高三生物一轮复习优质学案：细胞的物质输入和输出

第6讲细胞的物质输入和输出

[考纲要求] 1.物质出入细胞的方式(Ⅱ)。2.实验：(1)通过模拟实验探究膜的透性；(2)观察植物细胞的质壁分离和复原。

考点一物质跨膜运输的实例

1．渗透作用

(1)概念：指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散过程。

(2)渗透作用产生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。

2．动、植物细胞的吸水和失水

(1)动物细胞的吸水和失水

②现象

外界溶液浓度<细胞质浓度?细胞吸水膨胀；

外界溶液浓度>细胞质浓度?细胞失水皱缩；

外界溶液浓度＝细胞质浓度?水分进出平衡。

概念辨析

半透膜与选择透过性膜的比较

a．区别：半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小；选择透过性膜是具有活性的生物膜，载体蛋白的存在决定了其对不同物质吸收的选择性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。

b．共性：都允许水分子自由通过，而不允许生物大分子通过。

(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)

①原理

②现象

a．当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过渗透作用失水，植物细胞就发生质壁分离现象。

b．将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度大于外界清水，植物细胞吸水，发生质壁分离复原现象。

3．物质跨膜运输的其他实例

(1)植物对无机盐离子的吸收

①不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异。

②同种植物对不同无机盐离子的吸收也有差异。

(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收是逆(填“逆”或“顺”)浓度梯度进行的。

(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异性。

(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)将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，不能发生渗透作用(×)

(4)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核(×)

(5)无机盐离子都是逆浓度梯度跨膜运输的(×)

如图甲、乙、丙分别是细胞在不同浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图(箭头大小代表水分子数的多少)。请回答下列问题：

(1)若将人的成熟红细胞放入清水中，会出现如图所示哪种现象？分析原因。

提示会出现如图甲所示现象。将人的成熟红细胞放入清水中，由于发生渗透作用，从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子，因此细胞吸水。

(2)若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，会出现如图所示哪种现象？达到平衡时，水分子进出细胞的状况是图中哪一种？

提示将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，细胞外界溶液浓度较大，细

胞失水，如图丙所示；达到平衡状态时，水分子进出细胞的速率相等，如图乙所示。

(3)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态，一段时间内细胞体积增大，最终会不会涨破？为什么？

提示细胞不会涨破，因为植物细胞有细胞壁的保护。

1．渗透作用原理的应用

(1)验证渗透作用发生的条件

(2)比较不同溶液浓度的大小

(3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)

2.成熟植物细胞和外界溶液形成的渗透系统与渗透作用模型的比较

命题点一渗透作用的原理及应用分析

1.某同学设计的渗透装置实验如图所示(开始时状态)，烧杯中盛放有蒸馏水。图中猪膀胱膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液一段时间后再加入蔗糖酶(微量)。有关该实验描述正确的是()

A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后即下降

B．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后下降，最后保持内外液面基本相平

C．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后保持一定的液面差不变

D．加酶后在烧杯中可检测出的有机物仅有葡萄糖

『答案』 B

『解析』长颈漏斗中开始有蔗糖溶液，渗透压较高，液面上升，加酶后蔗糖在蔗糖酶的作用下分解为葡萄糖和果糖，溶质分子数目增多，渗透压更高，液面继续上升，但是单糖分子可以通过半透膜进入烧杯中，使漏斗内液面下降，最终漏斗内外液面基本相平，B项正确。

2．(2018·曲靖模拟)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()

A．如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，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

『答案』 D

『解析』如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则水主要向乙一侧扩散，则液面a 会下降，液面b会上升，A项正确；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，则液面a会上升，液面b会下降，B项正确；当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，由于两侧的液面高度差可能不同，因此甲、乙溶液的浓度不一定相等，甲、乙溶液的渗透压也不一定相等，故C 项正确、D项错误。

命题点二动植物细胞吸水与失水的分析

3．(2019·郑州质检)将a、b、c三组红细胞分别置于不同浓度的氯化钠溶液中进行实验，浸泡一段时间后其细胞形态如下图所示。下列叙述错误的是()

A．图中所示细胞内液的渗透压，a组的比b组的高

B．浸泡过程中a组细胞失水量小于c组细胞失水量

C．若向a组烧杯中加入少量葡萄糖，则其细胞可能会皱缩后恢复原状

D．上述实验中引起细胞形态的改变而消耗ATP的数量比较：c>b>a

『答案』 D

『解析』分析题图可知，a组细胞基本可以维持原状，b组细胞吸水膨胀，c组细胞失水皱缩；与a组相比，b组细胞吸水，细胞内液渗透压降低；向a组烧杯中加入少量葡萄糖后，首先会使外界溶液渗透压大于细胞内液渗透压，从而使细胞失水皱缩，后来葡萄糖通过协助扩散的方式进入细胞内，造成细胞内液渗透压大于外界溶液，细胞吸水恢复原状；细胞形态的改变是细胞通过渗透作用失水或吸水造成的，不消耗ATP。

4．(2018·博雅闻道第一次联合质检)将洋葱某部位细胞放入一定浓度的物质A 溶液中，发现其原生质体体积自行变化趋势如图所示，下列说法正确的是()

A．该部位可能位于洋葱的根尖分生区

B．物质A 可能为2 mol/L 的蔗糖溶液

C．该细胞出现质壁分离现象后又自动复原

D．原生质体相对体积恢复到100%后无水进出

『答案』 C

『解析』洋葱根尖分生区细胞没有大液泡，不能发生质壁分离，A 项错误；植物细胞在蔗糖溶液中不能发生质壁分离自动复原的现象，B项错误；分析题图可知，原生质体的相对体积先减小后增大，最终恢复到100%，说明该细胞出现质壁分离现象后又自动复原，C项正确；当原生质体相对体积恢复到100%后依然有水分子进出，D 项错误。

科学思维

两种方法判断细胞的吸水、失水

(1)通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断：当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水；当细胞外溶液浓度与细胞液的浓度相等时，细胞失水量和吸水量相等，处于动态平衡。

(2)根据重量或长度变化(如萝卜条)来判断：若重量增加或长度变长，则吸水；反之则失水。

考点二物质出入细胞的方式及影响因素

1．各种物质出入细胞方式的比较

特别提醒

(1)从低浓度一侧向高浓度一侧运输一定是主动运输，因为逆浓度梯度运输需要消耗能量。

(2)同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同，如红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输。

(3)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也可通过协助扩散进出细胞。

(4)RNA和蛋白质等大分子物质通过核孔进出细胞核，而不是通过胞吞、胞吐作用。

2．影响物质跨膜运输因素的分析

(1)浓度差对物质跨膜运输的影响

浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受载体蛋白数量的限制。

(2)载体蛋白数量对跨膜运输的影响

载体蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，协助扩散载体蛋白数量越多，运输速率越大；主动运输中载体蛋白数量达到一定程度后运输速率不再增加，可能原因是受能量供应限制。自由扩散不受载体蛋白数量的影响。

(3)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。

①P点时：无氧呼吸为物质的运输提供能量。

②PQ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。

③Q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。

(4)温度

(1)细胞质中的氢离子可以通过扩散作用进入液泡内(×)

(2)Na＋与有关载体蛋白结合排出神经细胞属于主动运输(√)

(3)细胞外液中的K＋进入神经细胞属于自由扩散(×)

(4)液泡中积累了大量离子，故液泡膜不具有选择透过性(×)

(5)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(×)

(6)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(×)

(7)新生儿从乳汁中获得抗体需要消耗能量(√)

(8)激素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(×) 1．分析物质进出细胞的有关图像

(1)图甲、乙所示物质进出细胞的方式一样吗？为什么？

提示不一样。图甲中a点以后物质是逆浓度梯度运输，为主动运输；图乙中物质顺浓度梯度运输，需要载体蛋白，但不消耗能量，为协助扩散。

(2)图乙所示的运输方式也可以逆浓度梯度进行吗？

提示不能，逆浓度梯度运输一定消耗能量。

(3)只要是消耗能量的运输方式就是主动运输吗？

提示不是，消耗能量的运输方式除了主动运输，还有胞吞和胞吐以及穿越核孔的运输方式。2．完善物质跨膜运输方式图解

命题点一物质跨膜运输方式的判断

1．(2018·全国Ⅱ，2)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是()

A．吞噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散

B．固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输

C．神经细胞受到刺激时产生的Na＋内流属于被动运输

D．护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输

『答案』 C

『解析』吞噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞，A项错误；固醇类激素如性激素以自由扩散的方式进入靶细胞，B项错误；静息状态时，神经细胞膜外的Na＋浓度高于膜内，受到刺激时产生的Na＋内流是由通道蛋白协助的被动运输，C项正确；护肤品中的甘油属于小分子脂溶性物质，以自由扩散的方式进入皮肤细胞，D项错误。

2．(2018·合肥检测)主动运输消耗的能量可来自ATP或离子电化学梯度等。如图为Na＋、葡萄糖进出小肠上皮细胞的示意图。下列关于图中物质跨膜运输过程的分析错误的是()

A．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是不需耗能的主动运输

B．Na＋从小肠上皮细胞进入组织液是需要消耗A TP的主动运输

C．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞相伴随

D．Na＋从肠腔到小肠上皮细胞以及葡萄糖从小肠上皮细胞到组织液均为被动运输

『答案』 A

『解析』由图可知，葡萄糖从肠腔逆浓度梯度进入小肠上皮细胞，属于主动运输，需消耗能量，A项错误；Na＋从小肠上皮细胞进入组织液是逆浓度梯度进行的，需要载体蛋白协助并需要消耗A TP，属于主动运输，B项正确；从图示可看出，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞共用一个载体，C项正确；Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞的方式是协助扩散，葡萄糖从小肠上皮细胞进入组织液的方式也是协助扩散,均为被动运输，D项正确。

科学思维

“三看法”快速判定物质出入细胞的方式

命题点二影响物质跨膜运输的因素分析

3．(2015·全国Ⅱ，1)将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，一段时间后，测定根吸收某一矿质元素离子的量。培养条件及实验结果见下表：

下列分析正确的是()

A．有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收

B．该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关

C．氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗ATP

D．与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收

『答案』 A

『解析』温度为17 ℃条件下，氮气(缺氧)环境中该植物幼根对离子的吸收量比氧气环境中低，说明有氧条件有利于该植物幼根吸收该离子，同时说明幼根吸收该离子为主动运输，A 项正确、D项错误；氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子仍需要消耗ATP，此时幼根消耗的A TP是无氧呼吸产生的，C项错误；空气中培养，温度为17 ℃时，离子吸收量明显高于3 ℃时，可知该植物幼根对该离子的吸收与温度有关，B项错误。

4．(2019·湖南五市十校高三一模)人体细胞膜上存在一种蛋白质离子通道，在膜电位发生变化时，蛋白质通道的闸门开启或关闭，完成无机盐离子进出细胞的运输。如图所示为物质进出细胞的三种途径，下列说法正确的是()

A．膜电位由静息电位变为动作电位时，Ca2＋通道蛋白开启

B．影响途径①的因素只有物质的浓度差

C．温度只影响物质进出细胞方式中途径③的速率

D．甲物质是ATP，可为途径②和③提供能量

『答案』 A

『解析』分析题图可知，膜电位由内负外正的静息电位变为内正外负的动作电位时，Ca2＋通道蛋白开启，Ca2＋内流，A正确；途径①是葡萄糖从高浓度一侧向低浓度一侧运输且需要载体协助，运输方式为协助扩散，该运输方式不仅受物质的浓度差影响，还受载体蛋白的数量影响，B错误；温度可影响ATP的合成及膜上蛋白质的运动，途径③为胞吐，需要消耗能量，途径①②都需要载体蛋白协助，因此运输速率都与温度有关，C错误；甲物质是细胞呼吸第一阶段和有氧呼吸第二、三阶段所产生的ATP，ATP为途径③胞吐提供能量，途径②依赖蛋白通道的开启，不消耗能量，D错误。

命题点三物质跨膜运输的有关探究实验分析