人教版高考生物一轮总复习必修1第2单元第6课细胞的物质输入和输出学案

第6课　细胞的物质输入和输出

一、水进出细胞的原理

1．渗透作用

(1)概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。

(2)发生的条件

2．动物细胞的吸水和失水

(1)条件

①细胞膜：相当于半透膜。

②细胞质：有一定浓度，和外界溶液发生渗透作用。

(2)原理

①当外界溶液的浓度<细胞质的浓度时，细胞吸水膨胀。

②当外界溶液的浓度＞细胞质的浓度时，细胞失水皱缩。

③当外界溶液的浓度＝细胞质的浓度时，细胞形态不变。

3．植物细胞的吸水和失水

(1)成熟植物细胞的结构

(2)原理和现象

①当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。

②当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离的复原现象。

二、物质进出细胞的方式

1．物质进出细胞的方式

2．物质跨膜运输的方式和影响因素

(1)图示表示的跨膜运输方式

甲：主动运输；乙：自由扩散；丙：协助扩散；丁：协助扩散。

(2)图中物质a为载体蛋白，b为通道蛋白，c为载体蛋白。它们都属于转运蛋白。

(3)影响跨膜运输方式的因素

甲：载体蛋白和能量；乙：浓度差；丙、丁：浓度差和转运蛋白。

三、探究植物细胞的吸水和失水

1．实验原理

(1)成熟的植物细胞构成渗透系统，可发生渗透作用。

(2)原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。

2．实验步骤

3．实验结论

(1)成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统并发生渗透作用。

(2)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，出现质壁分离现象。

(3)当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，出现质壁分离复原现象。

1．水通过渗透作用进出细胞

(1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量分数。 (×)

(2)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。 (×)

(3)在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜。(×)

2．物质通过不同的运输方式进出细胞

(1)同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同。 (√)

(2)二氧化碳能通过自由扩散的方式通过细胞膜。 (√)

(3)固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输。 (×)

3．物质进出细胞的方式受不同因素的影响

(1)植物主动运输矿质离子的过程只发生在活细胞中。 (√)

(2)低温不影响矿质离子的吸收速率。 (×)

(3)加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率。 (×)

4．植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，通过渗透吸水和失水发生质壁分离和复原

(1)质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。 (×)

(2)低倍镜观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离时，随中央液泡变小紫色变深。              (√)

(3)用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度相同。 (×)

　　　　　水进出细胞的原理

下图甲、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，会出现上图所示哪种现象？分析原因。

答案：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多于从细胞内到细胞外的水分子，因此细胞吸水。

(2)若将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，会出现上图所示哪种现象？达到平衡时，水分子进出细胞的状况是图中哪一种？

答案：将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，细胞外界溶液浓度较大，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)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态，一段时间内细胞体积增大，最终会不会涨破？为什么？

答案：细胞不会涨破，因为植物细胞有细胞壁的保护。

1．渗透作用发生条件的验证

2．不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化

(1)溶质不能通过半透膜的情况

①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数，外观上表现为S1溶液液面上升。

②若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反，外观上表现为S1溶液液面下降。

③在达到渗透平衡后，若存在上图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度。

(2)溶质能通过半透膜的情况

①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则最初单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数，随着溶质的扩散，最终S1和S2溶液浓度相等，外观上表现为S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平。

②若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反，外观上表现为S1溶液液面先下降后持平。

3．成熟植物细胞和外界溶液形成的渗透系统与渗透作用模型的比较

考向1| 渗透作用

1．下图表示一中间隔以半透膜(只允许水分子通过)的水槽，两侧分别加入等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液。然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶，在加入麦芽糖酶前后M、N两侧液面的变化是(　　)

A．加酶前M侧液面上升，加酶后N侧液面上升并高于M侧液面

B．加酶前M侧液面上升，加酶后N侧液面上升并等于M侧液面

C．加酶前后M、N两侧液面不变

D．加酶前M、N两侧液面不变，加酶后N侧液面上升并高于M侧液面

D　解析：M侧和N侧分别加等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液，所以加酶前液面不变；麦芽糖酶将 1分子的麦芽糖分解为2分子的葡萄糖，在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶，麦芽糖水解，N侧的葡萄糖溶液浓度大于M侧，进入N侧水分子的数目多于流出N侧的水分子数目，N侧液面上升且高于M侧液面，故选D。

考向2| 细胞的吸水和失水

2．(2020·全国卷Ⅱ)取某植物的成熟叶片，用打孔器获取叶圆片，等分成两份，分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中，得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时，检测甲、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是(　　)

A．甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高

B．若测得乙糖溶液浓度不变，则乙组叶细胞的净吸水量为零

C．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离

D．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组

D　解析：由题意可知，在实验期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换，二者之间只发生了水分子的交换，因甲组中甲糖溶液浓度升高，说明甲组叶细胞从甲糖溶液中吸收了水分，净吸水量大于零，A正确；若测得乙糖溶液浓度不变，即乙组叶细胞细胞液浓度与乙糖溶液浓度相等，乙组叶细胞的净吸水量为零，B正确；若测得乙糖溶液浓度降低，说明乙组叶肉细胞失去了水分，则净吸水量小于零，叶肉细胞可能发生了质壁分离，C正确；题中甲、乙两组糖溶液浓度相等，但甲糖的相对分子质量大于乙糖，因此甲糖溶液的物质的量浓度小于乙糖溶液(即甲糖溶液中的水分子数多于乙糖溶液)，则甲组叶细胞与甲糖溶液间的物质的量浓度差大于乙组叶细胞与乙糖溶液间的物质的量浓度差，因此叶细胞的净吸水量甲组大于乙组，D错误。

　　　　　物质进出细胞的方式及影响因素

1．不同因素对物质进出细胞方式的影响及曲线模型

(1)物质浓度

(2)氧气浓度(红细胞的主动运输与氧气无关)

(3)温度

①温度通过影响分子运动而影响物质的跨膜运输，如图甲。

②温度直接影响转运蛋白的活性从而影响主动运输和协助扩散，如图乙。

③温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸，进而影响细胞的能量供应，如图乙。

2．探究物质跨膜运输方式的实验设计思路

(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

考向1| 物质跨膜运输方式的辨析

1．(2020·山东菏泽模拟)下图表示小肠上皮细胞转运葡萄糖的过程，已知肠腔的葡萄糖浓度小于细胞内葡萄糖浓度，细胞内的葡萄糖浓度大于组织液中葡萄糖的浓度，细胞内的Na＋浓度低于细胞外，葡萄糖依赖Na＋形成的浓度差与Na＋一起同向运输。下列相关叙述错误的是(　　)

A．细胞中的葡萄糖进入组织液可不消耗能量

B．图中Na＋的转运依赖两种不同的动力

C．一种物质可以有两种不同的运输方式

D．Na＋/葡萄糖同向运输蛋白能同时运输葡萄糖和Na＋，说明其不具有特异性

D　解析：根据题意可知，细胞中的葡萄糖可顺浓度梯度进入组织液，不消耗能量，A正确；因细胞内的Na＋浓度低于细胞外，Na＋进入细胞为协助扩散，Na＋运出细胞为主动运输，前者的动力是浓度差，后者的动力是ATP水解产生的能量，B正确；小肠上皮细胞对Na＋和葡萄糖的运输都有两种运输方式，包括协助扩散和主动运输，C正确；虽然Na＋/葡萄糖同向运输蛋白能同时运输葡萄糖和Na＋，但两种物质与该蛋白的结合位点不同，故仍具有特异性，D错误。

【方法规律】“三看法”快速判定物质进出细胞的方式

考向2| 影响跨膜运输的因素的分析

2．将生长状态一致的某种植物幼苗分成甲、乙两组，分别移入适宜的营养液中在光下培养，并给甲组的营养液适时通入空气，乙组不进行通气处理。一定时间后测得甲组的根对a离子的吸收速率远大于乙组的。关于这一实验现象，下列说法错误的是(　　)

A．给营养液通入空气有利于该植物的生长

B．根细胞对a离子的吸收过程属于自由扩散

C．根细胞对a离子的吸收过程有能量的消耗

D．根细胞的有氧呼吸有利于根对a离子的吸收

B　解析：由题目给的信息“甲组的根对a离子的吸收速率远大于乙组的”说明根对a离子的吸收为主动运输过程；主动运输过程需要能量和载体蛋白，B错误，C正确。给营养液通入的空气中含有氧气，根细胞获得氧气，有氧呼吸能正常进行，有利于根对a离子的吸收，有利于该植物的生长，A、D正确。

　　　　　探究植物细胞的吸水和失水

1．实验注意事项

(1)在实验中，当质壁分离现象出现后，观察时间不宜过长，以免细胞因长期处于失水状态而死亡，影响质壁分离复原现象的观察。

(2)本实验存在两组对照实验

(3)本实验结果的观察只能用低倍镜，不能用高倍镜。

(4)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液。这是由于细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗出来。

2．不同外界溶液中植物细胞的变化分析

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变化曲线如图，分析如下：

(1)A曲线表示细胞在蒸馏水中：细胞吸水膨胀，但是由于细胞壁的存在，原生质体的体积不能无限膨胀。

(2)B曲线表示细胞在0.5 mol/L的尿素溶液中：细胞先因渗透失水而发生质壁分离，后由于尿素能进入细胞，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原。KNO3、甘油、乙二醇等溶液中也可发生质壁分离后自动复原现象。

(3)C曲线表示细胞在0.3 mol/L的蔗糖溶液中：蔗糖不能进入细胞，因此质壁分离后细胞不能发生自动复原。

3．质壁分离和复原实验的拓展应用

(1)判断成熟植物细胞的死活

(2)测定细胞液浓度范围

(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度

(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)

考向1| 实验原理和基本步骤分析

1．(2020·湖南长沙模拟)以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离和复原实验的材料，下列有关说法正确的是(　　)

A．正在发生质壁分离的细胞，其吸水能力逐渐减弱

B．正在发生质壁分离的细胞，其紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深

C．发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同

D．该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞不能发生质壁分离

B　解析：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液呈紫色，正在发生质壁分离的细胞，因不断失水导致细胞液的浓度逐渐增大，紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深，其吸水能力逐渐增强，A错误，B正确；因具有支持和保护作用的细胞壁也有一定程度的伸缩性，实验发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同或大于外界溶液浓度，C错误；该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞的细胞液无色，不易观察质壁分离及其复原现象，D错误。

考向2| 实验的拓展和应用

2．(2021·山东烟台模拟)某研究小组用5种植物材料进行质壁分离实验。在相同的放大倍数下，记录视野中的细胞数目，然后滴加蔗糖溶液，记录从滴加蔗糖溶液到发生“初始质壁分离”的平均时间，绘制成下图。下列说法正确的是(　　)

A．据图分析可知，5种植物材料中山茶细胞最小

B．该实验在观察质壁分离现象时，没有设计对照实验

C．若在发生质壁分离后滴加清水，则5种材料复原时间都不同

D．5种材料中，红花檵木发生质壁分离的速度最快

D　解析：在相同的放大倍数下，视野中山茶的细胞数目最少，说明其细胞最大，观察到的红花檵木细胞数目最多，说明其细胞最小，A错误；蔗糖溶液滴加之前和之后形成前后自身对照，B错误；若在发生质壁分离后滴加清水，则不能确定5种材料复原时间，C错误；5种材料中，红花檵木从滴加蔗糖溶液到发生“初始质壁分离”的平均时间最短，发生质壁分离的速度最快，D正确。

命题生长点1 物质运输方式

(1)上述LDL进入细胞的方式是什么？判断依据是什么？

答案：胞吞。LDL是一种低密度脂蛋白，属于大分子，所以进入细胞的方式是胞吞。

(2)细胞膜上受体的化学本质是蛋白质。受体的存在体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。

(3)结合上述材料分析如何预防胆固醇过高？

答案：形成健康的饮食习惯，减少胆固醇的摄入；适当进行运动锻炼，增强代谢能力。

命题生长点2 影响物质运输的因素

下图中曲线a、b表示物质跨膜运输的两种方式，下列叙述不正确的是(　　)

A．人体内甘油、脂肪酸通过方式a被吸收

B．动作电位产生时Na＋的跨膜运输方式可用b表示

C．方式b的最大运输速率可能与转运蛋白的数量有关

D．受温度影响的物质跨膜运输方式是b

D　解析：题图中a曲线代表的运输方式为自由扩散，图中b曲线代表的运输方式为主动运输或协助扩散。人体内甘油、脂肪酸通过自由扩散的方式被吸收，A正确；动作电位产生时，Na＋内流的运输方式是协助扩散，B正确；若b为主动运输，制约其最大转运速率的因素是能量和载体蛋白的数量，若b为协助扩散，制约其最大转运速率的因素是转运蛋白的数量，C正确；自由扩散、协助扩散和主动运输的速率都受温度影响，D错误。

物质运输方式的判断依据

(1)判断葡萄糖、氨基酸等分子出入细胞的方式要看具体信息，若为从高浓度到低浓度的运输，则为协助扩散，若为从低浓度到高浓度的运输，则为主动运输。

(2)大分子物质出入细胞一定经过胞吐或胞吞，但胞吞、胞吐的物质未必都是大分子物质，如释放的神经递质。

(3)消耗能量的物质运输方式有主动运输、胞吞和胞吐。

(4)胞吐过程一定会发生囊泡膜与细胞膜的融合。

根据曲线判断影响物质运输的因素

(1)随横坐标的增加，物质吸收速率增加，则影响因素为横坐标。

(2)随横坐标的增加，物质吸收速率不变，则影响因素为横坐标之外的因素。