第4章 细胞的物质输入和输出【速记清单】-2024-2025学年高一生物单元速记·巧练（人教版2019必修1）

第4章 细胞的物质输入和输出 内容导航 01 思维导图 知识串联重难点1对渗透现象的分析 重难点2植物细胞的质壁分离与复原 重难点3物质进出细胞的方式及其影响因素 02 考点速记 核心必记 03 重难专攻 素养提升 04 教考衔接 科学练题 01 思维导图 02 考点速记 第1节 被动运输 一、水进出细胞的原理 1.渗透作用 （1）实验装置：下图为渗透现象示意图，在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，玻璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等，这时，玻璃纸两侧的蔗糖溶液和水存在浓度差。 （2）实验现象及分析 ①过一段时间后，会出现如上图所示现象，既：漏斗管内的液面升高，这是由于烧杯中的水分子进入漏斗中导致的。事实上半透膜两侧的水分子都能够通过扩散作用自由进出,但由于蔗糖溶液中水的相对含量(水的相对含量是指：单位体积中的水分子数)比烧杯中的水的相对含量低,因此烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些,导致漏斗中水量增加,液面上升。如果漏斗管足够长,当管内的液面上升到一定高度之后,液面将不再上升，这是因为：管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度最终达到平衡。（P62“问题探讨1”） ②如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，漏斗管中的液面将保持不变（不会升高）。 如果用一层纱布代替玻璃纸，因为纱布不是半透膜,孔隙很大,可溶于水的物质都可能自由通过,包括水分子和蔗糖分子都能通过，因而液面不会升高。（P62“问题探讨2、3”） （3）渗透作用：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。 2.水进出细胞的原理 （1）水进出动物细胞 ①哺乳动物的红细胞特点：红细胞中的血红蛋白是有机大分子物质, 不能（能、不能）透过细胞膜,它相当于“渗透现象示意图”中的蔗糖分子。（P63“思考·讨论”讨论1） ②实验及现象：将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化：当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀；当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩；当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，细胞形态不变。（P63“图4-1”） ③结论：水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用。 （2）水进出植物细胞 ①植物细胞的结构：植物细胞的细胞膜外面有一层细胞壁，对于水分子来说，细胞壁是全透性的，即水分子可以自由地通过细胞壁，细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小。成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。水进出成熟的植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。 ②实验探究:植物细胞的吸水和失水（观察植物细胞的质壁分离及复原） 材料用具：紫色的洋葱鳞片叶，质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，清水。 方法步骤： 第1步：制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。 第2步：用低倍显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小，以及原生质层的位置。 第3步：从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，盖玻片下面的洋葱鳞片叶表皮就浸润在蔗糖溶液中。 第4步：用低倍显微镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小，原生质层在什么位置，细胞大小是否变化。 第5步：在盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮又浸润在清水中。 第6步：用低倍显微镜观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层的位置有没有变化，细胞的大小有没有变化。 ③实验结果分析：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就透过原生质层进人细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。 3.被动运输：像水分子这样，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。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。 二、自由扩散和协助扩散 1.自由扩散：有些小分子物质，很容易自由地通过细胞膜的磷脂双分子层，如氧和二氧化碳，甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物也较易通过自由扩散进出细胞。像这样，物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。如上图序号①对应的跨膜运输方式。 2.协助扩散：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜。镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助这些物质顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。这种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，也叫易化扩散。如上图序号②③对应的跨膜运输方式。 3.转运蛋白：转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型，上图中的④表示载体蛋白，⑤表示通道蛋白。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，而且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。分子或离子通过通道蛋白时，不需要（需要、不需要）与通道蛋白结合。水分子能以自由扩散进出细胞，但水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。 4.自由扩散与协助扩散特点：由于自由扩散与协助扩散都是顺浓度梯度进行跨膜运输的，不需要（需要、不需要）消耗细胞内化学反应产生的能量，因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影响物质运输的速率，但协助扩散需要转运蛋白，因而某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。 第2节 主动运输与胞吞、胞吐 一、主动运输 1.实例：Na+、K+和Ca2+等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时，首先要与膜上载体蛋白的特定部位结合。然后在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来，载体蛋白随后又恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 2.概念：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，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，这种方式叫作主动运输。如下图所示，图中①②③依次表示：被运输的离子或分子、载体蛋白、ATP，其中序号③代表的物质水解为ADP和Pi时放能，供主动运输利用。 3.意义：主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输来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，从而保证细胞和个体生命活动的需要。 二、胞吞与胞吐 1.过程及概念：下图表示胞吞、胞吐示意图，从图示可看出，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，这种现象叫胞吞，如下图中序号①对应过程。细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐，如下图中序号②对应过程。下图中序号③④表示的结构依次是囊泡、高尔基体。 2.特点：在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们需要消耗细胞呼吸所释放的能量。 三、细胞膜的选择透过性和物质跨膜运输的结构基础 1.细胞膜的选择透过性的结构基础：细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。 2.物质跨膜运输的结构基础：除一些不带电荷的小分子可以自由扩散的方式进出细胞外，离子和较小的有机分子(如葡萄糖和氨基酸等)的跨膜运输必须借助于转运蛋白；像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。 03 重难专攻 重难点1对渗透现象的分析 （1）解答与溶质种类有关的渗透作用类试题的方法 避陷阱▶若题目给的是半透膜两侧溶液的质量分数， 需将质量分数换成物质的量浓度再进行比较。 （2）渗透装置的变式分析 如图为渗透作用的初始状态，其中半透膜只允许水分子通过(图中浓度为质量分数)。 a.往稳定后的U形管的左侧加入少量蔗糖酶 未加酶时：葡萄糖相对分子质量较小，10%的葡萄糖溶液的物质的量浓度更大，水分子流向总趋势为10%的蔗糖溶液→10%的葡萄糖溶液，右侧液面升高。 加蔗糖酶后：一分子蔗糖被水解产生两分子单糖(葡萄糖和果糖)，导致左侧浓度升高，水分子流向总趋势为10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液，则左侧液面升高，最终高于右侧。 b.若把稳定后的U形管右侧液面高出的部分吸走，则右侧液面继续升高并达到新的平衡。 重难点2植物细胞的质壁分离与复原 不同角度分析细胞能否发生质壁分离和复原的方法 （1）角度1——细胞 只有活的成熟植物细胞细胞才能发生质壁分离和质壁分离复原。 （2）角度2——不同种类的溶质 在不同溶液中质壁分离后的细胞能不能自动复原，要看溶液中的溶质能否透过质膜和液泡膜被细胞选择性吸收。若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会先发生质壁分离后又自动复原现象，因这些物质均可被细胞吸收，使细胞液浓度增大而吸水。 （3）角度3——溶液的浓度 若外界溶液浓度过高，能发生质壁分离但不能质壁分离复原，因为溶液浓度过高，使细胞失水过多而死亡。若细胞失水时间太长，质壁分离后也不能复原。 重难点3物质进出细胞的方式及其影响因素 （1）“三看法”快速判定物质出入细胞的方式 判断物质是进细胞还是出细胞时,要先判断出细胞膜的内侧和外侧。方法一是根据糖蛋白(如图1中A)的分布,糖蛋白通常位于细胞膜的外侧;方法二是根据提供能量的位置,提供能量的一侧是细胞膜的内侧。 （2）探究物质进出细胞方式的实验设计 a.探究是主动运输还是被动运输 方法：加入细胞呼吸抑制剂，若物质运输减弱或停止，则为主动运输。若不影响物质运输，则为被动运输。 b.探究是自由扩散还是协助扩散 方法：加入蛋白质抑制剂（或蛋白酶）若质运输减弱或停止，则为协助扩散。若不影响物质运输，则为自由扩散。 04 教考衔接 1．心肌细胞上广泛存在Na+-K+泵和Na+-Ca2+交换体（转入Na+的同时排出Ca2+），两者的工作模式如图所示。已知细胞质中钙离子浓度升高可引起心肌收缩。某种药物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵。关于该药物对心肌细胞的作用，下列叙述正确的是（　　） A．心肌收缩力下降 B．细胞内液的钾离子浓度升高 C．动作电位期间钠离子的内流量减少 D．细胞膜上Na+-Ca2+交换体的活动加强 2．某兴趣小组利用图示装置和表中试剂探究了透析袋的透性。当a为①、b为⑤，袋内溶液逐渐变为蓝色；当a为②、b为③，水浴（55℃）后透析袋内、外均不出现砖红色。下列叙述正确的是（    ） 编号 试剂 ① 质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 ② 质量分数为5%的葡萄糖溶液 ③ 斐林试剂 ④ 淀粉酶溶液 ⑤ 碘溶液（棕红色） A．若a为①+②、b为③，水浴后透析袋外最终会出现砖红色 B．若a为①+②、b为⑤，透析袋外的溶液最终会出现蓝色 C．若a为①+④、b为⑤，透析袋内的溶液最终会出现棕红色 D．若a为①+④、b为③，水浴后透析袋内最终会出现砖红色 3．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（　　） 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 4．NO3-和NH4+是植物利用的主要无机氮源，NH4+的吸收由根细胞膜两侧的电位差驱动，NO3-的吸收由H+浓度梯度驱动，相关转运机制如图。铵肥施用过多时，细胞内NH4+的浓度增加和细胞外酸化等因素引起植物生长受到严重抑制的现象称为铵毒。下列说法正确的是（    ） A．NH4+通过AMTs进入细胞消耗的能量直接来自ATP B．NO3-通过SLAH3转运到细胞外的方式属于被动运输 C．铵毒发生后，增加细胞外的NO3-会加重铵毒 D．载体蛋白NRT1.1转运NO3-和H+的速度与二者在膜外的浓度呈正相关 5．盐碱化是农业生产的主要障碍之一。植物可通过质膜H+泵把Na+排出细胞，也可通过液泡膜H+泵和液泡膜NHX载体把Na+转入液泡内，以维持细胞质基质Na+稳态。下图是NaCl处理模拟盐胁迫，钒酸钠（质膜H+泵的专一抑制剂）和甘氨酸甜菜碱（GB）影响玉米Na+的转运和相关载体活性的结果。下列叙述错误的是（    ） A．溶质的跨膜转运都会引起细胞膜两侧渗透压的变化 B．GB可能通过调控质膜H+泵活性增强Na+外排，从而减少细胞内Na+的积累 C．GB引起盐胁迫下液泡中Na+浓度的显著变化，与液泡膜H+泵活性无关 D．盐胁迫下细胞质基质Na+排出细胞或转入液泡都能增强植物的耐盐性 6．探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液，清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是（    ） A．  B．  C． D．   7．（不定项）原生质体（细胞除细胞壁以外的部分）表面积大小的变化可作为质壁分离实验的检测指标。用葡萄糖基本培养基和不同浓度的NaCl溶液交替处理某假单孢菌，其原生质体表面积的测定结果如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．由实验甲、乙可判断细胞中的 NaCl浓度大于0.3mol/L，小于1.0mol/L B．实验过程中该菌原生质体表面积增加是其正常生长和吸水共同作用的结果 C．乙、丙组 NaCl 处理皆使细胞质壁分离，处理解除后的细胞失去活性 D．若将该菌65℃水浴灭活后，再用NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化 8．农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO3−的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO3−的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题。 (1)由图可判断NO3−进入根细胞的运输方式为主动运输，判断理由是： 。 (2)O2浓度大于a时作物乙吸收NO3−速率不再增加，推测其原因是 。 (3)作物甲和作物乙各自在NO3−最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是 。 (4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物对NO3−的吸收利用，可以采取的措施是 。 (5)农作物能选择性的吸收NO3−，说明细胞膜具有 功能。 9．细胞膜上存在的多种蛋白质参与细胞的生命活动。回答下列问题。 (1)细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白，对不同物质的跨膜运输起着决定性作用，这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有的功能特性，细胞膜该特性的物质基础主要是 。 (2)细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道，水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式属于 ，通道蛋白的作用特点是 。 (3)细胞膜上的H⁺-ATP酶是一种转运H⁺|的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H⁺泵出细胞，导致细胞外的pH ；此过程中，H⁺-ATP酶作为载体蛋白在转运H⁺时发生的变化是 。 (4)细胞膜上的受体通常是蛋白质。人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时，会引起靶细胞产生相应的生理变化，这一过程体现的细胞膜的功能是 。 (5)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐，不同温度下吸收速率的变化趋势如图。与25°C相比，4°C条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因是 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第4章 细胞的物质输入和输出 内容导航 01 思维导图 知识串联重难点1对渗透现象的分析 重难点2植物细胞的质壁分离与复原 重难点3物质进出细胞的方式及其影响因素 02 考点速记 核心必记 03 重难专攻 素养提升 04 教考衔接 科学练题 01 思维导图 02 考点速记 第1节 被动运输 一、水进出细胞的原理 1.渗透作用 （1）实验装置：下图为渗透现象示意图，在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，玻璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等，这时，玻璃纸两侧的蔗糖溶液和水存在浓度差。 （2）实验现象及分析 ①过一段时间后，会出现如上图所示现象，既：漏斗管内的液面升高，这是由于烧杯中的水分子进入漏斗中导致的。事实上半透膜两侧的水分子都能够通过扩散作用自由进出,但由于蔗糖溶液中水的相对含量(水的相对含量是指：单位体积中的水分子数)比烧杯中的水的相对含量低,因此烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些,导致漏斗中水量增加,液面上升。如果漏斗管足够长,当管内的液面上升到一定高度之后,液面将不再上升，这是因为：管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度最终达到平衡。（P62“问题探讨1”） ②如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，漏斗管中的液面将保持不变（不会升高）。 如果用一层纱布代替玻璃纸，因为纱布不是半透膜,孔隙很大,可溶于水的物质都可能自由通过,包括水分子和蔗糖分子都能通过，因而液面不会升高。（P62“问题探讨2、3”） （3）渗透作用：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。 2.水进出细胞的原理 （1）水进出动物细胞 ①哺乳动物的红细胞特点：红细胞中的血红蛋白是有机大分子物质, 不能（能、不能）透过细胞膜,它相当于“渗透现象示意图”中的蔗糖分子。（P63“思考·讨论”讨论1） ②实验及现象：将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化：当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀；当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩；当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，细胞形态不变。（P63“图4-1”） ③结论：水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用。 （2）水进出植物细胞 ①植物细胞的结构：植物细胞的细胞膜外面有一层细胞壁，对于水分子来说，细胞壁是全透性的，即水分子可以自由地通过细胞壁，细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小。成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。水进出成熟的植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。 ②实验探究:植物细胞的吸水和失水（观察植物细胞的质壁分离及复原） 材料用具：紫色的洋葱鳞片叶，质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，清水。 方法步骤： 第1步：制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。 第2步：用低倍显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小，以及原生质层的位置。 第3步：从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，盖玻片下面的洋葱鳞片叶表皮就浸润在蔗糖溶液中。 第4步：用低倍显微镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小，原生质层在什么位置，细胞大小是否变化。 第5步：在盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮又浸润在清水中。 第6步：用低倍显微镜观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层的位置有没有变化，细胞的大小有没有变化。 ③实验结果分析：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就透过原生质层进人细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。 3.被动运输：像水分子这样，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。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。 二、自由扩散和协助扩散 1.自由扩散：有些小分子物质，很容易自由地通过细胞膜的磷脂双分子层，如氧和二氧化碳，甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物也较易通过自由扩散进出细胞。像这样，物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。如上图序号①对应的跨膜运输方式。 2.协助扩散：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜。镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助这些物质顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。这种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，也叫易化扩散。如上图序号②③对应的跨膜运输方式。 3.转运蛋白：转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型，上图中的④表示载体蛋白，⑤表示通道蛋白。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，而且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。分子或离子通过通道蛋白时，不需要（需要、不需要）与通道蛋白结合。水分子能以自由扩散进出细胞，但水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。 4.自由扩散与协助扩散特点：由于自由扩散与协助扩散都是顺浓度梯度进行跨膜运输的，不需要（需要、不需要）消耗细胞内化学反应产生的能量，因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影响物质运输的速率，但协助扩散需要转运蛋白，因而某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。 第2节 主动运输与胞吞、胞吐 一、主动运输 1.实例：Na+、K+和Ca2+等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时，首先要与膜上载体蛋白的特定部位结合。然后在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来，载体蛋白随后又恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 2.概念：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，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，这种方式叫作主动运输。如下图所示，图中①②③依次表示：被运输的离子或分子、载体蛋白、ATP，其中序号③代表的物质水解为ADP和Pi时放能，供主动运输利用。 3.意义：主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输来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，从而保证细胞和个体生命活动的需要。 二、胞吞与胞吐 1.过程及概念：下图表示胞吞、胞吐示意图，从图示可看出，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，这种现象叫胞吞，如下图中序号①对应过程。细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐，如下图中序号②对应过程。下图中序号③④表示的结构依次是囊泡、高尔基体。 2.特点：在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们需要消耗细胞呼吸所释放的能量。 三、细胞膜的选择透过性和物质跨膜运输的结构基础 1.细胞膜的选择透过性的结构基础：细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。 2.物质跨膜运输的结构基础：除一些不带电荷的小分子可以自由扩散的方式进出细胞外，离子和较小的有机分子(如葡萄糖和氨基酸等)的跨膜运输必须借助于转运蛋白；像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。 03 重难专攻 重难点1对渗透现象的分析 （1）解答与溶质种类有关的渗透作用类试题的方法 避陷阱▶若题目给的是半透膜两侧溶液的质量分数， 需将质量分数换成物质的量浓度再进行比较。 （2）渗透装置的变式分析 如图为渗透作用的初始状态，其中半透膜只允许水分子通过(图中浓度为质量分数)。 a.往稳定后的U形管的左侧加入少量蔗糖酶 未加酶时：葡萄糖相对分子质量较小，10%的葡萄糖溶液的物质的量浓度更大，水分子流向总趋势为10%的蔗糖溶液→10%的葡萄糖溶液，右侧液面升高。 加蔗糖酶后：一分子蔗糖被水解产生两分子单糖(葡萄糖和果糖)，导致左侧浓度升高，水分子流向总趋势为10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液，则左侧液面升高，最终高于右侧。 b.若把稳定后的U形管右侧液面高出的部分吸走，则右侧液面继续升高并达到新的平衡。 重难点2植物细胞的质壁分离与复原 不同角度分析细胞能否发生质壁分离和复原的方法 （1）角度1——细胞 只有活的成熟植物细胞细胞才能发生质壁分离和质壁分离复原。 （2）角度2——不同种类的溶质 在不同溶液中质壁分离后的细胞能不能自动复原，要看溶液中的溶质能否透过质膜和液泡膜被细胞选择性吸收。若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会先发生质壁分离后又自动复原现象，因这些物质均可被细胞吸收，使细胞液浓度增大而吸水。 （3）角度3——溶液的浓度 若外界溶液浓度过高，能发生质壁分离但不能质壁分离复原，因为溶液浓度过高，使细胞失水过多而死亡。若细胞失水时间太长，质壁分离后也不能复原。 重难点3物质进出细胞的方式及其影响因素 （1）“三看法”快速判定物质出入细胞的方式 判断物质是进细胞还是出细胞时,要先判断出细胞膜的内侧和外侧。方法一是根据糖蛋白(如图1中A)的分布,糖蛋白通常位于细胞膜的外侧;方法二是根据提供能量的位置,提供能量的一侧是细胞膜的内侧。 （2）探究物质进出细胞方式的实验设计 a.探究是主动运输还是被动运输 方法：加入细胞呼吸抑制剂，若物质运输减弱或停止，则为主动运输。若不影响物质运输，则为被动运输。 b.探究是自由扩散还是协助扩散 方法：加入蛋白质抑制剂（或蛋白酶）若质运输减弱或停止，则为协助扩散。若不影响物质运输，则为自由扩散。 04 教考衔接 1．心肌细胞上广泛存在Na+-K+泵和Na+-Ca2+交换体（转入Na+的同时排出Ca2+），两者的工作模式如图所示。已知细胞质中钙离子浓度升高可引起心肌收缩。某种药物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵。关于该药物对心肌细胞的作用，下列叙述正确的是（　　） A．心肌收缩力下降 B．细胞内液的钾离子浓度升高 C．动作电位期间钠离子的内流量减少 D．细胞膜上Na+-Ca2+交换体的活动加强 【答案】C 【分析】静息时，神经细胞膜对钾离子的通透性大，钾离子大量外流，形成内负外正的静息电位；受到刺激后，神经细胞膜的通透性发生改变，对钠离子的通透性增大，钠离子内流，形成内正外负的动作电位。 【详解】ACD、细胞膜上的钠钙交换体（即细胞内钙流出细胞外的同时使钠离子进入细胞内）活动减弱，使细胞外钠离子进入细胞内减少，钙离子外流减少，细胞内钙离子浓度增加，心肌收缩力加强，AD错误，C正确； B、由于该种药物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵，导致K+内流、Na+外流减少，故细胞内钠离子浓度增高，钾离子浓度降低，B错误。 2．某兴趣小组利用图示装置和表中试剂探究了透析袋的透性。当a为①、b为⑤，袋内溶液逐渐变为蓝色；当a为②、b为③，水浴（55℃）后透析袋内、外均不出现砖红色。下列叙述正确的是（    ） 编号 试剂 ① 质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 ② 质量分数为5%的葡萄糖溶液 ③ 斐林试剂 ④ 淀粉酶溶液 ⑤ 碘溶液（棕红色） A．若a为①+②、b为③，水浴后透析袋外最终会出现砖红色 B．若a为①+②、b为⑤，透析袋外的溶液最终会出现蓝色 C．若a为①+④、b为⑤，透析袋内的溶液最终会出现棕红色 D．若a为①+④、b为③，水浴后透析袋内最终会出现砖红色 【答案】C 【分析】1、要发生渗透作用，需要有半透膜和膜两侧溶液具有浓度差。水分子总是从浓度低的一侧通过半透膜向浓度高的一侧扩散。 2、检测生物组织中的还原糖，可用斐林试剂，斐林试剂与还原糖在热水浴条件下反应生成砖红色沉淀。 3、分析题图：当a为①、b为⑤，袋内溶液逐渐变为蓝色，说明淀粉不能通过透析袋、碘液可通过透析袋；当a为②、b为③，水浴（55℃）后透析袋内、外均不出现砖红色，说明葡萄糖和斐林试剂均不能通过透析袋。 【详解】A、若a为①+②、b为③，由于葡萄糖和斐林试剂均不能通过透析袋，水浴后透析袋外均不会出现砖红色，A错误； B、若a为①+②、b为⑤，由于淀粉不能通过透析袋，而碘液可进入透析袋内，故透析袋外的溶液不会出现蓝色，B错误； C、若a为①+④、b为⑤，淀粉酶会水解淀粉使形成麦芽糖（二糖），由于葡萄糖单糖不能通过透析袋，故麦芽糖也不能不能通过透析袋，同时由于碘液可进入透析袋内，故透析袋内的溶液最终会出现棕红色，C正确； D、若a为①+④、b为③，由于斐林试剂不能进入透析袋内，故透析袋内不会出现砖红色，D错误。 3．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（　　） 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 【答案】B 【分析】水可以通过水通道蛋白以协助扩散的形式进出细胞，也可以直接通过自由扩散的方式进出细胞。 【详解】AB、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； CD、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。 4．NO3-和NH4+是植物利用的主要无机氮源，NH4+的吸收由根细胞膜两侧的电位差驱动，NO3-的吸收由H+浓度梯度驱动，相关转运机制如图。铵肥施用过多时，细胞内NH4+的浓度增加和细胞外酸化等因素引起植物生长受到严重抑制的现象称为铵毒。下列说法正确的是（    ） A．NH4+通过AMTs进入细胞消耗的能量直接来自ATP B．NO3-通过SLAH3转运到细胞外的方式属于被动运输 C．铵毒发生后，增加细胞外的NO3-会加重铵毒 D．载体蛋白NRT1.1转运NO3-和H+的速度与二者在膜外的浓度呈正相关 【答案】B 【分析】物质跨膜运输主要包括两种方式:被动运输和主动运输，被动运输又包括自由扩散和协助扩散，被动运输是由高浓度向低浓度一侧扩散，而主动运输是由低浓度向高浓度一侧运输。其中协助扩散需要载体的协助，但不需要消耗能量:而主动运输既需要消耗能量，也需要载体的协助。 【详解】A、由题干信息可知，NH4+的吸收是根细胞膜两侧的电位差驱动的，所以NH4+通过AMTs进入细胞消耗的能量不是来自ATP，A错误； B、由图上可以看到，NO3-进入根细胞膜是H+的浓度梯度驱动，进行的逆浓度梯度运输，所以NO3-通过SLAH3转运到细胞外是顺浓度梯度运输，属于被动运输，B正确； C、铵毒发生后，H+在细胞外更多，增加细胞外的NO3-，可以促使H+向细胞内转运，减少细胞外的H+，从而减轻铵毒，C错误； D、据图可知，载体蛋白NRT1.1转运NO3-属于主动运输，主动运输的速率与其浓度无必然关系；运输H+属于协助扩散，协助扩散在一定范围内呈正相关，超过一定范围后不成比例，D错误。 5．盐碱化是农业生产的主要障碍之一。植物可通过质膜H+泵把Na+排出细胞，也可通过液泡膜H+泵和液泡膜NHX载体把Na+转入液泡内，以维持细胞质基质Na+稳态。下图是NaCl处理模拟盐胁迫，钒酸钠（质膜H+泵的专一抑制剂）和甘氨酸甜菜碱（GB）影响玉米Na+的转运和相关载体活性的结果。下列叙述错误的是（    ） A．溶质的跨膜转运都会引起细胞膜两侧渗透压的变化 B．GB可能通过调控质膜H+泵活性增强Na+外排，从而减少细胞内Na+的积累 C．GB引起盐胁迫下液泡中Na+浓度的显著变化，与液泡膜H+泵活性无关 D．盐胁迫下细胞质基质Na+排出细胞或转入液泡都能增强植物的耐盐性 【答案】A 【分析】分析上两个题图可知，NaCl胁迫时，加GB使Na+外排显著增加，钒酸钠处理抑制了质膜H+泵后，NaCl胁迫时，加GB使Na+外排略微增加；分析下两个题图可知，NaCl胁迫时，加GB使液泡膜NHX载体活性明显增强，而液泡膜H+泵活性几乎无变化，所以GB引起盐胁迫时液泡中Na+浓度的显著变化，与液泡膜NHX载体活性有关，而与液泡膜H+泵活性无关。 【详解】A、溶质的跨膜转运不一定都会引起细胞膜两侧的渗透压变化，如正常细胞为维持渗透压一直在进行的跨膜转运，再如单细胞生物在跨膜转运时，细胞外侧渗透压几乎很难改变，A错误； B、对比分析上两个题图可知，NaCl胁迫时，加GB使Na+外排显著增加，钒酸钠处理抑制了质膜泵后，NaCl胁迫时，加GB使Na+外排略微增加，说明GB可能通过调控质膜泵活性来增强Na+外排，从而减少细胞内Na+的积累，B正确； C、对比分析下两个题图可知，NaCl胁迫时，加GB使液泡膜NHX载体活性明显增强，而液泡膜泵活性几乎无变化，所以GB引起盐胁迫时液泡中Na+浓度的显著变化，与液泡膜NHX载体活性有关，而与液泡膜泵活性无关，C正确； D、由题意可知，植物通过质膜H+泵把Na+排出细胞，也可通过液泡膜NHX载体和液泡膜泵把转入液泡内，以维持细胞质基质稳态，增强植物的耐盐性，D正确。 6．探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液，清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是（    ） A．  B．  C． D．   【答案】C 【分析】1、质壁分离与复原的原理：成熟的植物细胞构成渗透系统，可发生渗透作用。 2、质壁分离的原因分析：外因：外界溶液浓度>细胞液浓度；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。 【详解】AB、用30%蔗糖处理之后，细胞失水，原生质体和液泡的体积都会减小，细胞液浓度上升；用清水处理之后，细胞吸水，原生质体和液泡体积会扩大，细胞液浓度下降，AB错误。 CD、随着所用蔗糖浓度上升，当蔗糖浓度超过细胞液浓度之后，细胞就会开始失水，原生质体和液泡的体积下降，细胞液浓度上升，故C正确，D错误。 7．（不定项）原生质体（细胞除细胞壁以外的部分）表面积大小的变化可作为质壁分离实验的检测指标。用葡萄糖基本培养基和不同浓度的NaCl溶液交替处理某假单孢菌，其原生质体表面积的测定结果如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．由实验甲、乙可判断细胞中的 NaCl浓度大于0.3mol/L，小于1.0mol/L B．实验过程中该菌原生质体表面积增加是其正常生长和吸水共同作用的结果 C．乙、丙组 NaCl 处理皆使细胞质壁分离，处理解除后的细胞失去活性 D．若将该菌65℃水浴灭活后，再用NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化 【答案】BD 【分析】假单孢菌属于细菌，具有细胞壁和液泡，当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，原生质体中的水分就透过细胞膜进入到外界溶液中，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层逐渐缩小，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，即发生了质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水分就透过细胞膜进入到原生质体中，原生质体逐渐变大，导致原生质体表面积增加。 【详解】A、甲组NaCl处理后，原生质体表面积不断增大，说明细胞不断吸水，因此细胞液内浓度大于0.3mol/L，但细胞中NaCl浓度不一定大于0.3mol/ L；同理乙组NaCl处理后，原生质体表面积减小，说明细胞失水，细胞液浓度小于1.0mol/L，但细胞中NaCl浓度不一定小于1.0mol/L，A错误； B、该菌的正常生长会使细胞体积增大，可以导致原生质体表面积增加，该菌吸水也会导致原生质体表面积增加，B正确； C、由图可知，乙组和丙组NaCl处理后，原生质体表面积减小，说明细胞失水，进行质壁分离，处理解除后（置于葡萄糖溶液中）细胞即可发生质壁分离复原，说明细胞仍有活性，C错误； D、若将该菌先65℃水浴灭活后，细胞死亡，不具有选择透过性，因此再用NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化，D正确。 8．农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO3−的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO3−的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题。 (1)由图可判断NO3−进入根细胞的运输方式为主动运输，判断理由是： 。 (2)O2浓度大于a时作物乙吸收NO3−速率不再增加，推测其原因是 。 (3)作物甲和作物乙各自在NO3−最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是 。 (4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物对NO3−的吸收利用，可以采取的措施是 。 (5)农作物能选择性的吸收NO3−，说明细胞膜具有 功能。 【答案】(1)需要呼吸作用提供能量，O2浓度小于a点，根细胞对NO3−的吸收速率与O2浓度呈正相关 (2)主动运输需要载体蛋白，此时载体蛋白数量达到饱和 (3)甲的NO3−最大吸收速率大于乙，甲需要能量多，消耗O2多 (4)定期松土 (5)控制物质进出 【分析】自由扩散：顺浓度梯度、无需能量和转运蛋白；协助扩散：顺浓度梯度、需要转运蛋白、无需能量；主动运输：逆浓度梯度、需要载体蛋白和能量；胞吞、胞吐：需要能量。 【详解】（1）NO3−进入根细胞的速率受到氧气浓度的影响，O2浓度小于a点，根细胞对NO3−的吸收速率与O2浓度呈正相关，说明NO3−进入根细胞的运输方式需要能量，为主动运输。 （2）O2浓度大于a时，作物乙吸收NO3−速率不再增加，此时限制因素不再是能量，主动运输需要载体蛋白，此时载体蛋白数量达到饱和，限制了吸收速率。 （3）作物甲和作物乙各自在NO3− 最大吸收速率时，甲的NO3− 最大吸收速率大于乙，甲需要能量多，消耗O2多，由此判断，作物甲根细胞的呼吸速率应大于作物乙。 （4）NO3−进入根细胞的速率受到氧气浓度的影响，因此，在农业生产中，为促进农作物对NO3−的吸收利用，可以采取的措施是定期松土，促进根部细胞有氧呼吸，提供能量给主动运输。 （5）农作物能选择性的吸收NO3−，这说明了细胞膜具有控制物质进出的功能。 9．细胞膜上存在的多种蛋白质参与细胞的生命活动。回答下列问题。 (1)细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白，对不同物质的跨膜运输起着决定性作用，这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有的功能特性，细胞膜该特性的物质基础主要是 。 (2)细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道，水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式属于 ，通道蛋白的作用特点是 。 (3)细胞膜上的H⁺-ATP酶是一种转运H⁺|的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H⁺泵出细胞，导致细胞外的pH ；此过程中，H⁺-ATP酶作为载体蛋白在转运H⁺时发生的变化是 。 (4)细胞膜上的受体通常是蛋白质。人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时，会引起靶细胞产生相应的生理变化，这一过程体现的细胞膜的功能是 。 (5)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐，不同温度下吸收速率的变化趋势如图。与25°C相比，4°C条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因是 。 【答案】(1)蛋白质 (2) 协助扩散 专一性 (3) 降低 载体蛋白发生磷酸化，导致其空间结构改变 (4)进行细胞间信息交流 (5)温度降低，酶的活性降低，呼吸速率减慢，为主动运输提供的能量减少 【分析】细胞膜的功能：（1）将细胞与外界环境分开；（2）控制物质进出细胞；（3）进行细胞间的物质交流。细胞膜的功能特点：具有选择透过性（可以让水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过）。 【详解】（1）细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白，对不同物质的跨膜运输起着决定性作用，说明细胞膜对物质的运输具有选择透过性，该特性的物质基础是细胞膜上的蛋白质具有信息识别功能。 （2）水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式不消耗能量，属于协助扩散。水通道蛋白具有专一性，只允许水分子通过。 （3）细胞膜上的H＋-ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的H＋增加，pH降低，此过程中，H＋-ATP酶作为载体蛋白在转运H＋时会发生磷酸化，导致其空间结构改变，进而运输H＋。 （4）人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时，会引起靶细胞产生相应的生理变化，这一过程体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。 （5）植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐属于主动运输，需要消耗细胞呼吸提供的能量，而温度降低，酶的活性降低，会导致呼吸速率降低，为主动运输提供的能量减少，因此与25℃相比，4℃条件下磷酸盐吸收速率低。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$