物质跨膜运输的实例

物质跨膜运输的实例、 生物膜的流动镶嵌模型

1、说出成熟的植物细胞的结构和吸水、失水的原理。 2、说出物质跨膜运输的方式及各自的条件、实例。 一、物质跨膜运输的实例 （一）细胞的吸水和失水

1.细胞吸水的原理—— ，必须具备的两个条件 a、具有半透膜：水分子可以通过，而蔗糖等大分子不能通过的膜，如玻璃纸(又叫赛璐玢)。 b、膜两侧溶液具有浓度差。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。

细胞膜：相当于

（1）动物细胞细胞质：有一定浓度和组织液发生渗透 细胞壁： 透性

相当于 细胞液：具有一定浓度，和外界溶液发生渗透 2．细胞吸水的外界条件—— （1）动物细胞

外界溶液浓度小于细胞质浓度，细胞 外界溶液浓度大于细胞质浓度，细胞

（2）植物细胞

外界溶液浓度小于细胞液浓度，细胞吸水，发生 外界溶液浓度等于细胞质浓度，吸水和失水达到 （二）物质跨膜运输的其他实例 1.物质跨膜运输的特点

（1）水分子是 跨膜运输的。 （2）番茄和水稻吸收无机盐离子的比较

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)不同植物对________________的吸收有差异，同一种植物对________________的吸收也有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有________。

(2)水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2＋、Mg2＋的____，造成培养液中Ca2＋、Mg2＋浓度______；番茄吸收水的相对速率比吸收Si4＋的____，造成培养液中Si4＋浓度______。 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： (1)不同微生物对无机盐离子的吸收有________。 (2)不同微生物对各种无机盐离子的________不同。 3.生物膜的功能特性

（1）物质跨膜运输并不都是 梯度的，而且细胞对于物质的输入和输出有 。 （2）选择透过性膜是指对物质的运输起 作用的生物膜。

（3）选择透过性是指这种膜可以让 自由通过，一些 和 也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过的特性。

（4）生物膜的选择透过性是 的一个重要特征。 名师点拨

①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。

②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。

1．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通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。 2．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其对不同物质是否吸收选择性。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。 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

成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用

当细胞液浓度＜外界溶液浓度时，失水，质壁分离； 当细胞液浓度＞外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。

注意 ①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植物细胞有细胞壁的存在，不管失水还是吸水，细胞体积变化不大。但动物细胞体积会发生明显变化。 2．流程

3．质壁分离的原因分析

外因：外界溶液浓度＞细胞液浓度

(1)原因 原生质层相当于一层半透膜 →细胞渗透失水 内因 细胞壁的伸缩性小于原生质层 宏观：坚挺→萎蔫 液泡：大→小

(2)表现 细胞液颜色：浅→深微观

原生质层：与细胞壁分离

特别提醒 (1)实验成功的关键

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)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。 (3)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。

(4)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。

(5)若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验会出现自动复原现象，因外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。

质壁分离和复原实验及拓展应用

1．在实验中要始终保持细胞活性的实验有

(1)观察植物细胞的质壁分离和复原。 (2)用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。 (3)探究酵母菌的呼吸方式。

(4)探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用。 2．植物细胞质壁分离与复原实验的拓展

(1)判断细胞的死活 待测细胞＋分离剂――→

镜检

发生质壁分离和复原→活细胞

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

待测细胞＋一系列浓度梯度的分离剂――→细胞液浓度范围介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

不同植物细胞＋同一浓度的分离剂――→刚发生质壁分离所需时间比较→判断质壁分离速度(或细胞液浓度)

实验单一变量：不同植物细胞。 (4)比较未知浓度溶液的浓度大小

同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液――→刚刚发生质壁分离所需时间→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)验证原生质层和细胞壁伸缩性大小

发生质壁分离→细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性

镜检

镜检

镜检分别镜检

成熟植物细胞＋分离剂――→ 不发生质壁分离→细胞壁伸缩性大于或等于原生质

层的伸缩性

实验单一变量：植物细胞原生质层和细胞壁的伸缩性差异。 (6)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液) 成熟植物细胞＋不同种类溶液→

质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液 如蔗糖溶液

质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液 如 KNO3溶液

实验单一变量：不同种类的溶液。

二、生物膜的流动镶嵌模型

（一）对生物膜结构的探索历程

1、19世纪末，欧文顿根据脂溶性物质更容易通过细胞膜，提出膜是由脂质组成的。 2、20世纪初，化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。

3、1925年，荷兰科学家得出结论：细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。 4、20世纪40年代，科学家推测脂质两边各覆盖着蛋白质。

5、1959年，罗伯特森认为生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。 6、1970年，人鼠细胞杂交实验表明，细胞膜具有流动性。

7、1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流动镶嵌模型为大多数人所接受。 （二）生物膜流动镶嵌模型： 1、基本内容：

（1）磷脂双分子层构成膜的基本支架。这个支架不是静止的。磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性。

（2）蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层的表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层；大多数蛋白质分子是可以运动的。

（3）细胞膜表面的糖类可以和蛋白质结合形成糖蛋白，也可以和脂质结合形成糖脂。 2、组成成分及其结构图示

糖被：在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。 糖被的作用：(1)保护和润滑作用；(2)与细胞表面的识别、信息传递有关。 除糖蛋白外，细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂。 3、结构特点：具有一定的流动性。

（1）结构基础：构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是运动的。 （2）实验验证——人鼠细胞融合实验

（3）实例证明：质壁分离与复原、变形虫的变形运动、胞吞和胞吐、白细胞吞噬细菌及载体对相应物质的转运等。

4、功能特点：具有选择透过性。

5、生物膜的流动性与选择透过性的关系：

流动性与选择透过性都是对细胞膜的描述，但两者既有区别又有联系。

（1）区别：流动性是生物膜的结构特性，选择透过性是生物膜的功能特性，主动运输能充分说明选择透过性。

（2）联系：流动性是选择透过性的结构基础。因为只有细胞膜具有流动性，细胞才能完成其各项生理功能，才能表现出选择透过性。相反，如果细胞膜失去了选择透过性，细胞可能已经死亡了。

【自我检测】

1、根毛区细胞从土壤溶液中吸收水分的主要原因是（ ）

A．细胞壁是由亲水性物质构成的 B．细胞液浓度低于土壤溶液浓度 C．细胞液浓度高于土壤溶液浓度 D．细胞液浓度等于土壤溶液浓度 2、下图是胡萝卜在不同的含氧情况下从硝酸钾溶液中吸收K+影响a、b两点和b、c两点吸收量不同的因素分别是( ) A．载体数量、能量 B．能量、载体数量 C．载体数量、离子浓度 D．能量、离子浓度 3、红细胞吸收甘油与吸收葡萄糖相同的是( ) A．低浓度→高浓度 B．载体蛋白协助 C．高浓度→低浓度 D．消耗能量

8、如图实验装置，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装入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是 （ ）

A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后，再上升后又下降 B．在玻璃槽中会测出蔗糖和蔗糖酶

C．漏斗中液面开始时先下降，加酶后一直上升 D．在玻璃槽中会测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶

1、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（ ）

和N03-的曲线。

2、取一段长5cm的葱茎，将其纵切到4cm

处，由于纵切的葱茎使薄壁的皮

层细胞摆脱了厚壁的表皮细胞的束缚，皮层细胞扩张得更快，从而使葱茎向表皮外弯曲，切后的形状如图甲所示，将它作为对照。再取另外四段葱茎做同样的处理，将它们分别置于a至d的不同浓度的蔗糖溶液中，30min后，葱茎形状记录如图乙。据此判断蔗糖溶液浓度的大小为 A．a>b>c>d B．a>c>d>b C．b>d>c>a D．b>a>c>d

9、用洋葱鳞片叶表皮制备“观察细胞质壁分离实验”的临时装片，观察细胞的变化。下列有关实验操作和结果的叙述，正确的是( )

A.将装片在酒精灯上加热后，再观察细胞质壁分离现象 B.在盖玻片一侧滴入清水，细胞吸水膨胀但不会破裂

C.用不同浓度的硝酸钾溶液处理细胞后，均能观察到质壁分离复原现象 D.当质壁分离不能复原时，细胞仍具正常生理功能 1．下列现象属于渗透作用的是

①水分子通过植物细胞的细胞壁 ②水分子或其他溶剂分子通过细胞膜 ③蔗糖分子通过细胞壁

④水分子或其他溶剂分子通过液泡膜 ⑤水分子或其他溶剂分子通过原生质层 ⑥干大豆种子泡在清水中逐渐胀大 ⑦暑天新鲜蔬菜在空气中萎蔫 A．①②③ C．②④⑤

B．③④⑤ D．①③⑤

( )

4．某同学在实验室中做“植物细胞的吸水和失水”实验时，在实验室教师的帮助下，进行了一系列的创

( )

对上表的推断或解释不正确的是

A．x为质壁分离，因为细胞壁伸缩性弱于细胞膜 B．y为质壁分离，可能导致细胞失水过多而死亡 C．z为细胞稍增大，细胞液颜色逐渐变浅 D．④组无变化是因为细胞吸水量等于失水量

【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统进行渗透吸水或渗透失水。下图甲表示渗透装置吸水示意图，图乙表示甲图中b侧液面上升的高度与时间的关系，图丙表示紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在某外界溶液中的一种状态（此时细胞有活性）。请回答下列问题：

（1）由甲图b侧液面上升可知，实验初始时c两侧浓度大小是a____b，此时水分子移动方向是 向（填“单”或“双”）。由图乙可知b侧中溶液吸水速率在_________，最终液面不再上升，当液面不再上升时，c两侧浓度大小是a____b。

（2）丙图中相当于甲图中c的结构是__________（填序号），结构②当中充满的液体是___________。此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是_________。 A．细胞液C．细胞液

外界溶液 B．细胞液外界溶液 外界溶液 D．都有可能

（3）把丙细胞浸入清水当中，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？

_________，原因是_______________________。

（4）把丙细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中，发现细胞液泡体积也在增大，颜色 。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？__________。 例1、（1）﹤ 双 降低 ﹤

（

2）③④⑤ 外界溶液 D

（3）不能 细胞壁对原生质层具有支持和保护作用 （4）变浅 不一定

回答下列与细胞有关的实验问题。

(1)下列4项实验中，需保持细胞生理活性的有

______ (填序号

)。

①观察叶绿体和线粒体

②观察洋葱鳞片叶内表皮细胞中DNA的分布 ③探究酵母菌的呼吸方式

④红细胞中血红蛋白的提取和分离 (2)按下面步骤进行质壁分离实验

步骤一：在洁净的载玻片中央加一滴清水，取一片藓类小叶，盖上盖玻片。

步骤二：从盖玻片一侧滴入0.3 g/mL的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，使盖玻片下面的藓类小叶浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中。 步骤三：在显微镜下观察，结果如图所示。

①图中A、B处的颜色分别是________。

②如果上述实验步骤二中从盖玻片的一侧滴入的是加有伊红(植物细胞不吸收的红色染料)的0.3 g/mL的蔗糖溶液，则在显微镜下观察到A、B处颜色分别是________。

③如果将步骤二中浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中的藓类小叶的装片放在80 ℃条件下处理一段时间(装片中的藓类小叶保持在0.3 g/mL的蔗糖溶液中)。在显微镜下清晰地观察到细胞结构后，为更准确地判断A处颜色，对显微镜的操作方法是__________、________________。如果A处呈绿色，可能的原因是_______________________________

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(1)①③ (2)①无色、绿色 ②红色、绿色 ③改变光圈大小 调节反光镜(电光源亮度) 高温下细胞膜、

叶绿体膜失去选择透过性，叶绿素等色素进入A处

学案6 物质跨膜运输的实例和方式答案

课前探究案

【基础知识回顾】 一、

1、渗透作用 半透膜 浓度差

（1）半透膜（2）全 细胞膜 液泡膜 半透膜 2、细胞质浓度或细胞液浓度大于外界溶液 （1）吸水膨胀 失水皱缩 动态平衡 （2）质壁分离 质壁分离的复原

3、植物细胞的吸水和失水实验 分析结果 得出结论 思考1：①细胞壁 原生质层

②外界溶液浓度大于细胞液浓度 原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性

③判断成熟植物细胞的死活、测定（比较）细胞液的浓度大小、验证原生质层具有选择透过性、证明细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性

④选材要成熟植物细胞，最好紫色洋葱表皮细胞、蔗糖浓度不能太大、操作时间不能太长，防止细胞死亡

二、

1、顺浓度梯度 选择性 逆浓度 较大差异 2、（1）顺浓度 选择性

（2）选择透过

（3）水分子 离子 小分子 （4）活细胞 思考2：高浓度的盐溶液能使肉表面的微生物渗透失水死亡 三、

1、（1）顺浓度梯度，不需载体和能量 水、气体、甘油等脂溶性物质 浓度差

能量、载体、红细胞、浓度差 （2）载体、能量、可以低浓度到高浓度运输 离子、氨基酸等非脂溶性小分子 能量

思考3：细胞膜的主动运输是活细胞的特性,它保证了活细胞能够按照生命活动的需要,主动选择吸收所需

的营养物质,主动排出代谢废物和对细胞有害的物质。 2、胞吞和胞吐 流动性 【自我检测】

1、C． 2、B． 3、C． 4、D. 5、D． 6、A． 7、C.

8、A 解析：由于蔗糖溶液浓度大于蒸馏水，因而开始时漏斗液面上升。加入酶后，蔗糖水解为单糖，溶液浓度增大，导致继续吸水，液面继续上升，但由于单糖分子可通过半透膜进入蒸馏水中，使外界溶液浓度增大，半透膜两侧浓度差减小，从而使液面下降。蔗糖酶是蛋白质，为大分子物质，不能透过半透膜，因此在玻璃槽中不能测出蔗糖酶。 9、B.

10、A. 解析：a物质通过细胞膜不需要载体、不消耗能量，属于自由扩散；b物质通过细胞膜需要载体、消耗能量，属于主动运输。小肠绒毛上皮细胞中的细胞膜通过自由扩散吸收氧气、水、甘油、胆固醇等，通过主动运输吸收葡萄糖、氨基酸等。

课内探究案

【探究点一】渗透系统的组成、发生条件及应用 例1、（1）﹤ 双 降低 ﹤

（2）③④⑤ 外界溶液 D

（3）不能 细胞壁对原生质层具有支持和保护作用 （4）变浅 不一定 拓展延伸：

1、a侧液面上升，b侧下降，然后a侧下降，b侧上升，当液面不再变化时，b侧高于a侧。 2、质壁分离后自动复原；自由扩散。 归纳提升：

（1）①半透膜 ②膜两侧具有浓度差

（2）半透膜没有生物活性，小分子可以透过，大分子透不过 。选择透过性膜具有生物活性，可以根据需求选择自身需要的物质

（3）紫色洋葱表皮细胞 活的成熟的植物细胞 评价练习 1、B 2、B

【探究点二】物质运输的方式及影响因素 例2、（1）主动运输 从低浓度到高浓度且需载体 乙

（2）载体蛋白 能量

（3）C、D

（4）自由扩散 能量供应 （5）c b、a

（6）抗体 胞吐 流动性 归纳提升：

（3）细胞膜的流动性 细胞的呼吸速率

评价练习 3、A

4、A 解析：图②显示随着外界溶液浓度的增加,细胞吸收这种物质的速度加快,当膜上的载体达到饱和时，吸收速度不再增加；图④显示，随着外界氧气浓度的增加，细胞吸收此物质的速度也加快，说明吸收过程与呼吸作用有关，应为主动运输方式。 当堂检测：1、B 2、C 3、B

课后拓展案

1、A 解析：从表中可以看出：水没有减少，而矿质离子不同程度地减少，所以吸收水和吸收矿质离子是两个相对独立的过程，且不同矿质离子的吸收不成比例。表中不能看出根尖对矿质离子的吸收是主动运输方式，以及是否受温度的影响。

2、B 解析：只要能够在盐碱地生长就说明可以吸收水分，否则无法生长。抗盐不是吸收无机盐能力强，而是可以吸收到足够的水分。抗盐类型与普通类型的根本差异在于细胞核内的DNA不同。 3、B

4、C 解析：发生质壁分离的细胞必须是具有大液泡的植物细胞，根尖生长点细胞、干种子细胞由于没有大液泡，所以不能发生质壁分离；而蛔虫属于动物，其卵细胞和人体细胞均不存在细胞壁，因此也不能发生质壁分离。 5、A 6、C

7、C 8、（1）主动运输 由低浓度向高浓度运输且需要载体（2）线粒体（3）氧气 自由扩散

9、⑴AB段说明：随着氧分压的提高，呼吸作用旺盛，根细胞吸收K的数量相应增多。原因是增强的根呼吸为K+的吸收提供了更多的能量

⑵随着氧分压的继续提高，曲线不可能像①那样无限制地上升，因为根细胞膜上运载K+的载体蛋白质的数量是有限的，曲线趋势应如②所示。（3）ATP K+载体数目 （4）适当松土 10、（1）b管内蔗糖溶液浓度大于a管内蒸馏水浓度（2）蔗糖酶 斐林试剂

①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 ②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

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