聚焦“渗透作用” 把脉“物质出入”

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试题1 为了观察植物细胞质壁分离和复原的现象，某同学设计并进行了如下实验：

材料用具：洋葱、刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、质量浓度为0.075g/mL的胭脂红溶液（胭脂红是一种水溶性的大分子食用色素，呈红色）、清水、显微镜等。

方法步骤：

请回答下列问题：

（1）图中步骤B显微镜观察的目的是 。

（2）假如该同学发现植物细胞质壁分离后不能复原，可能的原因有、，导致细胞过度失水而死亡。

（3）该同学在步骤D观察到了质壁分离现象，其实验结果应为下图中的（填序号），判断的理由有 。

（4）如果以紫色洋葱叶肉细胞为材料，重复进行上述实验，当细胞处于如图④状态时，图中A、B和C三处的颜色分别是、、。

（5）如果以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为材料，重复进行上述实验，当细胞处于如图④状态时，图中A、B和C三处的颜色分别是、、。

【点拨】本题前两个小题涉及的是基础问题，焦点是（3）（4）（5）小题。解决问题的关键在于要搞清图④中A、B、C各部分结构中存在的相应物质或结构以及它们的颜色。A为细胞壁与原生质层之间的空隙，质壁分离时存在其中的是外界大分子溶液；B为细胞膜与液泡膜之间的细胞质，只有当细胞为叶肉细胞时，因其存在叶绿体而呈绿色，其余均为无色；C为细胞液，只有当细胞为紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞时，其中的物质才为紫色，其余均为无色。

【答案】（1）观察到的现象与后续质壁分离的现象形成对比 （2）胭脂红溶液浓度过大 质壁分离时间过长 （3）① 胭脂红不能透过生物膜，但可以透过细胞壁，故在原生质层和细胞壁之间为红色，原生质层为无色 （4）红色 绿色 无色 （5）红色 无色 紫色

【拓展】同样是植物细胞，甚至是位于同一植物体的细胞，用相同材料处理后同一部位的颜色为什么会出现显著差异？其实在“物质的输入与输出”专题内容中，有许多这样被广大同学“质疑”但往往备受命题者“青睐”的问题。如相同物质出入不同细胞，其方式一定相同吗？离子出入细胞一定是主动运输吗？什么是膜泡运输？什么是跨膜运输？有没有与生物膜无关的出入细胞结构的方式？请看如下关于离子出入细胞的一道试题。

试题2 （2015年江苏盐城三模）质量分数为0.9%的KCl溶液与人的血浆渗透压相等，但将红细胞置于其中会破裂。下列解释正确的是（ ）

A.KCl破坏红细胞的细胞膜，导致红细胞破裂

B.K+能进入红细胞，导致红细胞吸水膨胀破裂

C.KCl能使红细胞中蛋白质变性，导致红细胞破裂

D.红细胞在KCl溶液中发生渗透吸水，导致破裂

【点拨】初看本题，许多同学考虑到K+是维持细胞内液渗透压的重要离子，所以在质量分数为0.9%的KCl溶液中，K+能进入红细胞，从而导致红细胞吸水膨胀破裂。但一深思，又迅速联想到质量分数为0.9%的NaCl溶液即生理盐水同样为等渗溶液，进行正常输液时，其中的红细胞却不会变形。为什么红细胞置于质量分数为0.9%的KCl溶液中却会破裂呢？联想至此，相当多的同学产生了错误的导向从而否定了当初的选择。其实这里涉及生物学科比较综合的知识，即细胞外液渗透压如血浆渗透压主要是依赖蛋白质和无机盐维持的，其中无机盐主要是NaCl。组成细胞的大量元素和微量元素中确实也都没有包括钠元素和氯元素，这两种离子主要存在于细胞外液中；细胞内液渗透压与K+密切相关。因而，此题干背景下K+可大量进入细胞，而Na+、Cl-相对较少。

【答案】B

【拓展】新课标实施多年，以能力测试为主导的高考命题趋势已日臻成熟。纵观近几年高考生物命题，以“物质的输入与输出”为背景的试题逐年增多。本部分知识内容纷繁复杂，辐射面广，特别是该部分内容与细胞的结构、代谢、神经调节等联系紧密，易混易错点众多。对于这部分试题的突破，可结合如下几个命题角度进行分类讲解，以飨广大同学。

命题角度

一、对渗透作用过程与结果的考查

例1 将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为a、b、c、d、e和f组（每组的细条数相等），取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如下图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则（ ）

A.实验后，a组液泡中的溶质浓度比b组高

B.浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组的

C.a组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所消耗的ATP多于b组

D.使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖溶液浓度介于0.4～0.5mol・L-1

【点拨】分析实验结果可知，a、b、c三组花冠切条在实验后长度变大，表明细胞吸水，且a组吸水较多，其液泡中细胞液浓度应比b组低，A项错误；d、e、f三组花冠切条在实验后长度变小，表明细胞失水，所以浸泡导致f组液泡的失水量大于b组，B项错误；水分进出细胞的方式是自由扩散，不消耗能量，C项错误；当实验前长度/实验后长度=1时，花冠切条长度不变，据图可判断其对应的蔗糖溶液浓度应介于0.4～0.5mol・L-1，D项正确。

【答案】D

【拓展】1.渗透作用发生的基本条件：

（1）具有半透膜。常见的半透膜如动物的膀胱膜、肠衣及玻璃纸等。

（2）半透膜两侧的溶液存在浓度差。主要有三种情形：一侧为某种溶液，另一侧为清水；两侧为不同浓度的同种溶液；两侧为不同浓度的两种不同溶液。

2.水分子的流动方向：

对于被半透膜隔开的两个溶液体系S1和S2，如右图所示：

（1）当S1浓度>S2浓度时，水分子由S2S1的分子数多于由S1S2的分子数。

（2）当S1浓度

（3）当S1浓度=S2浓度时，水分子由S1S2和由S2S1的分子数相等。

【易错警示】水分子可以通过半透膜，进行的是双向运动，只不过相对分子数不同，绝不能看成水分子只能由低浓度溶液一侧流向高浓度溶液。当膜两侧水分子的跨膜运动达到动态平衡时，水分子的进出相等；从宏观上看，水从低浓度的溶液一侧流向高浓度的溶液一侧，直至达到一个动态平衡。

【方法指津】经典图例――U型管中水分子移动方向的分析：

（1）依据膜两侧溶液渗透压的大小确定水分子流向：浓度高的一侧渗透压高，浓度低的一侧渗透压低，水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散的多。

（2）依据膜两侧溶液中的溶质分子是否能通过半透膜确定：若不能，最终只是高浓度一侧液面升高；若能，则先是高浓度一侧液面升高，低浓度一侧液面下降，随后低浓度一侧液面升高，高浓度一侧液面下降，最后两侧液面持平。

（3）如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等（但渗透压相等）。此时液面高的一侧形成静水压，可阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

（4）图中溶质可以是同一种物质，也可以是不同物质。特别说明：溶液浓度是指物质的量浓度而不是质量浓度。若半透膜两侧是同种溶液，可直接依据质量浓度或物质的量浓度判定；若半透膜两侧是不同的溶液，物质的量浓度才能体现溶质或溶剂分子数的多少。如当半透膜两侧为质量浓度相同的蔗糖溶液和葡萄糖溶液时，由于葡萄糖分子的相对分子质量小于蔗糖分子的相对分子质量，因而葡萄糖溶液一侧单位体积葡萄糖分子数多（水分子数少），水分子则由蔗糖溶液一侧通过半透膜移向葡萄糖溶液一侧。

二、对质壁分离与质壁分离复原实验过程和结果的深度考查

例2 下图为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题：

（1）漏斗内溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）为两种不同浓度的蔗糖溶液，漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时的液面差为Δh，此时S1和S2浓度大小关系为。

（2）图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的，两者在物质透过功能上的差异是。

（3）为进一步探究两种膜的特性，某兴趣小组做了以下实验。

实验材料：紫色洋葱。

实验器具：如上图所示的渗透装置（不含溶液）、光学显微镜、载玻片、盖玻片、镊子、刀片、吸水纸、擦镜纸、滴管、记号笔等。

实验试剂：蒸馏水、0.3g/mL的蔗糖溶液和与其等渗的KNO3溶液。

部分实验步骤和结果如下：

①选两套渗透装置，标上代号X和Y。在两只烧杯里均加入一定量的蒸馏水，分别在装置X和Y的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和KNO3溶液，均调节使漏斗内外液面高度一致。渗透平衡时出现液面差的装置有（填代号）。

②选两片洁净的载玻片，，在载玻片中央分别滴加，制作洋葱鳞片叶外表皮细胞临时装片并分别观察装片中细胞的初始状态。

③当洋葱鳞片叶外表皮细胞充分浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3溶液中，观察临时装片中发生的变化，两者都能出现的现象是。使洋葱鳞片叶外表皮细胞充分浸润时上述溶液的具体操作过程是。

（4）上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是。

【点拨】（1）由于渗透平衡后漏斗内液面升高，再结合液体压强原理，说明此时S1溶液的浓度高。（2）成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，但原生质层具有选择透过性，可主动转运细胞需要吸收或排出的物质，而半透膜不具有生物活性。（3）蔗糖不能透过半透膜，而KNO3可透过半透膜，故两者达到动态平衡时，装蔗糖溶液的实验组的漏斗内外出现液面差。实验分组应注意编号并标注，制作植物细胞临时装片时在载玻片上先滴一滴蒸馏水，可保持细胞的活性，并有利于材料展开。成熟的植物细胞处于不同种类的高浓度的外界溶液中时都会因渗透失水而出现质壁分离现象。（4）由于KNO3可被植物细胞吸收，而蔗糖不会被细胞吸收，因此一段时间后，KNO3溶液实验组的细胞液浓度升高而吸水，发生质壁分离自动复原现象。

【答案】（1）S1>S2 （2）原生质层 原生质层能主动转运有关物质而半透膜不能 （3）①X ②标号 蒸馏水 ③质壁分离 分别在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液和KNO3溶液，另一侧用吸水纸吸引，重复几次 （4）KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原

【拓展】1.用适宜浓度的KNO3溶液处理上述细胞，细胞发生质壁分离后自动复原，此过程中物质先后出入细胞的方式是：水分子自由扩散（由液泡到原生质层外）K+、NO-3主动运输（由细胞外到液泡）水分子自由扩散（由细胞外到液泡）。

2.验证渗透作用发生的基本条件：

（1）需有半透膜：

（2）具有浓度差：

3.探究某种物质能否通过半透膜（以碘和淀粉为例）：

说明：上表中，烧杯内与漏斗内盛放的物质可以对调，当然结论也要作相应变动。

4.植物细胞在吸水、失水过程中发生的变化：

5.质壁分离功能的应用：

（1）判断细胞的死活：

待测细胞+适宜浓度的蔗糖溶液镜检，能发生质壁分离，细胞成活，否则细胞死亡。

（2）粗略估计细胞液的浓度：

待测细胞+一系列适宜浓度的蔗糖溶液镜检，细胞液的浓度比较精确地处于不能引起质壁分离的最大浓度和刚能引起质壁分离的最小浓度之间。

（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度：

不同植物细胞+同一适宜浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短。速度越快，所用时间越短，细胞液浓度越小；速度越慢，所用时间越长，细胞液浓度越大。

同步训练

1.（2015年江苏苏北四市一模）如下图所示，在漏斗中加入的蔗糖溶液与蒸馏水液面齐平，一段时间后，待漏斗内液面不再变化时，再向漏斗中加入一定量的蔗糖酶。下列坐标曲线中能正确反映整个实验过程中漏斗内外溶液液面高度差变化的是（ ）

2.下图为氨基酸和Na+进出肾小管上皮细胞的示意图。下表选项中正确的是（ ）

3.下图为细胞膜的结构示意图，A、B、D表示膜中的组成成分，a、b、c、d表示物质跨膜运输的方式。下列说法错误的是（ ）

A.若该图表示癌细胞膜，则膜上含量较正常细胞减少的是物质D

B.若该图表示肌细胞膜，则b和c过程运输的气体可分别是O2和CO2

C.若该图表示下丘脑细胞膜，则抗利尿激素分泌时共穿过0层磷脂分子

D.若该图表示人体红细胞膜，则葡萄糖进入该细胞的方式为a

4.研究发现，在小肠绒毛的微绒毛面存在着两种运输葡萄糖的载体――SGLT1和GLUT2，前者是主动运输的载体，后者是协助扩散的载体。科学家根据不同葡萄糖浓度下的运输速率绘制出如下图所示曲线，下列说法中不正确的是（ ）

A.协助扩散的速率最高约为主动运输的3倍

B.在较低浓度下，主动运输的载体先达到饱和状态

C.小肠绒毛细胞对葡萄糖的两种运输方式是同时进行的

D.在较高浓度下，细胞主要依赖主动运输来提高吸收速率

5.下图为细胞膜结构及物质跨膜运输示意图，下列有关叙述正确的是（ ）

A.O2和CO2以图中a方式通过细胞膜

B.被动运输过程有时也需要膜蛋白的参与

C.图中c可表示葡萄糖进入口腔上皮细胞的过程

D.图中①②④都能运动，而③一般不能运动

6.如右图U型管中间被半透膜隔开，在两侧分别加入0.1mol/L的蔗糖溶液和麦芽糖溶液（两者均不能透过半透膜），一段时间后左右两侧液面高度变化是怎样的？向U型管右侧加入某种微量物质（不影响溶液浓度），右侧液面开始上升，那么加入的这种微量物质最可能是（ ）

A.右侧液面高度下降；胰岛素

B.右侧液面高度下降；Fe3+

C.两侧液面高度不变；麦芽糖酶

D.两侧液面高度不变；蒸馏水

7.下图表示葡萄糖跨膜运输的过程，据图分析正确的是（ ）

A.该膜中的载体也能运输氨基酸

B.该膜可能是红细胞膜

C.该方式发生在被转运物质从低浓度到高浓度时

D.与该过程有关的细胞器是线粒体和核糖体

8.下图表示物质扩散的图解，图2是设计证明图1物质扩散成立的实验装置。下列有关叙述正确的是（ ）

A.图甲中水柱a将持续上升

B.图甲中水柱a将先上升后下降

C.图乙中水柱b将持续上升

D.图乙中水柱b将先上升后下降

9.类似于细胞分泌蛋白形成过程中的囊泡可以将“货物”准确运输到目的地并被靶膜识别。下图表示囊泡膜与靶膜的识别原理及融合过程，其中GTP具有与ATP相似的生理功能，V-SNARE（V）和T-SNARE（T）分别是囊泡膜和靶膜上的蛋白质。下列叙述不正确的是（ ）

A.囊泡膜与靶膜的融合体现了生物膜的流动性

B.高尔基体膜可以形成囊泡，细胞膜则不可以

C.V与T的特异性结合，保证了囊泡对货物的准确运输

D.囊泡对货物的准确运输需要消耗细胞代谢产生的能量

10.海带细胞内的碘离子浓度远高于海水中的碘离子浓度，但海带细胞仍可以从海水中吸收碘离子。其吸收方式是（ ）

A.自由扩散 B.主动运输

C.协助扩散D.内吞作用

11.某小组对“低温是否会影响物质的跨膜运输”进行了实验探究，实验步骤如下：

①组装两套渗透装置，分别编号为1和2。

②在两组烧杯中分别加入等量的水，在长颈漏斗中分别加入等量的同一浓度的蔗糖溶液，保持漏斗内外液面高度一致。

③对两组装置进行不同处理：1组用水溶液维持在37℃左右，2组在烧杯外加冰块降温。

④两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗的液面刻度变化。

请分析回答下列问题：

（1）本实验是通过测定水分子通过膜的扩散即作用速率来进行探究的。

（2）此实验的变量是；为了直观地表示相对速率，用来表示实验结果。

（3）该实验可能出现的结果与结论是：

（4）如果上述实验结果证明了“低温会影响物质跨膜运输的速率”，那么对于生物活细胞来讲产生这种情况的可能原因是：

12.图甲是细胞膜的结构模式图，图乙表示细胞内外的不同离子的浓度。

（1）在图甲中，A、B、D表示组成细胞膜的物质，其中B表示，它构成细胞膜的基本支架，膜功能的复杂程度主要取决于A所代表的的种类和数量。

（2）图乙中，4种离子的跨膜运输方式均是主动运输，其中需要不断被运出细胞外的离子是。

（3）在离子的跨膜运输过程中，需要协助，还需要直接供能。

（4）图甲的a、b、c均表示物质出入细胞的不同方式，其中能代表图乙中K+跨膜运输方式的是。

13.下图是物质出入细胞膜的示意图，请据图回答问题。

（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”这一说法。这证明组成细胞膜的主要成分中有[ ]。从功能上来说，它是一层膜。

（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，鲨鱼体内多余的盐分是经②途径排出的，那么其跨膜运输的方式是。

（3）在①～④中，代表主动运输的是。

（4）维生素D进入小肠上皮细胞应是图中编号代表的运输方式。

（5）物质通过细胞膜与膜的流动性有密切关系，为了探究温度对膜的流动性的影响，有人做了下述实验：分别用红色和绿色荧光剂标记人和鼠细胞膜上的蛋白质，然后让两个细胞在37℃条件下融合并培养，40min后，融合的细胞膜上红色和绿色荧光物质均匀相间分布。

①有人认为该实验不够严密，其原因是缺少实验。

②本实验可以通过在相同时间、不同温度下培养后，观察红色和绿色荧光物质在细胞膜上的分布情况来判断实验结果，还可以通过比较来判断实验结果。

③该实验最可能得出的结论是 。

14.小肠的吸收是指食物消化后的产物、水和无机盐等通过小肠上皮细胞进入血液和淋巴的过程。质量分数为0.9%的NaCl溶液是与兔的体液渗透压相等的生理盐水。某同学将处于麻醉状态下的兔的一段排空小肠结扎成甲、乙、丙、丁4个互不相通、长度相等的肠袋（血液循环正常），并进行实验，实验步骤和实验结果如下表所示：

请根据实验结果回答问题：

（1）实验开始时，水在肠腔和血液之间的移动方向是：甲组从；丙组从。在这一过程中水分子的运动方向是从溶液浓度处流向溶液浓度处。本实验中水分子的这种移动过程称为。

（2）比较乙和丁的实验结果，可推测小肠在吸收Na+时，需要的参与。

【参考答案】

1.C 2.D 3.D 4.D 5.B 6.C 7.B 8.D 9.B 10.B

11.（1）渗透 （2）渗透装置所处的不同温度环境 漏斗液面高度的变化 （3）①低温会影响物质的跨膜运输且运输速率减慢 ②2组漏斗的液面高度比1组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率加快 ③1组和2组漏斗的液面高度相同，则说明低温并不影响物质的跨膜运输 （4）①低温会影响细胞膜的流动性，从而影响其功能 ②低温会影响酶的活性，从而影响呼吸作用释放能量

12.（1）磷脂双分子层 蛋白质 （2）Na+和Cl- （3）载体 ATP （4）a

13.（1）[甲]磷脂分子 选择透过性 （2）被动运输（协助扩散） （3）④ （4）① （5）①对照 ②红色和绿色荧光物质在细胞膜上均匀分布所需时间的长短 ③在一定范围内，随着温度升高，细胞膜的流动性加快

14.（1）肠腔进入血液 血液进入肠腔 较低 较高 渗透作用 （2）Na+载体蛋白