【创新方案】2022年高考生物一轮复习 第四章 第一讲 物质跨膜运输的实例训练 新人教版

【创新方案】2022年高考生物一轮复习第四章第一讲物质跨膜运输的实例训练新人教版1．渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。2．动物细胞在任何情况下都不会发生质壁分离现象。3．原生质层由细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质组成，具有选择透过性。4．动物细胞也可通过渗透作用吸水和失水。5．细胞膜和其他生物膜都具有选择透过性。6．物质的跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，细胞对物质的输入和输出具有选择性。一、细胞的吸水和失水1．渗透作用原理(1)发生渗透作用的条件：①具有半透膜；②膜两侧溶液具有浓度差。(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多于蔗糖溶液进入清水中的水分子，导致蔗糖溶液液面上升。2．动物细胞的吸水和失水(1)人成熟红细胞中发生渗透作用的条件：①细胞膜相当于半透膜；②细胞质与外界溶液之间存在浓度差。(2)引起细胞失水与吸水的条件：外界溶液与细胞质之间存在浓度差。3．植物细胞的吸水和失水(1)植物细胞吸水、失水的原理：(2)植物细胞质壁分离的现象与原因：12\n①现象：细胞壁与原生质层分离；②外因：外界溶液浓度＞细胞液浓度，导致细胞失水；③内因：细胞壁的伸缩性小于原生质层。细胞吸水过程中，所有水分子都只能由外界溶液进入细胞液吗？提示：不是。水分子在细胞膜上总是双向运动的，细胞吸水时，由外界溶液向细胞液扩散的水分子总数多于由细胞液向外界溶液扩散的水分子总数。二、物质跨膜运输的其他实例1．不同物质的跨膜运输特点(1)水分子：顺相对含量梯度(高→低)。(2)离子和小分子：依据细胞生命活动需要进行选择吸收。2．水稻和番茄吸收不同离子的特点(1)同种生物细胞对不同物质的吸收具有选择性，与其含有离子载体的种类和数量有关。(2)不同种生物细胞对同种物质吸收具有差异性。[知识体系构建]①原生质层　②浓度差　③外界溶液浓度大于细胞液浓度　④细胞壁的伸缩性小于原生质层　⑤选择透过性12\n渗透系统和渗透作用(1)(2022·上海卷T22A)相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压，因为动物细胞没有细胞壁，对培养基的渗透压更敏感。(√)(2)(2022·上海卷T22C)相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压，因为动物细胞没有成熟大液泡，渗透压调节能力差。(×)(3)(2022·全国新课标卷T1C)将人的红细胞放入4℃蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，其主要原因是蒸馏水大量进入红细胞。(√)(4)(2022·全国新课标卷T4C)分别用完全营养液、蒸馏水浸泡处理来自同一洋葱鳞片叶大小、数目和生理状态一致的甲、乙两组外表皮细胞，相同时间后，将其同时放入浓度为0.3g/mL蔗糖溶液中处理一段时间后表皮细胞中的水分不再减少时，甲组细胞水分渗出量比乙组细胞低，水分出入细胞的方式是被动运输。(√)渗透作用的条件及原理分析应用1．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的比较渗透作用模型植物细胞与外界溶液形成渗透系统图解基本条件半透膜、浓度差原生质层——选择透过性膜浓度差——细胞液与外界溶液之间的浓度差值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方向低浓度溶液→高浓度溶液2．常见渗透装置图形分析(1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。(2)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S212\n。因为液面高的一侧形成的压强，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。3．验证渗透作用发生的条件(1)实验设计：(2)结论：A组和B组对比说明渗透作用要有半透膜。A组和C组对比说明发生渗透作用时半透膜两侧的溶液必须具有浓度差。4．探究物质能否通过半透膜(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高考地位本考点知识有一定难度，关键在于理解，是高考中的常考点之一，多结合具体实验过程，考查渗透作用的原理条件等命题角度(1)以实验装置图形式考查对渗透作用实验现象的预测分析，如典例1；(2)运用渗透作用装置考查渗透作用过程及图文转化能力，如图典例2。[典例1]　如图装置的玻璃槽中是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先加入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是(　　)A．在玻璃槽中会测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶B．漏斗中液面开始时上升，加酶后继续上升C．漏斗中液面开始时上升，加酶后，再上升后又下降12\nD．漏斗中液面开始时先上升，加酶后不上升直接下降[解析]　选C　实验开始时，蔗糖不能透过半透膜，所以单位时间内通过半透膜渗透进入长颈漏斗中的水分子数比渗透出来的多，漏斗内液面上升。而加入酶后，将蔗糖分解为单糖，进一步提高了漏斗内的浓度，所以液面再上升，但由于单糖分子能透过半透膜进入玻璃槽中，使玻璃槽内液体浓度升高，一段时间后，水分子从长颈漏斗内渗出的较多，漏斗内液面下降。[典例2]　右图所示的渗透装置中，开始时的液面高度为a，停止上升时的高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，则a、b液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是(　　)[解析]　选B　每吸出一次，蔗糖溶液浓度就减小一次，而a、b液面的高度差是由半透膜内外溶液浓度差决定的，随着吸出次数的增加，膜内外浓度差越来越小，所以a、b液面高度差也越来越小。实验平台—一、实验原理(1)一个处于外界溶液中的成熟植物细胞和外界溶液构成一个渗透系统。原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，与外界溶液能够产生浓度差。(2)原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。(3)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞渗透失水，进而发生质壁分离。(4)当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞渗透吸水，发生质壁分离复原。二、实验步骤12\n三、易误点拨(1)实验选材：①选用的植物细胞要有中央大液泡，质壁分离及复原现象明显；②细菌细胞也能发生质壁分离，但现象不明显；③动物细胞没有细胞壁，不发生质壁分离现象。(2)实验试剂的使用：①若使用浓度过高的蔗糖溶液，则质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，使细胞过度失水而死亡；②若使用质量浓度为1mol·L－1的KNO3溶液，因为K＋和NO均可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原；③若使用质量浓度为1mol·L－1的醋酸溶液，则不发生质壁分离及复原现象。因为醋酸能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。(3)操作注意事项：观察细胞质壁分离状态时，时间不要过长，以免细胞因长期处于失水状态而死亡，影响复原现象的观察。[高考实验对接](2022·天津高考)将紫色洋葱鳞片叶表皮浸润在0.3g/mL的蔗糖溶液中，1分钟后进行显微观察，结果见右图，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选项分析对接教材A图示细胞已发生质壁分离，图中L是细胞壁、M是紫色液泡，N处是原生质层与细胞壁分离的空隙，存在的是外界溶液，故A项错误显微镜下对细胞结构的识别B将视野中处于正在发生质壁分离的细胞放入清水中，细胞会吸水使质壁分离的细胞复原，故B项正确与教材实验过程及观察到现象相符C植物细胞的细胞壁具有全透性，而由细胞膜、液泡膜及二者之间的细胞质构成的原生质层具有选择透过性，二者在物质透性上存在显著差异。故C项正确与教材实验原理相一致D与教材实验选材要求相符12\n洋葱根尖分生区细胞还未成熟，不具有大型液泡，不宜作为该实验的生物材料，故D项正确[多维思考](1)若题目中所用蔗糖溶液浓度远大于0.3g/mL，会对实验造成怎样的结果？提示：可导致细胞过度失水而死亡，不能完成质壁分离复原过程。(2)题中B项在原生质体逐渐复原过程中，洋葱表皮细胞吸水能力和紫色液泡体积如何变化？提示：洋葱细胞吸水能力逐渐减小，紫色液泡体积逐渐增大。技法平台—自身对照指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照。自身对照方法简便，关键是看清实验处理前后现象变化的差异。1．模拟图示2．信息解读(1)此细胞正处在质壁分离状态，因原生质层与细胞壁之间有空隙。(2)此细胞的运动状态是不确定的，即可能正处于发生质壁分离的过程，也可能正处在发生质壁分离复原过程，也可能处于此状态的稳定过程中。(3)此细胞对水分子运动方向可能存在三种情况：3．示例分析“植物细胞的吸水和失水”实验中的自身对照(1)实验对象：同一成熟的植物细胞。(2)观察指标：液泡大小、颜色深浅及原生质层位置的变化。(3)实验中的两次对照：a过程：第一次对照12\nb过程：第二次对照(4)注意事项：①实验材料在整个实验过程中必须保持一定的生理活性，高浓度溶液的浓度不能过高。②持续观察记录实验操作前、后实验对象的状况，控制好观察时间。[高考随堂体验]1．(2022·广东高考)小杨对4种实验材料的研究及观察记录见下表，正确的是(双选)(　　)选项实验材料观察到的结构或现象A胚胎干细胞同源染色体联会B紫色洋葱鳞片叶外表皮质壁分离及复原C黑藻叶片叶绿体移动D大肠杆菌有核仁解析：选BC　同源染色体的联会只发生在减数分裂过程中，胚胎干细胞不能进行减数分裂；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞处于高渗溶液中时会发生质壁分离，已发生质壁分离的细胞处于低渗溶液中会发生质壁分离复原；黑藻叶片细胞中具有叶绿体，通过显微镜可以观察到叶绿体随着细胞质的流动而移动；大肠杆菌是原核细胞，没有细胞核，无法观察到核仁。2．(2022·全国卷)将紫色洋葱在完全营养液中浸泡一段时间，撕取外表皮，先用浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理，细胞发生质壁分离后，立即将外表皮放入蒸馏水中，直到细胞中的水分不再增加。若在该实验过程中，蔗糖溶液处理前外表皮细胞液的浓度为甲，细胞中的水分不再增加时外表皮细胞液的浓度为乙，则甲、乙的关系以及实验过程中水分进出细胞的方式为(　　)A．甲<乙，被动运输　　　　　　B．甲>乙，被动运输C．甲>乙，主动运输D．甲＝乙，主动运输解析：选B　蔗糖溶液处理前的细胞放在蒸馏水中能吸收水分，而处理后发生质壁分离复原的细胞中水分不再增加，故细胞液的浓度降低了，即甲>乙。水分进出细胞的方式是自由扩散，属于被动运输。3.(2022·上海高考)右图为显微镜下某植物细胞在30%蔗糖溶液中的示意图。下列叙述中错误的是(　　)A．若将细胞置于清水中，A仍保持不变B．若该细胞处于40%蔗糖溶液中，B/A值将变小12\nC．B/A值能表示细胞失水的程度D．A、B分别表示细胞和液泡的长度解析：选D　图示为处于质壁分离状态的植物细胞。因细胞壁的伸缩性很小，故若将该细胞置于清水中，A仍将保持不变。若在40%的蔗糖溶液中，与图示相比，A不变，但因失水更多而B变小，所以B/A将变小，可见B/A值能表示细胞失水的程度。图中A表示的是细胞长度，但B表示的并不是液泡的长度，而是失水后的原生质体的长度。4．(2022·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%蔗糖溶液的烧杯中，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：选B　鱼鳔内蔗糖溶液浓度大于烧杯内蔗糖溶液浓度，故水分子由烧杯进入鱼鳔的速度大于由鱼鳔进入烧杯的速度，烧杯内蔗糖溶液浓度随时间延长逐渐增大，直到稳定在某一浓度上。5．(2022·北京高考)科学家为了研究蛋白A的功能，选用细胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母细胞进行实验，处理及结果见下表。实验组号在等渗溶液中进行的处理在低渗溶液中测定卵母细胞的水通透速率(cm/s×10－4)Ⅰ向卵母细胞注入微量水(对照)27.9Ⅱ向卵母细胞注入蛋白A的mRNA210.0Ⅲ将部分Ⅱ组细胞放入含HgCl2的等渗溶液中80.7Ⅳ将部分Ⅲ组细胞放入含试剂M的等渗溶液中188.0(1)将Ⅰ组卵母细胞放入低渗溶液后，水分子经自由扩散(渗透)穿过膜的____________进入卵母细胞。12\n(2)将蛋白A的mRNA注入卵母细胞一定时间后，该mRNA________的蛋白质进入细胞膜，使细胞在低渗溶液中体积________。(3)与Ⅱ组细胞相比，Ⅲ组细胞对水的通透性________，说明HgCl2对蛋白A的功能有________作用。比较Ⅲ、Ⅳ组的结果，表明试剂M能够使蛋白A的功能________。推测HgCl2没有改变蛋白A的氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的________。(4)已知抗利尿激素通过与细胞膜上的________结合，可促进蛋白A插入肾小管上皮细胞膜中，从而加快肾小管上皮细胞对原尿中水分子的________。(5)综合上述结果，可以得出___________________________________________的推论。解析：(1)细胞膜的基本骨架是磷脂双分子层，水分子以自由扩散的方式通过细胞膜的磷脂双分子层，不需要载体蛋白的协助。(2)向卵母细胞注入蛋白A的mRNA，导致水通透速率提高，这是因为该mRNA翻译产生的蛋白质进入细胞膜后成为了水通道蛋白，导致低渗溶液中水分子大量进入细胞，使细胞体积迅速增大。(3)Ⅲ组与Ⅱ组相比，唯一变量为Ⅲ中等渗溶液中含有HgCl2，Ⅲ组细胞在低渗溶液中对水的通透速率明显下降，说明HgCl2对蛋白A的功能有抑制作用。Ⅳ组中，将部分Ⅲ组细胞放入含试剂M的等渗溶液中，细胞对水的通透速率又有所提高，但未达到Ⅱ组的水平，说明试剂M能使蛋白A的功能部分恢复。可见，HgCl2没有改变蛋白A的氨基酸序列，只是改变了蛋白A的空间结构。(4)抗利尿激素作用于靶细胞膜上的受体，使肾小管对水的通透性增强，是因为其能促进蛋白A插入肾小管上皮细胞膜中，从而加快肾小管上皮细胞对原尿中水分子的重吸收。(5)通过实验组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的相互比较可以得出，蛋白A为水通道蛋白。答案：(1)磷脂双分子层(2)翻译　迅速增大(3)明显降低　抑制　部分恢复　空间结构(4)受体　重吸收(5)蛋白A是水通道蛋白6．(2022·浙江高考)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)(1)实验思路：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。12\n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，所以自变量是不同浓度的NaCl溶液，因变量是红细胞的形态变化。答案：(1)①配制质量分数由低到1.5%的NaCl溶液，分别等量加入各支试管中；②向上述各支试管中分别加入等量的兔红细胞稀释液，放置一定时间；③取兔红细胞稀释液和上述试管中的红细胞稀释液制作装片，用显微镜观察并比较红细胞形态的变化；(2)不同浓度NaCl溶液对兔红细胞形态的影响：NaCl溶液的浓度红细胞形态的变化原因分析低于一定浓度的NaCl溶液体积变大甚至涨破红细胞吸水一定浓度的NaCl溶液形态未变进出红细胞的水分子数相等高于一定浓度的NaCl溶液皱缩，体积变小红细胞失水7．(2022·江苏高考)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：(1)蔗糖是大分子物质，不能透过半透膜，故b管液面会上升。蔗糖在蔗糖酶作用下产生葡萄糖和果糖，葡萄糖和果糖是还原性糖，可以和斐林试剂共热产生砖红色沉淀。因此，要探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜，可以向a、b管中加入等量蔗糖酶溶液，然后各吸取少量与斐林试剂共热，观察有无砖红色沉淀的产生。(2)如果蔗糖水解产物能通过半透膜，则a、b两管液面高度差会缩小，均能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。如果蔗糖水解产物不能通过半透膜，则两管液面高度差会增大，且只有b侧管中液体能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。12\n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。12