物质跨膜运输的实例
考点一、一些具体概念
一、考点概述：
1.此考点主要包括以下内容：
扩散作用和渗透作用的关系
半透膜和选择透过性膜的关系
原生质层和原生质体的关系
2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：
1．扩散作用和渗透作用的关系
物质从高浓度区域向低浓度区域的运动称为扩散作用。渗透作用是一种特殊方式的扩散，它是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。
2．半透膜和选择透过性膜的关系
(1)区别
①半透膜可以是生物性的选择透过性膜，也可以是无生命的物理性膜，即指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。
②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是否吸收选择性。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，而不允许大分子物质通过。
3．原生质层和原生质体的关系
(1)原生质层是成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。此结构仅存在于成熟的植物细胞中。
(2)原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常作为植物细胞融合的材料。
三、典例精析：
1．关于选择透过性膜与半透膜的关系，正确的说法是 ( )
①具有半透性必然具有选择透过性
②具有选择透过性必然具有半透性
③活的生物膜才具有选择透过性
④只有活的生物膜才具有半透性
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
解析 半透膜是指小分子物质能通过，而大分子物质不能通过的膜。半透膜不一定是活的生物膜。如玻璃纸即为没有活性的半透膜。活的生物膜不仅具有半透性，还具有选择透过性，只有被细胞选择吸收的小分子物质才能通过。因此，具有选择透过性就必然具有半透性，而且只有活的生物膜才具有选择透过性。
答案 C
2.某生物活动小组的同学利用营养液培养植物，观察植物对矿质元素和水分的吸收利用情况，实验过程和结果如下：取生长状况一致，叶片数量相同的玉米幼苗，分别置于两个广口瓶中种植。两个瓶中营养液成分见下表。将装置放在同一温室环境中，并保持光照。
溶液主要
成分
Ca(NO3)2
KH2PO4
HCl
FeCl3
MgSO4
蒸馏水
A瓶
1.0 g
0.5 g
0.24 g
0.01 g
0.5 g
500 mL
B瓶
1.0 g
0.5 g
0.24 g
0.01 g
0.5 g
2 000 mL
请根据上述实验回答下列问题：
(1)实验若干小时后发现，B瓶中植物正常生长，A瓶中植物出现萎蔫现象。造成A瓶植物萎蔫的原因是___________________________________，若使A瓶中植物正常生长，可采取的补救措施是________________________________________________________________________。
(2)待A瓶植物生长正常后，仍在上述环境中与B瓶植物共同培养一段时间后，取出植株，测定瓶中营养液成分发现，营养液中均剩余Ca2＋较多，NO较少。由此可得出的结论是__________
________________________________________________________________________。
(3)若广口瓶中较长时间通气不畅，作物根部可能出现的症状是________________________，其原因是_________________________________________________________________。
解析 (1)由表中数据可知，A瓶溶液浓度是B瓶的4倍，因此A瓶植物萎蔫的原因是溶液浓度过高，细胞失水导致萎蔫。可通过补充水分予以补救。
(2)溶液中离子浓度变化是由植物吸收无机盐离子导致的，剩余溶液中离子浓度越小，说明植物对该离子的吸收量越多，反之则吸收量越少，从而说明植物对无机盐离子的吸收具有选择性。
(3)通气不畅会导致供氧不足，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，引起根部酒精中毒死亡，腐烂变黑。
答案 (1)营养液浓度过高，植物失水 将营养液稀释成与B瓶相同的浓度(或加水稀释4倍)
(2)根细胞膜上运载NO的载体蛋白多，运载Ca2＋的载体蛋白少，植物对矿质元素的吸收具有选择性
(3)根变黑(烂根) 根进行无氧呼吸，细胞内积累酒精而中毒死亡
考点二、渗透系统和渗透作用
一、考点概述：
1.此考点主要包括以下内容：
渗透系统的组成及条件
渗透作用的发生
验证渗透作用的发生
渗透装置的应用
2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：
1．渗透系统的组成(如图)及条件
(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。浓度差的实质是单位体积
溶液中溶质分子数的差，即物质的量浓度之差。
2．渗透作用的发生(溶质分子不能通过半透膜)
(1)当S1浓度>S2浓度时，由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数，漏斗(S1)液面上升。
(2)当S1浓度N
②若漏斗内液面不变，则M＝N
③若漏斗内液面下降，则M 降 ＜ (2)③④⑤ 外界溶液 D (3)不能 细胞壁对原生质层有支持和保护的作用 (4)不一定
解析 ⑴漏斗液面的上升是由渗透作用引起的，水从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动，因此，由图甲漏斗液面上升可知，b内液体的浓度大于a；图乙反映的是随吸水时间的延长，漏斗内液面升高的幅度逐渐下降，这是由浓度差缩小造成的。考虑到漏斗内液柱压力的作用，当液面不再上升时，a侧的浓度小于b侧。⑵图甲中c为半透膜，在图丙中可将细胞膜[③]、液泡膜[⑤]和两层膜之间的细胞质[④]视作一层半透膜，结构②中充满的液体是外界溶液；由于无法判断细胞是在吸水还是失水，因此，无法确定此时细胞液的浓度与外界溶液浓度的大小关系。⑶对植物细胞而言，由于细胞壁的存在，且细胞壁的弹性有限，因此，细胞不可能无限吸水，当细胞因吸水体积增大到细胞壁所能膨大的最大限度时，细胞将不再吸水。⑷液泡体积不再增大时，细胞液浓度不一定和外界溶液的浓度相等，也可能是由于细胞壁的束缚，虽然细胞液的浓度大于外界溶液的浓度，液泡体积也不再增大。
考点三、观察植物细胞的质壁分离及复原
一、考点概述：
1.此考点主要包括以下内容：
原理
流程
质壁分离的原因分析
注意问题
2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：
1．原理
成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用
当细胞液浓度＜外界溶液浓度时，失水，质壁分离；
当细胞液浓度＞外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。
2．流程
3．质壁分离的原因分析
(1)原因→细胞渗透失水
(2)表现
4.注意：实验成功的关键
实验成功的关键是实验材料的选择，必须选择有大液泡并有颜色的植物细胞，便于在显微镜下观察。
(2)质壁分离和质壁分离复原中水分子移动是双向的，结果是双向水分子运动的差别所导致的现象。
(3)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间充满的是浓度降低的外界溶液，因细胞壁是全透性且有水分子通过原生质层渗出来。
(4)若用50%蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，因为细胞过度失水而死亡。
(5)若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验会出现自动复原现象，因外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。
三、典例精析：
1．(2011·天津卷，2)将紫色洋葱鳞片叶表皮浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，1分钟后进行显微观察，结果见下图。下列叙述错误的是 ( )
A．图中L是细胞壁，M是液泡，N是细胞质
B．将视野中的细胞浸润在清水中，原生质体会逐渐复原
C．实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异
D．洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实验的实验材料
解析 题干所示图像为洋葱鳞片叶表皮细胞发生质壁分离后的图像，L为细胞壁，M为液泡，N为细胞壁和细胞膜之间的物质，不是细胞质，A项错误。将该细胞浸润在清水中，清水浓度小于细胞液浓度，则细胞吸水，发生质壁分离复原现象，B项正确。质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液可透过细胞壁进入细胞，但不透过细胞膜，说明二者在物质透过性上存在显著差异，C项正确。洋葱根尖分生区细胞无大液泡，不能发生质壁分离现象，故不能作为该实验的实验材料，D项正确。
答案 A
2．某同学在实验室中做“植物细胞的吸水和失水”实验时，在实验室教师的帮助下，进行了一系列的创新实验，实验步骤和现象如下表：
实验组
5分钟
再过5分钟
滴加清水5分钟
①
0.3 g/mL蔗糖溶液
x
无变化
质壁分离复原
②
0.5 g/mL蔗糖溶液
质壁分离
y
无变化
③
1 mol/L KNO3溶液
质壁分离
质壁分离复原
z
④
1 mol/L醋酸溶液
无变化
细胞大小无变化
细胞大小无变化
对上表的推断或解释不正确的是 ( )
A．x为质壁分离，因为细胞壁伸缩性弱于细胞膜
B．y为质壁分离，可能导致细胞失水过多而死亡
C．z为细胞稍增大，细胞液颜色逐渐变浅
D．④组无变化是因为细胞吸水量等于失水量
解析 洋葱表皮细胞在0.3 g/mL蔗糖溶液中会发生质壁分离现象，而在0.5 g/mL蔗糖溶液中会因质壁分离失水过多而死亡。在1 mol/L的KNO3溶液中，由于K＋和NO 能选择透过膜，故发生先质壁分离后自动复原现象，由于K＋和NO 进入细胞内，细胞液浓度增大，因此滴加清水后，体积稍增大。放入1mol/L醋酸中会杀死细胞。
答案 D
3.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观察叶绿体和线粒体
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0.3 g/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0.3 g/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0.3 g/mL的蔗糖溶液，则在显微镜下观察到A、B处颜色分别是________。
③如果将步骤二中浸润在0.3 g/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0.3 g/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：⑴用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体、探究酵母菌的呼吸方式需用活细胞。⑵活细胞膜和细胞器膜具有选择透过性，但高温会使细胞失活，使生物膜结构破坏而失去选择透过性。
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
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