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6 2022年高考生物一轮复习（新高考版2(鲁辽)适用） 第2单元 第6讲 细胞的物质输入和输出
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第6讲 细胞的物质输入和输出
[目标要求] 1.阐明被动运输的原理和特点。2.阐明主动运输的过程、特点和意义。3.举例说明胞吞和胞吐的过程。4.活动：观察植物细胞质壁分离与复原。
考点一 水进出细胞的原理
1．渗透作用
(1)概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
(2)渗透作用产生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。
2．动物细胞和植物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水
②现象
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
①原理
②现象
教材中的隐性知识 源于必修1 P63“思考·讨论”：红细胞的细胞膜相当于半透膜：习惯上说的半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于微粒的大小；选择透过性膜是具有活性的生物膜，其对不同物质的通过性不仅取决于分子大小，还与细胞的需求有关。因此细胞膜和半透膜类似，又有所不同。
(1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度( × )
(2)在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜( × )
(3)虽然红细胞没有具膜细胞器，但将其放入一定浓度的外界溶液中，也能发生渗透作用( √ )
(4)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核( × )
(5)成熟的植物细胞在发生质壁分离的过程中，细胞吸水能力逐渐减弱( × )
(6)在蔗糖溶液中加入适量红墨水，可观察紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞的质壁分离( √ )
(源于必修1 P67“练习与应用·拓展应用”)温度高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。
材料及用具：有如图所示相同的渗透装置三个，酒精灯(或水浴锅)、冰块及用具若干。
(1)实验假设：温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率。在一定温度范围内，提高温度会加快水分子通过半透膜的速率；而降低温度则减缓水分子通过半透膜的速率。
(2)实验方案设计如下：准备如图所示的渗透装置三套，在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温；第二组烧杯外加冰块降温；第三组留作对照。三组装置同时开始实验，并记录液面变化及时间。
渗透作用现象分析及拓展应用
(1)渗透作用的现象分析
①渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压，如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
②水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液是表观现象，实际上水分子是双向移动的，只是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
③漏斗内液面上升的原因：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。
④漏斗内液面停止上升的原因：随着液面的不断上升，漏斗内液体的压强越来越大，从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速率加快，水分子进出漏斗的速率越来越接近，直至完全相等，漏斗内液面不再升高，此时水分子的进出达到相对平衡。
⑤若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面高度差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度高。
(2)渗透作用实验装置的拓展应用
①验证渗透作用发生的条件
②比较不同溶液浓度的大小
漏斗内溶液浓度为M，烧杯内溶液浓度为N，以下为各种现象及对应的结论：
③探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)
烧杯内盛淀粉溶液
漏斗内盛碘液
结论
变蓝
不变蓝
碘能通过半透膜，而淀粉不能
不变蓝
变蓝
淀粉能通过半透膜，而碘不能
变蓝
变蓝
淀粉和碘都能通过半透膜
不变蓝
不变蓝
淀粉和碘都不能通过半透膜
考向一 渗透作用的原理及应用分析
1．某同学设计的渗透装置实验如图所示(开始时状态)，烧杯中盛有蒸馏水。图中猪膀胱膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液一段时间后再加入蔗糖酶(微量)。下列有关该实验描述正确的是( )
A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后即下降
B．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后下降，最后保持内外液面基本相平
C．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后保持一定的液面差不变
D．加酶后在烧杯中可检测出的有机物仅有葡萄糖
答案 B
解析 长颈漏斗中有蔗糖溶液，渗透压较高，液面上升，加酶后水解为单糖，分子数目增多，渗透压更高，液面继续上升，但是单糖分子可以通过半透膜进入烧杯中至两边渗透压相等，漏斗中渗透压降低至内外液面基本相平，B项正确。
2.如图为一个渗透装置，假设溶质分子或离子不能通过半透膜，实验开始时，液面a和b平齐。下列判断不正确的是( )
A．如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则液面a会下降，液面b会上升
B．如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，则液面a会上升，液面b会下降
C．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的浓度不一定相等
D．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的渗透压一定相等
答案 D
解析 如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则水分子主要向乙扩散，液面a会下降，液面b会上升，A项正确；如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，因此甲的物质的量浓度大于乙，则液面a会上升，液面b会下降，B项正确；当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，由于两侧的液面高度差可能不同，因此甲、乙溶液的浓度不一定相等，甲、乙溶液的渗透压也不一定相等，C项正确、D项错误。
考向二 动植物细胞吸水与失水的分析
3．(2020·郑州质检)五个大小相同的白萝卜幼根与植物甲的幼根分别放入A～E五种不同浓度的蔗糖溶液中，30分钟后，取出称重，重量变化如下图所示。以下关于该实验结果的说法，正确的是( )
A．植物甲比白萝卜更耐干旱
B．植物甲在与白萝卜幼根细胞液等渗的完全培养液中不能正常生长
C．五种蔗糖溶液浓度由低到高依次是B、D、A、E、C
D．白萝卜与植物甲的幼根细胞在C溶液中水分子不会通过细胞膜向外转移
答案 B
解析 在高浓度蔗糖溶液(B)中，白萝卜幼根的失水量小于植物甲幼根，因此白萝卜比植物甲更耐干旱，故A错误；在A溶液中，白萝卜幼根吸水和失水处于动态平衡，则A溶液属于白萝卜幼根的等渗溶液，而植物甲幼根会失去水分，所以植物甲在与白萝卜幼根细胞液等渗的完全培养液中不能正常生长，故B正确；外界溶液浓度高，细胞失水，重量减小；外界溶液浓度低，细胞吸水，重量增加，因此五种蔗糖溶液浓度由低到高依次是C、E、A、D、B，故C错误；白萝卜与植物甲的幼根细胞在C溶液中水分子能通过细胞膜向外转移，但进入的多于向外转移的，故D错误。
4．将家兔红细胞置于不同浓度的溶液中，水分子的跨膜运输示意图如图(箭头方向表示水分子的进出，箭头粗细表示水分子出入的多少)。下列叙述不正确的是( )
A．一段时间后，甲细胞的吸水能力会增强
B．图中乙细胞不能发生渗透作用
C．光学显微镜下无法观察到图中乙细胞有水分子的进出
D．可用家兔、鸡等常见生物材料的红细胞制备纯净的细胞膜
答案 D
解析 甲图细胞处于高浓度溶液中，细胞失水量大于吸水量，故细胞质浓度逐渐增大，吸水能力会增强，A正确；渗透作用的条件是具有半透膜和浓度差，乙细胞两侧没有浓度差，细胞吸水和失水处于动态平衡，不能发生渗透作用，B正确；光学显微镜下无法观察到水分子运输，C正确；鸡的红细胞含有细胞核和众多细胞器，不能用来制备纯净的细胞膜，D错误。
考点二 物质出入细胞的方式及影响因素
1．各种物质出入细胞方式的比较
物质出入细胞的方式
被动运输
主动运输
胞吞
胞吐
自由扩散
协助扩散
图例
运输方向
高浓度→低浓度
低浓度→高浓度
胞外→胞内
胞内→胞外
是否需要转运蛋白
否
是
是
否
是否消耗能量
否
否
是
是
举例
O2、CO2、甘油、乙醇、苯的跨膜运输
人的红细胞吸收葡萄糖
小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等
巨噬细胞吞噬抗原
胰岛素、消化酶、抗体的分泌
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P70“与社会的联系”：囊性纤维化发生的一种主要原因是患者肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常。
(2)源于必修1 P71“相关信息”：胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解。
(3)源于必修1 P72“与社会的联系”：变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物，又能通过胞吐排出食物残渣和废物。人体肠道寄生的变形虫——痢疾内变形虫，能通过胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞。
2．影响物质跨膜运输因素的分析
(1)浓度差对物质跨膜运输的影响
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受转运蛋白数量的限制。
(2)转运蛋白数量对跨膜运输的影响
转运蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，协助扩散中转运蛋白数量越多，运输速率越大；主动运输中载体蛋白数量达到一定程度后运输速率不再增加，可能原因是受能量供应限制。自由扩散不受转运蛋白数量的影响。
(3)氧气含量对跨膜运输的影响
通过影响细胞呼吸进而影响主动运输的速率。
①P点时：无氧呼吸为物质的运输提供能量。
②PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率越大。
③Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他限制因素的影响，运输速率不再增加。
(4)温度
(1)分子或离子通过通道蛋白时，需要与通道蛋白结合( × )
(2)少数水分子借助水通道蛋白进出细胞，更多的水分子以自由扩散方式进出细胞( × )
(3)Na＋与有关载体蛋白结合排出神经细胞属于主动运输( √ )
(4)细胞外液中的K＋进入神经细胞属于自由扩散( × )
(5)同种物质进出同一细胞的方式一定相同( × )
(6)以胞吐的方式排出细胞的物质不一定都是生物大分子( √ )
(7)主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢( × )
(8)人红细胞吸收胆固醇与吸收葡萄糖的相同点是需要转运蛋白的协助( × )
(9)通过胞吞或胞吐方式进出细胞，需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性( √ )
(1)举例说明同一种物质进出细胞的运输方式相同吗？
不一定相同，人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，肾小管细胞重吸收葡萄糖的方式是主动运输。神经元吸收钾离子的方式是主动运输，而神经细胞维持静息电位时钾离子外流的方式是协助扩散。
(2)在农业生产中要给作物松土的原因是松土可以增加土壤中O2含量，促进植物根的有氧呼吸，有利于植物吸收无机盐离子。
1．判定物质出入细胞的方式
(1)“三看法”快速判定物质出入细胞的方式
(2)物质跨膜运输方式图解
2．探究物质跨膜运输方式的实验设计思路
(1)探究是主动运输还是被动运输
(2)探究是自由扩散还是协助扩散
考向一 物质跨膜运输方式的判断
5．下列关于物质出入细胞方式的叙述，错误的是( )
A．细胞膜中某些蛋白质结构异常，可能影响一些物质的跨膜运输
B．物质进出细胞时可能需要消耗能量而不需要载体蛋白协助
C．Na＋等离子仅能通过主动运输进出细胞
D．低温环境会使细胞膜的流动性降低
答案 C
解析 细胞膜中某些蛋白结构异常，可能影响主动运输，也可能影响协助扩散，从而影响一些物质的跨膜运输，A正确；物质进出细胞的方式中，主动运输既需要消耗能量又需要载体蛋白协助，胞吞和胞吐需要消耗能量但不需要载体蛋白协助，B正确；离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也能通过协助扩散进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和动作电位形成时的Na＋内流，C错误；低温环境会影响分子运动速率，会使细胞膜的流动性降低，D正确。
归纳总结 有关物质出入细胞方式的6个“不要漏掉”
(1)需要转运蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。
(2)消耗能量的运输方式除主动运输外，不要漏掉胞吞和胞吐。
(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。
(4)影响协助扩散运输速率的因素除转运蛋白数量外，不要漏掉浓度差。
(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。
(6)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也可通过协助扩散(如离子通道)进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。
6．主动运输消耗的能量可来自ATP或离子电化学梯度等。如图为Na＋、葡萄糖进出小肠上皮细胞的示意图。下列关于图中物质跨膜运输过程的分析错误的是( )
A．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是不需耗能的主动运输
B．Na＋从小肠上皮细胞进入组织液是需要消耗ATP的主动运输
C．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞相伴随
D．Na＋从肠腔到小肠上皮细胞以及葡萄糖从小肠上皮细胞到组织液均为被动运输
答案 A
考向二 影响物质跨膜运输的因素分析
7．(2020·四川攀枝花期末)如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同O2浓度及不同底物浓度情况下(其他条件适宜)，从含硝酸钾的全营养液中吸收NO的速率曲线图。下列相关描述不正确的是( )
A．a点时影响离子吸收速率的主要因素是能量
B．b点时离子吸收速率不再增大是因为载体蛋白的数量有限
C．c点时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度
D．d点时离子吸收速率不再增大是因为底物浓度太高，细胞发生质壁分离
答案 D
解析 洋葱根尖吸收NO的方式是主动运输，吸收速率受能量、载体蛋白和底物浓度的影响。d点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大，可能是因为载体蛋白数量有限或能量不足，D错误。
8．(2020·潍坊模拟)如图显示人体某细胞对葡萄糖的转运速率与细胞外葡萄糖浓度的关系。实线表示细胞外仅存在葡萄糖的情况，虚线表示细胞外同时存在一定浓度半乳糖的情况。以下说法错误的是(不定项)( )
A．葡萄糖的转运速率随细胞外葡萄糖浓度的升高会持续增大
B．半乳糖可水解为2分子葡萄糖
C．该细胞膜上一定存在转运半乳糖的载体
D．半乳糖对葡萄糖的转运有抑制作用
答案 ABC
解析 由曲线走势可知，随着葡萄糖浓度的升高，葡萄糖的转运速率逐渐升高，当到达一定浓度后，转运速率保持不变，A错误；半乳糖属于单糖，不能水解，B错误；由曲线分析可知，仅存在葡萄糖的情况比同时存在一定浓度半乳糖时葡萄糖的转运速率高，所以半乳糖对葡萄糖的转运有抑制作用，D正确。
考向三 物质跨膜运输的有关探究实验分析
9．为了探究温度和氧气含量对某植物幼根吸收M离子的影响，某兴趣小组进行了相关实验，一段时间后，测定根吸收M离子的量。实验的培养条件及结果如表所示。下列相关叙述错误的是( )
项目
密闭培养瓶中气体
温度(℃)
离子相对吸收量(%)
甲组
空气
17
100
乙组
氮气
17
10
丙组
空气
3
28
A.该植物幼根细胞可通过主动运输的方式吸收M离子
B．甲组和丙组可构成对照实验，甲组和乙组也可构成对照实验
C．氮气环境中该植物幼根细胞吸收M离子时需要载体的协助
D．低温主要通过影响膜蛋白的活性来降低该幼根细胞吸收M离子的速率
答案 D
解析 植物幼根细胞吸收无机盐离子时需要载体蛋白的协助，且有氧组比无氧组吸收快，说明吸收M离子消耗能量，由此说明该植物幼根细胞可通过主动运输的方式吸收M离子，A、C正确；甲组和丙组，甲组和乙组都遵循单一变量原则，可构成对照实验，B正确；低温主要通过影响酶的活性来降低该幼根细胞吸收M离子的速率，D错误。
10．主动运输是一种重要的跨膜运输方式，体现了生命活动的“主动性”。为探究主动运输的特点，科研人员利用下图装置进行实验，其中HgCl2是一种可以影响ATP水解的新陈代谢抑制剂。请分析回答：
(1)本实验的名称是_____________________________________________________________。
(2)写出实验进行过程中需要控制的两个无关变量：______________________。
(3)实验得到如图所示的结果。
①根据实验结果，科研人员在实验前后需测定____________________。
②比较乙组和甲组结果，得出的结论是__________________________________。
③与甲组相比，丙组吸收磷酸盐较少的原因可能是________________________________。
答案 (1)探究HgCl2溶液和细胞成熟程度对细胞主动运输(吸收磷酸盐)的影响 (2)温度、pH、溶氧量、溶液的用量、胡萝卜片的数量等(任写两个即可) (3)①溶液中磷酸盐的浓度 ②细胞主动运输(吸收磷酸盐)需要消耗能量 ③幼嫩组织供能少，幼嫩组织细胞膜上载体蛋白数量少
解析 (1)由题图可知，实验中的自变量为HgCl2溶液和细胞的成熟程度，最后测量了实验前后溶液中磷酸盐浓度差，所以本实验的名称是探究HgCl2溶液和细胞成熟程度对细胞主动运输(吸收磷酸盐)的影响。(2)实验中，应保证各组所处环境的温度、溶液的量、pH、溶氧量以及胡萝卜片的数量等一致，以免影响实验效果。(3)①由题图纵坐标可知，科研人员在实验前后需测定溶液中磷酸盐的浓度。②甲组中不含有HgCl2溶液，即ATP水解不受影响，细胞可进行主动运输(吸收磷酸盐)，而乙组中加入了HgCl2溶液，抑制了ATP的水解，则能量供应不足，影响了主动运输，说明细胞主动运输(吸收磷酸盐)需要消耗能量。③由于甲组和丙组的唯一变量为胡萝卜片的成熟程度，所以与甲组相比，丙组吸收磷酸盐较少的原因可能是幼嫩组织供能少，幼嫩组织细胞膜上载体蛋白数量少。
考点三 观察植物细胞的质壁分离和复原
1．实验原理
2．实验步骤
3．现象与结论
1．质壁分离和复原实验分析
(1)质壁分离发生的条件
①从细胞角度分析
a．死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。
b．具有中央大液泡的成熟的植物活细胞可发生质壁分离及复原现象，且细胞液最好带有一定的颜色，便于观察，以活的紫色洋葱鳞片叶外表皮最佳。
c．细菌细胞也能发生质壁分离，但现象不明显。
②从溶液角度分析
a．在一定浓度(溶质不能透过膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能自动复原。
b．在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、乙二醇、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象；盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
c．本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原；若质量浓度过低则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
(2)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液。这是因为细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗透出来。
(3)本实验存在的两组对照实验
本实验存在的两组实验均为自身对照，自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照。
2．质壁分离和复原实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞的死活
(2)测定细胞液浓度范围
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
(4)比较未知浓度溶液的浓度大小
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
考向一 实验原理和基本步骤分析
11．(2017·海南，9)为研究植物细胞质壁分离现象，某同学将某植物的叶表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象。下列说法错误的是( )
A．该植物的叶表皮细胞是具有液泡的活细胞
B．细胞内甲物质的浓度高于细胞外甲物质的浓度
C．细胞液中的H2O可以经自由扩散进入甲物质溶液中
D．甲物质和H2O能自由通过该叶表皮细胞的细胞壁
答案 B
解析 由于一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象，只能说明细胞外甲物质的浓度大于细胞液浓度，B项错误。
12．下列关于植物细胞质壁分离与复原实验的叙述，错误的是( )
A．该实验已存在对照，不需要增设一组对照组
B．在该实验中，操作步骤为：制片、低倍镜观察、滴加蔗糖溶液、高倍镜观察
C．用菠菜叶做该实验时，叶绿体的存在不会干扰实验现象的观察
D．实验材料的不同部位其细胞质壁分离程度并不完全一致
答案 B
解析 在该实验中，三次观察均为低倍镜观察，B错误。
考向二 实验的拓展和应用
13．正确的实验往往能达到特定的目的。下列各项中，不能通过植物细胞质壁分离实验达到相关实验目的的是( )
A．判断成熟的植物细胞的死活
B．原生质层比细胞壁的伸缩性大
C．成熟的植物细胞能进行渗透吸水
D．水分子可以通过通道蛋白进入细胞
答案 D
解析 通过植物细胞质壁分离与复原实验可判断细胞的死活，可验证原生质层的伸缩性大于细胞壁，A、B不符合题意；质壁分离后的植物细胞放在清水中会发生复原，证明植物细胞能通过渗透作用吸收水分，C不符合题意；质壁分离实验无法证明水分子可以通过通道蛋白进入细胞，D符合题意。
14. (2021·江西月考)取某一红色花冠的2个大小相同、生理状态相似的花瓣细胞，将它们分别放置在甲、乙两种溶液中， 测得细胞失水量的变化如图 1，液泡直径的变化如图2。下列叙述正确的是( )
A．第4分钟前甲溶液中花瓣细胞的失水速率小于乙溶液
B．第4分钟后乙溶液中细胞由于失水过多而死亡
C．图2中曲线Ⅱ和图 1 中甲溶液中细胞失水量曲线对应
D．甲、乙两种溶液的浓度不同，溶质种类可能相同
答案 C
解析 由图可知，第4分钟前甲溶液中花瓣细胞的失水速率大于乙溶液，A 项错误；第4分钟后乙溶液中细胞由于吸水发生了质壁分离复原，B 项错误； 分析题图2可知，Ⅰ液泡先变小后恢复到原样，对应乙溶液中的变化曲线，Ⅱ液泡先变小后维持不变，对应甲溶液中的变化曲线，C 项正确；两条曲线的差异是甲、乙溶液溶质不同导致的，甲溶液中溶质不能被细胞吸收，乙溶液中的溶质可以被细胞吸收，D 项错误。
1．核心概念
(1)(必修1 P62)渗透作用：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
(2)(必修1 P63)原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
(3)(必修1 P65)被动运输：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的物质跨膜运输方式。
(4)(必修1 P66)自由扩散(简单扩散)：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。协助扩散(易化扩散)：物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的方式。
(5)(必修1 P69)主动运输：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的物质跨膜运输方式。
2．教材结论性语句
(1)(必修1 P62)如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
(2)(必修1 P65)当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来。
(3)(必修1 P66)转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两类，通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。而载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变。
(4)(必修1 P69)一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。
(5)(必修1 P72)通过胞吞或胞吐进出细胞，需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。
1．(2020·全国Ⅱ，5)取某植物的成熟叶片，用打孔器获取叶圆片，等分成两份，分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中，得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时，检测甲、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是( )
A．甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高
B．若测得乙糖溶液浓度不变，则乙组叶细胞的净吸水量为零
C．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离
D．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组
答案 D
解析 在实验期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换，而甲组中甲糖溶液浓度升高，说明甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水分，A项正确；若测得乙糖溶液浓度不变，说明乙组叶细胞的细胞液浓度与乙糖溶液浓度相同，乙组叶细胞表现为既不吸水也不失水，即乙组叶细胞的净吸水量为零，B项正确；若测得乙糖溶液浓度降低，说明乙组叶细胞失水，叶肉细胞可能发生了质壁分离，C项正确；甲、乙两组溶液的质量浓度相同，甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍，说明单位体积的甲糖溶液中溶质微粒数少，而单位体积的乙糖溶液中溶质微粒数多，乙糖溶液中溶质微粒对水的吸引力大，甲糖溶液中溶质微粒对水的吸引力小，若测得乙糖溶液浓度也升高，说明叶细胞吸水，并且叶细胞的净吸水量乙组小于甲组，D项错误。
2．(2020·海南，18)ABC转运蛋白是一类跨膜转运蛋白，参与细胞吸收多种营养物质，每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性。ABC转运蛋白的结构及转运过程如图所示，下列有关叙述正确的是( )
A．ABC转运蛋白可提高O2的跨膜运输速度
B．ABC转运蛋白可协助葡萄糖顺浓度梯度进入细胞
C．Cl－和氨基酸依赖同一种ABC转运蛋白跨膜运输
D．若ATP水解受阻，ABC转运蛋白不能完成转运过程
答案 D
解析 O2的跨膜运输方式为自由扩散，不需要转运蛋白协助，A错误；据图可知，ABC转运蛋白发挥作用过程伴随ATP水解，消耗能量，葡萄糖顺浓度梯度进入细胞不需要耗能，B错误；据题干信息可知“每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性”，故Cl－和氨基酸跨膜运输依赖的转运蛋白不同，C错误；据图可知，ABC转运蛋白的功能发挥伴随ATP水解的过程，故若ATP水解受阻，ABC转运蛋白不能完成转运过程，D正确。
3．(2018·全国Ⅱ，2)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( )
A．巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散
B．固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输
C．神经细胞受到刺激时产生的Na＋内流属于被动运输
D．护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
答案 C
解析 巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞，A项错误；固醇类激素如性激素以自由扩散的方式进入靶细胞，B项错误；静息状态时，神经细胞膜外的Na＋浓度高于膜内，受到刺激时产生的Na＋内流是由通道蛋白协助的被动运输，C项正确；护肤品中的甘油属于小分子脂溶性物质，以自由扩散的方式进入皮肤细胞，D项错误。
4．(2019·全国Ⅱ，3)某种H＋－ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H＋。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外)，置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H＋－ATPase的抑制剂(抑制ATP水解)，再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是( )
A．H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H＋转运到细胞外
B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用导致H＋逆浓度梯度跨膜运输
C．H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量可由蓝光直接提供
D．溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞
答案 C
解析 用蓝光照射后，含有保卫细胞的溶液的pH下降，可推测细胞内的H＋被转运到了细胞外，再结合题干信息可推测H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，A项不符合题意；细胞内pH高于细胞外，即细胞内H＋浓度低于细胞外，用蓝光照射后，溶液的pH明显降低，推测蓝光可通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用使细胞内的H＋逆浓度转运到细胞外，B项不符合题意；H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量来自ATP水解，不是由蓝光直接提供，C项符合题意；溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞，D项不符合题意。
5．(2018·全国Ⅰ，3)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是( )
A．在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的N2和NO
B．农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C．土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D．给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象
答案 A
解析 小麦不能直接吸收土壤中的N2，N2必须被固定后才能被植物吸收利用，A项错误；农田松土可增强农作物根的有氧呼吸，为矿质元素的吸收供能，有利于对矿质元素的吸收，B项正确；土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可溶解在土壤溶液中，从而被根系吸收利用，C项正确；施肥过多会使土壤溶液浓度大于根细胞液浓度，从而使根细胞因失水过多而枯黄甚至死亡，造成“烧苗”现象，D项正确。
课时精练
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．下图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，水分子可以透过半透膜，而蔗糖分子则不能。当渗透达到平衡时，液面差为m。下列有关叙述正确的是( )
A．渗透平衡时S1溶液的浓度等于S2溶液的浓度
B．若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时m变小
C．当漏斗内外的高度差达到平衡时，没有水分子进出半透膜
D．若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时m将变小
答案 D
解析 渗透平衡时S1液面比S2液面高，S1溶液的浓度大于S2溶液的浓度，A错误；向漏斗中加入蔗糖分子，漏斗中蔗糖溶液浓度增大，通过渗透作用进入漏斗中的水分子增加，m增大，B错误；漏斗内外的高度差达到平衡，说明进出半透膜的水分子达到动态平衡，C错误；吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，由于存在浓度差，水分子还会进入漏斗，水分子将漏斗中的溶液稀释，渗透压下降，再次平衡时m将变小，D正确。
2．下列关于“观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验的叙述，错误的是( )
A．正在发生质壁分离的细胞中能观察到紫色的中央液泡逐渐缩小，颜色逐渐加深
B．在一定蔗糖浓度范围内，不断增加外界蔗糖溶液浓度，引起质壁分离所需时间不断缩短，质壁分离程度不断加大
C．细胞处于质壁分离状态时，细胞液浓度可能大于外界溶液浓度
D．若将洋葱表皮细胞放在一定浓度的淀粉溶液中，可发生质壁分离和质壁分离自动复原现象
答案 D
解析 若将洋葱表皮细胞放在一定浓度的淀粉溶液中，若淀粉溶液浓度大于细胞液浓度，则可发生质壁分离现象，但因淀粉不能被细胞吸收，所以不会发生质壁分离自动复原现象，D错误。
3．如图表示动物肌肉细胞细胞膜转运部分物质示意图。与图中信息不相符的是( )
A．甲侧为细胞外，乙侧为细胞内
B．Na＋既可顺浓度梯度运输也可逆浓度梯度运输
C．图示中葡萄糖跨膜运输的直接驱动力不是ATP
D．图示中葡萄糖跨膜运输方式与甘油的跨膜运输方式相同
答案 D
解析 从图中可以看出，Na＋顺浓度梯度运输进入细胞，通过主动运输运出细胞，即逆浓度梯度运输，故B正确；图中葡萄糖的运输，没有ATP参与，而是以Na＋的顺浓度梯度运输为驱动力，故C正确；甘油的跨膜运输方式是自由扩散，故D错误。
4．(2020·天津市高三质检)ATP酶复合体存在于生物膜上，其主要功能是将生物膜一侧的H＋搬运到另一侧，并催化ATP的形成。如图表示ATP酶复合体的结构和主要功能，下列分析正确的是( )
A．叶绿体中含有的ATP酶复合体分布在类囊体薄膜和基质中
B．ATP酶复合体具有的功能说明膜蛋白具有运输和催化作用
C．图中H＋从B侧运输到A侧的跨膜运输需要细胞代谢提供能量
D．ATP酶复合体在线粒体中参与有氧呼吸的第二阶段和第三阶段
答案 B
解析 由于叶绿体中的ATP是在类囊体薄膜上形成的，所以叶绿体中的ATP酶复合体分布在类囊体薄膜上，A错误；由题可知，ATP酶复合体能将H＋搬运到膜的另一侧，并催化ATP的形成，B正确；图中H＋从B侧运输到A侧，并使ADP和Pi合成ATP储存能量，C错误；ATP酶复合体存在于生物膜上，有氧呼吸的第三阶段在生物膜上进行，而第二阶段不在生物膜上进行，所以ATP酶复合体只参与有氧呼吸的第三阶段，D错误。
5．利用荧光素双醋酸酯(FDA)染色法测定动物细胞的活力，其基本原理是FDA本身无荧光，可自由通过细胞膜，经细胞内酯酶分解产生荧光素，积累在细胞内并能发出绿色荧光。下列相关叙述正确的是( )
A．实验中配制的FDA溶液是一种低渗溶液
B．FDA通过胞吞作用进入细胞，需要消耗能量
C．荧光素分子能以自由扩散的方式通过细胞膜
D．一定范围内，荧光强度与细胞活力呈正相关
答案 D
解析 根据题意可知，FDA可自由通过细胞膜，说明FDA进入细胞的方式是自由扩散，所以实验中配制的FDA溶液是一种高渗溶液，A、B错误；“经细胞内酯酶分解产生荧光素，积累在细胞内并能产生绿色荧光”，说明荧光素在细胞内，不能扩散出细胞，C错误；FDA经细胞内酯酶分解产生荧光素，绿色荧光的强度越强，则说明酶活性越高，所以绿色荧光的强度与细胞的活力呈正相关，D正确。
6．下列有关生物体内的物质运输的叙述，正确的是( )
A．细胞内囊泡的运输过程中存在囊泡膜与靶膜的识别，这可能与囊泡膜上的糖蛋白有关
B．氨基酸的跨膜运输和被转运到核糖体上都离不开载体蛋白
C．高等动物体内的激素通过体液定向运输到靶细胞
D．人体内的细胞都是通过协助扩散的方式吸收葡萄糖的
答案 A
解析 囊泡运输过程中起识别作用的可能是膜上的糖蛋白，A正确；氨基酸跨膜运输的载体是蛋白质，转运氨基酸到核糖体上的载体是tRNA，B错误；激素随血液流经全身，并非定向运输到靶细胞，C错误；红细胞通过协助扩散吸收葡萄糖，小肠上皮细胞通过主动运输吸收葡萄糖，D错误。
7．(2020·威海二模)钙泵是一种存在于细胞膜及细胞器膜上的运输Ca2＋的ATP水解酶，其能驱动细胞质中的Ca2＋泵出细胞或泵入细胞内的钙库(内质网等储存Ca2＋的细胞器)，以维持细胞质内低浓度的Ca2＋。当细胞受到刺激时，Ca2＋又会从细胞外或钙库中借助通道蛋白进入细胞质。下列相关说法错误的是( )
A．一氧化碳中毒时钙泵的活性会降低
B．Ca2＋泵出细胞或泵入内质网腔内的过程属于主动运输
C．Ca2＋从细胞外或钙库中借助通道蛋白进入细胞质的过程属于协助扩散
D．钙泵参与运输Ca2＋的过程属于放能反应
答案 D
解析 一氧化碳中毒，则氧气运输速率下降，影响能量供应，则钙泵的活性会降低，A正确；Ca2＋泵出细胞或泵入内质网腔内，需要钙泵，钙泵能运输Ca2＋，而且能将ATP水解提供能量，属于主动运输，B正确；Ca2＋顺浓度梯度从细胞外或钙库中借助通道蛋白进入细胞质，属于协助扩散，C正确；钙泵参与运输Ca2＋的过程属于吸能反应，D错误。
二、选择题：每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
8．(2020·淄博二模)物质进入细胞的“载体假说”认为：载体首先与待输送的膜外物质结合成复合体，然后此复合体转向膜内，将输送的物质释放到膜内，载体再恢复原状，继续与新的待运输物质结合，其运输过程如图所示(图中R为载体；Mo为膜外物质；MR为载体复合体；Mi为膜内物质)。以下支持该假说的事实是( )
A．植物根系对矿质元素的吸收速率具有饱和效应
B．土壤溶液的浓度高于植物根细胞液浓度
C．静息电位时K＋外流，动作电位时Na＋内流
D．植物体内阴、阳离子总量之间存在着某种平衡
答案 A
9．美国科学家阿格雷和麦金农因研究细胞膜中的通道蛋白获得了诺贝尔化学奖，通道蛋白分为两大类：水通道蛋白和离子通道蛋白，阿格雷成功分离出了水通道蛋白，麦金农测出了K＋通道蛋白的立体结构。如图为肾小管上皮细胞重吸收水分和K＋通道蛋白的立体结构的示意图。下列与通道蛋白有关的叙述正确的是( )
A．水通道蛋白往往贯穿于磷脂双分子层中
B．K＋通道蛋白运输物质的方式为协助扩散，不需要消耗ATP
C．通道蛋白运输时没有选择性，比通道直径小的物质可自由通过
D．机体可通过调节细胞膜上通道蛋白的数量或开关来调节物质的运输
答案 ABD
解析 由题图可知，水通道蛋白往往贯穿于磷脂双分子层中，A正确；K＋可从高浓度一侧向低浓度一侧运输，故K＋通道蛋白运输物质的方式为协助扩散，不需要消耗ATP，B正确；通道蛋白运输时有选择性，水通道蛋白只能运输水分子，K＋通道蛋白只能运输K＋，C错误；机体可通过调节细胞膜上通道蛋白的数量(如水通道蛋白)或开关(如K＋通道蛋白)来调节物质的运输，D正确。
10．(2020·江苏二模)用2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液分别浸泡取自同一部位的植物表皮。每隔相同时间在显微镜下测量视野中若干个细胞的长度x和原生质体长度y(如图1)，并计算的平均值，得到图2所示结果。下列相关分析中正确的是( )
A．2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等
B．a点前比值不变说明表皮细胞水分子进出平衡
C．b点前表皮细胞的吸水能力逐渐增大
D．c点后表皮细胞发生质壁分离复原
答案 ACD
解析 2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等，A正确；a点前比值不变且等于1说明，细胞的长度x和原生质体长度y相等，但并不意味着表皮细胞水分子进出平衡，B错误；b点前曲线上升，表明表皮细胞在蔗糖溶液中发生质壁分离现象，其吸水能力逐渐增大，C正确；c点后，曲线下降，表明因乙二醇属于脂类小分子物质，可以进入细胞内部从而使表皮细胞发生质壁分离复原现象，D正确。
三、非选择题
11．科学家研究发现，细胞膜的跨膜蛋白中，有一种与水的跨膜运输有关的水通道蛋白。回答下列问题：
(1)细胞膜上跨膜蛋白的合成类似于分泌蛋白，核糖体上合成的肽链，需要在________________中加工和修饰后，再运输到细胞膜上。
(2)从细胞膜的结构分析，由于__________________________________，水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍。现在研究确认，细胞膜上的水通道蛋白能帮助水分子从低渗溶液向高渗溶液方向跨膜运输，这种水分子跨膜运输的方式是________________________。
(3)哺乳动物成熟的红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破，有人推测这可能与水通道蛋白有关。请设计实验，验证这个推测是正确的。(要求：写出实验思路、预期实验结果)
答案 (1)内质网和高尔基体 (2)磷脂双分子层内部具有疏水性 协助扩散 (3)实验思路：将哺乳动物成熟的红细胞分成等量的两份，编号为甲组、乙组，将甲组红细胞膜中的蛋白质破坏，乙组红细胞不作处理，然后将两组细胞同时置于蒸馏水中，测定两组细胞吸水涨破所需的时间。预期实验结果：乙组吸水涨破所需时间短，说明推测正确。
解析 (1)根据蛋白质的合成与分泌过程可知，核糖体合成的肽链需要先后经过内质网和高尔基体的加工和修饰才能成为成熟的蛋白质分泌到细胞外或运输到细胞膜上。
(2)细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，其内部具有疏水性，所以水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍。根据题意可知，水分子通过水通道蛋白的运输是从低渗溶液向高渗溶液方向运输的，因此该运输方式为协助扩散。
(3)根据题意，要验证哺乳动物成熟的红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破与水通道蛋白有关，则根据实验的单一变量原则和对照原则，设计实验思路。
12．(2021·衡水中学模拟)慕尼黑工业大学的教授构建了一个能自己移动和改变形态的“类细胞”模型，由膜外壳和填入物构成。请回答下列问题：
(1)该模型类似于________________产生的囊泡，其边界(膜外壳)由______________构成。
(2)该模型中填入了细胞骨架和驱动蛋白，作为运动的结构基础；另外还需要填入________作为直接能源。
(3)将该结构置于一定浓度的K＋溶液中一段时间，检测发现K＋不能进入其中。你认为应怎样对该模型进行改造？并写出理由。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)内质网、高尔基体 磷脂分子 (2)ATP
(3)在其膜外壳中加入K＋的载体蛋白，因为K＋进入细胞的跨膜运输方式是主动运输，需要相应载体蛋白的协助
13．(2020·湖北黄冈月考)图1为研究渗透作用的实验装置示意图，图2表示紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞处在某浓度的外界溶液中的一种状态(此时细胞有活性)，图3是选用蔗糖作为实验材料，用U形管所做的渗透实验。请回答下列问题：
(1)图1中的渗透作用发生需要两个条件：①有半透膜，②________________。当液面上升到最大高度后处于静止状态时，________(填“有”或“无”)水分子通过半透膜进入漏斗中。
(2)在做观察植物细胞的质壁分离和复原的实验过程中，常选用图2所示的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料，原因是该种细胞具有________________。细胞处于该状态时，A、B处的浓度关系为______________________________________________________________。
(3)图3实验结果说明蔗糖分子不能通过半透膜。某同学想继续探究蔗糖水解产物能否通过半透膜，他向b管中滴加了两滴一定浓度的蔗糖酶，并在适宜温度下水浴保温一段时间，观察实验现象并预测实验结果：
①一段时间后，若发现a、b两管的液面高度差继续增大，直至最后稳定不变。请分析造成此现象的原因：________________________________，________________________________。
②一段时间后，若发现b管液面先上升后下降，直至b管液面仅略高于a管后不再变化。为使两侧液面等高，应进行的操作是_______________________________________________。
答案 (1)a和b之间存在浓度差(半透膜两侧有浓度差) 有 (2)紫色大液泡 A>B或A
解析 (1)图1中的渗透作用发生需要两个条件：①有半透膜，②a和b之间存在浓度差；当液面上升到最大高度后处于静止状态时，有水分子通过半透膜进入漏斗中，不过处于动态平衡中。(2)选用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料，原因是该种细胞具有紫色大液泡，便于观察。当A>B，细胞吸水，处于质壁分离复原过程；A
第6讲 细胞的物质输入和输出
[目标要求] 1.阐明被动运输的原理和特点。2.阐明主动运输的过程、特点和意义。3.举例说明胞吞和胞吐的过程。4.活动：观察植物细胞质壁分离与复原。
考点一 水进出细胞的原理
1．渗透作用
(1)概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
(2)渗透作用产生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。
2．动物细胞和植物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水
②现象
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
①原理
②现象
教材中的隐性知识 源于必修1 P63“思考·讨论”：红细胞的细胞膜相当于半透膜：习惯上说的半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于微粒的大小；选择透过性膜是具有活性的生物膜，其对不同物质的通过性不仅取决于分子大小，还与细胞的需求有关。因此细胞膜和半透膜类似，又有所不同。
(1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度( × )
(2)在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜( × )
(3)虽然红细胞没有具膜细胞器，但将其放入一定浓度的外界溶液中，也能发生渗透作用( √ )
(4)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核( × )
(5)成熟的植物细胞在发生质壁分离的过程中，细胞吸水能力逐渐减弱( × )
(6)在蔗糖溶液中加入适量红墨水，可观察紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞的质壁分离( √ )
(源于必修1 P67“练习与应用·拓展应用”)温度高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。
材料及用具：有如图所示相同的渗透装置三个，酒精灯(或水浴锅)、冰块及用具若干。
(1)实验假设：温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率。在一定温度范围内，提高温度会加快水分子通过半透膜的速率；而降低温度则减缓水分子通过半透膜的速率。
(2)实验方案设计如下：准备如图所示的渗透装置三套，在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温；第二组烧杯外加冰块降温；第三组留作对照。三组装置同时开始实验，并记录液面变化及时间。
渗透作用现象分析及拓展应用
(1)渗透作用的现象分析
①渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压，如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
②水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液是表观现象，实际上水分子是双向移动的，只是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
③漏斗内液面上升的原因：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。
④漏斗内液面停止上升的原因：随着液面的不断上升，漏斗内液体的压强越来越大，从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速率加快，水分子进出漏斗的速率越来越接近，直至完全相等，漏斗内液面不再升高，此时水分子的进出达到相对平衡。
⑤若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面高度差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度高。
(2)渗透作用实验装置的拓展应用
①验证渗透作用发生的条件
②比较不同溶液浓度的大小
漏斗内溶液浓度为M，烧杯内溶液浓度为N，以下为各种现象及对应的结论：
③探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)
烧杯内盛淀粉溶液
漏斗内盛碘液
结论
变蓝
不变蓝
碘能通过半透膜，而淀粉不能
不变蓝
变蓝
淀粉能通过半透膜，而碘不能
变蓝
变蓝
淀粉和碘都能通过半透膜
不变蓝
不变蓝
淀粉和碘都不能通过半透膜
考向一 渗透作用的原理及应用分析
1．某同学设计的渗透装置实验如图所示(开始时状态)，烧杯中盛有蒸馏水。图中猪膀胱膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液一段时间后再加入蔗糖酶(微量)。下列有关该实验描述正确的是( )
A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后即下降
B．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后下降，最后保持内外液面基本相平
C．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后保持一定的液面差不变
D．加酶后在烧杯中可检测出的有机物仅有葡萄糖
答案 B
解析 长颈漏斗中有蔗糖溶液，渗透压较高，液面上升，加酶后水解为单糖，分子数目增多，渗透压更高，液面继续上升，但是单糖分子可以通过半透膜进入烧杯中至两边渗透压相等，漏斗中渗透压降低至内外液面基本相平，B项正确。
2.如图为一个渗透装置，假设溶质分子或离子不能通过半透膜，实验开始时，液面a和b平齐。下列判断不正确的是( )
A．如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则液面a会下降，液面b会上升
B．如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，则液面a会上升，液面b会下降
C．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的浓度不一定相等
D．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的渗透压一定相等
答案 D
解析 如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则水分子主要向乙扩散，液面a会下降，液面b会上升，A项正确；如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，因此甲的物质的量浓度大于乙，则液面a会上升，液面b会下降，B项正确；当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，由于两侧的液面高度差可能不同，因此甲、乙溶液的浓度不一定相等，甲、乙溶液的渗透压也不一定相等，C项正确、D项错误。
考向二 动植物细胞吸水与失水的分析
3．(2020·郑州质检)五个大小相同的白萝卜幼根与植物甲的幼根分别放入A～E五种不同浓度的蔗糖溶液中，30分钟后，取出称重，重量变化如下图所示。以下关于该实验结果的说法，正确的是( )
A．植物甲比白萝卜更耐干旱
B．植物甲在与白萝卜幼根细胞液等渗的完全培养液中不能正常生长
C．五种蔗糖溶液浓度由低到高依次是B、D、A、E、C
D．白萝卜与植物甲的幼根细胞在C溶液中水分子不会通过细胞膜向外转移
答案 B
解析 在高浓度蔗糖溶液(B)中，白萝卜幼根的失水量小于植物甲幼根，因此白萝卜比植物甲更耐干旱，故A错误；在A溶液中，白萝卜幼根吸水和失水处于动态平衡，则A溶液属于白萝卜幼根的等渗溶液，而植物甲幼根会失去水分，所以植物甲在与白萝卜幼根细胞液等渗的完全培养液中不能正常生长，故B正确；外界溶液浓度高，细胞失水，重量减小；外界溶液浓度低，细胞吸水，重量增加，因此五种蔗糖溶液浓度由低到高依次是C、E、A、D、B，故C错误；白萝卜与植物甲的幼根细胞在C溶液中水分子能通过细胞膜向外转移，但进入的多于向外转移的，故D错误。
4．将家兔红细胞置于不同浓度的溶液中，水分子的跨膜运输示意图如图(箭头方向表示水分子的进出，箭头粗细表示水分子出入的多少)。下列叙述不正确的是( )
A．一段时间后，甲细胞的吸水能力会增强
B．图中乙细胞不能发生渗透作用
C．光学显微镜下无法观察到图中乙细胞有水分子的进出
D．可用家兔、鸡等常见生物材料的红细胞制备纯净的细胞膜
答案 D
解析 甲图细胞处于高浓度溶液中，细胞失水量大于吸水量，故细胞质浓度逐渐增大，吸水能力会增强，A正确；渗透作用的条件是具有半透膜和浓度差，乙细胞两侧没有浓度差，细胞吸水和失水处于动态平衡，不能发生渗透作用，B正确；光学显微镜下无法观察到水分子运输，C正确；鸡的红细胞含有细胞核和众多细胞器，不能用来制备纯净的细胞膜，D错误。
考点二 物质出入细胞的方式及影响因素
1．各种物质出入细胞方式的比较
物质出入细胞的方式
被动运输
主动运输
胞吞
胞吐
自由扩散
协助扩散
图例
运输方向
高浓度→低浓度
低浓度→高浓度
胞外→胞内
胞内→胞外
是否需要转运蛋白
否
是
是
否
是否消耗能量
否
否
是
是
举例
O2、CO2、甘油、乙醇、苯的跨膜运输
人的红细胞吸收葡萄糖
小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等
巨噬细胞吞噬抗原
胰岛素、消化酶、抗体的分泌
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P70“与社会的联系”：囊性纤维化发生的一种主要原因是患者肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常。
(2)源于必修1 P71“相关信息”：胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解。
(3)源于必修1 P72“与社会的联系”：变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物，又能通过胞吐排出食物残渣和废物。人体肠道寄生的变形虫——痢疾内变形虫，能通过胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞。
2．影响物质跨膜运输因素的分析
(1)浓度差对物质跨膜运输的影响
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受转运蛋白数量的限制。
(2)转运蛋白数量对跨膜运输的影响
转运蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，协助扩散中转运蛋白数量越多，运输速率越大；主动运输中载体蛋白数量达到一定程度后运输速率不再增加，可能原因是受能量供应限制。自由扩散不受转运蛋白数量的影响。
(3)氧气含量对跨膜运输的影响
通过影响细胞呼吸进而影响主动运输的速率。
①P点时：无氧呼吸为物质的运输提供能量。
②PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率越大。
③Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他限制因素的影响，运输速率不再增加。
(4)温度
(1)分子或离子通过通道蛋白时，需要与通道蛋白结合( × )
(2)少数水分子借助水通道蛋白进出细胞，更多的水分子以自由扩散方式进出细胞( × )
(3)Na＋与有关载体蛋白结合排出神经细胞属于主动运输( √ )
(4)细胞外液中的K＋进入神经细胞属于自由扩散( × )
(5)同种物质进出同一细胞的方式一定相同( × )
(6)以胞吐的方式排出细胞的物质不一定都是生物大分子( √ )
(7)主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢( × )
(8)人红细胞吸收胆固醇与吸收葡萄糖的相同点是需要转运蛋白的协助( × )
(9)通过胞吞或胞吐方式进出细胞，需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性( √ )
(1)举例说明同一种物质进出细胞的运输方式相同吗？
不一定相同，人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，肾小管细胞重吸收葡萄糖的方式是主动运输。神经元吸收钾离子的方式是主动运输，而神经细胞维持静息电位时钾离子外流的方式是协助扩散。
(2)在农业生产中要给作物松土的原因是松土可以增加土壤中O2含量，促进植物根的有氧呼吸，有利于植物吸收无机盐离子。
1．判定物质出入细胞的方式
(1)“三看法”快速判定物质出入细胞的方式
(2)物质跨膜运输方式图解
2．探究物质跨膜运输方式的实验设计思路
(1)探究是主动运输还是被动运输
(2)探究是自由扩散还是协助扩散
考向一 物质跨膜运输方式的判断
5．下列关于物质出入细胞方式的叙述，错误的是( )
A．细胞膜中某些蛋白质结构异常，可能影响一些物质的跨膜运输
B．物质进出细胞时可能需要消耗能量而不需要载体蛋白协助
C．Na＋等离子仅能通过主动运输进出细胞
D．低温环境会使细胞膜的流动性降低
答案 C
解析 细胞膜中某些蛋白结构异常，可能影响主动运输，也可能影响协助扩散，从而影响一些物质的跨膜运输，A正确；物质进出细胞的方式中，主动运输既需要消耗能量又需要载体蛋白协助，胞吞和胞吐需要消耗能量但不需要载体蛋白协助，B正确；离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也能通过协助扩散进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和动作电位形成时的Na＋内流，C错误；低温环境会影响分子运动速率，会使细胞膜的流动性降低，D正确。
归纳总结 有关物质出入细胞方式的6个“不要漏掉”
(1)需要转运蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。
(2)消耗能量的运输方式除主动运输外，不要漏掉胞吞和胞吐。
(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。
(4)影响协助扩散运输速率的因素除转运蛋白数量外，不要漏掉浓度差。
(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。
(6)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也可通过协助扩散(如离子通道)进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。
6．主动运输消耗的能量可来自ATP或离子电化学梯度等。如图为Na＋、葡萄糖进出小肠上皮细胞的示意图。下列关于图中物质跨膜运输过程的分析错误的是( )
A．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是不需耗能的主动运输
B．Na＋从小肠上皮细胞进入组织液是需要消耗ATP的主动运输
C．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞相伴随
D．Na＋从肠腔到小肠上皮细胞以及葡萄糖从小肠上皮细胞到组织液均为被动运输
答案 A
考向二 影响物质跨膜运输的因素分析
7．(2020·四川攀枝花期末)如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同O2浓度及不同底物浓度情况下(其他条件适宜)，从含硝酸钾的全营养液中吸收NO的速率曲线图。下列相关描述不正确的是( )
A．a点时影响离子吸收速率的主要因素是能量
B．b点时离子吸收速率不再增大是因为载体蛋白的数量有限
C．c点时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度
D．d点时离子吸收速率不再增大是因为底物浓度太高，细胞发生质壁分离
答案 D
解析 洋葱根尖吸收NO的方式是主动运输，吸收速率受能量、载体蛋白和底物浓度的影响。d点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大，可能是因为载体蛋白数量有限或能量不足，D错误。
8．(2020·潍坊模拟)如图显示人体某细胞对葡萄糖的转运速率与细胞外葡萄糖浓度的关系。实线表示细胞外仅存在葡萄糖的情况，虚线表示细胞外同时存在一定浓度半乳糖的情况。以下说法错误的是(不定项)( )
A．葡萄糖的转运速率随细胞外葡萄糖浓度的升高会持续增大
B．半乳糖可水解为2分子葡萄糖
C．该细胞膜上一定存在转运半乳糖的载体
D．半乳糖对葡萄糖的转运有抑制作用
答案 ABC
解析 由曲线走势可知，随着葡萄糖浓度的升高，葡萄糖的转运速率逐渐升高，当到达一定浓度后，转运速率保持不变，A错误；半乳糖属于单糖，不能水解，B错误；由曲线分析可知，仅存在葡萄糖的情况比同时存在一定浓度半乳糖时葡萄糖的转运速率高，所以半乳糖对葡萄糖的转运有抑制作用，D正确。
考向三 物质跨膜运输的有关探究实验分析
9．为了探究温度和氧气含量对某植物幼根吸收M离子的影响，某兴趣小组进行了相关实验，一段时间后，测定根吸收M离子的量。实验的培养条件及结果如表所示。下列相关叙述错误的是( )
项目
密闭培养瓶中气体
温度(℃)
离子相对吸收量(%)
甲组
空气
17
100
乙组
氮气
17
10
丙组
空气
3
28
A.该植物幼根细胞可通过主动运输的方式吸收M离子
B．甲组和丙组可构成对照实验，甲组和乙组也可构成对照实验
C．氮气环境中该植物幼根细胞吸收M离子时需要载体的协助
D．低温主要通过影响膜蛋白的活性来降低该幼根细胞吸收M离子的速率
答案 D
解析 植物幼根细胞吸收无机盐离子时需要载体蛋白的协助，且有氧组比无氧组吸收快，说明吸收M离子消耗能量，由此说明该植物幼根细胞可通过主动运输的方式吸收M离子，A、C正确；甲组和丙组，甲组和乙组都遵循单一变量原则，可构成对照实验，B正确；低温主要通过影响酶的活性来降低该幼根细胞吸收M离子的速率，D错误。
10．主动运输是一种重要的跨膜运输方式，体现了生命活动的“主动性”。为探究主动运输的特点，科研人员利用下图装置进行实验，其中HgCl2是一种可以影响ATP水解的新陈代谢抑制剂。请分析回答：
(1)本实验的名称是_____________________________________________________________。
(2)写出实验进行过程中需要控制的两个无关变量：______________________。
(3)实验得到如图所示的结果。
①根据实验结果，科研人员在实验前后需测定____________________。
②比较乙组和甲组结果，得出的结论是__________________________________。
③与甲组相比，丙组吸收磷酸盐较少的原因可能是________________________________。
答案 (1)探究HgCl2溶液和细胞成熟程度对细胞主动运输(吸收磷酸盐)的影响 (2)温度、pH、溶氧量、溶液的用量、胡萝卜片的数量等(任写两个即可) (3)①溶液中磷酸盐的浓度 ②细胞主动运输(吸收磷酸盐)需要消耗能量 ③幼嫩组织供能少，幼嫩组织细胞膜上载体蛋白数量少
解析 (1)由题图可知，实验中的自变量为HgCl2溶液和细胞的成熟程度，最后测量了实验前后溶液中磷酸盐浓度差，所以本实验的名称是探究HgCl2溶液和细胞成熟程度对细胞主动运输(吸收磷酸盐)的影响。(2)实验中，应保证各组所处环境的温度、溶液的量、pH、溶氧量以及胡萝卜片的数量等一致，以免影响实验效果。(3)①由题图纵坐标可知，科研人员在实验前后需测定溶液中磷酸盐的浓度。②甲组中不含有HgCl2溶液，即ATP水解不受影响，细胞可进行主动运输(吸收磷酸盐)，而乙组中加入了HgCl2溶液，抑制了ATP的水解，则能量供应不足，影响了主动运输，说明细胞主动运输(吸收磷酸盐)需要消耗能量。③由于甲组和丙组的唯一变量为胡萝卜片的成熟程度，所以与甲组相比，丙组吸收磷酸盐较少的原因可能是幼嫩组织供能少，幼嫩组织细胞膜上载体蛋白数量少。
考点三 观察植物细胞的质壁分离和复原
1．实验原理
2．实验步骤
3．现象与结论
1．质壁分离和复原实验分析
(1)质壁分离发生的条件
①从细胞角度分析
a．死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。
b．具有中央大液泡的成熟的植物活细胞可发生质壁分离及复原现象，且细胞液最好带有一定的颜色，便于观察，以活的紫色洋葱鳞片叶外表皮最佳。
c．细菌细胞也能发生质壁分离，但现象不明显。
②从溶液角度分析
a．在一定浓度(溶质不能透过膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能自动复原。
b．在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、乙二醇、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象；盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
c．本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原；若质量浓度过低则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
(2)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液。这是因为细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗透出来。
(3)本实验存在的两组对照实验
本实验存在的两组实验均为自身对照，自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照。
2．质壁分离和复原实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞的死活
(2)测定细胞液浓度范围
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
(4)比较未知浓度溶液的浓度大小
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
考向一 实验原理和基本步骤分析
11．(2017·海南，9)为研究植物细胞质壁分离现象，某同学将某植物的叶表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象。下列说法错误的是( )
A．该植物的叶表皮细胞是具有液泡的活细胞
B．细胞内甲物质的浓度高于细胞外甲物质的浓度
C．细胞液中的H2O可以经自由扩散进入甲物质溶液中
D．甲物质和H2O能自由通过该叶表皮细胞的细胞壁
答案 B
解析 由于一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象，只能说明细胞外甲物质的浓度大于细胞液浓度，B项错误。
12．下列关于植物细胞质壁分离与复原实验的叙述，错误的是( )
A．该实验已存在对照，不需要增设一组对照组
B．在该实验中，操作步骤为：制片、低倍镜观察、滴加蔗糖溶液、高倍镜观察
C．用菠菜叶做该实验时，叶绿体的存在不会干扰实验现象的观察
D．实验材料的不同部位其细胞质壁分离程度并不完全一致
答案 B
解析 在该实验中，三次观察均为低倍镜观察，B错误。
考向二 实验的拓展和应用
13．正确的实验往往能达到特定的目的。下列各项中，不能通过植物细胞质壁分离实验达到相关实验目的的是( )
A．判断成熟的植物细胞的死活
B．原生质层比细胞壁的伸缩性大
C．成熟的植物细胞能进行渗透吸水
D．水分子可以通过通道蛋白进入细胞
答案 D
解析 通过植物细胞质壁分离与复原实验可判断细胞的死活，可验证原生质层的伸缩性大于细胞壁，A、B不符合题意；质壁分离后的植物细胞放在清水中会发生复原，证明植物细胞能通过渗透作用吸收水分，C不符合题意；质壁分离实验无法证明水分子可以通过通道蛋白进入细胞，D符合题意。
14. (2021·江西月考)取某一红色花冠的2个大小相同、生理状态相似的花瓣细胞，将它们分别放置在甲、乙两种溶液中， 测得细胞失水量的变化如图 1，液泡直径的变化如图2。下列叙述正确的是( )
A．第4分钟前甲溶液中花瓣细胞的失水速率小于乙溶液
B．第4分钟后乙溶液中细胞由于失水过多而死亡
C．图2中曲线Ⅱ和图 1 中甲溶液中细胞失水量曲线对应
D．甲、乙两种溶液的浓度不同，溶质种类可能相同
答案 C
解析 由图可知，第4分钟前甲溶液中花瓣细胞的失水速率大于乙溶液，A 项错误；第4分钟后乙溶液中细胞由于吸水发生了质壁分离复原，B 项错误； 分析题图2可知，Ⅰ液泡先变小后恢复到原样，对应乙溶液中的变化曲线，Ⅱ液泡先变小后维持不变，对应甲溶液中的变化曲线，C 项正确；两条曲线的差异是甲、乙溶液溶质不同导致的，甲溶液中溶质不能被细胞吸收，乙溶液中的溶质可以被细胞吸收，D 项错误。
1．核心概念
(1)(必修1 P62)渗透作用：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
(2)(必修1 P63)原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
(3)(必修1 P65)被动运输：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的物质跨膜运输方式。
(4)(必修1 P66)自由扩散(简单扩散)：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。协助扩散(易化扩散)：物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的方式。
(5)(必修1 P69)主动运输：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的物质跨膜运输方式。
2．教材结论性语句
(1)(必修1 P62)如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
(2)(必修1 P65)当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来。
(3)(必修1 P66)转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两类，通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。而载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变。
(4)(必修1 P69)一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。
(5)(必修1 P72)通过胞吞或胞吐进出细胞，需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。
1．(2020·全国Ⅱ，5)取某植物的成熟叶片，用打孔器获取叶圆片，等分成两份，分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中，得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时，检测甲、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是( )
A．甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高
B．若测得乙糖溶液浓度不变，则乙组叶细胞的净吸水量为零
C．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离
D．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组
答案 D
解析 在实验期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换，而甲组中甲糖溶液浓度升高，说明甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水分，A项正确；若测得乙糖溶液浓度不变，说明乙组叶细胞的细胞液浓度与乙糖溶液浓度相同，乙组叶细胞表现为既不吸水也不失水，即乙组叶细胞的净吸水量为零，B项正确；若测得乙糖溶液浓度降低，说明乙组叶细胞失水，叶肉细胞可能发生了质壁分离，C项正确；甲、乙两组溶液的质量浓度相同，甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍，说明单位体积的甲糖溶液中溶质微粒数少，而单位体积的乙糖溶液中溶质微粒数多，乙糖溶液中溶质微粒对水的吸引力大，甲糖溶液中溶质微粒对水的吸引力小，若测得乙糖溶液浓度也升高，说明叶细胞吸水，并且叶细胞的净吸水量乙组小于甲组，D项错误。
2．(2020·海南，18)ABC转运蛋白是一类跨膜转运蛋白，参与细胞吸收多种营养物质，每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性。ABC转运蛋白的结构及转运过程如图所示，下列有关叙述正确的是( )
A．ABC转运蛋白可提高O2的跨膜运输速度
B．ABC转运蛋白可协助葡萄糖顺浓度梯度进入细胞
C．Cl－和氨基酸依赖同一种ABC转运蛋白跨膜运输
D．若ATP水解受阻，ABC转运蛋白不能完成转运过程
答案 D
解析 O2的跨膜运输方式为自由扩散，不需要转运蛋白协助，A错误；据图可知，ABC转运蛋白发挥作用过程伴随ATP水解，消耗能量，葡萄糖顺浓度梯度进入细胞不需要耗能，B错误；据题干信息可知“每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性”，故Cl－和氨基酸跨膜运输依赖的转运蛋白不同，C错误；据图可知，ABC转运蛋白的功能发挥伴随ATP水解的过程，故若ATP水解受阻，ABC转运蛋白不能完成转运过程，D正确。
3．(2018·全国Ⅱ，2)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( )
A．巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散
B．固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输
C．神经细胞受到刺激时产生的Na＋内流属于被动运输
D．护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
答案 C
解析 巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞，A项错误；固醇类激素如性激素以自由扩散的方式进入靶细胞，B项错误；静息状态时，神经细胞膜外的Na＋浓度高于膜内，受到刺激时产生的Na＋内流是由通道蛋白协助的被动运输，C项正确；护肤品中的甘油属于小分子脂溶性物质，以自由扩散的方式进入皮肤细胞，D项错误。
4．(2019·全国Ⅱ，3)某种H＋－ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H＋。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外)，置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H＋－ATPase的抑制剂(抑制ATP水解)，再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是( )
A．H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H＋转运到细胞外
B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用导致H＋逆浓度梯度跨膜运输
C．H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量可由蓝光直接提供
D．溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞
答案 C
解析 用蓝光照射后，含有保卫细胞的溶液的pH下降，可推测细胞内的H＋被转运到了细胞外，再结合题干信息可推测H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，A项不符合题意；细胞内pH高于细胞外，即细胞内H＋浓度低于细胞外，用蓝光照射后，溶液的pH明显降低，推测蓝光可通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用使细胞内的H＋逆浓度转运到细胞外，B项不符合题意；H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量来自ATP水解，不是由蓝光直接提供，C项符合题意；溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞，D项不符合题意。
5．(2018·全国Ⅰ，3)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是( )
A．在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的N2和NO
B．农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C．土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D．给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象
答案 A
解析 小麦不能直接吸收土壤中的N2，N2必须被固定后才能被植物吸收利用，A项错误；农田松土可增强农作物根的有氧呼吸，为矿质元素的吸收供能，有利于对矿质元素的吸收，B项正确；土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可溶解在土壤溶液中，从而被根系吸收利用，C项正确；施肥过多会使土壤溶液浓度大于根细胞液浓度，从而使根细胞因失水过多而枯黄甚至死亡，造成“烧苗”现象，D项正确。
课时精练
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．下图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，水分子可以透过半透膜，而蔗糖分子则不能。当渗透达到平衡时，液面差为m。下列有关叙述正确的是( )
A．渗透平衡时S1溶液的浓度等于S2溶液的浓度
B．若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时m变小
C．当漏斗内外的高度差达到平衡时，没有水分子进出半透膜
D．若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时m将变小
答案 D
解析 渗透平衡时S1液面比S2液面高，S1溶液的浓度大于S2溶液的浓度，A错误；向漏斗中加入蔗糖分子，漏斗中蔗糖溶液浓度增大，通过渗透作用进入漏斗中的水分子增加，m增大，B错误；漏斗内外的高度差达到平衡，说明进出半透膜的水分子达到动态平衡，C错误；吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，由于存在浓度差，水分子还会进入漏斗，水分子将漏斗中的溶液稀释，渗透压下降，再次平衡时m将变小，D正确。
2．下列关于“观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验的叙述，错误的是( )
A．正在发生质壁分离的细胞中能观察到紫色的中央液泡逐渐缩小，颜色逐渐加深
B．在一定蔗糖浓度范围内，不断增加外界蔗糖溶液浓度，引起质壁分离所需时间不断缩短，质壁分离程度不断加大
C．细胞处于质壁分离状态时，细胞液浓度可能大于外界溶液浓度
D．若将洋葱表皮细胞放在一定浓度的淀粉溶液中，可发生质壁分离和质壁分离自动复原现象
答案 D
解析 若将洋葱表皮细胞放在一定浓度的淀粉溶液中，若淀粉溶液浓度大于细胞液浓度，则可发生质壁分离现象，但因淀粉不能被细胞吸收，所以不会发生质壁分离自动复原现象，D错误。
3．如图表示动物肌肉细胞细胞膜转运部分物质示意图。与图中信息不相符的是( )
A．甲侧为细胞外，乙侧为细胞内
B．Na＋既可顺浓度梯度运输也可逆浓度梯度运输
C．图示中葡萄糖跨膜运输的直接驱动力不是ATP
D．图示中葡萄糖跨膜运输方式与甘油的跨膜运输方式相同
答案 D
解析 从图中可以看出，Na＋顺浓度梯度运输进入细胞，通过主动运输运出细胞，即逆浓度梯度运输，故B正确；图中葡萄糖的运输，没有ATP参与，而是以Na＋的顺浓度梯度运输为驱动力，故C正确；甘油的跨膜运输方式是自由扩散，故D错误。
4．(2020·天津市高三质检)ATP酶复合体存在于生物膜上，其主要功能是将生物膜一侧的H＋搬运到另一侧，并催化ATP的形成。如图表示ATP酶复合体的结构和主要功能，下列分析正确的是( )
A．叶绿体中含有的ATP酶复合体分布在类囊体薄膜和基质中
B．ATP酶复合体具有的功能说明膜蛋白具有运输和催化作用
C．图中H＋从B侧运输到A侧的跨膜运输需要细胞代谢提供能量
D．ATP酶复合体在线粒体中参与有氧呼吸的第二阶段和第三阶段
答案 B
解析 由于叶绿体中的ATP是在类囊体薄膜上形成的，所以叶绿体中的ATP酶复合体分布在类囊体薄膜上，A错误；由题可知，ATP酶复合体能将H＋搬运到膜的另一侧，并催化ATP的形成，B正确；图中H＋从B侧运输到A侧，并使ADP和Pi合成ATP储存能量，C错误；ATP酶复合体存在于生物膜上，有氧呼吸的第三阶段在生物膜上进行，而第二阶段不在生物膜上进行，所以ATP酶复合体只参与有氧呼吸的第三阶段，D错误。
5．利用荧光素双醋酸酯(FDA)染色法测定动物细胞的活力，其基本原理是FDA本身无荧光，可自由通过细胞膜，经细胞内酯酶分解产生荧光素，积累在细胞内并能发出绿色荧光。下列相关叙述正确的是( )
A．实验中配制的FDA溶液是一种低渗溶液
B．FDA通过胞吞作用进入细胞，需要消耗能量
C．荧光素分子能以自由扩散的方式通过细胞膜
D．一定范围内，荧光强度与细胞活力呈正相关
答案 D
解析 根据题意可知，FDA可自由通过细胞膜，说明FDA进入细胞的方式是自由扩散，所以实验中配制的FDA溶液是一种高渗溶液，A、B错误；“经细胞内酯酶分解产生荧光素，积累在细胞内并能产生绿色荧光”，说明荧光素在细胞内，不能扩散出细胞，C错误；FDA经细胞内酯酶分解产生荧光素，绿色荧光的强度越强，则说明酶活性越高，所以绿色荧光的强度与细胞的活力呈正相关，D正确。
6．下列有关生物体内的物质运输的叙述，正确的是( )
A．细胞内囊泡的运输过程中存在囊泡膜与靶膜的识别，这可能与囊泡膜上的糖蛋白有关
B．氨基酸的跨膜运输和被转运到核糖体上都离不开载体蛋白
C．高等动物体内的激素通过体液定向运输到靶细胞
D．人体内的细胞都是通过协助扩散的方式吸收葡萄糖的
答案 A
解析 囊泡运输过程中起识别作用的可能是膜上的糖蛋白，A正确；氨基酸跨膜运输的载体是蛋白质，转运氨基酸到核糖体上的载体是tRNA，B错误；激素随血液流经全身，并非定向运输到靶细胞，C错误；红细胞通过协助扩散吸收葡萄糖，小肠上皮细胞通过主动运输吸收葡萄糖，D错误。
7．(2020·威海二模)钙泵是一种存在于细胞膜及细胞器膜上的运输Ca2＋的ATP水解酶，其能驱动细胞质中的Ca2＋泵出细胞或泵入细胞内的钙库(内质网等储存Ca2＋的细胞器)，以维持细胞质内低浓度的Ca2＋。当细胞受到刺激时，Ca2＋又会从细胞外或钙库中借助通道蛋白进入细胞质。下列相关说法错误的是( )
A．一氧化碳中毒时钙泵的活性会降低
B．Ca2＋泵出细胞或泵入内质网腔内的过程属于主动运输
C．Ca2＋从细胞外或钙库中借助通道蛋白进入细胞质的过程属于协助扩散
D．钙泵参与运输Ca2＋的过程属于放能反应
答案 D
解析 一氧化碳中毒，则氧气运输速率下降，影响能量供应，则钙泵的活性会降低，A正确；Ca2＋泵出细胞或泵入内质网腔内，需要钙泵，钙泵能运输Ca2＋，而且能将ATP水解提供能量，属于主动运输，B正确；Ca2＋顺浓度梯度从细胞外或钙库中借助通道蛋白进入细胞质，属于协助扩散，C正确；钙泵参与运输Ca2＋的过程属于吸能反应，D错误。
二、选择题：每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
8．(2020·淄博二模)物质进入细胞的“载体假说”认为：载体首先与待输送的膜外物质结合成复合体，然后此复合体转向膜内，将输送的物质释放到膜内，载体再恢复原状，继续与新的待运输物质结合，其运输过程如图所示(图中R为载体；Mo为膜外物质；MR为载体复合体；Mi为膜内物质)。以下支持该假说的事实是( )
A．植物根系对矿质元素的吸收速率具有饱和效应
B．土壤溶液的浓度高于植物根细胞液浓度
C．静息电位时K＋外流，动作电位时Na＋内流
D．植物体内阴、阳离子总量之间存在着某种平衡
答案 A
9．美国科学家阿格雷和麦金农因研究细胞膜中的通道蛋白获得了诺贝尔化学奖，通道蛋白分为两大类：水通道蛋白和离子通道蛋白，阿格雷成功分离出了水通道蛋白，麦金农测出了K＋通道蛋白的立体结构。如图为肾小管上皮细胞重吸收水分和K＋通道蛋白的立体结构的示意图。下列与通道蛋白有关的叙述正确的是( )
A．水通道蛋白往往贯穿于磷脂双分子层中
B．K＋通道蛋白运输物质的方式为协助扩散，不需要消耗ATP
C．通道蛋白运输时没有选择性，比通道直径小的物质可自由通过
D．机体可通过调节细胞膜上通道蛋白的数量或开关来调节物质的运输
答案 ABD
解析 由题图可知，水通道蛋白往往贯穿于磷脂双分子层中，A正确；K＋可从高浓度一侧向低浓度一侧运输，故K＋通道蛋白运输物质的方式为协助扩散，不需要消耗ATP，B正确；通道蛋白运输时有选择性，水通道蛋白只能运输水分子，K＋通道蛋白只能运输K＋，C错误；机体可通过调节细胞膜上通道蛋白的数量(如水通道蛋白)或开关(如K＋通道蛋白)来调节物质的运输，D正确。
10．(2020·江苏二模)用2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液分别浸泡取自同一部位的植物表皮。每隔相同时间在显微镜下测量视野中若干个细胞的长度x和原生质体长度y(如图1)，并计算的平均值，得到图2所示结果。下列相关分析中正确的是( )
A．2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等
B．a点前比值不变说明表皮细胞水分子进出平衡
C．b点前表皮细胞的吸水能力逐渐增大
D．c点后表皮细胞发生质壁分离复原
答案 ACD
解析 2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等，A正确；a点前比值不变且等于1说明，细胞的长度x和原生质体长度y相等，但并不意味着表皮细胞水分子进出平衡，B错误；b点前曲线上升，表明表皮细胞在蔗糖溶液中发生质壁分离现象，其吸水能力逐渐增大，C正确；c点后，曲线下降，表明因乙二醇属于脂类小分子物质，可以进入细胞内部从而使表皮细胞发生质壁分离复原现象，D正确。
三、非选择题
11．科学家研究发现，细胞膜的跨膜蛋白中，有一种与水的跨膜运输有关的水通道蛋白。回答下列问题：
(1)细胞膜上跨膜蛋白的合成类似于分泌蛋白，核糖体上合成的肽链，需要在________________中加工和修饰后，再运输到细胞膜上。
(2)从细胞膜的结构分析，由于__________________________________，水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍。现在研究确认，细胞膜上的水通道蛋白能帮助水分子从低渗溶液向高渗溶液方向跨膜运输，这种水分子跨膜运输的方式是________________________。
(3)哺乳动物成熟的红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破，有人推测这可能与水通道蛋白有关。请设计实验，验证这个推测是正确的。(要求：写出实验思路、预期实验结果)
答案 (1)内质网和高尔基体 (2)磷脂双分子层内部具有疏水性 协助扩散 (3)实验思路：将哺乳动物成熟的红细胞分成等量的两份，编号为甲组、乙组，将甲组红细胞膜中的蛋白质破坏，乙组红细胞不作处理，然后将两组细胞同时置于蒸馏水中，测定两组细胞吸水涨破所需的时间。预期实验结果：乙组吸水涨破所需时间短，说明推测正确。
解析 (1)根据蛋白质的合成与分泌过程可知，核糖体合成的肽链需要先后经过内质网和高尔基体的加工和修饰才能成为成熟的蛋白质分泌到细胞外或运输到细胞膜上。
(2)细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，其内部具有疏水性，所以水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍。根据题意可知，水分子通过水通道蛋白的运输是从低渗溶液向高渗溶液方向运输的，因此该运输方式为协助扩散。
(3)根据题意，要验证哺乳动物成熟的红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破与水通道蛋白有关，则根据实验的单一变量原则和对照原则，设计实验思路。
12．(2021·衡水中学模拟)慕尼黑工业大学的教授构建了一个能自己移动和改变形态的“类细胞”模型，由膜外壳和填入物构成。请回答下列问题：
(1)该模型类似于________________产生的囊泡，其边界(膜外壳)由______________构成。
(2)该模型中填入了细胞骨架和驱动蛋白，作为运动的结构基础；另外还需要填入________作为直接能源。
(3)将该结构置于一定浓度的K＋溶液中一段时间，检测发现K＋不能进入其中。你认为应怎样对该模型进行改造？并写出理由。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)内质网、高尔基体 磷脂分子 (2)ATP
(3)在其膜外壳中加入K＋的载体蛋白，因为K＋进入细胞的跨膜运输方式是主动运输，需要相应载体蛋白的协助
13．(2020·湖北黄冈月考)图1为研究渗透作用的实验装置示意图，图2表示紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞处在某浓度的外界溶液中的一种状态(此时细胞有活性)，图3是选用蔗糖作为实验材料，用U形管所做的渗透实验。请回答下列问题：
(1)图1中的渗透作用发生需要两个条件：①有半透膜，②________________。当液面上升到最大高度后处于静止状态时，________(填“有”或“无”)水分子通过半透膜进入漏斗中。
(2)在做观察植物细胞的质壁分离和复原的实验过程中，常选用图2所示的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料，原因是该种细胞具有________________。细胞处于该状态时，A、B处的浓度关系为______________________________________________________________。
(3)图3实验结果说明蔗糖分子不能通过半透膜。某同学想继续探究蔗糖水解产物能否通过半透膜，他向b管中滴加了两滴一定浓度的蔗糖酶，并在适宜温度下水浴保温一段时间，观察实验现象并预测实验结果：
①一段时间后，若发现a、b两管的液面高度差继续增大，直至最后稳定不变。请分析造成此现象的原因：________________________________，________________________________。
②一段时间后，若发现b管液面先上升后下降，直至b管液面仅略高于a管后不再变化。为使两侧液面等高，应进行的操作是_______________________________________________。
答案 (1)a和b之间存在浓度差(半透膜两侧有浓度差) 有 (2)紫色大液泡 A>B或A
解析 (1)图1中的渗透作用发生需要两个条件：①有半透膜，②a和b之间存在浓度差；当液面上升到最大高度后处于静止状态时，有水分子通过半透膜进入漏斗中，不过处于动态平衡中。(2)选用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料，原因是该种细胞具有紫色大液泡，便于观察。当A>B，细胞吸水，处于质壁分离复原过程；A
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