【人教版】2014届高三生物一轮复习教师用书-必修1-第2单元-第3讲-物质跨膜运输的实例与方式.doc

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第三讲物质跨膜运输的实例与方式

物质跨膜运输的实例与方式

[教材知识问题化梳理]

一、细胞的吸水和失水
1．渗透作用的条件

2．动物细胞的吸水和失水

(2)现象
3．植物细胞的吸水和失水[动漫演示更形象　见课件光盘]

(2)现象
二、物质跨膜运输的其他实例
1．实例
(1)植物对无机盐离子的吸收：
①不同植物(如番茄、水稻)对同一离子的吸收能力不同。
②同种植物对不同离子的吸收能力不同。
(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收是逆(逆、顺)浓度梯度进行的。
2．结论
细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。
三、物质跨膜运输的方式[动漫演示更形象　见课件光盘]
将物质运输的方式、特点和实例连线

[巧学助记]　巧记物质出入细胞的方式
跨膜运输三类型，自由、协助和主动，
自由、协助高到低，主动运输逆着行；
胞吞、胞吐非跨膜，不需载体需耗能，
大分子颗粒来进出，全靠膜的流动性。
[效果自评组合式设计]

一、在小题集训中洞悉命题视角
1．撕取紫色洋葱外表皮，分为两份，假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。然后，两组外表皮都用浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理，一段时间后表皮细胞中的水分不再减少。请判断此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小，以及水分运出细胞方式说法的正误。
(1)甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输(×)
(2)甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输(×)
(3)甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输(√)
(4)甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输(×)[来源:学科网]
2．判断下列有关物质运输说法的正误。
(1)血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞属于自由扩散(2012·海南卷T11D)(×)
(2)氢离子可以通过扩散作用进入液泡内(2011·北京卷T3B)(×)
(3)主动运输过程中，需要载体蛋白协助和ATP提供能量(2010·天津卷T4A)(√)
(4)细胞对离子的吸收具有选择性(2009·宁夏卷T3B)(√)
(5)液泡中积累大量离子，故液泡膜不具有选择透过性(2009·宁夏卷T3D)(×)
二、在回顾教材图表中强化学科能力

据水稻和番茄对离子吸收图解分析：
(1)水稻和番茄分别主要吸收哪些离子？
答案：水稻主要吸收Si4＋，番茄主要吸收Ca2＋、Mg2＋。
(2)图示反映同一植物对不同离子的吸收量如何？不同植物对同一离子的吸收量又怎样？
答案：同一植物对不同的离子吸收量不同，不同植物对同一离子的吸收量不同。
(3)由此说明植物对水和无机盐离子的吸收有什么关系？
答案：植物对水和无机盐的吸收是两个相对独立的过程。

渗透作用的原理及应用

1.渗透作用模型与植物细胞的比较

渗透作用模型
植物细胞与外界溶液形成的渗透系统
图解

基本组成或条件
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
原理
水分子通过半透膜的扩散作用
细胞液通过原生质层与外界溶液之间发生渗透作用
水扩散的方向
低浓度溶液→高浓度溶液

2.常见渗透装置图分析

(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S2。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．渗透作用原理的拓展应用
(1)比较不同溶液浓度大小：

漏斗内
烧杯内
溶液浓度
M
N
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[来源:Zxxk.Com]
③若漏斗内液面下降，则M＜N

(2)验证渗透作用发生的条件：

(3)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[来源:Zxxk.Com]
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

[例1]　(2013·无锡一中摸底)右图所示的U形管中间被半透膜(体积小于或等于单糖的物质才能通过)隔开，两侧分别加入等量的0.1 mol·L－1蔗糖溶液和麦芽糖溶液。一段时间后左右两侧液面高度变化是怎样的？若向U形管两侧加入等量某种微量物质，最终右侧液面上升，那么加入的这种微量物质最可能是什么(　　)
A．右侧液面高度下降；葡萄糖
B．两侧液面高度不变；蔗糖酶
C．两侧液面高度不变；麦芽糖酶
D．右侧液面高度下降；蒸馏水
[解析]　半透膜两侧的溶液物质的量浓度相等，因此两侧液面高度不变；若向U形管两侧加入的物质是等量的蔗糖酶，则左侧的每个蔗糖分子会被分解成1分子果糖和1分子葡萄糖；溶液浓度增加，左侧液面升高，但随着果糖、葡萄糖不断透过半透膜进入右侧，而麦芽糖不能透过半透膜，这样右侧溶液浓度不断增加，最终右侧液面上升。
[答案]　B

(1)该实验过程中，左侧液面动态变化过程是怎样的？
提示：左侧液面开始不变，加入蔗糖酶后，左侧液面开始上升，但最终下降。
(2)若单糖也不能通过半透膜，则加入蔗糖酶后左右两侧液面最终如何变化？
提示：左侧液面上升，右侧液面下降。

物质出入细胞的方式

1.物质跨膜运输方式——膜的选择透过性

物质跨膜运输的方式
被动运输
主动运输[来源:Z§xx§k.Com]
自由扩散
协助扩散
物质运输方向
高浓度→低浓度
高浓度→低浓度
低浓度→高浓度
是否需要载体
不需要
需要
需要
是否消耗能量
不消耗
不消耗
消耗ATP
图　例

模　型

举　例
O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯等
红细胞吸收葡萄糖
小肠吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等

2．胞吞和胞吐——膜的流动性

胞吞(内吞)
胞吐(外排)
条件
细胞摄取或排出大分子和颗粒物质的方式
原理
生物膜的流动性
特点
物质通过小泡转移，需要消耗能量，不需要载体
方向
细胞外→内
细胞内→外
实例
变形虫吞食食物颗粒，白细胞吞噬病菌等
胰岛B细胞分泌胰岛素

[例2]　(2012·安徽高考)蛙的神经元内、外 Na＋ 浓度分别是 15 mmol/L 和 120 mmol/L。在膜电位由内负外正转变为内正外负过程中有 Na＋ 流入细胞，膜电位恢复过程中有Na＋排出细胞。下列判断正确的是(　　)
A．Na＋ 流入是被动运输、排出是主动运输
B．Na＋ 流入是主动运输、排出是被动运输
C．Na＋ 流入和排出都是被动运输
D．Na＋ 流入和排出都是主动运输
[解析]　依题干信息，神经细胞外Na＋浓度高于细胞内，故Na＋内流是一个顺浓度梯度运输的过程，属于被动运输；Na＋外流(排出)是一个逆浓度梯度运输的过程，属于主动运输。
[答案]　A
———————[规律方法]——————————————————————
物质运输方式的判断方法
(1)据分子大小判断：

(2)根据运输方向判断：逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。顺浓度梯度的跨膜运输方式为被动运输。
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易误点一
忽视发生质壁分离的条件和细胞类型
失误类型
知识理解类失误

1．发生质壁分离的条件
(1)外因：外界溶液浓度>细胞液浓度。
(2)内因：原生质层的伸缩性>细胞壁的伸缩性。
2．细胞是否能发生质壁分离及复原的判断
(1)从细胞角度分析：
①具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象。
②死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离现象。
(2)从溶液角度分析：
①在溶质可穿膜的溶液中(如KNO3、尿素甘油等)细胞会发生先质壁分离后自动复原现象。
②在溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原。
③在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但会因过度失水而死亡不再复原。

高考命题常从以下角度设置陷阱
(1)列举不同类型的细胞或对植物细胞进行某种处理后，判断能否发生质壁分离现象。
(2)列举不同的溶液，以判断成熟植物细胞在溶液中发生的现象。
1．(2013·黄山七校联考)用酶解法除去新鲜紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞的细胞壁得到原生质体，将其置于0.3 g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，原生质体一定不发生(　　)
A．质壁分离　　　　　　　　　 B．渗透失水
C．颜色加深 D．吸水力增大
解析：选A　将植物细胞除去细胞壁而得到的原生质体放在0.3 g/mL的蔗糖溶液会发生失水，液泡颜色加深，随着进一步失水，细胞液的浓度增大，吸水力增大，由于细胞壁不存在，看不到质壁分离现象。
2．假定将甲、乙两株植物的表皮细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液的浓度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、乙两个细胞的变化是(　　)
A．甲、乙两个细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原
B．甲、乙两个细胞发生质壁分离后，乙细胞随后发生质壁分离复原
C．甲、乙两个细胞发生质壁分离后，甲细胞随后发生质壁分离复原
D．甲、乙两个细胞发生质壁分离后，又都发生质壁分离复原
解析：选B　由于两种溶液浓度均比细胞液浓度高，所以都会发生质壁分离现象，但由于蔗糖分子不能透过膜，甘油分子可以较快地透过膜进入细胞，使得细胞液浓度增大，这样水分子又进入了细胞，所以乙细胞随后会发生质壁分离复原。
[课件展示更丰富　见配套光盘]
易误点二
不能正确辨析物质运输的方式
失误类型
审题偏差类失误

Na＋­K＋泵是一种常见的ATP－驱动泵(如下图所示)，
由此可知(　　)

A．该载体不一定能催化ATP水解，但一定能促进物质的转运
B．Na＋通过Na＋­K＋泵的跨膜运输方式是主动运输，K＋通过Na＋­K＋泵的跨膜运输方式是协助扩散
C．葡萄糖进入红细胞的方式与Na＋和K＋通过Na＋­K＋泵的跨膜运输的方式相同
D．Na＋­K＋泵对维持动物细胞的渗透压平衡起着非常重要的作用
[自主尝试]　选__D__。
[解题指导]
关键点
信息解读
①
Na＋­K＋泵即Na＋­K＋ATP酶，能催化ATP水解，故选项A错误
②
由图中信息可知，Na＋和K＋能通过Na＋­K＋泵实现从低浓度到高浓度的跨膜运输，同时消耗能量，因此两种离子的跨膜运输方式都属于主动运输，红细胞以协助扩散方式吸收葡萄糖，选项B、C错误

(1)因不能准确理解题干中关于Na＋­K＋泵的功能，而错选A项和B项。
(2)因混淆各种物质的运输方式，不能准确判断红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，而错选C项。
(3)此类问题还常借助结构模式图和曲线，判定物质出入细胞的方式。

与物质跨膜运输有关的曲线解读
[典型图示][课件展示更丰富　见配套光盘]
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——————————————————————————————————————[信息解读]
(1)曲线1、2表示物质浓度对跨膜运输速率的影响，其中曲线1表示的运输方式为自由扩散，曲线2表示的运输方式是协助扩散或主动运输。曲线2中P点之后运输速率不变的原因是膜上载体蛋白的数量有限。
(2)曲线3、4表示O2浓度对跨膜运输速率的影响，其中曲线3表示的运输方式为自由扩散或协助扩散，曲线4表示的运输方式为主动运输。曲线4中P点之后运输速率不变的限制因素是载体蛋白的数量。
(3)若曲线3表示哺乳动物成熟红细胞的物质运输，还可表示主动运输(哺乳动物成熟红细胞无线粒体，进行无氧呼吸)。
[解题技法]
(1)分析此类曲线题时，要注意区分横坐标表示的意义，如曲线2和曲线4横坐标不同，表示的物质运输方式不同。
(2)解答此类问题时，要明确自由扩散、协助扩散和主动运输三种跨膜运输方式的区别和联系，主要从是否需要能量和载体蛋白两个方面考虑。
[强化训练]
某科学家在研究物质运输时发现有下列四种曲线关系，在研究某种物质的运输时，发现与曲线②和④相符，最可能是下列哪一过程(　　)

A．糖从血浆进入人的成熟红细胞
B．Na＋通过离子通道进入神经细胞
C．小肠上皮细胞从小肠内吸收氨基酸
D．组织细胞从组织液吸收氧气
解析：选C　该种物质有最大运输速率，说明不是自由扩散，该物质运输与氧浓度有关，说明不是协助扩散，即该物质的运输方式为主动运输。A、C、D运输方式分别为：协助扩散、主动运输、自由扩散。Na＋通过离子通道进入神经细胞与氧浓度无关。

观察植物细胞的质壁分离和复原
[动漫演示更形象　见课件光盘]
1.实验操作流程

2．实验拓展应用
(1)判断成熟植物细胞是否有生物活性：

(2)测定细胞液浓度范围：

(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度：

(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)：

[典例]　某小组确定研究课题：探究植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系。该小组选用水生植物黑藻作为实验材料，并作实验假设：如果将其叶片分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，其细胞失水量随着外界溶液浓度增加而增加。该小组学生设计实验步骤如下：配制质量分数为10%、20%、30%的蔗糖溶液，分别盛于培养皿中。从黑藻茎上取下叶片，用吸水纸吸干叶片上的水分，并制成装片，显微镜下观察，选取5个细胞测量其A、B(如图A为细胞的长度，B为原生质体长度)。在此基础上，请你参与设计、分析与讨论。
(1)请你设计一表格，用于记录数据，计算并记录B/A(%)值。
(2)该小组同学根据记录数据作曲线如图。请你就该结果作分析并得出结论。

①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
结论：___________________________________________________________________。
(3)讨论：如果要说明上述质壁分离现象是由于相应浓度的外界溶液引起的，而非细胞本身的原因，应如何设计实验？
[解题指导]
(1)分析实验材料确定表格设计项目：
①根据题干提供的信息，探究“植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系”实验的自变量是不同蔗糖浓度，因变量是“由细胞的长度A和原生质体长度B计算得出的B/A(%)值”，由此推出表格应体现B、A、B/A值。
②实验材料是“选取5个细胞”，是为了避免实验中的偶然性，必须对其测量项取平均值，由此推出表格应体现5个细胞及平均值。
③蔗糖溶液要求配制“10%、20%、30%”三种，因此表格应体现三种蔗糖溶液的浓度。
(2)正确的结论来源于准确的读图与析图：
为了增加实验结果的直观性，对表格数据进行坐标曲线格式转化，得到的B/A(%)值绘制成曲线，通过曲线不难看出：①B/A值越小，说明质壁分离程度越大。②随着外界溶液浓度的增大，B/A值下降，说明质壁分离程度随溶液浓度增大而增大。从而得到结论：细胞失水量随着外界溶液浓度的增大而增加。
(3)排除细胞本身对实验的影响
排除细胞本身对实验的影响的方法是设置对照实验，只要增加“清水对照组”，观察清水中的黑藻细胞，确认细胞形态正常，无质壁分离现象，就可排除细胞本身的原因。
[标准答案]
(1)表格如下：
细胞
10%蔗糖溶液
20%蔗糖溶液
30%蔗糖溶液
B(μm)
A(μm)
B/A(%)
B(μm)
A(μm)
B/A(%)
B(μm)
A(μm)
B/A(%)
1

2

3

4

5

平均值

(2)①B/A值越小，说明质壁分离程度越大
②随着溶液浓度的增大，B/A值下降，说明质壁分离程度随外界溶液浓度增大而增大
结论：质壁分离程度(细胞失水量)随着外界溶液浓度的增大而增加
(3)设置清水对照组，观察清水中的黑藻细胞，确认细胞形态正常，无质壁分离现象。
———————[归纳小结]————————————————————————
(1)判断细胞是否有活性，还可通过观察细胞质是否流动予以判断，细胞质流动是活细胞的特征。
(2)在质壁分离及复原实验中存在自身对照，质壁分离与未分离对照为第一次对照，质壁分离复原为第二次对照。
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