2020-2021学年高一上学期生物人教版(2019)必修一第4章 细胞物质输入和输出 第1、2节

细胞的物质输入和输出核心知识点一：被动运输1. 渗透作用的原理和应用（1）渗透系统的条件具有半透膜、半透膜两侧具有浓度差。

问题探究：如何用实验的方式证明渗透系统的条件呢？提示：在渗透装置中将半透膜换为全透的纱布或塑料膜，观察液面的变化；将渗透装置中半透膜两侧的溶液改为同等浓度，观察液面的变化。

半透膜和选择透过性膜一样吗？提示：半透膜是指某些物质可以通过，而另一些物质不能通过的多孔性薄膜。

物质能否通过取决于分子的大小，如常见的半透膜有动物的膀胱膜、肠衣、鸡蛋的蛋壳膜等。

水、葡萄糖等较小的分子可以通过，而蔗糖、蛋白质等较大的分子不能通过。

选择透过性膜是指细胞膜等具有活性的生物膜。

它具有半透膜的物理特性，更重要的是具有主动选择性，对物质的吸收与否及吸收的多少取决于膜上载体蛋白的种类与数量，因此不能将生物膜看作单纯的半透膜。

我们可以说选择透过性膜相当于半透膜，但半透膜不是选择透过性膜。

（2）渗透装置中水分子的移动方向为双向运输若存在浓度差，水分子顺浓度梯度运输，向浓度高的一侧运输的量多；若没有浓度差，水分子等量运输，液面没有变化。

当液面不变时，水分子的运输达到动态平衡。

问题探究：当渗透装置达到渗透平衡时，半透膜两侧的溶液浓度相等吗？提示：不等，浓度高的一侧仍然浓度高。

（3易错点拨：走出渗透作用发生的“4”个误区①水分子的移动方向是双向移动，但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数多。

②实验中观察指标为漏斗内液面变化，但不能用烧杯液面变化作描述指标，因为现象不明显。

③渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压。

如质量分数为10%葡萄糖溶液和质量分数为10%蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。

④如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

2. 水进出细胞的原理（1）动物细胞原理：细胞膜相当于半透膜，细胞质与外界溶液形成浓度差。

现象：红细胞是否吸水与失水取决于红细胞内外浓度差，差值越大，吸水或失水越多。

动物细胞没有细胞壁，失水后细胞皱缩，吸水后细胞膨胀甚至涨破，等渗溶液中可保持原状。

（2）植物细胞原理：原生质层相当于半透膜，细胞液和外界溶液形成浓度差。

细胞壁具有全透性，不阻挡物质的出入。

现象：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞发生质壁分离；将发生质壁分离的植物细胞放到清水或浓度低的溶液中，细胞发生质壁分离的复原。

（3）细胞失水和吸水的规律总结：细胞的吸水和失水是水分子顺浓度梯度的跨膜运输过程。

细胞吸水时，水分子也有从细胞出来的，细胞失水时，水分子也有进入细胞的，即无论细胞吸水还是失水，水分子通过原生质层的扩散都是双向进行的。

3. 观察植物细胞的质壁分离和质壁分离复原（1）发生质壁分离的原理（2）实验选材的注意事项：①必须是成熟的植物细胞，死细胞、动物细胞，未成熟植物细胞（如根分生区细胞）、种子细胞不发生质壁分离。

因此，可选择液泡有颜色的成熟植物细胞，也可以选择有叶绿体、细胞液无色的成熟植物细胞。

②所用的溶液若浓度低，不足以发生质壁分离；若用浓度高的溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，因为细胞过度失水而死亡。

③若溶液有毒，会杀死细胞，不能发生质壁分离，如盐酸、醋酸等。

④若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验会出现自动复原现象，因外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。

（3）实验的对照方式以及实验现象的分析实验的对照方式为自身对照：实验现象：可通过观察液泡的大小、液泡的颜色、细胞壁与细胞膜的位置等确定细胞的情况。

（4）实验的应用：①判断细胞的死活②测定细胞液的浓度范围③比较不同成熟植物细胞细胞液的浓度④鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）问题探究：细胞壁和细胞膜之间充满的是什么？怎样可以看到？提示：因细胞壁具有全透性，在细胞壁和细胞膜之间充满的是外界溶液，可将外界溶液染色后进行观察。

4. 被动运输的方式（1）自由扩散①特点：顺浓度梯度从磷脂双分子层上运输。

②影响因素：影响自由扩散的因素为细胞膜内外的浓度差。

其运输的动力为浓度差，随着浓度差增大，运输速率加快。

如图所示：（2）协助扩散①特点：顺浓度梯度进行运输、需要转运蛋白的协助。

转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种，载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，每次转运时都会发生自身构象的改变；通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，运输的物质不需要与通道蛋白结合，运输的量不受通道蛋白数量的限制。

②影响因素：物质浓度和载体的种类、数量。

随着细胞外物质浓度的增加，运输速率在一定范围内增加，载体蛋白的数量会限制物质的运输速率，载体的种类决定是否可以运输某种物质。

如图所示：问题探究：一种物质只有一种运输方式吗？提示：水分子可通过自由扩散和协助扩散运输。

例题1 成熟植物细胞的主要吸水方式是渗透吸水。

某兴趣小组为研究渗透吸水做了一个实验，该实验的简易渗透吸水装置如图甲所示，图甲中液面上升的高度与时间的关系如图乙所示。

一成熟植物细胞被放在某外界溶液中发生的一种状态（此时细胞有活性）如图丙所示。

请判断下列相关叙述中错误的是（）A. 图甲中，实验开始b侧液体的浓度大于a侧的B. 图甲中漏斗液面不再上升时，b侧液体浓度大于a侧的C. 图丙中相当于图甲中c结构的是③④⑤D. 图丙中细胞液的吸水能力逐渐变大答案：D解析：本题考查渗透装置、植物细胞的质壁分离实验，难度较大。

由图甲中漏斗液面上升可知，实验开始b侧液体的浓度大于a侧的，水分进入漏斗的多，A正确；由于最后在高度差和浓度差的共同作用下，水分子透过半透膜达到了平衡，所以图甲中漏斗液面不再上升时，b侧液体浓度仍大于a侧的，B正确；图丙中相当于图甲中c半透膜结构的是③细胞膜、④细胞质、⑤液泡膜构成的原生质层，C正确；图丙细胞接下来可能会继续失水，也可能会吸水，也可能是处于质壁分离的平衡状态，所以不能判断图丙中细胞液的吸水能力的变化情况，D错误。

例题2 下图为三种不同状态的植物细胞，下列说法正确的是（）。

A. 若三个图为同一细胞在不同浓度的外界溶液中的最终状态，则a 处的溶液浓度最大B. 同一细胞在经历a→b→c 的变化过程中，细胞液的浓度越来越高，吸水能力越来越弱C. 若三个图为不同细胞在同一外界溶液下的最终状态，则c 细胞液的初始浓度最大D. 质壁分离及质壁分离复原实验体现了生物膜的选择透过性和流动性两大特性答案：D解析：本题考查对植物细胞质壁分离实验的分析，难度较大。

若为同一个细胞在不同浓度的外界溶液中的最终状态，因c失水最多，则c处的溶液浓度最大，A错误；同一细胞在经历a→b→c 的变化过程中，细胞失水越多，细胞液的浓度越高，吸水能力越强，B错误；若三个不同细胞在同一外界溶液下的最终状态，因a失水最少，则a细胞液的初始浓度最大，C错误；质壁分离和质壁分离复原实验中水分子可以通过，蔗糖等分子不能通过，发生质壁分离时，液泡膜、细胞膜的面积缩小，两者体现了生物膜的选择透过性和流动性，D正确。

例题3如图表示细胞内三种物质的运输方式，甲为转运蛋白，下列有关说法错误是（）A. 一种物质可能有多种跨膜运输方式B. 图中所示的运输方式均不需要消耗能量C. 协助a通过的通道蛋白不能协助c进入细胞D. 蛋白质的空间结构改变一定会影响它的功能答案：D解析：本题考查被动运输的特点，难度中等。

一种物质可能有多种跨膜运输方式，如水可以通过自由扩散和协助扩散跨膜运输，A正确；图中运输方式为自由扩散和协助扩散，均不需要消耗能量，B正确；通道蛋白具有专一性，协助a通过的通道蛋白不能协助c进入细胞，C正确；在载体蛋白协助物质运输时，自身的结构发生变化，并不影响它的功能，D错误。

核心知识点二：耗能运输的疑点突破1. 主动运输（1）特点：逆浓度梯度运输、需要载体蛋白的协助、需要消耗细胞内产生的能量。

（2）意义：细胞膜的主动运输是活细胞的特性，它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营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。

2. 胞吞、胞吐（1）特点：进行大分子物质的运输、需要消耗能量、依赖细胞膜的流动性（2）意义：单细胞生物摄取物质或细胞吞噬颗粒性物质；物质的分泌完成细胞间的信息交流，如激素的分泌等。

3. “三步法”判断物质出入细胞的方式问题探究：同种物质跨过“不同细胞”及跨过“同一细胞”的方式是否相同呢？提示：某物质进出细胞的方式并非固定一种。

水分子的运输方式有自由扩散和协助扩散，葡萄糖进入红细胞是协助扩散，而葡萄糖通过小肠上皮细胞细胞膜的方式为主动运输。

4. 不同因素对物质运输的影响（1）内部因素：载体的种类和数量（2）外部因素：物质浓度、氧气浓度、温度等。

①物质浓度（在一定的范围内）问题探究：P点之后运输速率不变的原因是什么？提示：细胞膜上载体蛋白的数量是一定的。

②氧气浓度问题探究：氧气浓度为0时，为什么Q点的物质运输速率不为0？若横坐标为呼吸强度呢？提示：无氧呼吸可释放部分能量。

若横坐标为呼吸强度，在呼吸强度为0时，物质运输速率为0。

③温度温度影响生物膜的流动性，影响与细胞呼吸有关的酶的活性，从而影响能量的产生。

5. 探究物质运输的方式易错点拨：有关物质出入细胞方式的7个“不要漏掉”①需要载体蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。

②消耗能量的运输方式除主动运输外，不要漏掉胞吞和胞吐。

③从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。

④影响协助扩散运输速率的因素除载体蛋白数量外，不要漏掉浓度差。

⑤与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。

⑥运输速率与O2浓度无关或与能量无关的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。

⑦无机盐离子往往以主动运输方式跨膜运输，但不要漏掉有时也可通过协助扩散（或离子通道）进出细胞。

例题1细胞膜是细胞与细胞外环境之间的一种选择性通透屏障，其功能之一是控制物质跨膜运输。

下列有关物质运输方式的叙述，正确的是（）A. 哺乳动物成熟红细胞能以主动运输方式吸收营养物质B. 一种物质只能通过一种运输方式进出细胞C. 需要载体蛋白参与的运输方式一定是主动运输D. 大分子物质要通过载体的转运才能进入细胞内，且要消耗能量答案：A解析：本题考查不同细胞对物质的运输特点以及不同物质运输方式的特点，难度中等。

哺乳动物成熟红细胞能以主动运输方式吸收营养物质，A正确；一种物质可能通过不同运输方式进出细胞，如葡萄糖可以以协助扩散和主动运输进入不同细胞，B错误；需要载体蛋白参与的运输方式可能是主动运输或协助扩散，C错误；大分子物质出入细胞的方式是胞吞或胞吐，不需要载体，D错误。