賈文俊 王小鳳

(1.陜西省寶雞中學(xué) 2.陜西省寶雞高新中學(xué))

高考試題中對重要概念“物質(zhì)通過被動運(yùn)輸、主動運(yùn)輸?shù)确绞竭M(jìn)出細(xì)胞,以維持細(xì)胞的正常代謝活動”的考查常結(jié)合新情境,綜合考查質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸方式、細(xì)胞膜的功能等,問題情境相對較為復(fù)雜,旨在考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計的分析、信息獲取、信息轉(zhuǎn)化等科學(xué)思維、生命觀念方面的核心素養(yǎng)。復(fù)習(xí)中不僅需要帶領(lǐng)學(xué)生梳理概念之間的聯(lián)系構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò),分析典型高考例題領(lǐng)會解題思路和技巧,更需要關(guān)注學(xué)生對知識的基本認(rèn)知誤區(qū),避免學(xué)生“走進(jìn)”思維盲區(qū)。

誤區(qū)1:誤認(rèn)為只有具有大液泡的植物細(xì)胞才能進(jìn)行質(zhì)壁分離

人教版新教材P63在闡述“水又是怎樣進(jìn)出植物細(xì)胞的呢?”時,提到了“成熟的植物細(xì)胞由于中央液泡占據(jù)了細(xì)胞的大部分空間,將細(xì)胞質(zhì)擠成一薄層,所以細(xì)胞內(nèi)的液體環(huán)境主要指的是液泡里面的細(xì)胞液。細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)稱為原生質(zhì)層。后文所說的水進(jìn)出細(xì)胞,主要是指水經(jīng)過原生質(zhì)層進(jìn)出液泡”。一些同學(xué)對這句話理解偏差,導(dǎo)致錯誤認(rèn)為“只有具有大液泡的植物細(xì)胞才能進(jìn)行質(zhì)壁分離”。

細(xì)胞滲透吸水或失水的條件包括①具有半透膜,②半透膜兩側(cè)的溶液之間具有濃度差。只要是活的植物細(xì)胞,不管有沒有大液泡,細(xì)胞均可通過滲透作用吸水或失水,其原生質(zhì)層(體)體積就可以隨著細(xì)胞的吸水或失水而增大或減小。而植物細(xì)胞質(zhì)壁分離的內(nèi)因是細(xì)胞壁和原生質(zhì)層具有一定的伸縮性,但原生質(zhì)層的伸縮性遠(yuǎn)大于細(xì)胞壁;而質(zhì)壁分離的外因則是細(xì)胞液與外界溶液之間具有濃度差。只要活植物細(xì)胞就滿足上述內(nèi)因條件,故筆者認(rèn)為只要將活的植物細(xì)胞置于高滲溶液中就可發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象,但具有大液泡的植物細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象較明顯。

微生物:細(xì)菌、放線菌和真菌,其細(xì)胞結(jié)構(gòu)中也具有細(xì)胞壁,這些微生物也會發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。首先這些微生物吸水或失水的方式也是通過滲透作用進(jìn)行的,其次這些微生物細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜,再次這些微生物一般情況下細(xì)胞壁伸縮性也遠(yuǎn)小于其原生質(zhì)體,因此將這些微生物置于高濃度溶液中時,其也會發(fā)生質(zhì)壁分離。生產(chǎn)實(shí)踐中人們利用鹽漬防腐就是利用了這一原理,如細(xì)菌等微生物在高濃度的鹽溶液中會因滲透作用過度失水而死亡。

【例1】原生質(zhì)體(細(xì)胞除細(xì)胞壁以外的部分)表面積大小的變化可作為質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的檢測指標(biāo)。用葡萄糖基本培養(yǎng)基和NaCl溶液交替處理某假單孢菌,其原生質(zhì)體表面積的測定結(jié)果如圖1所示。下列敘述錯誤的是

甲組 0.3 mol/L NaCl

乙組 1.0 mol/L NaCl

丙組 1.5 mol/L NaCl圖1

( )

A.甲組NaCl處理不能引起細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離,表明細(xì)胞中NaCl濃度≥0.3 mol/L

B.乙、丙組NaCl處理皆使細(xì)胞質(zhì)壁分離,處理解除后細(xì)胞即可發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原

C.該菌的正常生長和吸水都可導(dǎo)致原生質(zhì)體表面積增加

D.若將該菌先65℃水浴滅活后,再用NaCl溶液處理,原生質(zhì)體表面積無變化

【思路剖析】本題以新的材料情境為載體,以微生物細(xì)胞質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原為背景,考查學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)。甲組中原生質(zhì)體表面積隨時間變化逐漸增大,說明細(xì)胞吸水,且細(xì)胞內(nèi)溶液濃度≥0.3 mol/L,但不能說明細(xì)胞內(nèi)NaCl濃度≥0.3 mol/L,A錯誤;乙組、丙組中用NaCl處理時原生質(zhì)體體積都比葡萄糖基本培養(yǎng)基處理時要小,說明NaCl處理后發(fā)生了質(zhì)壁分離;換用葡萄糖基本培養(yǎng)基處理后,原生質(zhì)體體積又增大,說明NaCl處理解除后細(xì)胞又發(fā)生了質(zhì)壁分離復(fù)原,B正確;該菌正常生長,細(xì)胞會有所長大,原生質(zhì)體表面積增加;細(xì)胞吸水,原生質(zhì)體略有增大,其表面積也會增加,C正確;該菌65℃水浴滅活后,細(xì)胞膜失去選擇透過性,不會發(fā)生質(zhì)壁分離,原生質(zhì)體表面積無變化,D正確。

【參考答案】A

【易錯點(diǎn)睛】①水分子由低濃度溶液流向高濃度溶液是表觀現(xiàn)象,實(shí)際上水分子是雙向移動的,只是由低濃度溶液流向高濃度溶液的水分子數(shù)較多;②滲透平衡時不可看作沒有水分子移動,也不可看作兩側(cè)溶液濃度絕對相等,只意味著半透膜兩側(cè)水分子移動達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài);③處于質(zhì)壁分離狀態(tài)的細(xì)胞不一定正處于失水過程(繼續(xù)進(jìn)行質(zhì)壁分離),也可能是細(xì)胞吸水,處于質(zhì)壁分離復(fù)原過程,還可能是處于平衡狀態(tài),此時細(xì)胞吸水和失水處于動態(tài)平衡;④滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目,即溶質(zhì)微粒的數(shù)目越多,對水分子的吸引力越大,其滲透壓就越高。

誤區(qū)2:混淆物質(zhì)跨膜的特殊與一般

人工膜(圖2)由磷脂雙分子層構(gòu)成,具有選擇透過性,脂溶性物質(zhì)容易通過。能透過人工膜的物質(zhì),跨膜運(yùn)輸方式一般為自由擴(kuò)散,如水、氣體(O2、CO2等)、脂溶性物質(zhì)(甘油、脂肪酸、性激素、乙醇、苯等);不能透過人工膜的物質(zhì),說明跨膜運(yùn)輸需要載體蛋白,其運(yùn)輸方式可以分為兩種:一是協(xié)助擴(kuò)散,如葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞等,一是主動運(yùn)輸,如Na+、K+和Mg2+等無機(jī)鹽離子、氨基酸、核苷酸、葡萄糖進(jìn)出某些細(xì)胞等。

圖2

【例2】分析以下資料回答問題。資料一:①K+和 Na+均不能通過磷脂雙分子層的人工膜;②纈氨霉素是一種脂溶性抗生素;③在人工膜上加入少量纈氨霉素,K+可以透過人工膜。資料二:比較生物膜和無蛋白人工膜(雙層磷脂)對多種物質(zhì)的通透性,結(jié)果如圖3。下列敘述不正確的是

圖3

( )

A.纈氨霉素的作用類似于載體蛋白

B.纈氨霉素與離子的結(jié)合具有特異性

C.K+透過人工膜的方式屬于主動運(yùn)輸

D.生物膜上存在著協(xié)助H2O通過的物質(zhì)

【思路剖析】本題以文字、圖例信息等為載體,考查學(xué)生信息獲取、信息轉(zhuǎn)化、實(shí)驗(yàn)分析等科學(xué)探究、科學(xué)思維的核心素養(yǎng)。由于K+、Na+均不能通過磷脂雙分子層構(gòu)成的人工膜,加入纈氨霉素,K+可以通過人工膜,說明纈氨霉素的作用類似于載體蛋白,A正確;在人工膜上加入少量纈氨霉素,K+可以透過人工膜,Na+不可以透過人工膜,說明纈氨霉素與離子的結(jié)合具有特異性,B正確;本實(shí)驗(yàn)只能說明K+透過人工膜需要載體,沒有說明是否需要消耗能量,因而不能確定運(yùn)輸?shù)姆绞綄儆谥鲃舆\(yùn)輸,C錯誤;由資料二可以看出,生物膜對水分子的通透性大于人工膜,說明生物膜上存在著協(xié)助H2O通過的物質(zhì)(水通道蛋白),D正確。

【參考答案】C

【易錯點(diǎn)睛】①過去人們普遍認(rèn)為水分子跨膜運(yùn)輸方式為自由擴(kuò)散,但后來的研究表明,水分子更多的是借助細(xì)胞膜上的水通道蛋白以協(xié)助擴(kuò)散的方式進(jìn)出細(xì)胞的,如抗利尿激素促進(jìn)腎小管和集合管對水重吸收的主要方式是協(xié)助擴(kuò)散;②葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞是協(xié)助擴(kuò)散,而葡萄糖通過小腸上皮細(xì)胞細(xì)胞膜的方式主要為主動運(yùn)輸,要視具體情況而定(也存在協(xié)助擴(kuò)散);③靜息電位形成時K+外流與動作電位形成時Na+內(nèi)流均為協(xié)助擴(kuò)散,但K+、Na+在其他細(xì)胞中跨膜運(yùn)輸方式一般為主動運(yùn)輸。

誤區(qū)3:誤認(rèn)為一種載體蛋白僅能跨膜運(yùn)輸一種物質(zhì)

載體蛋白(簡稱“載體”)能在協(xié)助擴(kuò)散或主動運(yùn)輸過程中將被運(yùn)載物從自身所處的膜的一端轉(zhuǎn)運(yùn)到另一端。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制是載體蛋白分子構(gòu)象發(fā)生可逆性變化后與被轉(zhuǎn)運(yùn)分子結(jié)合,然后通過自身的構(gòu)型變化或移動使被轉(zhuǎn)運(yùn)分子隨之跨膜運(yùn)動。載體具有特異性,不同物質(zhì)的載體不同;不同生物膜上載體蛋白的種類和數(shù)量也不同。載體蛋白按被運(yùn)載物的數(shù)量和運(yùn)載方向分為三種類型,分別是單向運(yùn)輸載體、同向運(yùn)輸載體和反向運(yùn)輸載體。每種載體蛋白一般只能識別并轉(zhuǎn)運(yùn)單獨(dú)一種或十分相似的一類化學(xué)物質(zhì)。

【例3】如圖4為小腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖過程示意圖,下列有關(guān)敘述正確的是

圖4

( )

A.葡萄糖進(jìn)出小腸上皮細(xì)胞均為協(xié)助擴(kuò)散

B.Na+進(jìn)出小腸上皮細(xì)胞的過程均消耗ATP

C.抑制細(xì)胞呼吸影響K+通過Na+-K+泵的轉(zhuǎn)運(yùn)

D.能同時轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖和Na+的載體蛋白不具有特異性

【思路剖析】本題以小腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖過程模式圖為載體,考查學(xué)生科學(xué)思維、生命觀念等核心素養(yǎng)。葡萄糖進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞時,是由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)運(yùn)輸,屬于主動運(yùn)輸,而運(yùn)出細(xì)胞時,是從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)運(yùn)輸,需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,屬于協(xié)助擴(kuò)散,A錯誤;Na+進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞的方式是協(xié)助擴(kuò)散,不需要消耗ATP,Na+運(yùn)出細(xì)胞,是從低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)運(yùn)輸,屬于主動運(yùn)輸,需要消耗ATP,B錯誤;根據(jù)圖示分析,K+通過Na+-K+泵的轉(zhuǎn)運(yùn)需要消耗ATP,抑制細(xì)胞呼吸會影響K+通過Na+-K+泵的轉(zhuǎn)運(yùn),C正確;能同時轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖和Na+的載體蛋白只能轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖和Na+,并不能轉(zhuǎn)運(yùn)任意的物質(zhì),說明其具有特異性,D錯誤。

【參考答案】C

【易錯點(diǎn)睛】①一種載體蛋白可能同時跨膜運(yùn)輸兩種物質(zhì),如題干中的葡萄糖和Na+的載體蛋白就同時同向轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖和Na+;而Na+-K+泵則可以同時異向轉(zhuǎn)運(yùn)Na+和K+;②鈉鉀泵(Na+-K+泵)存在于動植物細(xì)胞膜上,它有大小兩個亞基,大亞基催化ATP水解,小亞基是一個糖蛋白,由于其既有K+和Na+結(jié)合位點(diǎn),又具有ATP酶活性,因此Na+-K+泵又稱為Na+-K+-ATP酶;每消耗1個ATP分子,可使細(xì)胞內(nèi)減少3個Na+并增加2個K+;③同向協(xié)同物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同,如題干中動物小腸細(xì)胞對葡萄糖的吸收就是伴隨著Na+的進(jìn)入(葡萄糖通過主動運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞時常常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來驅(qū)動,而不是ATP供能),細(xì)胞內(nèi)的Na+離子又被鈉鉀泵泵出細(xì)胞外,細(xì)胞內(nèi)始終保持較低的鈉離子濃度,形成電化學(xué)梯度。反向協(xié)同物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆较蚺c離子轉(zhuǎn)移的方向相反,如題干中的Na+-K+泵常通過Na+/K+反向協(xié)同運(yùn)輸?shù)姆绞絹磙D(zhuǎn)運(yùn)Na+和K+以維持細(xì)胞內(nèi)外Na+和K+的相對平衡,即Na+的排出細(xì)胞伴隨著K+的進(jìn)入細(xì)胞。

認(rèn)知誤區(qū)是學(xué)生對基礎(chǔ)知識內(nèi)在聯(lián)系或本質(zhì)理解不到位而形成的不正確的認(rèn)識或看法。教學(xué)中我們不僅需要從學(xué)生視角審視知識間的內(nèi)在聯(lián)系,更需要有針對性、目的性地對學(xué)生思維盲區(qū)進(jìn)行探析,通過歸納與剖析、拓展與建模等促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的和諧發(fā)展。