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第6讲　细胞的物质输入和输出
[课程导学]
内容要求 2.1.1.阐明细胞膜具有选择透过性。2．1.2.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。2．1.3.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。实验：观察植物细胞的质壁分离和复原。
与旧教材对比 增：①渗透作用概念及方向；②影响自由扩散和协助扩散运输速率的因素；③胞吞、胞吐的实例。删：物质跨膜运输的其他实例。改：①被动运输和协助扩散的概念；②胞吞、胞吐属于物质的跨膜运输方式。强化：胞吞、胞吐由小字改为宋体。
考点一　水进出细胞的原理
1．渗透作用
2．动物细胞的吸水和失水
　渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态。平衡状态下，水分子向两侧移动的速率相等，不可看作没有水分子移动，此时半透膜两侧溶液浓度也不一定相等。
3．植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
　(1)原生质层≠原生质体，半透膜≠选择透过性膜。
(2)植物具有大液泡说明该细胞已高度分化，为成熟植物细胞，失去分裂能力。
(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。(　　)
(7)无机盐离子都是逆浓度梯度跨膜运输的。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√
(7)×
1．(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____________薄膜，物质能否通过取决于________________；选择透过性膜是________的生物膜，其对不同物质的通过性不仅取决于________________，还与________________有关。因此细胞膜和半透膜类似，又有所不同。
提示：无生命的物理性　微粒的大小　具有活性　分子大小　细胞的需求
2．(必修1 P67拓展应用T2)温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？请提出假设，并设计检验该假设的实验方案。
_______________________________________________________________。
提示：会。在一定温度范围内，升高温度会加快水分通过半透膜的速率；而降低温度则减缓水分通过半透膜的速率。实验方案设计如下：按教材第62页中的“渗透现象示意图”组装好三组装置。在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温；在第二组烧杯外加冰块降温；第三组不做处理作为对照。三组装置同时开始实验，记录液面变化及时间
突破1 渗透作用的原理
核心素养 科学思维
1．下图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为在显微镜下观察到的某植物表皮细胞，下列叙述错误的是(　　)
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：选B。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的液面会高于装置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，题图中细胞失水发生了质壁分离，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。
突破2 细胞吸水和失水的原理
核心素养 科学探究
2．(不定项)(2022·山东德州六校联考)为探究不同质量浓度的溶液A和溶液B对紫色洋葱表皮细胞失水的影响，某同学进行了有关实验。实验结果如下表所示：
下列有关分析错误的是(　　)
A．在1.0 g/mL的溶液A中洋葱表皮细胞的细胞液浓度会增大
B．相同质量浓度的溶液A和溶液B的渗透压也相同
C．不同的洋葱表皮细胞的细胞液浓度可能存在差异
D．溶液浓度在0～0.2 g/mL时洋葱表皮细胞的鲜重会减少
解析：选BD。当A、B两种溶液的浓度大于0.2 g/mL时，质壁分离细胞所占的比例不同，说明A、B溶液浓度相同时两者的渗透压不同，B错误；由表可知，当溶液浓度在0～0.2 g/mL时，质壁分离细胞所占比例为0%，洋葱表皮细胞可能吸水，细胞的鲜重可能增加，D错误。
3．将若干生理状况基本相同，长度为4 cm的鲜萝卜条分为四组，分别置于清水(对照组)和浓度相同的三种溶液中(实验组)，尿素溶液、KNO3溶液和蔗糖溶液分别编号为1、2、3组。测量每组萝卜条的平均长度，结果如下图所示。据图分析并回答下列问题：
(1)实验组中是否都发生了质壁分离和复原现象？说出判断依据是
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)1组中的尿素分子和2组中的K＋、NO都进入了细胞，进入的方式分别为
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(3)3组中，如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条会不会一直缩短？________，理由是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：(1)不是，3组只发生了质壁分离。据题图分析可知，在尿素溶液中，萝卜条长度先变短再变长，最后保持原来的长度不变，说明细胞先失水，后来由于尿素进入细胞，细胞吸水复原；在KNO3溶液中，萝卜条长度先变短再变长，最后保持原来的长度不变，说明细胞先失水，后来K＋、NO进入细胞，细胞吸水复原；在蔗糖溶液中，萝卜条长度因失水变短，细胞只发生了质壁分离
(2)尿素的运输方式是自由扩散，而K＋、NO进入细胞的方式是主动运输
(3)不会　如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条会缩短，但由于细胞壁的支持和保护作用，萝卜条不可能无限缩短
考点二　物质跨膜运输的方式
1．被动运输
2．主动运输
[提醒]　某物质进出细胞的方式并非固定的一种。如葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散，而葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输，要视具体情况而定。再如静息电位形成时K＋外流与动作电位形成时Na＋内流均为协助扩散；但K＋、Na＋在其他细胞中的跨膜运输一般为主动运输。
3．胞吞与胞吐
[提醒]　被动运输和主动运输都体现了细胞膜的选择透过性；胞吞、胞吐都体现了细胞膜的流动性。
(1)Na＋与有关载体蛋白结合排出神经细胞属于主动运输。(　　)
(2)以胞吐的方式排出细胞的物质不一定都是生物大分子。(　　)
(3)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。(　　)
(4)人红细胞吸收胆固醇与吸收葡萄糖的相同点是需要载体蛋白的协助。(　　)
(5)新生儿从乳汁中获得抗体需要消耗能量。(　　)
(6)激素都必须通过主动运输进入细胞内才能完成对细胞代谢的调节。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
1．(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________的功能发生异常。
提示：载体蛋白
2．(必修1 P71相关信息)胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被________降解。
提示：溶酶体
3．(必修1 P72与社会的联系)变形虫既能通过________摄取单细胞生物等食物，又能通过________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________作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，通过________作用“吃掉”肠壁组织细胞。
提示：胞吞　胞吐　胞吐　胞吞
4．(必修1 P72概念检测T2改编)果脯在腌制过程中慢慢变甜，是细胞通过主动运输吸收糖分的结果吗？说明理由。
_______________________________________________________________。
提示：不是。腌制果脯时由于细胞外液浓度过高，细胞失水死亡，然后糖分大量进入细胞才导致果脯慢慢变甜，不是细胞主动吸收糖分的结果
1．“四看法”快速判断物质运输方式
2．不同因素对物质跨膜运输的影响
(1)影响因素
(2)曲线分析
3．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
突破1 物质进出细胞的方式
核心素养 生命观念
1．(2022·河北衡水高三月考)下图是物质进出细胞方式的概念图，对图示分析正确的是(　　)
A．据图可确定①为不耗能、需转运蛋白的协助扩散
B．③和④两种方式的共同特点是顺浓度梯度运输物质
C．母乳中的免疫球蛋白可通过②两种方式被吸收
D．甘油分子进入细胞的方式为①
解析：选B。分析题图可知，①为主动运输，需要载体蛋白的协助和消耗能量，A错误；③和④分别表示协助扩散和自由扩散，均属于被动运输，两种方式的共同特点是顺浓度梯度运输物质，B正确；母乳中的免疫球蛋白为大分子，需要通过胞吞的方式进入细胞，C错误；甘油分子进入细胞的方式为自由扩散，而①为主动运输，D错误。
2.(2022·山西太原高三月考)某细胞对氨基酸、钠离子、葡萄糖和氧气的吸收方式的比较结果如右图所示，四种物质在细胞膜内外的浓度情况未标出。已知细胞膜上的“●、◆”为载体蛋白，氨基酸以主动运输的方式进入该细胞。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．同一载体蛋白运输的物质可能不止一种
B．葡萄糖进入红细胞的方式与进入该细胞的方式相同
C．氧气进入该细胞既不需要载体，也不消耗能量
D．氨基酸可逆浓度梯度进入该细胞且要消耗能量
解析：选B。葡萄糖进入该细胞需要载体和消耗能量，所以其进入该细胞的方式为主动运输，而葡萄糖进入红细胞的方式为协助扩散，B错误。
突破2 影响物质跨膜运输的因素
核心素养 科学思维、科学探究
3．(2022·甘肃白银高三期中)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，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
解析：选A。题图中①③④⑤分别表示自由扩散、被动运输、主动运输、自由扩散，②⑥表示协助扩散或主动运输。氧气通过自由扩散的方式进出细胞，与此相符的是①③⑤，A正确；葡萄糖通过协助扩散的方式进入红细胞，与此相符的是②③⑥，B错误；K＋进入神经细胞的方式是主动运输，与图中②④⑥相符，C错误；蛋白质通过胞吞和胞吐进出细胞，D错误。
4．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。请据图分析并回答下列问题：
(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)实验得到下图所示的结果。
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
[事实概述类]
1．[2021·全国甲，T29(2)]细胞外的K＋能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由________复合物构成的，其运输的特点是___________________(答出1点即可)。
答案：蛋白质　一种离子通道只允许一种离子通过
2．[2016·全国Ⅰ，T31(3)]免疫细胞行使免疫功能时，会涉及胞吞和胞吐这两种物质跨膜运输方式，这两种方式的共同点有__________________________
_______________________________________________________________
(答出两点即可)。
答案：能运输生物大分子等；运输过程中形成囊泡；需要消耗能量；不需要载体
3．在长期的生物进化过程中，生物体内的细胞能够逆浓度吸收或排出物质，其意义是__________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：保证活细胞能够按照生命活动的需要主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质
4.
右图是用显微镜观察某个植物细胞的状态，此时，细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是__________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：细胞液的浓度可能大于、等于或小于外界溶液的浓度
[原因分析类]
5．[2021·全国甲，T29(3)]细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下，根细胞对K＋的吸收速率降低，原因是
______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：K＋通过载体蛋白逆浓度梯度运输需要消耗能量，呼吸抑制剂使细胞呼吸作用产生的能量减少
[判断依据类]
6．据报道，一种名为“瘦素穿肠蛋白”的药物治疗肥胖，可口服使用，以减轻肥胖症患者肌肉注射的痛苦。小肠上皮细胞吸收该药物最可能的方式是________，判断的依据是___________________________________________。
答案：胞吞　“瘦素穿肠蛋白”是一种蛋白质，属于生物大分子
7．影响离子泵运输离子的主要外界因素有O2浓度、温度，其依据是
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：离子泵运输离子消耗ATP，细胞内产生ATP的过程为细胞呼吸，O2浓度可以影响有氧呼吸，进而影响ATP的产生，最终影响离子泵运输离子；温度通过影响载体蛋白的运动和酶的活性影响离子泵运输离子
[开放思维类]
8．柽柳是一种泌盐植物，叶子和嫩枝可以将吸收的盐分排出，是强耐盐植物。柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输？请设计实验加以证明。
实验材料：柽柳幼苗若干，适宜浓度的含Ca2＋和K＋的完全培养液，细胞呼吸抑制剂，蒸馏水。
请写出实验步骤，并预测实验结果。
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答案：实验步骤：①将柽柳幼苗随机均分为甲、乙两组，分别培养在适宜浓度的含Ca2＋和K＋的完全培养液中；②甲组柽柳幼苗的培养液中加入一定量的细胞呼吸抑制剂，乙组柽柳幼苗的培养液中加入等量的蒸馏水，在适宜的条件下培养；③分别测定两组柽柳幼苗吸收Ca2＋和K＋的速率，并进行比较。
预期实验结果：若两组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率相同，则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是被动运输；若甲组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率明显小于乙组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率，则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输
考点三　观察植物细胞的质壁分离和复原
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，细胞能渗透吸水和失水。
(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大。
2．实验步骤
3．现象与结论
4．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)
5．质壁分离和复原实验的四个关键点
(1)单独观察处于质壁分离的静态图像，不能判断细胞是正在发生质壁分离还是质壁分离复原。
(2)质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，质壁分离程度越大，植物细胞吸水能力越强；质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度。
(3)质壁分离与复原过程中水分子的移动是双向的，最终表现为进或出的水分子多。
(4)本实验用显微镜观察了三次，第二次与第一次形成对照，第三次与第二次形成对照，该对照方法为自身对照。
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
解析：选B。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；步骤A制片时不需要进行解离和染色；质壁分离复原的细胞，因细胞吸水，液泡颜色变浅。
2．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，三个细胞的状态如下表所示：
细胞种类 细胞状态
甲细胞 刚发生质壁分离
乙细胞 没有发生质壁分离
丙细胞 质壁分离现象明显
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
解析：选 B。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；由于乙细胞没有发生质壁分离，故实验后乙细胞的细胞液浓度≥原蔗糖浓度，而甲和丙细胞发生质壁分离，细胞失水，外界溶液浓度变小，细胞形态不再发生变化时，实验后甲、丙细胞液浓度和实验后蔗糖溶液浓度相等，故实验后乙细胞的细胞液浓度最大，C、D错误。
3．(不定项)图甲是人的红细胞长时间处在不同浓度的NaCl溶液中，红细胞的体积(V)与初始体积(V0)之比的变化曲线；图乙是某植物细胞在一定浓度的NaCl溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析正确的是(　　)
　　
A．从图甲可见250 mmol·L－1NaCl溶液会影响人红细胞的代谢
B．图乙中植物细胞体积的变化是先减小后增大
C．图乙中A点细胞失水量最大，此时细胞吸水能力最弱
D．人红细胞长时间处在300 mmol·L－1NaCl溶液中可能会死亡，图乙中的处理时间内细胞一直有生物活性
解析：选AD。植物细胞由于细胞壁的存在，细胞体积几乎不变；图乙中，A点细胞失水量最大，细胞液浓度最大，此时细胞吸水能力最强。
1．(2021·高考湖南卷)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是(　　)
A．施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关
B．质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁
C．质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低
D. 1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
解析：选D。1 mol/L NaCl溶液中含1 mol/L的Na＋和1 mol/L的Cl－，即溶质微粒浓度为2 mol/L，而1 mol/L蔗糖溶液中的溶质为蔗糖分子，不可再拆分，故1 mol/L NaCl溶液的渗透压大于1 mol/L蔗糖溶液的渗透压，D错误。
2．(2021·高考广东卷)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，如图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是(　　)
A．比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后
B．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
C．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
D．推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
解析：选A。滴加蔗糖溶液③后保卫细胞气孔张开程度比初始状态更大，推测蔗糖溶液③的浓度低于保卫细胞的细胞液浓度，滴加蔗糖溶液③后有更多的水分子进入保卫细胞，故蔗糖溶液③处理后的保卫细胞细胞液浓度＜蔗糖溶液①处理后的保卫细胞细胞液浓度，A错误。
3．(2021·高考河北卷)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(　　)
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：选D。人体成熟红细胞内没有细胞核和核糖体等细胞器，不能合成蛋白质，因此成熟红细胞表面的糖蛋白不能更新，D错误。
4．(2020·高考江苏卷)如图①～⑤表示物质进、出小肠上皮细胞的几种方式，下列叙述正确的是(　　)
A．葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同
B．Na＋主要以方式③运出小肠上皮细胞
C．多肽以方式⑤进入细胞，以方式②离开细胞
D．口服维生素D通过方式⑤被吸收
解析：选A。由图示可知，葡萄糖进入小肠上皮细胞时逆浓度梯度运输，该运输方式属于主动运输，葡萄糖运出小肠上皮细胞时顺浓度梯度运输且需要载体，该运输方式为协助扩散，A正确；据图可知，Na＋主要以方式②(主动运输)运出小肠上皮细胞，B错误；多肽以方式⑤(胞吞)进入细胞，以胞吐的方式离开细胞，C错误；维生素D为固醇类物质，口服维生素D通过方式④(自由扩散)被吸收，D错误。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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