还剩16页未读，
继续阅读
所属成套资源：2021新高考人教版生物一轮学案
成套系列资料，整套一键下载
2021新高考生物人教版一轮学案：必修部分模块1第2单元第4讲 物质进出细胞的方式
展开
第4讲 物质进出细胞的方式
▌考纲研读备考定位▌
考纲要求
核心素养
1.举例说明物质进出细胞的方式。
2.活动：通过模拟实验探究膜的透性。
3.活动：观察植物细胞的质壁分离和复原。
1.生命观念——物质与能量观：理解细胞内的物质运输与能量供应的关系。
2.理性思维——归纳与演绎：分析不同物质出入细胞的实例，归纳物质出入细胞的类型和特点。
3.科学探究——通过“观察质壁分离与复原”和“探究物质出入细胞的方式”的实验，掌握探究性实验设计的一般程序。
考点一 渗透作用的原理及应用
1．渗透作用
(1)概念：指水分子(或者其他溶剂分子)透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。
(2)渗透作用发生的条件
①具有半透膜；
②半透膜两侧的溶液存在浓度差。
(3)渗透系统
组成：一个完整的渗透系统，由两个溶液体系以及两者之间的半透膜组成。
2．细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水
①细胞膜相当于半透膜；浓度差由外界溶液浓度与细胞质的浓度来体现。
②细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的差值。
③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原生质层相当于半透膜；细胞液与外界溶液之间存在浓度差。
④植物细胞吸水和失水的原理如下：
易错整合，判断正误。
(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)将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，不能发生渗透作用( × )
(4)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核( × )
(5)无机盐离子都是逆浓度梯度跨膜运输的( × )
1．如图甲、乙、丙分别是细胞在不同浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图(箭头大小代表水分子数的多少)。请回答下列问题：
(1)若将人的成熟红细胞放入清水中．会出现如图所示哪种现象？分析原因。
(2)若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，会出现如图所示哪种现象？达到平衡时，水分子进出细胞的状况是图中哪一种？
(3)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态，一段时间内细胞体积增大，最终会不会涨破？为什么？
[提示](1)会出现如图甲所示现象。将人的成熟红细胞放入清水中，由于发生渗透作用，从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子，因此细胞吸水。
(2)将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，细胞外界溶液浓度较大，细胞失水，如图丙所示；达到平衡状态时，水分子进出细胞的速率相等，如图乙所示。
(3)细胞不会涨破，因为植物细胞有细胞壁的保护。
2．如图为某同学设计的验证渗透作用发生条件的一组实验装置，请分析：
(1)请推测甲、乙、丙结果。
(2)设置图示3个装置是为了证明什么结论？试具体说明。
[提示](1)甲Δh＝0 乙Δh>0 丙Δh＝0
(2)甲乙对照可证明渗透作用发生需“浓度差”，乙丙对照可证明渗透作用发生必需有半透膜。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．渗透系统的组成分析
项目
渗透作用模型
植物细胞是一个渗透系统
图解
组成
条件
半透膜
一些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性薄膜(如玻璃纸)
原生质层相当于半透膜
浓度差
半透膜两侧的溶液体系(S1，S2)
细胞液(S1)与外界溶液(S2)之间
渗透作用发生
S1
细胞失水；可发生质壁分离
S1>S2
漏斗内液面上升
细胞吸水；可发生质壁分离复原
S1＝S2
水分进出平衡，液面不变
细胞既不吸水也不失水
2．验证渗透作用发生的条件
3．渗透作用原理的拓展应用
(1)比较不同溶液浓度大小
漏斗内
烧杯内
溶液浓度
M
N
现象及结论
①若漏斗内液面上升，则M>N
②若漏斗内液面不变，则M＝N(无液面差时)
③若漏斗内液面下降，则M
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
■
(1)半透膜、选择透过性膜的比较
区别：①半透膜是无生命的物理性薄膜，是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。
②选择透过性膜是具有生命的生物膜，载体的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。
共性：都允许水分子自由通过，且永远都是双向的，而不允许大分子物质通过。
(2)生物膜的结构特点——具有一定的流动性，原因是构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子大多都是可运动的。
(3)生物膜的功能特性——具有选择透过性，原因是膜上载体的种类和数量不同。
(4)渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
考向一 渗透作用
例1 (2019·黑龙江省生物模拟)某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置，实验开始后，烧杯中水分子通过膀胱膜进入长颈漏斗中的相对速率为( C )
[解析] 分析题干信息和题图可知，膀胱膜是半透膜，水分子能通过，蔗糖分子不能通过，漏斗内是蔗糖溶液，烧杯内是蒸馏水，因此开始阶段水分子进入长颈漏斗的数量多于水分子进入烧杯的数量，使漏斗内的液面升高，随着内外浓度差的减小，水分子进入漏斗的速率减慢，最终水分子进入长颈漏斗的数量与水分子进入烧杯的数量达到动态平衡，此时水分子通过膀胱膜进入长颈漏斗中的相对速率为0，漏斗内的液面不再升高。故选C。
技巧点拨
渗透方向及浓度大小的判断
(1)判断溶剂渗透的总方向
①若半透膜两侧是同种溶液，根据质量浓度或物质的量浓度判定。
②若半透膜两侧是不同的溶液，物质的量浓度才能体现溶质或溶剂分子数的多少，如半透膜两侧为质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，则葡萄糖溶液一侧单位体积中葡萄糖分子数多(水分子数少)，水分子由蔗糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。
(2)判断半透膜两侧溶液浓度大小
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存在浓度差，液面差越大，浓度差就越大，且液面高的一侧溶液浓度高。
〔对应训练〕
1．(2019·山东省寿光市高三期末)下列现象与渗透作用的关系密切程度最小的是( D )
A．施肥过多导致烧苗 B．蜜饯可以防腐
C．静脉注射生理盐水 D．根毛细胞吸收K＋
[解析] 施肥过多，外界溶液浓度大于根毛细胞液浓度，根毛细胞发生渗透失水而死亡，A符合；蜜饯是用水果加糖腌渍或煮制而成的，成品中含糖量达60%以上，其中还含有较高盐分，细菌等微生物会发生渗透失水而死亡，因而蜜饯具有抑制细菌繁殖的作用，B符合；生理盐水是血浆等渗溶液，静脉注射生理盐水可防止血细胞发生渗透失水或渗透吸水，C符合；根毛细胞吸收K＋是主动运输，与渗透作用无关，D不符合。
考向二 细胞的吸水和失水
例2 (2020·河北衡水中学高三期中)将若干细胞液浓度相同的萝卜条放在不同浓度的蔗糖溶液中进行实验，在保持细胞存活的条件下，在相同实验时间后，测得在不同浓度蔗糖溶液中各组萝卜条细胞内含水量的情况如图。其中N点代表实验前萝卜条细胞内含水量。下列有关叙述正确的是( C )
A．实验中水分子进出细胞需要消耗ATP
B．在浓度为c的蔗糖溶液中水分子既不进去也不出来
C．在浓度为d的蔗糖溶液中细胞发生渗透吸水
D．在浓度为g、h的蔗糖溶液中细胞失去活性
[解析] 根据题意和图示分析可知：由于膜上没有相应的载体协助，所以蔗糖不能进入细胞；当蔗糖溶液浓度为d、e、f、g、h时，萝卜条细胞吸水，由于细胞壁的保护，细胞只会略微膨胀；蔗糖溶液浓度为c时，与细胞液渗透压相等，萝卜条细胞内外水分子进出速率相等；蔗糖溶液浓度为b、a时，萝卜细胞失水，质量减少。
〔对应训练〕
2．(2019·湖南省怀化市高三期末)下图是某植物细胞在一定浓度的KNO3溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析正确的是( A )
A．处理时间内植物细胞的体积没有明显变化
B．图中a点时细胞吸水能力最小，随后逐渐增大
C．处理到第10小时，细胞内外渗透压相等
D．图中b点时间后细胞没有生物活性
[解析] 细胞失水量增加，表明发生了质壁分离，但由于细胞壁伸缩性较小，植物细胞的体积没有明显变化，A项正确；图中a点时质壁分离达到最大程度，细胞液浓度最大，细胞吸水能力最大，随后由于细胞主动吸收了钾离子和硝酸根离子，使细胞液浓度增大，导致细胞吸水，细胞吸水力逐渐减小，B项错误；处理10小时后，细胞液浓度大于外界溶液，但受细胞壁限制，细胞不再吸水，C项错误；细胞吸水不会导致细胞生物活性丧失，D项错误。
考点二 物质进出细胞的方式及影响因素
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．物质跨膜运输的其他实例
科学家将番茄和水稻分别放在含Ca2＋、Mg2＋和SiO的培养液中培养，结果及分析如下：
(1)实验结果
图中显示：
①不同植物(每种离子中黑白柱相比)，对同一种无机盐离子的吸收速率不同。
②同一种植物对不同种无机盐离子的吸收也有差异(三条白柱高低不同，三条黑柱高低也不同)。
(2)实验结论：植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。
(3)微生物吸收无机盐离子的特点
①不同微生物对无机盐离子的吸收有选择性。
②不同微生物对各种无机盐离子的需要量不同。
2．物质出入细胞的方式
(1)连一连
(2)物质跨膜运输的方式
①填写有关跨膜方式及结构名称
甲：自由扩散；乙：协助扩散；
丙：主动运输；a：载体蛋白。
②写出影响甲、乙、丙三种运输速率的因素
a．制约甲的是膜两侧的浓度差；
b．决定乙的因素之一是a的种类和数量；
c．决定丙的动力是能量(ATP)。
③实例分析(填写甲、乙、丙三种跨膜运输方式)
a．水分子进入红细胞是甲；
b．葡萄糖进入红细胞是乙；
c．K＋进入红细胞是丙。
④跨膜运输的方式的判别
a．看是否需要能量：需要消耗ATP供能，则为主动运输。
b．看是否逆浓度梯度：从低浓度到高浓度运输，则为主动运输。
c．看是否依赖载体蛋白：不需要载体蛋白，则为自由扩散。
d．胞吐和胞吞是大分子物质出入细胞的主要方式。
易错整合，判断正误。
(1)固醇类激素进入靶细胞的过程属于协助扩散(2018·全国卷Ⅱ，2B)( × )
(2)Mg2＋通过自由扩散进入根细胞(2018·海南卷，6A)( × )
(3)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜 (全国卷Ⅰ，1C)( × )
(4)植物细胞通过主动运输吸收不同矿质离子的速率都相同(全国卷Ⅰ，3A)( × )
(5)植物主动运输矿质离子的过程只发生在活细胞中(全国卷Ⅰ，3C)( √ )
1．(必修1教材P61“与生活的联系”)为什么吃比较咸的食物口唇感觉比较干？
[提示]这是因为与细胞内液相比，外界浓度高，口腔上皮细胞失水导致的。
2．分析物质进出细胞的有关图像
(1)图甲、乙所示物质进出细胞的方式一样吗？为什么？
(2)图乙所示的运输方式也可以逆浓度梯度进行吗？
(3)只要是消耗能量的运输方式就是主动运输吗？
[提示](1)不一样。图甲中a点以后物质是逆浓度梯度运输，为主动运输；图乙中物质顺浓度梯度运输，需要载体蛋白，但不消耗能量，为协助扩散。
(2)不能，逆浓度梯度运输一定消耗能量。
(3)不是，消耗能量的运输方式除了主动运输，还有胞吞和胞吐以及穿越核孔的运输方式。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．离子和小分子的跨膜运输方式的比较
物质出入细胞的方式
被动运输
主动运输
自由扩散
协助扩散
运输方向
高浓度→低浓度
高浓度→低浓度
一般为低浓度→高浓度
是否需要载体
不需要
需要
需要
是否消耗能量
不消耗
不消耗
消耗
图例
举例
O2、CO2、H2O
甘油、乙醇、苯等
出入细胞的方式
红细胞吸收葡萄糖
小肠吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等
表示曲线(一定浓度范围内)
2．大分子和颗粒性物质的非跨膜运输方式的比较
胞吞
胞吐
条件
细胞摄取或排出大分子和颗粒性物质的方式
原理
生物膜的流动性
特点
物质通过小泡转移，需要消耗能量，不需要载体
图例
方向
细胞外→内
细胞内→外
实例
变形虫吞食食物颗粒，白细胞吞噬细菌等
胰岛B细胞分泌胰岛素
3．影响跨膜运输的因素
(1)物质浓度
(2)O2浓度
(3)温度
■
探究物质跨膜运输方式的实验设计
(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 物质进出细胞方式和特点
例3 (2019·甘肃庆阳高三上学期期末)下列有关物质进出细胞的叙述，正确的是( C )
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
[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；乙醇以自由扩散的方式进入人体胃上皮细胞，C正确；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。
技巧点拨
“三看法”快速判定物质出入细胞的方式
〔对应训练〕
3．(2020·三湘名校教育联盟高三第一次大联考)下列关于胞吞和胞吐作用的叙述，正确的是( A )
A．胞吞和胞吐作用过程中都能形成囊泡
B．胞吞和胞吐作用都需要载体蛋白的协助
C．胞吞和胞吐作用都依赖于膜的选择透过性
D．胞吞作用不消耗ATP，胞吐作用消耗ATP
[解析] 胞吞的过程是：当细胞摄取大分子时，首先大分子附着在细胞表面，这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子，然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。胞吐的过程是：需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞。可见，胞吞和胞吐作用过程中都能形成囊泡，都不需要载体蛋白的协助，A正确，B错误；胞吞和胞吐作用都依赖于细胞膜的流动性，C错误；胞吞和胞吐都需要消耗ATP，D错误。
考向二 物质跨膜运输方式及影响因素
例4 (2019·河北邯郸月考)用呼吸抑制剂处理哺乳动物成熟的红细胞，下图表示物质吸收量变化正确的是( B )
[解析] C项和D项中物质的运输方式是自由扩散，不需要ATP，所以与呼吸强度无关。A项中葡萄糖的运输方式是协助扩散，也不需要消耗ATP，所以也与呼吸强度无关。B项中两种物质的运输方式都是主动运输，需要消耗ATP，所以当用呼吸抑制剂处理后，它们的运输量会受到影响，故B项正确。
〔对应训练〕
4．(不定项选择题)(2020·山东省烟台市模拟)下列关于细胞的物质输入与输出的叙述，错误的是( ABD )
A．小分子物质均是通过自由扩散或渗透方式出入细胞
B．协助扩散、胞吐均是顺浓度梯度转运，不消耗ATP
C．抑制细胞的呼吸对植物细胞发生质壁分离无明显影响
D．小肠液中的大分子是细胞通过主动运输的方式分泌到小肠腔内
[解析] O2、CO2等气体分子及脂溶性小分子可以通过自由扩散进入细胞，氨基酸、离子等物质进出细胞一般是主动运输，红细胞吸收葡萄糖属于协助扩散，A错误；协助扩散是顺浓度梯度转运，不消耗ATP，但胞吞、胞吐过程需要消耗ATP，B错误；植物细胞发生质壁分离的原因是外界溶液的浓度大于细胞液浓度，细胞失水，而水分的运输方式是自由扩散，不需要消耗能量，则抑制细胞的呼吸对植物细胞发生质壁分离无明显影响，C正确；小肠液中含有的多种消化酶属于分泌蛋白，是细胞通过胞吐的方式分泌到细胞外的，D错误。
考点三 观察植物细胞的质壁分离及复原
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．实验原理
(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
(2)细胞液具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。
(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大得多。
2．实验步骤
3．现象与结论
■
(1)本实验存在两组对照实验
(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。这是由于细胞壁是全透性的且有水分子通过原生质层渗出来。
易错整合，判断正误。
(1)观察质壁分离可用0.15 g/mL蔗糖浓度作为试剂( × )
(2)必须用高倍镜才能观察到质壁分离现象( × )
根据实验过程及原理回答以下问题。
(1)实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？
(2)该实验无独立的对照组，为什么还叫对照实验？
(3)上述实验中观察到质壁分离时，为何不宜停留时间过长？
(4)引发质壁分离的内因和外因分别是什么？
[提示](1)不一定。但紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中含有色素，使液泡呈现紫色，更有利于观察。
(2)该实验中，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于自身对照。
(3)观察到质壁分离时，若停留时间过长，细胞就会因过度失水而死亡，不会再发生质壁分离复原。
(4)外因是外界溶液浓度大于细胞液浓度；内因是原生质层的伸缩性较大，细胞壁的伸缩性较小。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．质壁分离的分析
(1)原因
(2)表现
2．巧判细胞能否发生质壁分离和复原
(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(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象。
③在过高浓度溶液中可发生质壁分离现象，因过度失水而不会发生质壁分离复原现象。
3．植物细胞质壁分离及复原的拓展
(1)判断成熟植物细胞是否是活细胞
＋
(2)测定细胞液浓度范围
＋
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
＋发生质壁
分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
＋
例5 (2019·山东省济南市高三期末)下列有关植物细胞质壁分离及复原实验的叙述，正确的是( D )
A．紫色洋葱内表皮细胞具有大液泡，是该实验的最佳材料
B．具有选择透过性的细胞膜是植物细胞吸水或失水的结构基础
C．质壁分离后，细胞壁与原生质层之间充满细胞液
D．原生质层两侧溶液渗透压的大小影响质壁分离的速率
[解析] 紫色洋葱外表皮细胞具有大液泡，是该实验的最佳材料，A错误；具有选择透过性的原生质层是植物细胞吸水或失水的结构基础，B错误；质壁分离后，细胞壁与原生质层之间充满外界溶液，C错误；原生质层两侧溶液渗透压的大小影响质壁分离的速率，D正确。
〔对应训练〕
5．(2019·北京市丰台区高三期末)紫洋葱鳞片叶外表皮是观察质壁分离的理想材料，下列有关叙述正确的是( D )
A．细胞呈正方形排列紧密且核质比大
B．紫色的细胞质基质失水后体积缩小
C．细胞内外渗透压相等时水分子不再进出细胞
D．水分子以被动运输的方式进行跨膜运输
[解析] 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为成熟细胞，核质比小，A项错误；紫色位于液泡中，B项错误；细胞内外渗透压相等时水分子进出细胞的速率相等，C项错误；水分子顺浓度以被动运输的方式进行跨膜运输，D项正确。
6．(2019·榆林二模)以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离和复原实验的材料，下列有关说法正确的是 ( B )
A．正在发生质壁分离的细胞，其吸水能力逐渐减弱
B．正在发生质壁分离的细胞，其紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深
C．发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同
D．该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞不能发生质壁分离
[解析] 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液呈紫色，正在发生质壁分离的细胞，因不断失水导致细胞液的浓度逐渐增大，紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深，其吸水能力逐渐增强，A错误，B正确；因具有支持和保护作用的细胞壁也有一定程度的伸缩性，发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同或大于外界溶液浓度，C错误，该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞液泡没有颜色，不容易观察到质壁分离现象。
课末总结
1．〔思维导图〕
2．〔简答题常考长句分析〕
请回答与物质进出细胞有关的问题：
(1)植物细胞原生质层的组成是细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
(2)成熟植物细胞发生质壁分离的原因是外界溶液的浓度大于细胞液浓度，且原生质层比细胞壁伸缩性大。
(3)与主动运输有关的细胞器主要是哪两种，并说明其作用：核糖体合成载体蛋白，线粒体为主动运输提供能量。
(4)温度对被动运输和主动运输都有影响，其原因是温度影响磷脂分子和蛋白质分子的运动速率，影响膜的流动性。另外，温度也影响酶的活性，进而影响能量的供应。
(5)从细胞膜组成和结构的角度推测，水分子进入细胞的两条途径分别是通过磷脂双分子层的自由扩散和通过水通道蛋白的协助扩散。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2018·全国Ⅱ，2)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( C )
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
[解析] 巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞。固醇类激素进入靶细胞的过程属于自由扩散。护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程也是自由扩散。故ABD错。
2．(2017·海南卷，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( B )
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
[解析] 具有大的液泡的活细胞才能发生质壁分离，A正确。质壁分离过程中，细胞在失水，此时，细胞外甲物质的浓度高于细胞液的浓度，B错误。水分子跨膜的方式是自由扩散，C正确。细胞壁是全透的，甲物质和H2O能自由通过，D正确。
3．(全国卷Ⅰ，2)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( C )
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
[解析] 根据题干“离子泵能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子”可知离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，A项错误；根据题干信息可知，离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，主动运输可以逆着浓度梯度进行，B项错误；动物一氧化碳中毒会降低其体内血红细胞运输氧气的能力，导致动物体内细胞有氧呼吸强度降低，供能减少，离子泵跨膜运输离子的速率下降，C项正确；根据题干信息可知离子泵是一种载体蛋白，加入蛋白质变性剂会使载体蛋白变性，降低离子泵跨膜运输离子的速率，D项错误。
4．(2018·北京卷，1)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( B )
A．Na＋ B．二氧化碳
C．RNA D．胰岛素
[解析] B对：一般情况下，气体(二氧化碳)以自由扩散的方式进出细胞。
5．(全国卷Ⅱ，1)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：
培养瓶中气体
温度( ℃)
离子相对吸收量(%)
空气
17
100
氮气
17
10
空气
3
28
下列分析正确的是( A )
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
[解析] 由表格信息可知同样温度条件下，空气瓶中离子相对吸收量大，说明有氧条件有利于根对离子的吸收，A正确。同样的空气，不同温度条件下离子的相对吸收量不同，说明温度变化影响根对离子的吸收，B错误。同样的温度条件下，氮气环境中根对离子的相对吸收量少，说明根对离子的吸收需要消耗能量(ATP)，且氮气环境中不利于根对该离子的吸收，C、D错误。
6．(2019·海卷卷，27)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。自由扩散的含义是物质通过简单的扩散方式进出细胞。
(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。可能的原因是载体数量饱和。
(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] (1)物质通过简单的扩散方式进出细胞即自由扩散，该过程不需要载体和能量，受细胞内外浓度差的影响。(2)由图可知，b可能是协助扩散或主动运输，b需要载体协助，当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，载体数目饱和，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。(3)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。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。
第4讲 物质进出细胞的方式
▌考纲研读备考定位▌
考纲要求
核心素养
1.举例说明物质进出细胞的方式。
2.活动：通过模拟实验探究膜的透性。
3.活动：观察植物细胞的质壁分离和复原。
1.生命观念——物质与能量观：理解细胞内的物质运输与能量供应的关系。
2.理性思维——归纳与演绎：分析不同物质出入细胞的实例，归纳物质出入细胞的类型和特点。
3.科学探究——通过“观察质壁分离与复原”和“探究物质出入细胞的方式”的实验，掌握探究性实验设计的一般程序。
考点一 渗透作用的原理及应用
1．渗透作用
(1)概念：指水分子(或者其他溶剂分子)透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。
(2)渗透作用发生的条件
①具有半透膜；
②半透膜两侧的溶液存在浓度差。
(3)渗透系统
组成：一个完整的渗透系统，由两个溶液体系以及两者之间的半透膜组成。
2．细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水
①细胞膜相当于半透膜；浓度差由外界溶液浓度与细胞质的浓度来体现。
②细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的差值。
③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原生质层相当于半透膜；细胞液与外界溶液之间存在浓度差。
④植物细胞吸水和失水的原理如下：
易错整合，判断正误。
(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)将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，不能发生渗透作用( × )
(4)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核( × )
(5)无机盐离子都是逆浓度梯度跨膜运输的( × )
1．如图甲、乙、丙分别是细胞在不同浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图(箭头大小代表水分子数的多少)。请回答下列问题：
(1)若将人的成熟红细胞放入清水中．会出现如图所示哪种现象？分析原因。
(2)若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，会出现如图所示哪种现象？达到平衡时，水分子进出细胞的状况是图中哪一种？
(3)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态，一段时间内细胞体积增大，最终会不会涨破？为什么？
[提示](1)会出现如图甲所示现象。将人的成熟红细胞放入清水中，由于发生渗透作用，从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子，因此细胞吸水。
(2)将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，细胞外界溶液浓度较大，细胞失水，如图丙所示；达到平衡状态时，水分子进出细胞的速率相等，如图乙所示。
(3)细胞不会涨破，因为植物细胞有细胞壁的保护。
2．如图为某同学设计的验证渗透作用发生条件的一组实验装置，请分析：
(1)请推测甲、乙、丙结果。
(2)设置图示3个装置是为了证明什么结论？试具体说明。
[提示](1)甲Δh＝0 乙Δh>0 丙Δh＝0
(2)甲乙对照可证明渗透作用发生需“浓度差”，乙丙对照可证明渗透作用发生必需有半透膜。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．渗透系统的组成分析
项目
渗透作用模型
植物细胞是一个渗透系统
图解
组成
条件
半透膜
一些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性薄膜(如玻璃纸)
原生质层相当于半透膜
浓度差
半透膜两侧的溶液体系(S1，S2)
细胞液(S1)与外界溶液(S2)之间
渗透作用发生
S1
细胞失水；可发生质壁分离
S1>S2
漏斗内液面上升
细胞吸水；可发生质壁分离复原
S1＝S2
水分进出平衡，液面不变
细胞既不吸水也不失水
2．验证渗透作用发生的条件
3．渗透作用原理的拓展应用
(1)比较不同溶液浓度大小
漏斗内
烧杯内
溶液浓度
M
N
现象及结论
①若漏斗内液面上升，则M>N
②若漏斗内液面不变，则M＝N(无液面差时)
③若漏斗内液面下降，则M
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
■
(1)半透膜、选择透过性膜的比较
区别：①半透膜是无生命的物理性薄膜，是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。
②选择透过性膜是具有生命的生物膜，载体的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。
共性：都允许水分子自由通过，且永远都是双向的，而不允许大分子物质通过。
(2)生物膜的结构特点——具有一定的流动性，原因是构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子大多都是可运动的。
(3)生物膜的功能特性——具有选择透过性，原因是膜上载体的种类和数量不同。
(4)渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
考向一 渗透作用
例1 (2019·黑龙江省生物模拟)某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置，实验开始后，烧杯中水分子通过膀胱膜进入长颈漏斗中的相对速率为( C )
[解析] 分析题干信息和题图可知，膀胱膜是半透膜，水分子能通过，蔗糖分子不能通过，漏斗内是蔗糖溶液，烧杯内是蒸馏水，因此开始阶段水分子进入长颈漏斗的数量多于水分子进入烧杯的数量，使漏斗内的液面升高，随着内外浓度差的减小，水分子进入漏斗的速率减慢，最终水分子进入长颈漏斗的数量与水分子进入烧杯的数量达到动态平衡，此时水分子通过膀胱膜进入长颈漏斗中的相对速率为0，漏斗内的液面不再升高。故选C。
技巧点拨
渗透方向及浓度大小的判断
(1)判断溶剂渗透的总方向
①若半透膜两侧是同种溶液，根据质量浓度或物质的量浓度判定。
②若半透膜两侧是不同的溶液，物质的量浓度才能体现溶质或溶剂分子数的多少，如半透膜两侧为质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，则葡萄糖溶液一侧单位体积中葡萄糖分子数多(水分子数少)，水分子由蔗糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。
(2)判断半透膜两侧溶液浓度大小
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存在浓度差，液面差越大，浓度差就越大，且液面高的一侧溶液浓度高。
〔对应训练〕
1．(2019·山东省寿光市高三期末)下列现象与渗透作用的关系密切程度最小的是( D )
A．施肥过多导致烧苗 B．蜜饯可以防腐
C．静脉注射生理盐水 D．根毛细胞吸收K＋
[解析] 施肥过多，外界溶液浓度大于根毛细胞液浓度，根毛细胞发生渗透失水而死亡，A符合；蜜饯是用水果加糖腌渍或煮制而成的，成品中含糖量达60%以上，其中还含有较高盐分，细菌等微生物会发生渗透失水而死亡，因而蜜饯具有抑制细菌繁殖的作用，B符合；生理盐水是血浆等渗溶液，静脉注射生理盐水可防止血细胞发生渗透失水或渗透吸水，C符合；根毛细胞吸收K＋是主动运输，与渗透作用无关，D不符合。
考向二 细胞的吸水和失水
例2 (2020·河北衡水中学高三期中)将若干细胞液浓度相同的萝卜条放在不同浓度的蔗糖溶液中进行实验，在保持细胞存活的条件下，在相同实验时间后，测得在不同浓度蔗糖溶液中各组萝卜条细胞内含水量的情况如图。其中N点代表实验前萝卜条细胞内含水量。下列有关叙述正确的是( C )
A．实验中水分子进出细胞需要消耗ATP
B．在浓度为c的蔗糖溶液中水分子既不进去也不出来
C．在浓度为d的蔗糖溶液中细胞发生渗透吸水
D．在浓度为g、h的蔗糖溶液中细胞失去活性
[解析] 根据题意和图示分析可知：由于膜上没有相应的载体协助，所以蔗糖不能进入细胞；当蔗糖溶液浓度为d、e、f、g、h时，萝卜条细胞吸水，由于细胞壁的保护，细胞只会略微膨胀；蔗糖溶液浓度为c时，与细胞液渗透压相等，萝卜条细胞内外水分子进出速率相等；蔗糖溶液浓度为b、a时，萝卜细胞失水，质量减少。
〔对应训练〕
2．(2019·湖南省怀化市高三期末)下图是某植物细胞在一定浓度的KNO3溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析正确的是( A )
A．处理时间内植物细胞的体积没有明显变化
B．图中a点时细胞吸水能力最小，随后逐渐增大
C．处理到第10小时，细胞内外渗透压相等
D．图中b点时间后细胞没有生物活性
[解析] 细胞失水量增加，表明发生了质壁分离，但由于细胞壁伸缩性较小，植物细胞的体积没有明显变化，A项正确；图中a点时质壁分离达到最大程度，细胞液浓度最大，细胞吸水能力最大，随后由于细胞主动吸收了钾离子和硝酸根离子，使细胞液浓度增大，导致细胞吸水，细胞吸水力逐渐减小，B项错误；处理10小时后，细胞液浓度大于外界溶液，但受细胞壁限制，细胞不再吸水，C项错误；细胞吸水不会导致细胞生物活性丧失，D项错误。
考点二 物质进出细胞的方式及影响因素
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．物质跨膜运输的其他实例
科学家将番茄和水稻分别放在含Ca2＋、Mg2＋和SiO的培养液中培养，结果及分析如下：
(1)实验结果
图中显示：
①不同植物(每种离子中黑白柱相比)，对同一种无机盐离子的吸收速率不同。
②同一种植物对不同种无机盐离子的吸收也有差异(三条白柱高低不同，三条黑柱高低也不同)。
(2)实验结论：植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。
(3)微生物吸收无机盐离子的特点
①不同微生物对无机盐离子的吸收有选择性。
②不同微生物对各种无机盐离子的需要量不同。
2．物质出入细胞的方式
(1)连一连
(2)物质跨膜运输的方式
①填写有关跨膜方式及结构名称
甲：自由扩散；乙：协助扩散；
丙：主动运输；a：载体蛋白。
②写出影响甲、乙、丙三种运输速率的因素
a．制约甲的是膜两侧的浓度差；
b．决定乙的因素之一是a的种类和数量；
c．决定丙的动力是能量(ATP)。
③实例分析(填写甲、乙、丙三种跨膜运输方式)
a．水分子进入红细胞是甲；
b．葡萄糖进入红细胞是乙；
c．K＋进入红细胞是丙。
④跨膜运输的方式的判别
a．看是否需要能量：需要消耗ATP供能，则为主动运输。
b．看是否逆浓度梯度：从低浓度到高浓度运输，则为主动运输。
c．看是否依赖载体蛋白：不需要载体蛋白，则为自由扩散。
d．胞吐和胞吞是大分子物质出入细胞的主要方式。
易错整合，判断正误。
(1)固醇类激素进入靶细胞的过程属于协助扩散(2018·全国卷Ⅱ，2B)( × )
(2)Mg2＋通过自由扩散进入根细胞(2018·海南卷，6A)( × )
(3)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜 (全国卷Ⅰ，1C)( × )
(4)植物细胞通过主动运输吸收不同矿质离子的速率都相同(全国卷Ⅰ，3A)( × )
(5)植物主动运输矿质离子的过程只发生在活细胞中(全国卷Ⅰ，3C)( √ )
1．(必修1教材P61“与生活的联系”)为什么吃比较咸的食物口唇感觉比较干？
[提示]这是因为与细胞内液相比，外界浓度高，口腔上皮细胞失水导致的。
2．分析物质进出细胞的有关图像
(1)图甲、乙所示物质进出细胞的方式一样吗？为什么？
(2)图乙所示的运输方式也可以逆浓度梯度进行吗？
(3)只要是消耗能量的运输方式就是主动运输吗？
[提示](1)不一样。图甲中a点以后物质是逆浓度梯度运输，为主动运输；图乙中物质顺浓度梯度运输，需要载体蛋白，但不消耗能量，为协助扩散。
(2)不能，逆浓度梯度运输一定消耗能量。
(3)不是，消耗能量的运输方式除了主动运输，还有胞吞和胞吐以及穿越核孔的运输方式。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．离子和小分子的跨膜运输方式的比较
物质出入细胞的方式
被动运输
主动运输
自由扩散
协助扩散
运输方向
高浓度→低浓度
高浓度→低浓度
一般为低浓度→高浓度
是否需要载体
不需要
需要
需要
是否消耗能量
不消耗
不消耗
消耗
图例
举例
O2、CO2、H2O
甘油、乙醇、苯等
出入细胞的方式
红细胞吸收葡萄糖
小肠吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等
表示曲线(一定浓度范围内)
2．大分子和颗粒性物质的非跨膜运输方式的比较
胞吞
胞吐
条件
细胞摄取或排出大分子和颗粒性物质的方式
原理
生物膜的流动性
特点
物质通过小泡转移，需要消耗能量，不需要载体
图例
方向
细胞外→内
细胞内→外
实例
变形虫吞食食物颗粒，白细胞吞噬细菌等
胰岛B细胞分泌胰岛素
3．影响跨膜运输的因素
(1)物质浓度
(2)O2浓度
(3)温度
■
探究物质跨膜运输方式的实验设计
(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 物质进出细胞方式和特点
例3 (2019·甘肃庆阳高三上学期期末)下列有关物质进出细胞的叙述，正确的是( C )
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
[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；乙醇以自由扩散的方式进入人体胃上皮细胞，C正确；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。
技巧点拨
“三看法”快速判定物质出入细胞的方式
〔对应训练〕
3．(2020·三湘名校教育联盟高三第一次大联考)下列关于胞吞和胞吐作用的叙述，正确的是( A )
A．胞吞和胞吐作用过程中都能形成囊泡
B．胞吞和胞吐作用都需要载体蛋白的协助
C．胞吞和胞吐作用都依赖于膜的选择透过性
D．胞吞作用不消耗ATP，胞吐作用消耗ATP
[解析] 胞吞的过程是：当细胞摄取大分子时，首先大分子附着在细胞表面，这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子，然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。胞吐的过程是：需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞。可见，胞吞和胞吐作用过程中都能形成囊泡，都不需要载体蛋白的协助，A正确，B错误；胞吞和胞吐作用都依赖于细胞膜的流动性，C错误；胞吞和胞吐都需要消耗ATP，D错误。
考向二 物质跨膜运输方式及影响因素
例4 (2019·河北邯郸月考)用呼吸抑制剂处理哺乳动物成熟的红细胞，下图表示物质吸收量变化正确的是( B )
[解析] C项和D项中物质的运输方式是自由扩散，不需要ATP，所以与呼吸强度无关。A项中葡萄糖的运输方式是协助扩散，也不需要消耗ATP，所以也与呼吸强度无关。B项中两种物质的运输方式都是主动运输，需要消耗ATP，所以当用呼吸抑制剂处理后，它们的运输量会受到影响，故B项正确。
〔对应训练〕
4．(不定项选择题)(2020·山东省烟台市模拟)下列关于细胞的物质输入与输出的叙述，错误的是( ABD )
A．小分子物质均是通过自由扩散或渗透方式出入细胞
B．协助扩散、胞吐均是顺浓度梯度转运，不消耗ATP
C．抑制细胞的呼吸对植物细胞发生质壁分离无明显影响
D．小肠液中的大分子是细胞通过主动运输的方式分泌到小肠腔内
[解析] O2、CO2等气体分子及脂溶性小分子可以通过自由扩散进入细胞，氨基酸、离子等物质进出细胞一般是主动运输，红细胞吸收葡萄糖属于协助扩散，A错误；协助扩散是顺浓度梯度转运，不消耗ATP，但胞吞、胞吐过程需要消耗ATP，B错误；植物细胞发生质壁分离的原因是外界溶液的浓度大于细胞液浓度，细胞失水，而水分的运输方式是自由扩散，不需要消耗能量，则抑制细胞的呼吸对植物细胞发生质壁分离无明显影响，C正确；小肠液中含有的多种消化酶属于分泌蛋白，是细胞通过胞吐的方式分泌到细胞外的，D错误。
考点三 观察植物细胞的质壁分离及复原
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．实验原理
(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
(2)细胞液具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。
(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大得多。
2．实验步骤
3．现象与结论
■
(1)本实验存在两组对照实验
(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。这是由于细胞壁是全透性的且有水分子通过原生质层渗出来。
易错整合，判断正误。
(1)观察质壁分离可用0.15 g/mL蔗糖浓度作为试剂( × )
(2)必须用高倍镜才能观察到质壁分离现象( × )
根据实验过程及原理回答以下问题。
(1)实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？
(2)该实验无独立的对照组，为什么还叫对照实验？
(3)上述实验中观察到质壁分离时，为何不宜停留时间过长？
(4)引发质壁分离的内因和外因分别是什么？
[提示](1)不一定。但紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中含有色素，使液泡呈现紫色，更有利于观察。
(2)该实验中，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于自身对照。
(3)观察到质壁分离时，若停留时间过长，细胞就会因过度失水而死亡，不会再发生质壁分离复原。
(4)外因是外界溶液浓度大于细胞液浓度；内因是原生质层的伸缩性较大，细胞壁的伸缩性较小。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．质壁分离的分析
(1)原因
(2)表现
2．巧判细胞能否发生质壁分离和复原
(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(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象。
③在过高浓度溶液中可发生质壁分离现象，因过度失水而不会发生质壁分离复原现象。
3．植物细胞质壁分离及复原的拓展
(1)判断成熟植物细胞是否是活细胞
＋
(2)测定细胞液浓度范围
＋
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
＋发生质壁
分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
＋
例5 (2019·山东省济南市高三期末)下列有关植物细胞质壁分离及复原实验的叙述，正确的是( D )
A．紫色洋葱内表皮细胞具有大液泡，是该实验的最佳材料
B．具有选择透过性的细胞膜是植物细胞吸水或失水的结构基础
C．质壁分离后，细胞壁与原生质层之间充满细胞液
D．原生质层两侧溶液渗透压的大小影响质壁分离的速率
[解析] 紫色洋葱外表皮细胞具有大液泡，是该实验的最佳材料，A错误；具有选择透过性的原生质层是植物细胞吸水或失水的结构基础，B错误；质壁分离后，细胞壁与原生质层之间充满外界溶液，C错误；原生质层两侧溶液渗透压的大小影响质壁分离的速率，D正确。
〔对应训练〕
5．(2019·北京市丰台区高三期末)紫洋葱鳞片叶外表皮是观察质壁分离的理想材料，下列有关叙述正确的是( D )
A．细胞呈正方形排列紧密且核质比大
B．紫色的细胞质基质失水后体积缩小
C．细胞内外渗透压相等时水分子不再进出细胞
D．水分子以被动运输的方式进行跨膜运输
[解析] 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为成熟细胞，核质比小，A项错误；紫色位于液泡中，B项错误；细胞内外渗透压相等时水分子进出细胞的速率相等，C项错误；水分子顺浓度以被动运输的方式进行跨膜运输，D项正确。
6．(2019·榆林二模)以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离和复原实验的材料，下列有关说法正确的是 ( B )
A．正在发生质壁分离的细胞，其吸水能力逐渐减弱
B．正在发生质壁分离的细胞，其紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深
C．发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同
D．该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞不能发生质壁分离
[解析] 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液呈紫色，正在发生质壁分离的细胞，因不断失水导致细胞液的浓度逐渐增大，紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深，其吸水能力逐渐增强，A错误，B正确；因具有支持和保护作用的细胞壁也有一定程度的伸缩性，发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同或大于外界溶液浓度，C错误，该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞液泡没有颜色，不容易观察到质壁分离现象。
课末总结
1．〔思维导图〕
2．〔简答题常考长句分析〕
请回答与物质进出细胞有关的问题：
(1)植物细胞原生质层的组成是细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
(2)成熟植物细胞发生质壁分离的原因是外界溶液的浓度大于细胞液浓度，且原生质层比细胞壁伸缩性大。
(3)与主动运输有关的细胞器主要是哪两种，并说明其作用：核糖体合成载体蛋白，线粒体为主动运输提供能量。
(4)温度对被动运输和主动运输都有影响，其原因是温度影响磷脂分子和蛋白质分子的运动速率，影响膜的流动性。另外，温度也影响酶的活性，进而影响能量的供应。
(5)从细胞膜组成和结构的角度推测，水分子进入细胞的两条途径分别是通过磷脂双分子层的自由扩散和通过水通道蛋白的协助扩散。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2018·全国Ⅱ，2)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( C )
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
[解析] 巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞。固醇类激素进入靶细胞的过程属于自由扩散。护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程也是自由扩散。故ABD错。
2．(2017·海南卷，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( B )
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
[解析] 具有大的液泡的活细胞才能发生质壁分离，A正确。质壁分离过程中，细胞在失水，此时，细胞外甲物质的浓度高于细胞液的浓度，B错误。水分子跨膜的方式是自由扩散，C正确。细胞壁是全透的，甲物质和H2O能自由通过，D正确。
3．(全国卷Ⅰ，2)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( C )
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
[解析] 根据题干“离子泵能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子”可知离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，A项错误；根据题干信息可知，离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，主动运输可以逆着浓度梯度进行，B项错误；动物一氧化碳中毒会降低其体内血红细胞运输氧气的能力，导致动物体内细胞有氧呼吸强度降低，供能减少，离子泵跨膜运输离子的速率下降，C项正确；根据题干信息可知离子泵是一种载体蛋白，加入蛋白质变性剂会使载体蛋白变性，降低离子泵跨膜运输离子的速率，D项错误。
4．(2018·北京卷，1)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( B )
A．Na＋ B．二氧化碳
C．RNA D．胰岛素
[解析] B对：一般情况下，气体(二氧化碳)以自由扩散的方式进出细胞。
5．(全国卷Ⅱ，1)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：
培养瓶中气体
温度( ℃)
离子相对吸收量(%)
空气
17
100
氮气
17
10
空气
3
28
下列分析正确的是( A )
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
[解析] 由表格信息可知同样温度条件下，空气瓶中离子相对吸收量大，说明有氧条件有利于根对离子的吸收，A正确。同样的空气，不同温度条件下离子的相对吸收量不同，说明温度变化影响根对离子的吸收，B错误。同样的温度条件下，氮气环境中根对离子的相对吸收量少，说明根对离子的吸收需要消耗能量(ATP)，且氮气环境中不利于根对该离子的吸收，C、D错误。
6．(2019·海卷卷，27)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。自由扩散的含义是物质通过简单的扩散方式进出细胞。
(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。可能的原因是载体数量饱和。
(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] (1)物质通过简单的扩散方式进出细胞即自由扩散，该过程不需要载体和能量，受细胞内外浓度差的影响。(2)由图可知，b可能是协助扩散或主动运输，b需要载体协助，当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，载体数目饱和，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。(3)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。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。
相关资料
更多
