细胞的物质输入和输出教学案(学生版)

4.1.物质跨膜运输的实例

【基础知识回顾】

1.渗透作用是指。

2.发生渗透作用必须具备的条件是、。

3.动物

．．细胞吸水和失水的原理：当外界溶液浓度细胞质

．．．浓度时，细胞吸水，

反之，则细胞失水。当外界溶液浓度细胞质

．．．浓度时，水分进出细胞达到动态平衡。

4.成熟的植物细胞由于占据了细胞的大部分空间，细胞质很少，所以细胞内的液体环境主要指的是内的。

5.植物细胞的和以及称为原生质层，植物细胞的原生质层相当于一层。

6.当时，植物细胞失水发生；反之，当时，植物细胞吸水，发生。

7．植物细胞发生质壁分离的内因是；外因是。

8．判断细胞是否发生质壁分离及其复原时的规律：

⑴从细胞角度分析：

①细胞不发生质壁分离现象。

②细胞才可发生质壁分离现象。

⑵从溶液角度分析：

①在溶液中，细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原。

②在溶液中，细胞先发生质壁分离后自动复原。

③在高浓度溶液中，细胞可发生，但会因而不再复原。

考点一渗透系统的组成及应用

1、渗透系统的组成分析及应用：

⑴渗透系统的组成（如图）及特点：

①半透膜：可以是生物性的选择透过性膜，

如细胞膜，也可以是物理性

的过滤膜，如玻璃纸。

②半透膜两侧的溶液具有浓度差。2、渗透作用的发生：

⑴若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液

面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。

⑵在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。

3、渗透作用的应用：

⑴比较不同溶液浓度大小

⑵验证渗透作用发生的条件

①：具半透膜。

②具有浓度差：

思维拓展

1．原生质层、原生质体

(1)原生质层是成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞

质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。此结构仅存在于成熟的植物细胞中。

(2)原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞

质、细胞核三部分，常作为植物细胞融合的材料。

2．半透膜、选择透过性膜 (1)区别

① 半透膜可以是生物性的选择透过性膜，也可以是无生命的物理性膜，即指某些物质可以透

过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。

② 选择透过性膜是具有生命的生物膜，载体蛋白的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择

性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。

(2)共性：都允许水分子自由通过，而不允许大分子物质通过。

【例1】：已知鱼鳔是一种半透膜。若向鱼鳔内注入适量的20%蔗糖溶液、排出鱼鳔内的空气，扎紧开口，将其浸没在盛有10%蔗糖溶液的烧杯中，下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变化趋势的示意图是(

)

【变式训练1】：将人的红细胞放入4℃蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，主要原因是( )

A.红细胞具有水溶性

B.红细胞的液泡体积增大

C.蒸馏水大量进入红细胞

D.低温时红细胞膜流动性增大 【变式训练2】污水净化中应用的超滤膜技术指的是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术。超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到将溶液净化、分离与浓缩的目的。下列说法中合理的是( )

A ．超滤膜技术中使用的“滤膜”实质上是一种人造生物膜

B ．超滤膜技术中使用的“滤膜”实质上是一种人造半透膜

C ．超滤膜技术可以滤去污水中的各种污染物

D ．透过超滤膜的水，已被除去了臭味 考点二 植物对无机盐离子的选择性吸收

1．矿质元素必须溶解在水中呈离子状态，才能被细胞吸收。

2．吸收矿质元素离子的多少可以调节细胞液的浓度，影响对水分的吸收。

3．矿质元素离子被吸收后随水分在导管中运输，蒸腾作用在促进水分运输的同时也促进矿质元素离子的运输。

4．植物对离子的选择性吸收

原因：遗传性――→决定载体蛋白种类、数量――→决定

选择性。

【例2】 下列关于物质跨膜运输实例的叙述中，不正确的是( )

A ．细胞吸水和失水是水分子顺相对含量梯度跨膜运输的过程

B ．水分子跨膜运输总的方向是由低浓度溶液向高浓度溶液

C ．无机盐离子可以逆相对含量梯度进行跨膜运输

D ．生物膜是选择透过性膜，小分子物质都能通过，而大分子物质则不能通过 【变式训练3 】浸泡在一定浓度硝酸钾溶液中的洋葱鳞片叶表皮细胞，发生质壁分离后又出现质壁分离复原，与此过程密切相关的细胞器有( )

A ．液泡

B ．线粒体

C ．核糖体

D ．以上全是 【变式训练4 】下列关于物质跨膜运输实例的叙述中，不正确的是( ) A ．细胞吸水和失水是水分子顺相对含量梯度跨膜运输的过程 B ．水分子跨膜运输总的方向是由低浓度溶液向高浓度溶液 C ．无机盐离子可以逆相对含量梯度进行跨膜运输

D ．生物膜是选择透过性膜，小分子物质都能通过，而大分子物质则不能通过 考点三 实验探究 植物细胞的吸水和失水

1． 实验原理：成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。

2．质壁分离与复原实验流程

3．质壁分离的原因分析

?

????（1）外因：外界溶液浓度＞细胞液浓度

（2）内因?

??

??原生质层相当于一层半透膜

细胞壁的伸缩性小于原生质层

??? 渗透失水质壁

分离 4．表现?????宏观：坚挺→萎蔫

微观?????液泡：大→小

细胞液颜色：浅→深原生质层：与细胞壁分离 思维拓展

(1) 在实验中，当质壁分离现象出现后，观察时间不宜过长，以免细胞因长期处于失水状态而死亡，影响质壁分离复原现象的观察。另若用50%蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，因细胞过度失水而死亡。

(2) 不选动物细胞做实验材料是因为动物细胞无细胞壁，不会在失水时发生质壁分离现象。 (3) 本实验所用的方法为引流法，采用了自身对照(前测和后测)。

(4) 当以可吸收的物质做溶质时(如甘油、尿素、KNO 3、乙二醇等)，可出现质壁分离和自动复原现象。

(5) 质壁分离时，原生质层的外界面是细胞膜。 5.质壁分离实验的拓展应用及方法 （1）：判断细胞的死活

待测细胞＋蔗糖溶液――→镜检?

????发生质壁分离和复原→活细胞不发生质壁分离→死细胞

（2）：测定细胞液浓度范围

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和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。 （3）：比较不同植物细胞的细胞液浓度大小

不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液――→镜检

刚刚发生质壁分离时所需时间的比较―→判断细胞液浓度大小(时间越短，细胞液浓度越小)。 （4）: 比较一系列溶液的浓度的大小

同一植物的相同成熟细胞＋未知浓度的溶液――→镜检

记录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)。

（5）: 鉴别不同种类的溶液(如KNO 3溶液和蔗糖溶液)

相同成熟植物细胞＋不同种类溶液――→镜检

?????只发生质壁分离现象→溶质不能通过原生质层的 溶液（如蔗糖溶液）

质壁分离后自动复原→溶质能通过原生质层的溶液 （如KNO 3

溶液）

【例3】： 利用紫色的洋葱外表皮细胞和不同浓度的蔗糖溶液，可以探究细胞质壁分离和复原。下列有关该实验叙述正确的是( )

A ．该实验只是观察了质壁分离和复原现象，没有对照

B ．在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞的吸水能力逐渐增强

C ．将装片在酒精灯上加热后，再观察质壁分离现象

D ．不同浓度蔗糖溶液下发生质壁分离的细胞，滴加清水后都能复原 【变式训练5】：撕去紫色洋葱外表皮，分为两份，假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。然后，两组外表皮都用浓度为0.3

g

ml

的蔗糖溶液里处理，一

段时间后外表皮细胞中的水分不再减少。此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小，以及水分运出细胞的方式是( )

A.甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输

B.甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输

C.甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输

D.甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输

【对应训练】

题组一 细胞吸水和失水

1． 下列关于选择透过性膜和半透膜的关系的说法，正确的是(多选)( )

A ．具有半透性就具有选择透过性

B ．具有选择透过性就具有半透性

C ．活的生物膜具有选择透过性

D ．只有活的生物膜才具有半透性 2．下列现象属于渗透作用的是( )

①水分子通过植物细胞的细胞壁 ②水分子或其他溶剂分子通过细胞膜

③蔗糖分子通过细胞壁④水分子或其他溶剂分子通过液泡膜

⑤水分子或其他溶剂分子通过原生质层

A．①②③ B．③④⑤ C．②④⑤ D．①③⑤

3．下图表示一中间隔以半透膜(只允许水分子通过)的水槽，两侧分别加入等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液。然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶，在加入麦芽糖酶前后A、B两侧液面的变化是( )

A．加酶前A侧上升，加酶后B侧上升并高于A侧高度

B．加酶前A侧上升，加酶后B侧上升并等于A侧高度

C．加酶前后A、B两侧液面不变

D．加酶前A、B两侧液面不变，加酶后B侧上升并高于A侧高度

4．用水洗涤菜叶类蔬菜时，水的颜色无明显变化。若进行加温，随着水温的升高，水的颜色逐渐变绿，其原因是( )

A．加温使细胞壁失去选择透过性

B．加温使原生质层失去选择透过性

C．加温使细胞膜和叶绿体膜失去选择透过性

D．加温使细胞膜和液泡膜失去选择透过性

题组二质壁分离及质壁分离复原

5．除下列哪一项外，其余各项都可以通过质壁分离实验加以鉴定( )

A．成熟植物细胞的死活 B．洋葱表皮细胞通过渗透作用失水

C．蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次降低 D．某植物细胞细胞液浓度的大小

6．观察植物细胞质壁分离与复原实验的正确顺序是( )

①加清水②制作装片③观察质壁分离④加0.3 g·mL－1蔗糖溶液

⑤观察质壁分离复原⑥观察正常细胞

A．①②③④⑤⑥ B．②⑥④③①⑤

C．①②③④⑥⑤ D．⑥①②④③⑤

7．将新鲜的苔藓植物叶片放入加有少量红墨水的浓度为0.3 g·mL－1的蔗糖溶

液中，在显微镜下观察，看到苔藓细胞的状态如右图所示。此时，部位①和②的

颜色分别是( )

A．①无色、②绿色

B．①红色、②绿色

C．①红色、②无色

D．①红色、②红色

8．某同学在实验室中做“观察洋葱表皮细胞的质壁分离和复原”实验时，在老师的帮助下，进行了一系列的创新实验，实验步骤和现象如下表：

A．z为质壁分离，因为细胞壁伸缩性弱于原生质层

B．y为质壁分离，可能导致细胞失水过多而死亡

C．z为细胞稍增大，细胞液颜色逐渐变浅

D．④组无变化是因为细胞渗透吸水量等于失水量

9．将新鲜马铃薯切成5 cm的长条(粗细相同)若干，再将它们分别放在浓度不同的甘露醇溶液中，4h后测量每条的长度，结果如图所示，以下有关分析正确的是( )

A．当溶液浓度约为20 g·L－1时，马铃薯细胞既不吸水也不失水

B．当溶液浓度为40 g·L

－

1

时，细胞开始发生质壁分离

C．当溶液浓度为40 g·L－1时，细胞壁有一定程度的收缩

D．当溶液浓度为20 g·L－1时，细胞能发生质壁分离

10．下列能够表示洋葱表皮细胞在质壁分离及其复原过程中，液泡体积变化的图形是( )

题组三生物膜功能特性

11．下列关于物质跨膜运输实例的说法中，正确的是(多选)( )

A．细胞膜、核膜等生物膜都是选择透过性膜

B．水分子进出细胞，取决于细胞内外液体的浓度差

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的梯度跨膜运输的过程

12．将等量的、微量的NH＋4、PO3－4、K＋、Ca2＋共同置于100 mL蒸馏水中，再放入一些新鲜的水稻根尖，一段时间后，测定溶液中上述四种离子和水的含量变化(见下表)。实验结果可以说明( )

①根对水的吸收和对矿质离子的吸收是两个相对独立的过程②根对矿质离子的吸收不是等

比例进行的③根细胞吸收矿质离子的方式是主动运输④根吸收矿质离子的过程不受温度的影响

A．只有①② B．只有①③ C．只有①②③ D．都正确

13．将一植物细胞依次浸入蒸馏水、0.3 g/mL蔗糖溶液和0.5 g/mL尿素溶液中，观察原生质体(植物细胞除去细胞壁后的部分称原生质体)的体积随时间的变化，如下图所示。

(1)在A、B、C中，细胞在蒸馏水中的是________；在0.3 g/mL蔗糖溶液中的是__________；在0.5 g/mL尿素溶液中的是________。

(2)ab段的下降速度较ae段的快，这是因为___________________________________________；ef段的细胞体积变化为__________；cd段的细胞液浓度__________0.5 g/mL。

14.下图是不同生理状态的三个洋葱鳞片叶表皮细胞，请完成下列问题：

(1)A细胞处于何种生理状态?____________。

(2)图中细胞液的浓度依次是_ __>___ _>_ ____。

(3)如上图所示A、B、C三个细胞处于不同浓度的溶液中，则A图与B图细胞所处的外界溶液是

_____>__ __。

(4)假设将洋葱鳞片叶表皮细胞制成装片，并使之处于高渗溶液中而发生质壁分离，用显微镜观察一个细胞的质壁分离发展过程，发现该细胞形态变化的顺序如上图所______→______ → ______。

(5)图中标号①处的物质是______ ____________。

4.2物质跨膜运输的方式

【基础知识】

1．物质通过简单的作用进出细胞，叫做自由扩散。

2．进出细胞的物质借助的扩散，叫做协助扩散。

3．从一侧运输到一侧，需要的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的，这种方式叫做主动运输。

4．主动运输普遍存在于和细胞中，保证了能够按照生命活动的需要，吸收所需要的营养物质，排出和。

5. 列表比较物质跨膜运输的方式：

6．当细胞摄取大分子时，首先是大分子，这部分细胞膜内陷包围大分子，然后从该部位分离下来，形成，进入细胞内部，这种现象叫做。细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成，然后移动到

并与之融合，将大分子排出细胞，这种现象叫做。过程中需要消耗。（胞吞和胞吐并未穿过膜，这一点与被动运输和主动运输不同。）

考点一：物质出入细胞的方式

1．小分子和离子的跨膜运输方式

O 2、CO 2、H 2O 、甘油、乙醇、苯等出入细胞红细胞吸收葡萄糖小肠吸收葡萄糖、氨基酸、

2：大分子、颗粒物质出入细胞的方式

注意几点：

（1）：胞吞、胞吐：是大分子和颗粒物质进出细胞的方式，这两种方式虽然最终通过了生物膜，但实质上，这些物质并没有真正的穿过生物膜

（2）：在细胞的生命活动过程中，主动运输起到了重要作用，它使细胞能主动地从外界吸收被选择的物质，供生命活动利用。同样，细胞也能利用主动运输把新陈代谢产物排出细胞外。总之，细胞通过主动运输，摄取、积累物质以及不断排出代谢废物，从而维持细胞组成成分的动态稳定，保证生命活动的正常进行。

【例题1】：图甲表示四种不同的物质在一个动物细胞内外的相对浓度差异。其中通过图乙所示

的过程来维持细胞内外浓度差异的物质是（ ）

A ．Na+

B ．CO 2

C ．胰岛素

D ．K+

【变式训练1】：已知某种物质通过细胞膜的方式如下图所示，则下列哪种物质有与其相同的运输方式（ ）

A ．H 2O

B ．氨基酸

C ．苯

D ．CO 2

运

考点二：物质运输方式的图像分析

（1）：物质浓度(在一定浓度范围内)对运输速率的影响曲线：

① 自由扩散的运输方向是由高浓度一侧到低浓度一侧，其动力是两侧溶液的浓度差，在一定浓度范围内，随物质浓度的增大，其运输速率与物质浓度成正比。

② 协助扩散或主动运输的共同特点是都需要载体协助，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，到达一定物质浓度时，由于受膜上载体数量的限制，运输速率不再随浓度增大而增大。

（2）：氧气浓度对物质运输速率的影响曲线：

① 自由扩散和协助扩散统称为被动运输，其运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧，其运输的动力都是浓度差，不需要能量，因此与氧气浓度无关，运输速率不随氧气浓度增大而改变。 ② 主动运输方式既需要载体协助又需要消耗能量。在氧气浓度为零时，通过细胞无氧呼吸供能，但无氧呼吸产生能量较少所以运输速率较低，在一定范围内随氧气浓度升高，有氧呼吸加强，产生的能量逐渐增多，所以运输速率不断加快，当氧气浓度足够高时，能量供应充足，但由于受到载体数量的限制，运输速率不再随氧气浓度增大而加快。 考点三：物质运输方式的判断和实验探究方法 1：判断方式

（1）结合实例直接进行判断

（2）根据分子大小与是否需要载体、能量进行判断

（

（4）根据曲线图判断

① 有饱和点的曲线表示为协助扩散或主动运输； ② 与横纵坐标成正比关系的曲线表示自由扩散； ③ 与呼吸作用或氧浓度有关系的曲线表示主动运输。

说明：因为胞吐和胞吞是大分子物质出入细胞的主要方式，故通过比较分子的大小，也是判断跨膜方式的依据之一。 2：实验探究方法

（1）探究是主动运输还是被动运输 方法：

（

2）探究是自由扩散还是协助扩散

方法：

【对应训练】

1．细胞膜常常被脂质溶剂和蛋白酶处理后溶解，由此可以推断，细胞膜的化学成分可能含有( )

①磷脂 ②蛋白质 ③多糖 ④核酸 A ．①② B ．②③

C ．②④

D ．①④

2．生物膜的“蛋白质—脂质—蛋白质”静态结构模型不能解释下列哪种现象

( )

A ．细胞膜是细胞的边界

B ．溶于脂质的物质能够优先通过细胞膜

C ．变形虫做变形运动

D ．细胞膜中磷脂分子呈双层排列在膜中

+

植株幼根若 干 植株幼根若 干

+

3．下列哪些生理活动不会导致细胞内ADP含量增加 ( )

A．小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖 B．甲状腺细胞吸收碘

C．小肠绒毛上皮细胞吸收甘油 D．K＋和Na＋进出红细胞

4．甲、乙两种物质分别依赖自由扩散(简单扩散)和协助扩散进入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜，并维持其他条件不变。则( )

A．甲运输被促进 B．乙运输被促进 C．甲运输被抑制 D．乙运输被抑制

5：下图甲表示某生物膜结构，a、b、c、d表示物质跨膜运输方式，图乙和图丙表示物质运输曲线，以下据图回答不正确的是（）

A. a、N

B.b、M

C.c、N

D.c、M

6．某物质从低浓度向高浓度跨膜运输，该过程 ( )

A．没有载体参与 B．为自由扩散 C．为协助扩散 D．为主动运输

7.下列物质能通过人工合成的脂双层膜(不含蛋白质)的是 ( )

A．H＋ B．核苷酸 C．K＋ D．乙醇

8．细胞膜的结构特点和功能特点分别是 ( )

①具有一定的流动性②具有保护细胞内部的作用③具有磷脂双分子层④具有选择透过性

A．③①B．①④ C．①② D．③④

9．如图表示细胞膜的亚显微结构，其中a和b为物质的两种

运输方式。下列对细胞膜结构和功能的叙述错误的是( )

A．若图示为肝细胞膜，则尿素的运输方向是Ⅱ→Ⅰ

B．细胞间的识别、免疫、细胞的癌变与①有密切的关系

C．适当提高温度将加快②和③的流动速度

D．b过程不需要ATP，a过程不能体现膜的选择透过性这一生理特性

10．下图表示一种物质的跨膜运输方式，下列叙述中正确的是( )

A．该膜中载体也能运输蔗糖 B．碘以该方式进入海带细胞

C．该方式不会出现饱和现象 D．该方式发生在被运输物质从高浓度到低浓度时11．下图中曲线a、b表示物质跨(穿)膜运输的两种方式，下列表述正确的是 ( ) A．脂溶性小分子物质不能通过方式a运输

B．与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面

C．方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关

D．抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响

12：如图为物质进出细胞的两种方式，对该图的正确理解是( )

A．Ⅰ和Ⅱ分别表示协助扩散和主动运输 B．Ⅰ和Ⅱ分别表示胞吞和胞吐

C．葡萄糖、性激素是以Ⅱ方式进入细胞的 D．水、二氧化碳、氧气是以Ⅰ方式进入细胞的13：下列物质中，不能横穿细胞膜进出细胞的是 ( )

A．维生素D B．水和尿素 C．氨基酸和葡萄糖D．酶和胰岛素14：某实验小组为了探究细胞膜的通透性，将小鼠肝细胞在体外培养一段时间后，检测培养液中的氨基酸、葡萄糖和尿素含量，发现它们的含量发生了明显的变化（如下图）。请回答问题。

（1）由图可知，随培养时间延长，培养液中葡萄糖和氨基酸含量_________，尿素含量_________。由于在原培养液中没有尿素，推测其是__________的产物。

（2）培养液中的氨基酸进入细胞后，其主要作用是_________；被吸收的葡萄糖主要通过__________作用，为细胞提供__________。

（3）转氨酶是肝细胞内参与氨基酸分解与合成的一类酶，正常情况下这类酶不会排出胞外，若在细胞培养液中检测到该类酶，可能的原因是________________________________________。

（4）由（1）和（3）可初步判断，细胞膜对物质的转运具有__________________的特性。