第4章 第1节 第2课时 自由扩散和协助扩散-【成才之路•学案】2026-2027学年高中生物必修1 分子与细胞 同步新课程学习指导(人教版)

胞不一定正在发生吸水，因为植物细胞有细胞壁。(5)植物细 胞有细胞壁起支持和保护作用，不会涨破。(7)只有成熟的植 物细胞在外界溶液浓度高时，细胞渗透作用失水，才发生质壁 分离。(8)黑藻叶肉细胞的大液泡虽然没有颜色，但是其细胞 质因为含大量叶绿体呈绿色，所以发生质壁分离现象时在光学 显微镜下可观察到明显的实验现象。 合作探究能力提升 任务一 问题探究 1.提示：单位体积的清水中水分子数大于蔗糖溶液中的水分子 数。单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子多于由蔗糖溶 液进入清水的水分子。不会。由于烧杯中与漏斗中的液体具 有浓度差，即渗透压，所以水分子有进入漏斗的趋势：但是液 面差△H会产生相应的压强，当△H产生的压强与渗透压平 衡时，半透膜两侧水分子的交换速率相同，液面将不再升高。 2.提示：不会，因为纱布是全透性的，水分子和蔗糖溶液都能 通过。 3.提示：液面不会升高，因为半透膜两侧溶液的浓度相等。 4.提示：不同。漏斗内液面不再上升时，水分子通过半透膜的双 向扩散速率相等，但漏斗内溶液浓度仍高于烧杯中溶液浓度。 这是漏斗内液面升高产生的作用力加大阻止烧杯中水分子向 漏斗扩散的缘故 5.提示：渗透作用发生的条件是：具有半透膜和浓度差。 典例剖析 例：A相同质量分数的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，由于葡萄糖的 摩尔质量较小，其物质的量浓度就较大，水分子和葡萄糖都 能透过半透膜，但分子小得多的水分子渗透速率要快得多。 刚开始时水分子向物质的量浓度较大的葡萄糖溶液一侧渗 透，所以b液面高于a液面。之后葡萄糖也逐渐透过半透膜 到达a侧，使a侧浓度升高，水又反向渗透，a液面又高于b 液面。因此，a先降后升，b先升后降。由于静水压的作用， 当液面最终停止变化时，b侧浓度低于a侧。故选A。 变式训练 1.D据图可知，甲中小袋吸水，说明甲中溶液浓度小于2%：乙 中小袋失水，说明乙中溶液浓度大于2%；丙中小袋形状基本 不变，说明丙中溶液浓度约等于2%。甲、乙、丙溶液浓度的 高低顺序为乙>丙>甲。故选D。 任务二 问题探究 1.提示：观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后 的状态形成自身对照。 2.提示：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液 泡中的细胞液呈紫色，有利于观察。内表皮无色透明，不利于 观察实验现象。 3.提示：若浓度过高，质壁分离速度过快，细胞会因失水过多而 死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁 分离或质壁分离速度太慢。 4.提示：会。开始外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；细胞 吸收K和NO?后，随着细胞液浓度增大，质壁分离后又会自 动复原。 5.提示：有。本实验的对照方法是自身对照。 典例剖析 例：B在蔗糖溶液中，由于细胞失水，原生质体的体积明显缩 小，但细胞壁伸缩性较小，细胞体积没有明显变化，A错误； 水分子进出活细胞的行为任何时刻都可发生，d点时水分子 进出细胞达到平衡，B正确；0~240s内，乙二醇通过细胞膜 进入细胞内，使细胞液浓度增大，细胞吸水发生质壁分离自 动复原，C错误；c点相比a点，有部分乙二醇进人了细胞，c 2 点的原生质体体积和a点的体积相等，但由于细胞壁的限 制，二者的细胞液浓度未必相等，D错误。故选B。 变式训练 2.D图中显示细胞处于质壁分离的状态，但由于不清楚水分 的流动方向，所以可能此时a细胞液浓度>b外界溶液浓度 从而表现为细胞渗透吸水，发生质壁分离复原；也可能细胞 液浓度=b外界溶液浓度，渗透系统保持动态平衡，也可能 细胞液浓度<b外界溶液浓度，细胞正在失水。故选D。 课堂达标巩固训练 1.A据图可知，烧杯是蔗糖溶液，漏斗中是清水，因此水分子 从漏斗进入烧杯的速度比水分子从烧杯进入漏斗的速度快， 因此漏斗内的液面下降，当水分子进出平衡时，漏斗内的液面 不再变化，故A正确。故选A。 2.D图1细胞若继续发生质壁分离，细胞失水，则该细胞的吸 水能力不断增强，A错误；图1所示结果可能处于质壁分离过 程中或者平衡状态，也可能处于质壁分离复原过程中，因此可 能在图2的d处或f处观察到，B错误；适当增大蔗糖溶液的 浓度，使蔗糖溶液与细胞液的浓度差变大，质壁分离的速度加 快，但如果蔗糖溶液浓度过高，会导致细胞因失水过多而死 亡，不会发生质壁分离复原现象，C错误。故选D。 3.(1)小于下降小于 (2)③④⑤外界溶液 (3)不能细胞壁的弹性有限，当细胞因吸水体积增大到细 胞壁所能膨大的最大限度时，细胞将不再吸水 【解析】由题意可知，a为半透膜外液、b为半透膜内液、c为 半透膜，当b溶液浓度高于a溶液时，装置会发生“渗透吸水” 而呈现液面上升现象，如图乙所示，最终随着两者浓度差的减 小及液体重力的影响下，水面上升率减小直到不再上升；图 丙中的①为细胞壁、②为外界溶液、③为细胞膜、④为细胞质、 ⑤为液泡膜，其中③④⑤统称为原生质层，另外植物细胞壁的 伸缩性小于原生质层。(1)据图甲分析，漏斗液面上升，水分 是从低浓度溶液流向高浓度溶液，故a小于b。据图乙曲线 分析，漏斗液面上升高度随时间推移越来越小，故漏斗中溶液 吸水的速率在下降。(2)细胞的原生质层（③细胞膜④细胞 质⑤液泡膜)相当于半透膜。结构②是细胞壁和原生质层的 空隙，充满外界溶液。(3)由于细胞壁对原生质层有支持和 保护的作用，其收缩性较小，不会使原生质层无限膨胀，故细 胞不会无限吸水。 第2课时自由扩散和协助扩散 必备知识自主梳理 1.扩散方式能量 2.自由协助 3.载体蛋白通道蛋白结合构象结合 4.(1)物质浓度(2)转运蛋白(3)温度 自我检测 (1)×(2)V(3)V(4)×(5)V(6)×(7)V 【解析】(1)甘油进出细胞的方式为自由扩散，不需转运 蛋白转运。(4)水分子借助细胞膜上水通道蛋白进出细胞属于 协助扩散，不消耗能量。(6)相对分子质量较小的离子不能通 过自由扩散进入细胞。 合作探究能力提升 任务一 问题探究 1.提示：人工膜和生物膜对气体和甘油的通透性相同，因此它们 是通过自由扩散进出细胞的。 2.提示：甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲 和力，容易通过磷脂双分子层进出细胞。 6 3.提示：水分子通过细胞膜时的速率高于自由扩散的速率，由此 推断细胞膜上可能存在特殊的水的跨膜运输方式。 4.提示：疏水性跨膜蛋白AQP1能够加快水分子进入细胞的 速率。 典例剖析 例：DO2进出红细胞的方式为自由扩散，从高浓度的一侧扩散 到低浓度的一侧，运输速率取决于红细胞内外O,浓度差的 大小，运输的总量与红细胞内能量的多少无关，D错误。故 选D。 变式训练 1.B蔗糖为二糖，一般需要水解为单糖才能进入细胞，①错 误：H,0进出细胞的方式为自由扩散或者协助扩散，②正确： 葡萄糖进出细胞方式为协助扩散和主动运输，③错误；甘油属 于脂质，进出细胞的方式为自由扩散，④正确：性激素属于脂 质，进出细胞的方式为自由扩散，⑤正确：氨基酸进出细胞一 般为主动运输，⑥错误；DNA一般不会出细胞核，更不会出细 胞外，⑦错误。综上所述，以自由扩散方式通过细胞膜的是 ②④⑤，B正确，A、C、D错误。故选B。 任务二 问题探究 1.提示：蛋白质的自身构象发生改变。 2.提示：协助扩散；葡萄糖是从高浓度一侧运输到低浓度一侧， 且需要转运（载体）蛋白协助。 3.提示：细胞内外葡萄糖的浓度差、细胞膜上葡萄糖转运蛋白的 数量。 典例剖析 例：A据图可知，图中X与物质a结合后可协助物质运输，且 自身结构会发生变化，属于载体蛋白，A错误，D正确；图中 物质a进入细胞需要载体蛋白的协助，且是顺浓度梯度运 输，不消耗能量，属于协助扩散，B正确：由于载体蛋白数量 有限，a的运输速率与X的数量有关，即a的运输速率受细 胞膜上X数量的限制，C正确。故选A。 变式训练 2.C题图表示被转运的溶质以协助扩散的方式排出细胞的过 程，该过程不消耗能量，所以载体蛋白构象发生改变的过程中 不需要消耗能量，C错误。故选C。 课堂达标巩固训练 1.B①②表示两种跨膜运输方式，分别是自由扩散、协助扩 散，③④分别表示自由扩散、协助扩散。肺泡上皮细胞吸收氧 气的方式是自由扩散，对应①③；人的成熟红细胞吸收葡萄糖 的方式属于协助扩散，对应②④：甘油进入细胞的方式属于自 由扩散，对应①③：肌肉细胞吸收水的方式是自由扩散和协助 扩散，对应①②③④。故选B。 2.D甲物质的运输方式是自由扩散，特点是从高浓度运输到 低浓度，不需要转运蛋白和能量，则以人工合成的无蛋白磷脂 双分子膜代替细胞膜，甲运输不受影响。乙物质的运输方式 是协助扩散，特点是从高浓度运输到低浓度，需要转运蛋白 不需要能量，则以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞 膜，膜上没有转运蛋白，乙运输被抑制。D符合题意。故 选D。 3.(1)自由扩散协助扩散协助扩散 (2)物质顺浓度梯度运输、不消耗能量氧气、甘油流动性 (3)一定不图丙方式为通过载体蛋白（构象改变）运输的协 助扩散，水分子进入细胞的方式可能为通过通道蛋白（构象 不改变)的协助扩散或自由扩散 【解析】本题结合图形考查物质的被动运输方式。(1)图甲 中细胞内外浓度差与物质运输速率成正比例关系，说明甲所 代表的物质运输方式为自由扩散：图乙曲线图中，在一定浓度 范围内，随着物质浓度差增加，物质运输速率增加，但达到一 定浓度后不再增加，原因是受到转运蛋白数量的限制，其运输 方式属于协助扩散；图丙所代表的物质需要载体蛋白的协助， 不消耗能量，其运输方式为协助扩散。(2)图甲运输方式为 自由扩散，图乙运输方式为协助扩散，自由扩散与协助扩散相 比，其共同点是物质顺浓度梯度运输、不消耗能量。氧气和甘 油通过自由扩散进出细胞，氨基酸不通过被动运输方式进出 细胞，通过图甲方式（自由扩散）进出细胞的是氧气、甘油。 图乙运输方式体现了细胞膜具有流动性的结构特点。(3)图 丙方式为通过载体蛋白（构象改变）运输的协助扩散，水分子 进入细胞的方式可能为通过通道蛋白（构象不改变）的协助 扩散或自由扩散，故水分子进入细胞一定不通过图丙运输 方式。 第2节 主动运输与胞吞、胞吐 必备知识自主梳理 1.逆浓度梯度载体蛋白细胞内化学反应所释放的能量 2.离子或分子空间结构释放出来恢复原状同种物质 3.氨基酸葡萄糖 4.代谢废物 微思考 提示：不参与。通道蛋白参与的只是被动运输，在运输过程中 并不与被运输的分子结合，也不会移动，并且是从高浓度向低 浓度运输，所以运输时不消耗能量。 1.(1)小囊囊泡(2)囊泡细胞膜(3)需要 2.种类和数量转运蛋白空间结构选择透过性 3.蛋白质磷脂双分子层的流动性 自我检测 (1)×(2)V(3)V(4)×(5)V(6)V(7)×(8)× 【解析】(1)固醇类激素的化学本质是脂质，脂溶性物质 以自由扩散的方式进入靶细胞。(4)病原体属于颗粒性物质， 颗粒性物质或大分子物质进出细胞的方式为胞吞和胞吐，因此 巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞。(7)氨基酸、葡萄糖、核 苷酸等小分子跨膜运输需要载体蛋白的协助，不能通过无蛋白 质的磷脂双分子层膜。(8)大分子有机物要通过胞吞方式进入 细胞内，该过程不需要载体蛋白，但需要膜上蛋白的识别，并且 要消耗能量。 合作探究 能力提升 任务一 问题探究 1.提示：载体蛋白。组1葡萄糖载体受到抑制后，葡萄糖转运速 率下降，培养液中葡萄糖的剩余量增加。 2.提示：消耗能量。组2呼吸受到抑制后，培养液中葡萄糖的剩 余量增加。 3.提示：主动运输。葡萄糖的跨膜运输需要载体蛋白协助和消 耗细胞代谢产生的能量。 4.提示：主动运输。细胞内Na浓度低，细胞外Na浓度高，Na 外排转运方向为逆浓度梯度，需要间接消耗细胞代谢产生的 能量。 5.提示：会。会导致细胞内Na浓度过高，破坏细胞膜结构。 典例剖析 例：D维生素D可以促进肠道对钙的吸收，人体内Ca可通过 细胞膜上的转运蛋白进出细胞，C在离子态下易被吸收，A 67082 示渗透装置吸水示意图，图乙表示图甲中液面上 (1)由图甲漏斗液面上升可知，实验初始时c两侧 升的高度与时间的关系，图丙表示成熟植物细胞 溶液浓度大小是a b。由图乙可知漏 在某外界溶液中的一种状态（此时细胞有活性）。 斗中溶液吸水速率会 ,最终液面不再 请回答下列问题： 上升，当液面不再上升时，c两侧溶液浓度大小 是a be (2)图丙中相当于图甲中c结构的是 (填 序号)，结构②中充满的液体是 时间 (3)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当 中，发现细胞中液泡体积增大，说明细胞在渗 透吸水，细胞能否无限吸水？ 二。原因 3 是 课时小结 实例：红细胞 动物细胞 细胞膜 半透膜 细胞质 渗透装置 渗透作用 渗透作用 原理 原生质层 浓度差 植物细胞 细胞液 实例：洋葱细胞 夯基提能作亚 请同学们认真完成练案[13] 第2课时 自由扩散和协助扩散 课标要求 核心素养 1.生命观念：通过被动运输的原理和特，点，形成结构与功能观。 1.阐明被动运输的原理和 2.科学思维：用建构模型、比较与归纳的方法理解自由扩散和协助扩散的 特点。 机理。 2.说出转运蛋白的种类和 3.社会责任：关注被动运输方面的科学进展，解决生活生产中的实际 作用。 问题。 必备知识 自主梳理 1.被动运输的概念：物质以 进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的 ,这种物质跨 膜运输方式称为被动运输。 2.被动运输的类型 扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，如：氧、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等。 扩散：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，如：水分子、葡萄糖、氨基酸等。 ●083 3.转运蛋白：分为 和 两种类型。 名称 载体蛋白 通道蛋白 图示 还 与自身通道的直径和形状相适配、大小和电 转运对象 与自身 部位相适应的分子或离子 荷相适宜的分子或离子 特点 每次转运时都会发生自身 的改变 转运分子不需要与通道蛋白 4.影响被动运输的因素 (1)膜内外 梯度的大小。 (2)某些物质的运输速率还与 的数量有关。 (3) 变化会影响物质运输速率。 】自我检测 (1)甘油出入细胞取决于细胞内外的浓度差和转运蛋白的数量。 ( (2)乙醇和甘油穿过细胞膜时，不消耗能量。 ( (3)通过被动运输进入细胞的物质可能是有害物质。 ( ) (4)水分子借助细胞膜上水通道蛋白进出细胞需要消耗能量。 ( ) (5)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率。 ( (6)相对分子质量比较小的物质都可以通过自由扩散进入细胞。 ( ) (7)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同。 ( 合作探究能力提升 任务一：分析自由扩散 ●情境解读 科研之路： 资料1科研人员对同种物质在人工膜（只含有磷脂双分子层）和生物膜中的通透性做了比较，结果如图所示。 a H,O 02 C02 104 10-6 个 。Nat 甘油 108 10-1o 101010-610210→ 人工膜的通透性cms) 084 资料2科学家阿格雷在红细胞膜上发现了一种疏水性跨膜蛋白AQP1。他将这种蛋白镶嵌在人工合成的 脂质体上，并将镶嵌有AQP1的脂质体和普通脂质体同时放入蒸馏水中，每隔一段时间观察，结果如图所示。 0.5 min /.5 min 2.5 min 3.5 min 镶嵌有AQP1 的脂质体 普通脂质体 不同脂质体吸水实验 ●问题探究 1.请根据资料1分析，气体和甘油是如何进出细胞的？ 2.甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？ 3.由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，推测水分子是如何通过细胞膜的？ 4.根据资料2的实验结果，能得出什么推论？ ●典例剖析 例下列关于0，进出红细胞的叙述，错误的是 () A.跨膜运输方式属于自由扩散 B.运输的方向取决于红细胞内外02浓度的大小 C.运输的速率取决于红细胞内外O2浓度差的大小 D.运输的总量取决于红细胞内能量的多少 》变式训练 1.细胞膜的选择透过性使细胞内微环境相对稳定，下列能以自由扩散方式通过细胞膜的是 ①蔗糖②H,0③葡萄糖④甘油⑤性激素⑥氨基酸⑦DNA A.②③④⑤ B.②④⑤ C.②④⑤⑥ D.①②③④⑦ ●归纳提升 1.水分子进出细胞的方式 (1)一部分通过自由扩散方式进出细胞。 (2)更多的是借助于水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。 ●085 2.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。 细胞外浓度 任务二：分析协助扩散 ●情境解读 图形情境： 萄萄糖分子 ●● ,状态A←)状态B 葡萄糖转运蛋白家族包括GLUT1~GLUT14,均参与葡萄糖的运输。 ●● 膜外侧 ,磷脂双 GLUT2是肝细胞的葡萄糖转运蛋白，其作用过程如右图所示。 梯度 ■■ 分子层 膜内侧》 GLUT2 ●问题探究 1.据图可知，载体蛋白的状态A和状态B出现的原因是什么？ 2.图中葡萄糖进入肝细胞的方式是什么？请写出判断的理由？ 3.影响肝细胞吸收葡萄糖的速率的因素有哪些？ ●典例剖析 例如图为物质进人细胞的示意图（图巾“。表示物质a)。据图判断下列叙述错误的是 A.X与a结合后不会发生自身构象的改变 ● B.物质a进入细胞的方式是协助扩散 C.a的运输速率受细胞膜上X数量的限制 D.X表示载体蛋白 》变式训练 2.如图表示被转运的溶质以协助扩散方式排出细胞的过程。下列有关分析错误的是 () A.人体成熟红细胞以该方式吸收葡萄糖 载体蛋白莲枸象A 多构象B B.载体结合位点与被转运的溶质之间具有专一性 C.载体蛋白构象发生改变的过程中需要消耗能量 被转运的溶质心套终您籍 D.被转运的溶质从高浓度到低浓度，且具有载体饱和效应 086 ●归纳提升 1.被动运输的两种方式分析 (1)物理模型 嫩门C中 (2)模型解读 编号 方式 特点 A 自由扩散 不需要转运蛋白 B 协助扩散 顺浓度梯度运输，不消耗能量 需通道蛋白协助 C 协助扩散 需载体蛋白协助 2.协助扩散的影响因素 (1)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。 ◆运输速率 b c a 0 细胞外浓度 (2)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。 运输速率 细胞能量供应 课堂达标 巩固训练 1.如图表示与自由扩散、协助扩散有关的图像或曲 A.肺泡上皮细胞吸收氧气—①④ 线。下列选项对应正确的有 B.人的成熟红细胞吸收葡萄糖—②④ 细胞膜 C.甘油进入细胞—②③ 内 细胞膜 外 内 外 运8 D.肌肉细胞吸收水—②④ DD 2.甲、乙两种物质分别依赖自由扩散和协助扩散进 0=0 0=0 入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜 ① ② 代替细胞膜，并维持其他条件不变，则() A.甲运输被促进 B.乙运输被促进 细胞外浓度 细胞外浓度 C.甲运输被抑制 ③ ④ D.乙运输被抑制 ●087 3.如图表示物质通过被动运输方式进出细胞的相关 (1)图甲代表的物质运输方式为 图乙代 曲线和模式图，回答下列问题： 表的物质运输方式为 ,图丙代表的物 质运输方式为 (2)图甲运输方式与图乙对比，其相同点是 氧气、 甘油、氨基酸中，通过图甲方式进出细胞的是 0细胞内外浓度差 O细胞内外浓度差 图乙运输方式体现了细胞膜 甲 具有 的结构特点。 (3)水分子进入细胞 (填“一定”“一定 不”或“不一定”)通过图丙运输方式，原因是 课时小结 自由穿过磷脂双分子层 扩散 被动 包括 运输 协助 借助、 转运包括 载体蛋白 扩散 蛋白 )通道蛋白（如：水通道蛋白） 夯基提能作亚 请同学们认真完成练案[14] 第己节主动运输与胞吞、胞吐 课标要求 核心素养 1.生命观念：细胞膜的结构与物质运输功能相适应；明确细胞物质交换是细胞 1.阐明主动运输的过程 物质代谢和能量代谢的前提。 特点和意义。 2.科学思维：归纳总结物质运输方式的异同点，并对物质出入细胞方式进行推 2.举例说明胞吞和胞吐的 理和判断。 过程。 3.科学探究：根据物质运输的差异，设计实验探究某种物质运输方式。 3.利用细胞膜的流动镶嵌 4.社会责任：引导学生关注所学内容与健康的关系，“与社会的联系”栏目介 模型解释各种物质跨膜 绍与主动运输、胞吞、胞吐有关的问题，提升学生的社会责任意识和担当 运输的方式。 能力。 必备知识自主梳理 ●主动运输 1.概念：物质 进行跨膜运输，需要 的协助，同时还需要消耗 ,这种方式叫作主动运输。 2.过程： 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 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 ,载体蛋白随后又 ,又 可以去转运 的其他离子或分子。