全章复习与测试优质课教案

第3讲

物质跨膜运输的实例

与物质跨膜运输的方式

一、渗透作用：1、概念：是指水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜的扩散。2、产生的条件：一是具有半透膜；二是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。3、原理：溶液A浓度大于溶液B，水分子从BA移动溶液A浓度小于溶液B，水分子从AB移动4、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）透过半透膜（或选择透过性膜）进行的扩散。5、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半透膜：一些物质（一般是水分子物质）能透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使管内液面升高。其对不同物质是否选择性吸收。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。二、细胞的吸水和失水：1、动物细胞的吸水和失水：动物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。动物细胞膜相当于一层半透膜。（1）外界溶液浓度＜细胞质溶液浓度时，细胞吸水膨胀；（2）外界溶液浓度＞细胞质溶液浓度时，细胞失水皱缩；（3）外界溶液浓度＝细胞质溶液浓度时，水分进出平衡。2、植物细胞失水和吸水：（1）原生质层：指______细胞膜和______液泡膜以及两层膜之间的细胞质。（2）吸水和失水：①外界溶液浓度＞细胞液浓度细胞失水质壁分离________。细胞吸水②外界溶液浓度＜细胞液浓度____________质壁分离复原。③外界溶液浓度＝细胞液浓度水分进出平衡细胞维持原来形态。（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、液泡膜以及两层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。实验探究植物细胞的吸水和失水1、实验原理：成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。因此成熟的植物细胞可构成渗透系统，发生渗透作用。注意：分生区细胞和干种子细胞因无大液泡，不能发生渗透作用，无质壁分离和复原现象。2．质壁分离与复原实验流程：3、实验结论：原生质层相当于半透膜。4、成熟植物细胞发生质壁分离的原因：

小于外界溶液浓度（1）外因：细胞液浓度_____（2）内因：①原生质层相当于一层半透膜；②________原生质层的伸缩性比_______细胞壁的伸缩性大。5、表现：（1）宏观：坚挺→萎蔫液泡：大→小（2）微观细胞液颜色：浅→深原生质层：与细胞壁分离特别提醒：1、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、在实验中，当质壁分离现象出现后，观察时间不宜过长，以免细胞因长期处于失水状态而死亡，影响质壁分离复原现象的观察。3、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。4、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。1

5、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。6、当以可吸收的物质做溶质（如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等）时，可出现质壁分离和自动复原现象。3、植物细胞质壁分离与复原实验的意义：（1）判断细胞的死活：镜检发生质壁分离和复原→活细胞待测细胞＋分离剂——→不发生质壁分离→死细胞实验单一变量：待测细胞的生活状态。（2）测定细胞液浓度范围：镜检细胞液浓度范围介待测细胞＋一系列浓度梯度的分离剂——→于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围之间实验单一变量：不同浓度的分离剂（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度：镜检刚刚发生质壁分离所需不同植物细胞＋同一浓度的分离剂——→时间的比较→判断细胞液浓度大小（时间越短，细胞液浓度越小）实验单一变量：不同植物细胞Ca2＋、Mg2＋的大，造成培养液中Ca2＋、Mg2＋浓度＿＿；番茄吸上升大上升收水的相对速率比吸收Si4＋的＿，造成培养液中Si4＋浓度＿＿。同一种无机盐离子（2）不同植物对＿＿＿＿＿＿＿＿的吸收有差异，同一种植物对不同种无机盐离子＿＿＿＿＿＿＿＿的吸收也有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子选择性的吸收具有＿＿＿。2、微生物吸收无机盐离子的特点：不同微生物对不同无机盐离子的吸收表现出较大的差异：选择性（1）不同微生物对无机盐离子的吸收有＿＿＿。需要量（2）不同微生物对各种无机盐离子的＿＿＿不同。3、人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点：逆浓度梯度4、物质跨膜运输的特点：水分子可以自由通过，一些需要的_____离子、______小分子也可以通（1）______过，其他的____离子、小分子和______大分子则不能通过。（2）对物质的吸收具有选择性，原因在于细胞膜和其他生物膜都是____________选择透过性膜。特别提醒：1、物质的跨膜运输并不都是顺相对含量浓度梯度的，而且细胞对于物质的输入和输出有选择性。（4）比较一系列溶液的浓度的大小：镜检记录刚刚发生同一植物的相同成熟细胞＋未知浓度的溶液——→质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小（时间越短，未知溶液的浓度越大）实验单一变量：未知浓度的溶液（5）鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液）：镜检相同成熟植物细胞＋不同种类溶液——→只发生质壁分离现象→溶质不能通过原生质层的溶液（如蔗糖溶液）质壁分离后自动复原→溶质能通过原生质层的溶液（如KNO3溶液）想一想：细胞吸水时，水分子跨膜运输的状态如何？水分子在细胞膜上总是双向运动的。只不过在细胞吸水时，由外向内扩散的水分子总数多于由内向外扩散的水分子总数。三、物质跨膜运输的其他实例：1、无机盐的跨膜运输：科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2＋、Mg2＋和Si4＋的培养液中培养，结果及分析如下：（1）水稻吸收水的相对速率比吸收2、细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，其结构基础为膜上载体蛋白的种类和数量，有饱和性和竞争抑制现象。3、高浓度的盐、醋、糖等溶液能使细胞脱水而死亡，杀菌也是这个道理。4、矿质元素必须溶解在水中呈离子状态，才能被细胞吸收。5、吸收矿质元素离子的多少可以调节细胞液的浓度，影响对水分的吸收。6、矿质元素离子被吸收后随水分在导管中运输，蒸腾作用在促进水分运输的同时也促进矿质元素离子的运输。7、植物对离子的选择性吸收：原因：遗传性决定载体蛋白种类、数量决定选择性。8、植物吸收水分的方式是自由扩散，而对无机盐离子则以主动运输方式吸收，吸收原理是不一样的；但离子的吸收和运输必须溶解在水中，因此可以说植物对水分和无机盐的吸收是两个相对独立的过程。议一议：半透膜与选择透过性膜有哪些异同点？①相同点：某些物质可以通过，另一些物质不能通过。②不同点：选择透过性膜一定是半透膜，半透膜不一定是选择透过性膜。四、物质跨膜运输方式：1、离子和小分子物质跨膜运输方式：（1）被动运输：①概念：物质顺浓度梯度进出细胞的扩散，不需能量。②种类：a、自由扩散：指物质通过简单的扩散作用进出细胞。低浓度运输方向：高浓度特点：不需要载体和能量。实例：氧气、二氧化碳、氮气、水、甘油、脂肪酸、乙醇、苯等b、协助扩散：指进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散。低浓度运输方向：高浓度特点：需膜上载体蛋白的协助，不需要能量。实例：红细胞吸收葡萄糖（2）主动运输：①概念：指物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要______载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的方式。高浓度②运输方向：低浓度

2 ③特点：需要载体蛋白和能量。④实例：Na+、K+、Ca2+、Mg2+等离子通过细胞膜；葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞。⑤意义：保证活细胞了能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。（3）离子、小分子的跨膜运输比较：物质出入细胞方式被动运输自由扩散协助扩散主动运输运输方向高浓度→低浓度高浓度→低浓度一般为低浓度→高浓度是否需要载体蛋白是否消耗能量举例不需要不消耗需要不消耗需要消耗小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯红细胞吸收葡萄糖等出入细胞

物质出入细胞方式被动运输自由扩散协助扩散主动运输图例表示曲线(一定浓度范围内)A点：无氧呼吸为物质运输提供能量O2分压2、大分子出入细胞的方式：（1）胞吞：当细胞摄取大分子时，首先是大分子附着在细胞膜的表面，这部分细胞内陷形成小囊，包围着大分子。然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。如人体内白细胞的作用。（2）胞吐：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排除细胞。如分泌性蛋白的合成和运输过程。胞吞和胞吐需能量，但不需载体蛋白协助，该过程可体现了细胞膜的流动性。实质上，这些物质并没有真正的穿过生物膜。特别提醒：1、影响自由扩散、协助扩散、主动运输的因素：（1）影响自由扩散的因素：细胞膜内外物质的浓度差。（2）影响协助扩散的因素：①细胞膜内外物质的浓度差；②细胞膜上载体的种类和数量。（3）影响主动运输的因素：①载体（核糖体）；②能量（细胞质基质和线粒体）。凡能影响细胞内产生能量的因素，都能影响主动运输，如氧气浓度、温度等。2、载体的化学本质及作用特点：2、载体的化学本质及作用特点：（1）载体是细胞膜上的一类蛋白质，它具有特异性，不同物质的载体不同，不同生物细胞膜上的载体的种类和数量也不同。（2）载体具有饱和现象，当细胞膜上的某物质的载体达到饱和时，细胞吸收该物质的速率不再随物质浓度的增大而增大。3、温度可影响生物膜的流动性和酶的活性，因而会影响物质跨膜运输的速率。4、流动性的实例：细胞融合、变形虫变形、白细胞吞噬细菌（胞吞）、分泌蛋白的分泌（胞吐）、温度改变时膜的厚度改变、动物细胞吸水膨胀或失水皱缩等。五、植物细胞壁：1、成分：主要是纤维素和果胶；酶解法去除细胞壁所用酶为＿＿纤维＿＿＿＿＿＿；与其形成有关的细胞器为＿＿＿＿和线粒体。素酶和果胶酶高尔基体2、功能：支持和保护作用。动物细胞在清水中可吸水涨破，但植物细胞不会，主要是纤维素和果胶（填成分）的功劳。比一比：自由扩散、协助扩散和主动运输与胞吞、胞吐有何主要区别？前三种物质运输方式是小分子和离子的运输方式，不包括大分子，且他们是穿膜运输。胞吞、胞吐是大分子或颗粒性物质的运输方式，运输是通过膜融合实现转移的，被运输的物质不直接穿过生物膜。物质运输的方式(连一连) 连一连（物质运输的方式）：特点

方式

实例

①不需载体Ⅰ水、O2、CO2、

a．主动运输

和能量甘油、乙醇②需载体，不Ⅱ红细胞吸

b．自由扩散

需能量收葡萄糖③需载体Ⅲ小肠上皮细

c．协助扩散

和能量胞吸收葡萄糖④需能量，Ⅳ大分子、

d．胞吞和胞吐

不需载体颗粒物质例1：成熟的植物细胞具有中央大液泡，可与外界溶液构成渗透系答案：①－b－Ⅰ

②－c－Ⅱ

③－a－Ⅲ

④－d－Ⅳ

统进行渗透吸水或渗透失水。图甲表示渗透装置吸水示意图，图乙

表示图甲中液面上升的高度与时间的关系，图丙表示成熟植物细胞在某外界溶液中的一种状态（此时细胞有活性）。请据图回答下列问题。（1）由图甲漏斗液面上升可知，实验初始时c两侧浓度大小是a__小__b（大于、于下降，最终液面小于、等于）。由图乙可知漏斗中溶液吸水速率在____小于。不再上升。当液面不再上升时，c两侧浓度大小是a____b（2）图丙中相当于图甲中c结构的是______③④⑤（填序号），结构②当中充满的液体是________外界溶液。此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是___D。A．细胞液>外界溶液B．细胞液<外界溶液C．细胞液＝外界溶液D．都有可能（3）把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当中，发现细胞液泡体积增大，说明细胞在渗透吸水，细胞能否无限吸水？不能____，原因是细胞壁对原生质层有支持和保护的作用_______________________________。（4）把一个已经发生质壁分离的细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中，

发现细胞液泡体积在增大。当液泡体积不再增大时，细胞液浓度是否一定和外界溶液浓度相等？______不一定。训练1：（2013.福建四地六校联考）U型管中装有两种不同的溶液R及S，并为一半透性膜（X）隔开（如下图所示）。与S相比，R为低渗溶液（即浓度较低）。图a中黑色的深浅即代表浓度高低。当图a中的U形管内已达到平衡时，溶液表面是一样高还是不一样高？渗透压是相等还是不相等？（B）A．右侧较高，两溶液等渗，即浓度相等B．右侧较高，且右侧为高渗，即浓度较高C．左侧较高，且右侧为低渗，即浓度较低D．两侧高度相等，且为等渗例2：下列据图所作出的说明错误的是（D）A．图1说明该物质跨膜运输时会出现饱和现象B．图2说明此物质进出细胞时需要消耗能量C．图3说明该离子跨膜运输的方式为主动运输3

D．图4说明该植物吸收K＋不需要载体协助训练2：（2012·浙江理综，1）人体肝细胞内CO2分压和K＋浓度高于细胞外，而O2分压和Na＋浓度低于细胞外，上述四种物质中通过主动转运进入该细胞的是（C）A．CO2B．O2＋C．KD．Na＋（3）柽柳是泌盐植物，叶子和嫩枝可以将吸收于植物体内的盐分排出，是强耐盐植物。柽柳从土壤中吸收无机盐是通过主动运输还是被动运输？请设计实验加以证明。①实验步骤：a．取甲、乙两组生长发育相同的柽柳幼苗，放入适宜浓度的含有Ca2＋、K＋的溶液中。完全抑制有氧呼吸。b．甲组给予正常的呼吸条件，乙组________________c．____________________________________________一段时间后测定两组植株根系对Ca2＋、K＋的吸收速率。②实验结论：a．若两组植株对Ca2＋、K＋的吸收速率相同，说明__________柽柳从土壤________________________；中吸收无机盐是通过被动运输b．_______________________________________________若乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率，说明柽柳从土壤中______________________。吸收无机盐是通过主动运输例3：（2013.福州调研，36）植物根尖成熟区的主要功能是吸收水分和矿质元素离子。如图表示刚施肥后的根尖成熟区表皮细胞在土壤溶液中的状态。请据图回答：细胞表面有突（1）该部位的表皮细胞与功能相适应的结构特点是____________起的根毛（或细胞表面向外突起）；有大液泡____________________________________。纠错1：下列关于生物学概念及原理的描述正确的是（C）A．原生质层就是原生质的外层，核心是细胞核B．处于渗透平衡状态时的大田作物，才能正常生长C．植物对水分和矿质离子的吸收原理不同，是相对独立的过程D．选择透过性膜具有半透膜的某些性质，半透膜上的载体也具有选择透过性纠错2：（2011·安徽百校第一次联考，31）下图是生物膜的流动镶嵌模型及物质跨膜运输示意图，其中离子通道是一种通道蛋白，通道蛋白是横跨质膜的亲水性通道，具有离子选择性。请仔细观察图示回答有关问题。（1）很多研究成果有力支持“脂溶性物质易透过生物膜，不溶于脂质的物质不易透过生物膜”这一事实。这证明组成细胞膜的主要成分中有[甲]________磷脂分子。（2）鲨鱼体内能积累大量的盐，盐分过高时就要及时将多余的盐分排出体外，经研究鲨鱼体内多余盐分是经②途径排出被转运物质的，那么其跨膜运输的方式是____________________协助扩散（或被动运输）。细胞（2）图中根表皮细胞此时所处的生理状态是___________________。此时，还能吸收水分和矿失水，出现质壁分离质离子吗？不能吸收水分，仍能吸收矿质离子___________________________。（3）现提供0.3 g/mL的蔗糖溶液、1 mol/L的硝酸钾溶液、1mol/L的醋酸溶液三种药品（以上溶液的浓度均比一般细胞液浓度大）、紫色洋葱、显微镜。请你选择一种正确的药品及其他必要的仪器用具，设计一个简单的实验，证实你对第（2）题第二问的判断。实验步骤：1mol/L的硝酸钾溶液；①取一干净的载玻片，在中央加入1滴_________________②撕取紫色洋葱鳞片叶表皮，平展于液滴中，盖上盖玻片，置于显微镜下观察。实验现象：细胞先出现________质壁分离，后慢慢________自动复原。实验结论：由此证明了_________________________________细胞失水处于质壁分离状态时，仍能吸收矿质离子_______。训练3：（2011·重庆理综，5）下图为某种植物幼苗（大小、长势相同）均分为甲、乙两组后，在两种不同浓度的KNO3溶液中培养时鲜重的变化情况（其他条件相同且不变）。下列有关叙述，错误的是（B）A．3h时，两组幼苗均已出现萎蔫现象，直接原因是蒸腾作用和根细胞失水B．6h后，甲组幼苗因根系开始吸收K+、NO3-，吸水能力增强，使鲜重逐渐提高两组幼苗在KNO3溶液中的鲜重变化C．12h后，若继续培养，甲组幼苗的鲜重可能超过处理前，乙组幼苗将死亡D．实验表明，该植物幼苗对水分和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程1．（2011·新课标卷）撕去紫色洋葱外表皮，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，两组外表皮都用质量浓度为0.3 g/ mL的蔗糖溶液里处理，一段时间后外表皮细胞中的

水分不再减少。此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小以及水分运出细胞的方式分别是（C）A．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输B．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输C．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输D．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输2．（2012·海南单科，11）在动物细胞的物质运输中，属于自由扩散的是（B）A．红细胞中的Na＋进入血浆B．细胞外液中的O2进入肌细胞C．细胞外液中的K＋进入神经细胞D．血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞3．（2012·安徽理综，2）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）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4

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4．（2011·海南单科，27）原尿中葡萄糖、氨基酸等物质的浓度与血浆中的基本相同。原尿经肾小管上皮细胞的选择性重吸收和分泌作用后形成尿液。正常情况下尿液中不含葡萄糖。肾小管上皮细胞中的葡萄糖通过被动运输的方式进入组织液。下图为肾小管壁及相关结构示意图。回答问题。（1）肾小管上皮细胞中的葡萄高于（高于、低于、等糖浓度____于）组织液中的。（2）原尿中的葡萄糖进入肾小ATP的参与。管上皮细胞的运输方式是主动运输_______，需要载体蛋白和_____________渗透作用，原尿中葡萄（3）肾小管上皮细胞重吸收水分的原理是________肾小管腔中液体的糖未能被完全重吸收从而导致尿量增加的原因是_________________________________________________________________浓度高于正常水平，渗透压高，水分重吸收减弱，造成尿量增加。5．（2012·北京理综，31）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ⅠⅡⅢⅣ在等渗溶液中进行的处理向卵母细胞注入微量水（对照）向卵母细胞注入蛋白A的mRNA将部分Ⅱ组细胞放入含HgCl2的等渗溶液中将部分Ⅲ组细胞放入含试剂M的等渗溶液中在低渗溶液中测定卵母细胞的水通透速率（cm/s×10－4）27.9210.080.7188.0（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）磷脂双分子层进入卵母细胞。穿过膜的____________（2）将蛋白A的mRNA注入卵母细胞一定时间后，该mRNA_____翻译的蛋白质进入细胞膜，使细胞在低渗溶液中体积________迅速增大。（3）与Ⅱ组细胞相比，Ⅲ组细胞对水的通透性________明显降低，说明HgCl2对蛋白A的功能有____抑制作用。比较Ⅲ、Ⅳ组的结果，表明试部分恢复。推测HgCl2没有改变蛋白A的剂M能够使蛋白A的功能________氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的________空间结构。（4）已知抗利尿激素通过与细胞膜上的____受体结合，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______重吸收。蛋白A是水通道蛋白的推论。（5）结合上述结果，可以得出________________6．（2012·上海单科，22）相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需要关注培养基的渗透压，这是因为动物细胞（A）A．没有细胞壁，对培养基的渗透压更敏感B．渗透压远高于细菌或植物细胞的渗透压C．没有成熟大液泡，渗透压调节能力差D．生长缓慢，各生长阶段对环境的渗透压要求不同

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