必修1 第2单元 第2讲 细胞的物质输入和输出(Word教参)-【新高考方案】2027年高考生物一轮总复习

该高中生物学讲义聚焦“细胞的物质输入和输出”高考核心考点，涵盖渗透作用原理、质壁分离与复原、物质跨膜运输方式等内容，按“原理-实验-应用”逻辑构建知识体系，通过基础盘查夯实概念、重难点突破解析规律、真题训练提升能力，助力学生系统掌握考点内在联系。 讲义突出科学思维与探究实践，如用“三看法”快速判断物质运输方式，设计实验测定细胞液浓度，结合高考真题案例分析渗透装置液面变化影响因素，设置分层练习适配不同学生需求，有效培养学生分析问题和解决实际问题的能力，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

第2讲　细胞的物质输入和输出 明确 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)　水进出细胞的原理与植物细胞的吸水和失水 厚基础 (一)渗透作用与细胞的吸水和失水 1.渗透作用发生的条件 (1)渗透作用是指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。 (2)渗透作用发生的条件:①要有半透膜;②半透膜两侧溶液要有浓度差。 (3)一段时间后,漏斗内液面上升的原因是S1溶液浓度大于(填“大于”“等于”或“小于”)S2溶液浓度,单位时间内由烧杯通过半透膜向漏斗扩散的水分子数多于(填“多于”“等于”或“少于”)由漏斗通过半透膜向烧杯扩散的水分子数。 (4)在达到渗透平衡后,存在如图所示的液面差Δh,则S1溶液浓度大于(填“大于”“等于”或“小于”)S2溶液浓度。 (5)若溶液中的溶质能通过半透膜,则最终S1和S2溶液液面不存在(填“存在”或“不存在”)高度差。 2.动物细胞和植物细胞的吸水和失水 (1)动物细胞的吸水和失水 ①b为细胞膜,相当于半透膜。当a细胞质与外界溶液之间存在浓度差,就会发生渗透吸水或失水。 ②当外界溶液浓度小于a的浓度时,细胞吸水膨胀;当外界溶液浓度大于a的浓度时,细胞失水皱缩;当外界溶液浓度等于a的浓度时,细胞形态不变。 (2)植物细胞的吸水和失水 ①d为原生质层,相当于半透膜。当c细胞液与外界溶液之间存在浓度差,就会发生渗透吸水或失水。 ②当外界溶液浓度大于c的浓度时,细胞失水发生质壁分离;当外界溶液浓度小于c的浓度时,细胞吸水膨胀,由于存在细胞壁,不会涨破;当外界溶液浓度等于c的浓度时,细胞形态不变。 (二)探究植物细胞的吸水和失水 1.实验原理 2.实验步骤 3.现象与结论 (1)当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时,细胞失水,发生质壁分离。 (2)发生质壁分离的细胞,当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时,细胞吸水,发生质壁分离复原。 基础盘查 1.微点判断——落实基本生命观念 (1)1 mol·L-1NaCl溶液和1 mol·L-1蔗糖溶液的渗透压大小相等。 (×) (2)为尽快观察到质壁分离现象,应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液。 (×) (3)观察植物细胞吸水和失水时,可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮。 (√) (4)质壁分离过程中,黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小。 (×) (5)可以用大蒜根尖分生区细胞作实验材料来观察细胞的质壁分离与复原。 (×) 2.发掘教材——提升科学思维能力 (1)(人教版必修1 P63正文拓展思考)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,细胞内外溶液的浓度一定相等吗?为什么? 提示:不一定。对于动物细胞来说,单位时间内水分子进出细胞的数量相等时,细胞内外溶液的浓度相等。但植物细胞有细胞壁的支持和保护,单位时间内水分子进出植物细胞的数量相等时,有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。 (2)(人教版必修1 P63“图4⁃1”拓展)如图甲、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,会出现如图所示哪种现象?请分析原因。 提示:会出现图甲所示现象。将人的成熟红细胞放入清水中,由于发生渗透作用,从细胞外进入细胞内的水分子数多于从细胞内到细胞外的水分子数,因此细胞吸水。 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,会出现如图所示哪种现象?达到平衡时,水分子进出细胞的状况是图中哪一种? 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,细胞外溶液浓度较大,细胞失水,如图丙所示。达到平衡状态时,水分子进出细胞的速率相等,如图乙所示。 (3)(人教版必修1 P67“拓展应用T2”解读)温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率。请简要说明检验该结论的实验设计思路。 提示:准备三组如图所示的渗透装置,在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温,第二组烧杯外加冰块降温,第三组留作对照。三组装置同时开始实验,并记录液面变化及时间。 析重难 重难点(一)　渗透作用实验装置的拓展应用及液面变化影响因素分析 1.渗透作用实验装置的拓展应用 (1)验证渗透作用发生的条件 (2)比较不同溶液浓度的大小(溶质不能通过半透膜) 漏斗内溶液浓度为M,烧杯内溶液浓度为N,以下为各种现象及对应的结论: 2.影响渗透作用中液面变化的因素分析 半透膜表面积的大小 半透膜两侧的浓度差 在浓度NB=NC>NA,其他条件相同的情况下,半透膜的表面积越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显 结果:vB>vC,ΔhB=ΔhC 在其他条件相同的情况下,半透膜两侧的浓度差越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显 结果:vB>vC,ΔhB>ΔhC 　　注:v表示单位时间内进出半透膜的水量;Δh为液面变化高度。 　　[例1]　(2025·重庆高考)某兴趣小组利用图1装置,分别使用等体积的2.5 mol/L葡萄糖溶液和1.2 mol/L蔗糖溶液,室温下观察渗透现象。图2是两种溶液在垂直管中,一段时间内溶液高度变化,下列说法正确的是 (　　) A.X表示葡萄糖溶液在垂直管中的高度变化 B.t1~t3由X液面快速上升推测水分子不会从漏斗进入烧杯 C.t2~t5取Y对应烧杯中液体能检测到还原糖 D.t5后两种溶液在垂直管中液面高度将不变 　　[解析]　开始时葡萄糖溶液和蔗糖溶液的浓度分别为2.5 mol/L和1.2 mol/L,由于葡萄糖溶液与烧杯中的纯水浓度差更大,故垂直管内为葡萄糖溶液时先出现高度变化;已知葡萄糖能通过玻璃纸,蔗糖不能通过玻璃纸,当垂直管中是葡萄糖溶液时,水分子进出玻璃纸的同时,葡萄糖分子会进入烧杯内,则玻璃纸两侧的溶度差大大减小,因此垂直管内液面的高度变化较蔗糖溶液的小,综上分析,推测X表示蔗糖溶液在垂直管中的高度变化,Y表示葡萄糖溶液在垂直管中的高度变化,A错误。t1~t3时X液面快速上升,这只能说明单位时间内从烧杯进入漏斗的水分子数量多于从漏斗进入烧杯的水分子数量,并不是水分子不会从漏斗进入烧杯,B错误。因为葡萄糖能通过玻璃纸进入烧杯,葡萄糖是还原糖,所以在t2~t5取Y对应烧杯中液体能检测到还原糖,C正确。由于葡萄糖能通过玻璃纸,最终玻璃纸两侧葡萄糖浓度会相等,即垂直管与烧杯液面基本平齐;但蔗糖不能通过玻璃纸,所以当垂直管中液柱产生的势能与玻璃纸两侧的渗透压差相等时,液面高度才会不变,D错误。 [答案]　C 重难点(二)　细胞的吸水和失水的判断 　　[例2]　(2025·全国二卷)将某植物叶肉细胞放入一定浓度的KCl溶液中,起初细胞失水发生质壁分离,一定时间(t)后细胞开始吸水,并逐渐复原。回答下列问题: (1)植物细胞与外界溶液进行水分交换时,水分子跨膜运输的两种方式是_____________________________。  (2)细胞失水发生质壁分离,原生质层与细胞壁分离的原因是_______________________________________。  (3)一定时间(t)后细胞开始吸水的原因是________________________________________________________。  　　[解析]　(1)水分子跨膜运输的方式有自由扩散、协助扩散,水分子更多的是借助膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。 (2)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞发生失水导致原生质体体积缩小,且原生质层比细胞壁的伸缩性大,细胞会发生质壁分离现象。 (3)KCl会电离出K+和Cl-,K+和Cl-进入细胞,使细胞液渗透压高于外界溶液,细胞吸水。 [答案]　(1)自由扩散、协助扩散　(2)细胞失水原生质体体积缩小,原生质层比细胞壁的伸缩性大　(3)K+和Cl-进入细胞,使细胞液渗透压高于外界溶液 |认|知|生|成|　判断细胞吸水和失水的主要依据(与正常状态相比) 依据 分析 细胞液浓度变化 细胞液浓度增大,表明细胞渗透失水;细胞液浓度减小,表明细胞渗透吸水 原生质体体积变化 原生质体体积增大,表明细胞渗透吸水;原生质体体积减小,表明细胞渗透失水 细胞液中色素颜色深浅变化(细胞液中含有色素的细胞) 细胞液中色素颜色变深,表明细胞渗透失水;细胞液中色素颜色变浅,表明细胞渗透吸水 液泡直径与细胞壁直径比值变化 液泡直径与细胞壁直径比值减小,细胞渗透失水;液泡直径与细胞壁直径比值增大,细胞渗透吸水 重难点(三)　探究植物细胞的吸水和失水实验的拓展应用 |情|境|探|究| 　　现有普通植物和耐盐碱植物若干,由于标签损坏无法辨认类型,某生物兴趣小组使用0.3 g·mL-1的KNO3溶液分别处理两组植物细胞,结果如图1所示。请回答下列有关问题: (1)应选择根尖的成熟区(填“成熟区”或“分生区”)细胞进行上述实验。图1中A→B段,Ⅰ组植物的吸水能力逐渐升高,此时,在细胞壁和原生质体之间充满了KNO3溶液。A→C段Ⅰ组植物细胞发生了什么现象?在这个过程中细胞大小如何变化? 提示:A→C段Ⅰ组植物细胞发生了质壁分离与质壁分离的复原。在这个过程中细胞大小基本不变。 (2)实验过程中并未添加清水,Ⅱ组植物原生质体体积稍微增大的原因可能是什么? 提示:Ⅱ组植物细胞液浓度大于外界溶液浓度,水分子透过原生质层进入细胞液,细胞发生渗透吸水。 (3)该兴趣小组继续探究了该耐盐碱植物的细胞液浓度,实验结果如图2,请你根据实验结果尝试写出他们的实验思路。 提示:配制浓度范围在0.3~0.6 g·mL-1的等浓度梯度蔗糖溶液,将Ⅱ组植物细胞进行合理分组,分别置于不同浓度的蔗糖溶液中,其他条件相同且适宜,培养一段时间后观察现象并记录。 |认|知|生|成| 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(如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等)可透过半透膜的溶液中可发生质壁分离,并能自动复原,因为K+、N、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) 研考向 题点(一)　渗透作用的原理及应用分析 1.为研究成熟植物细胞的渗透现象,设计简易渗透装置如图甲所示。将洋葱表皮细胞浸入某种浓度的蔗糖溶液或清水中所发生的变化如图乙所示。下列相关叙述错误的是 (　　) A.若图甲表示达到渗透平衡状态,则S1和S2溶液浓度的大小关系是S1>S2 B.图乙中左侧细胞的吸水能力比右侧细胞弱 C.图乙中相当于图甲中半透膜的是③④⑤ D.图乙所示细胞中②处的液体是清水 解析:选D　渗透平衡时,半透膜两侧液面存在Δh,液面高的一侧溶液浓度高,即S1溶液的浓度大于S2,A正确;图乙中左侧细胞到右侧细胞表示质壁分离过程,质壁分离过程中,细胞逐渐失水,细胞液浓度逐渐变大,细胞吸水能力逐渐变强,因此左侧细胞的吸水能力比右侧细胞弱,B正确;图乙中相当于图甲中半透膜结构的是原生质层,由③(细胞膜)、④(细胞质)和⑤(液泡膜)构成,C正确;细胞壁具有全透性,图乙中②表示外界溶液,即蔗糖溶液或清水,D错误。 2.(2023·重庆高考)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 ① ② ③ ④ ⑤ 试剂 质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 质量分数为5%的葡萄糖溶液 斐林试剂 淀粉酶溶液 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 解析:选C　由题干“当a为①、b为⑤,袋内溶液逐渐变为蓝色”可推出,碘可以通过透析袋,淀粉不能通过透析袋;由题干“当a为②、b为③,水浴(55 ℃)后透析袋内、外均不出现砖红色”可推出,斐林试剂和葡萄糖都不能通过透析袋。因为淀粉、葡萄糖和斐林试剂都不能通过透析袋,所以A、D选项描述的实验结果为水浴后透析袋内外都不会出现砖红色,A、D错误。因为碘可以通过透析袋,而淀粉不能通过透析袋,所以B选项描述的实验结果为透析袋内出现蓝色,透析袋外不出现蓝色,B错误。若a为①+④,b为⑤,由于碘可以通过透析袋,淀粉最终会被淀粉酶完全水解,故透析袋内外均出现棕红色,C正确。 [易错提醒]　分析渗透作用时的关注点 ①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。 ②若渗透平衡后,半透膜两侧液面仍存在高度差,则半透膜两侧溶液就存在浓度差,且液面高的一侧溶液浓度高。 ③渗透装置中溶液的浓度一般指物质的量的浓度,即溶质微粒的数量浓度。若为质量浓度,则需要分析相对分子质量的大小。 ④在分析时要特别注意半透膜和透析袋与溶质的关系,半透膜或透析袋是否允许溶质通过。　 题点(二)　动植物细胞吸水与失水的分析 3.(2024·湖南高考)缢蛏是我国传统养殖的广盐性贝类之一,自身存在抵抗外界盐度胁迫的渗透调节机制。缢蛏体内游离氨基酸含量随盐度的不同而变化,如图为缢蛏在不同盐度下鲜重随培养时间的变化曲线。下列叙述错误的是 (　　) A.缢蛏在低盐度条件下先吸水,后失水直至趋于动态平衡 B.低盐度培养8~48 h,缢蛏通过自我调节以增加组织中的溶质含量 C.相同盐度下,游离氨基酸含量高的组织渗透压也高 D.缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关 解析:选B　由题图可知,缢蛏在低盐度条件下鲜重先增大后减小至相对稳定,说明其先吸水后失水直至趋于动态平衡,A正确;低盐度培养时,缢蛏组织渗透压大于外界环境,导致缢蛏吸水,为恢复正常状态,缢蛏应通过自我调节使组织中的溶质含量减少,从而降低组织渗透压,引起组织失水,B错误;组织渗透压的高低与其中的溶质含量有关,溶质越多,渗透压相对越高,结合题干信息可知,缢蛏体内游离氨基酸含量随盐度的不同而变化,因此,相同盐度下,游离氨基酸含量高的组织渗透压也高,C正确;细胞呼吸过程中产生的中间产物可转化为氨基酸、甘油等非糖物质,由此推测缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关,D正确。 4.仙人掌的茎由内部薄壁细胞和进行光合作用的外层细胞等组成,内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大。水分充足时,内部薄壁细胞和外层细胞的渗透压保持相等;干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快。下列说法错误的是 (　　) A.细胞失水过程中,细胞液浓度增大 B.干旱环境下,外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的低 C.失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离 D.干旱环境下内部薄壁细胞合成多糖的速率更快,有利于外层细胞的光合作用 解析:选B　细胞失水过程中,水从细胞液流出,细胞液浓度增大,A正确;依题意,干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快,则同一时刻外层细胞的细胞液单糖多,且外层细胞还能进行光合作用合成单糖,故外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的细胞液浓度高,B错误;依题意,内部薄壁细胞细胞壁的伸缩性比外层细胞的细胞壁伸缩性更大,失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离,C正确;依题意,干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快,有利于外层细胞光合作用产物向内部薄壁细胞转移,可促进外层细胞的光合作用,D正确。 题点(三)　质壁分离与复原实验及其应用 5.(2025·北京高考)“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,在清水和0.3 g/mL蔗糖溶液中处于稳定状态的细胞如图。以下叙述错误的是 (　　) A.图1,水分子通过渗透作用进出细胞 B.图1,细胞壁限制过多的水进入细胞 C.图2,细胞失去的水分子是自由水 D.与图1相比,图2中细胞液浓度小 解析:选D　“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,当细胞处于清水环境时,水分子通过渗透作用进出细胞,细胞壁的存在可限制过多的水进入细胞,以防细胞吸水过多涨破,A、B正确。图2细胞处于质壁分离状态,细胞失去的水分子是自由水,C正确。与图1相比,图2中细胞液浓度大,D错误。 6.某研究性学习小组为了测定某植物组织细胞液浓度设计了如下实验:取相同试管分为甲、乙两组,依次编号为1~6号,相同的试管编号中加入相同浓度的蔗糖溶液。在甲试管中放入待测植物材料一段时间后,从中取小液滴滴入乙试管(如图所示),结果如表所示(注:甲试管内加入适量的亚甲蓝,亚甲蓝可使蔗糖溶液变蓝,忽略亚甲蓝对蔗糖浓度的影响)。下列相关叙述错误的是 (　　) 乙组试管编号 1 2 3 4 5 6 乙组试管蔗糖浓度/(mol·L-1) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 蓝色小液滴升降情况 下降 下降 下降 上升 上升 上升 注:液滴下降表明液滴的浓度大于试管内溶液浓度,反之则小于试管内溶液浓度。 A.若上述实验中蓝色小液滴均上升,则需适当降低外界溶液浓度 B.分析表格数据可知待测植物的细胞液浓度相当于1.5~2.0 mol·L-1的蔗糖溶液 C.上述实验可以用适宜浓度的硝酸钾溶液代替蔗糖溶液 D.蓝色小液滴在1~3号试管中均下降,下降速度最快的是在1号试管中 解析:选C　实验中蓝色小液滴均上升,说明植物细胞均失水,即所有外界溶液浓度均高于细胞液浓度,则需适当降低外界溶液浓度,A正确;由题表知,乙组1~6号试管中蔗糖溶液的浓度逐渐升高,由于3号试管中,蓝色小液滴移动方向向下,4号试管中,蓝色小液滴移动方向向上,推知植物的细胞液浓度相当于1.5~2.0 mol·L-1的蔗糖溶液,B正确;硝酸钾可进入植物细胞,最后外界溶液浓度都低于细胞液浓度,无法判断细胞液浓度,C错误;蓝色小液滴在1~3号试管中均下降,外界溶液浓度越低,植物细胞吸水越多,蓝色小液滴浓度越大,下降速度越快,故下降最快的是1号试管,D正确。 主题研习(二)　物质进出细胞的方式 厚基础 (一)被动运输 1.概念: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.类型:分为自由扩散和协助扩散两类。 项目 自由扩散 协助扩散 概念 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式 运输方向 高浓度→低浓度 高浓度→低浓度 转运蛋白 不需要 需要 能量 不消耗 不消耗 影响因素 浓度差大小 浓度差大小;转运蛋白的数量 3.通道蛋白与载体蛋白的异同 (二)主动运输 (三)大分子进出细胞的方式——胞吞和胞吐 1.图示分析 项目 胞吞 胞吐 图例 运输方向 胞外→胞内 胞内→胞外 举例 巨噬细胞吞噬抗原、变形虫摄食 胰岛素、消化酶、抗体等分泌 2.特点 (1)主要运输生物大分子,如蛋白质、多糖。 (2)需要消耗能量。 (3)不需要转运蛋白协助,但需要特定的膜蛋白参与。 (4)依赖膜的流动性。 基础盘查 1.微点判断——落实基本生命观念 (1)(2025·云南卷)主动运输转运物质时需要通道蛋白协助。 (×) (2)(2024·贵州卷)硒蛋白从细胞内转运到细胞壁需转运蛋白。 (×) (3)(2024·全国甲卷)小麦根细胞吸收离子消耗的ATP主要由叶绿体产生。 (×) (4)(2023·全国甲卷)葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞。 (×) (5)(2023·全国乙卷)植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP。 (√) (6)(2022·浙江卷)神经元细胞膜上存在与K+、Na+主动运输有关的通道蛋白。 (×) 2.发掘教材——提升科学思维能力 (1)(人教版必修1 P67“图4⁃5”发掘)细胞外的K+能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由蛋白质复合物构成的,其运输的特点是一种离子通道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离子通过;离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合(答出1点即可)。 (2)(人教版必修1 P69正文发掘)Na+、K+、Ca2+等物质在逆浓度跨膜运输时,首先要与膜上的载体蛋白的特定部位结合,然后进行运输,请说明此过程中载体蛋白发生的变化:离子或分子与载体蛋白结合后,载体蛋白的空间结构发生变化,运输完成后载体蛋白又恢复原状。 (3)(人教版必修1 P68“生物科学史话”探究)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,请说明合理的质疑理由:CHIP28蛋白并非水通道蛋白本身,可能是调节水通道开闭的蛋白。 ②请再补充实验以证明CHIP28蛋白就是一种水通道蛋白:将CHIP28蛋白构建于仅含磷脂双分子层的脂质体膜上,观察脂质体对水的通透性是否增加。 析重难 重难点(一)　物质运输方式的判断 |情|境|探|究| 　　小肠上皮细胞靠近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。图1为氨基酸从肠腔进入组织液的简要过程。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转运至组织液是什么运输方式? 提示:氨基酸通过主动运输的方式从肠腔进入小肠上皮细胞。依据是逆浓度梯度运输,需要载体蛋白,且需要利用Na+顺浓度梯度运输产生的电化学势能。氨基酸通过协助扩散的方式从小肠上皮细胞转运至组织液。 (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。 提示:是。Na+从小肠上皮细胞运输到肠腔时,逆浓度梯度运输,需要ATP水解提供能量,属于主动运输,需要载体蛋白,载体蛋白在转运Na+的过程中空间构象发生改变。 (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? 提示:新生儿小肠上皮细胞通过胞吞直接吸收母乳中的免疫球蛋白。需要膜蛋白发挥识别功能。 (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? 提示:主动运输、协助扩散。 |认|知|生|成|　“三看法”快速判断物质进出细胞的方式 重难点(二)　设计实验探究物质跨膜运输的方式 　　[例1]　(人教版必修1 P72“拓展应用T2”改编)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的吸收方式为协助扩散 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 　　[解析]　甲组用柽柳根+X溶液进行实验,属于自然状态下的处理,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,A正确;乙组施用X载体蛋白抑制剂,若乙组中X的吸收速率比甲组的低,说明柽柳根对X的吸收方式为协助扩散或主动运输,B错误;若丙组中X的吸收速率与甲组的相等,说明柽柳根吸收X不消耗能量,即柽柳根对X的吸收方式为被动运输,C正确;若乙、丙两组中X的吸收速率均小于甲组,说明柽柳根吸收X既需要载体蛋白,也消耗能量,故柽柳根对X的吸收方式为主动运输,D正确。 [答案]　B |认|知|生|成|　探究物质跨膜运输方式的思路 (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 重难点(三)　影响物质进出细胞因素的曲线分析 1.物质浓度 2.O2浓度 3.温度 　　[例2]　农业生产中,农作物生长所需的氮素可以N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N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N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N速率不再增加,推测其原因是___________________________________ _________________________________________________________________________________________。 (3)作物甲和作物乙各自在N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N的吸收利用,可以采取的措施是_____________________ _________________________________________________________________________________________。 [解析]　(1)主动运输是物质逆浓度梯度进行跨膜运输,需要能量的供应、载体蛋白协助,由图可知,在一定范围内,随着O2浓度的增加,根细胞对N 的吸收速率也增加,说明根细胞吸收N需要能量的供应,为主动运输。 (2)主动运输需要能量和载体蛋白,呼吸作用可以为主动运输提供能量,O2浓度大于a时作物乙吸收N的速率不再增加,能量不再是限制因素,此时影响根细胞吸收N速率的因素是载体蛋白的数量,此时载体蛋白数量达到饱和。 (3)由曲线图分析可知,当作物甲和作物乙根细胞均达到最大的N吸收速率时,作物甲的N最大吸收速率大于作物乙,说明作物甲需要能量多,消耗O2多,作物甲根部细胞的呼吸速率大于作物乙。 (4)在农业生产中,为了促进根细胞对矿质元素的吸收,需要定期松土,增加土壤中的含氧量,促进根细胞的有氧呼吸,为主动运输吸收矿质元素提供能量。 [答案]　(1)主动运输需要细胞呼吸提供能量,在一定范围内,根细胞对N的吸收速率与O2浓度呈正相关　(2)主动运输需要载体蛋白,作物乙根细胞的细胞膜上载体蛋白数量有限　(3)作物甲的N最大吸收速率大于作物乙,作物甲需要能量多,消耗O2多　(4)定期松土 研考向 题点(一)　转运蛋白的种类和功能 1.(2025·长沙一模)小分子溶质或者离子通过载体蛋白或通道蛋白进行跨膜运输的过程如下图所示。下列叙述错误的是 (　　) A.载体蛋白和通道蛋白都属于转运蛋白,在细胞膜、核膜和细胞器膜中广泛分布 B.载体蛋白介导的物质运输方式是主动运输或协助扩散,而通道蛋白介导的是协助扩散 C.有些载体蛋白空间结构和活性的变化与其磷酸化和去磷酸化有关 D.载体蛋白每次转运时都会发生自身构象的改变,分子或离子通过时不需与其结合 解析:选D　载体蛋白转运时需要与被转运的分子或离子结合,结合后载体蛋白自身构象改变完成运输,D错误。 2.(2026·南宁模拟)跨膜蛋白可通过疏水相互作用与磷脂分子连接。ABC转运蛋白不仅可转运单糖、氨基酸、脂质等小分子物质,而且可将药物转运出细胞。ABC转运蛋白含2个T区域和2个A区域,结构如图所示。下列叙述正确的是 (　　) A.ABC转运蛋白参与的运输方式是主动运输或协助扩散 B.ABC转运蛋白中T区域的亲水性氨基酸数目多于A区域的 C.ABC转运蛋白只容许与自身通道直径和形状适配的分子或离子通过 D.推测与耐药性低的肿瘤细胞相比,耐药性高的细胞膜上有更多的ABC转运蛋白 解析:选D　ABC转运蛋白为跨膜蛋白,据图可知,ABC转运蛋白可促进ATP水解,说明该运输方式需要消耗能量,因此其参与的运输方式是主动运输,协助扩散不消耗能量,A错误;磷脂双分子层中磷脂的头部是亲水端,尾部是疏水端,图中ABC转运蛋白中T区域部分埋在磷脂双分子层的内部,说明其具有亲水性和疏水性氨基酸;而A区域分布在磷脂分子头部的一侧,说明其为亲水性蛋白质,但据图无法判断T、A区域亲水性氨基酸数目多少,B错误;只容许与自身通道直径和形状适配的分子或离子通过是通道蛋白的特点,ABC转运蛋白属于载体蛋白,C错误;ABC转运蛋白可以将细胞内的药物转运至细胞外,从而提高细胞的耐药性,因此推测与耐药性低的肿瘤细胞相比,耐药性高的肿瘤细胞的细胞膜上有更多的ABC转运蛋白,D正确。 题点(二)　物质进出细胞的方式及其判断 3.细胞运输物质有多种方式,如自由扩散(甲)、协助扩散(乙)、主动运输(丙)、胞吞和胞吐(丁),不同运输方式有不同的特点。①不需要细胞提供能量,没有膜蛋白协助;②被转运物质可不与转运蛋白结合,具有高度选择性;③逆浓度梯度跨膜运输,ATP直接或间接提供能量;④物质包裹在磷脂双分子层中运输;⑤可涉及内质网和高尔基体的膜融合;⑥顺浓度梯度运输,需特异性膜蛋白协助;⑦光能驱动H+跨膜泵入叶绿体类囊体的运输;⑧神经递质在突触间隙的运输方式。下列运输方式与特点或实例对应错误的是 (　　) A.丙—③⑦　　 B.乙—②⑥ C.甲—①⑧ D.丁—④⑤ 解析:选C　神经递质在突触间隙的运输方式为扩散,不涉及跨膜运输,而自由扩散(甲)需跨膜,C符合题意。 4.(2025·重庆高考)骨关节炎是一种难以治愈的常见疾病,研究发现患者软骨细胞膜上的Na+通道蛋白明显多于正常人,从而影响NCX载体蛋白对Ca2+的运输,据图分析,下列叙述错误的是 (　　) A.Na+通道运输Na+不需要消耗ATP B.运输Na+时,Na+通道和NCX载体均需与Na+结合 C.患者软骨细胞的Ca2+内流增多 D.与NCX载体相比,Na+通道更适合作为研究药物的靶点 解析:选B　Na+通道运输Na+属于协助扩散,协助扩散不需要消耗能量(ATP),A正确;Na+通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,B错误;因为患者软骨细胞膜上Na+通道蛋白增多,会使Na+内流增多,胞内Na+会积累,NCX载体会将胞内过多的Na+逆浓度排到胞外,该过程中使得Ca2+内流增多,C正确;因为患者的Na+通道蛋白明显多于正常人,所以与NCX载体相比,Na+通道更适合作为研究药物的靶点,D正确。 [易错提醒] 关注物质进出细胞方式的几个“不一定” ①同一种物质进出细胞的运输方式不一定相同,如人的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是主动运输。 ②消耗能量的运输方式不一定是主动运输,也可能是胞吞或胞吐;需要载体蛋白的运输方式不一定是主动运输,也可能是协助扩散。 ③通过胞吞、胞吐运输的不一定是大分子物质,如神经递质通过胞吐释放;顺浓度运输的方式不一定是自由扩散,也可能是协助扩散。　 题点(三)　影响物质跨膜运输的因素和实验探究 5.(2026·海东模拟)通透系数是一种衡量物质穿膜能力的指标。一定浓度的某物质以自由扩散的方式穿越生物膜时,其通透系数为10-7cm·s-1;以协助扩散的方式穿越生物膜时,其通透系数为10-2cm·s-1。图中A、B曲线表示该物质的两种跨膜转运方式。下列叙述错误的是 (　　) A.图中A曲线表示自由扩散,B曲线表示协助扩散 B.在B曲线所示运输方式的过程中,被转运物可能会与转运蛋白结合 C.协助扩散中特异的膜蛋白“协助”物质转运,使其通透系数大于自由扩散的 D.改变转运该物质的载体数目,该物质的vmax不会受影响 解析:选D　图中A曲线的转运速率与物质浓度成正比,故表示自由扩散;B曲线表示协助扩散,因为其转运速率受到转运蛋白数量的制约,A正确。转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白,在B曲线所示运输方式,即协助扩散过程中,被转运物可能会与载体蛋白结合,B正确;由题干信息可知,协助扩散中特异的膜蛋白“协助”物质转运,使其通透系数大于自由扩散的,C正确;题图中vmax受到转运蛋白数量的限制,因此,改变转运该物质的载体数目,该物质的vmax会受影响,D错误。 6.柽柳等耐盐植物能够在盐胁迫逆境中正常生长,如图是其根细胞参与抵抗盐胁迫的部分结构示意图,其根细胞生物膜两侧H+形成的电化学梯度,在物质转运过程中发挥了重要作用。 (1)细胞膜和液泡膜的基本支架是_______________,液泡中能维持较高浓度的某些特定物质,这体现了液泡膜______________________的特点,该特点的结构基础是________________________________________。  (2)据图分析,盐胁迫条件下,Na+通过转运蛋白SOS1运出细胞的方式是______________________　。液泡与细胞质基质中的H+浓度差主要由液泡膜上H+⁃ATP泵来维持,该结构的具体作用是__________________ ________________________________________________________________________________________。 (3)进一步研究发现,在盐胁迫下大量的Na+持续进入植物根部细胞,会抑制K+进入细胞,导致细胞中Na+/K+的比例异常,使细胞内的酶失活,影响蛋白质的正常合成。图中H+的分布差异使Na+在NHX的作用下进入液泡,其意义是____________________________________________________________________________________ ______________________ (答出2点)。  (4)某研究小组提出:脯氨酸可通过调节柽柳细胞内Na+和K+浓度来增强其应对盐胁迫的能力。据此完善相关实验进行验证。 材料选择:对照组(略);实验组应选取的植株是　　　(填序号)。  ①野生型柽柳植株　②脯氨酸转运蛋白基因敲除的突变体柽柳植株 培养环境:用一定浓度的NaCl溶液模拟盐胁迫环境。检测指标: 　。 实验结果及结论:对照组与实验组的检测结果存在明显差异。 解析:(1)细胞膜和液泡膜均属于生物膜,生物膜的基本支架是磷脂双分子层。液泡中能储存较高浓度的某些特定物质,这些特定物质(如Na+)是通过主动运输进入液泡中的,这体现了液泡膜具有选择透过性的特性,该特点的结构基础是液泡膜上的载体蛋白具有特异性。(2)分析题图,Na+通过转运蛋白SOS1运出细胞需要转运蛋白协助,需要H+的浓度差提供能量,属于主动运输。液泡与细胞质基质中的H+浓度差主要由液泡膜上H+⁃ATP泵来维持,该结构的作用是催化ATP水解提供能量和作为转运蛋白协助运输H+。(3)将Na+转运到液泡内的意义是降低细胞质基质中Na+的浓度,降低其对细胞的伤害,同时还能提高细胞液的渗透压,增加细胞对水的吸收。(4)要验证脯氨酸可通过调节柽柳细胞内Na+和K+浓度来增强其应对盐胁迫的能力,自变量应该为植株是否含有脯氨酸,因变量为细胞内Na+和K+浓度,外界环境为盐胁迫环境。所以实验组选择②脯氨酸转运蛋白基因敲除的突变体柽柳植株,对照组选择①野生型柽柳植株,在相同盐胁迫条件下培养,检测两组植株细胞内Na+和K+浓度。 答案:(1)磷脂双分子层　选择透过性　液泡膜上的载体蛋白具有特异性　(2)主动运输　催化ATP水解提供能量和作为转运蛋白协助运输H+　(3)降低细胞质基质中Na+的浓度,降低其对细胞的伤害,同时还能提高细胞液的渗透压,增加细胞对水的吸收　(4)②　两组植株细胞内Na+和K+浓度 [归纳拓展]　影响物质运输的因素 ①浓度差:主要影响自由扩散和协助扩散。 ②转运蛋白数量:影响协助扩散和主动运输。 ③能量:影响主动运输和胞吞、胞吐。 ④温度:通过影响膜的流动性和酶活性间接影响物质运输速率。　 50 / 65 $