2021届高考生物人教版一轮创新教学案：第2单元　第7讲　物质跨膜运输的实例和方式

第7讲　物质跨膜运输的实例和方式

[考纲明细]　1.物质出入细胞的方式(Ⅱ)　2.实验：通过模拟实验探究膜的透性　3.实验：观察植物细胞的质壁分离与复原

考点1　物质跨膜运输的实例

1．渗透作用

(1)概念：水(或其他溶剂)分子通过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，是一种自由扩散。

(2)渗透装置

(3)渗透作用产生的条件

[特别提醒]　(1)达到平衡时还是存在水分子透过半透膜，这时的水由烧杯扩散到漏斗一侧与由漏斗扩散到烧杯一侧的数目是相等的。

(2)若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面差，则半透膜两侧溶液就还存在浓度差。

(3)溶液浓度指物质的量浓度，而非质量浓度。

2．动、植物细胞的吸水和失水

(1)动物细胞的吸水和失水

②现象

a．外界溶液浓度＜细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀。

b．外界溶液浓度＞细胞质浓度⇒细胞失水皱缩。

c．外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出平衡。

(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)

①条件：成熟植物细胞具有中央大液泡。

②原理

③现象

a．当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过渗透作用失水，植物细胞就发生质壁分离现象。

b．将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度高于外界清水，植物细胞就吸水，发生质壁分离复原现象。

[拓展辨析]　

原生质：a.泛指细胞内的全部生命物质，不包括细胞壁；

b．包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分，其主要成分为核酸、蛋白质和脂类；

c．动物细胞可以看作一团原生质。

细胞质：指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部物质。

原生质层：成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，可看作一层半透膜。

3．物质跨膜运输的其他实例

(1)植物对无机盐离子的吸收

科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2＋、Mg2＋和SiO的培养液中培养，结果及分析如下：

①实验结果

②实验结论：植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。

(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收是逆(填“逆”或“顺”)浓度梯度进行的。

(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异性。

4．生物膜的功能特性

(1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，水分子、一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。

(2)生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征。

1.(必修1 P61与生活的联系)当你吃比较咸的食物时，你的口腔和唇的黏膜会比较干，因为吃过咸的食物，口腔和唇的黏膜细胞会失水过多。

2．(必修1 P64与社会的联系)浓度低的饮料可以用来补充体内水分，浓度高的饮料不能很好地起到补充体内水分的作用，因为过高浓度的饮料反而会导致细胞失水。

不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化

注：S1、S2表示两种不同浓度的同一物质的溶液。

(1)溶质不能通过半透膜的情况

①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，外观上表现为S1溶液液面上升；若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反，外观上表现为S1溶液液面下降。

②在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度。因为液面高的一侧形成的压强，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

(2)溶质能通过半透膜的情况

若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则最初单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，随着溶质的扩散，最终S1和S2溶液浓度相等，外观上表现为S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平；若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反。

题组一　渗透作用的原理

1．某同学设计的实验如图所示，实验开始时，U形管两侧液面相等，图中半透膜允许单糖通过。据图分析，下列说法错误的是(　　)

A．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，当液面停止上升时，半透膜两侧溶液浓度一定是相等的

B．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，则实验现象为高浓度一侧的液面上升

C．若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液，则实验现象为高浓度一侧液面先上升，随后另一侧液面上升，最后两侧液面持平

D．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，当液面停止上升时，半透膜两侧水分子移动达到平衡状态

答案　A

解析　由题干可知，实验开始时，U形管两侧液面等高，当U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液时，水分子从低浓度一侧流向高浓度一侧的较多，即高浓度一侧的液面上升，低浓度一侧的液面下降，直至液面不再变化，此时半透膜两侧浓度差产生的渗透压力与液面差产生的压力达到平衡，所以半透膜两侧溶液浓度不会相等，A错误，B正确；当液面停止上升时，半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，D正确；若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液，开始时水分子总体表现为由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，因此高浓度一侧液面先上升，但随着葡萄糖分子通过半透膜进入低浓度一侧，最后两侧液面会持平，C正确。

2．(2019·四川眉山中学月考) 如图为渗透平衡时的装置(糖类不能通过半透膜)，烧杯的液面高度为a，漏斗的液面高度为b，液面差m＝b－a。在此基础上继续实验，以渗透平衡时的液面差为观测指标，正确的是(　　)

A．若向漏斗中滴入清水，平衡时m将增大

B．若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时m不变

C．若向漏斗中加入蔗糖酶，则平衡时m不变

D．达到新的平衡时，水分子进出半透膜的速率相等

答案　D

解析　若向漏斗中滴入清水，漏斗中的渗透压降低，吸水能力减弱，则平衡时m将减小，A错误；若向漏斗中加入蔗糖分子或蔗糖酶，漏斗中的渗透压增大，则平衡时m值将增大，B、C错误；达到新的平衡时，水分子进出半透膜的速率相等，液面不再升高，D正确。

渗透装置中溶液中水分子渗透方向与溶液浓度的判断

题组二　细胞失水和吸水

3. (2017·全国卷Ⅱ)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．0～4 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内

B．0～1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等

C．2～3 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压

D．0～1 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压

答案　C

解析　0～4 h内，开始一段时间内，原生质体的相对体积逐渐减小，说明细胞液浓度小于物质A溶液的浓度，当原生质体相对体积达到最小后又逐渐增大，说明部分物质A通过细胞膜进入细胞内，使细胞液浓度增大，从而使细胞吸水，表现为原生质体相对体积逐渐增大，A错误；因细胞壁的伸缩性较小，而原生质体的伸缩性较大，故0～1 h内细胞体积的变化量小于原生质体体积的变化量，B错误；据图可知，2～3 h内，原生质体的相对体积增大，表明细胞吸水，此时物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C正确；0～1 h内，原生质体的相对体积减小，表明细胞失水，此时液泡中液体(细胞液)的渗透压小于细胞质基质的渗透压，细胞质基质的渗透压又小于物质A溶液的渗透压，D错误。

4．(2015·海南高考)取生理状态相同的某种植物新鲜叶片若干，去除主脉后剪成大小相同的小块，随机分成三等份，之后分别放入三种浓度的蔗糖溶液(甲、乙、丙)中，一定时间后测得甲的浓度变小，乙的浓度不变，丙的浓度变大。假设蔗糖分子不进出细胞，则关于这一实验结果，下列说法正确的是(　　)

A．实验前，丙的浓度>乙的浓度>甲的浓度

B．乙的浓度不变是因为细胞内蔗糖浓度与乙的浓度相等

C．实验中，细胞与蔗糖溶液间的水分移动属于协助扩散

D．甲、丙的浓度变化是由水分在细胞与蔗糖溶液间移动引起的

答案　D

解析　根据题干信息可推断一定时间后“甲的浓度变小”是因为叶片失水，“乙的浓度不变”说明乙的渗透压与叶片细胞的细胞液的渗透压相等，“丙的浓度变大”是因为叶片细胞吸水，由此推断，实验前，丙的浓度<乙的浓度<甲的浓度，A、B错误，D正确；实验中，细胞与蔗糖溶液间的水分移动属于自由扩散，C错误。

实验5　探究植物细胞的失水和吸水

1．实验原理 

(2)观察指标：中央液泡大小、原生质层的位置、细胞大小。

2．实验步骤

3．实验现象与结论

(1)现象

(2)结论

成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统并发生渗透作用：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水。

4．本实验存在两组对照实验

[特别提醒]　本实验是高中教材中涉及“显微观察”的实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察(不曾换“高倍镜”)的实验。

(1)能发生质壁分离的细胞是成熟的含有中央液泡的植物细胞，并且液泡中最好有颜色便于观察。

(2)由于细胞壁是全透性的，质壁分离时，细胞壁与细胞膜之间充满的是外界溶液。

(3)蔗糖溶液浓度为0.5 g/mL时，细胞发生质壁分离，滴加清水后不会复原是因为失水过多而死亡。

(4)如果用可穿膜的物质(尿素、脂肪酸、甘油、乙二醇、KNO3等)溶液实验时，会出现质壁分离并自动复原(因为细胞失水发生质壁分离的同时，会通过自由扩散或主动运输吸收该类物质，当细胞液浓度大于外界溶液时，细胞开始吸水，质壁分离复原)。

(5)细胞液浓度越大，细胞吸水能力越强(细胞随着质壁分离的进行，吸水能力不断增强)。部分植物为抵抗外界高浓度的不良环境，细胞会通过增加细胞液浓度，从而增加吸水能力。

(6)当植物吸水时，由于外面有细胞壁，不会因吸水而涨破。

1．细胞能否发生质壁分离和复原的判断方法

(1)从细胞角度分析

①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离和复原现象。

②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离和复原现象。

(2)从溶液角度分析

①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，不能发生质壁分离后自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。

②在一定浓度的溶液(如KNO3、甘油等)中因为溶质可透过膜进入细胞，使细胞液浓度增大，可发生质壁分离后自动复原现象。

③在较高浓度溶液中发生质壁分离现象，因过度失水而不会发生质壁分离复原现象。

④在过高浓度的溶液中或使用1 mol/L的醋酸溶液，细胞不发生质壁分离及复原现象，因为细胞死亡失去选择透过性。

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)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)

1．下列有关“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验操作，叙述正确的是(　　)

A．在步骤C中只需滴加1滴的蔗糖溶液

B．整个实验现象的观察应维持在低倍镜下

C．步骤A具体操作过程为“解离→染色→漂洗→制片”

D．步骤F观察实验结果和步骤D相比，液泡颜色变深

答案　B

解析　在步骤C引流操作中需滴加多滴蔗糖溶液，用吸水纸在对侧吸引，A错误；在高倍镜下引流易污染镜头，该实验应全程在低倍镜下观察，B正确；步骤A制片时不需要进行解离也不一定需要染色和漂洗，C错误；质壁分离复原的细胞液泡吸水，颜色变浅，D错误。

2．(2019·黑龙江高三月考)用2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞，观察质壁分离现象，得到其原生质体体积的变化情况如图所示。下列表述中，不正确的是(　　)

A．该细胞不可能是根尖分生区细胞

B．AB段曲线表明细胞液浓度在逐渐增大

C．BC段表示该细胞开始因失水过多而逐渐死亡

D．用一定浓度的KNO3溶液代替乙二醇，可得到类似的结果

答案　C

解析　植物根尖分生区的细胞无大液泡，质壁分离现象不明显，A正确；AB段原生质层的相对体积减少，说明细胞失水，细胞液浓度在逐渐增大，B正确；由于乙二醇通过自由扩散进入细胞，使细胞发生质壁分离复原，因此BC段表示该细胞开始吸水而自动复原，C错误；KNO3溶液的离子可以进入细胞，发生的现象是先质壁分离再复原，与乙二醇的效果相同，D正确。

3．将甲、乙、丙三个未发生质壁分离的成熟植物细胞置于同一蔗糖溶液中，在显微镜下持续观察它们的状态，直到细胞形态不再发生变化时，三个细胞的状态如表所示：

下列判断正确的是(　　)

A．细胞形态不再发生变化是因为细胞已经死亡

B．实验前甲、乙、丙三个细胞的细胞液浓度关系是乙>甲>丙

C．实验后甲、乙、丙三个细胞的细胞液浓度关系是乙<甲<丙

D．细胞形态不再发生变化时三个细胞的细胞液浓度相等

答案　B

解析　细胞形态不再发生变化并不代表细胞已经死亡，可能正处于水分子进出细胞的动态平衡状态，A错误；细胞内外浓度差越大，质壁分离现象越明显，而实验所用蔗糖溶液浓度相同，故实验前丙细胞的细胞液浓度最小，乙细胞的细胞液浓度最大，B正确；达到动态平衡时，三个细胞的细胞液浓度与外界溶液浓度分别相等，三个细胞的细胞液浓度不相等，质壁分离越明显的细胞失水越多，外界溶液浓度越小，故实验后丙细胞的细胞液浓度最小，C、D错误。

4．与质壁分离及复原实验的实验材料及外界溶液有关的正确叙述是(　　)

①实验材料必须是成熟的植物活组织细胞　②细胞液最好有颜色，便于观察和判断细胞质壁分离和复原的程度　③细胞液必须有颜色，否则不能发生质壁分离和复原现象　④外界溶液的浓度应适中，不能过低或过高　⑤外界溶液必须对细胞无毒害　⑥外界溶液的浓度无特殊要求，任何浓度均可以

A．①②④⑤  B．①③④⑤

C．①②⑤⑥  D．①③⑤⑥

答案　A

解析　质壁分离的前提条件是实验材料必须是成熟的植物活细胞，①正确；所选细胞的细胞液最好有颜色，这样便于观察和判断细胞质壁分离和复原的程度，②正确；细胞液有无颜色不能决定质壁分离和复原是否发生，③错误；外界溶液的浓度要适中，不能过高或过低，否则使细胞失水过多或现象不明显，④正确，⑥错误；外界溶液必须对细胞无毒害，因为该实验需要细胞保持活性，⑤正确。

考点2　物质跨膜运输的方式

1．物质出入细胞的方式

[特别提醒]　(1)小分子跨膜运输体现了膜的功能特点——选择透过性；胞吞和胞吐体现了膜的结构特点——流动性。

(2)大分子胞吞、胞吐过程中穿过的生物膜层数为0层。

2．影响物质跨膜运输因素的模型分析

(1)浓度差对物质跨膜运输的影响

①由于自由扩散不需要载体蛋白和能量，所以物质运输速率与物质浓度成正比。

②由于协助扩散需要载体蛋白，所以当所有的载体蛋白都被利用了之后，物质的运输速率将达到最大(Q点)，此时限制物质运输速率的因素主要是载体蛋白的数量。

③由于主动运输需要载体蛋白和能量，所以当物质运输速率达到最大时，限制物质运输速率的因素可能是载体数量或能量。

(2)氧气含量对跨膜运输的影响

通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。

①由于自由扩散和协助扩散的动力来自物质的浓度差造成的势能，不需要细胞产生的ATP，所以O2浓度不影响其运输速率。

②由于主动运输需要消耗ATP，而ATP主要来自有氧呼吸，所以O2浓度可以影响主动运输的运输速率。

③P点时，无氧呼吸为主动运输提供能量。

④PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率也越大。

⑤Q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的因素限制，运输速率不再增加。

(3)温度

1.(必修1 P73与社会的联系)囊性纤维病是由于有的细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na＋和Cl－的跨膜运输。1996年，研究人员发现，肺部细胞外侧Na＋的聚积会使肺易受细菌伤害。

2．(必修1 P74科学前沿)通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，它包含两大类：水通道蛋白和离子通道蛋白。

3．(必修1 P76知识迁移)小肠绒毛上皮细胞能够吸收葡萄糖，却很难吸收相对分子质量比葡萄糖小的木糖。这个事实说明细胞膜对物质进入细胞具有选择透过性，这与细胞生活的关系是细胞尽可能地只吸收自身需要的物质，细胞不需要或对细胞有害的物质常被阻挡在细胞外。

4．(必修1 P76思维拓展)在顺浓度梯度的情况下，葡萄糖、氨基酸等营养物质可以进入细胞且不消耗能量；当细胞外葡萄糖或氨基酸的浓度低于细胞内时，这些营养物质也可以进入细胞但需要消耗能量。前者为被动运输，后者为主动运输，该现象说明同一种物质可通过不同(填“相同”或“不同”)的方式进入细胞。

题组一　物质出入细胞方式的判断

1．(2018·全国卷Ⅱ)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，不属于协助扩散，A错误；固醇类激素的化学本质是脂质，脂溶性物质以自由扩散的方式进入靶细胞，属于被动运输，B错误；神经细胞内的Na＋浓度比细胞膜外低，受刺激时，产生的Na＋内流是顺浓度梯度进行的，属于被动运输，C正确；甘油是脂溶性小分子物质，以自由扩散的方式进入细胞，属于被动运输，D错误。

2．(2016·全国卷Ⅰ)离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是(　　)

A．离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散

B．离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的

C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率

D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率

答案　C

解析　由题意知，离子泵参与的跨膜运输方式属于主动运输，需要载体蛋白协助，需要消耗能量，是逆浓度梯度进行的，A、B错误；动物一氧化碳中毒会影响血液中氧气的运输，影响有氧呼吸产生ATP，从而降低离子泵跨膜运输离子的速率，C正确；蛋白质变性剂可使离子泵变性失活，会降低离子泵跨膜运输离子的速率，D错误。

3．(2019·四省八校双教研联考)图甲是人体细胞膜结构，小写字母表示过程，大写字母表示物质或结构；图乙是与之有关的生命活动的曲线。下列说法正确的是(　　)

A．图甲中，肾小管上皮细胞重吸收葡萄糖要经过e过程；神经细胞静息电位形成与c过程有关

B．图甲中A的合成过程会使核糖体、内质网及高尔基体的膜面积先后发生变化

C．图乙横轴代表细胞跨膜运输的物质的浓度时，纵轴可代表图甲中a、d和e的运输速率

D．图乙横轴代表细胞外O2浓度时，纵轴可代表图甲中a和e的运输速率

答案　C

解析　分析图甲，具有糖蛋白的一侧为细胞膜外侧，因此图甲的上部分为细胞膜外侧，下部分为细胞膜内侧，肾小管上皮细胞吸收葡萄糖的过程中，葡萄糖的运输方向应是从细胞膜外向细胞膜内，e表示从细胞膜内向细胞膜外运输，静息电位主要是K＋外流产生的，c表示物质从细胞膜外向细胞膜内运输，A错误；图甲中的A为膜蛋白，膜蛋白合成及加工过程需要核糖体、内质网和高尔基体参与，但是核糖体是无膜细胞器，B错误；a为主动运输，d为协助扩散，e为主动运输，三者都需要载体蛋白参与，随细胞跨膜运输的物质浓度增加，a、d、e过程的运输速率变化情况符合图乙，C正确；无氧气存在时，人体细胞可以通过无氧呼吸供能，因此图乙曲线的起点应在纵坐标轴上某一点而不是原点，D错误。

1．三看法快速判断物质出入细胞的方法

2．归纳法记忆同一物质的不同运输方式

(1)

(2)Na＋

(3)K＋

3．关于物质运输方式的易错点

(1)小分子物质的运输方式不一定都是被动运输和主动运输，如神经递质的释放是胞吐(外排)作用。

(2)生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。

(3)消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。

题组二　影响物质跨膜运输的因素及实验探究

4．(2015·全国卷Ⅱ)将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，一段时间后，测定根吸收某一矿质元素离子的量。培养条件及实验结果见下表：

下列分析正确的是(　　)

A．有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收

B．该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关

C．氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗ATP

D．与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收

答案　A

解析　题中实验的自变量有两个：有无氧气和温度。在17 ℃时，培养瓶中气体为空气的培养条件下离子相对吸收量比氮气大，可以得出结论：有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收，A正确；培养瓶中气体均为空气时，3 ℃条件下离子相对吸收量远远小于17 ℃条件下离子相对吸收量，可以得出结论：该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化有关，B错误；该植物幼根吸收该离子的量受氧气有无的影响，说明其为主动运输，需要载体和ATP水解释放的能量，C错误；从实验结果可知，与空气相比，氮气环境不利于该植物幼根对该离子的吸收，D错误。

5．下图是几种物质进出细胞方式中，运输速率与影响因素间的关系曲线图，下列与此图相关的叙述中，正确的是(　　)

A．与氧气进出细胞相符的图有①③⑤

B．与葡萄糖进入红细胞相符的图有①④⑥

C．与K＋进入神经细胞相符的图有②④⑤

D．与蛋白质类物质进出细胞相符的图有②③⑥

答案　A

解析　图中①③④⑤分别表示自由扩散、被动运输、主动运输、自由扩散，②⑥为协助扩散或主动运输。氧气通过自由扩散方式进出细胞，与此相符的是①③⑤，A正确；葡萄糖通过协助扩散方式进入红细胞，与此相符的是②③⑥，B错误；K＋进入神经细胞是主动运输，与图中②④⑥相符，C错误；蛋白质通过胞吞或胞吐进出细胞，是不需载体，消耗能量的过程，符合的是④、⑤，D错误。

6．(2019·海南高考)在适宜条件下，测得的某植物根细胞对a、b两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示(a、b两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度a、b两种物质的吸收速率)。回答下列问题。

(1)根据实验结果发现a是通过自由扩散方式跨膜运输的。自由扩散的含义是______________________________________________________。

(2)实验结果表明：当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。可能的原因是____________________________________________________________。

(3)王同学据图认为b的跨膜运输方式是主动运输，李同学认为是协助扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。

答案　(1)物质通过简单的扩散方式进出细胞

(2)载体数量饱和

(3)思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲、乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对b物质的吸收速率。

结果及结论：若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组，则说明b物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同，则说明b物质的跨膜运输方式为协助扩散。

解析　协助扩散与主动运输的区别在于前者不需要消耗能量，后者需要消耗能量。有氧呼吸产生的能量较多，无氧呼吸产生的能量较少，故实验设计的自变量是有无氧气，因变量是细胞对b的吸收速率。设计实验时要注意等量原则和单一变量原则。

物质跨膜运输方式的实验探究

(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

高考热点突破

1．(2019·全国卷Ⅱ)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　由题干可知，用蓝光照射保卫细胞的悬浮液，溶液的pH明显降低，说明细胞内的H＋被转运到细胞外，A正确；保卫细胞质膜膜上含有H＋－ATPase，用蓝光照射，能引起H＋逆浓度梯度转运到细胞外的溶液中，若在溶液中添加H＋－ATPase的抑制剂，则用蓝光照射后不能引起H＋逆浓度梯度转运到细胞外的溶液中，因此表明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，B正确；H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需能量是由ATP水解提供的，C错误；由①中实验可知，最初细胞内pH值高于细胞外，即细胞内H＋浓度低于细胞外，但暗处理前后溶液浓度未变，说明H＋不能通过自由扩散透过细胞质膜，D正确。

2．(2019·浙江4月选考)哺乳动物细胞在0.9% NaCl溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度NaCl溶液中，一段时间后制作临时装片，用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是(　　)

A．在高于0.9% NaCl溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离

B．在0.9% NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞

C．在低于0.9% NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂

D．渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散

答案　C

解析　在高于0.9% NaCl溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩，但红细胞无细胞壁结构，故不会发生质壁分离，A错误；在0.9% NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于水分子进出细胞膜达到动态平衡，而不是没有水分子进出细胞，B错误；渗透作用是指水分子或其他溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的扩散，D错误。

3．(2018·全国卷Ⅰ)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　植物根细胞从土壤中能吸收无机盐，但无机盐需以离子形式存在，所以N2不能被直接吸收利用，A错误；根细胞吸收矿质元素的方式是主动运输，主动运输需要消耗能量，农田适时松土能促进根系的有氧呼吸，为根细胞吸收矿质元素提供更多的能量，因此农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收，B正确；土壤中微生物可以分解植物秸秆中的有机物，产生无机盐离子，从而可以被根系吸收，C正确；给玉米施肥过多时，会使土壤溶液浓度过高，大于根系细胞细胞液的浓度，植物细胞失水，导致植物因失水而萎蔫，引起“烧苗”现象，D正确。

4．(2018·北京高考)细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。下列物质中，以(自由)扩散方式通过细胞膜的是(　　)

A．Na＋  B．二氧化碳

C．RNA  D．胰岛素

答案　B

解析　一般Na＋内流时属于协助扩散，Na＋外流时为主动运输，A错误；二氧化碳的运输属于自由扩散，B正确；RNA通过核孔进入细胞质，需要消耗能量，不是自由扩散，C错误；胰岛素是通过胞吐被分泌出细胞的，D错误。

5．(2017·海南高考)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　能发生质壁分离的细胞，一般都是具有大液泡的成熟植物活细胞，A正确；细胞发生质壁分离说明细胞液浓度小于细胞外溶液浓度(甲物质的浓度)，B错误；在质壁分离过程中，水是通过自由扩散的方式进出细胞的，C正确；细胞壁是全透性的，D正确。

课时作业

一、选择题

1．(2019·山东临沂一模)将生鸡蛋的大头保持壳膜完好去掉蛋壳，小头开个小孔让蛋清和蛋黄流出。向蛋壳内灌入质量分数为15%的蔗糖溶液，然后放在烧杯的清水中并用铅笔标上吃水线。下列分析错误的是(　　)

A．卵壳膜相当于渗透装置中的半透膜

B．半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳所致

C．若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，则蛋壳先上浮后下沉

D．若将正常的线粒体放入清水中，则线粒体内膜先涨破

答案　D

解析　本实验中相当于渗透装置中的半透膜的是壳膜，A正确；由于壳膜内的浓度大于外界溶液的浓度，外界清水就透过壳膜进入到壳膜内的蔗糖溶液中，导致吃水线低于烧杯的水面，B正确；若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，由于壳膜内的物质的量浓度小于外界溶液的浓度，壳膜内的水就透过壳膜进入到壳膜外，导致蛋壳上浮，由于Na＋和Cl－都可以通过半透膜，因此半透膜两侧的浓度差很快消失，壳膜外的水就透过壳膜进入到壳膜内，导致蛋壳下沉，C正确；若将正常线粒体放在清水中，由于内膜向内折叠增大了膜面积，故会发生外膜先破裂，内膜后破裂，D错误。

2．(2019·山东青岛市高三调研)将甲、乙两种植物的块茎切成形状、大小相同的细条，分别置于质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液中，绘制的失水量曲线如下。下列叙述错误的是(　　)

A．与图相关细胞的原生质层会有一定程度的收缩

B．由图推知甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度

C．4 min时细胞液的渗透压大于外界溶液的渗透压

D．8 min时水分子跨膜运输进出细胞达到平衡

答案　C

解析　据图分析，随着时间的延长，失水量逐渐增加后趋于稳定，因此相关细胞的原生质层都会有一定程度的收缩，A正确；由图可知，在相同浓度的蔗糖溶液中，甲植物细胞失水比乙植物细胞多，甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度，B正确；4 min时，细胞仍然在失水，说明细胞液的渗透压小于外界溶液的渗透压，C错误；8 min时失水量不再增加，水分子跨膜运输进出细胞达到平衡，D正确。

3．(2019·广东六校第一次联考)根据“探究外界溶液浓度与洋葱表皮细胞质壁分离关系”的实验过程及如图的实验结果，下列判断错误的是(　　)

A．②中充满了外界溶液

B．结构③④⑤构成原生质体

C．若使图示细胞恢复正常形态，需用低渗溶液引流

D．细胞若有活性，此时细胞液浓度可能等于外界溶液浓度

答案　B

解析　细胞壁具有全透性，所以②中充满了外界溶液，A正确；③是细胞膜，④是细胞质基质，⑤是液泡膜，③④⑤构成原生质层，B错误；细胞此时处于失水状态，若使细胞恢复正常形态，需用较低浓度的溶液引流，C正确；细胞此时可能正在发生质壁分离，也可能正在发生质壁分离复原，因此细胞液浓度不确定，可能等于外界溶液浓度，D正确。

4．如图为小肠上皮细胞转运葡萄糖过程示意图，下列有关叙述正确的是(　　)

A．葡萄糖进出小肠上皮细胞均为协助扩散

B．Na＋进出小肠上皮细胞的过程均消耗ATP

C．抑制细胞呼吸影响K＋通过Na＋－K＋泵的转运

D．能同时转运葡萄糖和Na＋的载体蛋白不具特异性

答案　C

解析　葡萄糖进入小肠上皮细胞时，是由低浓度向高浓度一侧运输，属于主动运输，而运出细胞时，是从高浓度向低浓度一侧运输，属于协助扩散，A错误；Na＋进入小肠上皮细胞的方式是协助扩散，不需要消耗ATP，Na＋运出细胞，是从低浓度向高浓度一侧运输，属于主动运输，需要消耗ATP，B错误；根据图示分析，K＋通过Na＋－K＋泵的转运需要消耗ATP，故抑制细胞呼吸影响K＋通过Na＋－K＋泵的转运，C正确；能同时转运葡萄糖和Na＋的载体蛋白不能转运其他物质，所以具特异性，D错误。

5．下列关于物质跨膜运输的叙述，正确的是(　　)

A．磷脂是构成细胞膜的重要成分，但与物质的跨膜运输无关

B．神经递质的释放过程需要消耗能量，但不需要载体蛋白

C．在质壁分离的过程中，植物细胞液的浓度逐渐降低

D．神经元细胞处于静息状态时不进行葡萄糖的跨膜运输

答案　B

解析　磷脂与物质的跨膜运输方式自由扩散密切相关，A错误；神经递质的释放方式为胞吐，消耗能量，不需要载体，B正确；在质壁分离的过程中，细胞液的浓度逐渐升高，C错误；在静息状态下，神经元细胞需进行呼吸作用，产生能量，所以仍需进行葡萄糖的跨膜运输，D错误。

6．(2019·甘肃、青海、宁夏上学期期末联考)下列有关物质进出细胞的叙述，正确的是(　　)

A．细胞以胞吐的方式分泌胰岛素的过程不消耗ATP

B．台盼蓝以主动运输的方式进入细胞

C．乙醇以自由扩散的方式进入人体胃上皮细胞

D．物质进出细胞只与细胞膜上的载体蛋白有关

答案　C

解析　细胞以胞吐的方式分泌胰岛素的过程消耗ATP，A错误；由于细胞膜的选择透过性，导致台盼蓝不能进入活细胞，B错误；物质进出细胞不只与细胞膜上的载体蛋白有关，还与磷脂双分子层和能量等有关，D错误。

7．(2017·海南高考)将生长状态一致的某种植物幼苗分成甲、乙两组，分别移入适宜的营养液中在光下培养，并给甲组的营养液适时通入空气，乙组不进行通气处理。一定时间后测得甲组的根对a离子的吸收速率远大于乙组的。关于这一实验现象。下列说法错误的是(　　)

A．给营养液通入空气有利于该植物的生长

B．根细胞对a离子的吸收过程属于自由扩散

C．根细胞对a离子的吸收过程有能量的消耗

D．根细胞的有氧呼吸有利于根对a离子的吸收

答案　B

解析　由题意可知，通入空气有利于根对a离子的吸收，其原因是：通入空气有利于根部细胞进行有氧呼吸，为细胞提供充足的能量，进而利于根通过主动运输吸收所需的各种无机盐离子，其中包括a离子，最终有利于植物生长。据分析可判断，A、C、D正确，B错误。

8．(2016·江苏高考)如图为一种溶质分子跨膜运输的示意图。下列相关叙述错误的是(　　)

A．载体①逆浓度运输溶质分子

B．载体②具有ATP酶活性

C．载体①和②转运方式不同

D．载体②转运溶质分子的速率比自由扩散快

答案　B

解析　载体①是从低浓度到高浓度运输溶质分子的，方式为主动运输，A正确；载体②是顺浓度梯度运输物质的，方式为协助扩散，不消耗ATP，B错误；载体①和②转运方式不同，C正确；协助扩散有载体蛋白的协助，所以扩散速率比自由扩散快，D正确。

9．(2019·吉林统考)下列有关物质出入细胞的叙述，正确的是(　　)

A．被动运输需要载体蛋白协助，但不消耗ATP

B．在质壁分离的复原过程中，细胞液浓度逐渐降低

C．肝细胞通过主动运输吸收葡萄糖和甘油

D．胞吐过程体现了细胞膜上载体蛋白的专一性

答案　B

解析　被动运输包括自由扩散和协助扩散，都不消耗ATP，其中自由扩散不需要载体蛋白协助，A错误；在质壁分离的复原过程中，细胞吸水，导致细胞液浓度降低，B正确；肝细胞通过主动运输吸收葡萄糖，通过自由扩散吸收甘油，C错误；胞吐过程充分体现了细胞膜的流动性，与载体蛋白无关，D错误。

10．某学生将7%的尿素滴加在载玻片上的蚕豆叶表皮上，观察到植物细胞的质壁分离，2小时后再次观察时发现质壁分离的细胞找不到了。其可能的原因是(　　)

①错拿了对照样品　②时间过长，细胞壁收缩　③溶质被缓慢吸收，使水分再度进入细胞　④2小时后细胞可能死亡

A．①②③④  B．①②③

C．①③④  D．②④

答案　C

解析　尿素可以通过自由扩散的方式进入植物细胞液中，因此久置在尿素溶液中的蚕豆表皮细胞可发生质壁分离复原现象；而7%的尿素对植物细胞来说，浓度较高，可能会引起过量失水而死亡，故其可能原因为①③④。

二、非选择题

11．图1是物质出入细胞的示意图，图2中曲线甲、乙分别代表物质进出细胞的两种方式。

(1)图2中曲线甲代表____________，影响曲线乙所示物质进出细胞方式的因素主要有____________、__________________。

(2)K＋、O2和葡萄糖这三种物质中，通过d方式进入红细胞的是________，这体现了细胞膜的__________性。

(3)柽柳是泌盐植物，其叶子和嫩枝可以将植物体内的盐分排出，是强耐盐植物。为探究柽柳从土壤中吸收盐分的方式是主动运输还是被动运输，设计了如下实验。

①实验步骤：

a．取甲、乙两组生长发育基本相同的柽柳幼苗植株，放入适宜浓度的含有Ca2＋、K＋的溶液中进行培养。

b．甲组给予正常的呼吸条件，乙组____________________________________________________________________。

c．_____________________________________________________________。

②实验结果及结论：

答案　(1)自由扩散　载体的数量　能量(或ATP)的供应

(2)葡萄糖　选择透过

(3)①b.完全抑制呼吸　c．一段时间后测定两组植株根系对K＋、Ca2＋的吸收速率

②柽柳从土壤中吸收盐分的方式是主动运输

两组植株对K＋、Ca2＋的吸收速率相同

柽柳从土壤中吸收盐分的方式是被动运输

解析　(1)图2中甲曲线随物质浓度增大，运输速率一直增大，表示自由扩散，乙曲线表示该物质可以逆浓度梯度运输，表示主动运输，主动运输需要载体和细胞呼吸产生的能量(ATP)协助。

(2)图1中d方式需要载体不需要能量，表示协助扩散，K＋是通过主动运输方式进入红细胞的，O2通过自由扩散的方式进入红细胞，葡萄糖通过协助扩散的方式进入红细胞，这体现了细胞膜的选择透过性。

(3)①b.根据实验目的，主动运输和被动运输的区别是是否需要ATP，故ATP(细胞呼吸条件)为自变量，吸收速率为因变量。故甲组给予正常呼吸条件，乙组完全抑制细胞呼吸。

c．一段时间后测定两组植株根系对K＋、Ca2＋的吸收速率。

②若吸收速率相同，说明都不需要ATP，为被动运输；若甲组吸收速率明显大于乙组，则说明需要ATP，为主动运输。

12．如图所示为某学生进行某实验的基本操作步骤，请回答以下问题。

(1)你认为他做该实验的目的是____________________________________________________________________。

(2)B步骤主要观察紫色洋葱鳞片叶表皮细胞中紫色________的大小以及________的位置。

(3)请描述C步骤的操作方法：____________________________________________________________________

________________________。

(4)该实验在B、D、F三者之间形成了自身对照，其中B、D中属于实验组的是________组，在D、F中属于对照组的是________组。

(5)该同学通过多次实验，得出的经验是在B、D之间不宜停留时间过长，否则会导致实验失败。你认为最合理的原因是____________________________________________________________________。

(6)若改用小麦的根毛细胞进行上述实验，由于观察的细胞无色透明，为了取得更好的观察效果，调节显微镜的措施是____________________________________________________________________。

(7)通过实验发现，蔗糖溶液浓度不适宜会造成实验失败。请据此拟定一个相关的研究课题：_____________________________________________________________________

________________________________________________________________。

答案　(1)观察植物细胞的质壁分离与复原

(2)液泡　原生质层

(3)从盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引，重复几次

(4)D　D

(5)质壁分离时间过长，细胞失水过多而死亡

(6)凹面镜改为平面镜，并缩小光圈

(7)探究蔗糖溶液浓度对洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离与复原的影响

解析　(1)据图分析实验过程可知，C和E步骤是改变植物细胞外溶液浓度的大小，从而观察对植物细胞的影响，可推知该实验的目的是观察植物细胞的质壁分离与复原。

(2)B步骤还没有发生质壁分离，此时主要观察紫色液泡的大小，同时观察原生质层的位置，以便与D步骤比较。

(3)步骤C的操作方法：在盖玻片的右侧滴入蔗糖溶液，左侧用吸水纸吸引，重复几次，使洋葱细胞浸润在蔗糖溶液中，使之发生质壁分离。

(4)该实验中B、D、F三者之间在实验中前后对照，即B、D对照，其中D为实验组，D、F对照，D为对照组。

(5)若在B、D质壁分离过程中停留时间过长，细胞会因过度失水而死亡，无法再做质壁分离复原实验。

(6)若改用小麦的根毛细胞进行上述实验，为了取得更好的观察效果，显微镜应由凹面镜改为平面镜并缩小光圈。

(7)分析题中信息，洋葱质壁分离与复原实验中，自变量是蔗糖溶液的浓度不同，则研究课题应为探究蔗糖溶液浓度对洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离和复原的影响。

13．图1表示渗透作用装置，最终液面上升的高度为h，MA、Ma分别表示装置中相应溶液的浓度。图2表示一个洋葱鳞片叶表皮细胞在蔗糖溶液中发生的质壁分离过程示意图，MB、Mb分别表示外界溶液和细胞液的浓度。请据图回答下列问题：

(1)图1中，如果A、a均为蔗糖溶液，且开始时Ma＞MA，则液柱停止上升时，Ma________(填“＞”“＝”或“＜”)MA。

(2)图2中，当液泡体积不再变化时，MB________(填“＞”“＝”或“＜”)Mb。

(3)把图2中已经质壁分离的细胞放入清水中，当质壁分离复原后，MB________(填“＞”“＝”或“＜”)Mb。此时，细胞________(填“能”或“不能”)持续吸水，请解释原因：____________________________________________________________________

________________________________________________________________。

答案　(1)＞　(2)＝

(3)＜　不能　因为此时细胞壁对原生质层产生的压力限制了细胞吸水

解析　(1)图1中渗透作用达到动态平衡时，漏斗内外液面差产生的压力与半透膜两侧浓度差产生的压力达到平衡状态，此时Ma＞MA。

(2)当水分子在细胞液和外界溶液间的扩散达到动态平衡时，细胞液与外界溶液浓度相等。

(3)由图2分析，把已经质壁分离的细胞放入清水中，其发生渗透吸水，直到细胞质壁分离复原后，外界清水的浓度虽然仍小于细胞液的浓度，但是由于受细胞壁的限制，植物细胞不再吸收水分。