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第4章 细胞的物质输入和输出
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(1)植物通过渗透作用从溶液中吸收K＋。( )
(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。( )
(3)红细胞吸水与失水的多少取决于红细胞内外溶液浓度的差值。( )
(4)植物细胞内的液体环境主要指的是细胞质基质中的细胞液。( )
×
×
√
×
(5)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。( )
(6)自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和能量。( )
(7)协助扩散的速率与膜两侧的浓度差呈正比。( )
(8)载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机理不一样。( )
×
×
×
√
(1)氧气浓度的高低对细胞逆浓度梯度吸收物质不造成影响。( )
(2)温度影响主动运输的速率，也影响被动运输的速率。( )
(3)主动运输过程中载体蛋白的空间结构不发生改变。( )
×
√
×
(4)大分子有机物要通过载体蛋白的协助才能进入细胞内。( )
(5)需要消耗能量才能进行的运输方式都是主动运输。( )
(6)蛋白质通过主动运输的方式分泌到细胞外。( )
(7)胞吞和胞吐与细胞膜上的蛋白质有关。( )
×
×
×
√
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渗透作用及其现象分析
1.1
1.概念：水分子(或其他溶剂分子)通过 的 ，称为渗透作用。
2.渗透装置
半透膜
扩散
(1)液面上升的原因：____________________________________________
__________________________________________________。
(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。
单位时间由烧杯中通过半透膜进入漏斗中的水分子数>单位时间由漏斗中通过半透膜进入烧杯中的水分子数
3.渗透作用发生的条件
(1)具有 。
(2)半透膜两侧的溶液存在 。
半透膜
浓度差
图A、图B分别表示渗透作用装置，据图回答下列问题：
(1)图A中渗透达到平衡，半透膜两
侧 (填“有”或“没有”)水分子
的进出。
(2)图A中，若S1、S2中溶质不能通
过半透膜，则Δh不变时，S1、
S2溶液浓度的大小关系为S1 S2(填“>”“<”或“＝”)。
拓展 提升科学思维
有
>
(3)在图B所示的U型玻璃管内，左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。初始时两管中液面相平，假设溶质分子不能透过半透膜。
①一段时间后，两管中液面的变化为左管液面 ，右管液面 (填“升高”“降低”或“不变”)。
②液面高度稳定后再同时向两管内加入等量的麦芽糖酶，两管中液面的变化分别为左管液面 ，右管液面 (填“升高”“降低”或“不变”)。
升高
降低
降低
升高
动物细胞和植物细胞的吸水和失水
1.2
1.动物细胞的吸水和失水
细胞膜
细胞质
吸水膨胀
失水皱缩
动态平衡
2.成熟植物细胞的吸水和失水
全透
小
细胞质
半透膜
大
液泡
(1)当外界溶液浓度> 时，细胞失水，发生 现象。
(2)当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞 ，失水的细胞发生_______
_______现象。
(3)当外界溶液浓度 细胞液浓度时，水分子进出平衡，细胞保持原态。
提醒　当在显微镜下观察到细胞处于质壁分离状态时，细胞可能正在失水，可能正在吸水，可能处于平衡状态，也可能已死亡。
细胞液浓度
质壁分离
吸水
质壁分
离复原
＝
源于必修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。
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
观察植物细胞的质壁分离和复原
1.3
1.实验原理
内因
(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于____________
(2)原生质层比细胞壁伸缩性___
外因： 和外界溶液存在浓度差，细胞能渗透吸水和失水。
2.实验材料： 的洋葱鳞片叶 细胞。
一层半透膜
大
细胞液
紫色
外表皮
3.实验步骤
及现象
细胞壁
逐渐变小
变深
清水
逐渐变大
变浅
4.实验结论
(1)当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞 ，发生 。
(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。
失水
质壁分离
大于
吸水
下图表示正在进行质壁分离的紫色洋葱细胞，请分析并回答相关问题：
(1)实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？为什么选此细胞？
拓展 提升科学思维
提示　不一定。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，便于观察。
(2)b的大小和颜色如何发生变化？
提示　b逐渐变小，颜色逐渐加深。
(3)该实验无独立的对照组，为什么还叫对照实验？
提示　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。
各种物质出入细胞方式的比较
2.1
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
是否需 要(消耗) 蛋白质 不需要 _____ 需要 _____ 需要
能量 不消耗 _______ _____ _____ _____
1.物质进出细胞的方式
高浓度→低浓度
细胞外→
细胞内
需要
需要
不消耗
消耗
消耗
消耗
模型
举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯 人的红细胞吸收 、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
影响 因素 浓度差 浓度差；转运蛋白的种类和数量 载体蛋白种类和数量；能量 温度；能量 葡萄糖
(1)源于必修1 P70 “与社会的联系”：囊性纤维化是细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Cl－的跨膜运输，说明这种结构蛋白属于细胞膜上的 ，也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过 来实现的。
(2)源于必修1 P71“相关信息”：胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解。
载体蛋白
细胞膜上载体蛋白的种类和数量
(3)源于必修1 P72概念检测T2：果脯在腌制过程中慢慢变甜_____
(填“是”或“不是”)细胞通过主动运输吸收糖分的结果。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
2.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。实例：水分子可以借助水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。
自身结合部位
自身构象
形状
不需要
3.主动运输的过程
(1)Na＋、K＋和Ca2＋等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时，首先要与膜上 结合，一种载体蛋白通常只适合与________
___离子或分子结合。
(2)离子或分子与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的 推动下，载体蛋白的 发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧 到另一侧并 出来。
(3)载体蛋白随后 ，又可以去转运 物质的其他离子或分子。
载体蛋白的特定部位
一种或一
类
能量
空间结构
转运
释放
恢复原状
同种
4.主动运输的意义
通过主动运输来选择吸收 ，排出 和对细胞_____
的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。
所需要的物质
代谢废物
有害
物质浓度主要影响自由扩散和协助
扩散。自由扩散中，物质浓度越大，
运输速率越 ；协助扩散中，物质
浓度达到一定程度后运输速率不再
继续增加，原因是受 数量的限制；主动运输中，物质浓度达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受 的限制。
1.物质浓度对物质跨膜运输的影响
大
转运蛋白
载体蛋白的数量或能量
2.氧气含量对物质跨膜运输的影响
氧气含量通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。
(1)P点时：无氧呼吸为物质的运输提供能量。
(2)PQ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
率越大。
(3)Q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限制因素的影响，运输速率不再增加。
3.温度对物质跨膜运输的影响
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运用结构与功能观理解物质跨膜运输的方式
生物膜的选择透过性是生物膜的生命属性，生物膜的生命属性既因为其成分中含有蛋白质等生物活性物质，还因为生物膜本身的形成和维持是以细胞中多种结构和生理过程为基础。
1．(2023·泉州期中)物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要。小分子物质跨膜运输主要有3种途径：自由扩散、协助扩散和主动运输。如图是各种物质跨膜运输方式的特点的模式图。据图分析下列相关叙述不正确的是(　 )
A．自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度进行跨膜转运，也都不需要细胞
提供能量
B．自由扩散不需要膜转运蛋白协助，而协助扩散需要膜转运蛋白的协助
C．主动运输物质逆浓度梯度进行跨膜转运，都需要线粒体提供能量
D．载体蛋白既能够执行协助扩散，又能够执行主动运输，而通道蛋白只
能执行协助扩散
√
2．如图为绿色植物叶肉细胞的细胞膜亚显微结构示意图，其中a、b、c、d代表被运输的物质，①②③④代表物质的运输方式，甲、乙、丙代表物质或结构，ATP表示细胞代谢产生的能量。请据图分析，下列说法错误的是(　 )
A．据图判断，A侧是细胞的外侧，细胞膜能将细胞与外界环境分隔开
B．水分子进出细胞的方式有①和②，大部分水分子是通过方式①进出细胞的
C．与③方式相比，④方式必须消耗细胞代谢产生的能量
D．④方式能够保证活细胞按照生命活动的需要，主动选择吸收所需的营养物质、排出代谢废物和对细胞有害的物质
√
模型法分析处于不同外界溶液中植物细胞的变化曲线
将成熟的植物细胞依次浸
于蒸馏水、 物质的量浓度为0.3 mol/L的
蔗糖溶液和0.5 mol/L的尿素溶液中，
原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)
的体积随时间变化如图，分析如下：
(1)A曲线表示细胞在蒸馏水中：细胞略膨胀，但是由于细胞壁的存在，原生质体的体积不能无限膨胀。
(2)B曲线表示细胞在0.5 mol/L的尿素溶液中：细胞先因渗透失水而发生质壁分离，后由于尿素分子能进入细胞，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原。KNO3、甘油、乙二醇等溶液中也可发生质壁分离后自动复原现象。
(3)C曲线表示细胞在0.3 mol/L的蔗糖溶液中：蔗糖不能进入细胞，因此质壁分离后细胞不能发生自动复原。
1．如图所示曲线表示将完全相同的两个植物细胞分别放在A、B溶液中，细胞失水量的变化情况。下列相关叙述错误的是(　 )
A．该细胞可以是根尖分生区的细胞
B．若B溶液的浓度稍减小，则曲线中b点左移
C．用一定浓度的KNO3溶液代替B溶液，可得到类似的结果
D．曲线ab段表明细胞液浓度在逐渐减小
答案：A　
解析：据图中曲线变化可知，在A、B溶液中细胞发生了质壁分离，该细胞应该是具有中央液泡的成熟植物细胞，不可能是根尖分生区的细胞，A错误；
2．(2023·广州期末)将相同的植物根毛区细胞置于一定浓度的蔗糖溶液或KNO3溶液中后，原生质体的体积随时间的变化如图所示(最终不再变化)。下列分析正确的是(　 )
A．①是蔗糖溶液中的变化，②是KNO3溶液中的变化
B．原生质体最终体积b与溶液初始浓度无关
C．若用甘油溶液，原生质体的体积变化可与①或②相似
D．①曲线中的细胞，a时刻细胞液浓度最大
答案：C　
解析：①是KNO3溶液中的变化，②是蔗糖溶液中的变化，A错误；
原生质体最终体积b与溶液初始浓度有关，B错误；
若用甘油溶液，当溶液浓度过高时，原生质体的体积变化可能与②相似，当甘油浓度相对较高时，原生质体的体积变化可能与①相似，C正确；
①曲线中的细胞，a时刻之前的拐点时细胞液浓度最大，D错误。
(一)质壁分离在探究实验中的应用
1．测定细胞液浓度范围
2．比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
3．鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
1．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(　 )
细胞种类 甲细胞 乙细胞 丙细胞
细胞状态 刚发生质壁分离 没有发生质壁分离 质壁分离现象明显
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
√
2．(2023·太原期中)用质壁分离的方法测定紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度的实验中，把相同大小的紫色洋葱鳞片叶外表皮(等量)分别放入下面各组溶液中，结果如表所示。
培养皿 1 2 3 4 5 6
蔗糖溶液浓度/(mol/L) 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
开始发生质壁分离 的细胞所占比例/% 0 0 15 40 80 99
(1)实验时为什么选紫色洋葱鳞片叶外表皮作实验材料？____________________________________________________________。
(2)植物细胞发生质壁分离时，细胞壁不能与原生质层一起收缩的原因是_____________________________________________。
(3)由表中数据可确定该洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度范围为________。
(4)在此实验的基础上，怎样设计一个更精确的测定方法？___________________________________________________。
答案：(1)紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞具有中央液泡且细胞液为紫色，易于观察实验现象　(2)细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性　(3)0.3～0.4 mol/L　(4)在0.3～0.4 mol/L范围内配制一系列浓度梯度更小的蔗糖溶液再分别进行实验
(二)物质跨膜运输方式的实验探究
1．实验原理
根据主动运输和被动运输的条件：能量和转运蛋白，确定实验的自变量。
2．实验方法
(1)探究是主动运输还是被动运输的方法
(2)探究是自由扩散还是协助扩散的方法
3．(2023·合肥期末)某生物兴趣小组选用生理状况相同的柽柳根，一定浓度的X溶液、X载体蛋白抑制剂和呼吸酶抑制剂进行了如下三组实验(每组均选用了6条柽柳根且培养相同时间后进行测定)，以探究柽柳根对X的吸收方式。下列分析错误的是(　 )
甲组：柽柳根＋X溶液→一段时间后测定X溶液浓度，计算出X吸收速率
乙组：柽柳根＋X溶液＋X载体蛋白抑制剂→一段时间后测定X溶液浓度，计算出X吸收速率。
丙组：柽柳根＋X溶液＋呼吸酶抑制剂→一段时间后测定X溶液浓度，计算出X吸收速率。
A．甲组为对照组，仅分析甲组的实验结果不能确定柽柳根对X的吸收方式
B．若乙组溶液中X的吸收速率比甲组的低，说明X被吸收的方式为协助扩散
C．若丙组溶液中X的吸收速率与甲组的相等，说明X被吸收的方式为被动运输
D．若乙、丙两组溶液中X的吸收速率均比甲组的低，说明X被吸收的方式为主动运输
√
4. 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)。请据图回答下列问题。
(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作用进出细胞
(2)载体蛋白数量饱和或能量不足
(3)实验思路：将某植物根细胞平均分为甲、乙两组，然后放在相同且适宜的条件下培养，甲组不作处理，乙组加入细胞呼吸抑制剂，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。
(一)珍爱生命·健康生活
1．外泌体是一种由活体细胞通过胞吐方式释放的小囊泡，具有细胞通讯作用，在神经系统退行性疾病的发生、发展过程中具有重要作用。外泌体的释放过程：细胞膜内化形成胞内体，胞内体聚集形成多泡体(MVBs)，MVBs与亲本细胞膜融合，通过胞吐作用将外泌体排出细胞。小GTP酶蛋白通过影响MVBs膜与细胞膜的融合促进外泌体分泌。下列有关外泌体的说法错误的是(　 )
A．外泌体是一种分泌到细胞外的囊泡
B．MVBs膜与细胞膜的融合需要蛋白质的参与
C．细胞呼吸的快慢不影响外泌体的释放
D．具有通讯作用的外泌体必定含有信号分子
√
2．如图表示口服药物进入小肠后常见的跨膜转运方式，主要包括细胞间途径(图中A)和跨膜途径；跨膜转运分为被动转运(图中B)和转运体介导的跨膜转运，而转运体介导的跨膜转运分为摄入型转运体介导的跨膜转运(图中C)和外排型转运体介导的跨膜转运(图中D)，OATP和P- gp是两种膜转运蛋白。据图分析，下列叙述正确的是(　 )
A．甲侧为小肠上皮细胞的膜外，乙侧为小肠上皮细胞的膜内
B．由于小肠上皮细胞间紧密联系，因此药物只能通过穿透细胞的方式运进机体
C．药物跨膜转运方式与药物本身的性质有关，蛋白质类药物可能通过C途径吸收
D．抑制P-gp的功能可缓解药物吸收障碍而造成的口服药效降低
√
(二)科普成果·激励创新
3．(2023·十堰期末)CLAC通道是细胞应对内质网中Ca2＋超载的一种保护机制，可避免由Ca2＋浓度过高引起的内质网功能紊乱。CLAC通道功能的实现依赖一种位于内质网上的跨膜蛋白TMCO1，这种膜蛋白通常稳定存在，可以感知内质网中过高的Ca2＋浓度并形成具有Ca2＋通道活性的四聚体，主动将内质网中过多的Ca2＋释放到细胞质基质中，当内质网中的Ca2＋浓度下降到与细胞质基质中的Ca2＋浓度接近时四聚体解聚，钙通道活性消失。下列分析错误的是(　 )
A．哺乳动物的血液中Ca2＋含量太低，动物会出现抽搐等症状
B．Ca2＋运入内质网的方式可能为主动运输，Ca2＋运出内质网的方式为协助扩散
C．当TMCO1的结构异常时，可能会影响蛋白质等大分子物质的加工和运输
D．当TMCO1的钙通道活性消失时，四聚体解聚，转运蛋白TMCO1水解为氨基酸
√
(三)科学实践·应用发展
4．为探究某泌盐植物的泌盐方式为主动运输还是被动运输，某兴趣小组设计了甲(实验组)、乙(对照组)两组实验，一段时间后测定植物泌盐量。下列叙述错误的是(　 )
A．甲、乙两组应选择生长状况相似的植物为实验材料
B．乙组叶肉细胞正常呼吸，甲组施用细胞呼吸抑制剂
C．若测得甲、乙泌盐量相同，则泌盐方式为自由扩散
D．若测得甲组植物的泌盐量小于乙组，则泌盐方式为主动运输
√
5．植物若要正常生存，就需要将光合作用产生的蔗糖通过维管组织分配 到非光合组织(如根)中去。在此之前，需要先将蔗糖逆浓度梯度转运至叶脉专门的细胞中，此过程需借助质子-蔗糖共转运蛋白，如图所示。下列说法正确的是(　 )
A．图中所示运输过程主要体现了细胞膜的结构特点
B．质子-蔗糖共转运蛋白能转运蔗糖和H＋，说明载体蛋白不具有特异性
C．H＋和蔗糖通过质子-蔗糖共转运蛋白进入细胞的过程与ATP无关，属于协助扩散
D．质子泵的存在使细胞内外的H＋浓度差得以维持
√
课前热身
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1.(2022·浙江6月选考，11)“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验中，用显微镜观察到的结果如图所示。下列叙述正确的是
A.由实验结果推知，甲图细胞是有
活性的
B.与甲图细胞相比，乙图细胞的细
胞液浓度较低
C.丙图细胞的体积将持续增大，最终涨破
D.若选用根尖分生区细胞为材料，质壁分离现象更明显
√
2.(2021·广东，13)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
√
3.(2020·江苏，5)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
√
4.(2021·山东，2)液泡是植物细胞中储存Ca2＋的主要细胞器，液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存。下列说法错误的是
A.Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散
B.Ca2＋通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺
C.加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢
D.H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
√

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