高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第1节 细胞膜的结构和功能优质第1课时导学案及答案

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1.通过类比，说明细胞膜是系统的边界。
2.通过实例了解细胞膜的主要功能，了解细胞膜出现的必要意义。
3.分析对细胞膜成分的探索历程，提升科学思维能力。
知识精讲
知识点01 细胞膜的功能

1.细胞膜将细胞与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定。
2.细胞膜控制物质进出细胞，一般来说，细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞；细胞不需要的物质不容易进入细胞。
3.进行细胞间信息交流
【易错提醒】
①细胞是最基本的生命系统结构层次，细胞膜是细胞的系统边界，对于植物细胞来说，细胞壁不是细胞边界，细胞膜是细胞的边界。
②细胞膜的控制作用是相对的，对细胞有害的物质有可能进入，有些病毒、病菌也可能侵入细胞。
③ 用台盼蓝染色，台盼蓝为细胞不需要的物质，活细胞不吸收，死细胞膜失去了活性，丧失控制物质进出细胞的功能，台盼蓝进入细胞，细胞才会被染成蓝色。
【知识拓展】
①细胞壁的主要成分：植物-纤维素和果胶；细菌-肽聚糖；真菌-几丁质。
②主要功能：保护，支持，植物细胞壁对于植物体起着骨架的作用，以维持细胞的正常形态。

知识点02 对细胞膜成分的探索


能力拓展

考法01 细胞膜控制物质进出细胞
细胞膜控制物质进出细胞的普遍性和相对性。
1.细胞膜控制物质进出细胞的普遍性体现在：
①细胞需要的营养物质如水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等可以从外界进入细胞；细胞不需要的物质不容易进入细胞。
②细胞产生的废物可以通过细胞膜排到细胞外；抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞内有用的成分不会流失到细胞外。
2.细胞膜控制物质进出细胞的相对性指：有些对细胞没用甚至有害的物质有可能进入细胞，如有些病毒、病菌也能进入细胞，使生物体患病。
【易错警示】细胞膜的控制作用是相对的，环境中一些对细胞有害的物质也有可能进入细胞，某些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病。
【典例1】下列关于细胞膜控制物质进出这一功能的叙述中,错误的是（ ）
A．对细胞有害的物质不能进入细胞
B．细胞对物质的控制作用是相对的
C．细胞内合成抗体分泌到细胞外
D．细胞产生的代谢废物排出细胞外
【答案】A
【解析】细胞膜可以控制物质进出细胞，细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞，细胞对物质的控制作用是相对的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入细胞，有些病毒、病菌也能侵入细胞，A错误、B正确；抗体、激素等大分子物质在细胞内合成后，通过胞吐作用分泌到细胞外，C正确；细胞产生的废物排出细胞外，D正确。

考法02 细胞间的信息交流方式
1.细胞分泌的化学物质（如激素，神经递质），随体液（如血液）到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。这是高等动物和人最常见的信息交流方式，如体液调节和神经调节通过信息分子作用于靶细胞，通过细胞膜上的受体完成信息交流。如下图所示：
2.相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。 如精子和卵细胞之间的识别和结合。如下图所示：
3.相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。如高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。胞间连丝贯穿两个相邻的植物细胞的细胞壁，并连接两个原生质体的胞质丝。它们使相邻细胞的原生质连通，是植物物质运输、信息传导的特有结构。如下图所示：

【典例2】如图表示细胞间信息交流的三种方式，叙述不正确的是（ ）
A．图C中植物细胞依靠胞间连丝交流信息，但不能进行物质交换
B．精子和卵细胞受精时要发生图B所示的信息交流方式
C．图A、图B中靶细胞表面上的受体与信号分子结合，从而接受信息
D．胰岛素调节过程中，信息交流方式与图A所示相同
【答案】A
【解析】高等植物细胞间通过胞间连丝进行信息交流，也可以交换某些物质，A错误；精子和卵细胞依靠膜上糖蛋白的识别，靠细胞与细胞的直接接触进行信息传递，B正确；图A中信息分子通过血液到达全身各处，与靶细胞表面上的受体结合，图B相邻两个细胞的靶细胞上的受体直接与另一个细胞发出信号分子结合，从而接信息，C正确；内分泌细胞胰岛B细胞分泌的化学物质胰岛素随血液流到全身各处，与靶细胞表面的受体结合进行信息传递，如图A、D正确。

考法03 构成细胞膜的成分
科学家在进行细胞膜化学成分分析时，常采用哺乳动物或人的红细胞作为实验材料。将其特殊处理使细胞破裂发生溶血现象，一些物质溶出，再将溶出细胞外的物质洗掉，即可得到纯净的细胞膜。
【典例3】某研究性学习小组欲研究细胞膜的结构和成分，如果你是课题组成员，请你设计一个简易实验制备较纯净的细胞膜，并对其成分进行鉴定。
（1）选用的最好材料是___________，其原因是_______________。
（2）在制得的膜成分中加入双缩脲试剂，如果产生_________反应，即可证明细胞膜成分中含有_________。
（3）研究发现，脂溶性物质容易透过细胞膜，非脂溶性物质透过细胞膜十分困难，这表明组成细胞膜的主要成分中是_________。
（4）该实验表明，组成细胞膜的主要成分有______________。
【答案】（1）哺乳动物成熟的红细胞 没有细胞核和具膜结构的细胞器，容易获得较为纯净的细胞膜 放在蒸馏水中让其吸水涨破
（2）紫色 蛋白质
（3）脂质
（4）脂质和蛋白质
【解析】（1）哺乳动物成熟的红细胞，没有细胞核和具膜结构的细胞器，可制备纯净的细胞膜。
（2）蛋白质遇双缩脲试剂呈现紫色，依据此原理可以鉴别细胞膜成分中有无蛋白质。
（3）根据相似相溶原理，脂溶性物质容易通过细胞膜，非脂溶性物质透过细胞膜十分困难，说明组成细胞膜的主要成分中有脂质。
（4）上述两个实验表明组成细胞膜的主要成分有脂质和蛋白质。


分层提分

题组A 基础过关练
1．“江村垂柳绵，白鹭上长天。袅袅炊烟软，徐徐落日圆。”诗中的柳树叶细胞和白鹭肌肉细胞的边界分别是（ ）
A．细胞膜和细胞壁B．细胞壁和细胞膜C．细胞膜和细胞膜D．细胞壁和细胞壁
1.【答案】C
【解析】无论动物还是植物细胞都以细胞膜为边界，C正确。
2．用台盼蓝对细胞染色，被染成蓝色的是死细胞，不着色的是活细胞。做出以上判断主要是依据细胞膜的哪种功能（ ）
A．将细胞与外界环境分隔开B．控制物质进出细胞
C．控制细胞的代谢和遗传D．实现细胞与外界环境的能量转换
2.【答案】B
【解析】台盼蓝是细胞不需要的大分子，台盼蓝不能进入活细胞中，而死亡细胞的细胞膜选择透过性丧失，大分子的台盼蓝能进入死细胞中，体现细胞膜的控制物质进出功能，B正确。
3．以下实验体现了细胞膜具有哪项功能（ ）
A．将细胞与外界环境隔开
B．细胞代谢的主要场所
C．进行细胞间的信息交流
D．控制物质进出细胞
3.【答案】D
【解析】由题图可知，将正常的玉米种子和煮熟的玉米种子都用红墨水处理，一段时间后用清水冲洗，正常的玉米胚细胞不呈红色，说明红墨水不能进入，煮熟的玉米胚细胞呈红色，说明红墨水能通过细胞膜进入细胞，此实验说明了细胞膜能控制物质进出细胞，D正确。
4．在哺乳动物的受精过程中，精子能够与卵细胞相互识别，精子将其头部钻入卵细胞中，与卵细胞发生结合。这一现象体现出细胞膜能够（ ）
A．保障细胞内部环境的相对稳定B．控制物质进出细胞
C．使卵细胞摄入所需要的精子D．进行细胞间的信息交流
4.【答案】D
【解析】精子和卵细胞之间的识别和结合体现了细胞膜进行细胞间的信息交流的功能，D正确。
5．作为系统的边界，细胞质膜在细胞的生命活动中有多种功能。下图主要表示了细胞质膜的何种功能（ ）
A．将细胞与外界环境分开B．控制物质进出细胞
C．进行细胞间信息交流D．促进物质的运输
5.【答案】C
【解析】据图可知，细胞之间通过细胞表面的糖蛋白完成信息分子与受体的结合，进而完成细胞间的信息交流，C正确。
6．高等植物细胞之间是通过什么结构相互连接以实现信息交流的（ ）
A．细胞膜 B．两个细胞的细胞膜接触 C．细胞壁 D．胞间连丝
6.【答案】D
【解析】高等植物细胞之间是通过胞间连丝相互连接，以实现信息交流，D正确。
题组B 能力提升练
7．在处理污水时，人们设计出一种膜结构， 有选择地将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，以降低有毒重金属离子对水的污染。这是试图模拟细胞膜的( )
A．将细胞与外界环境分隔开的功能B．控制物质进出细胞的功能
C．进行细胞间信息交流的功能D．具有免疫作用的功能
7.【答案】B
【解析】在处理污水时，人们设计出一种膜结构，有选择地将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，以降低有毒重金属离子对水的污染。这是试图模拟细胞膜的控制物质进出细胞的功能，可以让有害的物质和无害的物质进行分隔开，B正确。
8．作为系统的边界，细胞膜在细胞的生命活动中具有重要作用。下列相关叙述正确的是（ ）
A．细胞膜保证了对细胞有害的物质都不能进入细胞
B．细胞膜上的受体是细胞间进行信息交流的必需结构
C．细胞膜将细胞与外界环境分隔开
D．动物细胞放在清水环境中会吸水胀破，这说明细胞膜不能控制水的进出
8.【答案】C
【解析】细胞膜控制物质进出细胞的作用是相对的，一些对细胞有害的物质有可能进入细胞，A错误；植物细胞间进行信息交流可以通过胞间连丝，所以细胞间进行信息交流不一定需要细胞膜上的受体，B错误；细胞膜能将细胞与外界环境分隔开，C正确；细胞膜的控制物质进出能力是有限的，D错误。
9．如图表示细胞间进行信息交流的一种方式，下列有关叙述错误的是（ ）
A．图中b表示细胞膜上的信号分子
B．图中乙表示靶细胞
C．图中a表示信号分子（如激素）
D．图中反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能
9.【答案】A
【解析】细胞乙上b有识别功能，可能是细胞膜上的受体蛋白，A错误；图中甲表示分泌细胞，该细胞分泌产生a物质通过体液的运输作用于乙细胞，因此图中乙细胞表示靶细胞，B正确；图为细胞间信息交流的一种方式，甲细胞产生分泌某种物质a经体液运输到细胞乙，与细胞乙上b结合，将信息传到细胞乙，a可能表示某种信号分子，C正确；图中看出，在乙细胞上存在与a物质特异性结合的受体，反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能，D正确。
10.细胞与细胞之间、细胞与其他分子之间，存在一种互相联络用的“文字”或“语言”，下列最可能体现这一功能的是（ ）
A．组成细胞膜的胆固醇B．组成细胞膜的糖蛋白
C．组成细胞膜的磷脂分子D．组成细胞膜的氨基酸分子
10.【答案】B
【解析】组成细胞膜的胆固醇与细胞之间的识别和信息交流无关，A错误；细胞膜表面的糖蛋白具有识别作用，糖蛋白好比是细胞与细胞之间、细胞与其他大分子之间互相联络用的文字或语言，B正确；组成细胞膜的磷脂分子与细胞间的信息交流无关，C错误；氨基酸是组成蛋白质的基本单位，与细胞间的信息交流无关，与信息交流有关的是细胞膜上糖蛋白，D错误。
11.下图是细胞间的3种信息交流方式，请据图分析回答下列问题。

（1）图A表示通过细胞分泌的化学物质，随①____________到达全身各处，与靶细胞表面的②________结合，将信息传递给靶细胞。
（2）通过相邻两细胞的_______接触，使信息从一个细胞传递给另一个细胞，图______所示的信息交流方式就属于这种情况。如精子和卵细胞之间的______和结合。
（3）图中③表示____________________。
（4）图C表示相邻两植物细胞之间形成________，携带信息的物质从一个细胞传递给另一个细胞，图中④表示____________。
（5）在多细胞生物体内，各个细胞之间都维持功能的协调，才能使生物体健康地生存。这种协调性的实现不仅依赖于物质和能量的交换，也依赖于细胞间的_________，这种交流大多与______________的结构和功能有关。
（6）植物细胞最外层的结构是_________，其主要成分是_________________，该结构对植物细胞有_________________作用。
11.【答案】（1）血液 受体
（2）细胞膜 B 识别
（3）与膜结合的信号分子
（4）通道 胞间连丝
（5）信息交流 细胞膜
（6）细胞壁 纤维素和果胶 保护和支持
【解析】（1）据图A分析，细胞分泌的化学物质激素随①血液到达全身各处，与靶细胞表面的②受体，将信息传递给靶细胞。
（2）据图B分析，两相邻两细胞通过细胞膜的直接接触来传递信息，如精卵结合过程；图中③表示与膜结合的信号分子，如：精子和卵细胞之间的识别和结合。
（3）图B的③将信号传递给靶细胞，所以是与靶细胞膜结合信息分子。
（4）图C表示相邻两植物细胞之间形成通道，图中④表示胞间连丝。
（5）多细胞生物之间的协调活动，不仅依赖于物质和能量的交换，也依赖于细胞间的信息交流，细胞膜执行该功能，所以这种交流与细胞膜的结构和功能有关。
（6）植物细胞最外层是细胞壁，主要成分是纤维素和果胶，对植物细胞起保护和支持的作用。
12.红细胞溶血是指红细胞破裂后，血红蛋白渗出的现象。科研人员将人的红细胞分别置于蒸馏水和几种等渗溶液中，测定红细胞溶血所需的时间，实验结果如下图所示。
（1）红细胞膜主要由_______________________构成，具有将细胞与外界环境分隔开、进行细胞间的___________________和控制物质出入细胞的功能。
（2）由实验结果可知，人的红细胞在________中发生溶血所需时间最短。在氯化铵溶液中的溶血时间明显长于甘油、乙醇、丙酮三种溶液，说明________（脂溶性/水溶性）分子更容易通过细胞膜。甘油、乙醇、丙酮进入红细胞的速度大小关系为___________________________。
12.【答案】（1）磷脂和蛋白质 信息交流
（2）蒸馏水 脂溶性 丙酮>乙醇>甘油
【解析】（1）红细胞膜主要成分是磷脂和蛋白质，细胞膜可以进行细胞间的信息交流，如内分泌细胞分泌激素作用于靶细胞或靶器官传递信息。
（2）由柱形图可知，处在蒸馏水中的红细胞最先溶血。甘油、乙醇、丙酮均为脂溶性物质，而氯化铵是水溶性物质，在氯化铵溶液中的溶血时间明显长于甘油、乙醇、丙酮三种溶液，说明脂溶性分子更容易通过细胞膜。根据处在三种脂溶性物质中的红细胞溶血速度的快慢可知，丙酮进入红细胞的速度最快，甘油进入红细胞的速度最慢，即三者的速度快慢为：丙酮>乙醇>甘油。

题组C 培优拔尖练
13.（2017·全国高考真题）细胞间信息交流的方式有多种。在晡乳动物卵巢细胞分泌的雌激素作用于乳腺细胞的过程中，以及精子进卵细胞的过程中，细胞间信息交流的实现分别依赖于（ ）
A．血液运输，突触传递
B．淋巴运输，突触传递
C．淋巴运输胞间连丝传递
D．血液运输，细胞间直接接触
13.【答案】D
【解析】内分泌细胞分泌激素作用于靶细胞，如哺乳动物卵巢细胞分泌的雌激素，信号由分泌细胞通过血液循环运输传递到靶细胞，进行细胞间的信息交流；精子与卵细胞结合时，两者细胞膜表面直接相互接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞，进行细胞间信息交流，D正确。
14.如图表示细胞间信息交流的两种方式，下列相关说法不正确的是（ ）
A．①是与膜结合的信号分子，②是膜上接收信号的受体
B．A细胞是发出信号的细胞，B细胞是接收信号的细胞
C．高等植物细胞之间有不同于图中所示的信息交流方式
D．细胞与细胞之间的信息交流都必须依赖于膜上的受体
14.【答案】D
【解析】图2是表示细胞之间通过相互接触直接识别，①是与膜结合的信号分子，②是膜上接收信号的受体，A正确；图1表示细胞产生的信息分子进入血液通过血液运输到靶细胞并作用于靶细胞，A细胞是发出信号的细胞，B细胞是接收信号的细胞，B正确；高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接进行细胞间的信息交流，不同于图中所示的信息交流方式，C正确；高等植物细胞与细胞之间的信息交流可以通过胞间连丝进行，此时不依赖细胞膜上的受体，D错误。
15.下列关于细胞膜控制物质进出细胞的功能的表述中，不正确的是（ ）
A．细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞
B．细胞合成的物质如抗体、激素等可以分泌到细胞外
C．细胞内的核酸等重要成分不会流失到细胞外
D．环境中对细胞有害的物质不能进入细胞
15.【答案】D
【解析】细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞，体现了细胞膜控制物质进出细胞的功能，A正确；抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，B正确；一般情况下，细胞中的重要成分不会流失到细胞外，C正确；细胞膜对物质进出细胞的控制作用是相对的，某些细菌和病毒在一定条件下也可以进细胞，D错误。
16.（2021·河南高二期末）下面是某生物兴趣小组的一个问题探究实例，请将所探究的结论补充完整。
材料分析 1925年，高特和戈来格尔用丙酮提取出红细胞膜上的磷脂，并将它在空气和水界面上铺成单分子层，发现这个单分子层的面积相当于原来红细胞表面积的2倍。据此，得出了细胞膜是由连续的两层磷脂分子组成的推论。
提出问题 细胞膜上的磷脂分子应该怎么排列呢?
背景知识 磷脂分子的头部亲水，尾部疏水（如下图中的图1所示）。
探究1 如果把一滴油滴在水面上，形成“油—水”界面，“油—水”界面上磷脂分子的排列是什么样的呢?结果如图2所示。
探究2 如果把一滴油滴在水面上，再高速振荡，形成油水乳液，油水乳液小滴中磷脂的排列又会是什么样的呢?结果如图3所示。
推导结论：
（1）图3中A处的主要成分应是__________，B处的主要成分应是__________。
（2）请根据探究1和探究2的结果，用简图在图4空白处绘出细胞膜上磷脂分子的排布情况__________。（绘出片段即可）
（3）根据图4所示结果，科学家利用纯磷脂制成“脂质体”作为细胞模型。将“脂质体”置于清水中，一段时间后发现，“脂质体”的形态和体积都没有发生变化，这一事实说明______________________________。
16.【答案】（1）水 油
（2）（注：两层磷脂分子层的亲水性头部分别位于细胞膜的内外两侧，疏水性尾部位于细胞膜的中间）
（3）水分子不能通过纯粹的磷脂双分子层
【解析】（1）图3中的A分布在磷脂的亲水性头部一侧，因此其主要成分是水，B处位于磷脂分子疏水性的尾部的一侧，其主要成分应是油。
（2）根据探究1和探究2的结果，再结合细胞的存在状态（细胞内外均有水）可知，细胞膜上磷脂分子的排布情况为：两层磷脂分子层的亲水性头部分别位于细胞膜的内外两侧，疏水性尾部位于细胞膜的中间，如图示：
（3）根据图4所示结果，科学家利用纯磷脂制成“脂质体”作为细胞模型。将“脂质体”放置于清水中，一段时间后发现，“脂质体”的形态、体积都没有变化。这一事实表明：水分子不能通过纯粹的磷脂双分子层。多细胞生物体内，各个细胞功能的协调依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。
图例
信息交流方式
示例
[a]内分泌细胞分泌的[c]激素随血液到达全身各处，与[b]靶细胞膜表面的[d]受体结合，将信息传递给[b]靶细胞。
胰岛细胞分泌胰岛素，随血液运输到肝脏细胞，与肝脏细胞膜上的胰岛素受体结合，将信息传递给肝细胞。
相邻两个细胞的细胞膜接触，信息（[f]信号分子）从一个细胞（[e]发出信号的细胞）传递给另一个细胞。
精子和卵细胞之间的识别与结合。
相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，进行信息交流。
1.欧文顿实验
1895 年，欧文顿实验发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。据此推测：细胞膜是由脂质组成的。
（2）戈特和格伦德尔实验
1925年，戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。他们由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
（3）丹尼利和戴维森实验
1935年，丹尼利和戴维森他们发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。因此推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。