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1．(2022·湖北卷)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白，硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是( B )
A．经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀
B．经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小
C．未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀
D．未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小
解析： 经AgNO3处理的红细胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通过自由扩散的形式进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会失水变小，A正确，B错误；未经AgNO3处理的红细胞，水可通过水通道蛋白快速进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小，CD正确。
2．(2022·浙江卷)“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 )
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，最终胀破
D．若选用根尖分生区细胞为材料，质壁分离现象更明显
解析： 能发生质壁分离的细胞应为活的植物细胞，据图分析，从甲到乙发生了质壁分离现象，说明甲细胞是活细胞，A正确；乙图所示细胞发生质壁分离，该过程中细胞失水，故与甲图相比，乙图细胞的细胞液浓度较高，B错误； 由于有细胞壁的限制，丙图细胞体积不会持续增大，且不会涨破，C错误； 根尖分生区细胞无中央大液泡，不能发生质壁分离现象，D错误。
3．(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；水分交换前，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。
4．(2021·广东高考)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，下图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是( A )
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：通过分析可知，①细胞处吸水量少于③处细胞，说明保卫细胞细胞液浓度①处理后>③处理后，A错误；②处细胞失水，故质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中，B正确；滴加③后细胞大量吸水，故滴加③后有较多水分子进入保卫细胞，C正确；通过分析可知，推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③，D正确。故选A。
5．(2020·全国Ⅱ卷改编)下列关于生物学实验的叙述，错误的是( B )
A．观察细胞质流动时以叶绿体为参照
B．探究人体红细胞因失水而发生的形态变化时，可用肉眼直接观察
C．一定浓度的硝酸钾溶液能使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离然后自动复原
D．用细胞融合的方法探究细胞膜流动性时，可用荧光染料标记膜蛋白
解析：观察细胞质流动时以叶绿体为参照，A正确；红细胞体积微小，观察其因失水而发生的形态变化需要利用显微镜，B错误；一定浓度的硝酸钾溶液能使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离然后自动复原，C正确；细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成，用两种荧光染料分别标记两种细胞的膜蛋白分子，经过细胞融合后，两种颜色的荧光均匀分布，可以证明细胞膜具有流动性，D正确。故选B。
6．(2020·全国Ⅱ卷)取某植物的成熟叶片，用打孔器获取叶圆片，等分成两份，分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中，得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时，检测甲、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是( D )
A．甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高
B．若测得乙糖溶液浓度不变，则乙组叶细胞的净吸水量为零
C．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离
D．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组
解析：由题干信息可知，叶细胞与溶液之间无溶质交换，而甲组的甲糖溶液浓度升高，则可能是由于叶细胞的细胞液浓度大于甲糖溶液物质的量浓度，引起了细胞吸水，A正确；若乙糖溶液浓度不变，说明乙糖溶液物质的量浓度与叶细胞的细胞液浓度相等，叶细胞净吸水量为零，B正确；若乙糖溶液浓度降低，说明细胞失水，叶肉细胞可能发生了质壁分离，C正确；若乙糖溶液浓度升高，说明乙糖溶液物质的量浓度低于叶细胞的细胞液浓度，细胞吸水，而乙糖溶液的物质的量浓度约为甲糖溶液的2倍，因此叶细胞的净吸水量应是乙组小于甲组，D错误。故选D。
7．(2020·江苏卷)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 )
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：葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输，运出小肠上皮细胞的方式为协助扩散，A正确；由图示可知，Na＋主要以②主动运输的方式运出小肠上皮细胞，B错误；多肽以⑤胞吞的方式进入细胞，以胞吐方式离开细胞，C错误；维生素D属于固醇类，进入细胞的方式为④自由扩散，D错误。故选A。第2节　主动运输与胞吞、胞吐
课标要求
1．掌握区分被动运输和主动运输的方法。
2．理解主动运输对细胞生活的意义。
3．掌握胞吞、胞吐的特点及对细胞的生命活动的意义。
核心素养
1．生命观念——结构与功能观：细胞膜结构与物质运输功能的适应性。
2．科学思维——分析与综合：对比分析物质运输方式的特点，归纳异同点。
3．科学探究——根据物质运输方式的差异，设计实验探究某种物质的运输方式。
知识点一　主动运输
必备知识·夯实双基
1．概念：物质从_低浓度__一侧运输到_高浓度__一侧，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__。
2．特点：_逆__(填“顺”或“逆”)浓度梯度，_需要__(填“需要”或“不需要”)载体，_需要__(填“需要”或“不需要”)能量。
3．举例：_小肠上皮细胞吸收离子、氨基酸、葡萄糖，肾小管上皮细胞吸收无机盐离子等__。
4．意义：主动运输方式保证了活细胞能够按照_生命活动__的需要，主动选择吸收所需要的_物质__，排出_代谢废物__和对细胞有害的物质。
活|学|巧|练
1.主动运输过程中，需要载体蛋白协助和ATP提供能量。( √ )
2．植物细胞通过主动运输吸收不同矿质离子的速率都相同。( × )
3．需要消耗ATP的运输方式都是主动运输。( × )
深|入|探|讨
1.主动运输需要的能量主要通过细胞进行有氧呼吸提供。植物生长需从土壤中吸收大量无机盐。请解释在农业生产中为什么要给作物松土？
提示：松土可增加土壤中O2含量，促进有氧呼吸，有利于植物主动吸收各种无机盐离子。
2．从主动运输的条件角度分析，与主动运输有直
接关系的细胞器有哪些？
提示：提供能量的细胞器是线粒体，提供载体蛋白的细胞器是核糖体。
3．逆浓度梯度运输方式一定需要载体蛋白吗？需要转运蛋白的运输方式一定消耗能量吗？
提示：能实现逆浓度梯度运输的是主动运输，需要载体蛋白；协助扩散需要转运蛋白，但不消耗能量。
课内探究·名师点睛
1．影响主动运输的因素
(1)载体蛋白的种类和数量
①载体具有特异性：不同物质的运输所需的载体蛋白不同；不同生物膜上的载体蛋白的种类和数目不同。
②载体具有饱和性：当细胞膜上的载体运输某物质已达饱和时，细胞吸收该物质的速率不再随物质浓度的增大而增大。
③载体在运输过程中不被“消耗”，可以反复利用。
(2)能量供应：凡是能够影响能量供应(呼吸作用)的因素都影响主动运输的速率，如温度、氧气浓度等。
2．主动运输的类型
(1)直接型：直接消耗ATP的主动运输，通常称为泵(ATP驱动泵)，如Na＋－K＋泵(如图1)。
(2)间接型：利用依赖ATP的Na＋－K＋泵活动建立的细胞膜两侧Na＋的跨膜浓度梯度主动运输，如肾小管对氨基酸、葡萄糖等的重吸收(如图2)。
典|例|剖|析
典例1 下图中甲表示物质跨膜运输的示意图(1～4代表物质运输的方式)。据图回答相关问题。
(1)脂溶性的有机小分子通过图甲中的_1__(填标号)方式进入细胞，影响这种运输方式速率的因素主要是_膜两侧物质的浓度差__。
(2)图甲中2与3相比，2具有的主要特点是_逆浓度梯度运输且消耗能量__。
(3)3、4两种物质跨膜运输方式中，被转运物质不需要与转运蛋白结合的是_4__。(填标号)
(4)图甲中2方式的转运速率与能量的关系如图乙所示，则a、b两点转运速率的限制因素分别是_能量__、_载体蛋白数量__。
解析：(1)根据相似相溶的原理，脂溶性的有机小分子以自由扩散的方式进入细胞，即图甲中的1方式，由于自由扩散的特点为物质由高浓度向低浓度扩散，因此影响自由扩散的主要因素是膜两侧物质的浓度差。
(2)图甲中2为主动运输，其特点是逆浓度梯度进行运输，需要载体蛋白，消耗能量，而图甲中3为协助扩散，其特点是顺浓度梯度进行运输，需要载体蛋白，不消耗能量。
(3)图甲中3、4均为协助扩散，但4是通过通道蛋白进行的协助扩散，因此被转运物质不需要与转运蛋白结合。
(4)图乙代表主动运输转运速率与能量的关系，由图分析可知，图中a点转运速率的限制因素是能量，b点转运速率的限制因素是载体蛋白的数量。
变式训练 如下图所示，某些植物细胞利用①把细胞内的H＋运出，导致细胞外H＋浓度较高；能够依靠②和H＋浓度差把H＋和X分子运入细胞。以下叙述正确的是( C )
A．①和②的化学本质不同
B．①和②的空间结构相同
C．H＋运出细胞的方式是主动运输
D．氧气浓度对细胞吸收X分子无影响
解析：分析题图可知，①②均为转运蛋白，化学本质均为蛋白质，A项错误；蛋白质的空间结构决定功能，①②的功能不同，故可推测其空间结构也不相同，B项错误；根据图示可知，H＋运出细胞需要载体蛋白和消耗能量，故其运输方式为主动运输，C项正确；由图可知，H＋运出细胞需要消耗能量，而细胞外和细胞内的H＋浓度梯度产生的势能，又可推动细胞对H＋和X分子的吸收，氧气浓度可影响H＋外运，进而影响细胞外和细胞内H＋浓度差，从而影响对X分子的吸收，故氧气浓度对细胞吸收X分子有影响，D项错误。
知识点二　胞吞与胞吐
必备知识·夯实双基
1．概念
(1)胞吞：当细胞摄取大分子时，首先是大分子与膜上的_蛋白质__结合，从而引起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。
(2)胞吐：细胞需要外排的大分子，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。
2．特点：运输的物质一般为_大分子__，需要细胞膜上的特定_蛋白质__参与，需要_消耗能量__。
3．胞吞、胞吐模式图
4．实例
(1)胞吞：吞噬细胞吞噬病原体、单细胞动物(如草履虫、变形虫等)吞食食物颗粒等。
(2)胞吐：分泌蛋白的形成过程等。
活|学|巧|练
1.大分子有机物要通过载体蛋白的协助才能进入细胞内。( × )
2．需要消耗能量的运输方式都是主动运输。( × )
3．细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输功能具有重要意义。( √ )
深|入|探|讨
1.通过胞吞和胞吐进出细胞的物质需要穿过几层膜？
提示：0层。胞吞和胞吐是借助于膜的融合完成的，并没有穿过膜。
2．大分子物质进出细胞核属于胞吞、胞吐吗？
提示：不属于。大分子物质是通过核孔进出细胞核的，而不是通过胞吞、胞吐方式。
3．细胞内囊泡膜的来源有哪些？
提示：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜等。
课内探究·名师点睛
特别提醒：(1)胞吞和胞吐依赖于生物膜的结构特点——具有一定的流动性。
(2)胞吐过程中，会伴随有关生物膜成分的更新。
(3)消耗能量的运输方式除主动运输外，还有胞吞和胞吐。
典|例|剖|析
典例2 如图表示物质进入细胞的四种方式，有关说法错误的是( A )
A．温度只影响图中②和③过程的速率
B．吞噬细胞通过④过程吞噬病原体
C．小肠上皮细胞吸收乙醇的方式是①
D．小肠上皮细胞吸收氨基酸的方式是③
解析：图中①为自由扩散，②为协助扩散，③为主动运输，④为胞吞。温度影响分子的运动速率，影响细胞膜的流动性及呼吸酶的活性，从而影响①②③④过程，A项错误；吞噬细胞通过胞吞过程吞噬病原体，B项正确；乙醇经自由扩散进入细胞，C项正确；小肠上皮细胞通过主动运输的方式吸收氨基酸，D项正确。
变式训练 如图为受体介导的胞吞作用，根据图示，下列叙述不正确的是( A )
A．该过程以膜的选择透过性为基础才能发生
B．该过程要有细胞表面识别和内部供能才可能完成
C．构成囊泡的基本支架是磷脂双分子层
D．分泌蛋白合成和运输过程有膜成分的更新
解析：分析图示可知，囊泡的形成体现了膜的流动性，即该过程以膜的流动性为基础才能发生，A项错误；题图为受体介导的胞吞作用，即需要细胞表面的受体的识别作用和细胞内部提供能量，B项正确；囊泡膜属于生物膜，所以构成囊泡的基本支架是磷脂双分子层，C项正确；分泌蛋白合成和运输过程中囊泡膜与高尔基体膜、细胞膜融合实现了高尔基体膜、细胞膜成分的更新，D项正确。
一、物质运输方式的判断
1．结合实例直接进行判断
运输方式 实例
自由扩散 小部分水、气体(O2、CO2等)、脂溶性物质(甘油、脂肪酸、性激素、乙醇、乙二醇、苯等)进出细胞
协助扩散 葡萄糖进入红细胞、大部分水进出细胞
主动运输 无机盐离子、氨基酸、核苷酸、葡萄糖(进入红细胞除外)进出细胞
胞吐、胞吞 蛋白质的分泌、吞噬细胞吞噬抗原和细胞碎片等
2.根据分子大小及对转运蛋白、能量的需要情况进行判断(如图)
3．根据运输方向判断
顺浓度梯度的跨膜运输方式是自由扩散和协助扩散，逆浓度梯度的跨膜运输方式一定是主动运输。
4．根据达到平衡时的浓度判断
若达到平衡时细胞内外仍存在浓度差，则是主动运输，因为自由扩散和协助扩散达到平衡时，细胞内外浓度相等。
典例3 (2023·江苏南通高一期中)下图是小肠上皮细胞吸收铁离子的示意图，下列相关叙述错误的是( D )
A．蛋白1运输亚铁血红素的动力是浓度差
B．蛋白2具有催化功能
C．蛋白3运输Fe2＋的方式属于主动运输
D．蛋白4运输Fe2＋需要消耗ATP
解析：据图分析，亚铁血红素通过蛋白1进入细胞，由高浓度向低浓度运输，为协助扩散；Fe3＋在蛋白2的作用下变成了Fe2＋，说明蛋白2是酶，具有催化功能；Fe2＋通过蛋白3逆浓度梯度进入细胞，说明其运输方式为主动运输；H＋通过蛋白3顺浓度梯度进入细胞，说明其运输方式为协助扩散；蛋白4运输Fe2＋是从高浓度向低浓度运输，为协助扩散，不需要消耗ATP；蛋白5能使Fe2＋转变成Fe3＋，说明蛋白5为酶，具有催化功能。
二、影响物质跨膜运输的因素
1．影响自由扩散和协助扩散的因素
方式 影响因素 影响趋势 曲线
自由扩散 膜两侧物质的浓度差 与浓度差成正相关
协助扩散 ①膜两侧物质的浓度差；②膜上转运蛋白的种类和数量 当载体蛋白达到饱和时，物质浓度增加，物质的运输速率也不再增加
2.影响主动运输的因素
(1)载体蛋白的种类和数量：决定所运输的物质的种类和数量(如图)。载体蛋白的数量有限，当细胞膜上的载体蛋白达到饱和时，细胞吸收相应物质的速率不再随物质浓度的增大而增加。
(2)能量：凡是影响细胞产生能量的因素都能影响主动运输，如O2浓度、温度等(如图)。
注意：与O2浓度没有关系的跨膜运输方式有自由扩散和协助扩散，这两种方式都不需要细胞呼吸提供能量。
典例4 (2023·首都师范大学附属中学期末)物质进入细胞都要穿过细胞膜，不同物质穿过细胞膜的方式不同。下图表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞膜的三种不同情况。A、B、C表示的物质跨膜运输方式分别是( B )
A．主动运输、易化扩散、自由扩散
B．自由扩散、协助扩散、主动运输
C．自由扩散、简单扩散、易化扩散
D．自由扩散、协助扩散、被动运输
解析：据图分析，A曲线图细胞外浓度与运输速率成正比，属于自由扩散；B曲线图中，在一定浓度范围内，随着细胞外浓度的增加，运输速率加快，到达一定浓度时，物质跨膜运输速率不再增加，属于协助扩散；C曲线图中物质运输方向可以是低浓度运输到高浓度，属于主动运输。故选B。
学|霸|记|忆
1.主动运输既需要消耗能量，又需要载体蛋白，无机盐离子主要以主动运输方式出入细胞。
2．大分子物质或颗粒性物质进出细胞依赖于胞吞或胞吐。
3．物质跨膜运输与细胞膜的选择透过性和流动性有关。
1．(2023·醴陵二中、醴陵四中两校联考)下列关于物质跨膜运输实例的说法，不正确的是( C )
A．葡萄糖进入红细胞属于协助扩散，图表示钾离子进入细胞的方式
B．植物细胞的原生质层相当于一层半透膜
C．小分子物质都能通过细胞膜，大分子物质则不能
D．细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量梯度跨膜运输的过程
解析：图示物质运输过程需要消耗能量，属于主动运输方式，钾离子通过主动运输进入细胞，A项正确；植物细胞的原生质层具有选择透过性，相当于一层半透膜，B项正确；小分子不一定能通过细胞膜，大分子物质可通过胞吞、胞吐进出细胞，C项错误；水分子通过被动运输进出细胞，细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量梯度跨膜运输的过程，D项正确。
2．(2023·浙江宁波高一质检)下图为物质出入细胞的某种方式的示意图。下列叙述错误的是( C )
A．该过程体现了细胞膜的流动性
B．人体细胞存在这种物质进入细胞的方式
C．这种方式转运的物质是大分子物质
D．在细胞质中出现的小泡可与溶酶体融合
解析：图示为胞吞过程，体现了细胞膜的流动性，A项正确；人体细胞存在这种物质进入细胞的方式，如吞噬细胞吞噬抗原，B项正确；胞吞、胞吐也会转运小分子物质，如乙酰胆碱、去甲肾上腺素等，C项错误；在细胞质中包裹着衰老细胞器的小泡可与溶酶体融合，D项正确。
3．图1表示物质进出细胞的几种方式；图2表示用相同的培养液培养水稻和番茄一段时间后，测得的培养液中各种离子(Mg2＋、Ca2＋、SiO)的浓度。
请根据图回答问题：
(1)细胞膜功能的主要承担者是_蛋白质(或膜蛋白)__，大分子物质进出细胞只能依靠胞吞和胞吐，这依赖于细胞膜具有_一定的流动性__。
(2)在图1中的a～e的五种过程中，代表主动运输的是_a、e__，能表示乙醇运输过程的是_b__，能表示K＋从血浆进入红细胞过程的是_a__。
(3)从图2中可以看出番茄生长过程中需求量最大的离子是_Ca2＋__，水稻需求量最大的离子是_SiO__，说明不同植物细胞对离子的吸收具有_选择性__，这与细胞膜上的_载体蛋白的种类__有关。
(4)水稻培养液里的Mg2＋和Ca2＋浓度高于初始浓度，原因是_水稻细胞吸收水分的速率大于吸收离子的速率(或水稻细胞吸收水分的比例大于吸收离子的比例)__。
解析：(1)蛋白质是细胞膜功能的主要承担者，大分子物质进出细胞只能依靠胞吞和胞吐，说明细胞膜具有一定的流动性。
(2)图1中a、e过程需要消耗能量，为主动运输，b为自由扩散，c、d为协助扩散。乙醇运输过程为自由扩散，属于b过程；K＋从血浆进入红细胞的过程需要消耗能量，属于主动运输，为a过程。
(3)由图2分析可知，水稻吸收的SiO多，对Ca2＋、Mg2＋吸收量少，而番茄吸收的Ca2＋和Mg2＋较多，对SiO吸收量少，说明不同植物细胞对离子的吸收具有选择性，与细胞膜上载体蛋白的种类有关。
(4)水稻吸收培养液中水分的比例大于吸收离子的比例，导致溶液中Mg2＋、Ca2＋浓度高于初始浓度。第1节　被动运输
课标要求
1．阐述渗透现象的原理及条件。
2．探究植物细胞的吸水和失水。
3．观察植物细胞的质壁分离与复原。
4．掌握两种被动运输的方式。
核心素养
1．生命观念——结构与功能相适应：细胞的结构决定细胞通过渗透作用吸水或失水。
2．科学思维——分析与综合：对渗透作用现象进行分析，理解渗透作用原理。
3．科学探究——探究植物细胞的吸水与失水。
4．科学思维——归纳比较两种被动运输方式的异同。
知识点一　渗透作用的原理
必备知识·夯实双基
1．半透膜
只让某些分子和离子扩散进出，而另一些分子不能扩散进出的薄膜，原因是半透膜的孔隙的大小比离子和小分子大，但比另一些分子，例如蛋白质、淀粉、蔗糖等小，如玻璃纸(又叫赛璐玢)、膀胱膜等都属于半透膜。
2．渗透作用
(1)概念：_水分子__(或其他_溶剂__分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。
(2)条件
3．渗透作用发生的原理
4．渗透的方向
_低__浓度溶液(水的相对含量_高__)→_高__浓度溶液(水的相对含量_低__)。
特别提醒：(1)渗透作用中，半透膜两侧溶液的浓度指的是溶液的物质的量浓度。
(2)达到平衡时，不可看作没有水分子移动，水分子进行双向移动，向半透膜两侧移动的速率相等。
活|学|巧|练
1.溶液中的溶质分子不会通过半透膜扩散。( × )
2．具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用。( × )
3．渗透平衡时半透膜两侧溶液浓度一定相等。( × )
深|入|探|讨
不同溶质构成的溶液中水分子运动情况及液面变化分析。
(1)溶质不能通过半透膜的情况(例如蔗糖)：
①若溶液浓度S1>S2，则单位时间内通过半透膜由S2进入S1的水分子数_多于__由S1进入S2的水分子数，S1液面_上升__。
②达到渗透平衡后，Δh不变，此时溶液浓度S1_>__(填“>”“<”或“＝”)S2。
(2)溶质能通过半透膜的情况(例如葡萄糖)：若溶液浓度S1>S2，最初单位时间内通过半透膜由S2进入S1的水分子数_多于__由S1进入S2的水分子数，S1液面先上升；继而，随着溶质通过半透膜的扩散，最终S1和S2溶液的浓度_相等__，则S1液面下降，最终S1和S2溶液的液面持平。
注意：渗透平衡≠浓度相等
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。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。
课内探究·名师点睛
1．半透膜与生物膜的比较
项目 半透膜 生物膜
概念 半透膜是一种只让某些分子和离子扩散进出，而另一些分子不能扩散进出的薄膜 细胞膜、细胞器膜、核膜等结构
特点 机械透性，即微观粒子能否通过取决于微观粒子的大小 选择透过性，即被细胞选择的分子和离子可以通过，其他分子和离子不能通过
运输速率 主要受浓度差影响 受温度、细胞种类、细胞活性等影响
相同点 水分子可以自由通过，生物膜在某种程度上类似于半透膜
2．当液面上升到一定程度时，液面不再升高的原因
分析右图可知：由于漏斗中的液体与水槽中的液体具有浓度差，该浓度差使得水槽进入漏斗的水分子数大于由漏斗进入水槽的水分子数；漏斗中的液面高于水槽中的液面，液面差为H1，H1产生的压强使水分子从漏斗进入水槽的水分子数大于由水槽进入漏斗的水分子数；当H1产生的压强与浓度差对水的吸引力相等时，半透膜两侧水分子的交换速率相同，液面不再升高，即达到动态平衡。
典|例|剖|析
典例1 将盛有一定浓度的蔗糖溶液的透析袋的袋口扎紧后浸于蒸馏水中，如图表示透析袋中蔗糖溶液浓度与时间的关系(纵坐标表示蔗糖溶液浓度)，正确的是( B )
解析： 将盛有一定浓度的蔗糖溶液的透析袋放在蒸馏水中后，蒸馏水将不断向透析袋中扩散，蔗糖溶液浓度不断降低，但受到透析袋容积的限制，到一定时间后水分子进出达到动态平衡，此时蔗糖溶液浓度下降到一定程度，并保持相对稳定。
变式训练 半透膜对淀粉和葡萄糖的通透性不同(如图1)，预测图2的实验结果(开始时漏斗内外液面相平)最可能的是( D )
A．图甲中水柱a将持续上升
B．图甲中水柱a将保持不变
C．图乙中水柱b将保持不变
D．图乙中水柱b将先上升后下降
解析：因淀粉不能透过半透膜，故图甲中的水柱a上升到最大高度后将静止，A、B错误；因葡萄糖可以透过半透膜，故图乙漏斗内液体先表现吸水，水柱b上升，因葡萄糖的外渗，最终扩散平衡时内外葡萄糖浓度相等，即内外液面相平，C错误，D正确。
知识点二　探究动物细胞的吸水和失水
必备知识·夯实双基
1．探究动物细胞的吸水和失水
(1)实验结果
(2)实验分析
浓度差 细胞状态
外界溶液浓度 > _细胞质_的浓度 _皱缩_
< 膨胀
＝ _不变_
(3)实验结论
①细胞膜相当于_半透膜__。
②动物细胞吸水或失水取决于细胞内外溶液的_浓度差__，一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。
2．探究植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞结构分析
①对于水分子来说，细胞壁是_全透性__的。
②成熟植物细胞含有中央大液泡，液泡内的液体是具有一定浓度的_细胞液_，细胞内的水分主要在液泡内。
③细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为_原生质层__。
④植物细胞吸水与失水主要是指水经过_原生质层__进出细胞。
(2)植物细胞的吸水和失水实验验证——质壁分离与复原
①材料分析：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，具有中央大液泡，细胞液呈_紫色__，便于_观察__。
②实验操作步骤及现象
③实验结论：原生质层相当于一层半透膜；成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞通过渗透作用_失水__，当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞通过渗透作用_吸水__。
④质壁分离与复原原因分析
易错提醒：(1)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；同理，复原过程中，吸水能力逐渐减弱。
(2)本实验用显微镜观察了三次，第一次与第二次形成对照，第三次与第二次形成对照，该对照方法为自身对照。
活|学|巧|练
1.原生质层由细胞壁、细胞膜、液泡膜及所有细胞质组成。( × )
2．植物细胞放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，都会发生质壁分离。( × )
3．动物细胞和植物细胞放在蒸馏水中均会吸水涨破。( × )
深|入|探|讨
1.如何利用质壁分离实验判断成熟植物细胞的死活？
提示：待测成熟植物细胞＋大于细胞液浓度(如0.3 g /mL)的蔗糖溶液
2．如何利用质壁分离和复原实验测定细胞液浓度的范围？不同植物细胞细胞液浓度的大小又如何比较？
提示：待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于未发生质壁分离的最大浓度和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间。不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短，判断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。
3．结合细胞吸水和失水原理对合理灌溉和合理施肥进行分析。
提示：合理灌溉，保证作物能从土壤溶液中吸收水分，满足生命活动需要。施肥过少，不能满足植物对无机盐的需求，施肥过多，土壤溶液浓度高于根细胞的细胞液浓度，导致根细胞失水而出现“烧苗”现象。
4．分析糖渍、盐渍食品能较长时间保存的原因。
提示：糖渍、盐渍食品的外部和内部都是高浓度溶液，绝大多数微生物因失水而不能在其中生存和繁殖，所以此类食品能较长时间保存。
5．临床上输液常用生理盐水的原因是什么？
提示：生理盐水(0.9%NaCl溶液)与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常，因此临床上输液常用生理盐水。
课内探究·名师点睛
1．质壁分离实验中的两组对照
组别 实验组 对照组
第一组 经质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理后发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞 自然状态下的洋葱鳞片叶外表皮细胞
第二组 用清水处理后发生了质壁分离复原的细胞 发生了质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞
2.质壁分离及复原现象发生的条件
(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在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜)中只发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。
②在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。
典|例|剖|析
典例2 图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图，下列说法正确的是( A )
A．图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力增强
B．图1所示结果只能在图2中C处观察到
C．图1若视野比较暗，则只能通过调节反光镜使视野变亮
D．图2实验没有设置对照
解析： 图1细胞若继续发生质壁分离，细胞失水，则该细胞的吸水能力不断增强，A正确；图1所示结果可能处于质壁分离过程中或者平衡状态，也可能是质壁分离复原过程中，因此可能在C处或E处观察到，B错误；图1若视野比较暗，可以通过调节反光镜或者光圈使视野变亮，C错误；图2实验前后形成自身对照，D错误。
变式训练 (2023·河南省洛阳市高一期末)用洋葱鳞片叶表皮细胞制备“质壁分离实验”的临时装片，观察细胞的变化。下列有关实验操作和结果的叙述，正确的是( D )
A．正在发生质壁分离的细胞，其细胞液的吸水能力逐渐减弱
B．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等
C．用不同浓度的硝酸钾溶液处理细胞后，均能观察到质壁分离自动复原现象
D．在盖玻片一侧滴入清水，细胞吸水膨胀但不会涨破
解析：正在发生质壁分离的细胞，由于不断失水，导致细胞液浓度增加，吸水能力增加，A错误；由于有细胞壁的保护，细胞不可能无限吸水，因此质壁分离复原后细胞液的浓度可能大于外界溶液浓度，B错误；若硝酸钾溶液浓度过高导致植物细胞过度失水而死亡，则不能发生质壁分离自动复原，C错误；在盖玻片一侧滴入清水，细胞吸水膨胀但不会涨破，D正确。
知识点三　自由扩散和协助扩散
必备知识·夯实双基
1．被动运输
(1)概念：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。
(2)类型：_自由扩散__和_协助扩散__。
2．自由扩散(也叫简单扩散)
(1)概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散。
(2)特点：由_高__浓度到_低__浓度；不需要转运蛋白；_不消耗能量__。
(3)自由扩散模式图
(4)实例
(5)影响因素：细胞膜两侧_物质的浓度差__、温度等。
3．协助扩散(也叫_易化扩散__)
(1)概念：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。
(2)特点：由_高__浓度到_低__浓度；需要_转运__蛋白；不消耗能量。
(3)转运蛋白的类型：载体蛋白和通道蛋白。
(4)协助扩散模式图
(5)实例：离子和一些有机小分子(葡萄糖、氨基酸等)进出某些细胞、大部分水分子进出细胞。
(6)影响因素：细胞膜内外_物质的浓度差__、细胞膜上转运蛋白的种类和数量、温度等。
活|学|巧|练
1.同种物质在不同情况下的运输方式可能不同。( √ )
2．载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机理是一样的。( × )
3．温度变化会影响分子通过细胞膜的速率。( √ )
深|入|探|讨
1.试从物质运输动力角度分析，为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？
提示：自由扩散和协助扩散的物质运输动力都是物质浓度差，即都是顺浓度梯度进行的，不需要消耗能量，所以统称为被动运输。
2．葡萄糖通过细胞膜进入红细胞的运输速率存在一个饱和值，请结合红细胞吸收葡萄糖的方式分析，出现饱和值的原因是什么？
提示：红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，需要转运蛋白协助，出现饱和值的原因是受细胞膜上转运蛋白数量的限制。
课内探究·名师点睛
1．两种运输方式的比较
方式 自由扩散(简单扩散) 协助扩散(易化扩散)
示意图
运输方向 顺浓度梯度
转运蛋白 不需要 需要
能量 不消耗 不消耗
曲线模型
举例 ①气体：O2、CO2、NH3等；②甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物；③少部分水 ①一些离子：如Na＋进入神经细胞，K＋出神经细胞；②小分子有机物：如葡萄糖进入红细胞；③大部分水
2.载体蛋白的特性
(1)专一性：一种载体蛋白在对细胞内外物质进行运输时只能对应地运送唯一的一种或性质非常相近的一类物质。
(2)饱和性：细胞膜上的载体蛋白数量有限，在运输过程中当所有载体蛋白都已承担相应的运输任务时，运输的速率不再因其他条件而加快。
3．通道蛋白的特性
(1)具有极高的转运速率。
(2)没有饱和值。
(3)并非连续性开放。
4．被动运输的影响因素
(1)自由扩散的影响因素：物质运输速率主要取决于膜内外物质浓度梯度的大小，也与物质分子大小和脂溶性有关。(如图A)
(2)协助扩散的影响因素：除了膜内外物质浓度梯度的大小外，还与膜上转运蛋白的数量有关。当转运蛋白达到饱和时物质浓度再增加，物质运输速率也不再增加。(如图B)
(3)被动运输不消耗能量，所以物质运输速率和细胞能量供应无关。(如图C)
　　
典|例|剖|析
典例3 如图表示物质出入细胞的两种方式，a、b、c、d和e表示某种运输方式，有关分析正确的是( D )
A．根毛细胞从土壤溶液中吸收水分主要通过方式b
B．通过c和d运输的物质都需要与蛋白质结合
C．分子或离子都可以通过b、c、d完成跨膜运输
D．核糖体的功能变化会影响通过c、d的物质运输
解析：据图分析，b代表自由扩散，c代表通过通道蛋白的协助扩散，d代表通过载体蛋白的协助扩散。根毛细胞从土壤溶液中吸收水分主要借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进行，即主要通过方式c，A项错误；通过通道蛋白进行协助扩散的物质不需要与通道蛋白结合，通过载体蛋白进行协助扩散的物质需要与载体蛋白结合，B项错误；离子一般不能通过自由扩散进出细胞，C项错误；核糖体是合成蛋白质的场所，c代表通过通道蛋白的协助扩散，d代表通过载体蛋白的协助扩散，因此核糖体的功能变化会影响通过c、d的物质运输，D项正确。
变式训练 如图表示与自由扩散、协助扩散有关的图例或曲线。下列选项中对应正确的是( C )
A．肺泡上皮细胞吸收氧气——①④
B．人的成熟红细胞吸收葡萄糖——②③
C．甘油进出细胞——①③
D．肌肉细胞吸收水——②④
解析：①②表示两种跨膜运输方式，分别是自由扩散、协助扩散，③④表示两种影响因素曲线，分别对应自由扩散、协助扩散。肺泡上皮细胞吸收氧气是自由扩散，对应①③；人的成熟红细胞吸收葡萄糖属于协助扩散，对应②④；甘油进出细胞属于自由扩散，对应①③；肌肉细胞吸收水的方式是自由扩散和协助扩散，对应①②③④。
质壁分离实验的拓展应用
1．判断成熟植物细胞是否有生物活性
＋
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)
＋
5．比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)
实验单一变量：未知浓度的溶液。
6．验证原生质层和细胞壁伸缩性大小
成熟植物细胞＋分离剂
实验单一变量：植物细胞原生质层和细胞壁的伸缩性差异。
典例4 (2022·天津耀华中学高一期中)小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡呈紫色，是观察质壁分离与复原现象的良好材料。下表是某实验小组利用小蚌兰叶片下表皮细胞在不同浓度的蔗糖溶液中观察质壁分离和复原现象的结果。据表分析，下列叙述中不合理的是( C )
蔗糖溶液质量浓度(g/mL)
0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
是否发生质壁分离现象 — — ＋ ＋＋＋ ＋＋＋＋
滴入清水后是否复原 — — 是 是 —
注：“－”表示不发生，“＋”表示发生，且“＋”越多表示发生程度越大。
A．该细胞的细胞液浓度约相当于0.35～0.40 g/mL的蔗糖溶液浓度
B．质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原现象
C．当蔗糖溶液质量浓度为0.30 g/mL时，细胞内外无水分子的进出
D．质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡颜色逐渐变深
解析： 质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液，细胞发生质壁分离的程度明显，在清水中也能发生质壁分离的复原，则浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原，B合理；蔗糖溶液质量浓度为0.30 g/mL时，细胞吸水，此时进入细胞的水分子多于排出细胞的水分子，C不合理；质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞失水，液泡颜色加深，D合理。
学|霸|记|忆
1.植物细胞发生质壁分离的原因：①外界溶液浓度大于细胞液浓度；②原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。
2．只有活的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不发生质壁分离。
3．细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，选择透过性是活细胞的一个重要特征。
4．渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差。
5．原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
6．被动运输是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，包括自由扩散和协助扩散。
1．如图为一个渗透装置，假设溶质分子或离子不能通过半透膜，实验开始时，液面a和b平齐。下列判断不正确的是( D )
A．如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙的浓度，则液面a会下降，液面b会上升
B．如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，则液面a会上升，液面b会下降
C．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的浓度不一定相等
D．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的渗透压一定相等
解析：如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙的浓度，则水主要由甲向乙扩散，导致液面a下降，液面b上升；如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，因此甲的物质的量浓度大于乙的，甲的渗透压大于乙的，因此液面a会上升，液面b会下降；当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，由于两侧的溶质分子可能不同，因此甲、乙溶液的浓度不一定相等；由于两侧溶质分子可能不同，当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的渗透压不一定相等。
2．在无任何相反压力时，渗透吸水会使细胞膨胀甚至破裂，不同的细胞用不同的机制解决这种危机。下图表示高等动物、高等植物与原生生物细胞以三种不同的机制避免渗透膨胀，据此推断下列说法正确的是( A )
A．动物细胞避免渗透膨胀需要载体蛋白的协助
B．植物细胞吸水达到渗透平衡时，细胞内外溶液浓度相等
C．若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会升高
D．三种细胞发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜
解析：动物细胞避免渗透膨胀需要载体蛋白将离子运输到细胞外，以减小细胞内液的渗透压，防止细胞渗透吸水涨破，A正确；植物细胞在低浓度溶液中会发生吸水，但是由于细胞壁的支撑作用，吸水到一定程度后达到平衡，但此时细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度，B错误；原生生物生活在低渗溶液中，会通过收缩泡将多余的水排到细胞外，若将原生生物置于高于细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会降低，C错误；动物细胞和原生生物发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜，而植物细胞发生渗透吸水的原理是原生质层相当于半透膜，D错误。
3．如图所示，图乙细胞是将图甲细胞放置于一定浓度的蔗糖溶液中的结果，图丙是将另外一种植物的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，原生质的体积随时间变化的曲线图，请据图回答：
(1)图乙细胞中，全透性的结构是_⑨__(填编号)，图乙细胞中半透性的原生质层由_ __构成(填编号)。
(2)图乙细胞在质壁分离结束时，⑧处充满了_蔗糖溶液__。
(3)图丙的A、B、C三曲线中，表示在0.5 mol/L的尿素溶液中的是_B__。
(4)bc段的细胞液浓度变化为_减小__(填“增大”“减小”“不变”)。
解析：甲图：①到⑥分别是细胞液、细胞壁、细胞核、液泡膜、细胞膜、细胞质；乙图：⑦到 分别是细胞液、细胞外液、细胞壁、细胞核、液泡膜、细胞质、细胞膜；丙图：A曲线表示细胞发生了渗透吸水，说明所处的环境是蒸馏水；B曲线表示细胞体积先变小后又恢复原状，说明细胞开始时发生质壁分离，后自动复原，所以周围的环境是尿素溶液；C曲线表示细胞发生了质壁分离，并保持一定的状态，此时细胞内外渗透压达到平衡，说明细胞周围环境为蔗糖溶液。
(1)图乙细胞中，⑨细胞壁具有全透性，图乙细胞中 分别表示液泡膜、细胞质、细胞膜，这三者共同构成原生质层。(2)乙图细胞在质壁分离结束时，⑧处充满了细胞外液，即蔗糖溶液。(3)据分析可知，图丙的A、B、C三曲线中，表示在0.5 mol/L的尿素溶液中的是B。(4)bc段细胞吸水，质壁分离自动复原，细胞液浓度变化为减小。

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