞失水皱缩。
（3）当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，水分进出平衡。
3、植物细胞的吸水和失水
（1）在成熟的植物细胞中，原生质层（包括细胞膜＋液泡膜＋二者之间的细胞质）相当于一层半透膜。
（2）成熟植物细胞发生质壁分离的条件是：外界溶液浓度＞细胞液浓度，发生质壁分离复原的条件是外界溶液浓度＜细胞液浓度。
（3）原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。
二、物质跨膜运输的其他实例
1、物质跨膜运输的特点
（1）水分子是顺相对含量的梯度跨膜运输的。
（2）无机盐的跨膜运输
①水稻和番茄对离子的吸收具有选择性。
②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钾。
③不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。
2、细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，水分子、一些离子和小分子可以通过，二其他的离子小分子和大分子则不能通过。
【要点名师精解】
一、渗透作用的原理分析及应用：
1、渗透系统的组成（如图）及特点：
（1）半透膜，可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，
也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。
（2）半透膜两侧的溶液具有浓度差。
2、渗透作用的发生：
（1）当S1浓度>S2浓度时，单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2的水分子数，外观上表现为S1液面上升；
（2）当S1浓度
3、渗透作用原理的应用：
（1）比较不同溶液浓度大小
漏斗内烧杯内
溶液浓度MN
现象及结论①若漏斗内液面上升，则M＞N
②若漏斗内液面不变，则M＝N
③若漏斗内液面下降，则M＜N
4、验证渗透作用发生的条件
（1）具半透膜。
（2）具有浓度差。
【例1】某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。
增添的实验材料：蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。
（1）设计出继续实验的简要步骤：
① ；
② 。
（2）预测实验现象并作出结论。
【解析】本实验的设计思路主要有两个：①证明出蔗糖被水解，蔗糖的水解产物是葡萄糖，用斐林试剂即可；②观察a、b两管液面高度差的变化，如果差值增大，则说明能透过，否则不能。
【答案】（1）①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热（或隔水加热）U型管至适宜温度，观察a、b两管内液面的变化 ②吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试管中，并加入斐林试剂，（60～65℃）水浴加热，观察A、B试管内有无砖红色沉淀
（2）如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物能通过半透膜；
如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜。
二、植物细胞质壁分离与复原实验分析及应用
1、实验流程：
2、原因分析：
3、质壁分离实验的拓展应用及方法：
（1）判断细胞的死活：
将待测细胞置于蔗糖溶液中进行镜检，如果发生质壁分离和复原，则是活细胞；如果不发生质壁分离，则是死细胞。
（2）测定细胞液浓度的范围：
将待测细胞置于一系列浓度梯度的蔗糖溶液中并分别进行镜检，则细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。
（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度：
将不同植物细胞置于同一浓度的蔗糖溶液中进行镜检，根据对刚刚发生质壁分离所需的时间的比较，判断细胞液浓度（即时间越短，细胞液浓度越小）。
（4）比较一系列溶液的浓度的大小：
将同一植物的相同成熟细胞置于未知浓度的溶液中进行镜检，记录刚刚发生质壁分离所需时间并比较所用时间的长短，判断溶液浓度的大小（时间越短，未知溶液的浓度越大）。
（5）鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）：
将成熟相同植物细胞置于不同种类溶液进行镜检，如果只发生质壁分离，说明是溶质不能通过半透膜的溶液（如蔗糖）；如果质壁分离后又自动复原，则说明是溶质能通过半透膜的溶液（如KNO3）。
【例2】以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料观察植物细胞的质壁分离现象，下列叙述错误的是：
A.在发生质壁分离的细胞中能观察到紫色中央液泡逐渐缩小
B.滴加30%的蔗糖溶液比10%的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短
C.发生质壁分离的细胞放入清水中又复原，说明细胞保持活性
D.用高浓度的NaCl溶液代替蔗糖溶液不能引起细胞质壁分离
【解析】当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，液泡体积变小，细胞发生质壁分离，故A正确；质壁分离的速度与外界溶液浓度大小有关，外界溶液浓度越大，质壁分离所需时间越短，故B正确；质壁分离与复原是活细胞所具有的现象，细胞死亡后，原生质层失去选择透过性，不再发生质壁分离及复原现象，故C正确；高浓度的NaCl溶液浓度大于细胞液浓度，可发生质壁分离现象，若细胞失水过多可导致细胞死亡，不再发生复原现象，故D错误。
【答案】D
【感悟高考真题】
（2010?浙江高考）29Ⅱ．为研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化，请根据以下提供的实验材料与用具，写出实验思路，设计记录实验结果及原因分析的表格，并填入相应内容。
材料与用具：兔红细胞稀释液、质量分数为1.5%的NaCl溶液、蒸馏水、试管、显微镜等。
（要求：答题时对NaCl溶液的具体配制、待观察装片的具体制作不作要求）
实验思路：
（1）
①
（2）设计一张表格，并将预期实验结果及原因分析填入该表中。
【解析】实验目的为研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化，所以需要设置不同梯度浓度的NaCl溶液，实验原理是动物细胞的细胞溶液浓度为0.9%，在浓度低于0.9%的NaCl溶液中动物细胞会吸水膨胀，在浓度高于0.9%的NaCl溶液中动物细胞会失水皱缩，且浓度差越大，现象，越明显，在清水中，动物细胞会吸水过多而破裂，但是一段时间后，形态又会恢复到原来形态，因为离子可以透过细胞膜。
【答案】（1）实验思路：①用1.5%的NaCl溶液和蒸馏水，培植出NaCl质量分数0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的溶液②取6片载玻片，标记为1-6滴加，滴加适量且等量的红细胞稀释液滴在1-6号玻片上，再分别滴加等量的蒸馏水，0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的NaCl溶液。③制成临时装片持续观察红细胞的形态变化，并做好记录。
（2）不同浓度NaCl溶液下兔红细胞的形态变化表
组别/指标细胞形态原因
1胀破在蒸馏水中吸水过多胀破
2膨胀后恢复细胞液浓度大于外界浓度，细胞吸水膨胀，但是离子会进入细胞，一段时间后细胞内外浓度相等，细胞恢复形态。
3膨胀后恢复细胞液浓度大于外界浓度，细胞吸水膨胀，但是离子会进入细胞，一段时间后细胞内外浓度相等，细胞恢复形态。
4正常细胞液浓度等于外界浓度，细胞水分平衡
5皱缩后恢复细胞液浓度小于外界浓度，细胞失水皱缩，但是离子会进入细胞，一段时间后细胞内外浓度相等，细胞恢复形态。
6皱缩后不恢复细胞液浓度小于外界浓度，细胞失水皱缩，但是细胞失水过多死亡，不再恢复
（2010?福建高考）2．下列有关造血干细胞中物质运输的途径，可能存在的是
A．吸收的葡萄糖：细胞膜一细胞质基质一线粒体
B．合成的细胞膜蛋白：高尔基体一核糖体一细胞膜
C．转录的mRNA：细胞核一细胞质基质一高尔基体
D．合成的DNA聚合酶：核糖体一细胞质基质一细胞核
【解析】本题主要考查各种有机化合物在细胞内合成有运输的过程。A项吸收葡萄糖通过细胞膜计入细胞质基质，被分解成【H】和丙酮酸，然后丙酮酸进入线粒体继续被分解成二氧化碳和水。B项膜蛋白与分泌蛋白一样，都是在粗面型内质网上的核糖体合成后进入内质网，然后经过高尔基体的加工和分装，通过具膜小泡运输到细胞表面。C项在细胞核内经过转录形成的mRNA，通过核孔出来与核糖体结合，准备开始翻译。D项DNA聚合酶是由于游离核糖体合成后，到细胞质基质经核孔进入细胞核。
【答案】D
（2009?海南 高考）已知鱼鳔是一种半透膜。若向鱼鳔内注入适量的20%蔗糖溶液、排出鱼鳔内的空气，扎紧开口，将其浸没在盛有10%蔗糖溶液中，下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变化趋势的示意图是
【解析】本题考查渗透系统，鱼鳔是一种半透膜，鱼鳔内的蔗糖溶液高于外边，所以会从烧杯中吸水使其体积增大，使烧杯内液体浓度升高，当鱼鳔内外渗透压相等时，水进出达到平衡，烧杯液体和鱼鳔内液体浓度相同。
【答案】B
（2009?江苏高考）回答下列与细胞有关的实验问题。
（1）下列4项实验中，需保持细胞生理活性的有 （填序号）。
①观察叶绿体和原生质的流动
②观察洋葱鳞片叶内表皮细胞中DNA的分布
③探究酵母菌的呼吸方式
④红细胞中血红蛋白的提取和分离
（2）按下面步骤进行质壁分离实验。
步骤一：在洁净的载玻片中央加一滴清水，取一片藓类小叶，盖上盖玻片。
步骤二：从盖玻片一侧滴入0.3g／mL的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，使盖玻片下面的藓类小叶浸润在0.3g／mL的蔗糖溶液中。
步骤三：在显微镜下观察，结果如图所示。
①图中A、B处的颜色分别是 。
②如果上述实验步骤二中从盖玻片的一侧滴入的是加有伊红（植物细胞不吸收的红色染料）的0.3g／mL的蔗糖溶液，则在显微镜下观察到A、B处颜色分别是 。
③如果将上述实验步骤二中浸润在0.3g／mL的蔗糖溶液中的藓类小叶的装片，放在80℃条件下处理一段时间（装片中的藓类小叶保持在0.3g／mL的蔗糖溶液中）。在显微镜下清晰地观察到细胞结构后，为更准确地判断A处颜色，对显微镜的操作方法是 、 。如果A处呈绿色，可能的原因是 。
【解析】本题考查大纲要求的实验是相关知识。（1）需保持细胞生理活性的有①观察叶绿体和原生质的流动③探究酵母菌的呼吸方式（2）由于发生质壁分离，A处为蔗糖溶液，为无色。B处为细胞质有叶绿体显绿色。③要看的更清晰需要改变光圈大小调节反光镜(电光源亮度)，高温下使细胞死亡，细胞膜失去选择透过性，叶绿素等色素进入A处。
【答案】
（1）①③
（2）①无色、绿色 ②红色、绿色③改变光圈大小 调节反光镜（电光源亮度）高温下细胞膜、叶绿体膜失去选择透过性，叶绿素等色素进入A处
（2008?广东高考）观察在0.3g／mL蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明
A．细胞壁相当于一层半透膜B．洋葱表皮细胞是活的
C．此时蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度D．细胞壁收缩导致中央液泡失水
【解析】原生质层相当于一层半透膜.此时蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度.细胞渗透失水收缩、中央液泡逐渐变小，能说明洋葱表皮细胞是活的
【答案】B
（2008?上海高考）在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如右图。若将处于b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中，则该萝卜条的质量将
A．不变
B．增大
C．减小
D．先增后减
【解析】将高浓度溶液中的植物细胞转移到低浓度的溶液中时，植物细胞会吸水，总质量增加。
【答案】B
【考点精题精练】
一、选择题
1.利用高浓度盐水杀菌防腐的原理是 C
A、盐水中氯有杀菌作用 B、高浓度盐水中，水分不足，不利于细菌生长
C、由于渗透作用，细菌脱水死亡 D、钠有杀菌作用
2.下图为渗透作用实验，开始如图（一），A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，过一段时间后结果如图（二），漏斗管内液面不再发生变化，H1、H2表示漏斗管内液面与清水的高度差。下列说法错误的是（ B ）
A．图（一）中B的浓度大于C的浓度
B．图（二）中B的浓度等于C的浓度
C．图（一）中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（二）中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
3.用蔗糖浸渍冬瓜，能使冬瓜变甜，这是因为（ D ）
A．蔗糖分子通过渗透作用进入细胞
B．蔗糖分子分解为葡萄糖分子进入细胞
C．蔗糖分子进入细胞间隙
D．细胞渗透失水过多而死亡，细胞膜失去选择透过性，蔗糖分子进入细胞
4.一个成熟的植物细胞，它的原生质层主要包括（ B ）
A．细胞膜、核膜和这两层膜之间的细胞质
B．细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质
C．细胞膜和液泡膜之间的细胞质
D．细胞壁、液泡膜和它们之间的细胞质
5.某同学用30%的蔗糖溶液来处理某生物细胞，在操作步骤完全正确的情况下，细胞没有出现质壁分离现象。试分析该同学所使用的实验材料可能是
①根尖分生区细胞 ②动物细胞 ③死细胞 ④去除了细胞壁的植物细胞
A.②④ B.①②④ C.②③④ D.①②③④
6.下表为一植物细胞在两个不同的阶段细胞大小的一些数据。下列各图中，正确反应从阶段I到阶段Ⅱ在植物细胞中发生的变化的是( B )
A.①和④ B.①②④ C.①③④ D.②③④
7.用2 mol?L-1的乙二醇溶液和2 mol?L-1的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞，观察质壁分离现象，得到其原生质体体积变化情况如下图所示。下列表述中正确的是： B
A．该细胞可能是某种植物分生区的细胞
B．AB段曲线表明细胞液浓度在逐渐增大
C．BC段表明该细胞开始因失水过多而逐渐死亡
D．用一定浓度的KNO3溶液，可得到类似蔗糖溶液的结果
8.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于右图状态，a、b表示两处溶液的浓度，由此推测（ D ）
A、a＞b，细胞渗透吸水
B、a＝b，渗透系统保持动态平衡
C、a＜b，细胞渗透失水
D、上述三种情况都可能存在
9.（2010?安徽省黄山市高三二模）将质壁分离的活细胞置于清水中，能正确表示该细胞吸水速率变化过程的是C
答案：C
10.（2010?安徽省巢湖市高三一模）假定甲乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液均比细胞液的浓度高，蔗糖分子不能透过膜，甘油分子可以较快地透过膜，在显微镜下连续观察甲乙两细胞的变化是 B
A．甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原
B．甲乙两细胞发生质壁分离，但乙细胞随后又发生质壁分离复原
C．甲乙两细胞发生质壁分离，但随后甲细胞发生质壁分离复原
D．甲乙两细胞均发生质壁分离，后又均发生质壁分离复原
11.将人类的红血球置于不同浓度蔗糖液中，浸泡半小时之后的结果如下图。依照血球外形的变化判断蔗糖溶液的浓度，由高到低排列，正确的是（ D ）
A．甲>乙>丙>丁
B．丁>甲>乙>丙
C．丙>丁>甲>乙
D．丙>乙>丁>甲
12.将某植物细胞置于大于该细胞液的硝酸钾溶液中，一段时间后在显微镜下发现该细胞未发生质壁分离，其原因可能是该细胞 （ B ）
①是死细胞 ②是根尖分生区细胞 ③大量吸水 ④大量失水
⑤质壁分离后又自动复原
A.①②③ B.①②⑤
C.②③⑤ D.②④⑤
13.与“质壁分离与质壁分离复原”的实验材料及外界溶液有关的叙述正确的是（ A ）
①实验材料必须是植物成熟的活组织细胞 ②细胞液必须有颜色，否则不能发生质壁分
离和复原 ③细胞液最好有颜色，便于观察和判断质壁分离或复原的程度 ④外界溶液必须对细胞无害 ⑤外界溶液的浓度适中，不能过低或过高 ⑥外界溶液的浓度无特殊要求，任何浓度均可
A．①③④⑤ B．①②④⑤
C．①③④⑥ D．①②④⑥
14.（2010?上海市长宁区高三二模）用水洗涤菜叶类蔬菜时，水的颜色无明显变化。若进行加温，随着水温的升高，水的颜色逐渐变绿，其原因是 D
A．加温使细胞壁失去选择透过性
B．加温使原生质层失去选择透过性
C．加温使细胞膜和液泡膜失去选择透过性
D．加温使细胞膜和叶绿体内外膜失去选择透过性
15.将紫色洋葱表皮细胞置于30%的蔗糖溶液中，光镜下所观察到的现象是 ( A )
①液泡逐渐变小，颜色由浅变深 ②液泡逐渐变小，颜色由深变浅
③原生质层与细胞壁逐渐分离形成球形小团 ④细胞膜、液泡膜结构明显
⑤原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液
A.①③ B.①③④ C.②③ D.①③⑤
二、非选择题
16.下面甲、乙两图是渗透装置示意图，丙图是根毛细胞示意图，请根据甲、乙、丙三图回答下列问题：（甲图是发生渗透作用的初始状态。乙图是发生了较长时间的渗透作用之后，通过漏斗内外的水分子达到平衡时的状态。甲图中：①为清水，②为30g/mL的蔗糖溶液）
（1）比较甲图中①和②处溶液浓度的大小 > 。?
（2）丙图中④的名称为 ，甲图中的③相当于丙图中的 ，它与丙图中相应结构的区别是 。?
（3）若把根毛细胞放入30g/mL的蔗糖溶液中，它将出现 ，再放入清水中，它又出现 。?
（4）若把根毛细胞放入50g/mL的蔗糖溶液中，它会出现什么变化？ ，
过一段时间再放入清水中，又会如何？ ，因为 。?
（5）盐碱地中的植物常出现萎蔫现象，其原因是 。
答案：（1）② ①
（2）原生质层 ④ 原生质层具有选择透过性
（3）质壁分离现象 质壁分离复原现象?
（4）质壁分离 不出现质壁分离复原现象 蔗糖溶液浓度过高,根毛细胞因失水过多而
（5）土壤溶液浓度大于根毛细胞液的浓度，根毛细胞失水
17.如图为植物细胞亚显微结构模式图，请据图回答(括号内填标号，横线上填名称)。
(1)夏季白天此细胞能进行下列各项生命活动中的________。
①光合作用 ②细胞呼吸 ③细胞增殖 ④信息交流
（2）若该细胞是西瓜果肉细胞，则色素主要存在于［ ］ 。（2分）
将该细胞浸泡在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中出现质壁分离，其原因是 （填代号）中的溶液浓度较小。K+是以 方式进入细胞，所需能量主要由 （填代号）提供，用光学显微镜对其进行观察，可用 作活体染色。
（3）若将该细胞放入含3H标记的腺嘌呤脱氧核苷酸的营养液中进行组织培养，所形成的愈伤组织细胞中，含3H标记的细胞器有 。（２分）
（4）要在显微镜下鉴别此细胞是否为活细胞，可采用什么方法，依据的原理是什么？
方法
原理
答案：（1）①②④
（2）14液泡（2分） 14 主动运输 11 健那绿
（3）4、11（2分）
（4）方法：观察细胞是否会发生质壁分离与复原
原理：活细胞的原生质层相当于半透膜，能控制物质的进出，活细胞处于一定浓度的外界溶液中，会发生质壁分离与复原
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