物質(zhì)出入細(xì)胞的實(shí)例及方式要點(diǎn)例析

孫志隆

要點(diǎn)一：結(jié)合滲透作用的原理考查植物細(xì)胞的吸水或失水

1.常見(jiàn)滲透裝置圖分析

（1）若溶液S的濃度大于溶液S的濃度，則單位時(shí)間內(nèi)S中擴(kuò)散到S中的水分子數(shù)多于S中擴(kuò)散到S中的水分子數(shù)，外觀上表現(xiàn)為S液面上升；若溶液S的濃度小于溶液S的濃度，則情況相反，外觀上表現(xiàn)為S液面下降。

（2）在達(dá)到滲透平衡后，若存在如上圖所示的液面差Δh，則溶液S的濃度可能仍大于溶液S的濃度。因?yàn)橐好娓叩囊粋?cè)形成的壓強(qiáng)會(huì)阻礙水分子由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)擴(kuò)散。

2.細(xì)胞能否發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原的判斷方法

（1）從細(xì)胞角度分析

判斷依據(jù)：活的且有大液泡和細(xì)胞壁的細(xì)胞。

①死細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

②成熟且具有中央大液泡的植物細(xì)胞易發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而未成熟的植物細(xì)胞（如根尖分生區(qū)細(xì)胞等）不具有大液泡，不易發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

③細(xì)菌細(xì)胞能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，但現(xiàn)象不明顯。

（2）從溶液角度分析

判斷依據(jù)：能保持細(xì)胞活性且能與細(xì)胞液形成濃度差的溶液。

①在一定濃度的溶液（溶質(zhì)不能透過(guò)細(xì)胞膜）中只發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

②在一定濃度的溶液（溶質(zhì)可透過(guò)細(xì)胞膜）中發(fā)生質(zhì)壁分離后可自動(dòng)復(fù)原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO溶液等。

③在高濃度溶液中細(xì)胞的質(zhì)壁分離現(xiàn)象明顯，但溶液濃度過(guò)高時(shí)質(zhì)壁分離不能復(fù)原，因?yàn)槿芤簼舛冗^(guò)高時(shí)細(xì)胞會(huì)因過(guò)度失水而死亡。

④鹽酸、酒精、醋酸等溶液能殺死細(xì)胞，不適合用作觀察質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的溶液。

例1 某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中做“觀察洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)時(shí)，在老師的幫助下進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象如下表：

對(duì)上表的推斷或解釋，不正確的是（ ）。

A.x為質(zhì)壁分離，因?yàn)榧?xì)胞壁的伸縮性弱于原生質(zhì)層的伸縮性

B.y為質(zhì)壁分離，可能導(dǎo)致細(xì)胞因失水過(guò)多而死亡

C.z為細(xì)胞稍增大，細(xì)胞液顏色逐漸變淺

D.④中細(xì)胞大小無(wú)變化是因?yàn)榧?xì)胞滲透吸水量等于失水量

解析 由于細(xì)胞壁的伸縮性弱于原生質(zhì)層的伸縮性，所以植物細(xì)胞在高濃度蔗糖溶液中會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離，但如果蔗糖溶液濃度過(guò)高（如0.5 g·mL），可能會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞因失水過(guò)多而死亡，A、B項(xiàng)正確。在1 mol·LKNO溶液中，植物細(xì)胞先發(fā)生質(zhì)壁分離，后來(lái)細(xì)胞吸收K和NO使細(xì)胞液濃度升高而發(fā)生自動(dòng)復(fù)原，再滴加清水，細(xì)胞會(huì)吸水，體積稍增大，C項(xiàng)正確。在1 mol·L醋酸溶液中，植物細(xì)胞大小無(wú)變化，原因可能是細(xì)胞已死亡，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案 D

要點(diǎn)二：物質(zhì)出入細(xì)胞方式的判斷

（1）根據(jù)分子大小與對(duì)載體、能量的需要進(jìn)行判斷

（2）根據(jù)運(yùn)輸方向判斷：逆濃度梯度的跨膜運(yùn)輸方式是主動(dòng)運(yùn)輸，順濃度梯度的跨膜運(yùn)輸方式為被動(dòng)運(yùn)輸。

（3）根據(jù)圖解進(jìn)行判斷

例2 圖甲中曲線a、b表示物質(zhì)跨（穿）膜運(yùn)輸?shù)膬煞N方式，圖乙表示細(xì)胞對(duì)大分子物質(zhì)胞吞和胞吐的過(guò)程。下列相關(guān)敘述中，錯(cuò)誤的是（ ）。

A.圖甲中a表示自由擴(kuò)散，b表示協(xié)助擴(kuò)散或主動(dòng)運(yùn)輸

B.圖甲中b曲線達(dá)到最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率后的限制因素可能是載體的數(shù)量

C.圖乙中的胞吐和胞吞過(guò)程說(shuō)明細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性

D.圖乙中的胞吐和胞吞過(guò)程都需要消耗ATP

解析 圖甲中a曲線表示隨著被轉(zhuǎn)運(yùn)分子濃度的增加，轉(zhuǎn)運(yùn)速率不斷增大，故a表示自由擴(kuò)散；b曲線開(kāi)始時(shí)隨著被轉(zhuǎn)運(yùn)分子濃度的增加，轉(zhuǎn)運(yùn)速率增大，但轉(zhuǎn)運(yùn)速率增大到一定程度后不再改變，說(shuō)明b表示的運(yùn)輸方式需要載體的協(xié)助，為協(xié)助擴(kuò)散或主動(dòng)運(yùn)輸，A項(xiàng)正確。協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸都需要載體，且主動(dòng)運(yùn)輸要消耗ATP，協(xié)助擴(kuò)散達(dá)到最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率后的限制因素為載體的數(shù)量，主動(dòng)運(yùn)輸達(dá)到最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率后的限制因素為載體的數(shù)量和ATP的含量，B項(xiàng)正確。圖乙中的胞吐和胞吞能體現(xiàn)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——具有一定的流動(dòng)性，C項(xiàng)錯(cuò)誤。主動(dòng)運(yùn)輸、胞吐和胞吞都需要消耗ATP，D項(xiàng)正確。

答案 C

溫馨提示

（1）常見(jiàn)的胞吐現(xiàn)象有抗體的分泌、蛋白質(zhì)類激素（如胰島素、生長(zhǎng)激素等）的分泌、神經(jīng)遞質(zhì)的釋放等，常見(jiàn)的胞吞現(xiàn)象有草履蟲(chóng)攝食、吞噬細(xì)胞吞噬抗原等。

（2）載體是細(xì)胞膜上的一類蛋白質(zhì)，具有特異性，不同物質(zhì)的載體不同，不同生物細(xì)胞膜上載體的種類和數(shù)量也不同；載體具有飽和現(xiàn)象，當(dāng)細(xì)胞膜上的載體達(dá)到飽和時(shí)，細(xì)胞吸收該載體運(yùn)載的物質(zhì)的速率不再隨物質(zhì)濃度的增大而增大。

要點(diǎn)三：影響主動(dòng)運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境因素

影響主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊蛩赜袃?nèi)部因素和外部因素兩種。生物膜上載體的種類和數(shù)量是影響主動(dòng)運(yùn)輸?shù)膬?nèi)部因素。因?yàn)橹鲃?dòng)運(yùn)輸需消耗細(xì)胞呼吸釋放的能量，所以凡是影響呼吸作用的因素都會(huì)影響主動(dòng)運(yùn)輸，如氧氣（濃度）、溫度、pH等。下表各圖為環(huán)境因素對(duì)細(xì)胞以主動(dòng)運(yùn)輸方式吸收離子的速率的影響示意圖。

例3 氰化物是一種劇毒物質(zhì)，其通過(guò)抑制[H]與O2的結(jié)合，使得機(jī)體不能利用氧而陷入內(nèi)窒息狀態(tài)。下圖為研究植物根尖吸收K+相關(guān)實(shí)驗(yàn)的示意圖。下列分析不正確的是（ ）。

A.通過(guò)實(shí)驗(yàn)甲可以判斷植物根尖細(xì)胞吸收K+的方式屬于主動(dòng)運(yùn)輸

B.實(shí)驗(yàn)甲中4 h后氧氣消耗速率下降是因?yàn)榧?xì)胞外K+濃度降低

C.實(shí)驗(yàn)乙中4 h后吸收K+所需的能量可能來(lái)自無(wú)氧呼吸

D.實(shí)驗(yàn)乙加入氰化物后，細(xì)胞對(duì)氧氣的吸收速率不變

解析 本題以圖示的形式考查影響物質(zhì)運(yùn)輸?shù)囊蛩?。?shí)驗(yàn)甲中加入KCl后氧氣的消耗速率增加，說(shuō)明根尖細(xì)胞吸收K+需要消耗ATP，所以其吸收方式為主動(dòng)運(yùn)輸，A項(xiàng)正確。由于加入的KCl含量有限，所以實(shí)驗(yàn)甲中4 h后氧氣消耗速率下降，B項(xiàng)正確。根據(jù)題干可知，氰化物通過(guò)抑制[H]與O2的結(jié)合而抑制了有氧呼吸，所以實(shí)驗(yàn)乙中4 h后吸收K+所需的能量可能來(lái)自無(wú)氧呼吸，C項(xiàng)正確。由于氰化物能抑制有氧呼吸，所以加入氰化物后細(xì)胞對(duì)氧氣的吸收速率會(huì)降低，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案 D

溫馨提示有氧呼吸和無(wú)氧呼吸都可以為主動(dòng)運(yùn)輸提供能量，因此，氧氣濃度為零時(shí)，可由無(wú)氧呼吸為其提供能量。