第4章 細胞的物質輸入和輸出
第1節 物質跨膜運輸的實例
【高考目標定位】
1、通過模擬實驗探究膜的透性
2、觀察植物細胞的質壁分離和復原
【考綱知識梳理】
一、細胞的吸水和失水：
1、原理：發生了滲透作用。
滲透作用必須具備兩個條件：（1）具有半透膜；
（2）膜兩側溶液具有濃度差。
2、動物細胞的吸水和失水（以紅細胞為例：紅細胞膜相當于一層半透膜）
（1）當外界溶液濃度＜細胞質濃度時，細胞吸水漲破。
（2）當外界溶液濃度＞細胞質濃度時，細胞失水皺縮。
（3）當外界溶液濃度＝細胞質濃度時，水分進出平衡。
3、植物細胞的吸水和失水
（1）在成熟的植物細胞中，原生質層（包括細胞膜＋液泡膜＋二者之間的細胞質）相當于一層半透膜。
（2）成熟植物細胞發生質壁分離的條件是：外界溶液濃度＞細胞液濃度，發生質壁分離復原的條件是外界溶液濃度＜細胞液濃度。
（3）原生質層的伸縮性比細胞壁的伸縮性大。
二、物質跨膜運輸的其他實例
1、物質跨膜運輸的特點
（1）水分子是順相對含量的梯度跨膜運輸的。
（2）無機鹽的跨膜運輸
①水稻和番茄對離子的吸收具有選擇性。
②人體甲狀腺濾泡上皮細胞可以逆相對含量梯度從血液中吸收鉀。
③不同微生物對不同礦物質的吸收表現出較大的差異。
2、細胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜，水分子、一些離子和小分子可以通過，二其他的離子小分子和大分子則不能通過。
【要點名師精解】
一、滲透作用的原理分析及應用：
1、滲透系統的組成（如圖）及特點：
（1）半透膜，可以是生物性的選擇透過性膜，如細胞膜，
也可以是物理性的過濾膜，如玻璃紙。
（2）半透膜兩側的溶液具有濃度差。
2、滲透作用的發生：
（1）當S1濃度>S2濃度時，單位時間內由S2→S1的水分子數多于S1→S2的水分子數，外觀上表現為S1液面上升；
（2）當S1濃度
3、滲透作用原理的應用：
（1）比較不同溶液濃度大小
漏斗內燒杯內
溶液濃度MN
現象及結論①若漏斗內液面上升，則M＞N
②若漏斗內液面不變，則M＝N
③若漏斗內液面下降，則M＜N
4、驗證滲透作用發生的條件
（1）具半透膜。
（2）具有濃度差。
【例1】某同學進行實驗，甲圖為實驗開始狀態，乙圖為實驗結束狀態。請在乙圖所示實驗結果的基礎上繼續實驗，探究蔗糖的水解產物能否通過半透膜。
增添的實驗材料：蔗糖酶溶液、斐林試劑、試管、滴管、水浴鍋等。
（1）設計出繼續實驗的簡要步驟：
① ；
② 。
（2）預測實驗現象并作出結論。
【解析】本實驗的設計思路主要有兩個：①證明出蔗糖被水解，蔗糖的水解產物是葡萄糖，用斐林試劑即可；②觀察a、b兩管液面高度差的變化，如果差值增大，則說明能透過，否則不能。
【答案】（1）①向a、b兩管分別加入等量蔗糖酶溶液，水浴加熱（或隔水加熱）U型管至適宜溫度，觀察a、b兩管內液面的變化 ②吸取a、b兩管內適量液體，分別加入A、B兩試管中，并加入斐林試劑，（60～65℃）水浴加熱，觀察A、B試管內有無磚紅色沉淀
（2）如果a、b兩管液面高度差縮小且A、B試管內均有磚紅色沉淀，則蔗糖的水解產物能通過半透膜；
如果a、b兩管液面高度差增大且A試管內無磚紅色沉淀、B試管內有磚紅色沉淀，則蔗糖的水解產物不能通過半透膜。
二、植物細胞質壁分離與復原實驗分析及應用
1、實驗流程：
2、原因分析：
3、質壁分離實驗的拓展應用及方法：
（1）判斷細胞的死活：
將待測細胞置于蔗糖溶液中進行鏡檢，如果發生質壁分離和復原，則是活細胞；如果不發生質壁分離，則是死細胞。
（2）測定細胞液濃度的范圍：
將待測細胞置于一系列濃度梯度的蔗糖溶液中并分別進行鏡檢，則細胞液濃度介于未發生質壁分離和剛剛發生質壁分離的蔗糖溶液的濃度之間。
（3）比較不同植物細胞的細胞液濃度：
將不同植物細胞置于同一濃度的蔗糖溶液中進行鏡檢，根據對剛剛發生質壁分離所需的時間的比較，判斷細胞液濃度（即時間越短，細胞液濃度越�。�
（4）比較一系列溶液的濃度的大�。�
將同一植物的相同成熟細胞置于未知濃度的溶液中進行鏡檢，記錄剛剛發生質壁分離所需時間并比較所用時間的長短，判斷溶液濃度的大�。〞r間越短，未知溶液的濃度越大）。
（5）鑒別不同種類的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）：
將成熟相同植物細胞置于不同種類溶液進行鏡檢，如果只發生質壁分離，說明是溶質不能通過半透膜的溶液（如蔗糖）；如果質壁分離后又自動復原，則說明是溶質能通過半透膜的溶液（如KNO3）。
【例2】以紫色洋蔥鱗片葉外表皮為材料觀察植物細胞的質壁分離現象，下列敘述錯誤的是：
A.在發生質壁分離的細胞中能觀察到紫色中央液泡逐漸縮小
B.滴加30%的蔗糖溶液比10%的蔗糖溶液引起細胞質壁分離所需時間短
C.發生質壁分離的細胞放入清水中又復原，說明細胞保持活性
D.用高濃度的NaCl溶液代替蔗糖溶液不能引起細胞質壁分離
【解析】當外界溶液濃度大于細胞液濃度時，細胞失水，液泡體積變小，細胞發生質壁分離，故A正確；質壁分離的速度與外界溶液濃度大小有關，外界溶液濃度越大，質壁分離所需時間越短，故B正確；質壁分離與復原是活細胞所具有的現象，細胞死亡后，原生質層失去選擇透過性，不再發生質壁分離及復原現象，故C正確；高濃度的NaCl溶液濃度大于細胞液濃度，可發生質壁分離現象，若細胞失水過多可導致細胞死亡，不再發生復原現象，故D錯誤。
【答案】D
【感悟高考真題】
（2010?浙江高考）29Ⅱ．為研究兔紅細胞在不同濃度NaCl溶液中的形態變化，請根據以下提供的實驗材料與用具，寫出實驗思路，設計記錄實驗結果及原因分析的表格，并填入相應內容。
材料與用具：兔紅細胞稀釋液、質量分數為1.5%的NaCl溶液、蒸餾水、試管、顯微鏡等。
（要求：答題時對NaCl溶液的具體配制、待觀察裝片的具體制作不作要求）
實驗思路：
（1）
①
（2）設計一張表格，并將預期實驗結果及原因分析填入該表中。
【解析】實驗目的為研究兔紅細胞在不同濃度NaCl溶液中的形態變化，所以需要設置不同梯度濃度的NaCl溶液，實驗原理是動物細胞的細胞溶液濃度為0.9%，在濃度低于0.9%的NaCl溶液中動物細胞會吸水膨脹，在濃度高于0.9%的NaCl溶液中動物細胞會失水皺縮，且濃度差越大，現象，越明顯，在清水中，動物細胞會吸水過多而破裂，但是一段時間后，形態又會恢復到原來形態，因為離子可以透過細胞膜。
【答案】（1）實驗思路：①用1.5%的NaCl溶液和蒸餾水，培植出NaCl質量分數0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的溶液②取6片載玻片，標記為1-6滴加，滴加適量且等量的紅細胞稀釋液滴在1-6號玻片上，再分別滴加等量的蒸餾水，0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的NaCl溶液。③制成臨時裝片持續觀察紅細胞的形態變化，并做好記錄。
（2）不同濃度NaCl溶液下兔紅細胞的形態變化表
組別/指標細胞形態原因
1脹破在蒸餾水中吸水過多脹破
2膨脹后恢復細胞液濃度大于外界濃度，細胞吸水膨脹，但是離子會進入細胞，一段時間后細胞內外濃度相等，細胞恢復形態。
3膨脹后恢復細胞液濃度大于外界濃度，細胞吸水膨脹，但是離子會進入細胞，一段時間后細胞內外濃度相等，細胞恢復形態。
4正常細胞液濃度等于外界濃度，細胞水分平衡
5皺縮后恢復細胞液濃度小于外界濃度，細胞失水皺縮，但是離子會進入細胞，一段時間后細胞內外濃度相等，細胞恢復形態。
6皺縮后不恢復細胞液濃度小于外界濃度，細胞失水皺縮，但是細胞失水過多死亡，不再恢復
（2010?福建高考）2．下列有關造血干細胞中物質運輸的途徑，可能存在的是
A．吸收的葡萄糖：細胞膜一細胞質基質一線粒體
B．合成的細胞膜蛋白：高爾基體一核糖體一細胞膜
C．轉錄的mRNA：細胞核一細胞質基質一高爾基體
D．合成的DNA聚合酶：核糖體一細胞質基質一細胞核
【解析】本題主要考查各種有機化合物在細胞內合成有運輸的過程。A項吸收葡萄糖通過細胞膜計入細胞質基質，被分解成【H】和丙酮酸，然后丙酮酸進入線粒體繼續被分解成二氧化碳和水。B項膜蛋白與分泌蛋白一樣，都是在粗面型內質網上的核糖體合成后進入內質網，然后經過高爾基體的加工和分裝，通過具膜小泡運輸到細胞表面。C項在細胞核內經過轉錄形成的mRNA，通過核孔出來與核糖體結合，準備開始翻譯。D項DNA聚合酶是由于游離核糖體合成后，到細胞質基質經核孔進入細胞核。
【答案】D
（2009?海南 高考）已知魚鰾是一種半透膜。若向魚鰾內注入適量的20%蔗糖溶液、排出魚鰾內的空氣，扎緊開口，將其浸沒在盛有10%蔗糖溶液中，下列能正確表示燒杯內蔗糖溶液濃度隨時間變化趨勢的示意圖是
【解析】本題考查滲透系統，魚鰾是一種半透膜，魚鰾內的蔗糖溶液高于外邊，所以會從燒杯中吸水使其體積增大，使燒杯內液體濃度升高，當魚鰾內外滲透壓相等時，水進出達到平衡，燒杯液體和魚鰾內液體濃度相同。
【答案】B
（2009?江蘇高考）回答下列與細胞有關的實驗問題。
（1）下列4項實驗中，需保持細胞生理活性的有 （填序號）。
①觀察葉綠體和原生質的流動
②觀察洋蔥鱗片葉內表皮細胞中DNA的分布
③探究酵母菌的呼吸方式
④紅細胞中血紅蛋白的提取和分離
（2）按下面步驟進行質壁分離實驗。
步驟一：在潔凈的載玻片中央加一滴清水，取一片蘚類小葉，蓋上蓋玻片。
步驟二：從蓋玻片一側滴入0.3g／mL的蔗糖溶液，在蓋玻片的另一側用吸水紙吸引。這樣重復幾次，使蓋玻片下面的蘚類小葉浸潤在0.3g／mL的蔗糖溶液中。
步驟三：在顯微鏡下觀察，結果如圖所示。
①圖中A、B處的顏色分別是 。
②如果上述實驗步驟二中從蓋玻片的一側滴入的是加有伊紅（植物細胞不吸收的紅色染料）的0.3g／mL的蔗糖溶液，則在顯微鏡下觀察到A、B處顏色分別是 。
③如果將上述實驗步驟二中浸潤在0.3g／mL的蔗糖溶液中的蘚類小葉的裝片，放在80℃條件下處理一段時間（裝片中的蘚類小葉保持在0.3g／mL的蔗糖溶液中）。在顯微鏡下清晰地觀察到細胞結構后，為更準確地判斷A處顏色，對顯微鏡的操作方法是 、 。如果A處呈綠色，可能的原因是 。
【解析】本題考查大綱要求的實驗是相關知識。（1）需保持細胞生理活性的有①觀察葉綠體和原生質的流動③探究酵母菌的呼吸方式（2）由于發生質壁分離，A處為蔗糖溶液，為無色。B處為細胞質有葉綠體顯綠色。③要看的更清晰需要改變光圈大小調節反光鏡(電光源亮度)，高溫下使細胞死亡，細胞膜失去選擇透過性，葉綠素等色素進入A處。
【答案】
（1）①③
（2）①無色、綠色 ②紅色、綠色③改變光圈大小 調節反光鏡（電光源亮度）高溫下細胞膜、葉綠體膜失去選擇透過性，葉綠素等色素進入A處
（2008?廣東高考）觀察在0.3g／mL蔗糖溶液中的洋蔥表皮細胞，發現中央液泡逐漸變小，說明
A．細胞壁相當于一層半透膜B．洋蔥表皮細胞是活的
C．此時蔗糖溶液濃度小于細胞液濃度D．細胞壁收縮導致中央液泡失水
【解析】原生質層相當于一層半透膜.此時蔗糖溶液濃度大于細胞液濃度.細胞滲透失水收縮、中央液泡逐漸變小，能說明洋蔥表皮細胞是活的
【答案】B
（2008?上海高考）在保持細胞存活的條件下，蔗糖溶液濃度與蘿卜條質量變化的關系如右圖。若將處于b濃度溶液中的蘿卜條移入a濃度溶液中，則該蘿卜條的質量將
A．不變
B．增大
C．減小
D．先增后減
【解析】將高濃度溶液中的植物細胞轉移到低濃度的溶液中時，植物細胞會吸水，總質量增加。
【答案】B
【考點精題精練】
一、選擇題
1.利用高濃度鹽水殺菌防腐的原理是 C
A、鹽水中氯有殺菌作用 B、高濃度鹽水中，水分不足，不利于細菌生長
C、由于滲透作用，細菌脫水死亡 D、鈉有殺菌作用
2.下圖為滲透作用實驗，開始如圖（一），A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，過一段時間后結果如圖（二），漏斗管內液面不再發生變化，H1、H2表示漏斗管內液面與清水的高度差。下列說法錯誤的是（ B ）
A．圖（一）中B的濃度大于C的濃度
B．圖（二）中B的濃度等于C的濃度
C．圖（一）中A中水分子擴散到B的速率大于A中水分子擴散到C的速率
D．圖（二）中A中水分子擴散到B的速率等于B中水分子擴散到A的速率
3.用蔗糖浸漬冬瓜，能使冬瓜變甜，這是因為（ D ）
A．蔗糖分子通過滲透作用進入細胞
B．蔗糖分子分解為葡萄糖分子進入細胞
C．蔗糖分子進入細胞間隙
D．細胞滲透失水過多而死亡，細胞膜失去選擇透過性，蔗糖分子進入細胞
4.一個成熟的植物細胞，它的原生質層主要包括（ B ）
A．細胞膜、核膜和這兩層膜之間的細胞質
B．細胞膜、液泡膜和這兩層膜之間的細胞質
C．細胞膜和液泡膜之間的細胞質
D．細胞壁、液泡膜和它們之間的細胞質
5.某同學用30%的蔗糖溶液來處理某生物細胞，在操作步驟完全正確的情況下，細胞沒有出現質壁分離現象。試分析該同學所使用的實驗材料可能是
①根尖分生區細胞 ②動物細胞 ③死細胞 ④去除了細胞壁的植物細胞
A.②④ B.①②④ C.②③④ D.①②③④
6.下表為一植物細胞在兩個不同的階段細胞大小的一些數據。下列各圖中，正確反應從階段I到階段Ⅱ在植物細胞中發生的變化的是( 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的蔗糖溶液分別浸浴某種植物細胞，觀察質壁分離現象，得到其原生質體體積變化情況如下圖所示。下列表述中正確的是： B
A．該細胞可能是某種植物分生區的細胞
B．AB段曲線表明細胞液濃度在逐漸增大
C．BC段表明該細胞開始因失水過多而逐漸死亡
D．用一定濃度的KNO3溶液，可得到類似蔗糖溶液的結果
8.在觀察植物細胞的質壁分離和復原的過程中，某同學在視野中看到生活著的洋蔥表皮細胞正處于右圖狀態，a、b表示兩處溶液的濃度，由此推測（ D ）
A、a＞b，細胞滲透吸水
B、a＝b，滲透系統保持動態平衡
C、a＜b，細胞滲透失水
D、上述三種情況都可能存在
9.（2010?安徽省黃山市高三二模）將質壁分離的活細胞置于清水中，能正確表示該細胞吸水速率變化過程的是C
答案：C
10.（2010?安徽省巢湖市高三一模）假定甲乙兩個植物細胞分別放入蔗糖溶液和甘油溶液中，兩種溶液均比細胞液的濃度高，蔗糖分子不能透過膜，甘油分子可以較快地透過膜，在顯微鏡下連續觀察甲乙兩細胞的變化是 B
A．甲乙兩細胞發生質壁分離后，不發生質壁分離復原
B．甲乙兩細胞發生質壁分離，但乙細胞隨后又發生質壁分離復原
C．甲乙兩細胞發生質壁分離，但隨后甲細胞發生質壁分離復原
D．甲乙兩細胞均發生質壁分離，后又均發生質壁分離復原
11.將人類的紅血球置于不同濃度蔗糖液中，浸泡半小時之后的結果如下圖。依照血球外形的變化判斷蔗糖溶液的濃度，由高到低排列，正確的是（ D ）
A．甲>乙>丙>丁
B．丁>甲>乙>丙
C．丙>丁>甲>乙
D．丙>乙>丁>甲
12.將某植物細胞置于大于該細胞液的硝酸鉀溶液中，一段時間后在顯微鏡下發現該細胞未發生質壁分離，其原因可能是該細胞 （ B ）
①是死細胞 ②是根尖分生區細胞 ③大量吸水 ④大量失水
⑤質壁分離后又自動復原
A.①②③ B.①②⑤
C.②③⑤ D.②④⑤
13.與“質壁分離與質壁分離復原”的實驗材料及外界溶液有關的敘述正確的是（ A ）
①實驗材料必須是植物成熟的活組織細胞 ②細胞液必須有顏色，否則不能發生質壁分
離和復原 ③細胞液最好有顏色，便于觀察和判斷質壁分離或復原的程度 ④外界溶液必須對細胞無害 ⑤外界溶液的濃度適中，不能過低或過高 ⑥外界溶液的濃度無特殊要求，任何濃度均可
A．①③④⑤ B．①②④⑤
C．①③④⑥ D．①②④⑥
14.（2010?上海市長寧區高三二模）用水洗滌菜葉類蔬菜時，水的顏色無明顯變化。若進行加溫，隨著水溫的升高，水的顏色逐漸變綠，其原因是 D
A．加溫使細胞壁失去選擇透過性
B．加溫使原生質層失去選擇透過性
C．加溫使細胞膜和液泡膜失去選擇透過性
D．加溫使細胞膜和葉綠體內外膜失去選擇透過性
15.將紫色洋蔥表皮細胞置于30%的蔗糖溶液中，光鏡下所觀察到的現象是 ( A )
①液泡逐漸變小，顏色由淺變深 ②液泡逐漸變小，顏色由深變淺
③原生質層與細胞壁逐漸分離形成球形小團 ④細胞膜、液泡膜結構明顯
⑤原生質層與細胞壁之間是蔗糖溶液
A.①③ B.①③④ C.②③ D.①③⑤
二、非選擇題
16.下面甲、乙兩圖是滲透裝置示意圖，丙圖是根毛細胞示意圖，請根據甲、乙、丙三圖回答下列問題：（甲圖是發生滲透作用的初始狀態。乙圖是發生了較長時間的滲透作用之后，通過漏斗內外的水分子達到平衡時的狀態。甲圖中：①為清水，②為30g/mL的蔗糖溶液）
（1）比較甲圖中①和②處溶液濃度的大小 > 。?
（2）丙圖中④的名稱為 ，甲圖中的③相當于丙圖中的 ，它與丙圖中相應結構的區別是 。?
（3）若把根毛細胞放入30g/mL的蔗糖溶液中，它將出現 ，再放入清水中，它又出現 。?
（4）若把根毛細胞放入50g/mL的蔗糖溶液中，它會出現什么變化？ ，
過一段時間再放入清水中，又會如何？ ，因為 。?
（5）鹽堿地中的植物常出現萎蔫現象，其原因是 。
答案：（1）② ①
（2）原生質層 ④ 原生質層具有選擇透過性
（3）質壁分離現象 質壁分離復原現象?
（4）質壁分離 不出現質壁分離復原現象 蔗糖溶液濃度過高,根毛細胞因失水過多而
（5）土壤溶液濃度大于根毛細胞液的濃度，根毛細胞失水
17.如圖為植物細胞亞顯微結構模式圖，請據圖回答(括號內填標號，橫線上填名稱)。
(1)夏季白天此細胞能進行下列各項生命活動中的________�！ �
①光合作用 ②細胞呼吸 ③細胞增殖 ④信息交流
（2）若該細胞是西瓜果肉細胞，則色素主要存在于［�。荨 �。（2分）
將該細胞浸泡在質量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液中出現質壁分離，其原因是 （填代號）中的溶液濃度較小。K+是以 方式進入細胞，所需能量主要由 （填代號）提供，用光學顯微鏡對其進行觀察，可用 作活體染色。
（3）若將該細胞放入含3H標記的腺嘌呤脫氧核苷酸的營養液中進行組織培養，所形成的愈傷組織細胞中，含3H標記的細胞器有 。（２分）
（4）要在顯微鏡下鑒別此細胞是否為活細胞，可采用什么方法，依據的原理是什么？
方法
原理
答案：（1）①②④
（2）14液泡（2分） 14 主動運輸 11 健那綠
（3）4、11（2分）
（4）方法：觀察細胞是否會發生質壁分離與復原
原理：活細胞的原生質層相當于半透膜，能控制物質的進出，活細胞處于一定濃度的外界溶液中，會發生質壁分離與復原
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