有關(guān)“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗背Ｒ娍键c剖析

朱凱

摘 要： 本文列舉了有關(guān)細(xì)胞吸水和失水的原理、植物細(xì)胞吸水與失水的實驗探究及應(yīng)用等方面的常見考點問題，并進(jìn)行了解析。

關(guān)鍵詞： 滲透作用 質(zhì)壁分離與復(fù)原 物質(zhì)跨膜運輸

物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗}焦點主要在滲透作用的原理、植物細(xì)胞吸水與失水實驗的探究設(shè)計及應(yīng)用、物質(zhì)跨膜運輸?shù)钠渌麑嵗确矫?。對滲透作用的考查通常單獨出現(xiàn)，考查學(xué)生對滲透作用發(fā)生的條件及原理的理解，通常以選擇題的形式出現(xiàn)；對于質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗的考查形式比較多樣，但重點考查的通常是實驗原理和實驗現(xiàn)象分析及實驗的拓展應(yīng)用方面。物質(zhì)跨膜運輸?shù)钠渌麑嵗@部分內(nèi)容，通常以選擇題的形式出現(xiàn)，考查學(xué)生讀圖、讀表、分析數(shù)據(jù)等方面的能力。

1.細(xì)胞吸水和失水原理

例1：如圖實驗裝置，玻璃槽中是蒸餾水，半透膜允許單糖透過。倒置的長頸漏斗中先裝入蔗糖溶液，一定時間后再加入蔗糖酶。最可能的實驗現(xiàn)象是（ ）

A.漏斗中液面開始時先上升，加酶后，再上升后又下降

B.在玻璃槽中會測出蔗糖和蔗糖酶

C.漏斗中液面開始時先下降，加酶后一直上升

D.在玻璃槽中會測出葡萄糖、果糖和蔗糖酶

解析：選A。實驗開始時，蔗糖不能透過半透膜，所以單位時間內(nèi)通過半透膜滲透進(jìn)入長頸漏斗中的水分子數(shù)比滲透出來的多，漏斗內(nèi)液面上升。加入酶后，將蔗糖分解為單糖，進(jìn)一步提高了漏斗內(nèi)的濃度，所以液面再上升，但由于單糖分子能透過半透膜進(jìn)入玻璃槽中，使玻璃槽內(nèi)液體濃度升高，一段時間后，水分子從長頸漏斗內(nèi)滲出的較多，漏斗內(nèi)液面下降。

2.植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗分析及應(yīng)用

2.1實驗選材

例2：（2010全國新課標(biāo)理綜，3）要在普通顯微鏡下觀察到質(zhì)壁分離、RNA和脂肪，下列四組材料中應(yīng)選擇的一組是（ ）

A.水稻胚乳和花生子葉

B.天竺葵葉和水稻胚乳

C.紫色洋蔥和花生子葉

D.天竺葵葉和紫色洋蔥

解析：選C。觀察質(zhì)壁分離實驗的材料應(yīng)滿足兩個條件：一是成熟的植物細(xì)胞（具有中央大液泡），二是細(xì)胞液有顏色（易于在顯微鏡下觀察到），紫色洋蔥是理想的實驗材料。要觀察到脂肪關(guān)鍵是材料中脂肪含量要高，花生子葉是理想的實驗材料。紫色洋蔥和花生子葉都有RNA的存在，所以C選項正確。

2.2實驗試劑的使用

例3：某同學(xué)在實驗室中做“觀察洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”這個實驗時，在實驗室老師的幫助下，進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新實驗，實驗步驟和現(xiàn)象如下表。對上表的推斷或解釋不正確的是（ ）

A.x為質(zhì)壁分離，因為細(xì)胞滲透失水

B.y為質(zhì)壁分離，可能導(dǎo)致細(xì)胞失水過多而死

C.z為細(xì)胞稍增大，細(xì)胞液顏色逐漸變淺

D.④組無變化是因為細(xì)胞吸水量等于失水量

解析：選D。本題通過滲透作用考察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗，難度中等。植物細(xì)胞在0.3mol/L和0.5mol/L的蔗糖溶液中失水導(dǎo)致質(zhì)壁分離，但后者由于過度失水死亡而不能復(fù)原；在1mol/L的KNO 溶液中質(zhì)壁分離，由于吸收K 和NO 而發(fā)生自動復(fù)原；但植物細(xì)胞在醋酸溶液中不會發(fā)生質(zhì)壁分離，因為醋酸使細(xì)胞死亡，原生質(zhì)層失去選擇透過性而變成全透性。

2.3實驗步驟設(shè)計與分析

例4：（2009江蘇，30）回答下列與細(xì)胞有關(guān)的實驗問題。

（1）下列4項實驗中，需保持細(xì)胞生理活性的有？搖 ？搖？搖？搖（填序號）。

①觀察葉綠體和原生質(zhì)的流動

②觀察洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞中DNA的分布

③探究酵母菌的呼吸方式

④紅細(xì)胞中血紅蛋白的提取和分離

（2）按下面步驟進(jìn)行質(zhì)壁分離實驗。

步驟一：在潔凈的載玻片中央加一滴清水，取一片蘚類小葉，蓋上蓋玻片。

步驟二：從蓋玻片-N滴入0.3g/mL的蔗糖溶液，在蓋玻片的另一側(cè)用吸水紙吸引。這樣重復(fù)幾次，使蓋玻片下面的蘚類小葉浸潤在0.3g/mL的蔗糖溶液中。

步驟三：在顯微鏡下觀察，結(jié)果如圖所示。

①圖中A、B處的顏色分別是？搖？搖 ？搖？搖。

②如果上述實驗步驟二中從蓋玻片的一側(cè)滴入的是加有伊紅（植物細(xì)胞不吸收的紅色染料）的0.3g/mL的蔗糖溶液，則在顯微鏡下觀察到A、B處顏色分別是？搖？搖 ？搖？搖。

③如果將步驟二中浸潤在0.3g/mL的蔗糖溶液中的蘚類小葉的裝片，放在80℃條件下處理一段時間（裝片中的蘚類小葉保持在0.3g/mL的蔗糖溶液中）。

在顯微鏡下清晰地觀察到細(xì)胞結(jié)構(gòu)后，為更準(zhǔn)確地判斷A處顏色，對顯微鏡的操作方法是？搖？搖 ？搖？搖、？搖？搖 ？搖？搖。如果A處呈綠色，可能的原因是？搖？搖？搖 ？搖？搖？搖？搖？搖？搖？搖。

解析：本題考查教材相關(guān)實驗及其拓展知識。（1）需保持細(xì)胞生理活性的有：①觀察葉綠體和原生質(zhì)的流動；②探究酵母菌的呼吸方式。（2）由于發(fā)生質(zhì)壁分離，A處為無色的蔗糖溶液，B處為細(xì)胞質(zhì)，有葉綠體顯綠色。要看得清更清晰，需要改變光圈大小，調(diào)節(jié)反光鏡。正常情況下，A處應(yīng)為無色，高溫下細(xì)胞死亡，細(xì)胞膜失去選擇透過性，葉綠素等色素進(jìn)入A處。

答案：（1）①③（2）①無色、綠色②紅色、綠色③改變光圈大小 調(diào)節(jié)反光鏡 高溫下細(xì)胞膜、葉綠體膜失去選擇透過性，葉綠素等色素進(jìn)入A處。

2.4應(yīng)用

2.4.1判斷成熟植物細(xì)胞是否有生物活性

例5：某同學(xué)在顯微鏡的一個視野中看到多個正在發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞，但在這些細(xì)胞之間有幾個細(xì)胞未能發(fā)生質(zhì)壁分離，最可能的原因是該細(xì)胞（ ）endprint

A.已死亡 B.無中央液泡

C.為分生區(qū)細(xì)胞 D.未能處于高濃度外界溶液中

解析：選A。由于不能發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞處于能發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞中間，因而它們應(yīng)取自同一部位、同一組織，細(xì)胞結(jié)構(gòu)基本相同。既然大多數(shù)細(xì)胞能發(fā)生質(zhì)壁分離，說明不能發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞原先也應(yīng)能發(fā)生分離，因而B、C、D三項都不能成立。實際上細(xì)胞死亡后，原生質(zhì)層就由選擇透過性變成了全透性，不再發(fā)生質(zhì)壁分離。

2.4.2測定細(xì)胞液濃度范圍

例6：引起50%左右細(xì)胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的濃度，我們稱之為細(xì)胞液的等滲濃度。為了測定洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度，有人把剪成小塊的洋蔥表皮細(xì)胞分別（等量）依次放入下面各組溶液中，并記錄結(jié)果如下表：

（1）該洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度為？搖？搖 ？搖？搖。

（2）如果再給你4組實驗材料，請設(shè)計可以更精確地測定出細(xì)胞液的等滲濃度的方法。

解析：根據(jù)題設(shè)條件可知，該洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度在0.5～0.6mol/L。要設(shè)計一個更精確測定細(xì)胞等滲濃度的方法，從題中設(shè)計思路可知，可通過縮小各組蔗糖溶液的濃度梯度加以測定。

答案：（1）0.5～0.6mol/L；

（2）可分別配制濃度為0.52mol/L、0.54mol/L、0.56mol/L、0.58mol/L的4組蔗糖溶液進(jìn)行類似的實驗。

2.4.3比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度大小

例7：將不同植物的三個未發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞置于同一蔗糖溶液中，形態(tài)不再變化后的細(xì)胞圖像如下圖，則有關(guān)各細(xì)胞液濃度的判斷，正確的是（ ）

①實驗前BA>C

③實驗后B≥A=C ④實驗后B

A.①③ B.②③

C.①④ D.②④

解析：選B。在相同的蔗糖溶液中，C細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的程度最大，A次之，B沒有發(fā)生，說明實驗前C細(xì)胞失水最多，因此與蔗糖溶液的濃度差最大，也就是C細(xì)胞液濃度最小，A次之B最大，所以是B>A>C。實驗后，當(dāng)質(zhì)壁分離不再進(jìn)行時，原生質(zhì)層兩側(cè)的溶液濃度相等，所以A細(xì)胞和C細(xì)胞的細(xì)胞液濃度相等，而B細(xì)胞沒有明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象，說明B細(xì)胞液濃度可能大于蔗糖溶液或等于蔗糖溶液，所以是B≥A=C。

3.植物對無機(jī)鹽離子的選擇性吸收

用完全培養(yǎng)液在兩個相同容器內(nèi)分別培養(yǎng)水稻和番茄苗，假設(shè)兩植物的吸水速率相同，一段時間后，測定培養(yǎng)液中各種離子與實驗開始時各種離子濃度之比如圖所示。該實驗的結(jié)果不能說明（ ）

A.不同植物對各種離子的需要量不同

B.與番茄相比，水稻對S 需要量大，對Ca 需要量小

C.不同植物根尖細(xì)胞膜上載體的種類和數(shù)量不同

D.植物對各種離子的吸收速率與溶液中離子的濃度有關(guān)

解析：選D。由圖例分析可知，不同植物對同種離子的需要量及同一植物對不同離子的需要量不同。水稻吸收的Si 多，對Ca 、Mg 吸收少，而番茄吸收的Ca 、Mg 較多，對Si 吸收量少。這體現(xiàn)了植物對無機(jī)鹽離子的吸收具有選擇性，其原因在于不同植物根尖細(xì)胞膜上載體的種類和數(shù)量是不同的。圖中并不能看出植物體對各種離子的吸收速率與溶液中的離子濃度有關(guān)。

細(xì)胞吸水和失水的原理是滲透作用，水的跨膜運輸是從單位體積水分子多的一側(cè)向水少的一側(cè)，即順相對含量的梯度流動的，細(xì)胞內(nèi)外的其他物質(zhì)并不都是順濃度梯度進(jìn)行的，而是細(xì)胞膜具有選擇透過性的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳維，汪忠.“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗值目缒み\輸Ⅰ”探究式教學(xué).生物學(xué)教學(xué)，2006，31（5）：28-31.

A.已死亡 B.無中央液泡

C.為分生區(qū)細(xì)胞 D.未能處于高濃度外界溶液中

解析：選A。由于不能發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞處于能發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞中間，因而它們應(yīng)取自同一部位、同一組織，細(xì)胞結(jié)構(gòu)基本相同。既然大多數(shù)細(xì)胞能發(fā)生質(zhì)壁分離，說明不能發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞原先也應(yīng)能發(fā)生分離，因而B、C、D三項都不能成立。實際上細(xì)胞死亡后，原生質(zhì)層就由選擇透過性變成了全透性，不再發(fā)生質(zhì)壁分離。

2.4.2測定細(xì)胞液濃度范圍

例6：引起50%左右細(xì)胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的濃度，我們稱之為細(xì)胞液的等滲濃度。為了測定洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度，有人把剪成小塊的洋蔥表皮細(xì)胞分別（等量）依次放入下面各組溶液中，并記錄結(jié)果如下表：

（1）該洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度為？搖？搖 ？搖？搖。

（2）如果再給你4組實驗材料，請設(shè)計可以更精確地測定出細(xì)胞液的等滲濃度的方法。

解析：根據(jù)題設(shè)條件可知，該洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度在0.5～0.6mol/L。要設(shè)計一個更精確測定細(xì)胞等滲濃度的方法，從題中設(shè)計思路可知，可通過縮小各組蔗糖溶液的濃度梯度加以測定。

答案：（1）0.5～0.6mol/L；

（2）可分別配制濃度為0.52mol/L、0.54mol/L、0.56mol/L、0.58mol/L的4組蔗糖溶液進(jìn)行類似的實驗。

2.4.3比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度大小

例7：將不同植物的三個未發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞置于同一蔗糖溶液中，形態(tài)不再變化后的細(xì)胞圖像如下圖，則有關(guān)各細(xì)胞液濃度的判斷，正確的是（ ）

①實驗前BA>C

③實驗后B≥A=C ④實驗后B

A.①③ B.②③

C.①④ D.②④

解析：選B。在相同的蔗糖溶液中，C細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的程度最大，A次之，B沒有發(fā)生，說明實驗前C細(xì)胞失水最多，因此與蔗糖溶液的濃度差最大，也就是C細(xì)胞液濃度最小，A次之B最大，所以是B>A>C。實驗后，當(dāng)質(zhì)壁分離不再進(jìn)行時，原生質(zhì)層兩側(cè)的溶液濃度相等，所以A細(xì)胞和C細(xì)胞的細(xì)胞液濃度相等，而B細(xì)胞沒有明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象，說明B細(xì)胞液濃度可能大于蔗糖溶液或等于蔗糖溶液，所以是B≥A=C。

3.植物對無機(jī)鹽離子的選擇性吸收

用完全培養(yǎng)液在兩個相同容器內(nèi)分別培養(yǎng)水稻和番茄苗，假設(shè)兩植物的吸水速率相同，一段時間后，測定培養(yǎng)液中各種離子與實驗開始時各種離子濃度之比如圖所示。該實驗的結(jié)果不能說明（ ）

A.不同植物對各種離子的需要量不同

B.與番茄相比，水稻對S 需要量大，對Ca 需要量小

C.不同植物根尖細(xì)胞膜上載體的種類和數(shù)量不同

D.植物對各種離子的吸收速率與溶液中離子的濃度有關(guān)

解析：選D。由圖例分析可知，不同植物對同種離子的需要量及同一植物對不同離子的需要量不同。水稻吸收的Si 多，對Ca 、Mg 吸收少，而番茄吸收的Ca 、Mg 較多，對Si 吸收量少。這體現(xiàn)了植物對無機(jī)鹽離子的吸收具有選擇性，其原因在于不同植物根尖細(xì)胞膜上載體的種類和數(shù)量是不同的。圖中并不能看出植物體對各種離子的吸收速率與溶液中的離子濃度有關(guān)。

細(xì)胞吸水和失水的原理是滲透作用，水的跨膜運輸是從單位體積水分子多的一側(cè)向水少的一側(cè)，即順相對含量的梯度流動的，細(xì)胞內(nèi)外的其他物質(zhì)并不都是順濃度梯度進(jìn)行的，而是細(xì)胞膜具有選擇透過性的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳維，汪忠.“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗值目缒み\輸Ⅰ”探究式教學(xué).生物學(xué)教學(xué)，2006，31（5）：28-31.

A.已死亡 B.無中央液泡

C.為分生區(qū)細(xì)胞 D.未能處于高濃度外界溶液中

解析：選A。由于不能發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞處于能發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞中間，因而它們應(yīng)取自同一部位、同一組織，細(xì)胞結(jié)構(gòu)基本相同。既然大多數(shù)細(xì)胞能發(fā)生質(zhì)壁分離，說明不能發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞原先也應(yīng)能發(fā)生分離，因而B、C、D三項都不能成立。實際上細(xì)胞死亡后，原生質(zhì)層就由選擇透過性變成了全透性，不再發(fā)生質(zhì)壁分離。

2.4.2測定細(xì)胞液濃度范圍

例6：引起50%左右細(xì)胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的濃度，我們稱之為細(xì)胞液的等滲濃度。為了測定洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度，有人把剪成小塊的洋蔥表皮細(xì)胞分別（等量）依次放入下面各組溶液中，并記錄結(jié)果如下表：

（1）該洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度為？搖？搖 ？搖？搖。

（2）如果再給你4組實驗材料，請設(shè)計可以更精確地測定出細(xì)胞液的等滲濃度的方法。

解析：根據(jù)題設(shè)條件可知，該洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度在0.5～0.6mol/L。要設(shè)計一個更精確測定細(xì)胞等滲濃度的方法，從題中設(shè)計思路可知，可通過縮小各組蔗糖溶液的濃度梯度加以測定。

答案：（1）0.5～0.6mol/L；

（2）可分別配制濃度為0.52mol/L、0.54mol/L、0.56mol/L、0.58mol/L的4組蔗糖溶液進(jìn)行類似的實驗。

2.4.3比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度大小

例7：將不同植物的三個未發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞置于同一蔗糖溶液中，形態(tài)不再變化后的細(xì)胞圖像如下圖，則有關(guān)各細(xì)胞液濃度的判斷，正確的是（ ）

①實驗前BA>C

③實驗后B≥A=C ④實驗后B

A.①③ B.②③

C.①④ D.②④

解析：選B。在相同的蔗糖溶液中，C細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的程度最大，A次之，B沒有發(fā)生，說明實驗前C細(xì)胞失水最多，因此與蔗糖溶液的濃度差最大，也就是C細(xì)胞液濃度最小，A次之B最大，所以是B>A>C。實驗后，當(dāng)質(zhì)壁分離不再進(jìn)行時，原生質(zhì)層兩側(cè)的溶液濃度相等，所以A細(xì)胞和C細(xì)胞的細(xì)胞液濃度相等，而B細(xì)胞沒有明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象，說明B細(xì)胞液濃度可能大于蔗糖溶液或等于蔗糖溶液，所以是B≥A=C。

3.植物對無機(jī)鹽離子的選擇性吸收

用完全培養(yǎng)液在兩個相同容器內(nèi)分別培養(yǎng)水稻和番茄苗，假設(shè)兩植物的吸水速率相同，一段時間后，測定培養(yǎng)液中各種離子與實驗開始時各種離子濃度之比如圖所示。該實驗的結(jié)果不能說明（ ）

A.不同植物對各種離子的需要量不同

B.與番茄相比，水稻對S 需要量大，對Ca 需要量小

C.不同植物根尖細(xì)胞膜上載體的種類和數(shù)量不同

D.植物對各種離子的吸收速率與溶液中離子的濃度有關(guān)

解析：選D。由圖例分析可知，不同植物對同種離子的需要量及同一植物對不同離子的需要量不同。水稻吸收的Si 多，對Ca 、Mg 吸收少，而番茄吸收的Ca 、Mg 較多，對Si 吸收量少。這體現(xiàn)了植物對無機(jī)鹽離子的吸收具有選擇性，其原因在于不同植物根尖細(xì)胞膜上載體的種類和數(shù)量是不同的。圖中并不能看出植物體對各種離子的吸收速率與溶液中的離子濃度有關(guān)。

細(xì)胞吸水和失水的原理是滲透作用，水的跨膜運輸是從單位體積水分子多的一側(cè)向水少的一側(cè)，即順相對含量的梯度流動的，細(xì)胞內(nèi)外的其他物質(zhì)并不都是順濃度梯度進(jìn)行的，而是細(xì)胞膜具有選擇透過性的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳維，汪忠.“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗值目缒み\輸Ⅰ”探究式教學(xué).生物學(xué)教學(xué)，2006，31（5）：28-31.