2023届高考生物二轮复习物质的跨膜运输学案

专题二　细胞代谢

网络构建

第一讲　物质的跨膜运输

考纲导向·明目标

KAO GANG DAO XIANG MING MU BIAO

核心考点一　细胞的吸水、失水与质壁分离实验

核心知识·精解读

HE XIN ZHI SHI JING JIE DU

1．物理渗透装置与植物细胞渗透系统的比较

特别提醒：

①人工膜≠生物膜：生物膜具有载体蛋白，故具有选择透过性，人工膜为半透性膜，物质能否通过取决于膜上孔径的大小。

②动物细胞能发生渗透作用，因为细胞膜具有选择透过性，相当于半透膜，细胞内液与外界溶液之间存在浓度差。

③植物细胞处于吸水膨胀状态，因细胞壁有支持和保护作用，一般不会导致细胞破裂。

2．理解质壁分离发生的条件

(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)不发生质壁分离及复原现象。

②具有中央大液泡的成熟植物活细胞可发生质壁分离及复原现象。

(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，不能发生自动复原现象(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在高浓度溶液中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象。

考题解密

1．(2022·全国甲卷)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是(　C　)

A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度

B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c

C．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度

D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度

【解析】　由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞的体积增大，说明细胞吸水，则水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，A正确；水分交换达到平衡时，细胞a的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，细胞c的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度，因此水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c，B正确；由题意可知，水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相等；水分交换达到平衡时，虽然细胞内外溶液浓度相同，但细胞c失水后外界蔗糖溶液的浓度减小，因此，水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误；在一定的蔗糖溶液中，细胞c发生了质壁分离，水分交换达到平衡时，其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，D正确。

变式突破

变式一　辨析细胞的吸水与失水

1．(2022·四川绵阳中学考试)如图A为两个渗透装置，溶液a、b为不同浓度的同种溶液，且a溶液浓度<b溶液浓度，c为清水，图B为显微镜下观察到的某植物表皮细胞，下列叙述错误的是(　B　)

A．图A中装置2的液面一段时间后会高于装置1的液面

B．图B中的⑤④⑥相当于图A中的②

C．若图B所示为某农作物的根毛细胞，此时应及时灌溉

D．图B中的⑦与图A中的②通透性不同

【解析】　根据题干“a溶液浓度<b溶液浓度，c为清水”可推断，一段时间后装置2的液面高于装置1的液面；图B细胞中含有大液泡，因此可以构成渗透系统，其中原生质层相当于图A中的②半透膜，图B中⑥细胞膜，⑦液泡膜，以及两者之间的细胞质即⑧共同构成原生质层；若图B所示为某农作物的根毛细胞，题图中细胞发生了质壁分离，应及时灌溉；图B中的⑦具有选择透过性，图A中的②没有选择透过性，只要微粒大小小于膜上的孔均可以通过。

变式二　掌握质壁分离与复原实验

2．(2022·湖南高考)原生质体(细胞除细胞壁以外的部分)表面积大小的变化可作为质壁分离实验的检测指标。用葡萄糖基本培养基和NaCl溶液交替处理某假单孢菌，其原生质体表面积的测定结果如图所示。下列叙述错误的是(　A　)

A．甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离，表明细胞中NaCl浓度≥0.3 mol/L

B．乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离，处理解除后细胞即可发生质壁分离复原

C．该菌的正常生长和吸水都可导致原生质体表面积增加

D．若将该菌先65 ℃水浴灭活后，再用 NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化

【解析】　分析甲组结果可知，随着培养时间延长，与0时(原生质体表面积大约为0.5μm2)相比，原生质体表面积逐渐增大，甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离，说明细胞吸水，表明细胞中浓度>0.3 mol/L ，但不一定是细胞内NaCl浓度≥0.3 mol/L，A错误；分析乙、丙组结果可知，与0时(原生质体表面积大约分别为0.6μm2、0.75μm2)相比乙、丙组原生质体略有下降，说明乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离，处理解除后细胞即可发生质壁分离复原，B正确；该菌的正常生长，细胞由小变大可导致原生质体表面积增加，该菌吸水也会导致原生质体表面积增加，C正确；若将该菌先65 ℃水浴灭活，细胞死亡，原生质层失去选择透过性，再用 NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化，D正确。

核心考点二　物质跨膜运输的方式及影响因素

核心知识·精解读

HE XIN ZHI SHI JING JIE DU

1．物质出入细胞方式的判断方法

2．图解影响物质跨膜运输的因素

(1)内在因素

物质跨膜运输与膜的流动性和选择透过性有关，选择透过性的结构基础是膜上载体蛋白的种类和数量。

(2)外在因素

①物质浓度(在一定浓度范围内)

②O2浓度及温度

3．不同物质进出细胞的方式

(1)神经元上产生静息电位和动作电位时的K＋外流和Na＋内流属于协助扩散。

(2)大多数神经递质虽是小分子，但以胞吐方式通过突触前膜。

(3)同一物质进出细胞的方式不一定相同，如：

①葡萄糖

②Na＋

③K＋

考题解密

2．(2021·河北高考真题)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2，其部分结构和功能如图，①～⑤表示相关过程。下列叙述错误的是(　D　)

A．血液流经肌肉组织时，气体A和B分别是CO2和O2

B．①和②是自由扩散，④和⑤是协助扩散

C．成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量

D．成熟红细胞表面的糖蛋白处于不断流动和更新中

【解析】　根据题意可知，红细胞能运输O2和CO2，肌肉细胞进行有氧呼吸时，消耗O2，产生CO2，可以判断气体A和B分别是CO2和O2，A正确；①和②表示气体进出红细胞，一般气体等小分子进出细胞的方式为自由扩散，④是载体蛋白运输葡萄糖进入红细胞，顺浓度梯度，不需要消耗能量，为协助扩散，⑤是H2O通过水通道蛋白进入红细胞，属于协助扩散，B正确；③为红细胞通过消耗能量主动吸收K＋排出Na＋，成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧呼吸，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量，C正确；成熟红细胞没有核糖体，不能再合成新的蛋白质，细胞膜上的糖蛋白不能更新，糖蛋白存在于细胞膜的外表面，由于细胞膜具有流动性，其表面的糖蛋白处于不断流动中，D错误。

变式突破

变式一　判断物质跨膜运输的方式

3．(2022·西安联考)铁是人体内必不可少的微量元素，如图表示铁被小肠吸收和转运至细胞内的过程。图中转铁蛋白(Tf)可运载Fe3+，以Tf-Fe3+结合形式进入血液。Tf-Fe3+与转铁蛋白受体(TfR)结合后进入细胞，并在囊泡的酸性环境中将Fe3+释放。下列叙述错误的是(　C　)

A．Fe2+顺浓度梯度通过蛋白1通道的过程属于协助扩散

B．Tf与TfR结合后携带Fe3+进入细胞的过程属于胞吞

C．蛋白2和转铁蛋白(Tf)都是细胞膜上的载体蛋白

D．H＋进入囊泡的过程属于主动运输，需要消耗能量

【解析】　由图分析可知，Fe2+顺浓度梯度通过蛋白通道的过程属于协助扩散，协助扩散需要载体蛋白但无需能量，A正确；胞吞是胞外物质通过细胞膜包裹，细胞膜内陷并形成膜包被的囊泡进入细胞内的生理活动，图中Tf和TfR结合后携带Fe3+进入细胞的过程为胞吞，B正确；由题图可知，蛋白2为囊泡上的载体蛋白，而转铁蛋白(Tf)是一种分泌蛋白，C错误；由图可知，H＋从浓度低的地方到浓度高的地方逆浓度梯度运输，属于主动运输，需要消耗能量，D正确。

变式二　分析影响物质运输的因素

4．(2022·泰州模拟)小肠绒毛上皮细胞膜上存在着两种运输葡萄糖的载体SGLT1(主动运输的载体)和GLUT2(协助扩散的载体)，研究人员通过实验绘制如图所示曲线。下列说法错误的是(　D　)

A．该实验可以用来探究不同浓度葡萄糖条件下的主要吸收方式

B．在较高葡萄糖浓度下，细胞主要依赖协助扩散来增大吸收速率

C．小肠绒毛上皮细胞膜上存在SGLT1和GLUT2的根本原因是基因选择性表达

D．葡萄糖分子在不同的浓度下都可通过主动运输和协助扩散两种方式进入细胞

【解析】　分析题图可知，不同浓度葡萄糖条件下，SGLT1和GLUT2的运输速率不同，所以该实验可以探究不同浓度葡萄糖条件下的主要吸收方式，A正确；在较高浓度下，GLUT2的运输速率较大，所以细胞主要依赖协助扩散来增大吸收速率，B正确；小肠绒毛上皮细胞膜上存在SGLT1和GLUT2的根本原因是基因选择性表达，C正确；由题图可知，在较低葡萄糖浓度条件下，小肠绒毛细胞对葡萄糖的吸收方式只有主动运输，D错误。