1、专题 06 细胞的物质输入和输出 1、最新考纲 1.1 物质出入细胞的方式()1.2 实验：观察植物细胞的质壁分离和复原 1.3 通过模拟实验探究膜的透性 2、最近考情 2019全国卷(3)、2019全国卷(29)2018全国卷(3)、2018全国卷(2)、2017全国卷(4)生命观念 归纳物质运输方式的实例和判断方法，建立生命结构与功能相统一的观点 科学思维 影响渗透作用和物质跨膜运输的因素，培养逻辑思维能力 科学探究 观察植物细胞的质壁分离与复原，探究物质跨膜运输方式 社会责任 渗透作用在生产生活中的应用 构思维导图 讲核心素养 讲考纲考情 考点一 渗透作用的原理及应用分析【科学探究】例题
2、：(2019四川成都石室中学高三入学考)下图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，水分子可以透过半透膜，而蔗糖分子则不能。当渗透达到平衡时，液面差为 m。下列有关叙述正确的是()A渗透平衡时 S1溶液的浓度等于 S2溶液的浓度 B若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时 m 变小 C当漏斗内外的高度差达到平衡时，没有水分子进出半透膜 D若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时 m 将变小【答案】D【解析】渗透平衡时 S1液面比 S2液面高，S1溶液的浓度大于 S2溶液的浓度，A 错误；向漏斗中加入蔗糖分子，漏斗中蔗糖溶液浓度增大，通过渗透作用进入漏
3、斗中的水分子增加，m 增大，B 错误；漏斗内外的高度差达到平衡，说明进出半透膜的水分子达到动态平衡，C错误；吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，由于存在浓度差，水分子还会进入漏斗，水分将漏斗中的溶液稀释，渗透压下降，再次平衡时 m 将变小，D 正确。【知识总结】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 核心突破例题精讲 比较项目 漏斗内 烧杯内 溶液浓度 M N 现象及结论 若漏斗内液面上升，则 MN 若漏斗内液面不变，则 MN 若漏斗内液面下降，则 MN (3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)烧杯内盛淀粉溶液 漏斗内盛碘液 结论 变蓝 不变
4、蓝 碘能通过半透膜，而淀粉不能 不变蓝 变蓝 淀粉能通过半透膜，而碘不能 变蓝 变蓝 淀粉和碘都能通过半透膜 不变蓝 不变蓝 淀粉和碘都不能通过半透膜 变式训练：如图为一个渗透装置，假设溶质分子或离子不能通过半透膜，实验开始时，液面a 和 b 平齐。下列判断正确的是()A如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则液面 a 会下降，液面 b 会上升 B如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，则液面 a 会下降，液面 b 会上升 C当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的浓度相等 D当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的渗透压一定相等【答案】A【解析】如果甲、乙都是
5、蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则水分子主要向乙一侧扩散，液面a 会下降，液面 b 会上升，A 项正确；如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，因此甲的物质的量浓度大于乙，则液面 a会上升，液面 b 会下降，B 项错误；当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，由于两侧的液面高度差可能不同，因此甲、乙溶液的浓度不一定相等，甲、乙溶液的渗透压也不一定相等，C、D 项错误。考点二 细胞吸水和失水分析【科学思维】例题：(20194 月浙江选考，9)哺乳动物细胞在 0.9%NaCl 溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度 NaCl 溶液中，一段时间后制作临时
6、装片，用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是()A.在高于 0.9%NaCl 溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离 B.在 0.9%NaCl 溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞 C.在低于 0.9%NaCl 溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂 D.渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散【答案】C【解析】兔红细胞没有细胞壁，不会发生质壁分离，A 错误；在 0.9%NaCl 溶液中，红细胞形态未变是由于水分子进出达到平衡，B 错误；在低于 0.9%NaCl 溶液中，进入红细胞的水分子多于出红细胞的水分子，红细胞会因渗透作用吸水膨胀甚
7、至有的破裂，C 正确；渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散，其中水分子是从其分子数相对较多处向相对较少处扩散，即从溶液浓度较低处向溶液浓度较高处进行扩散，D 错误。【知识总结】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 现象 外界溶液浓度细胞质浓度细胞失水皱缩；外界溶液浓度细胞质浓度水分进出平衡。(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)原理 现象 a当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过渗透作用失水，植物细胞逐渐发生质壁分离现象。b将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度大于外界溶液浓度，植物细胞吸水，逐渐发生质壁分离复原现象。考点延伸：(
8、1)红细胞的细胞膜相当于半透膜(P61思考与讨论)：习惯上说的半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于微粒的大小；选择透过性膜是具有活性的生物膜，其对不同物质的通过性不仅取决于分子大小，还与细胞的需求有关。因此细胞膜和半透膜类似，又有所不同。(2)细胞壁是全透性的，水分子和溶解在水里的物质都能够自由通过。(P63)(3)轮作的意义：防止长期在同一块田里种植同种作物导致土壤肥力下降。(P64练习拓展题)变式训练：(2020郑州质检)将 a、b、c 三组红细胞分别置于不同浓度的氯化钠溶液中进行实验，浸泡一段时间后其细胞形态如下图所示。下列叙述错误的是()A图中所示细胞内液的渗透压，a 组的比
9、 b 组的高 B浸泡过程中 a 组细胞失水量小于 c 组细胞失水量 C若向 a 组烧杯中加入少量葡萄糖，则其细胞可能会皱缩后恢复原状 D上述实验中引起细胞形态的改变而消耗 ATP 的数量比较：cba【答案】D【解析】分析题图可知，a 组细胞基本可以维持原状，b 组细胞吸水膨胀，c 组细胞失水皱缩。与 a 组相比，b 组细胞吸水，细胞内液渗透压降低；a 组细胞失水量小于 c 组细胞失水量；向 a 组烧杯中加入少量葡萄糖后，首先会使外界溶液渗透压大于细胞内液渗透压，从而使细胞失水皱缩，后来葡萄糖通过协助扩散的方式进入细胞内，造成细胞内液渗透压大于外界溶液，细胞吸水恢复原状；细胞形态的改变是细胞通过
10、渗透作用失水或吸水造成的，不消耗 ATP。考点三 物质出入细胞方式的判断【科学思维】例题：(2020黑龙江一调)实验发现，某物质 X 进入细胞时，如果使用药物限制细胞膜上蛋白质的活性，则该物质的运输速率迅速下降，如果抑制呼吸作用，却对运输速率没有影响。由此推断下列有关该物质进入细胞方式的说法中正确的是()A它是自由扩散 B它是主动运输 C它是逆浓度梯度运输的 D葡萄糖进入红细胞通常采用该法【答案】D【解析】该物质运输过程中抑制呼吸作用对运输速率没有影响，限制细胞膜上蛋白质的活性，运输速率迅速下降，说明该物质的运输与细胞膜上蛋白质的活性强弱有关，即物质 X的运输为需要载体协助而不需耗能的协助扩散
11、，A、B 错误；协助扩散是顺浓度梯度进行的，C 错误；红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，D 正确。【知识总结】“三看法”快速判定物质出入细胞的方式 考点延伸 物质出入细胞的 4 个易错点(1)物质进出细胞核并非都通过核孔。核孔是 RNA 和蛋白质等大分子物质进出细胞核的通道；一般，小分子物质进出细胞核是通过跨膜运输实现的，这两种方式都具有选择性。(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(如离子通道)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
12、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。变式训练：(2020山东烟台期末)如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同 O2 浓度及不同底物浓度情况下(其他条件适宜)，从含硝酸钾的全营养液中吸收 NO3 的速率曲线图。下列相关描述不正确的是()A.A 点时影响离子吸收速率的主要因素是能量 B.B 点时离子吸收速率不再增大是因为载体的数量有限 C.C 点时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度 D.D 点时离子吸收速率不再增大是因为底物浓度太高，细胞发生质壁分离【答案】D【解析】洋葱根尖
13、吸收 NO3 的方式是主动运输，吸收速率受能量、载体和底物浓度的影响。A 点时离子吸收速率未达到最大，限制因素是 O2浓度，而 O2浓度通过影响呼吸作用产生的能量影响吸收速率，故此时主要影响因素是能量，A 正确；B 点时离子吸收速率不再随 O2浓度增大而增大，此时的限制因素是载体的数量，B 正确；C 点时离子吸收速率未达到最大，此时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度，C 正确；D 点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大，主要是因为载体数量有限，D 错误。考点四 物质跨膜运输的有关探究实验分析【科学探究】例题：(2019海南卷，27)在适宜条件下，测得的某植物根细胞对 a、b 两种物质的吸收
14、速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示(a、b 两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度 a、b 两种物质的吸收速率)。回答下列问题。(1)根 据 实 验 结 果 发 现 a 是 通 过 自 由 扩 散 方 式 跨 膜 运 输 的。自 由 扩 散 的 含 义 是_。(2)实验结果表明：当外界溶液中 b 的浓度达到一定数值时，再增加 b 的浓度，根细胞对 b的吸收速率不再增加。可能的原因是_。(3)王同学据图认为 b 的跨膜运输方式是主动运输，李同学认为是协助扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。【答案】(1)物质通过简单的扩散方式进出细胞(2)载体数
15、量饱和(3)思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对 b 物质的吸收速率。结果及结论：若甲组根细胞对 b 物质的吸收速率大于乙组，则说明 b 物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对 b 物质的吸收速率大致相同，则说明 b 物质的跨膜运输方式为协助扩散。【解析】(1)物质通过简单的扩散方式进出细胞即自由扩散，该过程不需要载体和能量，受细胞内外浓度差的影响。(2)由图可知，b 可能是协助扩散或主动运输，b 需要载体协助，当外界溶液中 b 的浓度达到一定数值时，载体数目饱
16、和，再增加 b 的浓度，根细胞对 b 的吸收速率不再增加。(3)协助扩散与主动运输的区别在于前者不需要消耗能量，后者需要消耗能量。有氧呼吸产生的能量较多，无氧呼吸产生的能量较少，故实验设计的自变量是有无氧气，因变量是细胞对 b 的吸收速率。设计实验时要注意等量原则和单一变量原则。思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对 b物质的吸收速率。结果及结论：若甲组根细胞对 b 物质的吸收速率大于乙组，则说明 b 物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对 b 物质的吸收速率大致
17、相同，则说明 b 物质的跨膜运输方式为协助扩散。【知识总结】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 变式训练：(2019河北衡水中学二调)主动运输是一种重要的跨膜运输方式，体现了生命活动的“主动性”。为探究主动运输的特点，科研人员利用下图装置进行实验，其中 HgCl2 是一种可以影响 ATP 水解的新陈代谢抑制剂。请分析回答：(1)本实验的名称是_。(2)写出实验进行过程中需要控制的两个无关变量_。(3)实验得到如图所示的结果。根据实验结果，科研人员在实验前后需测定_。比较乙组和甲组结果，得出的结论是_。与甲组相比，丙组吸收磷酸盐较
18、少的原因可能是_。【答案】(1)探究 HgCl2溶液和细胞成熟程度对细胞主动运输(吸收磷酸盐)的影响(2)温度、pH、溶解氧、溶液的用量、胡萝卜片的数量等(3)溶液中磷酸盐的浓度 细胞主动运输(吸收磷酸盐)需要消耗能量 幼嫩组织供能少，幼嫩组织细胞膜上载体蛋白数量少【解析】(1)由题图可知，实验中的自变量为 HgCl2 溶液和细胞的成熟程度，最后测量了实验前后溶液中磷酸盐浓度差，所以本实验的名称是探究 HgCl2溶液和细胞成熟程度对细胞主动运输(吸收磷酸盐)的影响。(2)实验中，应保证各组所处环境的温度、溶液的量、pH、溶氧量以及胡萝卜片的数量等一致，以免影响实验效果。(3)由题图纵坐标可知，
19、科研人员在实验前后需测定溶液中磷酸盐的浓度。甲组中不含有 HgCl2溶液，即 ATP 水解不受影响，细胞可进行主动运输(吸收磷酸盐)，而乙组中加入了 HgCl2溶液，抑制了 ATP 的水解，则能量供应不足，影响了主动运输，说明细胞主动运输(吸收磷酸盐)需要消耗能量。由于甲组和丙组的唯一变量为胡萝卜片的成熟程度，所以与甲组相比，丙组吸收磷酸盐较少的原因可能是幼嫩组织供能少，幼嫩组织细胞膜上载体蛋白数量少。考点五 质壁分离及质壁分离复原【科学思维】例题：(2019无锡一模)在“探究植物细胞的吸水和失水”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，下列叙述正确的是()A第一次观察
20、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细胞中不属于原生质层的结构有细胞壁、细胞核和细胞液【答案】D【解析】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，第二次滴加的液体为清水，B 错误；若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表皮，因内表皮细胞也是成熟的植物细胞，所以也会发生质壁分离，C 错误；原生质层是指细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质，据此可推知紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中不属于原生质层的结构有细胞
21、壁、细胞核和细胞液，D 正确。【知识总结】观察植物细胞的质壁分离和复原 1.实验原理 2.实验步骤 知识延伸：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)变式训练：(2019中原名校质量考评)将若干生理状况基本相同，长度为 3 cm 的鲜萝卜条分为四组，分别置于清水(对照组)和浓度相同的三种溶液中(实验组)，尿素溶液、KNO3溶液和蔗糖溶液分别编号为 1、2、3 组。测量每组萝卜条的 平均长度，结果如图所示。据图分析，下列叙述正确的是()A.实验组中都发生了质壁
22、分离和复原现象 B.对照组中水分子在前 15 min 进入了细胞，15 min 之后不再进入 C.1 组中的尿素分子和 2 组中的 K、NO3 都进入了细胞，但进入的方式不同 D.3 组中，如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条就会一直缩短【答案】C【解析】蔗糖溶液中，细胞只能发生质壁分离，A 错误；对照组中在前 15 min 水分子进入细胞的数多于出细胞的数，15 min 之后水分子进出细胞处于动态平衡，B 错误；1 组中的尿素分子和 2 组中的 K、NO3 都进入了细胞，尿素进入细胞的方式是自由扩散，而 K、NO3进入细胞的方式是主动运输，C 正确；3 组中，如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条就会缩短，但由于细胞壁的支持作用，萝卜条不可能无限缩短，D 错误。
