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第07讲 物质运输（知识清单）
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知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架
核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点 考点1渗透作用★★☆☆☆ 考点2动物细胞的吸水和失水★★☆☆☆ 考点3成熟植物细胞的吸水和失水★★☆☆☆ 考点4物质出入细胞的方式★★★☆☆
实验技能坊：质壁分离与复原实验的拓展应用★★★☆☆
陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略（2大陷阱规避）
素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析
真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
考点1 渗透作用★★☆☆☆
1.概念：指 通过 的扩散。
2.发生的条件
（1）具有 。
（2）半透膜两侧的溶液存在 。
3.如果半透膜两侧存在 ，渗透的方向就是水分子从水的相对含量 （浓度 ）的一侧向相对含量 （浓度 ）的一侧渗透。
4.渗透装置分析
（1）液面上升的原因：单位时间由烧杯进入漏斗中的水分子数 单位时间由漏斗进入烧杯中的水分子数。
（2）液面不会一直上升的原因：因为液面上升到一定程度就会产生一个静水压（图中Δh），当该压力和漏斗中的吸水能力 时液面不再上升。
特别提醒
1.渗透作用与扩散的比较
扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。
渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
2.渗透方向：水分子的移动方向是双向移动，但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
3.这里的浓度是溶质物质的量浓度，不是溶质的质量浓度。例如向两烧杯水中各加入1g葡萄糖和1g蔗糖完全溶解后，葡萄糖溶液的物质的量浓度大于蔗糖溶液物质的量浓度。
4.液面稳定时，处于动态平衡，两者之间还是有水分子进出，只不过数目基本相同。
5.液面稳定后，只要存在液面差，原高浓度的溶液浓度仍大于原低浓度的溶液。
考点2 动物细胞的吸水和失水★★☆☆☆
1.动物细胞的细胞膜相当于 。
2.水进出动物细胞都是通过 。将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后红细胞将会发生以下的变化：
过程 条件 现象
吸水 外界溶液的浓度 细胞质的浓度
失水 外界溶液的浓度 细胞质的浓度
平衡 外界溶液的浓度 细胞质的浓度
考点3 成熟植物细胞的吸水和失水★★☆☆☆
1.成熟植物细胞的结构
特别提醒
特别提醒原生质体和原生质层
（1）原生质体：包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分。
（2）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。
2.实验：探究植物细胞的吸水和失水
（1）实验材料：紫色的洋葱鳞片叶。
（2）实验原理
①内因
A、成熟的植物细胞的 相当于一层半透膜
B、原生质层伸缩性比细胞壁
②外因：细胞液具有一定的浓度，与外界溶液之间具有一定的浓度差，细胞能渗透吸水和失水。
（3）实验步骤及现象
流程 详情
制片 材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮（有大液泡，且内含紫色花青素，便于观察）
观察（低倍镜） ①有一个紫色的中央大液泡；②原生质层紧贴细胞壁
滴蔗糖溶液 方法：质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，用吸水纸引流
观察（低倍镜） ①中央液泡逐渐变小（颜色变深）；②原生质层与细胞壁逐渐分离
滴清水 方法：吸水纸引流，滴加清水
观察（低倍镜） ①中央液泡逐渐变大（颜色变浅）②原生质层逐渐贴近细胞壁
记录实验结果 设计表格
注意：探究植物细胞的吸水和失水是高中教材中唯一一个只在低倍镜下观察的实验
（4）实验结果分析
①当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞 ，原生质层和细胞壁分离，即发生了 。
②发生质壁分离的细胞，当细胞液的浓度 外界溶液的浓度时，细胞 ，发生质壁分离复原。
（5）实验结论
植物细胞的原生质层相当于一层 ，植物细胞也是通过 作用吸水和失水的。
特别提醒
1.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.质壁分离及复原发生的条件
（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不发生质壁分离及复原现象。
②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
①在一定浓度（溶质可透过膜）的溶液（如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等）中可发生质壁分离后自动复原现象，因为细胞失水质壁分离的同时，会通过被动运输或主动运输吸收溶质分子，使细胞液浓度升高，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞渗透吸水而发生质壁分离复原。
②在高浓度溶液（如0.5g/mL蔗糖溶液）中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象，因为细胞失水过多会死亡。在溶液浓度过低时则不能引起质壁分离或质壁分离太慢。
③盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适合作观察质壁分离现象的外界溶液。
3.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）。
考点4 物质出入细胞的方式★★★☆☆
1.相关概念
（1）物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗 能量，这种物质跨膜运输方式称为 。被动运输又分为 和 两类。
（2）物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作 ，也叫 。
（3） 和一些小分子有机物如 等，不能自由地通过细胞膜。镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助这些物质 跨膜运输，这些蛋白质称为 。这种借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作 ，也叫 。
（4）物质 进行跨膜运输，需要 的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输。
2.物质进出细胞方式比较
方式 被动运输 主动运输 胞吞 胞吐
自由扩散 协助扩散
运输方向 ↓ 低浓度 ↓ 高浓度 ↓ 细胞内 ↓ 细胞外
特点 不需要转运蛋白；不消耗能量 转运蛋白； 能量 需要载体蛋白； 能量 膜蛋白； 能量 需要 ； 能量
模型
影响因素 自由扩散： 协助扩散： 载体蛋白的种类和数量、能量 温度、能量
举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯 、H2O通过通道蛋白的运输 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、无机盐、氨基酸等 白细胞吞噬病菌 分泌蛋白的分泌
特别提醒
1.葡萄糖进入红细胞为协助扩散；葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞肾小管重吸收葡萄糖为主动运输。
2.Na＋：进入神经细胞：协助扩散，依赖离子通道；运出神经细胞：主动运输，依赖Na＋—K＋泵。
3.K＋：进入神经细胞：主动运输，依赖Na＋—K＋泵；运出神经细胞：协助扩散，依赖离子通道。
4.水：水进出细胞的方式可能是自由扩散也可能是协助扩散，但更多的是以协助扩散方式进出细胞。
5.带电粒子不能溶于磷脂，因此，即使是最简单的H＋，也无法通过自由扩散方式进出磷脂双分子层。
6.无机盐离子的运输方式不一定是主动运输，如兴奋产生和恢复过程中的Na＋内流和K＋外流的方式均为协助扩散。
3.协助扩散中转运蛋白类型
（1）载体蛋白类：只容许与 相适应的分子或离子通过，且每次转运时都会发生 的改变。
（2）通道蛋白类：只容许与自身通道的直径和 相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子 与通道蛋白结合。
特别提醒
1.水分子进出细胞时，既可以直接穿过磷脂双分子层，也可以穿过水通道蛋白，因此渗透作用的实质是水的自由扩散和协助扩散的叠加，以协助扩散为主。
2.离子通道是由蛋白质复合物构成的，一种离子通道只允许一种离子通过，并且只有在特定刺激发生时才瞬间开放。　　　
4.影响物质跨膜运输因素的分析
（1）物质浓度对物质跨膜运输的影响
（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是 。
②是 ，P点由 提供能量，Q点之后运输速率受 数量或其他因素限制。
（3）温度
特别提醒
1.主动运输需要消耗ATP，有ATP可进行运输，无ATP不能进行运输。曲线图如下：
2.成熟红细胞进行无氧呼吸供能，故氧气浓度不影响主动运输的速率。坐标图如下：
质壁分离与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）
陷阱1 关于质壁分离的几点易错点
易错表现 正确理解
认为1mol/LNaCl溶液和1mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等 NaCl溶液中含有钠离子和氯离子，而蔗糖溶液中只含有蔗糖分子，故NaCl溶液的渗透压高于蔗糖溶液的
认为质壁分离过程中，黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小 质壁分离过程中，细胞液浓度增大，吸水能力增大
认为为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液 应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流，重复几次，洋葱细胞就会浸润在蔗糖溶液中
认为可以用大蒜根尖分生区细胞作实验材料来观察细胞的质壁分离与复原 根尖分生区细胞没有大液泡，不适合作为此实验的实验材料
认为需要高倍显微镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离 整个实验过程只需低倍镜观察即可
陷阱2 关于物质出入细胞的几点易错点
易错表现 正确理解
认为胰岛B细胞分泌胰岛素不需要消耗能量 胰岛B细胞分泌胰岛素的方式为胞吐，需要耗能
认为胞吞和胞吐只能运输大分子物质，大分子物质只能以胞吞和胞吐方式运输 胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质；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
认为主动运输消耗的能量都是由ATP直接提供 主动运输消耗的能量还可以由离子浓度梯度等提供能量
转运蛋白
参与物质跨膜运输的转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白。载体蛋白既可以介导主动运输，又可以介导协助扩散，通道蛋白一般介导协助扩散。通道蛋白有离子通道蛋白和水通道蛋白等。
1.离子通道和钠钾泵
生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输（顺离子浓度梯度）和主动运输（逆离子浓度梯度）两种方式。被动运输的通道称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。如下图所示：
上图中，Na＋和K＋各行其道，且只有通道开放时，离子才能顺浓度梯度流动，该过程不消耗能量，属于协助扩散（如图中K＋通过K＋通道外流，Na＋因Na＋通道未开放而不能内流）。
钠钾泵能逆浓度梯度转运Na＋和K＋，转运方向相反，且钠钾泵同时具有ATP水解酶的作用，催化ATP水解并释放能量，为Na＋和K＋主动运输供能（如Na＋运出神经细胞，K＋进入神经细胞）。
2.单一运输载体、同向协同运输载体和反向协同运输载体
下图中钠钾泵、GLUT2、GLUT5、SGLT1分别代表载体，其中GLUT5属于单一运输载体，只能专一性运载果糖。钠钾泵、GLUT2、SGLT1能运输两种物质，属于协同运输载体，其中SGLT1、GLUT2属于同向协同运输载体，钠钾泵属于反向协同运输载体。
考点预测：
1.转运蛋白的结构细节与工作机制深挖
(1)选择题：给出不同转运蛋白（如钾离子通道蛋白、氨基酸载体蛋白）的结构示意图局部，考查考生对其关键结构域（如通道蛋白的选择性过滤器、载体蛋白的底物结合位点）的识别与功能理解。选项中可能设置关于结构域作用、与底物结合方式等混淆内容，如“某载体蛋白的结合位点发生突变后，对底物的运输速率反而加快，原因可能是”，选项包括结合位点与底物亲和力增强、结合位点空间构象改变利于底物快速解离等。
(2)简答题：要求考生详细阐述载体蛋白在转运底物过程中，其构象变化的具体步骤及能量变化情况。以葡萄糖载体蛋白为例，从葡萄糖与细胞外结合位点结合开始，描述蛋白如何通过自身构象改变将葡萄糖转运至细胞内，以及该过程中是否涉及能量消耗，若有，能量来源及转化形式是怎样的。
2.转运蛋白的调控机制考查
(1)选择题：呈现细胞在不同生理状态下（如饥饿、运动后、药物处理后）某种转运蛋白活性或数量变化的相关研究结果，让考生分析可能的调控因素。例如，“在饥饿状态下，肝细胞中葡萄糖转运蛋白GLUT2的表达量显著增加，最可能的原因是”，选项有胰高血糖素分泌增加促进基因转录、细胞内能量水平下降诱导蛋白翻译增强等。
(2)实验分析题：给出探究某转运蛋白调控机制的实验流程及数据，如“研究人员对某离子通道蛋白进行不同化学物质处理，检测其开放概率”，要求考生分析实验中自变量、因变量，根据实验结果判断调控该离子通道蛋白的化学物质类型（如是否为配体门控通道蛋白的相应配体），并推测其调控的分子机制。
3.转运蛋白与疾病关联的深度考查
(1)综合题：结合具体疾病案例，如囊性纤维化（由氯离子通道蛋白CFTR功能异常引起）、糖尿病（部分与胰岛素信号通路中葡萄糖转运蛋白GLUT4的转运障碍有关），考查转运蛋白功能异常如何引发疾病症状，以及潜在的治疗靶点和治疗思路。题目可能要求考生分析囊性纤维化患者肺部黏液黏稠的原因（氯离子外流受阻导致水分重吸收异常），并从转运蛋白角度提出可能的药物研发方向，如开发能纠正CFTR蛋白构象的小分子药物。
(2)论述题：要求考生论述转运蛋白异常与多种疾病发生发展的关系，需综合多个不同类型转运蛋白相关疾病实例，从分子、细胞、个体水平阐述疾病的发病机制，如阐述离子转运蛋白异常对神经细胞电生理活动的影响，进而导致神经系统疾病的发生过程，以及这些疾病在临床上的表现与转运蛋白功能障碍的内在联系。
4.转运蛋白在生物技术与医学应用方面的考查
(1)选择题：给出一些基于转运蛋白的生物技术或医学治疗手段，如利用改造后的转运蛋白进行药物靶向递送、设计新型离子通道用于生物传感器开发等，考查考生对这些应用原理的理解。例如，“利用转运蛋白进行药物靶向递送的原理是”，选项包括转运蛋白对特定细胞的特异性识别、药物与转运蛋白结合后改变其运输方向等。
(2)简答题：描述一种新开发的基于转运蛋白的治疗方法，如通过基因疗法使患者细胞中缺失功能的转运蛋白恢复正常表达，要求考生分析该方法的可行性、可能面临的问题（如基因载体的安全性、基因表达的稳定性）以及潜在的风险（如免疫反应）。
5.转运蛋白在不同生物类群中的进化与比较考查
(1)选择题：提供不同生物（如原核生物大肠杆菌、真核生物酵母菌、哺乳动物人类）中某类转运蛋白（如氨基酸转运蛋白）的氨基酸序列比对信息或结构特点，让考生判断其进化关系，如“从以下不同生物的氨基酸转运蛋白结构特点判断，亲缘关系最近的是”，选项给出几种生物组合，并分析其转运蛋白结构相似性与进化关系的联系。
(2)分析题：给出某转运蛋白在不同生物类群中的进化树，以及不同生物中该转运蛋白功能的差异，要求考生分析转运蛋白结构的进化如何与其功能适应性变化相关联。例如，分析在进化过程中，植物根细胞中离子转运蛋白如何随着植物从水生环境向陆生环境进化，在结构和功能上发生改变以适应陆地环境中离子吸收的需求。
1.（2025·北京·高考真题）“探究植物细胞的吸水和失水”实验中，在清水和0.3g/mL蔗糖溶液中处于稳定状态的细胞如图。以下叙述错误的是（ ）
A.图1，水分子通过渗透作用进出细胞
B.图1，细胞壁限制过多的水进入细胞
C.图2，细胞失去的水分子是自由水
D.与图1相比，图2中细胞液浓度小
2.（2025·浙江·高考真题）某同学利用幼嫩的黑藻叶片完成“观察叶绿体和细胞质流动”实验后，继续进行“质壁分离”实验，示意图如下。
下列叙述正确的是（ ）
A.实验过程中叶肉细胞处于失活状态
B.①与②的分离，与①的选择透过性无关
C.与图甲相比，图乙细胞吸水能力更强
D.与图甲相比，图乙细胞体积明显变小
3.（2025·山东·高考真题）生长于NaCl浓度稳定在100 mmol/L的液体培养基中的酵母菌，可通过离子通道吸收Na+，但细胞质基质中Na+浓度超过30 mmol/L时会导致酵母菌死亡。为避免细胞质基质Na+浓度过高，液泡膜上的蛋白N可将Na+以主动运输的方式转运到液泡中，细胞膜上的蛋白W也可将Na+排出细胞。下列说法错误的是（ ）
A.Na+在液泡中的积累有利于酵母细胞吸水
B.蛋白N转运Na+过程中自身构象会发生改变
C.通过蛋白W外排Na+的过程不需要细胞提供能量
D.Na+通过离子通道进入细胞时不需要与通道蛋白结合
4.（2025·陕晋青宁卷·高考真题）丙酮酸是糖代谢过程的重要中间物质。丙酮酸转运蛋白（MPC）运输丙酮酸通过线粒体内膜的过程如下图。下列叙述错误的是（ ）
A.MPC功能减弱的动物细胞中乳酸积累将会增加
B.丙酮酸根、H+共同与MPC结合使后者构象改变
C.线粒体内外膜间隙pH变化影响丙酮酸根转运速率
D.线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度差越大其转运速率越高
5.（2025·江苏·高考真题）研究小组开展了Cl-胁迫下，添加脱落酸（ABA）对植物根系应激反应的实验，机理如图所示。下列相关叙述错误的有（ ）
A.Cl-通过自由扩散进入植物细胞
B.转运蛋白甲、乙的结构和功能相同
C.ABA进入细胞核促进相关基因的表达
D.细胞质膜发挥了物质运输、信息交流的功能
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实验技能坊：质壁分离与复原实验的拓展应用★★★☆☆
陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略（2大陷阱规避）
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真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
考点1 渗透作用★★☆☆☆
1.概念：指水分子（或者其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。
2.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.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（浓度低）的一侧向相对含量低（浓度高）的一侧渗透。
4.渗透装置分析
（1）液面上升的原因：单位时间由烧杯进入漏斗中的水分子数>单位时间由漏斗进入烧杯中的水分子数。
（2）液面不会一直上升的原因：因为液面上升到一定程度就会产生一个静水压（图中Δh），当该压力和漏斗中的吸水能力相等时液面不再上升。
特别提醒
1.渗透作用与扩散的比较
扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。
渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
2.渗透方向：水分子的移动方向是双向移动，但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
3.这里的浓度是溶质物质的量浓度，不是溶质的质量浓度。例如向两烧杯水中各加入1g葡萄糖和1g蔗糖完全溶解后，葡萄糖溶液的物质的量浓度大于蔗糖溶液物质的量浓度。
4.液面稳定时，处于动态平衡，两者之间还是有水分子进出，只不过数目基本相同。
5.液面稳定后，只要存在液面差，原高浓度的溶液浓度仍大于原低浓度的溶液。
考点2 动物细胞的吸水和失水★★☆☆☆
1.动物细胞的细胞膜相当于半透膜。
2.水进出动物细胞都是通过渗透作用。将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后红细胞将会发生以下的变化：
过程 条件 现象
吸水 外界溶液的浓度<细胞质的浓度
失水 外界溶液的浓度>细胞质的浓度
平衡 外界溶液的浓度＝细胞质的浓度
考点3 成熟植物细胞的吸水和失水★★☆☆☆
1.成熟植物细胞的结构
特别提醒
特别提醒原生质体和原生质层
（1）原生质体：包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分。
（2）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。
2.实验：探究植物细胞的吸水和失水
（1）实验材料：紫色的洋葱鳞片叶。
（2）实验原理
①内因
A、成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜
B、原生质层伸缩性比细胞壁大
②外因：细胞液具有一定的浓度，与外界溶液之间具有一定的浓度差，细胞能渗透吸水和失水。
（3）实验步骤及现象
流程 详情
制片 材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮（有大液泡，且内含紫色花青素，便于观察）
观察（低倍镜） ①有一个紫色的中央大液泡；②原生质层紧贴细胞壁
滴蔗糖溶液 方法：质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，用吸水纸引流
观察（低倍镜） ①中央液泡逐渐变小（颜色变深）；②原生质层与细胞壁逐渐分离
滴清水 方法：吸水纸引流，滴加清水
观察（低倍镜） ①中央液泡逐渐变大（颜色变浅）②原生质层逐渐贴近细胞壁
记录实验结果 设计表格
注意：探究植物细胞的吸水和失水是高中教材中唯一一个只在低倍镜下观察的实验
（4）实验结果分析
①当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞失水，原生质层和细胞壁分离，即发生了质壁分离。
②发生质壁分离的细胞，当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。
（5）实验结论
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
特别提醒
1.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.质壁分离及复原发生的条件
（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不发生质壁分离及复原现象。
②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
①在一定浓度（溶质可透过膜）的溶液（如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等）中可发生质壁分离后自动复原现象，因为细胞失水质壁分离的同时，会通过被动运输或主动运输吸收溶质分子，使细胞液浓度升高，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞渗透吸水而发生质壁分离复原。
②在高浓度溶液（如0.5g/mL蔗糖溶液）中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象，因为细胞失水过多会死亡。在溶液浓度过低时则不能引起质壁分离或质壁分离太慢。
③盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适合作观察质壁分离现象的外界溶液。
3.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）。
考点4 物质出入细胞的方式★★★☆☆
1.相关概念
（1）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，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。
（2）物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。
（3）离子和一些小分子有机物如葡萄糖和氨基酸等，不能自由地通过细胞膜。镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助这些物质顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。这种借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。
（4）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，这种方式叫作主动运输。
2.物质进出细胞方式比较
方式 被动运输 主动运输 胞吞 胞吐
自由扩散 协助扩散
运输方向 高浓度 ↓ 低浓度 低浓度 ↓ 高浓度 细胞外 ↓ 细胞内 细胞内 ↓ 细胞外
特点 不需要转运蛋白；不消耗能量 需要转运蛋白；不消耗能量 需要载体蛋白；消耗能量 需要膜蛋白； 消耗能量 需要膜蛋白； 消耗能量
模型
影响因素 自由扩散：膜内外物质浓度梯度的大小 协助扩散：膜内外物质浓度梯度的大小、转运蛋白的数量 载体蛋白的种类和数量、能量 温度、能量
举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯 红细胞吸收葡萄糖、H2O通过通道蛋白的运输 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、无机盐、氨基酸等 白细胞吞噬病菌 分泌蛋白的分泌
特别提醒
1.葡萄糖进入红细胞为协助扩散；葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞肾小管重吸收葡萄糖为主动运输。
2.Na＋：进入神经细胞：协助扩散，依赖离子通道；运出神经细胞：主动运输，依赖Na＋—K＋泵。
3.K＋：进入神经细胞：主动运输，依赖Na＋—K＋泵；运出神经细胞：协助扩散，依赖离子通道。
4.水：水进出细胞的方式可能是自由扩散也可能是协助扩散，但更多的是以协助扩散方式进出细胞。
5.带电粒子不能溶于磷脂，因此，即使是最简单的H＋，也无法通过自由扩散方式进出磷脂双分子层。
6.无机盐离子的运输方式不一定是主动运输，如兴奋产生和恢复过程中的Na＋内流和K＋外流的方式均为协助扩散。
3.协助扩散中转运蛋白类型
（1）载体蛋白类：只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，且每次转运时都会发生自身构象的改变。
（2）通道蛋白类：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。分子或离子不需要与通道蛋白结合。
特别提醒
1.水分子进出细胞时，既可以直接穿过磷脂双分子层，也可以穿过水通道蛋白，因此渗透作用的实质是水的自由扩散和协助扩散的叠加，以协助扩散为主。
2.离子通道是由蛋白质复合物构成的，一种离子通道只允许一种离子通过，并且只有在特定刺激发生时才瞬间开放。　　　
4.影响物质跨膜运输因素的分析
（1）物质浓度对物质跨膜运输的影响
（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是自由扩散或协助扩散。
②是主动运输，P点由无氧呼吸提供能量，Q点之后运输速率受载体蛋白数量或其他因素限制。
（3）温度
特别提醒
1.主动运输需要消耗ATP，有ATP可进行运输，无ATP不能进行运输。曲线图如下：
2.成熟红细胞进行无氧呼吸供能，故氧气浓度不影响主动运输的速率。坐标图如下：
质壁分离与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）
陷阱1 关于质壁分离的几点易错点
易错表现 正确理解
认为1mol/LNaCl溶液和1mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等 NaCl溶液中含有钠离子和氯离子，而蔗糖溶液中只含有蔗糖分子，故NaCl溶液的渗透压高于蔗糖溶液的
认为质壁分离过程中，黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小 质壁分离过程中，细胞液浓度增大，吸水能力增大
认为为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液 应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流，重复几次，洋葱细胞就会浸润在蔗糖溶液中
认为可以用大蒜根尖分生区细胞作实验材料来观察细胞的质壁分离与复原 根尖分生区细胞没有大液泡，不适合作为此实验的实验材料
认为需要高倍显微镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离 整个实验过程只需低倍镜观察即可
陷阱2 关于物质出入细胞的几点易错点
易错表现 正确理解
认为胰岛B细胞分泌胰岛素不需要消耗能量 胰岛B细胞分泌胰岛素的方式为胞吐，需要耗能
认为胞吞和胞吐只能运输大分子物质，大分子物质只能以胞吞和胞吐方式运输 胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质；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
认为主动运输消耗的能量都是由ATP直接提供 主动运输消耗的能量还可以由离子浓度梯度等提供能量
转运蛋白
参与物质跨膜运输的转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白。载体蛋白既可以介导主动运输，又可以介导协助扩散，通道蛋白一般介导协助扩散。通道蛋白有离子通道蛋白和水通道蛋白等。
1.离子通道和钠钾泵
生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输（顺离子浓度梯度）和主动运输（逆离子浓度梯度）两种方式。被动运输的通道称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。如下图所示：
上图中，Na＋和K＋各行其道，且只有通道开放时，离子才能顺浓度梯度流动，该过程不消耗能量，属于协助扩散（如图中K＋通过K＋通道外流，Na＋因Na＋通道未开放而不能内流）。
钠钾泵能逆浓度梯度转运Na＋和K＋，转运方向相反，且钠钾泵同时具有ATP水解酶的作用，催化ATP水解并释放能量，为Na＋和K＋主动运输供能（如Na＋运出神经细胞，K＋进入神经细胞）。
2.单一运输载体、同向协同运输载体和反向协同运输载体
下图中钠钾泵、GLUT2、GLUT5、SGLT1分别代表载体，其中GLUT5属于单一运输载体，只能专一性运载果糖。钠钾泵、GLUT2、SGLT1能运输两种物质，属于协同运输载体，其中SGLT1、GLUT2属于同向协同运输载体，钠钾泵属于反向协同运输载体。
考点预测：
1.转运蛋白的结构细节与工作机制深挖
(1)选择题：给出不同转运蛋白（如钾离子通道蛋白、氨基酸载体蛋白）的结构示意图局部，考查考生对其关键结构域（如通道蛋白的选择性过滤器、载体蛋白的底物结合位点）的识别与功能理解。选项中可能设置关于结构域作用、与底物结合方式等混淆内容，如“某载体蛋白的结合位点发生突变后，对底物的运输速率反而加快，原因可能是”，选项包括结合位点与底物亲和力增强、结合位点空间构象改变利于底物快速解离等。
(2)简答题：要求考生详细阐述载体蛋白在转运底物过程中，其构象变化的具体步骤及能量变化情况。以葡萄糖载体蛋白为例，从葡萄糖与细胞外结合位点结合开始，描述蛋白如何通过自身构象改变将葡萄糖转运至细胞内，以及该过程中是否涉及能量消耗，若有，能量来源及转化形式是怎样的。
2.转运蛋白的调控机制考查
(1)选择题：呈现细胞在不同生理状态下（如饥饿、运动后、药物处理后）某种转运蛋白活性或数量变化的相关研究结果，让考生分析可能的调控因素。例如，“在饥饿状态下，肝细胞中葡萄糖转运蛋白GLUT2的表达量显著增加，最可能的原因是”，选项有胰高血糖素分泌增加促进基因转录、细胞内能量水平下降诱导蛋白翻译增强等。
(2)实验分析题：给出探究某转运蛋白调控机制的实验流程及数据，如“研究人员对某离子通道蛋白进行不同化学物质处理，检测其开放概率”，要求考生分析实验中自变量、因变量，根据实验结果判断调控该离子通道蛋白的化学物质类型（如是否为配体门控通道蛋白的相应配体），并推测其调控的分子机制。
3.转运蛋白与疾病关联的深度考查
(1)综合题：结合具体疾病案例，如囊性纤维化（由氯离子通道蛋白CFTR功能异常引起）、糖尿病（部分与胰岛素信号通路中葡萄糖转运蛋白GLUT4的转运障碍有关），考查转运蛋白功能异常如何引发疾病症状，以及潜在的治疗靶点和治疗思路。题目可能要求考生分析囊性纤维化患者肺部黏液黏稠的原因（氯离子外流受阻导致水分重吸收异常），并从转运蛋白角度提出可能的药物研发方向，如开发能纠正CFTR蛋白构象的小分子药物。
(2)论述题：要求考生论述转运蛋白异常与多种疾病发生发展的关系，需综合多个不同类型转运蛋白相关疾病实例，从分子、细胞、个体水平阐述疾病的发病机制，如阐述离子转运蛋白异常对神经细胞电生理活动的影响，进而导致神经系统疾病的发生过程，以及这些疾病在临床上的表现与转运蛋白功能障碍的内在联系。
4.转运蛋白在生物技术与医学应用方面的考查
(1)选择题：给出一些基于转运蛋白的生物技术或医学治疗手段，如利用改造后的转运蛋白进行药物靶向递送、设计新型离子通道用于生物传感器开发等，考查考生对这些应用原理的理解。例如，“利用转运蛋白进行药物靶向递送的原理是”，选项包括转运蛋白对特定细胞的特异性识别、药物与转运蛋白结合后改变其运输方向等。
(2)简答题：描述一种新开发的基于转运蛋白的治疗方法，如通过基因疗法使患者细胞中缺失功能的转运蛋白恢复正常表达，要求考生分析该方法的可行性、可能面临的问题（如基因载体的安全性、基因表达的稳定性）以及潜在的风险（如免疫反应）。
5.转运蛋白在不同生物类群中的进化与比较考查
(1)选择题：提供不同生物（如原核生物大肠杆菌、真核生物酵母菌、哺乳动物人类）中某类转运蛋白（如氨基酸转运蛋白）的氨基酸序列比对信息或结构特点，让考生判断其进化关系，如“从以下不同生物的氨基酸转运蛋白结构特点判断，亲缘关系最近的是”，选项给出几种生物组合，并分析其转运蛋白结构相似性与进化关系的联系。
(2)分析题：给出某转运蛋白在不同生物类群中的进化树，以及不同生物中该转运蛋白功能的差异，要求考生分析转运蛋白结构的进化如何与其功能适应性变化相关联。例如，分析在进化过程中，植物根细胞中离子转运蛋白如何随着植物从水生环境向陆生环境进化，在结构和功能上发生改变以适应陆地环境中离子吸收的需求。
1.（2025·北京·高考真题）“探究植物细胞的吸水和失水”实验中，在清水和0.3g/mL蔗糖溶液中处于稳定状态的细胞如图。以下叙述错误的是（ ）
A.图1，水分子通过渗透作用进出细胞
B.图1，细胞壁限制过多的水进入细胞
C.图2，细胞失去的水分子是自由水
D.与图1相比，图2中细胞液浓度小
【答案】D
【分析】质壁分离的原理：当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞就会通过渗透作用而失水，细胞液中的水分就透过原生质层进入到溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层比细胞壁的收缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁分离。
【详解】A、图1中，水分子通过渗透作用进出细胞，A正确；
B、细胞壁有保护和支撑的作用，所以限制过多的水进入细胞，维持细胞形态，B正确；
C、图2，细胞发生质壁分离，此时失去的水分子是自由水，C正确；
D、与图1相比，图2中细胞发生质壁分离，此时细胞失去了水，所以图2细胞液浓度更大，D错误。
故选D。
【考点追溯】
水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散,称为渗透作用。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。(P62)
2.（2025·浙江·高考真题）某同学利用幼嫩的黑藻叶片完成“观察叶绿体和细胞质流动”实验后，继续进行“质壁分离”实验，示意图如下。
下列叙述正确的是（ ）
A.实验过程中叶肉细胞处于失活状态
B.①与②的分离，与①的选择透过性无关
C.与图甲相比，图乙细胞吸水能力更强
D.与图甲相比，图乙细胞体积明显变小
【答案】C
【分析】在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞液的浓度增加，细胞液的渗透压升高，细胞的吸水能力逐渐增强。
【详解】A、“观察叶绿体和细胞质流动”和“观察质壁分离”，均需保持细胞活性，A错误；
B、①与②的分离，与①的选择透过性有关，其原因就是因为蔗糖可通过全透性的细胞壁，但不能通过具有选择透过性的细胞膜，B错误；
C、与图甲相比，图乙细胞处于失水状态，细胞液渗透压升高，吸水能力更强，C正确；
D、与图甲相比，图乙细胞体积几乎不变（植物细胞体积是看细胞壁），D错误。
故选C。
【考点追溯】
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时,细胞液中的水就透过原生质层进入外界溶液中,使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。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。(P65)
3.（2025·山东·高考真题）生长于NaCl浓度稳定在100 mmol/L的液体培养基中的酵母菌，可通过离子通道吸收Na+，但细胞质基质中Na+浓度超过30 mmol/L时会导致酵母菌死亡。为避免细胞质基质Na+浓度过高，液泡膜上的蛋白N可将Na+以主动运输的方式转运到液泡中，细胞膜上的蛋白W也可将Na+排出细胞。下列说法错误的是（ ）
A.Na+在液泡中的积累有利于酵母细胞吸水
B.蛋白N转运Na+过程中自身构象会发生改变
C.通过蛋白W外排Na+的过程不需要细胞提供能量
D.Na+通过离子通道进入细胞时不需要与通道蛋白结合
【答案】C
【分析】主动运输的特点：逆浓度梯度、需要载体蛋白、消耗能量。主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。
【详解】A、Na+在液泡中的积累，细胞液浓度增加，从而有利于酵母细胞吸水，A正确；
B、液泡膜上的蛋白N可将Na+以主动运输的方式转运到液泡中，作为载体蛋白，蛋白N转运Na+过程中自身构象会发生改变，B正确；
C、为避免细胞质基质Na+浓度过高，液泡膜上的蛋白N可将Na+以主动运输的方式转运到液泡中，细胞膜上的蛋白W也可将Na+排出细胞，外排Na+也是主动运输，需要细胞提供能量，C错误；
D、Na+通过离子通道进入细胞时，Na+不需要与通道蛋白结合，D正确。
故选C。
【考点追溯】
转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。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;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。(P66~67)
4.（2025·陕晋青宁卷·高考真题）丙酮酸是糖代谢过程的重要中间物质。丙酮酸转运蛋白（MPC）运输丙酮酸通过线粒体内膜的过程如下图。下列叙述错误的是（ ）
A.MPC功能减弱的动物细胞中乳酸积累将会增加
B.丙酮酸根、H+共同与MPC结合使后者构象改变
C.线粒体内外膜间隙pH变化影响丙酮酸根转运速率
D.线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度差越大其转运速率越高
【答案】D
【分析】结合图示分析，丙酮酸根的运输速率受MPC数量、H+浓度以及丙酮酸根数量等多种因素的影响。
【详解】A、MPC功能减弱会抑制丙酮酸进入线粒体，就会有更多的丙酮酸在细胞质基质中进行无氧呼吸，从而导致产生更多的乳酸，动物细胞中乳酸积累将会增加，A正确；
B、结合图示可知，丙酮酸分解形成丙酮酸根和H+，两者共同与MPC结合使MPC构象改变，从而运输丙酮酸根和H+，B正确；
C、结合图示可知，H+会协助丙酮酸根进入线粒体，pH的变化受H+浓度的影响，因此线粒体内外膜间隙pH变化影响丙酮酸根转运速率，C正确；
D、丙酮酸根的运输需要丙酮酸转运蛋白（MPC）的参与，且需要H+电化学梯度（H+浓度差），因此丙酮酸根的运输效率不仅受丙酮酸根浓度影响，也受MPC的数量及H+浓度的影响，因此并不是线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度差越大其转运速率越高，D错误。
故选D。
【考点追溯】
转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。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;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。(P66~67)
5.（2025·江苏·高考真题）研究小组开展了Cl-胁迫下，添加脱落酸（ABA）对植物根系应激反应的实验，机理如图所示。下列相关叙述错误的有（ ）
A.Cl-通过自由扩散进入植物细胞
B.转运蛋白甲、乙的结构和功能相同
C.ABA进入细胞核促进相关基因的表达
D.细胞质膜发挥了物质运输、信息交流的功能
【答案】ABC
【分析】自由扩散的方向是从高浓度向低浓度，不需载体和能量，常见的有水、CO2、O2、甘油、苯、酒精等；协助扩散的方向是从高浓度向低浓度，需要转运蛋白，不需要能量，如红细胞吸收葡萄糖；主动运输的方向是从低浓度向高浓度，需要载体蛋白和能量，常见的如小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸、葡萄糖，K+等。
【详解】A、由图可知，Cl-借助转运蛋白甲顺浓度梯度进入植物细胞，属于协助扩散，A错误；
B、转运蛋白甲是协助Cl-顺浓度梯度进入植物细胞，转运蛋白乙（载体蛋白）协助Cl-逆浓度排出植物细胞，两者的结构和功能不同，B错误；
C、由图可知，ABA与细胞质膜上的受体结合，没有进入细胞，通过信号转导促进细胞核相关基因的表达，C错误；
D、细胞质膜实现了跨膜运输Cl-及接受ABA的信息分子，发挥了物质运输、信息交流的功能，D正确。
故选ABC。
【考点追溯】
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,这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。(P65)
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