2025届高三生物一轮复习知识清单第7讲 细胞的物质输入和输出

第7讲 细胞的物质输入和输出 考点一　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。 注意：渗透与扩散的区别是：渗透作用必须有选择透过性膜(半透膜)，扩散则不一定需要；扩散适用于各种物质，渗透仅指溶剂分子；因此，渗透是一种特殊的扩散。 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。 3、渗透装置： 4、渗透作用原理。 5、渗透作用的现象分析。 （1）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%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等,但质量分数为10%的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。 （2）水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液是表观现象,实际上水分子是双向移动的,只是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。 （3）漏斗内液面上升的原因:单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。 （4）漏斗内液面停止上升的原因:随着液面的不断上升,漏斗内液体的压强越来越大,从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速率加快,水分子进出漏斗的速率越来越接近,直至完全相等,漏斗内液面不再升高,此时水分子的进出达到相对平衡。 （5）判断溶剂渗透的总方向 ①若半透膜两侧是同种溶液，根据质量浓度或物质的量浓度判定。 ②若半透膜两侧是不同的溶液，物质的量浓度才能体现溶质或溶剂分子数的多少，如半透膜两侧为质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，则葡萄糖溶液一侧单位体积中葡萄糖分子数多(水分子数少)，水分子由蔗糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。 （6）判断半透膜两侧溶液浓度大小 若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，液面差越大，浓度差就越大，且液面高的一侧溶液浓度高。 6、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 比较项目 漏斗内 烧杯内 现象及结论 ①若漏斗内液面上升，则M>N ②若漏斗内液面不变，则M＝N ③若漏斗内液面下降，则M<N (3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例) 烧杯内盛淀粉溶液 漏斗内盛碘液 结论 变蓝 不变蓝 碘能通过半透膜，而淀粉不能 不变蓝 变蓝 淀粉能通过半透膜，而碘不能 变蓝 变蓝 淀粉和碘都能通过半透膜 不变蓝 不变蓝 淀粉和碘都不能通过半透膜 考点二　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。 注意：原生质层与原生质体的区别是：原生质层由细胞膜、液泡膜以及两层膜间的细胞质组成，原生质体是指去除植物细胞壁以后所剩下的植物细胞结构。 小结： ①当外界溶液浓度小于细胞液(或细胞质)浓度时，细胞吸收水分； ②当外界溶液浓度大于细胞液(或细胞质)浓度时，细胞失去水分 ③当外界溶液浓度等于细胞液(或细胞质)浓度时，细胞进出水分处于动态平衡。 3、教材拓展： 下图甲、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，会出现上图所示哪种现象？分析原因。 [提示]会出现图甲所示现象。将人的成熟红细胞放入清水中，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，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，会出现上图所示哪种现象？达到平衡时，水分子进出细胞的状况是上图中哪一种？ [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，因为植物细胞的细胞壁有支持和保护作用。 (4)对于动植物细胞来说,单位时间内,水分子进出细胞的数量相等时,细胞内外液体的浓度一定相等吗? [提示]不一定。对动物细胞来说,水分子进出细胞的数量相等时,细胞内外溶液的浓度相等。但植物细胞有细胞壁的支持、保护作用,当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时,有可能细胞内溶液浓度大于细胞外溶液浓度。 (5)列举渗透原理在生产、生活中的应用。 [提示]①对农作物合理灌溉，降低了土壤溶液浓度，促进水分的吸收，满足农作物对水分的需要。 ②盐碱地中植物更易缺水或不易存活；一次施肥过多，会造成“烧苗”现象。这些都是因为土壤溶液浓度过高，根细胞不易吸水，甚至失水造成的。 ③糖渍、盐渍食品(如盐渍鱼、肉)不易变质的原因是在食品的表面和内部形成了高浓度的糖、盐溶液，使微生物(如细菌)不能生存、繁殖。 ④医用生理盐水的质量浓度为0.9%，与人体细胞生存的液体环境的浓度基本相等，可以维持细胞的正常形态。 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。 考点三　探究植物细胞的吸水和失水 1、定义： ①质壁分离：是指原生质层与细胞壁分离的现象。 ②质壁分离复原：是指已发生质壁分离的细胞，其原生质层和液泡逐渐恢原状的现象。 2、 实验原理： ①质壁分离的原理：当细胞液的浓度 小于 外界溶液的浓度时，细胞就会通过渗透作用而失水，细胞液中的水分就透过原生质层进入到溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层比细胞壁的收缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁分离。 ②质壁分离复原的原理：当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，细胞就会通过渗透作用 而吸水，外界溶液中的水分就通过原生质层 进入到细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，紧贴细胞壁，使植物细胞逐渐发生质壁分离复原。 3、 实验过程： （1）制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。 （2）用低倍镜观察细胞中紫色的中央液泡和原生质层的位置。 （3）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，盖玻片下面的细胞就浸润在蔗糖溶液中。 （4）用低倍镜观察，中央液泡是否逐渐变小，原生质层的位置，细胞大小是否变化。 （5）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，细胞又浸润在清水中。 （6）用低倍镜观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层如何变化，细胞大小是否变化。 注意：质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液。这是由于细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗出来。 4、注意事项： （1）本实验存在两组对照实验。 本实验存在的两组实验均为自身对照,自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行,是实验前后之间的对照。 （2） 质壁分离及复原发生的条件：活的成熟的植物细胞 （3）不同外界溶液中植物细胞的变化分析： 将成熟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，原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积随时间变化如图，分析如下： (1)A曲线表示细胞在蒸馏水中：细胞略膨胀，但是由于细胞壁的存在，原生质体的体积不能无限膨胀。 (2)B曲线表示细胞在0.5 mol/L的尿素溶液中：细胞先因渗透失水而发生质壁分离，后由于尿素能进入细胞，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原；KNO3、甘油、乙二醇等溶液中也可发生质壁分离后自动复原现象。 (3)C曲线表示细胞在0.3 mol/L的蔗糖溶液中：蔗糖不能进入细胞，因此质壁分离后细胞不能发生自动复原。 （4）实验拓展应用 (1)判断成熟植物细胞的死活。 (2)测定细胞液浓度范围。 (3)比较不同植物细胞的细胞液浓度大小。 (4)比较未知浓度溶液的浓度大小。 (5) 鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。 考点四　物质出入细胞的方式 1、各种物质出入细胞方式的比较。 物质出入细胞的方式 被动运输 主动运输 胞吞 胞吐 自由扩散 协助扩散 图例 运输方向 高浓度→低浓度 高浓度→低浓度 低浓度→高浓度 细胞外→细胞内 细胞内→细胞外 是否需要 转运蛋白 不需要 需要 需要 不需要 不需要 是否消 耗能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗 消耗 举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯等出入细胞 水通过通道蛋白进出细胞、红细胞吸收葡萄糖 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 变形虫摄食;吞噬细胞吞噬病原体 分泌蛋白的分泌;变形虫排出食物残渣和废物 影响因素 细胞膜内外物质的浓度差 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 细胞膜上转运蛋白的种类和数量;能量(温度、氧气浓度) 温度 温度 注意： (1)主动运输不一定都是逆浓度梯度,比如饭后小肠上皮细胞吸收葡萄糖属于主动运输,但是细胞外的葡萄糖浓度可能高于细胞内。 (2)神经递质为小分子物质,但释放的方式是胞吐。 (3)通过核孔运输的大分子物质有mRNA(从细胞核进入细胞质参与翻译过程)、蛋白质(如组成染色体的蛋白质)等。 (4)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。 (5)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。 (6)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。 (7)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、膜上的两种转运蛋白比较。 名称 转运对象 特点 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 转运分子或离子不需要与通道蛋白结合 3、物质跨膜运输的方式与细胞膜结构的关系。 (1)协助扩散和主动运输依赖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,这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。 (2)胞吞和胞吐也需要膜上蛋白质的参与,更离不开磷脂双分子层的流动性。 4、模式图中物质跨膜运输的方式的判断。 5、“三看法”快速判断物质出入细胞的方式 6、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。 自由扩散　　　 协助扩散 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,原因是受载体数量的限制。 (2)载体蛋白数量对物质跨膜运输的影响。 自由扩散　 协助扩散　 主动运输 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,协助扩散中载体蛋白数量越多,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)氧气含量对物质跨膜运输的影响：通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。 自由扩散或协助扩散　 主动运输 ①P点时:无氧呼吸为物质的吸收提供能量。 ②PQ段:随着氧气含量的增加,有氧呼吸产生的能量增多,主动运输的速率增大。 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)温度对物质跨膜运输的影响。 归纳提示： (1)分析此类曲线题时，要注意区分横坐标表示的意义，曲线横坐标不同，表示的物质运输方式不完全相同。 (2)解答此类问题时，要明确自由扩散、协助扩散和主动运输三种跨膜运输方式的区别和联系，主要从是否需要能量和载体蛋白两个方面考虑。 7、有关物质出入细胞方式的七个“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浓度无关的运输方式除自由扩散外,不要漏掉协助扩散。 (7)Na+、K+等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞,但不要漏掉,也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞,如神经细胞维持静息电位时的K+外流和形成动作电位时的Na+内流。 8、探究物质跨膜运输方式的实验设计思路。 (1)探究是主动运输还是被动运输。 (2)探究是自由扩散还是协助扩散。 长句背诵 1、水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液是表观现象，实际上水分子是双向移动的，只是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。 2、渗透平衡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，只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态。 3、物质进出细胞核并非都通过核孔。核孔是RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核的通道；一般，小分子物质进出细胞核是通过跨膜运输实现的，都具有选择性。 4、Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞，但也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。 5、植物吸收水分的方式是自由扩散，而吸收无机盐离子的方式是主动运输，因此可以说植物对水分和无机盐的吸收是两个相对独立的过程。 6、物质跨膜运输(自由扩散、协助扩散、主动运输)体现了生物膜的选择透过性；大分子物质和颗粒性物质的胞吞、胞吐体现了生物膜的流动性。 7、植物细胞原生质层的组成是细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 8、成熟植物细胞发生质壁分离的原因是外界溶液的浓度大于细胞液浓度，且原生质层比细胞壁伸缩性大。 9、与主动运输有关的细胞器主要是哪两种，并说明其作用：核糖体合成载体蛋白，线粒体为主动运输提供能量。 10、温度对被动运输和主动运输都有影响，其原因是温度影响磷脂分子和蛋白质分子的运动速率，影响膜的流动性。另外，温度也影响酶的活性，进而影响能量的供应。 11、从细胞膜组成和结构的角度推测，水分子进入细胞的两条途径分别是通过磷脂双分子层的自由扩散和通过水通道蛋白的协助扩散。 第 2 页 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$