必修1 第2单元 第2讲 细胞的物质输入和输出（学生讲义）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅱ一轮总复习

第2讲　细胞的物质输入和输出 【学习目标】　1.阐明细胞膜具有选择透过性；　2.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白；　3.举例说明大分子物质或颗粒性物质等可以通过胞吞、胞吐进出细胞。 建构知识体系 主题研习(一)　水进出细胞的原理(深化·提能型) 1．理解渗透作用的概念 (1)概念：指　　　　　　　　　　　　　通过　　　　的扩散。 (2)应用：下列现象属于渗透作用的是　　　。 ①细胞吸收K＋ 　②施肥过多导致“烧苗” ③水分子通过细胞壁　④放在盐水中的蔬菜萎蔫 2．探究渗透作用发生条件 [微提醒]　渗透≠扩散：渗透作用必须通过半透膜，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。渗透是一种特殊的扩散。 图A、图B分别表示渗透作用装置，据图回答下列问题： 1．据图A回答有关问题 (1)在溶质不能通过半透膜的情况下，若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则单位时间内由S2→S1的水分子数　　　由S1→S2的，表现为S1溶液液面　　　。在Δh>0且不变时，S1、S2溶液浓度的大小关系为S1　　(填“>”“<”或“＝”)S2，此时半透膜两侧　　(填“有”或“没有”)水分子的进出。 (2)在溶质能通过半透膜的情况下，若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则最初单位时间内由S2→S1的水分子数　　　由S1→S2的，随着溶质的扩散，最终S1和S2溶液浓度相等，表现为S1溶液液面　　　　　　　　　　，最终S1和S2溶液液面持平。 2．据图B回答有关问题 在图B所示的U型玻璃管内，左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。初始时两管中液面相平，假设溶质分子不能透过半透膜。 (1)一段时间后，两管中液面的变化为左管液面　　　，右管液面　　　。(均填“升高”“降低”或“不变”) (2)液面高度稳定后再同时向两管内加入等量的麦芽糖酶，两管中液面的变化分别为左管液面　　　，右管液面　　　。(均填“升高”“降低”或“不变”) (三)分析动植物细胞利用渗透作用吸水和失水 1．动物细胞的吸水和失水 (1) (2)现象 2．植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例) (1)当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水，发生　　　　　现象。 (2)当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水，失水的细胞发生　　　　　　　现象。 (3)当外界溶液浓度＝细胞液浓度时，水分子进出平衡，细胞保持原态。 题点(一)　渗透作用的原理及应用分析 1. (2024·广东六校联考)某兴趣小组用图甲装置研究渗透作用，a和b均为蔗糖溶液，c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是(　 ) A．烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度 B．若t2时刻烧杯中加入蔗糖酶，则Δh最终将变小 C．t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同 D．若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶，则Δh将先变大后变小 2．(2024·深圳模拟)随着淡水资源的日益紧张，利用反渗透技术进行海水淡化是解决淡水资源短缺问题的一条重要途径。反渗透是 指利用压力使高浓度溶液中的水分子通过半透膜，但其他物质不能通过的技术，其过程如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．水分子在进行跨膜运输时，不需要消耗ATP，但需要载体的协助 B．若不施加人为压力，则水分子只能从低浓度溶液一侧向高浓度溶液一侧运输 C．若处于图中液面状态时去掉人为压力，则图中两侧的液面高度不会发生变化 D．两侧液面持平时，施加的人为压力的作用效果与两侧溶液渗透压差的作用效果相互抵消 题点(二)　动植物细胞吸水与失水的分析 3．(2022·全国甲卷)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是(　 ) A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度 B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c C．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度 D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度 4．估测叶片细胞液的平均浓度时可用液体交换法。在甲、乙组试管中各加入相同浓度的蔗糖溶液，将适量大小相同的叶圆片放在甲组试管中，放置60 min，再向甲组试管滴加微量亚甲基蓝溶液，使溶液呈蓝色，充分摇匀后吸取蓝色溶液置于乙组试管中部挤出一滴，观察记录蓝色液滴的升降情况。下列分析不合理的是(　 ) A．若蓝色液滴上升，说明叶片细胞液浓度低于蔗糖溶液浓度 B．若蓝色液滴下降，说明叶片细胞吸收了蔗糖溶液中的水分 C．60 min后渗透平衡，此时叶片细胞液浓度等于甲组试管内的蔗糖溶液浓度 D．若蓝色液滴静止不动，则此蔗糖溶液浓度相当于叶片细胞的细胞液平均浓度 [反思·收获]　判断细胞吸水或失水的两种方法 (1)根据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，水分进出细胞处于动态平衡。 (2)根据实验材料重量或长度的变化来判断 以萝卜条为例，若重量增加或长度变长，则吸水；反之则失水。　　 主题研习(二)　观察植物细胞的质壁分离和复原(实验·探究型) 1．实验原理 内因 ①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层　　 　； ②原生质层比细胞壁的伸缩性大 外因 　　　　与外界溶液之间具有一定的浓度差，细胞能渗透吸水或失水 2.实验步骤 [思考探究] 1.右图表示正在进行质壁分离的紫色洋葱细胞，请分析并回答相关问题： (1)实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？为什么选此细胞？ (2)b的大小和颜色如何发生变化？ (3)c处的溶液是什么？ (4)该实验无独立的对照组，为什么还是对照实验？ 2．将成熟的植物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，原生质体的体积随时间的变化情况如图，请分析各曲线变化的原因。 1．质壁分离及复原的条件 (1)从细胞角度分析 ①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不能发生质壁分离及复原现象。 ②细菌细胞也能发生质壁分离，但现象不明显。 (2)从溶液角度分析 ①在一定浓度(溶质不能透过半透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。 ②在一定浓度(溶质可透过半透膜)的溶液(如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离，并能自动复原，因为K＋、NO、尿素、乙二醇等可转运到细胞内，使细胞液浓度升高，细胞渗透吸水而发生自动复原。 ③本实验选用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原；若质量浓度过低，则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。 2．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)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液) 题点(一)　实验原理、步骤和结果观察 1．(2023·全国甲卷)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(　 ) 2．(2024·沈阳一模)将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，细胞发生质壁分离；再将这些细胞置于清水中，细胞发生质壁分离复原。关于上述过程中细胞相关变化的描述正确的是(　 ) A．质壁分离过程中，细胞液的渗透压逐渐减小，颜色逐渐变深 B．质壁分离过程中，原生质体体积与细胞体积的比值逐渐减小 C．质壁分离复原过程中，细胞的原生质层将逐渐吸水增厚 D．若时间足够长，置于清水中的细胞会持续吸水直至涨破 题点(二)　实验的拓展分析及应用 3．[多选](2024·德州期末)海水稻是一种在海边滩涂等地生长的、耐盐碱的水稻品种。研究发现，海水稻根部细胞的细胞液浓度比生长在普通土壤中的水稻(淡水稻)根部细胞的高。某兴趣小组欲验证上述结论，利用不同浓度的NaCl溶液 分别处理海水稻和淡水稻的根部细胞，实验结果如图所示。假设实验开始时两种水稻根部细胞原生质体体积大小相同，其他条件均相同且适宜。下列说法错误的是(　 ) 注：＝×100%。 A．该实验的自变量是NaCl溶液浓度 B．A、B两组分别为海水稻、淡水稻的根部细胞 C．海水稻根部细胞的细胞液浓度为6～8 g·L－1 NaCl溶液浓度 D．经不同浓度的NaCl溶液处理，海水稻根部细胞都会发生质壁分离现象 主题研习(三)　物质进出细胞的方式(深化·提能型) 1．物质进出细胞的方式 [微提醒]　①胞吞过程需要某些特定的膜蛋白的作用，但是不需要转运蛋白的作用。②胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质。 2．通道蛋白与载体蛋白的异同 |情|境|探|究| 小肠上皮细胞面向肠腔的一侧形成很多微绒毛，对吸收来自肠腔的营养物质有重要意义。如图1为氨基酸从肠腔进入组织细胞的简要过程。新生儿小肠上皮细胞还能直接吸收母乳中的免疫球蛋白到血液中。人体进食后，小肠微绒毛外侧葡萄糖浓度由于二糖的水解而局部高于细胞内，这部分葡萄糖能通过GLUT2转运；大部分葡萄糖通过SGLT1转运，过程如图2所示。 请根据以上材料回答下列问题。 (1)氨基酸从肠腔进入小肠上皮细胞是什么运输方式？判断的依据是什么？氨基酸从小肠上皮细胞到组织液是什么运输方式？ (2)Na＋从小肠上皮细胞运输到肠腔时，Na＋转运蛋白的空间构象是否发生改变？并说明理由。 (3)新生儿小肠上皮细胞直接吸收母乳中的免疫球蛋白是什么运输方式？需要膜蛋白发挥作用吗？ (4)小肠上皮细胞通过SGLT1、GLUT2转运葡萄糖分别属于什么运输方式？ |认|知|生|成| 1．“三看法”快速判断物质进出细胞的方式 2．图析单向运输载体、同向运输载体和反向运输载体 如图中钠钾泵、SGLT1、GLUT2、GLUT5均代表载体，其中GLUT5属于单向运输载体，SGLT1、GLUT2属于同向运输载体，钠钾泵属于反向运输载体。 [例1]　(2024·芜湖模拟)某生物兴趣小组选用生理状况相同的柽柳根、一定浓度的X溶液、X载体蛋白抑制剂和呼吸酶抑制剂进行了如下三组实验(每组均选用了6条柽柳根)，以探究柽柳根对X的吸收方式。下列分析错误的是(　 ) 甲组 柽柳根＋X溶液→一段时间后测定溶液中的X浓度，计算出X的吸收速率 乙组 柽柳根＋X溶液＋X载体蛋白抑制剂→一段时间后测定溶液中的X浓度，计算出X的吸收速率 丙组 柽柳根＋X溶液＋呼吸酶抑制剂→一段时间后测定溶液中的X浓度，计算出X的吸收速率 A．甲组为对照组，仅分析甲组的实验结果不能确定柽柳根对X的吸收方式 B．若乙组中X的吸收速率比甲组的低，说明柽柳根对X的方式为协助扩散 C．若丙组中X的吸收速率与甲组的相等，说明柽柳根对X吸收方式为被动运输 D．若乙、丙两组中X的吸收速率均比甲组的低，说明柽柳根对X的吸收方式为主动运输 听课随笔： |认|知|生|成|　探究物质运输方式的思路 (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 1．物质浓度(在一定的范围内) 2．氧气浓度 [例2]　(2022·全国乙卷)农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO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NO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NO进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是_________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)O2浓度大于a时作物乙吸收NO速率不再增加，推测其原因是___________________ ________________________________________________________________________。 (3)作物甲和作物乙各自在NO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NO的吸收利用，可以采取的措施是________________________________________________________________________。 题点(一)　物质进出细胞的方式及其判断 1．(2023·全国甲卷)物质输入和输出细胞都需要经过细胞膜。下列有关人体内物质跨膜运输的叙述，正确的是(　 ) A．乙醇是有机物，不能通过自由扩散方式跨膜进入细胞 B．血浆中的K＋进入红细胞时需要载体蛋白并消耗ATP C．抗体在浆细胞内合成时消耗能量，其分泌过程不耗能 D．葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞 2．(2024年1月·安徽高考适应性演练)骨骼肌细胞处于静息状态时，钙泵可维持细胞质基质的低Ca2＋浓度。骨骼肌细胞中Ca2＋主要运输方式如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．Ca2＋与钙泵结合，会激活钙泵ATP水解酶的活性 B．钙泵转运Ca2＋过程中，会发生磷酸化和去磷酸化 C．Ca2＋进入内质网是主动运输，出内质网是协助扩散 D．Ca2＋进入细胞质基质的过程，需要与通道蛋白结合 题点(二)　影响物质跨膜运输的因素 3．(2024·襄阳一模)植物生长过程中，需要不断从外界吸收无机盐离子。为探究大麦根对K＋的吸收方式，科学家先后进行了两个实验，结果如图甲和图乙所示。下列相关描述不正确的是(　 ) A．据图甲判断根毛细胞吸收K＋的方式为协助扩散 B．据图乙判断根毛细胞吸收K＋的方式为主动运输 C．根毛细胞在一定浓度的KNO3溶液中会发生质壁分离并自动复原 D．农田施肥的同时还要适当浇水，有利于化肥中无机盐的溶解吸收 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1.(必修1 P67“图4­5”分析应用)钾离子通道是由四个相同的亚基形成的一个倒圆锥体，在宽的一端外部有一个选择性的“过滤器”(如图)。下列叙述错误的是(　 ) A．K＋通过通道蛋白时不需要与通道蛋白结合 B．此通道蛋白对通过的离子具有选择性 C．此通道的运输速率受到K＋浓度差的影响 D．此通道蛋白对K＋的运输可以双向进行 2．(必修1 P68“生物科学史话”素材挖掘)2003年诺贝尔化学奖授予了对水通道蛋白研究的科学家——阿格雷，以下是阿格雷的部分研究内容：(1)将非洲爪蟾的卵细胞置于低渗溶液中，细胞不吸水涨破；(2)阿格雷在克隆得到CHIP28(一种蛋白质)的基因后，将CHIP28基因转录得到的mRNA注射到爪蟾的卵细胞；结果发现如果将表达了CHIP28的爪蟾卵细胞放入低渗溶液中，细胞吸水膨大，没有表达CHIP28的爪蟾卵细胞无明显变化。以下说法错误的是(　 ) A．研究内容(1)的现象说明水分子不容易通过爪蟾卵细胞膜 B．由材料可以推断CHIP28属于一种水通道蛋白 C．水通道蛋白仅允许水分子通过说明该蛋白质有一定的特异性 D．若破坏人成熟红细胞膜上的水通道蛋白，水分子则不能进入红细胞 (二)科学思维“融会通” 3．(必修1 P68“科学史话”拓展分析)非洲爪蟾卵母细胞几乎对水不通透，是进行水通道蛋白研究的良好材料。阿格雷等人将CHIP28蛋白的mRNA注入非洲爪蟾卵母细胞。72 h后，CHIP28蛋白大量表达。把卵母细胞移到低渗溶液中，显微观察发现卵母细胞迅速吸水膨胀。阿格雷由此确定CHIP28蛋白是一种水通道蛋白。 (1)有人对此实验提出质疑，请说明质疑的理由可能是什么。　 　 (2)请再补充实验以证明CHIP28蛋白就是一种水通道蛋白。 　 　　 4．(必修1 P72“拓展应用T2”深化应用)柽柳是一种强耐盐植物，叶子和嫩枝可以将吸收的盐分排出。柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输？请设计实验加以证明(实验材料：形态及生理状况相似的柽柳幼苗若干，适宜浓度的含Ca2＋和K＋的完全培养液，细胞呼吸抑制剂，蒸馏水)，写出实验步骤，并预测实验结果。 　 　 　 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．(2024年1月·贵州高考适应性演练)为探究某植物对镉(Cd2＋)的跨膜运输方式，在一定Cd2＋浓度的培养液中水培，设置4组实验：对照组(Ⅰ)、加入Ca2＋通道抑制剂(Ⅱ)、加入ATP水解酶抑制剂(Ⅲ)、加入K＋通道抑制剂(Ⅳ)，培养一段时间后，测定叶组织中的Cd2＋含量，结果如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．由图中Ⅰ、Ⅲ可知，细胞吸收Cd2＋存在主动运输 B．由图中Ⅰ、Ⅳ可知，K＋通道蛋白不参与吸收Cd2＋ C．细胞吸收Cd2＋过程中，Cd2＋要与Ca2＋通道蛋白结合 D．增加Ⅰ组培养液的Ca2＋含量，可能降低Cd2＋吸收量 2．网格蛋白介导的胞吞作用是大多数细胞最主要的胞吞途径，当被转运的大分子物质与膜受体结合后，网格蛋白聚集在膜下，使细胞膜逐渐向内凹陷，形成网格蛋白包被小窝。小窝出芽，颈部缢缩，最终与细胞膜脱离，由网格蛋白包被的小泡进入细胞内。下列相关叙述错误的是(　 ) A．该种运输过程对大分子物质的运输具有选择性，不消耗能量 B．该运输方式形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解 C．大分子物质通过胞吞进入细胞，是通过受体分子介导的 D．网格蛋白向膜下聚集的过程中引起细胞内生理变化等一系列信号传递 3．[多选](2023·湖南高考)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。下列叙述正确的是(　 ) 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＋泵活性有关 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 1 / 15 学科网（北京）股份有限公司 $$