2027届高考生物一轮复习 必修一第四章知识 细胞的物质输入与输出

该高中生物学高考复习学案系统梳理了“细胞的物质输入与输出”核心考点，涵盖渗透作用原理、原生质层结构、质壁分离实验、跨膜运输方式及影响因素，按“原理-实验-应用”逻辑构建知识网络，通过问题链和任务单引导学生自主梳理，体现考点的系统性和层次性。 亮点在于诊断性自测与探究实践结合，如设置6道典型课后题诊断理解盲区，设计质壁分离实验步骤分析任务培养科学思维，利用影响因素表格工具辅助自主归纳。通过错题归因指导和图像分析任务，帮助学生建立个性化知识体系，教师可依学情精准指导，助力培养生命观念与自主复习能力。

2027届一轮复习 必修一第四章知识梳理 细胞的物质输入与输出 1. 水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。 吸胀作用：依靠细胞内亲水物质（蛋白质、淀粉、纤维素）吸附水分子的现象。 发生条件：①有半透膜；②存在浓度差。 【注意】渗透作用是宏观上的概念，作用的方向为低浓度到高浓度。 ✹植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞通过渗透作用吸水和失水。 ✹植物根尖分生区细胞有细胞膜，细胞膜有选择透过性，可起半透膜的作用，因此在清水中可以发生渗透作用（不能发生质壁分离）；但由于没有大液泡，渗透作用不明显。根尖分生区细胞、干种子细胞、茎的形成层细胞都是未成熟的细胞，没有形成中央大液泡，主要靠吸胀作用吸水。 ✹若将正常的线粒体放入清水中，则线粒体的外膜先胀破。原因：线粒体内膜向内折叠形成嵴，增大了膜面积。 2. 植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，动物细胞的细胞膜相当于一层半透膜。 3. 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。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。所说的水进出细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。（书P63） 4. 探究植物细胞的吸水和失水： 方法步骤：选取新鲜洋葱鳞片叶，用刀片在外表皮（仅由单层细胞构成，薄而透明，且含有紫色大液泡，无需染色，易于观察）上划一方框，用镊子撕下表皮。在洁净的载玻片上滴一滴清水，将撕下的表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片，制成临时装片。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。从盖玻片的一侧滴入0.3g/mL的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮就浸润在蔗糖溶液中。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。在盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮又浸润在清水中。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。（好题：参见2025 重庆T10） 【注意】①本实验存在自身前后对照，不需要另设对照组。实验通过观察：液泡的大小和颜色、细胞的大小、原生质层的位置来判断是否发生质壁分离。【细胞的大小变化 ×（细胞壁的作用）】②洋葱鳞片叶外表皮的液泡含紫色色素，无需染色即可观察质壁分离；也可选用黑藻叶片，依靠绿色叶绿体作为观察标志；若以无天然色素的植物细胞为观察对象，可使用红墨水进行染色观察。③使用0.9g/mL的蔗糖溶液，细胞会死亡，可以观察到质壁分离，但无法发生质壁分离复原。④没有中央大液泡的细胞（如植物根尖分生区细胞）不能发生质壁分离[伸长区发育不完全，发生质壁分离困难，一般选择成熟区进行实验]。 5. ※植物有细胞壁，质壁分离复原过程结束时，细胞内溶液浓度仍大于外界溶液浓度。（橙P31） 延伸：将玉米根成熟区细胞放入某浓度蔗糖溶液中10min，液泡大小没有变化。此时，液泡内溶液浓度大于外界溶液浓度。【动物细胞：无细胞壁，水分进出平衡时，细胞液浓度=外界溶液浓度；植物细胞：存在细胞壁产生的压力势，水分动态平衡、细胞体积不变（液泡颜色不变）时：细胞液浓度＞外界溶液浓度。原理：细胞内部渗透压既要抵消外界溶液渗透压，还要克服细胞壁向内的挤压弹力。】 6. 如下图所示，①为细胞壁，③为细胞质，⑤为外界溶液。细胞处于该状态时，③⑤中液体浓度无法确定。 7. ①物质以扩散方式进出细胞，不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（简单扩散）和协助扩散（易化扩散）两类。 自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞；协助扩散：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。 ②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。 主动运输的意义：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。 ③胞吞：细胞摄取大分子时，细胞膜内陷包裹大分子，形成囊泡进入细胞的过程； 胞吐：细胞内的大分子先形成囊泡，囊泡与细胞膜融合，将大分子排出细胞的过程。（书P71） 跨膜方式 作用机制、实例与特点 自由扩散 ①O2、CO2、尿素、少部分水；②脂溶性物质：甘油、乙醇、性激素 协助扩散（借助转运蛋白） 作用机制：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，每次转运时会发生自身构象的改变 ①顺（自己的）浓度梯度运输；②需要转运蛋白的协助；③不消耗细胞内化学反应释放的能量 葡萄糖进入哺乳动物成熟红细胞、部分氨基酸、离子 作用机制：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；不需要与通道蛋白结合 离子（静息电位：K+外流动作电位：Na+内流）、大部分水 主动运输 ①直接消耗ATP的主动运输，通常称为（ATP驱动）泵，如钠钾泵、H+泵；②依靠电化学势能/浓度梯度势能[同向协同运输/反向协同运输]（小肠上皮细胞吸收葡萄糖） 小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸、甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘、离子通过细胞膜（最主要）（如Na+—K+泵） 胞吞、胞吐 需要膜上蛋白质的识别，但不需要转运蛋白，如：白细胞吞噬细菌、吞噬细胞清除衰老细胞、变形虫吞食食物颗粒；神经递质（甘氨酸、谷氨酸）出细胞 ※以上均为跨膜运输的方式。胞吞胞吐不属于穿膜。 载体蛋白具有饱和性、专一性。 水分子最主要的跨膜运输方式为协助扩散，离子最主要的跨膜运输方式为主动运输。 8. 除一些不带电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，这又一次体现了蛋白质是生命活动的承担者。一种转运蛋白往往只适合转运特定的物物质。因此，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。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。 9. 图像问题： 影响物质运输的因素：（1）影响自由扩散速率的因素：温度、浓度差；（2）影响协助扩散速率的因素：温度、浓度差、载体种类和数量；（3）影响主动运输速率的主要因素：温度、载体种类和数量、能量。 ①浓度差对物质跨膜运输的影响： 自由扩散 协助扩散 主动运输（与浓度无关） ②转运蛋白数量对跨膜运输的影响： 协助扩散 协助扩散/主动运输 ③氧气含量对跨膜运输的影响： 自由扩散/协助扩散 主动运输（受载体蛋白数量的限制） ④温度对跨膜运输的影响（通过影响生物膜的流动性和酶活性，进而影响运输速率）： 自由扩散 协助扩散/主动运输 课后练习： 1．含羞草叶枕的伸肌细胞是运动细胞中的一种，Cl⁻通道A蛋白夜晚在伸肌细胞膜上大量表达，Cl⁻外流进而激活同细胞膜上的K⁺通道打开，水分子外流，细胞收缩导致叶片闭合。相关分析错误的是（　　） A．Cl⁻通过通道蛋白外流时，通道蛋白的构象会发生可逆改变 B．K⁺外流使伸肌细胞的细胞液渗透压降低导致水分子流出细胞 C．若抑制伸肌细胞膜上水通道蛋白的活性，夜晚叶片闭合会变慢 D．若用呼吸抑制剂处理含羞草，会直接抑制Cl⁻通过通道蛋白的运输 【答案】D 解：A、离子通过通道蛋白运输时，通道蛋白存在门控机制，构象会发生可逆的开放、关闭改变，以允许特定离子通过，因此Cl-通过通道蛋白外流时，通道蛋白构象发生可逆改变，A正确； B、K+外流使伸肌细胞内溶质微粒减少，细胞液渗透压降低，细胞外渗透压相对更高，水分子顺相对含量梯度流出细胞，B正确； C、水分子跨膜运输主要依赖水通道蛋白的协助扩散，若抑制水通道蛋白活性，水分子外流速率减慢，细胞收缩速度变慢，因此夜晚叶片闭合会变慢，C正确； D、Cl-通过通道蛋白的运输方式为协助扩散，不需要消耗细胞呼吸产生的能量，因此呼吸抑制剂不会直接抑制该运输过程，D错误。 2．某科研小组将生理状态相同的植物根尖成熟区细胞分别置于2mol·L-1乙二醇溶液（A组）和2mol·L-1蔗糖溶液（B组）中，原生质体（植物细胞除去细胞壁后剩余部分）保持活性，测得原生质体相对体积变化如图所示。下列相关叙述正确的是（　　） A．0~120s两组细胞的原生质体均渗透失水 B．0~120s水的运输方式A组为自由扩散，B组为协助扩散 C．120s后A组乙二醇开始进入细胞使原生质体体积增加 D．120s后B组细胞不再进行水分子的跨膜运输 【答案】A 解：A、0~120s两组细胞的原生质体相对体积均小于初始值100，说明两组细胞均发生了渗透失水，原生质体收缩，A正确； B、水分子的跨膜运输方式包括自由扩散和借助水通道蛋白的协助扩散，因此两组细胞中水的运输方式不存在差异，B错误； C、乙二醇是脂溶性小分子，可通过自由扩散跨膜运输，从细胞放入乙二醇溶液开始，乙二醇就会进入细胞，并非120s后才开始进入；120s后细胞液浓度高于外界溶液浓度，细胞通过渗透吸水使原生质体体积增加，C错误； D、120s后B组原生质体相对体积保持稳定，此时水分子进出细胞达到动态平衡，即水分子仍在进行跨膜运输，D错误。 3．硒是人和动物必需的微量元素，在自然界中常以有毒性的亚硒酸盐（SeO32-）等形式存在，某些微生物能将SeO32-还原为低毒性的单质硒。科研人员选用细菌H作为实验材料对硒的跨膜运输进行研究，实验设计及结果见下表。下列叙述错误的是（　　） 组号 处理条件 SeO32-的吸收速率/（nmol·10-9个细胞） Ⅰ 将细菌H放入液体培养基 5 Ⅱ 将细菌H放入含AgNO3（通道蛋白抑制剂）的液体培养基 1 Ⅲ 将细菌H放入含2，4-DNP（细胞呼吸抑制剂）的液体培养基 4 Ⅳ 将细菌H放入含亚硫酸盐（SO32-）的液体培养基 <0.5 A．分析Ⅰ组、Ⅱ组结果，推测细菌H主要通过协助扩散的方式吸收SeO32- B．分析Ⅰ组、Ⅳ组结果，推测SO32-能抑制细菌H吸收SeO32- C．通道蛋白合成缺陷型细菌H吸收SeO32-的速率与野生型细菌H相同 D．研究细菌的硒跨膜运输机制有利于实现高硒环境的硒生物修复 【答案】C 解：A、Ⅰ组为空白对照组，Ⅱ组添加通道蛋白抑制剂后SeO32-吸收速率大幅下降，通道蛋白介导的是协助扩散，说明该运输过程主要依赖通道蛋白、不需要消耗能量，即主要为协助扩散，A正确； B、Ⅰ组和Ⅳ组的自变量为是否添加SO32-，添加SO32-后SeO32-吸收速率大幅降低，可推测SO32-会竞争性抑制细菌H吸收SeO32-，B正确； C、由分析可知细菌H主要通过通道蛋白吸收SeO32-，通道蛋白合成缺陷型细菌H缺乏相关转运通道，吸收SeO32-速率远低于野生型，C错误； D、研究细菌的硒跨膜运输机制，可定向选育高吸收硒的微生物，将高硒环境中有毒的亚硒酸盐还原为低毒单质硒，实现硒污染的生物修复，D正确。 4．关于人体小肠对有关物质的消化和吸收，下列叙述错误的是（　　） A．淀粉经消化道水解成葡萄糖，才能被细胞吸收利用 B．吸收乙醇、维生素D等脂溶性物质需要线粒体供能 C．对Na+、K+的吸收体现了细胞膜选择透过性的功能特点 D．小肠上皮细胞借助膜蛋白吸收水的速度比自由扩散更快 【答案】B 解：A、淀粉是多糖，属于生物大分子，无法直接被细胞吸收，必须经消化道水解为葡萄糖（单糖）才能被细胞吸收利用，A正确； B、乙醇、维生素D都属于脂溶性物质，跨膜运输方式为自由扩散，该过程顺浓度梯度运输，不需要载体蛋白，也不需要消耗能量（不需要线粒体供能），B错误； C、细胞膜的选择透过性是指细胞膜可以让水分子自由通过，一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过的特性，小肠上皮细胞选择性吸收Na+、K+，体现了细胞膜的选择透过性，C正确； D、小肠上皮细胞吸收水的方式包括自由扩散和借助水通道蛋白的协助扩散，协助扩散有膜蛋白的协助，运输速率远高于自由扩散，D正确。 5．下图为物质进出细胞的示意图，①②③④表示物质进出细胞的方式。下列叙述错误的是（    ） A．氧气和水均可通过①进入细胞 B．①②都是顺浓度梯度运输物质 C．③是细胞吸收物质最重要的方式 D．④只能将固体物质排出细胞 【答案】D 解：A、①为自由扩散，氧气、水等小分子物质可以通过自由扩散顺浓度梯度进入细胞，A正确； B、①自由扩散和②协助扩散都属于被动运输，二者都是顺浓度梯度运输物质，不需要消耗能量，B正确； C、③是主动运输，可按照细胞生命活动的需求主动选择吸收所需物质，排出代谢废物，是细胞吸收物质最重要的方式，C正确； D、④是胞吐，既可以排出固体大分子颗粒，也可以排出液体类大分子物质（如分泌蛋白这类大分子物质，属于液体成分，也通过胞吐排出），D错误。 6．下图1表示动物细胞的细胞膜结构示意图，A、B表示物质，a~e表示不同的物质运输方式。图2中曲线甲、乙分别代表物质进出细胞的两种方式。请据图分析下列选项不正确的是（    ） A．若该细胞放在无氧环境中，图中ace的运输速率可能受到影响 B．母乳中的抗体进入新生儿细胞的方式是e，该过程依赖细胞膜的功能特性 C．图1中运输方式b对应于图2曲线甲 D．图2中的曲线乙可对应图1中的a和c 【答案】B 解：A、图中ac为主动运输过程，需要消耗能量，e为胞吞过程也需要消耗能量，而在无氧环境中，细胞有氧呼吸受到抑制，因而产生的ATP减少，据此可推测，若该细胞放在无氧环境中，图中ace的运输速率可能会受到影响，A正确； B、抗体是大分子，母乳中的抗体进入新生儿细胞的方式是e，即胞吞过程，该过程依赖细胞膜的结构特性（流动性），B错误； C、b为自由扩散，运输速率仅和细胞内外浓度差正相关，对应图2的曲线甲，C正确； D、曲线乙是逆浓度梯度的主动运输，对应图1的a，c，二者均为主动运输，D正确。 小结： 转运蛋白的分类及特点： “三看法”快速判断物质出入细胞的方式： 第1页，共3页 第1页，共3页 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