2023-2024學年高一生物人教版2019必修1試題4.1被動運輸

被動運輸基礎(chǔ)知識梳理1.滲透作用（1）實驗裝置：下圖為滲透現(xiàn)象示意圖，在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙，玻璃紙(又叫賽璐玢)是一種半透膜，水分子可以自由透過它，而蔗糖分子則不能。往漏斗內(nèi)注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外的液面高度相等，這時，玻璃紙兩側(cè)的蔗糖溶液和水存在濃度差。（2）實驗現(xiàn)象及分析①過一段時間后，會出現(xiàn)如上圖所示現(xiàn)象，既：漏斗管內(nèi)的液面升高，這是由于燒杯中的水分子進入漏斗中導致的。事實上半透膜兩側(cè)的水分子都能夠通過擴散作用自由進出,但由于蔗糖溶液中水的相對含量(水的相對含量是指：單位體積中的水分子數(shù))比燒杯中的水的相對含量低,因此燒杯中的水擴散到漏斗中的速度比漏斗中的水擴散到燒杯中的速度相對更快些,導致漏斗中水量增加,液面上升。如果漏斗管足夠長,當管內(nèi)的液面上升到一定高度之后,液面將不再上升，這是因為：管中的水柱產(chǎn)生的壓力將加快漏斗中水分向外擴散的速度最終達到平衡。液面高度差與半透膜兩側(cè)溶液濃度差呈正比。②如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液，漏斗管中的液面將保持不變（不會升高）。如果用一層紗布代替玻璃紙，因為紗布不是半透膜,孔隙很大,可溶于水的物質(zhì)都可能自由通過,包括水分子和蔗糖分子都能通過，因而液面不會升高。（3）滲透作用：水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴散，稱為滲透作用。如果半透膜兩側(cè)存在濃度差，滲透的方向就是水分子從水的相對含量高的一側(cè)向相對含量低的一側(cè)滲透。2.細胞的吸水和失水：①以哺乳動物成熟紅細胞為例：a.哺乳動物的紅細胞特點：紅細胞中的血紅蛋白是有機大分子物質(zhì),不能（能、不能）透過細胞膜,它相當于“滲透現(xiàn)象示意圖”中的蔗糖分子。b.實驗現(xiàn)象：清水中：外界溶液濃度＜細胞質(zhì)濃度：細胞吸水；細胞吸水膨脹；高濃度鹽水中：外界溶液濃度＞細胞液(質(zhì))濃度細胞失水皺縮；0.9%的NaCl溶液中：外界溶液濃度＝細胞液(質(zhì))濃度：水分進出平衡，細胞維持正常形態(tài)。c.結(jié)論：水進出其他動物細胞的原理與進出紅細胞的原理是一樣的，都是通過滲透作用。②植物細胞的質(zhì)壁分離與復原：植物細胞的結(jié)構(gòu)：植物細胞的細胞膜外面有一層細胞壁，對于水分子來說，細胞壁是全透性的，即水分子可以自由地通過細胞壁，細胞壁的作用主要是保護和支持細胞，伸縮性比較小。成熟的植物細胞由于中央液泡占據(jù)了細胞的大部分空間，將細胞質(zhì)擠成一薄層，所以細胞內(nèi)的液體環(huán)境主要指的是液泡里面的細胞液，細胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細胞質(zhì)稱為原生質(zhì)層。水進出成熟的植物細胞，主要是指水經(jīng)過原生質(zhì)層進出液泡。（1）材料：活的成熟的植物細胞，液泡有顏色便于觀察，如紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞。黑藻是高等植物細胞，含有大液泡和大而清晰的葉綠體，也能觀察到質(zhì)壁分離及復原現(xiàn)象。（2）條件：①原生質(zhì)層(由細胞膜、液泡膜及兩層膜之間的細胞質(zhì)組成)具有選擇透過性，相當于半透膜；②細胞液與外界溶液有濃度差。（3）內(nèi)因：原生質(zhì)層伸縮性大于細胞壁；原生質(zhì)層有選擇透過性，細胞壁為全透性。(4)實驗現(xiàn)象(低倍鏡觀察，細胞須保持活性)①初始狀態(tài)：原生質(zhì)層緊貼細胞壁。②蔗糖溶液處理：細胞失水，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，觀察到原生質(zhì)層與細胞壁逐漸分離形成球形小團，液泡體積逐漸變小、顏色變深。原生質(zhì)層與細胞壁間的間隙中充滿了蔗糖溶液。③清水處理：細胞吸水，發(fā)生質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象，觀察到液泡體積逐漸變大、顏色變淺。（5）實驗拓展①若使用90%的蔗糖溶液(溶質(zhì)不可跨膜)：細胞會發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，但不會發(fā)生質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象，原因是外界溶液濃度過高，導致細胞失水過多而死亡。②若使用KNO3、葡萄糖、尿素等溶液(溶質(zhì)可跨膜)：細胞發(fā)生質(zhì)壁分離后又自動復原。3.被動運輸(1)物質(zhì)以擴散方式進出細胞，不需要消耗細胞內(nèi)化學反應所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運輸方式稱為被動運輸。(2)特點:①順濃度梯度跨膜運輸物質(zhì)。②不消耗能量。因此膜內(nèi)外物質(zhì)濃度梯度的大小會直接影響物質(zhì)運輸?shù)乃俾?，但協(xié)助擴散需要轉(zhuǎn)運蛋白，因而某些物質(zhì)運輸?shù)乃俾蔬€與轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量有關(guān)。（3）類型：方式自由擴散又叫簡單擴散協(xié)助擴散又叫易化擴散概念物質(zhì)通過簡單的擴散作用進出細胞物質(zhì)順濃度梯度跨膜運輸借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細胞的物質(zhì)擴散方式實例水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯、性激素等葡萄糖進入紅細胞水、某些離子或分子如上圖中的①如上圖中的②③協(xié)助擴散需要轉(zhuǎn)運蛋白，其包括載體蛋白和通道蛋白。(4)轉(zhuǎn)運蛋白:上圖中的④表示載體蛋白，⑤表示通道蛋白。載體蛋白只容許與自身結(jié)合部位相適應的分子或離子通過，而且每次轉(zhuǎn)運時都會發(fā)生自身構(gòu)象的改變；通道蛋白只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過。分子或離子通過通道蛋白時，不需要（需要、不需要）與通道蛋白結(jié)合。水分子能以自由擴散進出細胞，但水分子更多的是借助細胞膜上的水通道蛋白以協(xié)助擴散方式進出細胞的。核心點一水進出細胞的原理1.(2022·山東聊城高一檢測)右圖表示在U型管底部中央放置一半透膜(不允許溶質(zhì)分子透過)。A液和B液原先體積相同，由于濃度不同，后來產(chǎn)生一個高度差ΔH。請問ΔH主要取決于()A．A液和B液的溶質(zhì)分子大小B．A液和B液所在管的粗細C．A液和B液的溶劑是否相同D．A液和B液的濃度差大小解析：選D。半透膜兩側(cè)溶液的濃度差越大，水分子透過的數(shù)量越多，產(chǎn)生的液柱高度差越大。2．(2022·河南南陽高一期中)某學生在顯微鏡下觀察到紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞質(zhì)壁分離或復原的過程，如圖為該學生畫的細胞圖像。下列敘述正確的是()A．圖中1、2、6組成了細胞的原生質(zhì)層B．此狀態(tài)下，5處的濃度可能大于、小于或等于7處的濃度C．圖中結(jié)構(gòu)1不具有伸縮性，結(jié)構(gòu)2和4具有伸縮性D．水分子進出4的方式不是滲透作用解析：選B。原生質(zhì)層包括細胞膜、液泡膜和細胞質(zhì)，應該由2、4、5組成，A錯誤；由題圖可知，此狀態(tài)下的紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞處于質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離復原狀態(tài)，因此細胞可能處于吸水、失水或動態(tài)平衡等狀態(tài)，無法確切判斷5處與7處的濃度大小，B正確；結(jié)構(gòu)1是細胞壁，具有一定的伸縮性，C錯誤；4是液泡膜，是選擇透過性膜，水分子進出4的方式是滲透作用，D錯誤。核心點二探究植物細胞的吸水和失水1．在“探究植物細胞的吸水和失水”實驗中，對紫色洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片進行了三次觀察(如下圖所示)。下列有關(guān)敘述正確的是()A．第一次觀察時容易看到紫色大液泡和較大的無色細胞質(zhì)基質(zhì)區(qū)域B．第二次觀察時可以發(fā)現(xiàn)細胞質(zhì)壁分離首先發(fā)生在細胞的角隅處C．吸水紙的主要作用是吸除滴管滴加的多余液體，以免污染鏡頭D．為了節(jié)約實驗時間，通常可以省略第一次顯微觀察步驟解析：選B。第一次觀察時由于未滴加蔗糖溶液，細胞還沒有發(fā)生質(zhì)壁分離，故較易觀察到的是紫色的大液泡，由于此時液泡占整個細胞體積的比例較大，因此觀察到的無色的細胞質(zhì)基質(zhì)區(qū)域應較小，A錯誤。第二次觀察時已經(jīng)通過引流法使紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞浸潤在蔗糖溶液中，可以發(fā)現(xiàn)首先從細胞的角隅處開始發(fā)生質(zhì)壁分離，B正確。吸水紙的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水，使溶液浸潤整個標本，C錯誤。第一次顯微觀察是為了獲得實驗前的現(xiàn)象，以便于和實驗中的現(xiàn)象變化進行前后對照，因此不能省略，D錯誤。2．(2022·山東臨沂高一期中)下圖是植物細胞某種生理實驗過程的圖解，下列說法不正確的是()A．農(nóng)作物施肥后出現(xiàn)“燒苗”現(xiàn)象與圖中甲過程相似B．2、3、4構(gòu)成了該細胞的原生質(zhì)層C．細胞在圖中乙變化過程中吸水能力逐漸降低D．外界的蔗糖分子可進入1和3解析：選D。據(jù)題圖可知，圖中甲表示質(zhì)壁分離過程，圖中乙表示質(zhì)壁分離的復原過程；1表示蔗糖溶液，2表示細胞膜，3表示細胞質(zhì)，4表示液泡膜，5表示細胞液。農(nóng)作物施肥后發(fā)現(xiàn)有“燒苗”現(xiàn)象，原因是植物根細胞在高濃度溶液中失水過多，與圖中甲過程相似，A正確；原生質(zhì)層包括細胞膜、液泡膜和兩層膜之間的細胞質(zhì)，即圖中2、3、4，B正確；該細胞的失水和吸水主要取決于液泡中的細胞液與外界溶液濃度差，圖中乙過程細胞一直在吸水，內(nèi)外濃度差減小，吸水能力逐漸降低，C正確；由于細胞壁具有全透性，蔗糖分子可進入1，但是不能進入3，D錯誤。核心點三被動運輸1．甲、乙兩種物質(zhì)分別依賴自由擴散和協(xié)助擴散方式進入細胞，如果以人工合成的不含蛋白質(zhì)的磷脂雙分子膜替代細胞膜，并維持其他條件不變，則()A．甲物質(zhì)的運輸被促進 B．乙物質(zhì)的運輸被促進C．甲物質(zhì)的運輸被抑制 D．乙物質(zhì)的運輸被抑制解析：選D。以人工合成的不含蛋白質(zhì)的磷脂雙分子膜替代細胞膜，人工膜不含蛋白質(zhì)，而協(xié)助擴散需要轉(zhuǎn)運蛋白，故乙物質(zhì)的運輸被抑制。2．(2022·山東聊城高一期末)圖中①②③表示物質(zhì)出入細胞的不同方式，下列說法不正確的是()A．①是自由擴散，影響其物質(zhì)運輸速率的因素只有細胞內(nèi)外的物質(zhì)濃度B．②中載體蛋白與運輸?shù)奈镔|(zhì)結(jié)合后，通過自身構(gòu)象的改變來轉(zhuǎn)運物質(zhì)C．②中的物質(zhì)運輸速率與載體蛋白的數(shù)量有關(guān)，不需要消耗能量D．③中離子或分子通過通道蛋白時，不需要與通道蛋白結(jié)合解析：選A。①運輸方向是從高濃度一側(cè)運輸?shù)降蜐舛纫粋?cè)，不需要載體和能量，表示自由擴散，影響其物質(zhì)運輸速率的因素除細胞內(nèi)外的物質(zhì)濃度外，還有溫度，A錯誤；②是協(xié)助擴散，載體蛋白與物質(zhì)結(jié)合后，通過改變自身構(gòu)象來轉(zhuǎn)運物質(zhì)，B正確；②是協(xié)助擴散，物質(zhì)運輸速率與載體蛋白的數(shù)量有關(guān)，不需要消耗能量，C正確；③中離子或分子通過通道蛋白時，不需要與通道蛋白結(jié)合，D正確。1．紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞質(zhì)壁分離和復原實驗過程中，在M、N時刻滴加了相應的溶液(0.3g/mL蔗糖溶液或清水)，液泡的體積會隨外界溶液濃度的變化而改變，如甲圖所示；乙圖為實驗中某一細胞在不同時期的兩個狀態(tài)。下列有關(guān)敘述正確的是()A．M、N時刻滴加的溶液分別為清水、0.3g/mL蔗糖溶液B．甲圖的M～N段對應乙圖中的a過程，細胞吸水能力逐漸減弱C．甲圖N時刻的細胞可對應乙圖中的Y細胞，此時細胞液濃度最大D．乙圖中的Y細胞一定是正處于發(fā)生質(zhì)壁分離過程的細胞解析：選C。甲圖中M之后液泡體積由大變小，此時滴加的應是0.3g/mL蔗糖溶液，N之后液泡體積開始恢復，此時滴加的應是清水，A錯誤；甲圖的M～N段發(fā)生的是細胞失水過程，乙圖中的a過程也是細胞失水過程，細胞液濃度逐漸增大，細胞吸水能力逐漸增強，B錯誤；甲圖N時刻質(zhì)壁分離達到最大程度，液泡體積最小，細胞液濃度最大，可以用乙圖中的Y細胞表示，C正確；乙圖中的Y細胞可能處于失水過程中，也可能處于質(zhì)壁分離后復原的吸水過程中，D錯誤。2．研究發(fā)現(xiàn)，水分子進入植物細胞的兩種方式如下圖所示。下列敘述錯誤的是()A．根毛細胞吸水能力與其細胞液中水的相對含量有關(guān)B．土壤溶液濃度過高時，植物細胞吸水需要消耗能量C．水分子通過水通道蛋白是順濃度梯度運輸?shù)腄．水分子通過水通道蛋白的跨膜運輸方式為協(xié)助擴散解析：選B。若細胞液中水的相對含量少，則根毛細胞吸水能力強，A正確；土壤溶液濃度過高時，植物細胞可能會發(fā)生滲透失水，該過程不需要消耗能量，B錯誤；水分子通過水通道蛋白是順濃度梯度進行的，該方式為協(xié)助擴散，C、D正確。3．把蠶豆植株放在濕潤的空氣中照光一段時間后，取蠶豆葉下表皮制作臨時裝片，先在清水中觀察，然后用質(zhì)量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液取代清水，繼續(xù)觀察，結(jié)果如下圖所示。下列對此現(xiàn)象的推斷合理的是()A．蔗糖溶液中的保衛(wèi)細胞失水導致氣孔關(guān)閉B．清水中的保衛(wèi)細胞失水導致氣孔開放C．蔗糖進入保衛(wèi)細胞后，細胞吸水導致氣孔關(guān)閉D．清水中的保衛(wèi)細胞會出現(xiàn)質(zhì)壁分離和自動復原現(xiàn)象解析：選A。由題圖可以看出，在蔗糖溶液中，保衛(wèi)細胞因失水導致氣孔關(guān)閉，A合理；清水中的保衛(wèi)細胞吸水，氣孔開放，B不合理；在蔗糖溶液中細胞失水，導致氣孔關(guān)閉，但原生質(zhì)層具有選擇透過性，蔗糖不能進入細胞，C不合理；清水中的保衛(wèi)細胞吸水，沒有發(fā)生質(zhì)壁分離，也不會出現(xiàn)質(zhì)壁分離自動復原，D不合理。4．用0.5g/mL蔗糖溶液、0.3g/mL蔗糖溶液和一定濃度的尿素溶液分別處理洋蔥鱗片葉外表皮細胞10min，三組細胞體積變化如下圖所示。下列有關(guān)分析不正確的是()A．a(chǎn)曲線為0.5g/mL蔗糖溶液處理組B．a(chǎn)、b、c三組洋蔥細胞失水的方式相同C．若將細胞轉(zhuǎn)移到蒸餾水中，有兩組能夠發(fā)生質(zhì)壁分離復原D．若實驗繼續(xù)進行，只有一組細胞能夠發(fā)生質(zhì)壁分離復原解析：選A。分析題圖可知，a、b、c的細胞體積依次減小，說明失水量依次增大，0.5g/mL蔗糖溶液中的洋蔥鱗片葉外表皮細胞比0.3g/mL中的失水多，故a曲線不是0.5g/mL蔗糖溶液處理組；在較高濃度的外界溶液中，洋蔥細胞失水的方式都是滲透失水；將細胞轉(zhuǎn)移到蒸餾水中，用0.3g/mL蔗糖溶液、一定濃度的尿素溶液處理的細胞，能夠吸收外界的水分發(fā)生質(zhì)壁分離復原，而0.5g/mL蔗糖溶液濃度過高，細胞因失水過多而死亡；尿素是小分子物質(zhì)，可進入細胞，從而發(fā)生質(zhì)壁分離后會自動復原，蔗糖不能被吸收進入細胞，細胞不會自動復原。5．(2022·湖南長沙高一期末)現(xiàn)有兩瓶質(zhì)量分數(shù)均是30%的葡萄糖溶液和蔗糖溶液。已知水分子可以透過半透膜，葡萄糖、蔗糖分子均不能透過。請回答以下問題：(1)A同學把體積相同的葡萄糖溶液與蔗糖溶液用半透膜隔開(如圖1所示)，在一段時間內(nèi)，甲液面的變化情況是________(填“升高”或“降低”)，滲透平衡狀態(tài)時水分子擴散速率________(填“相等”或“不相等”)，甲溶液濃度________(填“＞”“＜”或“＝”)乙溶液濃度。現(xiàn)分別往甲、乙溶液中加入等量的蔗糖酶，最后甲液面________(填“高于”“低于”或“等于”)乙液面。(2)B同學以紫色洋蔥鱗片葉外表皮為材料，利用細胞質(zhì)壁分離原理進行了鑒定葡萄糖和蔗糖溶液的實驗。請在圖2中繪出可能的實驗結(jié)果。解析：(1)由題意可知，甲、乙兩側(cè)分別是葡萄糖溶液與蔗糖溶液，且質(zhì)量濃度相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是單糖，因此甲的物質(zhì)的量濃度大于乙的物質(zhì)的量濃度，甲的滲透壓大于乙的滲透壓，因此甲液面升高，滲透平衡狀態(tài)時水分子擴散速率是相等的，此時甲溶液濃度>乙溶液濃度。如果向蔗糖溶液中加入適量的蔗糖酶，蔗糖將水解為葡萄糖和果糖，相同質(zhì)量的蔗糖水解后產(chǎn)生的葡萄糖和果糖分子數(shù)大于相同質(zhì)量的葡萄糖的分子數(shù)，因此形成的乙溶液濃度大于甲溶液濃度，導致甲側(cè)液面低于乙側(cè)。(2)以紫色洋蔥鱗片葉外表皮為材料，利用細胞質(zhì)壁分離原理進行鑒定蔗糖溶液和葡萄糖溶液的實驗，由于蔗糖分子不能透過原生質(zhì)層，故細胞失水后，液泡體積不斷減小，最后保持穩(wěn)定。而由于葡萄糖分子能透過原生質(zhì)層，故細胞先發(fā)生質(zhì)壁分離后自動復原，液泡體積先減小后增大，最后保持穩(wěn)定。具體曲線圖見答案。答案：(1)升高相等>低于(2)如圖6．把相同大小的紫色洋蔥鱗片葉外表皮(等量)分別放入下面各組溶液中，結(jié)果如表所示。培養(yǎng)皿蔗糖溶液濃度(mol/L)開始發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞所占比例(%)1020315440580699(1)實驗時選紫色洋蔥鱗片葉外表皮作實驗材料的原因是__________________________。(2)植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離時，細胞壁不能與原生質(zhì)層一起收縮的原因是____________________________________________。(3)由表中數(shù)據(jù)可確定該洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液濃度范圍為________。(4)在此實驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個更精確的測定方法：________________________________________________________________________。解析：細胞壁的伸縮性小于原生質(zhì)層的伸縮