第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
1.阐明渗透作用的条件及原理。
2.结合探究实验,分析理解细胞吸水和失水的过程及应用。
3.进行关于植物细胞吸水和失水的实验操作,分析植物细胞的吸水和失水。
4.建构被动运输的概念,比较自由扩散和协助扩散的异同点。
(1)动物细胞
②现象
(2)植物细胞(以成熟植物细胞为例)
①原理
②现象:当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时,细胞通过渗透作用失水,植物细胞发生质壁分离现象;将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中,此时细胞液的浓度大于外界清水,植物细胞吸水,发生质壁分离复原现象。
判断正误
核心归纳
1.渗透作用具备的两个条件
具有半透膜和膜两侧溶液存在浓度差。
2.水分子的运动规律
(1)半透膜两侧的水分子进行双向运动 ,液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。
(2)当液面高度不再变化时,水分子仍进出半透膜,但进出达到平衡。
3.渗透现象中液面变化的判断方法
半透膜两侧分别为浓度不同的A、B溶液,有以下三种情况:
(1)若A侧溶质(如葡萄糖等)可以通过半透膜,B侧溶质不能通过半透膜,则最终B侧液面升高。
(2)若A侧和B侧溶质是同种物质且均不能通过半透膜,则浓度高的一侧液面升高。
(3)若A、B两侧溶液的溶质均能通过半透膜,则两侧不存在高度差。
4.渗透平衡≠浓度相等
渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态,既不可看作没有水分子移动,也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。渗透平衡后,溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然,即液面高的一侧溶液浓度也高);浓度差越大,液面高度差也越大。
5.渗透系统的溶液浓度
研究渗透作用时溶液浓度是指物质的量浓度而非质量浓度:如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液,质量浓度相同,但葡萄糖溶液的物质的量浓度大,故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
质壁分离发生的条件
(1)从细胞角度分析
①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具有中央大液泡的成熟植物活细胞可发生质壁分离及复原现象。
(2)从溶液角度分析 ①在一定浓度(溶质不能透过膜)的溶液中只会发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理,方可复原)。
②在一定浓度的溶液(溶质可透过膜如KNO3、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象。
③在高浓度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。
判断正误
核心归纳
1.质壁分离实验中的两组对照
组别 | 实验组 | 对照组 |
第一组 | 经质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理后发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞 | 自然状态下的洋葱鳞片叶外表皮细胞 |
第二组 | 用清水处理后发生了质壁分离复原的细胞 | 发生了质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞 |
2.质壁分离及复原现象发生的条件
(1)从细胞角度分析
①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。
(2)从溶液角度分析
①在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜)中只发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理,方可复原)。
②在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原,如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。
③在高浓度溶液中质壁分离现象明显,但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原,因为溶液浓度过高,细胞会因过度失水而死亡。
④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,不适于做质壁分离实验的溶液。
1.被动运输的概念:物质以扩散方式进出细胞,不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种跨膜运输方式称为被动运输。
2.被动运输的类型
自由扩散:物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式,如:氧、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等
协助扩散:借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式,如:水分子、葡萄糖、氨基酸等
3.转运蛋白:分载体蛋白和通道蛋白两种类型。
4.影响被动运输的因素
(1)膜内外物质浓度梯度的大小。
(2)某些物质的运输速率还与转运蛋白的数量有关。
(3)温度变化会影响物质运输速率。
判断正误
核心归纳
1.两种运输方式的比较
方式 | 自由扩散(简单扩散) | 协助扩散(易化扩散) |
示意图 | ![]() | |
运输方向 | 顺浓度梯度 | |
转运蛋白 | 不需要 | 需要 |
能量 | ![]() | ![]() |
曲线模型 | ||
举例 | ①气体:O2、CO2、NH3等 ②甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物 ③少部分水 | ①离子和一些小分子有机物,如葡萄糖进入红细胞 ②大部分水 |
2.载体蛋白的特性
(1)专一性:一种载体蛋白在对细胞内外物质进行运输时只能对应地运送唯一的一种或性质非常相近的一类物质。
(2)饱和性:细胞膜上的载体蛋白数量有限,在运输过程中当所有载体蛋白都已承担相应的运输任务时,运输的速率不再因其他条件而加快。
3.通道蛋白的特性
(1)具有极高的转运速率。
(2)没有饱和值。
(3)并非连续性开放。
4.被动运输的影响因素
(1)自由扩散的影响因素:物质运输速率主要取决于膜内外物质浓度梯度的大小,也与物质分子大小和脂溶性有关。(如图A)
(2)协助扩散的影响因素:除了膜内外物质浓度梯度的大小外,还与膜上转运蛋白的数量有关。当转运蛋白达到饱和时物质浓度再增加,物质运输速率也不再增加。(如图B)
(3)被动运输不消耗能量,所以物质运输速率和细胞能量供应无关。(如图C)
小技巧
判断细胞的吸水、失水的两种方法
(1)通过比较细胞外溶液和细胞内溶液的浓度大小来判断:当细胞外溶液浓度大于细胞内溶液浓度时,细胞失水;当细胞外溶液浓度小于细胞内溶液浓度时,细胞吸水;当细胞外溶液浓度与细胞内溶液的浓度相等时,细胞失水量和吸水量相等,水分进出细胞处于动态平衡。
(2)根据重量或长度变化(如萝卜条)来判断:若重量增加或长度变长,则吸水;反之则失水。
小技巧
植物细胞吸水和失水实验存在的两组对照
本实验存在的两组实验均为自身对照,自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行,是实验前后之间的对照。
A 基础训练
2021·南昌期末·知识点1、4
2021·蓟州高一上月考·知识点1、2
2021·东北育才学校高一上月考·知识点2·能力点2
知识点4
知识点2、4
知识点1、2·能力点1
知识点1、2
2021·徐州王杰中学高一训练·知识点1、2·能力点1
知识点1、2·能力点1
知识点3·能力点2
B高考训练
高考组合·知识点1、4
知识点3·能力点2
2020·全国卷Ⅱ·能力点2
2021·东北育才学校高一上月考·知识点3·能力点2
C拓展训练
2019·全国中学生生物学联赛·知识点1、2
知识点3·能力点2
