1、第6讲细胞的物质输入和输出课程导学课标要求素养目标1.阐明质膜(细胞膜)具有选择透过性。2举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。3举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。1.生命观念：通过归纳记忆常见物质运输方式的实例和判断方法，建立起生命结构与功能相统一的观点。2科学思维：通过分析影响渗透作用和物质跨膜运输的因素，培养利用逻辑思维分析问题的能力。3科学探究：通过观察植物细胞质壁分离与复原的实验，掌握探究性实验设计的一般程序。4社会责任：通过对渗透作用和质壁分离等问题分析，关注其在生产、生活实践中的应用。考点一水进出细胞的
2、原理1渗透作用的原理2动物细胞的吸水和失水提醒渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，平衡状态下，水分子向两侧移动的速率相等，不可看作没有水分子移动，此时半透膜两侧溶液浓度也不一定相等。3植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)提醒(1)原生质层原生质体原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜。由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成。原生质体是去除了植物细胞壁以后所剩下的植物细胞结构。(2)半透膜选择透过性膜半透膜是无生物活性的物理性膜，物质能否通过取决于分子的大小。选择透过性膜是具有生物活性的生物膜，转运蛋白的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。【考点速览诊断】(1)在不染
3、色的条件下，最适合观察细胞质壁分离现象的是紫色洋葱根尖分生区细胞2018海南卷，T5B改编()(2)为研究植物细胞质壁分离现象，某同学将某植物的叶表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象。细胞内甲物质的浓度高于细胞外甲物质的浓度2017海南卷，T9B()(3)质壁分离过程中水分子的扩散只能单向进行2014四川卷，T1A改编()【教材拾遗拓展】1(必修1 P63图41改编)将人的红细胞放入4 蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，主要原因是什么？提示：蒸馏水大量进入红细胞。2(必修1 P67拓展应用T2)温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？请提出假设，并设计检
4、验该假设的实验方案。提示：温度会影响水分通过半透膜的扩散速率。在一定温度范围内，提高温度会加快水分通过半透膜的速率；而降低温度则减缓水分通过半透膜的速率。实验方案设计如下：按教材第62页中的“渗透现象示意图”组装好三组装置。在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温；第二组烧杯外加冰块降温；第三组留作对照。三组装置同时开始实验，记录液面变化及时间。1渗透作用原理的应用(1)验证渗透作用发生的条件注：h为漏斗液面与烧杯液面的高度差。(2)比较不同的溶液浓度的大小比较项目漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论若漏斗内液面上升，则M N；若漏斗内液面不变，则MN；若漏斗内液面下降，则Mh2，MAMB，则M
5、aMbB若h1h2，MAMB，则MaMbC若MaMbMAMB，则h1h2，M1h2，MAMB，说明甲中溶液a吸收水分多于乙中溶液b，则说明MaMb，A正确；若h1h2，MAMB，说明甲中溶液a与溶液A的浓度差和乙中溶液b与溶液B的浓度差一致，所以MaMb，B正确；若MaMbMAMB，则甲中溶液a吸收的水分少于乙中溶液b吸收的水分子，所以h1M2，C错误；一段时间后，当液面不再升高时，水分子的进出达到动态平衡，则Aa与aA、Bb与bB的水分子扩散速率均相等，D正确。2下图所示U形管中间被一种能允许水分子通过而二糖不能通过的半透膜隔开，先在两侧分别加入0.1 mol/L的蔗糖溶液和麦芽糖溶液，一段
6、时间后左右两侧液面高度变化是怎样的？若向U形管右侧加入某种微量物质(不影响溶液浓度)，右侧液面高度上升，那么加入的这种微量物质最可能是()A右侧液面高度下降；胰岛素B右侧液面高度下降；衣藻C两侧液面高度不变；麦芽糖酶D两侧液面高度不变；蒸馏水解析：选C。蔗糖和麦芽糖都是二糖，相同浓度、相同体积的两种溶液，加入被半透膜隔开的U形管中，水分子通过半透膜的运输处于动态平衡，因此两侧液面高度不变；若向U形管右侧加入某种微量物质(不影响溶液浓度)，右侧液面高度上升，说明水分子从左侧进入右侧的速率大于从右侧进入左侧的速率，即左侧单位体积水分子数目多于右侧，则右侧加入物质最可能为麦芽糖酶，麦芽糖酶可以将麦芽
7、糖水解成葡萄糖，使右侧单位体积水分子数目降低。细胞吸水和失水分析科学思维3(2020高考全国卷)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
8、净吸水量乙组大于甲组解析：选D。由题意可知，在实验期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换，两者之间只发生了水分的交换，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
9、溶液的物质的量浓度差，因此叶细胞的净吸水量甲组大于乙组，D错误。4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(即植物细胞中的细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如下图所示。下列叙述正确的是()A04 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内B01 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等C23 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D01 h内液泡中液体的渗透压大于物质A溶液的渗透压解析：选C。通过分析原生质体的体积变化可知，该植物细胞发生了质壁分离后又发生质壁分离的复原。根据曲线变化可知，该细胞放在物质A溶液中先失水后吸水，说明此过程中物质A可以被细胞吸收而进入细胞内，A错误。在0
10、1 h内，物质A溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞失水，因原生质层的收缩性大于细胞壁的收缩性，所以细胞体积和原生质体的体积变化量不同，B错误。23 h内原生质体体积增大，细胞吸水，说明物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C正确。01 h内原生质体体积减小，细胞失水，液泡中液体的渗透压小于物质A溶液的渗透压，D错误。事实概述性思维12019高考全国卷，T29(1)改编将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力_。答案：增强2下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。图乙中与图甲中a、b、c对应的分别是_。甲乙答案：a
11、对应(细胞液)，b对应(原生质层)，c对应外界溶液程序分析类思维3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不一定相等，理由是_。答案：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4将若干生理状况基本相同，长度为4 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，结果如下图。据图分析回答下列问题。(1)实验组中是否都发生了质壁分离和复原现象？说出判断依据。_。(2)1组中的尿素分子和
12、2组中的K、NO都进入了细胞，尿素分子进入细胞的方式为_K、NO进入细胞的方式为_。(3)3组中，如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条会不会一直缩短？_，理由是_。答案：(1)3组只发生质壁分离。据图分析可知，在尿素溶液中，萝卜条长度先变短再变长，最后保持原来的长度不变，说明细胞先失水，后来由于尿素进入细胞，细胞吸水复原；在KNO3溶液中，萝卜条长度先变短再变长，最后保持原来的长度不变，说明细胞先失水，后来K、NO进入细胞，细胞吸水复原；在蔗糖溶液中，萝卜条长度失水变短，细胞只能发生质壁分离(2)自由扩散主动运输(3)不会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和保护作用，不可
13、能无限缩短创新开放性思维5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%的麦芽糖溶液、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。_。答案：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
14、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)考点二物质跨膜运输的方式1被动运输2主动运输提醒同种物质跨膜运输的方式不一定相同某物质进出细胞的方式并非固定一种。如葡萄糖进入红细胞是协助扩散，而葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输，要视具体情况而定。再如静息电位形成时K外流与动作电位形成时Na内流均为协助扩散；但K、Na在其他细胞中的跨膜运输一般为主动运输。3胞吞与胞吐提醒影响物质跨膜运输的四点提醒(1)运输速率与O2浓度无关的除自由扩散外，还有协助扩散。(2)影响协助扩散运输速率的因素除转运蛋白数量外，还有浓度差。(3)抑制某转运蛋白的活性，只会导致该
15、转运蛋白转运的物质运输受到影响，对其他物质的运输无影响。(4)抑制细胞呼吸，所有以主动运输方式跨膜的物质运输都会受到影响。【考点速览诊断】(1)二氧化碳能通过自由扩散的方式通过细胞膜2018北京卷，T1B改编()(2)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。离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的2016全国卷，T2B()(3)mRNA从细胞核到细胞质的过程属于胞吐作用2015全国卷，T3B()(4)植物细胞通过主动运输方式吸收不同矿质元素离子的速率都相同2013全国卷，T3A()(5)植物细胞主动运输矿质元素离子的过程只发生在活细胞中2013全
16、国卷，T3C改编()(6)低温不影响矿质元素离子的吸收速率2013全国卷，T3B()(7)血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞属于自由扩散2012海南卷，T11D()(8)氢离子可以通过扩散作用进入液泡内2011北京卷，T3B()【教材拾遗拓展】1(必修1 P70“与社会的联系”改编)囊性纤维化是细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na和Cl的跨膜运输，这一事例说明这种蛋白质属于细胞膜上的哪种蛋白？也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是怎样通过细胞膜来实现的？提示：载体蛋白。细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上的转运蛋白的种类和数量或转运蛋白空间结构的变化来实现的。2(必修1 P72概念检测T2
17、改编)果脯在腌制过程中慢慢变甜，是细胞通过主动运输吸收糖分的结果吗？说明理由。提示：不是。腌制果脯时由于细胞外液浓度过高，细胞失水死亡，然后糖分大量进入细胞才导致果脯慢慢变甜，不是细胞主动吸收糖分的结果。不同因素对物质跨膜运输的影响(1)影响因素(2)曲线分析物质跨膜运输的方式科学思维1(2021湖北荆门月考)人体细胞膜上存在一种离子通道蛋白，在膜电位发生变化时，离子通道蛋白的闸门开启或关闭，完成离子进出细胞的运输。下图所示为物质进出细胞的三种途径，下列说法错误的是()A膜电位由静息电位变为动作电位时，Ca2通道蛋白开启B影响途径的因素主要有膜两侧物质浓度差以及载体数量C温度会影响图中途径的物
18、质运输速率D甲物质是ATP，可为途径提供能量解析：选D。静息电位为内负外正，动作电位为内正外负，据图可知静息电位变为动作电位时，Ca2通道蛋白打开，Ca2内流，A正确；根据图示可知，葡萄糖从高浓度向低浓度运输且需要转运蛋白，因此图示过程葡萄糖进入细胞的方式为协助扩散，影响协助扩散的因素主要有膜两侧物质浓度差和载体数量，B正确；温度会影响膜的流动性从而影响途径的运输速率，C正确；甲物质不一定是ATP，可能为H，且途径的运输方式为协助扩散，不需要ATP供能，D错误。2(2020高考江苏卷)下图表示物质进、出小肠上皮细胞的几种方式，下列叙述正确的是()A葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同BNa主要以方
19、式运出小肠上皮细胞C多肽以方式进入细胞，以方式离开细胞D口服维生素D通过方式被吸收解析：选A。由题图可知，小肠上皮细胞通过主动运输的方式吸收葡萄糖，该过程消耗Na电化学梯度中的能量，而葡萄糖则是通过转运蛋白顺浓度梯度以协助扩散的方式出小肠上皮细胞的，A正确；Na出小肠上皮细胞的方式是主动运输，B错误；多肽是通过胞吞和胞吐的方式进出细胞的，是胞吞，是主动运输，C错误；维生素D的化学本质是脂质，以自由扩散的方式进入小肠上皮细胞，D错误。“三看法”快速判断物质出入细胞的方式 影响物质跨膜运输的方式科学探究3(2019浙江4月选考)将豌豆根部组织浸在溶液中达到离子平衡后，测得有关数据如下表：离子外部溶
20、液的离子浓度(mmol/L)根细胞内部离子浓度(mmol/L)Mg20.253NO228H2PO121下列叙述正确的是()A溶液通氧状况与根细胞吸收Mg2的量无关B若不断提高温度，根细胞吸收H2PO的量会不断增加C若溶液缺氧，根细胞厌(无)氧呼吸产生乳酸会抑制NO的吸收D细胞呼吸电子传递链阶段(有氧呼吸第三阶段)产生的大量ATP可为吸收离子供能解析：选D。由题表可知，根细胞吸收Mg2的方式属于主动运输，溶液通氧状况与根细胞吸收Mg2的量有关，A错误；若不断提高温度，载体蛋白会因高温而失活，根细胞吸收H2PO的量不会一直增加，B错误；若溶液缺氧，根细胞厌(无)氧呼吸产生乙醇和二氧化碳，C错误；细
21、胞呼吸电子传递链阶段(有氧呼吸第三阶段)产生的大量ATP可为根细胞吸收离子供能，D正确。4(2019高考海南卷)在适宜条件下，测得的某植物根细胞对a、b两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如下图所示(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
22、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作用进出细胞(2)转运蛋白数量饱和(3)实验思路：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 事实概述性思维1细胞膜和其他生物膜都
23、具有流动性和选择透过性，流动性的结构基础是_，选择透过性的结构基础主要是_。答案：组成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的膜上转运蛋白的种类和数量或转运蛋白空间结构的变化2主动运输、协助扩散和自由扩散都会改变细胞膜内外物质的浓度差，试分析三种运输方式对物质浓度差的影响：_。答案：协助扩散和自由扩散使细胞膜内外物质的浓度差减小，主动运输可以增大细胞膜内外物质的浓度差3影响离子泵运输离子的主要外界因素有O2浓度、温度，其依据是_。答案：离子泵运输离子消耗ATP，细胞内产生ATP的过程为细胞呼吸，O2浓度可以影响有氧呼吸，进而影响ATP的产生，最终影响离子泵运输离子；温度通过影响载体蛋白的运动和
24、酶的活性影响离子泵运输离子程序分析类思维4若苦马豆幼苗所处的土壤环境中盐浓度过高，会造成“烧苗”现象，原因是_。答案：盐浓度过高使植物细胞渗透失水过多，从而使植物萎蔫甚至死亡5某科学家构建了一个能自己移动和改变形态的“类细胞”模型，由膜外壳和填入物构成。若将该模型置于一定浓度的K溶液中一段时间，检测发现，K不能进入其中。若你是科学家，将如何改造这个结构，使其能吸收K？_。所依据的原理是_。答案：在其膜外壳中加入K的转运蛋白K的跨膜运输需要相应转运蛋白的协助考点三观察植物细胞的质壁分离和复原1实验原理(1)成熟的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，细胞能渗透吸水和失水
25、。(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大。2实验步骤3现象与结论4实验拓展：不同外界溶液中植物细胞的变化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(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积随时间变化如下图所示：对上图的分析如下：5质壁分离和复原实验的五个关键点(1)选材时应注意选用细胞液与原生质层的颜色对比度较大的材料，以便观察。(2)单独观察处于质壁分离的静态图像，不能判断细胞是正在发生质壁分离还是质壁分离复原。(3)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
26、浓度小于细胞液浓度。(4)质壁分离与复原过程中水分子的移动是双向的，最终表现为进或出的水分子多。(5)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。1下列有关“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验操作，叙述正确的是()A在步骤C中只需滴加1滴蔗糖溶液B整个实验现象的观察应维持在低倍镜下C步骤A具体操作过程为“解离染色漂洗制片”D步骤F观察实验结果和步骤D相比，液泡颜色变深解析：选B。在步骤C引流操作中需滴加多滴蔗糖溶液，用吸水纸在对侧吸引，A错误；步骤A制片时不需要进行解离和染色，C错误；质壁分离复原的细胞，细胞吸水，液泡颜色变浅，D错误。2将
27、甲、乙、丙三个未发生质壁分离的成熟植物细胞置于同一蔗糖溶液中，在显微镜下持续观察它们的状态，直到细胞形态不再发生变化时，三个细胞的状态如下表所示：细胞种类细胞状态甲细胞刚发生质壁分离乙细胞没有发生质壁分离丙细胞质壁分离现象明显下列判断正确的是()A细胞形态不再发生变化是因为细胞已经死亡B实验前甲、乙、丙三个细胞的细胞液浓度关系是乙甲丙C实验后甲、乙、丙三个细胞的细胞液浓度关系是乙甲丙D细胞形态不再发生变化时三个细胞的细胞液浓度相等解析：选 B。细胞形态不再发生变化并不代表细胞已经死亡，可能正处于水分子进出细胞的动态平衡状态，A错误；细胞内外浓度差越大，质壁分离现象越明显，而实验所用蔗糖溶液浓度
28、相同，故实验前丙细胞的细胞液浓度最小，乙细胞的细胞液浓度最大，B正确；由于乙细胞没有发生质壁分离，故实验后乙细胞的细胞液浓度原蔗糖浓度，而甲和丙细胞发生质壁分离，细胞失水，外界溶液浓度变小，细胞形态不再发生变化时，实验后甲、丙细胞液浓度和实验后蔗糖溶液浓度相等，故实验后乙细胞的细胞液浓度最大，C、D错误。3(不定项)图甲是人的红细胞长时间处在不同浓度的NaCl溶液中，红细胞的体积(V)与初始体积(V0)之比的变化曲线；图乙是某植物细胞在一定浓度的NaCl溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析正确的是()A从图甲可见250 mmolL1NaCl溶液会影响人红细胞的代谢B图乙中植物细胞体积的变化是先减小后增大C图乙中A点细胞失水量最大，此时细胞吸水能力最小D人红细胞长时间处在300 mmolL1NaCl溶液中可能会死亡，图乙中的处理时间内细胞一直有生物活性解析：选AD。植物细胞由于细胞壁的存在，细胞体积几乎不变，B错误；图乙中，A点细胞失水量最大，细胞液浓度最大，此时细胞吸水能力最强，C错误。植物细胞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)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)