有关“物质跨膜运输的实例”常见考点剖析

朱凯

摘 要： 本文列举了有关细胞吸水和失水的原理、植物细胞吸水与失水的实验探究及应用等方面的常见考点问题，并进行了解析。

关键词： 渗透作用 质壁分离与复原 物质跨膜运输

物质跨膜运输的实例命题焦点主要在渗透作用的原理、植物细胞吸水与失水实验的探究设计及应用、物质跨膜运输的其他实例等方面。对渗透作用的考查通常单独出现，考查学生对渗透作用发生的条件及原理的理解，通常以选择题的形式出现；对于质壁分离与复原实验的考查形式比较多样，但重点考查的通常是实验原理和实验现象分析及实验的拓展应用方面。物质跨膜运输的其他实例这部分内容，通常以选择题的形式出现，考查学生读图、读表、分析数据等方面的能力。

1.细胞吸水和失水原理

例1：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

解析：选A。实验开始时，蔗糖不能透过半透膜，所以单位时间内通过半透膜渗透进入长颈漏斗中的水分子数比渗透出来的多，漏斗内液面上升。加入酶后，将蔗糖分解为单糖，进一步提高了漏斗内的浓度，所以液面再上升，但由于单糖分子能透过半透膜进入玻璃槽中，使玻璃槽内液体浓度升高，一段时间后，水分子从长颈漏斗内渗出的较多，漏斗内液面下降。

2.植物细胞质壁分离与复原实验分析及应用

2.1实验选材

例2：（2010全国新课标理综，3）要在普通显微镜下观察到质壁分离、RNA和脂肪，下列四组材料中应选择的一组是（ ）

A.水稻胚乳和花生子叶

B.天竺葵叶和水稻胚乳

C.紫色洋葱和花生子叶

D.天竺葵叶和紫色洋葱

解析：选C。观察质壁分离实验的材料应满足两个条件：一是成熟的植物细胞（具有中央大液泡），二是细胞液有颜色（易于在显微镜下观察到），紫色洋葱是理想的实验材料。要观察到脂肪关键是材料中脂肪含量要高，花生子叶是理想的实验材料。紫色洋葱和花生子叶都有RNA的存在，所以C选项正确。

2.2实验试剂的使用

例3：某同学在实验室中做“观察洋葱表皮细胞的质壁分离和复原”这个实验时，在实验室老师的帮助下，进行了一系列的创新实验，实验步骤和现象如下表。对上表的推断或解释不正确的是（ ）

A.x为质壁分离，因为细胞渗透失水

B.y为质壁分离，可能导致细胞失水过多而死

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

解析：选D。本题通过渗透作用考察植物细胞的质壁分离与复原实验，难度中等。植物细胞在0.3mol/L和0.5mol/L的蔗糖溶液中失水导致质壁分离，但后者由于过度失水死亡而不能复原；在1mol/L的KNO 溶液中质壁分离，由于吸收K 和NO 而发生自动复原；但植物细胞在醋酸溶液中不会发生质壁分离，因为醋酸使细胞死亡，原生质层失去选择透过性而变成全透性。

2.3实验步骤设计与分析

例4：（2009江苏，30）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？摇 ？摇？摇？摇（填序号）。

①观察叶绿体和原生质的流动

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-N滴入0.3g/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0.3g/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？摇？摇 ？摇？摇。

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0.3g/mL的蔗糖溶液，则在显微镜下观察到A、B处颜色分别是？摇？摇 ？摇？摇。

③如果将步骤二中浸润在0.3g/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0.3g/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？摇？摇 ？摇？摇、？摇？摇 ？摇？摇。如果A处呈绿色，可能的原因是？摇？摇？摇 ？摇？摇？摇？摇？摇？摇？摇。

解析：本题考查教材相关实验及其拓展知识。（1）需保持细胞生理活性的有：①观察叶绿体和原生质的流动；②探究酵母菌的呼吸方式。（2）由于发生质壁分离，A处为无色的蔗糖溶液，B处为细胞质，有叶绿体显绿色。要看得清更清晰，需要改变光圈大小，调节反光镜。正常情况下，A处应为无色，高温下细胞死亡，细胞膜失去选择透过性，叶绿素等色素进入A处。

答案：（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 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。

2.4应用

2.4.1判断成熟植物细胞是否有生物活性

例5：某同学在显微镜的一个视野中看到多个正在发生质壁分离的细胞，但在这些细胞之间有几个细胞未能发生质壁分离，最可能的原因是该细胞（ ）endprint

A.已死亡 B.无中央液泡

C.为分生区细胞 D.未能处于高浓度外界溶液中

解析：选A。由于不能发生质壁分离的细胞处于能发生质壁分离的细胞中间，因而它们应取自同一部位、同一组织，细胞结构基本相同。既然大多数细胞能发生质壁分离，说明不能发生质壁分离的细胞原先也应能发生分离，因而B、C、D三项都不能成立。实际上细胞死亡后，原生质层就由选择透过性变成了全透性，不再发生质壁分离。

2.4.2测定细胞液浓度范围

例6：引起50%左右细胞发生初始质壁分离的浓度，我们称之为细胞液的等渗浓度。为了测定洋葱表皮细胞的细胞液的等渗浓度，有人把剪成小块的洋葱表皮细胞分别（等量）依次放入下面各组溶液中，并记录结果如下表：

（1）该洋葱表皮细胞的细胞液的等渗浓度为？摇？摇 ？摇？摇。

（2）如果再给你4组实验材料，请设计可以更精确地测定出细胞液的等渗浓度的方法。

解析：根据题设条件可知，该洋葱表皮细胞的细胞液的等渗浓度在0.5～0.6mol/L。要设计一个更精确测定细胞等渗浓度的方法，从题中设计思路可知，可通过缩小各组蔗糖溶液的浓度梯度加以测定。

答案：（1）0.5～0.6mol/L；

（2）可分别配制浓度为0.52mol/L、0.54mol/L、0.56mol/L、0.58mol/L的4组蔗糖溶液进行类似的实验。

2.4.3比较不同植物细胞的细胞液浓度大小

例7：将不同植物的三个未发生质壁分离的细胞置于同一蔗糖溶液中，形态不再变化后的细胞图像如下图，则有关各细胞液浓度的判断，正确的是（ ）

①实验前BA>C

③实验后B≥A=C ④实验后B

A.①③ B.②③

C.①④ D.②④

解析：选B。在相同的蔗糖溶液中，C细胞发生质壁分离的程度最大，A次之，B没有发生，说明实验前C细胞失水最多，因此与蔗糖溶液的浓度差最大，也就是C细胞液浓度最小，A次之B最大，所以是B>A>C。实验后，当质壁分离不再进行时，原生质层两侧的溶液浓度相等，所以A细胞和C细胞的细胞液浓度相等，而B细胞没有明显的质壁分离现象，说明B细胞液浓度可能大于蔗糖溶液或等于蔗糖溶液，所以是B≥A=C。

3.植物对无机盐离子的选择性吸收

用完全培养液在两个相同容器内分别培养水稻和番茄苗，假设两植物的吸水速率相同，一段时间后，测定培养液中各种离子与实验开始时各种离子浓度之比如图所示。该实验的结果不能说明（ ）

A.不同植物对各种离子的需要量不同

B.与番茄相比，水稻对S 需要量大，对Ca 需要量小

C.不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量不同

D.植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关

解析：选D。由图例分析可知，不同植物对同种离子的需要量及同一植物对不同离子的需要量不同。水稻吸收的Si 多，对Ca 、Mg 吸收少，而番茄吸收的Ca 、Mg 较多，对Si 吸收量少。这体现了植物对无机盐离子的吸收具有选择性，其原因在于不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量是不同的。图中并不能看出植物体对各种离子的吸收速率与溶液中的离子浓度有关。

细胞吸水和失水的原理是渗透作用，水的跨膜运输是从单位体积水分子多的一侧向水少的一侧，即顺相对含量的梯度流动的，细胞内外的其他物质并不都是顺浓度梯度进行的，而是细胞膜具有选择透过性的结果。

参考文献：

[1]陈维，汪忠.“物质跨膜运输的实例——水分的跨膜运输Ⅰ”探究式教学.生物学教学，2006，31（5）：28-31.

A.已死亡 B.无中央液泡

C.为分生区细胞 D.未能处于高浓度外界溶液中

解析：选A。由于不能发生质壁分离的细胞处于能发生质壁分离的细胞中间，因而它们应取自同一部位、同一组织，细胞结构基本相同。既然大多数细胞能发生质壁分离，说明不能发生质壁分离的细胞原先也应能发生分离，因而B、C、D三项都不能成立。实际上细胞死亡后，原生质层就由选择透过性变成了全透性，不再发生质壁分离。

2.4.2测定细胞液浓度范围

例6：引起50%左右细胞发生初始质壁分离的浓度，我们称之为细胞液的等渗浓度。为了测定洋葱表皮细胞的细胞液的等渗浓度，有人把剪成小块的洋葱表皮细胞分别（等量）依次放入下面各组溶液中，并记录结果如下表：

（1）该洋葱表皮细胞的细胞液的等渗浓度为？摇？摇 ？摇？摇。

（2）如果再给你4组实验材料，请设计可以更精确地测定出细胞液的等渗浓度的方法。

解析：根据题设条件可知，该洋葱表皮细胞的细胞液的等渗浓度在0.5～0.6mol/L。要设计一个更精确测定细胞等渗浓度的方法，从题中设计思路可知，可通过缩小各组蔗糖溶液的浓度梯度加以测定。

答案：（1）0.5～0.6mol/L；

（2）可分别配制浓度为0.52mol/L、0.54mol/L、0.56mol/L、0.58mol/L的4组蔗糖溶液进行类似的实验。

2.4.3比较不同植物细胞的细胞液浓度大小

例7：将不同植物的三个未发生质壁分离的细胞置于同一蔗糖溶液中，形态不再变化后的细胞图像如下图，则有关各细胞液浓度的判断，正确的是（ ）

①实验前BA>C

③实验后B≥A=C ④实验后B

A.①③ B.②③

C.①④ D.②④

解析：选B。在相同的蔗糖溶液中，C细胞发生质壁分离的程度最大，A次之，B没有发生，说明实验前C细胞失水最多，因此与蔗糖溶液的浓度差最大，也就是C细胞液浓度最小，A次之B最大，所以是B>A>C。实验后，当质壁分离不再进行时，原生质层两侧的溶液浓度相等，所以A细胞和C细胞的细胞液浓度相等，而B细胞没有明显的质壁分离现象，说明B细胞液浓度可能大于蔗糖溶液或等于蔗糖溶液，所以是B≥A=C。

3.植物对无机盐离子的选择性吸收

用完全培养液在两个相同容器内分别培养水稻和番茄苗，假设两植物的吸水速率相同，一段时间后，测定培养液中各种离子与实验开始时各种离子浓度之比如图所示。该实验的结果不能说明（ ）

A.不同植物对各种离子的需要量不同

B.与番茄相比，水稻对S 需要量大，对Ca 需要量小

C.不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量不同

D.植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关

解析：选D。由图例分析可知，不同植物对同种离子的需要量及同一植物对不同离子的需要量不同。水稻吸收的Si 多，对Ca 、Mg 吸收少，而番茄吸收的Ca 、Mg 较多，对Si 吸收量少。这体现了植物对无机盐离子的吸收具有选择性，其原因在于不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量是不同的。图中并不能看出植物体对各种离子的吸收速率与溶液中的离子浓度有关。

细胞吸水和失水的原理是渗透作用，水的跨膜运输是从单位体积水分子多的一侧向水少的一侧，即顺相对含量的梯度流动的，细胞内外的其他物质并不都是顺浓度梯度进行的，而是细胞膜具有选择透过性的结果。

参考文献：

[1]陈维，汪忠.“物质跨膜运输的实例——水分的跨膜运输Ⅰ”探究式教学.生物学教学，2006，31（5）：28-31.

A.已死亡 B.无中央液泡

C.为分生区细胞 D.未能处于高浓度外界溶液中

解析：选A。由于不能发生质壁分离的细胞处于能发生质壁分离的细胞中间，因而它们应取自同一部位、同一组织，细胞结构基本相同。既然大多数细胞能发生质壁分离，说明不能发生质壁分离的细胞原先也应能发生分离，因而B、C、D三项都不能成立。实际上细胞死亡后，原生质层就由选择透过性变成了全透性，不再发生质壁分离。

2.4.2测定细胞液浓度范围

例6：引起50%左右细胞发生初始质壁分离的浓度，我们称之为细胞液的等渗浓度。为了测定洋葱表皮细胞的细胞液的等渗浓度，有人把剪成小块的洋葱表皮细胞分别（等量）依次放入下面各组溶液中，并记录结果如下表：

（1）该洋葱表皮细胞的细胞液的等渗浓度为？摇？摇 ？摇？摇。

（2）如果再给你4组实验材料，请设计可以更精确地测定出细胞液的等渗浓度的方法。

解析：根据题设条件可知，该洋葱表皮细胞的细胞液的等渗浓度在0.5～0.6mol/L。要设计一个更精确测定细胞等渗浓度的方法，从题中设计思路可知，可通过缩小各组蔗糖溶液的浓度梯度加以测定。

答案：（1）0.5～0.6mol/L；

（2）可分别配制浓度为0.52mol/L、0.54mol/L、0.56mol/L、0.58mol/L的4组蔗糖溶液进行类似的实验。

2.4.3比较不同植物细胞的细胞液浓度大小

例7：将不同植物的三个未发生质壁分离的细胞置于同一蔗糖溶液中，形态不再变化后的细胞图像如下图，则有关各细胞液浓度的判断，正确的是（ ）

①实验前BA>C

③实验后B≥A=C ④实验后B

A.①③ B.②③

C.①④ D.②④

解析：选B。在相同的蔗糖溶液中，C细胞发生质壁分离的程度最大，A次之，B没有发生，说明实验前C细胞失水最多，因此与蔗糖溶液的浓度差最大，也就是C细胞液浓度最小，A次之B最大，所以是B>A>C。实验后，当质壁分离不再进行时，原生质层两侧的溶液浓度相等，所以A细胞和C细胞的细胞液浓度相等，而B细胞没有明显的质壁分离现象，说明B细胞液浓度可能大于蔗糖溶液或等于蔗糖溶液，所以是B≥A=C。

3.植物对无机盐离子的选择性吸收

用完全培养液在两个相同容器内分别培养水稻和番茄苗，假设两植物的吸水速率相同，一段时间后，测定培养液中各种离子与实验开始时各种离子浓度之比如图所示。该实验的结果不能说明（ ）

A.不同植物对各种离子的需要量不同

B.与番茄相比，水稻对S 需要量大，对Ca 需要量小

C.不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量不同

D.植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关

解析：选D。由图例分析可知，不同植物对同种离子的需要量及同一植物对不同离子的需要量不同。水稻吸收的Si 多，对Ca 、Mg 吸收少，而番茄吸收的Ca 、Mg 较多，对Si 吸收量少。这体现了植物对无机盐离子的吸收具有选择性，其原因在于不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量是不同的。图中并不能看出植物体对各种离子的吸收速率与溶液中的离子浓度有关。

细胞吸水和失水的原理是渗透作用，水的跨膜运输是从单位体积水分子多的一侧向水少的一侧，即顺相对含量的梯度流动的，细胞内外的其他物质并不都是顺浓度梯度进行的，而是细胞膜具有选择透过性的结果。

参考文献：

[1]陈维，汪忠.“物质跨膜运输的实例——水分的跨膜运输Ⅰ”探究式教学.生物学教学，2006，31（5）：28-31.