2027届高考生物人教版一轮复习知识清单第4章 细胞的物质输入和输出

该高中生物学高考复习知识清单系统梳理了“细胞的物质输入和输出”章节，涵盖被动运输（渗透作用、水进出细胞、自由扩散与协助扩散）和主动运输（主动运输、胞吞与胞吐）两大核心板块，构建了从原理到实验再到应用的完整知识网络。 清单采用实验流程分步解析与跨类型对比表格相结合的方式，如质壁分离实验标注三次显微观察的对照目的，被动与主动运输对比表明确方向、转运蛋白及能量需求，培养学生科学思维和探究实践素养。特设重难点补充模块，如“渗透平衡≠浓度相等”“转运蛋白种类特点”等，帮助学生精准突破考点，教师可据此设计分层复习，提升备考效率。

第4章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 一、水进出细胞的原理 （一）渗透作用 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。 2.方向：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。 任务探究 1.渗透作用发生的条件 根据教材 P62“问题探讨” 的渗透现象： (1) 漏斗管内的液面升高：由于单位体积的清水中水分子数多于蔗糖溶液中的水分子数，因此单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。 (2) 漏斗管内的液面不会一直升高：管内的水柱产生的压力会加快漏斗中的水分子向外扩散的速度，最终膜两侧水分子扩散的速度达到平衡，液面不再上升。 (3) 渗透装置中，当漏斗内的溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度不相同；此时，漏斗内溶液浓度高于烧杯中清水的浓度。 (4) 如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面不会升高，纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。 (5) 如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面不会升高，半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。 (6) 渗透作用的发生所具备的两个条件 ①具有半透膜； ②膜两侧溶液存在浓度差。 补充： 1. 水分子的运动规律 (1) 水分子的运输方向：从含水量高的一侧向含水量低的一侧运输。 (2) 半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异导致的。 (3) 当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。 2. 渗透平衡≠浓度相等 渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既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。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高 (反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。 (1) 渗透系统的溶液浓度 研究渗透作用时溶液浓度是指物质的量浓度而非质量浓度：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，质量浓度相同，但葡萄糖溶液的物质的量浓度大，故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。 (2) 渗透现象中液面变化的判断方法 半透膜两侧分别为浓度不同的溶液 A、B，有以下三种情况： ①若 A 侧溶质 (如葡萄糖等) 可以通过半透膜，B 侧溶质不能通过半透膜，则最终 B 侧液面升高。 ②若 A 侧和 B 侧溶质是同种物质且均不能通过半透膜，则浓度高的一侧液面升高。 ③若 A、B 两侧溶液的溶质均能通过半透膜，则最终两侧不存在高度差。 （二)水进出细胞 1. 动物细胞的吸水和失水 (1) 条件及现象 吸水 外界溶液的浓度 ＜ 细胞质的浓度 细胞膨胀 失水 外界溶液的浓度 ＞ 细胞质的浓度 细胞皱缩 平衡 外界溶液的浓度 ＝ 细胞质的浓度 细胞形态正常 (2) 动物细胞的细胞膜相当于半透膜。 2. 植物细胞的吸水和失水 (1) 成熟植物细胞的结构 细胞壁：全透性，伸缩性比较小 原生质层:①细胞膜②细胞质 ③液泡膜 细胞液：具有一定浓度 原生质层具有选择透过性，相当于一层半透膜。 浓度差：成熟植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的细胞液，当它和外界溶液有浓度差时，细胞发生吸水或失水。 (2) 植物细胞通过渗透作用吸水和失水。 (3) 植物细胞发生质壁分离与复原的原因 内因： a. 成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜 b. 原生质层比细胞壁的伸缩性大 外因：细胞液与外界溶液之间存在着浓度差 3. 探究植物细胞的吸水和失水实验 (1) 实验材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，具有中央大液泡，细胞液呈紫色，便于观察。 (2) 实验流程 制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片→低倍显微镜观察 a. 有一个紫色的中央大液泡 b. 原生质层紧贴细胞壁 质量浓度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液→吸水纸引流（重复几次）→低倍显微镜观察 a. 中央液泡逐渐变小(紫色逐渐变深) b. 原生质层与细胞壁逐渐分离 清水→吸水纸引流（重复几次）→低倍显微镜观察 a. 中央液泡逐渐变大(紫色逐渐变浅) b. 原生质层逐渐紧贴细胞壁 补充：植物细胞的吸水和失水 1. 选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡呈现紫色，易于观察实验现象。 2. 本实验进行了3次显微观察，其目的是进行前后对照，以便对照细胞处理前后的状态变化。 3. 使用的蔗糖溶液的浓度过高会导致细胞失水过多死亡，从而不能观察到质壁分离复原现象。 4. 细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。可以通过质壁分离与复原实验，测定该细胞的细胞液浓度，其实验思路是：配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液，将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液浓度应介于这两个浓度之间。 拓展 1. 质壁分离及复原的条件 (1) 细胞 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具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。 (2) 溶液 ①在一定浓度的溶液 (溶质不能透过膜) 中只发生质壁分离现象，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在一定浓度的溶液 (溶质可透过膜) 中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、溶液等。 ③在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时细胞会因过度失水而死亡。 ④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。 2. 对照设置 本实验存在两组对照实验，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、实验前后之间的对照。 第一次对照：滴加蔗糖溶液（质壁分离） 第二次对照：滴加清水（质壁分离复原） 3. 质壁分离及复原 (1) 成熟植物细胞的死活 待测细胞＋蔗糖溶液 (2) 细胞液浓度 待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。 (3) 不同植物细胞的细胞液浓度 不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短→判断细胞液浓度的大小 (时间越短，细胞液浓度越小)。 (4) 鉴别不同种类的溶液 (如和蔗糖溶液) 成熟植物细胞＋不同种类溶液 二、被动运输 1.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。 2.被动运输的类型 （1）自由扩散（简单扩散） ①物质经过简单的扩散作用进出细胞的方式。 ②氧、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物。 （2）协助扩散（易化扩散） ①借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。 ②离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等。 3.转运蛋白的种类和特点 名称 载体蛋白 通道蛋白 转运对象 与自身结合部位相适应的分子或离子 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 特点 每次转运时都会发生自身构象的改变 分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合 4.影响被动运输的因素 被动运输的速率直接受膜内外物质浓度梯度大小的影响。 协助扩散的速率还与转运蛋白的数量有关。 (1) 自由扩散的影响因素：物质运输速率主要取决于膜内外物质浓度梯度的大小，也与物质分子大小和脂溶性有关。 (2) 协助扩散的影响因素：除了膜内外物质浓度梯度的大小外，还与膜上转运蛋白的数量有关。当转运蛋白达到饱和时，物质浓度再增加，物质运输速率也不再增加(3) 被动运输不消耗能量，所以物质运输速率和细胞能量供应无关。 第 2 节 主动运输与胞吞、胞吐 一、主动运输 1. 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。 2. 离子或分子与载体蛋白结合后，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。 3. 、和等离子通过细胞膜；氨基酸、葡萄糖进入小肠上皮细胞。 4. 意义：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。 补充： 1.主动运输和被动运输比较 运输方式 分类 方向 转运蛋白 能量 实例 被动运输 自由扩散 顺浓度梯度 不需要 不需要 、、乙醇、甘油、苯等 协助扩散 顺浓度梯度 需要 不需要 水、葡萄糖、某些离子等 主动运输 逆浓度梯度 需要 需要 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸及红细胞吸收等 2. 主动运输的类型 (1) 直接型：直接消耗 ATP 的主动运输，通常称为泵 (ATP 驱动泵)，如泵。 (2) 间接型：利用依赖 ATP 的泵活动建立的细胞膜两侧的跨膜浓度梯度主动运输，如肾小管对氨基酸、葡萄糖等的重吸收。 3.判断物质跨膜运输方式 浓度 逆浓度梯度：一定为主动运输 顺浓度梯度： 不需要转运蛋白:自由扩散 需要转运蛋白:协助扩散 能量 不耗能→被动运输 耗能：根据分子大小：大分子通常是胞吞、胞吐；小分子或离子→通常是主动运输 物质 小部分水、脂溶性物质、气体：自由扩散 大部分水、氨基酸、葡萄糖等 顺浓度、需要转运蛋白→协助扩散 逆浓度→主动运输 二、胞吞与胞吐 1. 胞吞与胞吐 (1) 胞吞的过程：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。 (2) 胞吐的过程：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，并与之融合，将大分子排出细胞。 (3) 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，它们也需要消耗细胞呼吸所释放的能量。 2. 细胞膜具有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。 3. 胞吞与胞吐的结构基础 需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜磷脂双分子层的流动性。 本章小结 1.细胞中物质的输入和输出都必须经过细胞膜。细胞膜既是将细胞内部与外界分隔开的屏障，也是细胞与外界进行物质交换的门户。 2.红细胞吸水和失水的现象、植物细胞质壁分离及其复原的实验，说明细胞可以通过渗透作用吸水或失水，而渗透作用就是水分子通过半透膜的扩散，这就说明水可以通过扩散的方式进出细胞。动物细胞的细胞膜、植物细胞的原生质层都相当于一层半透膜。 3.细胞膜其实与半透膜是有区别的。除水以外，还有许多离子或分子也能通过细胞膜，只是通过的速率和方式不同而已。一些不带电荷的无机小分子和脂溶性的有机小分子可以通过自由扩散的方式进出细胞。离子和一些较小的有机分子的跨膜运输必须借助于转运蛋白。 4.转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白两类。借助载体蛋白或通道蛋白顺浓度梯度运输的，不需要细胞提供能量，叫作协助扩散。水分子的跨膜运输既可以通过自由扩散，也可以借助通道蛋白进行协助扩散。 5.自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度运输，都不需要细胞提供能量，因此属于被动运输。 6.借助载体蛋白逆浓度梯度运输，需要细胞提供能量的运输方式称为主动运输。 7.蛋白质和多糖等有机大分子由于分子太大，靠转运蛋白无法运输，它们进出细胞则通过胞吞或胞吐。 学科网（北京）股份有限公司 $