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所属成套资源：2021高考生物苏教版一轮复习学案
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2021届高考生物苏教版一轮复习学案：第2单元细胞的结构和功能第4讲物质的跨膜运输
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第4讲 物质的跨膜运输
1.物质出入细胞的方式(Ⅱ)
2．实验：通过模拟实验探究膜的透性
3．实验：观察植物细胞的质壁分离和复原
1.理解细胞内物质运输与能量供应的关系（生命观念）
2.分析不同物质跨膜运输实例，归纳跨膜运输的方式与特点；模型与建立：建立渗透作用的实验模型（科学思维）
3.设计实验探究膜的透性；分析植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验（科学探究）
4.根据渗透作用和物质运输的原理指导灌溉和施肥（社会责任）
细胞的吸水和失水
1．渗透
(1)概念：在细胞膜等结构的两侧，较多的水分子从溶质分子相对较少的区域向溶质分子相对较多的区域扩散的现象，称为渗透。
(2)明确渗透系统的组成及条件
①具有半透膜。半透膜可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。
②半透膜两侧的溶液具有浓度差。浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子数的差，即物质的量浓度之差，而不是质量分数浓度差。
(3)常见渗透装置图分析
①水分的流动判断：当溶液浓度S1>S2时，水分就通过半透膜由S2流向S1；当溶液浓度S1
2．动物细胞的吸水和失水
(1)
(2)原理和现象
①外界溶液浓度<细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀。
②外界溶液浓度>细胞质浓度⇒细胞失水皱缩。
③外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出细胞处于动态平衡。
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外界溶液浓度＜细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。
(人教版教材必修1 P61“与生活的联系”)为什么吃比较咸的食物口唇感觉比较干？
[提示] 这是因为与细胞内液体相比，外界溶液浓度高，口腔上皮细胞失水导致的。
1．渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度。(×)
[提示] 该浓度是指物质的量浓度。
2．植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。(×)
[提示] 原生质层包括细胞膜、液泡膜及两膜之间的细胞质。
3．将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，不能发生渗透作用。(×)
[提示] 动物细胞的细胞膜相当于半透膜，将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，能发生渗透作用。
4．质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。(×)
[提示] 质壁分离过程中水分子扩散是双向进行的。
5．成熟的植物细胞发生质壁分离过程中，细胞的吸水能力逐渐减小。(×)
[提示] 发生质壁分离过程中，细胞的吸水能力逐渐变大。
1．如图甲是一个典型的渗透装置，作为成熟植物细胞也应符合渗透系统的全部条件。请指出图乙中与图甲a、b、c对应的分别是什么？
甲 乙
[提示] a对应①细胞液，b对应⑥原生质层，c对应外界溶液。
2．对于植物细胞来说，单位时间内，水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外液体的浓度一定相等吗？
[提示] 不一定。植物细胞有细胞壁的支持、保护作用，当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时，有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。
3．酶的特性可通过实验进行验证。现有质量分数为10%的淀粉溶液、质量分数为10%的蔗糖溶液、质量分数为10%麦芽糖溶液、蔗糖酶溶液、清水、半透膜(只允许水分子通过)，长颈漏斗、烧杯、底部中央可放置半透膜的U形管各一个。请根据渗透作用的原理，选用一套装置设计实验，实验现象能支持酶的催化作用具有专一性，要体现等量原则等实验设计的基本原则。请写出最合理的实验思路及实验预期。
[提示] 实验思路：在底部中央放置半透膜的U形管两侧分别加入等量的蔗糖溶液和麦芽糖溶液，再在两侧各加入等量的蔗糖酶溶液，适宜温度下放置一段时间后，观察两侧液面的变化。
实验预期：蔗糖溶液一侧液面明显升高，则支持酶的催化作用具有专一性(或麦芽糖溶液一侧液面明显降低，则支持酶的催化作用具有专一性)。
考查渗透作用的原理及条件
1．(2019·大兴期末测试)某同学制作了如图1所示的渗透作用装置，S1和S2分别为漏斗内外不同浓度的蔗糖溶液。实验开始后，长颈漏斗内液面的变化如图2所示，渗透平衡时漏斗内外液面差为m。下列说法不正确的是( )
图1 图2
A．长颈漏斗内部液面的升高说明膀胱膜是半透膜
B．渗透平衡时，S1溶液的液面高于S2溶液的液面
C．将S1和S2溶液换成不同浓度的KNO3溶液，渗透平衡时m值为0
D．图2结果说明，小分子物质都能通过生物膜，而大分子物质则不能
D [根据题意，膀胱膜两侧存在浓度差，故长颈漏斗内部液面的升高说明膀胱膜是半透膜，A正确； 水分子通过渗透作用进入漏斗，渗透平衡时S1溶液的液面高于S2溶液的液面，B正确； 将S1和S2溶液换成不同浓度的KNO3溶液，则渗透平衡时不会出现液面差，因为KNO3可以通过半透膜，C正确； 蔗糖属于小分子，故图2结果不能说明大分子物质不能通过生物膜，D错误。]
2．(2019·泰安模拟)如图A为两个渗透装置，溶液a、b为不同浓度的同种溶液，且a溶液浓度
A．图A中装置2的液面一段时间后会高于装置1的液面
B．图B中的⑤④⑥相当于图A中的②
C．若图B所示为某农作物的根毛细胞，此时应及时灌溉
D．图B中的⑦与图A中的②通透性不同
B [图A中的②为半透膜，相当于B图中的⑥⑧⑦，B项错误。]
考查动植物细胞的吸水和失水
3．(2019·青岛检测)将甲、乙两种植物的块茎切成形状、大小相同的细条，分别置于质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液中，绘制的失水量曲线如下。下列叙述错误的是( )
A．与图相关细胞的原生质层会有一定程度的收缩
B．由图推知甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度
C．4 min时细胞液的渗透压大于外界溶液的渗透压
D．8 min时水分子跨膜运输进出细胞达到平衡
C [甲、乙两种植物的块茎切成形状、大小相同的细条，分别置于质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液中，细胞发生失水，因此细胞的原生质层会有一定程度的收缩，A正确；由图看出甲细胞失水较多，因此推知甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度，B项正确；4 min时，细胞仍在失水，因此4 min时细胞液的渗透压小于外界溶液的渗透压，C项错误；8 min时失水量不再变化，水分子跨膜运输进出细胞达到平衡，D项正确。]
4．(2019·广东六校联考)科研人员将人的红细胞分别置于蒸馏水及4种等渗溶液中，测定红细胞溶血(红细胞破裂)所需的时间，结果如图所示。据图分析正确的是( )
A．不同物质的运输速率取决于膜上载体蛋白的数量
B．与乙醇溶液相比，处在丙酮溶液中的红细胞吸水更快
C．红细胞对各种物质的吸收体现了细胞膜具有一定的流动性
D．处于氯化铵溶液中的红细胞溶血时间最长可能与红细胞无法吸收Cl－和NH有关
B [甘油、乙醇、丙酮的运输与膜上载体蛋白的数量无关，A错误； 乙醇和丙酮溶液中红细胞吸水的速度大小关系为丙酮＞乙醇，B正确； 红细胞对各种物质的吸收体现了细胞膜的选择透过性，C错误； 处于氯化铵溶液中的红细胞溶血时间最长说明红细胞吸收Cl－和NH的速率较慢，D错误。]
细胞吸水、失水的判断方法
(1)通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断：当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水；当细胞外溶液与细胞液的浓度相等时，细胞失水量和吸水量相等，处于动态平衡。
(2)根据重量或长度变化(如萝卜条)来判定：若重量增加或长度变长，则吸水；反之则失水。
观察植物细胞的质壁分离和复原(实验)
1．实验原理
(1)成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
(2)细胞液具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。
(3)原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。
2．实验步骤
操作一：观察新制取的洋葱表皮
①制作紫色洋葱鳞片叶外表皮的临时装片
②低倍显微镜观察
操作二：将洋葱表皮置于较大浓度的溶液中观察
②低倍显微镜观察
操作三：将操作二中的洋葱表皮置于清水中观察
②低倍显微镜观察
3．实验结论
1．关于质壁分离和复原实验的四个注意点
(1)将发生质壁分离的植物细胞置于低浓度的溶液或蒸馏水中，植物细胞会发生质壁分离的复原，但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇等能被细胞吸收的物质，发生质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
(2)质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，质壁分离程度越大，植物细胞吸水能力越强；质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度。
(3)质壁分离与复原过程中水分子的移动是双向的，但结果是单向的。
(4)本实验用显微镜观察了三次，第一次与第二次形成对照，第三次与第二次形成对照，该对照方法为自身对照。
2．质壁分离实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞是否有生物活性
待测成熟植物细胞＋一定浓度的蔗糖溶液
⇓
镜检
(2)测定细胞液浓度范围
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液细胞液浓度
介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间。
(3)比较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发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大。
(4)比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液记录刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)。
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
成熟植物细胞＋不同种类溶液
⇓
镜检
1．(2019·烟台一中检测)在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察和两次处理。下列有关叙述正确的是( )
A．第一次观察为低倍镜观察，后两次为高倍镜观察
B．第一次处理滴加的液体为清水，第二次滴加的液体为0.3 g/mL的蔗糖溶液
C．若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表皮，则不会发生质壁分离
D．紫色洋葱鳞片叶外表皮中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液
D [“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，一般需要进行三次显微观察，第一次是正常细胞的观察，第二次是质壁分离细胞的观察，第三次是质壁分离复原细胞的观察。三次观察均为低倍镜观察，A错误；第一次处理滴加的液体为0.3 g/mL的蔗糖溶液，观察质壁分离现象，第二次滴加的液体为清水，观察质壁分离复原现象，B错误；紫色洋葱鳞片叶的内表皮也会发生质壁分离，但不含色素，现象不明显，C错误；原生质层是指细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质，紫色洋葱鳞片叶外表皮中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液，D正确。]
2．如图是某同学进行“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”活动时拍摄的显微镜下的细胞图像。下列叙述正确的是( )
A．①所指暗线是细胞壁，它两侧的蔗糖溶液浓度会有较大的差异
B．②所指亮区是细胞质基质，观察不到细胞器是因为它们都是半透明的
C．③所指暗区是细胞液，它属于细胞质，复原时也有水分子出液泡
D．④所指亮区是细胞膜，该实验证明了它的选择透性与细胞壁不同
C [分析图片：①为细胞壁，②为细胞壁与细胞膜之间的间隙，③为紫色大液泡(含细胞液)，④为细胞膜与液泡膜之间的细胞质。①所指暗线是细胞壁，由于它是全透性的结构，所以它两侧的蔗糖溶液浓度没有明显差异，A项错误；②所指亮区是细胞壁与细胞膜之间的间隙，B项错误；③所指暗区是细胞液，它属于细胞质，复原时也有水分子出液泡，C项正确；④所指亮区是细胞膜与液泡膜之间的细胞质，D项错误。]
3．在观察某植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验中，依次观察到的结果示意图如下，其中①、②指细胞结构。下列叙述正确的是( )
甲 乙 丙
A．甲状态时不存在水分子跨膜运输进出细胞的现象
B．甲→乙变化的原因之一是结构①的伸缩性比②要大
C．乙→丙的变化是由于外界溶液浓度小于细胞液浓度所致
D．细胞发生渗透作用至丙状态，一段时间后该细胞会破裂
C [本题考查的是植物细胞渗透作用及质壁分离的相关知识点。甲维持细胞正常形态，进入细胞的水分子和从细胞中出去的水分子一样多，处于动态平衡状态，A错误；甲→乙发生了渗透失水，细胞质壁分离，原因之一是结构①细胞壁的伸缩性比结构②细胞膜的伸缩性要小，B错误；乙→丙发生了渗透吸水，此时外界溶液浓度比细胞液浓度小，C正确；丙细胞可能发生渗透吸水，但植物细胞渗透吸水只会膨胀不会胀破，D错误。]
4．(2019·长春市高三质检)将同一红色月季花瓣制成两组相同的临时装片，分别浸润在甲、乙两种溶液中，测得液泡直径的变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．乙溶液的浓度大于甲溶液的浓度
B．2～6 min乙溶液中细胞的吸水能力逐渐增大
C．甲溶液中的溶质分子在2 min后开始进入细胞
D．甲溶液中细胞体积与液泡体积的变化量相等
B [从图中曲线可知，最初2 min内，甲细胞失水速度快于乙细胞，所以甲溶液的浓度大于乙溶液的浓度；处于甲溶液中液泡体积在2 min前减小的幅度变缓，说明甲的溶质分子在2 min前开始进入细胞；植物细胞的细胞壁伸缩性小，细胞体积基本没变，而液泡体积变小。]
物质出入细胞的方式
1．物质运输的方式、特点和实例(连线)
特点 方式 实例
a．主动运输
b．自由扩散
c．协助扩散
d．胞吞和胞吐
[提示] ①—b—Ⅰ ②—c—Ⅱ ③—a—Ⅲ ④—d—Ⅳ
2．根据图示进一步确定物质跨膜运输的方式和影响因素
甲 乙 丙
(1)填写以下有关跨膜运输方式及结构的名称：
图甲：自由扩散；图乙：协助扩散；图丙：主动运输；a：载体蛋白。
(2)填写以下有关跨膜运输方式的影响因素：
图甲：浓度差；图乙：浓度差和载体蛋白；图丙：载体蛋白和能量。
(1)(人教版教材必修1 P73“与社会的联系”)囊性纤维病是细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na＋和Cl－的跨膜运输，这一事例说明这种结构蛋白属于细胞膜上的载体蛋白，也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上载体蛋白的种类和数量来实现的。
(2)(人教版教材必修1 P74“科学前沿”拓展)2003年诺贝尔化学奖授予了研究细胞膜水通道蛋白的科学家。请思考离子通道蛋白与载体蛋白的异同。
[提示] 相同点：化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能。
不同点：(1)通道蛋白参与的是被动运输，是从高浓度的一侧运输到低浓度的一侧，不消耗能量；载体蛋白参与的是主动运输或被动运输，是从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧或从高浓度的一侧运输到低浓度的一侧，消耗能量或不消耗能量。(2)通道蛋白在运输过程中不与被运输的物质结合，也不移动；载体蛋白与被运输的物质结合，并且要移动。
1．甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。(×)
[提示] 甘油是脂溶性小分子，其通过细胞膜的方式为自由扩散。
2．通过载体蛋白的物质转运属于主动运输。(×)
[提示] 协助扩散也通过载体蛋白转运物质。
3．在神经细胞上动作电位产生与膜电位恢复过程中，Na＋流入和排出都是主动运输。(×)
[提示] Na＋流入为被动运输。
4．细胞外液中的K＋进入神经细胞属于自由扩散。(×)
[提示] K＋进入神经细胞属于主动运输。
5．主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢。(×)
[提示] 主动运输是把物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧。
影响物质跨膜运输因素的分析
1．浓度差对物质跨膜运输的影响
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受载体数量的限制。
2．氧气含量对物质跨膜运输的影响
通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。
(1)P点时：无氧呼吸为物质的吸收提供能量。
(2)PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量增多，主动运输的速率增大。
(3)Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他限制因素的影响，运输速率不再增加。
3．温度
温度影响物质运输速率时，既与分子的运动有关，也与细胞呼吸有关。
1．同一种物质进入不同细胞的方式相同吗？举例说明。同一种物质出入同一细胞的方式相同吗？举例说明。
[提示] 不一定相同，人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，肾小管重吸收葡萄糖的方式是主动运输。不一定相同，神经元吸收钾离子的方式是主动运输，而静息时钾离子外流的方式是协助扩散。
2．胞吐和胞吞两种方式的共同点是什么？
[提示] (1)能运输生物大分子等；(2)运输过程中形成囊泡；(3)需要消耗能量。
3．若对离体心肌细胞施用某种毒素，结果心肌细胞对Ca2＋吸收量明显减少，而对K＋的吸收不受影响，其原因最可能是什么？
[提示] 运输Ca2＋的载体被破坏。
4．柽柳是一种泌盐植物，叶子和嫩枝可以将吸收的盐分排出，是强耐盐植物。柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输？请设计实验加以证明。
实验材料：柽柳幼苗若干；适宜浓度的含Ca2＋和K＋的完全培养液；细胞呼吸抑制剂；蒸馏水。
请写出实验步骤，并预期实验结果。
[提示] 实验步骤：①将柽柳幼苗随机分为甲、乙两组，分别培养在适宜浓度的含Ca2＋和K＋的完全培养液中。②甲组柽柳幼苗的培养液中，加入一定量的细胞呼吸抑制剂，乙组柽柳幼苗的培养液中加入等量的蒸馏水，在适宜的条件下培养。③分别测定两组柽柳幼苗吸收Ca2＋和K＋的速率，并进行比较。
结果预测：若两组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率相同，则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是被动运输；若甲组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率明显小于乙组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率，则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输。
考查物质出入细胞的方式及特点
1．(2018·全国卷Ⅱ)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( )
A．巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散
B．固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输
C．神经细胞受到刺激时产生的Na＋内流属于被动运输
D．护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
C [巨噬细胞依赖细胞膜的流动性以胞吞的方式摄入病原体，A项错误；固醇类激素属于脂质，以自由扩散的方式进入靶细胞，B项错误；神经细胞受到刺激时，Na＋顺浓度梯度内流，属于被动运输，C项正确；甘油以自由扩散的方式进入细胞，D项错误。]
2．(2019·安徽定远重点中学一模)如图表示物质进出细胞1和细胞2的过程示意图。据图分析正确的是( )
A．甲、丁物质都是顺相对含量梯度运输的
B．乙物质的作用体现了细胞膜的选择透过性
C．乙物质离开细胞1的方式不需要载体且都是大分子转运
D．运输甲和丙物质的蛋白质结构不同，但都具有专一性
D [据图分析，甲物质是顺相对含量梯度运输的，丁物质是逆相对含量梯度运输的，A错误；乙物质的作用体现了细胞膜的信息交流功能，B错误；乙物质离开细胞1的方式是胞吐，不需要载体，但通过胞吐分泌出细胞外的物质不一定都是大分子，C错误；运输甲和丙物质的载体蛋白结构不同，载体具有专一性，D正确。]
物质运输方式的几个“不一定”
(1)胞吐、胞吞的不一定是大分子物质，如神经递质是小分子物质，通过胞吐排出细胞。
(2)生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。
(3)消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。
(4)同一种物质进出细胞的方式不一定相同
①葡萄糖
②Na＋
③K＋
考查外界因素对物质出入细胞的影响
3．动物细胞内低Na＋高K＋的离子浓度对于神经冲动的产生、细胞渗透平衡等生命活动具有重要作用。这种浓度差与细胞膜上的Na＋－ K＋泵有关，其作用原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A．Na＋和K＋的运输方式为主动运输
B．Na＋－ K＋泵每次运输的Na＋数量多于K＋
C．在细胞培养液中加入乌苯苷会影响K＋的运输
D．该运输过程的持续会导致大量ADP的积累
D [读图可知，Na＋和K＋的运输过程中需要载体蛋白参与且消耗ATP，其运输方式为主动运输，A正确；Na＋－ K＋泵每次运输中，泵出3个Na＋泵入2个K＋，即每次运输的Na＋数量多于K＋，B正确；乌苯苷会竞争与载体蛋白的结合位点，C正确；在细胞内ATP和ADP之间的转化存在一个动态平衡，因此该运输过程的持续不会导致ADP大量积累，D错误。]
4．(2019·邯郸高三模拟)主动运输的能量可来自ATP水解或电化学梯度(离子的浓度梯度)，如图是与小肠上皮细胞有关的葡萄糖跨膜运输的示意图，其中a、b、c表示载体蛋白。据图分析，下列叙述正确的是( )
A．载体蛋白b转运葡萄糖的过程中需要ATP水解供能
B．在载体蛋白c的协助下，细胞内外的Na＋浓度趋于相同
C．肠腔中的Na＋浓度降低，会影响小肠上皮细胞吸收葡萄糖
D．机体短暂的供氧不足，会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液
C [载体蛋白b转运葡萄糖是从高浓度向低浓度一侧运输，为协助扩散，不需要消耗ATP，A错误；载体蛋白c运输Na＋，是由低浓度向高浓度一侧运输，为主动运输，最终会使细胞外的Na＋浓度高于细胞内的Na＋浓度，B错误；葡萄糖运出小肠上皮细胞进入组织液时，是从高浓度向低浓度一侧运输，为协助扩散，不需要消耗ATP，机体短暂的供氧不足，不会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液，D错误。]
物质出入细胞的相关实验分析和探究
5．(2019·淄博一模)向某动物细胞内注入微量的24Na＋，一会儿可测得细胞周围溶液中出现24Na＋；在细胞周围溶液中加入某物质后，24Na＋外流停止；再向细胞内注入ATP后，24Na＋恢复外流。下列推断合理的是( )
A．该物质改变了细胞膜的结构
B．该物质破坏了24Na＋载体的结构
C．该物质使ATP水解酶变性失活
D．24Na＋通过细胞膜外流的方式为主动运输
D [根据题目信息在细胞周围溶液中加入某物质后，24Na＋外流停止，再向细胞内注入ATP后，24Na＋恢复外流。因此判断该物质可能是抑制了细胞呼吸，造成24Na＋外流停止。进一步判断24Na＋通过细胞膜外流的方式为主动运输。]
6．(2019·衡水中学期中)水存在两种跨膜运输机制：一种是通过脂双层的自由扩散，另一种是通过专一的水通道——水孔蛋白跨膜运输。研究者据此提出的实验思路如下：
①实验分组：
甲组：肾小管上皮细胞＋生理盐水配制的蛋白酶液
乙组：肾小管上皮细胞＋X
②将甲、乙两组制成装片，在盖玻片一侧滴清水，另一侧用吸水纸吸引，显微镜下观察破裂的细胞数目。
(1)实验目的：_____________________________。
(2)题中X是______________________________。
(3)若甲组和乙组破裂的细胞数目基本相同，说明___________；若甲组极少的细胞发生破裂，乙组多数细胞破裂，说明_____________________；若出现____________________________，说明肾小管上皮细胞通过两种方式吸收水分。
[解析] 题目信息给出了细胞吸水的两种方式：一种是通过脂双层的自由扩散，另一种是通过专一的水通道——水孔蛋白跨膜运输。要探究水通过什么方式被吸收，应设置膜蛋白被除去的实验组和不处理的对照，进行探究。肾小管细胞吸水的方式可能有三种情况：一自由扩散，二水孔蛋白吸收，三两种同时进行。
[答案] (1)探究肾小管上皮细胞膜或肾小管上皮细胞的吸水方式(合理即可)
(2)等量的生理盐水
(3)水通过肾小管上皮细胞的方式是自由扩散 肾小管上皮细胞主要依赖水孔蛋白吸水 甲、乙两组均出现一定破裂的细胞，且甲组破裂的细胞数量比乙组少
1.渗透平衡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，只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态。
2．Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞，但也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。
3．植物吸收水分的方式是自由扩散，而吸收无机盐离子的方式是主动运输，因此可以说植物对水分和无机盐的吸收是两个相对独立的过程。
4．物质跨膜运输(自由扩散、协助扩散、主动运输)体现了生物膜的选择透过性；大分子物质和颗粒性物质的胞吞、胞吐体现了生物膜的流动性。
1.渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。
2．原生质层由细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质组成，具有选择透过性。
3．被动运输包括自由扩散和协助扩散，它们都是顺浓度梯度运输的过程，不消耗能量，但是协助扩散需要载体蛋白。
4．主动运输是逆浓度梯度运输的过程，需要载体蛋白的协助和消耗能量。
5．胞吞和胞吐是借助于膜的融合完成的，与膜的流动性有关，它是大分子和颗粒性物质进出细胞的物质运输方式，靠ATP提供动力。
真题体验| 感悟高考 淬炼考能
1．(2019·全国卷Ⅱ)某种H＋－ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H＋。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外)，置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H＋－ATPase的抑制剂(抑制ATP水解)，再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是( )
A．H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H＋转运到细胞外
B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用导致H＋逆浓度梯度跨膜运输
C．H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量可由蓝光直接提供
D．溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞
C [用蓝光照射后，含有保卫细胞的溶液的pH下降，可推测细胞内的H＋被转运到了细胞外，再结合题干信息可推测H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，A项不符合题意；细胞内pH高于细胞外，即细胞内H＋浓度低于细胞外，用蓝光照射后，溶液的pH明显降低，推测蓝光可通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用，使细胞内的H＋逆浓度梯度转运到细胞外，B项不符合题意；H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量来自ATP水解，不是由蓝光直接提供，C项符合题意；溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞，D项不符合题意。]
2．(2018·全国卷Ⅰ)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是( )
A．在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的N2和NO
B．农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C．土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D．给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象
A [小麦不能直接吸收利用土壤中的N2，N2必须被固定后，才能被植物吸收利用，A错误；农田适时松土可以增加土壤中的氧气，增强农作物根系的有氧呼吸，有利于农作物根细胞通过主动运输的方式对矿质元素进行吸收，B正确；土壤微生物可以将秸秆中的有机物分解成无机离子等，植物的根系能吸收这些无机离子用于生命活动，C正确；给玉米施肥过多时，土壤渗透压升高，当其高于玉米根的细胞液渗透压时，玉米会因根系水分外流而出现“烧苗”现象，D正确。]
3．(2017·全国卷Ⅱ)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是( )
A．0～4 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内
B．0～1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等
C．2～3 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压
D．0～1 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压
C [本题考查渗透作用、植物细胞的吸水与失水。0～4 h内，开始一段时间内，原生质体的相对体积逐渐减小，说明细胞液浓度小于物质A溶液的浓度，当原生质体相对体积达到最小后又逐渐增大，说明部分物质A通过细胞膜进入细胞内，使细胞液浓度增大，从而使细胞吸水，表现为原生质体相对体积逐渐增大，A错误；因细胞壁的伸缩性较小，而原生质体的伸缩性较大，故0～1 h内细胞体积的变化量小于原生质体体积的变化量，B错误；据图可知，2～3 h内，原生质体的相对体积增大，表明细胞吸水，此时物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C正确；0～1 h内，原生质体的相对体积减小，表明细胞失水，此时液泡中液体(细胞液)的渗透压小于细胞质基质的渗透压，细胞质基质的渗透压又小于物质A溶液的渗透压，D错误。]
4．(2016·全国卷Ⅰ)离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是( )
A．离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B．离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的
C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
C [由题意可知，离子通过离子泵进行跨膜运输需要消耗能量，而协助扩散不需要消耗能量，故A项错误；消耗能量的物质跨膜运输一般是逆浓度梯度进行的，故B项错误；动物一氧化碳中毒会影响红细胞运输氧，进而影响有氧呼吸，影响ATP的合成，从而降低离子泵跨膜运输离子的速率，故C项正确；离子泵是一种蛋白质，因此加入蛋白质变性剂会破坏离子泵的结构，进而降低离子泵跨膜运输离子的速率，故D项错误。]
第4讲 物质的跨膜运输
1.物质出入细胞的方式(Ⅱ)
2．实验：通过模拟实验探究膜的透性
3．实验：观察植物细胞的质壁分离和复原
1.理解细胞内物质运输与能量供应的关系（生命观念）
2.分析不同物质跨膜运输实例，归纳跨膜运输的方式与特点；模型与建立：建立渗透作用的实验模型（科学思维）
3.设计实验探究膜的透性；分析植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验（科学探究）
4.根据渗透作用和物质运输的原理指导灌溉和施肥（社会责任）
细胞的吸水和失水
1．渗透
(1)概念：在细胞膜等结构的两侧，较多的水分子从溶质分子相对较少的区域向溶质分子相对较多的区域扩散的现象，称为渗透。
(2)明确渗透系统的组成及条件
①具有半透膜。半透膜可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。
②半透膜两侧的溶液具有浓度差。浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子数的差，即物质的量浓度之差，而不是质量分数浓度差。
(3)常见渗透装置图分析
①水分的流动判断：当溶液浓度S1>S2时，水分就通过半透膜由S2流向S1；当溶液浓度S1
2．动物细胞的吸水和失水
(1)
(2)原理和现象
①外界溶液浓度<细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀。
②外界溶液浓度>细胞质浓度⇒细胞失水皱缩。
③外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出细胞处于动态平衡。
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外界溶液浓度＜细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。
(人教版教材必修1 P61“与生活的联系”)为什么吃比较咸的食物口唇感觉比较干？
[提示] 这是因为与细胞内液体相比，外界溶液浓度高，口腔上皮细胞失水导致的。
1．渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度。(×)
[提示] 该浓度是指物质的量浓度。
2．植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。(×)
[提示] 原生质层包括细胞膜、液泡膜及两膜之间的细胞质。
3．将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，不能发生渗透作用。(×)
[提示] 动物细胞的细胞膜相当于半透膜，将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，能发生渗透作用。
4．质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。(×)
[提示] 质壁分离过程中水分子扩散是双向进行的。
5．成熟的植物细胞发生质壁分离过程中，细胞的吸水能力逐渐减小。(×)
[提示] 发生质壁分离过程中，细胞的吸水能力逐渐变大。
1．如图甲是一个典型的渗透装置，作为成熟植物细胞也应符合渗透系统的全部条件。请指出图乙中与图甲a、b、c对应的分别是什么？
甲 乙
[提示] a对应①细胞液，b对应⑥原生质层，c对应外界溶液。
2．对于植物细胞来说，单位时间内，水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外液体的浓度一定相等吗？
[提示] 不一定。植物细胞有细胞壁的支持、保护作用，当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时，有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。
3．酶的特性可通过实验进行验证。现有质量分数为10%的淀粉溶液、质量分数为10%的蔗糖溶液、质量分数为10%麦芽糖溶液、蔗糖酶溶液、清水、半透膜(只允许水分子通过)，长颈漏斗、烧杯、底部中央可放置半透膜的U形管各一个。请根据渗透作用的原理，选用一套装置设计实验，实验现象能支持酶的催化作用具有专一性，要体现等量原则等实验设计的基本原则。请写出最合理的实验思路及实验预期。
[提示] 实验思路：在底部中央放置半透膜的U形管两侧分别加入等量的蔗糖溶液和麦芽糖溶液，再在两侧各加入等量的蔗糖酶溶液，适宜温度下放置一段时间后，观察两侧液面的变化。
实验预期：蔗糖溶液一侧液面明显升高，则支持酶的催化作用具有专一性(或麦芽糖溶液一侧液面明显降低，则支持酶的催化作用具有专一性)。
考查渗透作用的原理及条件
1．(2019·大兴期末测试)某同学制作了如图1所示的渗透作用装置，S1和S2分别为漏斗内外不同浓度的蔗糖溶液。实验开始后，长颈漏斗内液面的变化如图2所示，渗透平衡时漏斗内外液面差为m。下列说法不正确的是( )
图1 图2
A．长颈漏斗内部液面的升高说明膀胱膜是半透膜
B．渗透平衡时，S1溶液的液面高于S2溶液的液面
C．将S1和S2溶液换成不同浓度的KNO3溶液，渗透平衡时m值为0
D．图2结果说明，小分子物质都能通过生物膜，而大分子物质则不能
D [根据题意，膀胱膜两侧存在浓度差，故长颈漏斗内部液面的升高说明膀胱膜是半透膜，A正确； 水分子通过渗透作用进入漏斗，渗透平衡时S1溶液的液面高于S2溶液的液面，B正确； 将S1和S2溶液换成不同浓度的KNO3溶液，则渗透平衡时不会出现液面差，因为KNO3可以通过半透膜，C正确； 蔗糖属于小分子，故图2结果不能说明大分子物质不能通过生物膜，D错误。]
2．(2019·泰安模拟)如图A为两个渗透装置，溶液a、b为不同浓度的同种溶液，且a溶液浓度
A．图A中装置2的液面一段时间后会高于装置1的液面
B．图B中的⑤④⑥相当于图A中的②
C．若图B所示为某农作物的根毛细胞，此时应及时灌溉
D．图B中的⑦与图A中的②通透性不同
B [图A中的②为半透膜，相当于B图中的⑥⑧⑦，B项错误。]
考查动植物细胞的吸水和失水
3．(2019·青岛检测)将甲、乙两种植物的块茎切成形状、大小相同的细条，分别置于质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液中，绘制的失水量曲线如下。下列叙述错误的是( )
A．与图相关细胞的原生质层会有一定程度的收缩
B．由图推知甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度
C．4 min时细胞液的渗透压大于外界溶液的渗透压
D．8 min时水分子跨膜运输进出细胞达到平衡
C [甲、乙两种植物的块茎切成形状、大小相同的细条，分别置于质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液中，细胞发生失水，因此细胞的原生质层会有一定程度的收缩，A正确；由图看出甲细胞失水较多，因此推知甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度，B项正确；4 min时，细胞仍在失水，因此4 min时细胞液的渗透压小于外界溶液的渗透压，C项错误；8 min时失水量不再变化，水分子跨膜运输进出细胞达到平衡，D项正确。]
4．(2019·广东六校联考)科研人员将人的红细胞分别置于蒸馏水及4种等渗溶液中，测定红细胞溶血(红细胞破裂)所需的时间，结果如图所示。据图分析正确的是( )
A．不同物质的运输速率取决于膜上载体蛋白的数量
B．与乙醇溶液相比，处在丙酮溶液中的红细胞吸水更快
C．红细胞对各种物质的吸收体现了细胞膜具有一定的流动性
D．处于氯化铵溶液中的红细胞溶血时间最长可能与红细胞无法吸收Cl－和NH有关
B [甘油、乙醇、丙酮的运输与膜上载体蛋白的数量无关，A错误； 乙醇和丙酮溶液中红细胞吸水的速度大小关系为丙酮＞乙醇，B正确； 红细胞对各种物质的吸收体现了细胞膜的选择透过性，C错误； 处于氯化铵溶液中的红细胞溶血时间最长说明红细胞吸收Cl－和NH的速率较慢，D错误。]
细胞吸水、失水的判断方法
(1)通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断：当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水；当细胞外溶液与细胞液的浓度相等时，细胞失水量和吸水量相等，处于动态平衡。
(2)根据重量或长度变化(如萝卜条)来判定：若重量增加或长度变长，则吸水；反之则失水。
观察植物细胞的质壁分离和复原(实验)
1．实验原理
(1)成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
(2)细胞液具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。
(3)原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。
2．实验步骤
操作一：观察新制取的洋葱表皮
①制作紫色洋葱鳞片叶外表皮的临时装片
②低倍显微镜观察
操作二：将洋葱表皮置于较大浓度的溶液中观察
②低倍显微镜观察
操作三：将操作二中的洋葱表皮置于清水中观察
②低倍显微镜观察
3．实验结论
1．关于质壁分离和复原实验的四个注意点
(1)将发生质壁分离的植物细胞置于低浓度的溶液或蒸馏水中，植物细胞会发生质壁分离的复原，但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇等能被细胞吸收的物质，发生质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
(2)质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，质壁分离程度越大，植物细胞吸水能力越强；质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度。
(3)质壁分离与复原过程中水分子的移动是双向的，但结果是单向的。
(4)本实验用显微镜观察了三次，第一次与第二次形成对照，第三次与第二次形成对照，该对照方法为自身对照。
2．质壁分离实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞是否有生物活性
待测成熟植物细胞＋一定浓度的蔗糖溶液
⇓
镜检
(2)测定细胞液浓度范围
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液细胞液浓度
介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间。
(3)比较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发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大。
(4)比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液记录刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)。
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
成熟植物细胞＋不同种类溶液
⇓
镜检
1．(2019·烟台一中检测)在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察和两次处理。下列有关叙述正确的是( )
A．第一次观察为低倍镜观察，后两次为高倍镜观察
B．第一次处理滴加的液体为清水，第二次滴加的液体为0.3 g/mL的蔗糖溶液
C．若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表皮，则不会发生质壁分离
D．紫色洋葱鳞片叶外表皮中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液
D [“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，一般需要进行三次显微观察，第一次是正常细胞的观察，第二次是质壁分离细胞的观察，第三次是质壁分离复原细胞的观察。三次观察均为低倍镜观察，A错误；第一次处理滴加的液体为0.3 g/mL的蔗糖溶液，观察质壁分离现象，第二次滴加的液体为清水，观察质壁分离复原现象，B错误；紫色洋葱鳞片叶的内表皮也会发生质壁分离，但不含色素，现象不明显，C错误；原生质层是指细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质，紫色洋葱鳞片叶外表皮中不属于原生质层的有细胞壁、细胞核和细胞液，D正确。]
2．如图是某同学进行“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”活动时拍摄的显微镜下的细胞图像。下列叙述正确的是( )
A．①所指暗线是细胞壁，它两侧的蔗糖溶液浓度会有较大的差异
B．②所指亮区是细胞质基质，观察不到细胞器是因为它们都是半透明的
C．③所指暗区是细胞液，它属于细胞质，复原时也有水分子出液泡
D．④所指亮区是细胞膜，该实验证明了它的选择透性与细胞壁不同
C [分析图片：①为细胞壁，②为细胞壁与细胞膜之间的间隙，③为紫色大液泡(含细胞液)，④为细胞膜与液泡膜之间的细胞质。①所指暗线是细胞壁，由于它是全透性的结构，所以它两侧的蔗糖溶液浓度没有明显差异，A项错误；②所指亮区是细胞壁与细胞膜之间的间隙，B项错误；③所指暗区是细胞液，它属于细胞质，复原时也有水分子出液泡，C项正确；④所指亮区是细胞膜与液泡膜之间的细胞质，D项错误。]
3．在观察某植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验中，依次观察到的结果示意图如下，其中①、②指细胞结构。下列叙述正确的是( )
甲 乙 丙
A．甲状态时不存在水分子跨膜运输进出细胞的现象
B．甲→乙变化的原因之一是结构①的伸缩性比②要大
C．乙→丙的变化是由于外界溶液浓度小于细胞液浓度所致
D．细胞发生渗透作用至丙状态，一段时间后该细胞会破裂
C [本题考查的是植物细胞渗透作用及质壁分离的相关知识点。甲维持细胞正常形态，进入细胞的水分子和从细胞中出去的水分子一样多，处于动态平衡状态，A错误；甲→乙发生了渗透失水，细胞质壁分离，原因之一是结构①细胞壁的伸缩性比结构②细胞膜的伸缩性要小，B错误；乙→丙发生了渗透吸水，此时外界溶液浓度比细胞液浓度小，C正确；丙细胞可能发生渗透吸水，但植物细胞渗透吸水只会膨胀不会胀破，D错误。]
4．(2019·长春市高三质检)将同一红色月季花瓣制成两组相同的临时装片，分别浸润在甲、乙两种溶液中，测得液泡直径的变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．乙溶液的浓度大于甲溶液的浓度
B．2～6 min乙溶液中细胞的吸水能力逐渐增大
C．甲溶液中的溶质分子在2 min后开始进入细胞
D．甲溶液中细胞体积与液泡体积的变化量相等
B [从图中曲线可知，最初2 min内，甲细胞失水速度快于乙细胞，所以甲溶液的浓度大于乙溶液的浓度；处于甲溶液中液泡体积在2 min前减小的幅度变缓，说明甲的溶质分子在2 min前开始进入细胞；植物细胞的细胞壁伸缩性小，细胞体积基本没变，而液泡体积变小。]
物质出入细胞的方式
1．物质运输的方式、特点和实例(连线)
特点 方式 实例
a．主动运输
b．自由扩散
c．协助扩散
d．胞吞和胞吐
[提示] ①—b—Ⅰ ②—c—Ⅱ ③—a—Ⅲ ④—d—Ⅳ
2．根据图示进一步确定物质跨膜运输的方式和影响因素
甲 乙 丙
(1)填写以下有关跨膜运输方式及结构的名称：
图甲：自由扩散；图乙：协助扩散；图丙：主动运输；a：载体蛋白。
(2)填写以下有关跨膜运输方式的影响因素：
图甲：浓度差；图乙：浓度差和载体蛋白；图丙：载体蛋白和能量。
(1)(人教版教材必修1 P73“与社会的联系”)囊性纤维病是细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na＋和Cl－的跨膜运输，这一事例说明这种结构蛋白属于细胞膜上的载体蛋白，也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上载体蛋白的种类和数量来实现的。
(2)(人教版教材必修1 P74“科学前沿”拓展)2003年诺贝尔化学奖授予了研究细胞膜水通道蛋白的科学家。请思考离子通道蛋白与载体蛋白的异同。
[提示] 相同点：化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能。
不同点：(1)通道蛋白参与的是被动运输，是从高浓度的一侧运输到低浓度的一侧，不消耗能量；载体蛋白参与的是主动运输或被动运输，是从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧或从高浓度的一侧运输到低浓度的一侧，消耗能量或不消耗能量。(2)通道蛋白在运输过程中不与被运输的物质结合，也不移动；载体蛋白与被运输的物质结合，并且要移动。
1．甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。(×)
[提示] 甘油是脂溶性小分子，其通过细胞膜的方式为自由扩散。
2．通过载体蛋白的物质转运属于主动运输。(×)
[提示] 协助扩散也通过载体蛋白转运物质。
3．在神经细胞上动作电位产生与膜电位恢复过程中，Na＋流入和排出都是主动运输。(×)
[提示] Na＋流入为被动运输。
4．细胞外液中的K＋进入神经细胞属于自由扩散。(×)
[提示] K＋进入神经细胞属于主动运输。
5．主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢。(×)
[提示] 主动运输是把物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧。
影响物质跨膜运输因素的分析
1．浓度差对物质跨膜运输的影响
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受载体数量的限制。
2．氧气含量对物质跨膜运输的影响
通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。
(1)P点时：无氧呼吸为物质的吸收提供能量。
(2)PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量增多，主动运输的速率增大。
(3)Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他限制因素的影响，运输速率不再增加。
3．温度
温度影响物质运输速率时，既与分子的运动有关，也与细胞呼吸有关。
1．同一种物质进入不同细胞的方式相同吗？举例说明。同一种物质出入同一细胞的方式相同吗？举例说明。
[提示] 不一定相同，人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，肾小管重吸收葡萄糖的方式是主动运输。不一定相同，神经元吸收钾离子的方式是主动运输，而静息时钾离子外流的方式是协助扩散。
2．胞吐和胞吞两种方式的共同点是什么？
[提示] (1)能运输生物大分子等；(2)运输过程中形成囊泡；(3)需要消耗能量。
3．若对离体心肌细胞施用某种毒素，结果心肌细胞对Ca2＋吸收量明显减少，而对K＋的吸收不受影响，其原因最可能是什么？
[提示] 运输Ca2＋的载体被破坏。
4．柽柳是一种泌盐植物，叶子和嫩枝可以将吸收的盐分排出，是强耐盐植物。柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输？请设计实验加以证明。
实验材料：柽柳幼苗若干；适宜浓度的含Ca2＋和K＋的完全培养液；细胞呼吸抑制剂；蒸馏水。
请写出实验步骤，并预期实验结果。
[提示] 实验步骤：①将柽柳幼苗随机分为甲、乙两组，分别培养在适宜浓度的含Ca2＋和K＋的完全培养液中。②甲组柽柳幼苗的培养液中，加入一定量的细胞呼吸抑制剂，乙组柽柳幼苗的培养液中加入等量的蒸馏水，在适宜的条件下培养。③分别测定两组柽柳幼苗吸收Ca2＋和K＋的速率，并进行比较。
结果预测：若两组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率相同，则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是被动运输；若甲组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率明显小于乙组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率，则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输。
考查物质出入细胞的方式及特点
1．(2018·全国卷Ⅱ)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( )
A．巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散
B．固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输
C．神经细胞受到刺激时产生的Na＋内流属于被动运输
D．护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
C [巨噬细胞依赖细胞膜的流动性以胞吞的方式摄入病原体，A项错误；固醇类激素属于脂质，以自由扩散的方式进入靶细胞，B项错误；神经细胞受到刺激时，Na＋顺浓度梯度内流，属于被动运输，C项正确；甘油以自由扩散的方式进入细胞，D项错误。]
2．(2019·安徽定远重点中学一模)如图表示物质进出细胞1和细胞2的过程示意图。据图分析正确的是( )
A．甲、丁物质都是顺相对含量梯度运输的
B．乙物质的作用体现了细胞膜的选择透过性
C．乙物质离开细胞1的方式不需要载体且都是大分子转运
D．运输甲和丙物质的蛋白质结构不同，但都具有专一性
D [据图分析，甲物质是顺相对含量梯度运输的，丁物质是逆相对含量梯度运输的，A错误；乙物质的作用体现了细胞膜的信息交流功能，B错误；乙物质离开细胞1的方式是胞吐，不需要载体，但通过胞吐分泌出细胞外的物质不一定都是大分子，C错误；运输甲和丙物质的载体蛋白结构不同，载体具有专一性，D正确。]
物质运输方式的几个“不一定”
(1)胞吐、胞吞的不一定是大分子物质，如神经递质是小分子物质，通过胞吐排出细胞。
(2)生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。
(3)消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。
(4)同一种物质进出细胞的方式不一定相同
①葡萄糖
②Na＋
③K＋
考查外界因素对物质出入细胞的影响
3．动物细胞内低Na＋高K＋的离子浓度对于神经冲动的产生、细胞渗透平衡等生命活动具有重要作用。这种浓度差与细胞膜上的Na＋－ K＋泵有关，其作用原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A．Na＋和K＋的运输方式为主动运输
B．Na＋－ K＋泵每次运输的Na＋数量多于K＋
C．在细胞培养液中加入乌苯苷会影响K＋的运输
D．该运输过程的持续会导致大量ADP的积累
D [读图可知，Na＋和K＋的运输过程中需要载体蛋白参与且消耗ATP，其运输方式为主动运输，A正确；Na＋－ K＋泵每次运输中，泵出3个Na＋泵入2个K＋，即每次运输的Na＋数量多于K＋，B正确；乌苯苷会竞争与载体蛋白的结合位点，C正确；在细胞内ATP和ADP之间的转化存在一个动态平衡，因此该运输过程的持续不会导致ADP大量积累，D错误。]
4．(2019·邯郸高三模拟)主动运输的能量可来自ATP水解或电化学梯度(离子的浓度梯度)，如图是与小肠上皮细胞有关的葡萄糖跨膜运输的示意图，其中a、b、c表示载体蛋白。据图分析，下列叙述正确的是( )
A．载体蛋白b转运葡萄糖的过程中需要ATP水解供能
B．在载体蛋白c的协助下，细胞内外的Na＋浓度趋于相同
C．肠腔中的Na＋浓度降低，会影响小肠上皮细胞吸收葡萄糖
D．机体短暂的供氧不足，会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液
C [载体蛋白b转运葡萄糖是从高浓度向低浓度一侧运输，为协助扩散，不需要消耗ATP，A错误；载体蛋白c运输Na＋，是由低浓度向高浓度一侧运输，为主动运输，最终会使细胞外的Na＋浓度高于细胞内的Na＋浓度，B错误；葡萄糖运出小肠上皮细胞进入组织液时，是从高浓度向低浓度一侧运输，为协助扩散，不需要消耗ATP，机体短暂的供氧不足，不会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液，D错误。]
物质出入细胞的相关实验分析和探究
5．(2019·淄博一模)向某动物细胞内注入微量的24Na＋，一会儿可测得细胞周围溶液中出现24Na＋；在细胞周围溶液中加入某物质后，24Na＋外流停止；再向细胞内注入ATP后，24Na＋恢复外流。下列推断合理的是( )
A．该物质改变了细胞膜的结构
B．该物质破坏了24Na＋载体的结构
C．该物质使ATP水解酶变性失活
D．24Na＋通过细胞膜外流的方式为主动运输
D [根据题目信息在细胞周围溶液中加入某物质后，24Na＋外流停止，再向细胞内注入ATP后，24Na＋恢复外流。因此判断该物质可能是抑制了细胞呼吸，造成24Na＋外流停止。进一步判断24Na＋通过细胞膜外流的方式为主动运输。]
6．(2019·衡水中学期中)水存在两种跨膜运输机制：一种是通过脂双层的自由扩散，另一种是通过专一的水通道——水孔蛋白跨膜运输。研究者据此提出的实验思路如下：
①实验分组：
甲组：肾小管上皮细胞＋生理盐水配制的蛋白酶液
乙组：肾小管上皮细胞＋X
②将甲、乙两组制成装片，在盖玻片一侧滴清水，另一侧用吸水纸吸引，显微镜下观察破裂的细胞数目。
(1)实验目的：_____________________________。
(2)题中X是______________________________。
(3)若甲组和乙组破裂的细胞数目基本相同，说明___________；若甲组极少的细胞发生破裂，乙组多数细胞破裂，说明_____________________；若出现____________________________，说明肾小管上皮细胞通过两种方式吸收水分。
[解析] 题目信息给出了细胞吸水的两种方式：一种是通过脂双层的自由扩散，另一种是通过专一的水通道——水孔蛋白跨膜运输。要探究水通过什么方式被吸收，应设置膜蛋白被除去的实验组和不处理的对照，进行探究。肾小管细胞吸水的方式可能有三种情况：一自由扩散，二水孔蛋白吸收，三两种同时进行。
[答案] (1)探究肾小管上皮细胞膜或肾小管上皮细胞的吸水方式(合理即可)
(2)等量的生理盐水
(3)水通过肾小管上皮细胞的方式是自由扩散 肾小管上皮细胞主要依赖水孔蛋白吸水 甲、乙两组均出现一定破裂的细胞，且甲组破裂的细胞数量比乙组少
1.渗透平衡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，只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态。
2．Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞，但也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。
3．植物吸收水分的方式是自由扩散，而吸收无机盐离子的方式是主动运输，因此可以说植物对水分和无机盐的吸收是两个相对独立的过程。
4．物质跨膜运输(自由扩散、协助扩散、主动运输)体现了生物膜的选择透过性；大分子物质和颗粒性物质的胞吞、胞吐体现了生物膜的流动性。
1.渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。
2．原生质层由细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质组成，具有选择透过性。
3．被动运输包括自由扩散和协助扩散，它们都是顺浓度梯度运输的过程，不消耗能量，但是协助扩散需要载体蛋白。
4．主动运输是逆浓度梯度运输的过程，需要载体蛋白的协助和消耗能量。
5．胞吞和胞吐是借助于膜的融合完成的，与膜的流动性有关，它是大分子和颗粒性物质进出细胞的物质运输方式，靠ATP提供动力。
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1．(2019·全国卷Ⅱ)某种H＋－ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H＋。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外)，置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H＋－ATPase的抑制剂(抑制ATP水解)，再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是( )
A．H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H＋转运到细胞外
B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用导致H＋逆浓度梯度跨膜运输
C．H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量可由蓝光直接提供
D．溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞
C [用蓝光照射后，含有保卫细胞的溶液的pH下降，可推测细胞内的H＋被转运到了细胞外，再结合题干信息可推测H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，A项不符合题意；细胞内pH高于细胞外，即细胞内H＋浓度低于细胞外，用蓝光照射后，溶液的pH明显降低，推测蓝光可通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用，使细胞内的H＋逆浓度梯度转运到细胞外，B项不符合题意；H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量来自ATP水解，不是由蓝光直接提供，C项符合题意；溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞，D项不符合题意。]
2．(2018·全国卷Ⅰ)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是( )
A．在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的N2和NO
B．农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C．土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D．给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象
A [小麦不能直接吸收利用土壤中的N2，N2必须被固定后，才能被植物吸收利用，A错误；农田适时松土可以增加土壤中的氧气，增强农作物根系的有氧呼吸，有利于农作物根细胞通过主动运输的方式对矿质元素进行吸收，B正确；土壤微生物可以将秸秆中的有机物分解成无机离子等，植物的根系能吸收这些无机离子用于生命活动，C正确；给玉米施肥过多时，土壤渗透压升高，当其高于玉米根的细胞液渗透压时，玉米会因根系水分外流而出现“烧苗”现象，D正确。]
3．(2017·全国卷Ⅱ)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是( )
A．0～4 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内
B．0～1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等
C．2～3 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压
D．0～1 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压
C [本题考查渗透作用、植物细胞的吸水与失水。0～4 h内，开始一段时间内，原生质体的相对体积逐渐减小，说明细胞液浓度小于物质A溶液的浓度，当原生质体相对体积达到最小后又逐渐增大，说明部分物质A通过细胞膜进入细胞内，使细胞液浓度增大，从而使细胞吸水，表现为原生质体相对体积逐渐增大，A错误；因细胞壁的伸缩性较小，而原生质体的伸缩性较大，故0～1 h内细胞体积的变化量小于原生质体体积的变化量，B错误；据图可知，2～3 h内，原生质体的相对体积增大，表明细胞吸水，此时物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C正确；0～1 h内，原生质体的相对体积减小，表明细胞失水，此时液泡中液体(细胞液)的渗透压小于细胞质基质的渗透压，细胞质基质的渗透压又小于物质A溶液的渗透压，D错误。]
4．(2016·全国卷Ⅰ)离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是( )
A．离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B．离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的
C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
C [由题意可知，离子通过离子泵进行跨膜运输需要消耗能量，而协助扩散不需要消耗能量，故A项错误；消耗能量的物质跨膜运输一般是逆浓度梯度进行的，故B项错误；动物一氧化碳中毒会影响红细胞运输氧，进而影响有氧呼吸，影响ATP的合成，从而降低离子泵跨膜运输离子的速率，故C项正确；离子泵是一种蛋白质，因此加入蛋白质变性剂会破坏离子泵的结构，进而降低离子泵跨膜运输离子的速率，故D项错误。]
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