新人教生物一轮复习学案：第6讲 细胞的物质输入和输出（教师版）
文档属性
| 名称 | 新人教生物一轮复习学案：第6讲 细胞的物质输入和输出（教师版） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.7MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-08-10 23:10:56 | ||
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文档简介
新人教生物一轮复习学案
第6讲 细胞的物质输入和输出
【素养目标】 1.基于对不同物质跨膜运输实例的分析，理解细胞内物质运输与能量供应的关系，并归纳跨膜运输的方式与特点。(生命观念 科学思维) 2.基于对不同物质跨膜运输发生条件的比较，认同不同运输方式需要的条件不同。(科学思维) 3.设计实验探究细胞膜的透性；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.依据渗透作用原理指导灌溉和施肥。(社会责任)
考点一 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)渗透作用产生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。
2．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
②现象
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
①原理
②现象
【拾遗补缺】 源于必修1 P63“思考·讨论”：红细胞的细胞膜相当于半透膜：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。
(1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度( )
(2)虽然红细胞没有具膜细胞器，但将其放入一定浓度的外界溶液中，也能发生渗透作用( )
(3)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核( )
(4)成熟的植物细胞在发生质壁分离的过程中，细胞吸水能力逐渐减弱( )
(5)在蔗糖溶液中加入适量红墨水，可观察紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞的质壁分离( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√
渗透作用现象分析及拓展应用
(1)渗透作用的现象分析
①渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压，如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
②水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液是表观现象，实际上水分子是双向移动的，只是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
③漏斗内液面上升的原因：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。
④漏斗内液面停止上升的原因：随着液面的不断上升，漏斗内液体的压强越来越大，从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速率加快，水分子进出漏斗的速率越来越接近，直至完全相等，漏斗内液面不再升高，此时水分子的进出达到相对平衡。
⑤若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面高度差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度高。
(2)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
漏斗内溶液浓度为M，烧杯内溶液浓度为N，以下为各种现象及对应的结论：
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
[典例剖析]
(2023·福州高三检测)将生鸡蛋的大头保持卵壳膜完好去掉蛋壳，小头开个小孔让蛋清和蛋黄流出。将蛋壳内灌入15%的蔗糖溶液，然后放在烧杯的清水中并用铅笔标上吃水线。下列分析错误的是( )
A．卵壳膜相当于渗透装置中的半透膜
B．半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳
C．若将清水换为15%的NaCl溶液，则蛋壳先上浮后下沉
D．若将正常的线粒体放入清水中，则线粒体内膜先涨破
D [本实验中相当于渗透装置中的半透膜的是卵壳膜，A正确；蛋壳内为15%的蔗糖溶液，单位时间内进入卵壳膜的水分子多于从卵壳膜外出的水分子，导致蛋壳下沉，半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳，B正确；若将清水换为15%的NaCl溶液，则NaCl溶液的摩尔浓度大于蔗糖溶液，单位时间内进入卵壳膜的水分子少于从卵壳膜外出的水分子，导致蛋壳上浮，随着Cl－和Na＋进入卵壳膜，导致卵壳膜内的溶液的摩尔浓度大于卵壳膜外的溶液的摩尔浓度，单位时间内进入卵壳膜的水分子多于从卵壳膜外出的水分子，导致蛋壳下沉，C正确；线粒体内膜内折形成嵴，内膜面积远大于外膜，若将正常的线粒体放入清水中，则线粒体外膜先涨破，D错误。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：卵壳膜
信息2：蛋壳内灌入15%的蔗糖溶液，然后放在烧杯的清水中
信息转化 1.卵壳膜可以让水分子、Na＋、Cl－通过，蔗糖分子不能通过，是一种半透膜
2.蔗糖溶液与清水之间存在浓度差
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学探究：设计并实施方案的能力
【角度转换】 提升语言表达能力
卵壳膜与半透膜完全相同吗？为什么？不完全相同。半透膜是物理性质的膜，一般无生物活性，只允许小分子物质通过，不允许大分子物质通过；选择透过性膜具有生物活性，允许细胞需要的小分子通过，细胞不需要的离子、小分子、大分子物质都不能通过。
考向一 渗透作用的原理及应用分析
1．(2022·衡阳一模)下图是渗透作用达到平衡时的实验装置图。实验开始时漏斗内外液面相平，漏斗内溶液S1为0.3 g/mL的蔗糖溶液，烧杯中的溶液S2为0.1 g/mL的蔗糖溶液(半透膜只能让水分子自由通过)。下列分析错误的是( )
A．渗透作用达到平衡时S1溶液和S2溶液浓度并不相等
B．若实验开始时将S1溶液和S2溶液互换，则渗透作用达到平衡时Δh会不变
C．若实验起始时将一定量的水加入到烧杯中，则渗透作用达到平衡时Δh会变大
D．若实验起始时漏斗内S1溶液换成0.3 g/mL的葡萄糖溶液，则渗透作用达到平衡时Δh会更大
B [蔗糖是不能穿过半透膜的分子，图中由于漏斗内的蔗糖溶液浓度高，因此烧杯中的水分子能通过渗透作用进入漏斗，使漏斗内液面升高，渗透平衡时Δh会产生压力与漏斗内因溶液浓度差产生的压力大小相等，因此漏斗内的浓度仍然大于漏斗外，A正确；若实验开始时将S1溶液和S2溶液互换，由于S1溶液浓度大于S2溶液，因此漏斗外溶液浓度大于漏斗内溶液浓度，此时漏斗内的水分子能通过渗透作用进入烧杯内，则渗透作用达到平衡时Δh会减小，B错误；若实验起始时将一定量的水加入到烧杯中，烧杯中溶液浓度减小，漏斗内外溶液浓度差增大，则渗透作用达到平衡时Δh会变大，C正确；若实验起始时漏斗内S1溶液换成0.3 g/mL的葡萄糖溶液，0.3 g/mL的葡萄糖溶液比0.3 g/mL的蔗糖溶液所含的溶质分子多，因此漏斗内外溶液浓度差增大，渗透作用达到平衡时Δh会更大，D正确。]
2．(2022·湖南雅礼中学一模)为了测定白萝卜细胞液的浓度，某同学在同一根白萝卜上间隔相同的距离处挖出体积相同的4个凹槽，取等量(小于凹槽体积量)不同浓度的蔗糖溶液加入凹槽内，液面初始高度均为M，过一段时间后测量凹槽内液面高度为N，下表是该同学对4个凹槽内N、M值测量后的处理结果，其中原始凹槽内蔗糖溶液浓度最大、原始凹槽内蔗糖溶液浓度与白萝卜细胞液浓度最接近的分别是( )
白萝卜凹槽 凹槽1 凹槽2 凹槽3 凹槽4
比值(N/M) 1.25 1.18 1.01 0.91
A．凹槽4、凹槽1 B．凹槽4、凹槽2
C．凹槽1、凹槽3 D．凹槽1、凹槽4
C [与蔗糖溶液接触的白萝卜细胞就可能发生渗透吸水或失水。当蔗糖溶液浓度高于细胞液浓度时，细胞失水会导致凹槽内液面上升，＞1；当蔗糖溶液浓度低于细胞液浓度时，细胞吸水会导致凹槽内液面下降，＜1；当蔗糖溶液浓度等于细胞液浓度时，细胞处于等渗环境下，凹槽内液面保持不变，＝1。N/M值最接近1(凹槽3)的蔗糖溶液浓度最接近白萝卜细胞液浓度，N/M值与1相差最大(凹槽1)的原始凹槽内蔗糖溶液浓度最大，C正确。]
考向二 动植物细胞吸水与失水的分析
3．(2022·湖北卷，4)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白，硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是( )
A．经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀
B．经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小
C．未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀
D．未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小
B [经AgNO3处理的红细胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通过自由扩散的形式进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会失水变小，A正确、B错误；未经AgNO3处理的红细胞，水可通过水通道蛋白快速进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小，C、D正确。]
4．(2022·湖南卷，10)原生质体(细胞除细胞壁以外的部分)表面积大小的变化可作为质壁分离实验的检测指标。用葡萄糖基本培养基和NaCl溶液交替处理某假单孢菌，其原生质体表面积的测定结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A．甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离，表明细胞中NaCl浓度≥0.3 mol/L
B．乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离，处理解除后细胞即可发生质壁分离复原
C．该菌的正常生长和吸水都可导致原生质体表面积增加
D．若将该菌先65 ℃水浴灭活后，再用NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化
A [分析甲组结果可知，随着培养时间延长，与0时(原生质体表面积大约为0.5μm2)相比，原生质体表面积增加逐渐增大，甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离，说明细胞吸水，表明细胞中浓度>0.3 mol/L，但不一定是细胞内NaCl浓度≥0.3 mol/L，A错误；分析乙、丙组结果可知，与0时(原生质体表面积大约分别为0.6μm2、0.75μm2)相比乙丙组原生质体略有下降，说明乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离，处理解除后细胞即可发生质壁分离复原，B正确；该菌的正常生长，细胞由小变大可导致原生质体表面积增加，该菌吸水也会导致原生质体表面积增加，C正确；若将该菌先65 ℃水浴灭活，细胞死亡，原生质层失去选择透过性，再用NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化，D正确。]
考点二 物质出入细胞的方式及影响因素
1．各种物质出入细胞方式的比较
物质出入 细胞的方式 被动运输 主动运输 胞吞 胞吐
自由扩散 协助扩散
图例
运输方向 高浓度→低浓度 低浓度→高浓度 胞外→胞内 胞内→胞外
是否需要 转运蛋白 否 是 是 否
是否消 耗能量 否 否 是 是
举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯的跨膜运输 人的红细胞吸收葡萄糖 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 巨噬细胞吞噬抗原 胰岛素、消化酶、抗体的分泌
【拾遗补缺】 (1)源于必修1 P70“与社会的联系”：囊性纤维化发生的一种主要原因是患者肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常。
(2)源于必修1 P71“相关信息”：胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解。
(3)源于必修1 P72“与社会的联系”：变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物，又能通过胞吐排出食物残渣和废物。人体肠道寄生的变形虫——痢疾内变形虫，能通过胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞。
2．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，原因是受转运蛋白数量的限制。
(2)转运蛋白数量对跨膜运输的影响
转运蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，协助扩散中转运蛋白数量越多，运输速率越大；主动运输中载体蛋白数量达到一定程度后运输速率不再增加，可能原因是受能量供应限制。自由扩散不受转运蛋白数量的影响。
(3)氧气含量对跨膜运输的影响
通过影响细胞呼吸进而影响主动运输的速率。
①P点时：无氧呼吸为物质的运输提供能量。
②PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率越大。
③Q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。
(4)温度
(1)少数水分子借助水通道蛋白进出细胞，更多的水分子以自由扩散方式进出细胞( )
(2)同种物质进出同一细胞的方式一定相同( )
(3)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( )
(4)人红细胞吸收胆固醇与吸收葡萄糖的相同点是需要转运蛋白的协助( )
(5)通过胞吞或胞吐方式进出细胞，需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
1．判定物质出入细胞的方式
(1)“三看法”快速判定物质出入细胞的方式
(2)物质跨膜运输方式图解
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
[典例剖析]
(2022·辽宁卷，9)水通道蛋白(AQP)是一类细胞膜通道蛋白。检测人睡液腺正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量，发现AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化，而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍。下列叙述正确的是( )
A．人唾液腺正常组织细胞中AQP蛋白的氨基酸序列相同
B．AQP蛋白与水分子可逆结合，转运水进出细胞不需要消耗ATP
C．检测结果表明，只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成
D．正常组织与水肿组织的水转运速率不同，与AQP蛋白的数量有关
D [AQP基因有3种，AQP蛋白应该也有3种，故人唾液腺正常组织细胞中AQP蛋白的氨基酸序列不相同，A错误；AQP蛋白一类细胞膜水通道蛋白，故不能与水分子结合，B错误；根据信息：AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化，而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍，可知AQP5基因mRNA含量在水肿组织和正常组织有差异，但不能说明只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成，C错误；AQP5基因mRNA含量在水肿组织和正常组织有差异，故形成的AQP蛋白的数量有差异，导致正常组织与水肿组织的水转运速率不同，D正确。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：水通道蛋白
信息2：正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量
信息3：水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍
信息转化 1.只参与协助扩散
2.细胞膜上AQP1和AQP3数量无差别
3.正常组织与水肿组织的水转运速率不同
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：逻辑思维能力
【角度转换】 提升语言表达能力
若细胞膜上无水通道蛋白，水分子还能否通过细胞膜？能，水分子还能以自由扩散的方式进出细胞膜。
考向一 物质跨膜运输方式的判断
5．(2022·山东卷，3)NO和NH是植物利用的主要无机氮源，NH的吸收由根细胞膜两侧的电位差驱动，NO的吸收由H＋浓度梯度驱动，相关转运机制如图。铵肥施用过多时，细胞内NH的浓度增加和细胞外酸化等因素引起植物生长受到严重抑制的现象称为铵毒。下列说法正确的是( )
A．NH通过AMTs进入细胞消耗的能量直接来自ATP
B．NO通过SLAH3转运到细胞外的方式属于被动运输
C．铵毒发生后，增加细胞外的NO会加重铵毒
D．载体蛋白NRT1.1转运NO和H＋的速度与二者在膜外的浓度呈正相关
B [由题干信息可知，NH的吸收是根细胞膜两侧的电位差驱动的，所以NH通过AMTs进入细胞消耗的能量不是直接来自ATP，A错误；由图上可以看到，NO进入根细胞是H＋的浓度梯度驱动，进行的逆浓度梯度运输，所以NO通过SLAH3转运到细胞外是顺浓度梯度运输，属于被动运输，B正确；铵毒发生后，H＋在细胞外更多，增加细胞外的NO，可以促使H＋向细胞内转运，减少细胞外的H＋，从而减轻铵毒，C错误；据图可知，载体蛋白NRT1.1转运NO属于主动运输，主动运输的速率与其浓度无必然关系；运输H＋属于协助扩散，协助扩散在一定范围内呈正相关，超过一定范围后不成比例，D错误。]
6．(2022·湖南师大附中高三模拟)如图为细胞物质运输方式的示意图。下列相关叙述中不正确的是( )
A．①过程为自由扩散，运输速率受环境温度影响
B．麦芽糖水解产物通过途径②进入小肠上皮细胞时，ATPase仅承担载体的功能
C．方式③依赖于细胞膜的结构特性，并需要消耗能量
D．除图中三种方式外，细胞还能通过协助扩散的方式顺浓度梯度进行物质运输
B [图中①表示自由扩散，运输速率和温度有关，因为温度可以影响分子热运动进而影响膜的通透性，A正确；②表示主动运输，麦芽糖水解产物葡萄糖被小肠上皮细胞吸收是主动运输，需要载体，也需要消耗细胞的ATP，因此ATPase也具有催化ATP水解的作用，B错误；③表示胞吞，依赖于细胞膜的结构特性，即具有一定的流动性，并需要消耗能量，不需要载体蛋白，C正确；物质运输除图示三种方式外还有协助扩散，运输方向为顺浓度梯度，D正确。]
【归纳总结】 有关物质出入细胞方式的6个“不要漏掉”
(1)需要转运蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。
(2)消耗能量的运输方式除主动运输外，不要漏掉胞吞和胞吐。
(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。
(4)影响协助扩散运输速率的因素除转运蛋白数量外，不要漏掉浓度差。
(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。
(6)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，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。
考向二 影响物质跨膜运输的因素分析
7．(2022·重庆高三检测)农业生产中，农作物生长所需的氮素能以NO的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的一个根细胞吸收NO的速率与O2浓度的关系如图所示。如果细胞只以一种方式吸收NO，以下判断不正确的是( )
A．O2浓度大于a时，作物乙细胞膜上运输NO的载体蛋白可能已饱和
B．作物甲细胞膜上运输NO的载体蛋白数量一定比作物乙细胞膜上的多
C．这两种作物根细胞吸收NO的方式不同于它们吸收水的方式
D．吸收的NO可用于合成蛋白质、核酸、某些脂质等有机物
B [作物乙在O2浓度大于a时，NO吸收速率不再增加，说明运输NO的载体蛋白已饱和，A正确；细胞主动吸收物质的速率会受到氧气浓度，底物浓度、酶的浓度、温度等因素的影响，因此作物甲细胞膜上运输NO的载体蛋白数量不一定比作物乙细胞膜上的多，B错误；图示细胞吸收NO的方式为主动运输，水的吸收是自由扩散或者协助扩散，C正确；氮元素是蛋白质、核酸、某些脂质(如磷脂)等有机物的组成元素、NO进入植物和动物体内可用于合成蛋白质、核酸、某些脂质等有机物，D正确。]
8．(2021·山东卷，2)液泡是植物细胞中储存Ca2＋的主要细胞器，液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进行进入液泡并储存。下列说法错误的是( )
A．Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散
B．Ca2＋通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺
C．加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢
D．H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
A [Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式为主动运输，所需要的能量由H＋顺浓度梯度产生的势能提供，A错误；Ca2＋通过CAX的运输进入液泡增加细胞液的浓度，有利于植物细胞保持坚挺，B正确；加入H＋焦磷酸酶抑制剂，则液泡中的H＋浓度降低，液泡膜两侧的H＋浓度梯度差减小，为Ca2＋通过CAX的运输提供的能量减少，C正确；H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式需要水解无机焦磷酸释放的能量来提供，为主动运输，D正确。]
考向三 物质跨膜运输的有关探究实验分析
9．(多选)(2022·邯郸一模)Na2MoO4溶液和洋葱表皮细胞中的花青素混合后可以使液泡由紫色变为绿色。实验小组取紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞随机分为2组，甲组包裹若干层保鲜膜密封，乙组暴露在空气中，处理12 h后，将两组洋葱鳞片叶制成装片并置于一定浓度的Na2MoO4溶液中，观察细胞出现绿色的时间并统计变色细胞所占的比例，结果如下表，下列说法中正确的是( )
组别 处理方式 出现绿色的时间/s 变色比例/%
甲组 保鲜膜包裹12 h 50 46
乙组 暴露在空气中12 h 23 96
A．实验应控制的无关变量有处理时间和Na2MoO4溶液浓度等
B．洋葱表皮细胞吸收的Na2MoO4可能改变了细胞液的pH
C．甲组出现绿色的时间长的原因可能是细胞呼吸被抑制
D．环境温度改变不会影响出现绿色的时间和变色比例
ABC [对照组和实验组应控制的无关变量应该保持一致，所以处理时间和Na2MoO4溶液浓度等，A正确；花青素的颜色会随着pH的变化而发生变化，Na2MoO4溶液和洋葱表皮细胞中的花青素混合后可以使液泡由紫色变为绿色，说明洋葱表皮细胞吸收的Na2MoO4可能改变了细胞液的pH，B正确；甲组包裹若干层不透气、不透水的薄膜，导致出现绿色的时间长，其原因可能是细胞呼吸被抑制，影响了主动运输，C正确；环境温度改变会影响细胞呼吸，影响主动运输，从而会影响出现绿色的时间和变色比例，D错误。]
10．(2023·延安高三检测)图甲是某同学通过滴加蔗糖溶液和清水，观察到植物细胞质壁分离与复原的显微照片，图乙是小肠上皮细胞转运葡萄糖的过程示意图。请回答下列问题：
(1)图甲细胞处于质壁分离状态，则细胞膜和细胞壁之间充满了____________；图甲中细胞液浓度________(填“大于”或“小于”或“等于”或“不确定”)外界溶液浓度。将洋葱细胞放入大于细胞液浓度的KNO3溶液中，一段时间后没有观察到质壁分离现象，可能的原因有______________________________________________________(答出两种原因)。
(2)葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞时，载体只能转运葡萄糖和Na＋，体现了载体的____________性。据图乙中的信息分析，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是________(“顺”或“逆”)浓度梯度进行的。
(3)为了证明小肠上皮细胞以主动运输的方式吸收葡萄糖，请设计实验探究。
①实验步骤：
第一步：取甲、乙两组生理状况相同的小肠上皮细胞，放入适宜浓度的含有葡萄糖的培养液中。第二步：甲组细胞给予正常的呼吸条件，乙组细胞__________________________，其他条件与甲组相同。
第三步：一段时间后测定葡萄糖的吸收速率。
②预测实验结果并分析：
若__________________________________，则说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输，否则不是主动运输。
答案 (1)外界(蔗糖)溶液 不确定 该细胞是死细胞/该细胞没有大液泡/细胞发生质壁分离后又自动复原(任答两种) (2)专一 逆 (3)抑制细胞呼吸(或加入细胞呼吸抑制剂等) 乙组细胞吸收葡萄糖的速率小于甲组
解析 题图分析：图甲细胞可能处于质壁分离状态，可能处于动态平衡状态，也可能处于质壁分离复原状态，所以此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系有大于、等于或小于三种可能。(1)图甲细胞处于质壁分离状态，此时细胞膜和细胞壁之间充满了外界溶液；由分析可知，此时细胞液浓度大于或小于或等于外界溶液浓度。将洋葱细胞放入大于细胞液浓度的KNO3溶液中，一段时间后没有观察到质壁分离现象，可能的原因有该细胞是死细胞，或者该细胞没有大液泡，或者质壁分离后又自动复原。
(2)葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞时，该载体只能转运葡萄糖和Na＋，体现了载体的专一性。据图乙中的信息分析，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是逆浓度梯度进行的主动运输。
(3)小肠上皮细胞以主动运输的方式吸收葡萄糖，特点是需要载体和能量，则实验的自变量是否提供能量，因变量是吸收速率。
①实验步骤：第一步(取材编号)：取甲、乙两组生长状况相同的小肠上皮细胞，放入适宜浓度的含有葡萄糖的培养液中。第二步(分别作不同处理)：甲组细胞给予正常的呼吸条件，乙组细胞抑制细胞呼吸，其他条件都相同。第三步(观察实验结果)：一段时间后，测定两组细胞对葡萄糖的吸收速率。
②预测实验结果并分析：若乙组细胞吸收速率明显小于甲组，说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输；若甲、乙两组细胞对葡萄糖的吸收速率基本相同，运输与能量无关，则说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式不是主动运输。
考点三 观察植物细胞的质壁分离和复原
1．实验原理
2．实验步骤
3．现象与结论
1．质壁分离和复原实验分析
(1)质壁分离发生的条件
①从细胞角度分析
a．死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。
b．具有中央大液泡的成熟的植物活细胞可发生质壁分离及复原现象，且细胞液最好带有一定的颜色，便于观察，以活的紫色洋葱鳞片叶外表皮最佳。
c．细菌细胞也能发生质壁分离，但现象不明显。
②从溶液角度分析
a．在一定浓度(溶质不能透过膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能自动复原。
b．在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、乙二醇、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象；盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
c．本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原；若质量浓度过低则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
(2)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。这是因为细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗透出来。
(3)本实验存在的两组对照实验
本实验存在的两组实验均为自身对照，自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照。
2．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)比较未知浓度溶液的浓度大小
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
考向一 实验原理和基本步骤分析
11．(2022·浙江6月选考，11) “观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验中，用显微镜观察到的结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．由实验结果推知，甲图细胞是有活性的
B．与甲图细胞相比，乙图细胞的细胞液浓度较低
C．丙图细胞的体积将持续增大，最终涨破
D．若选用根尖分生区细胞为材料，质壁分离现象更明显
A [能发生质壁分离的细胞应为活的植物细胞，据图分析，从甲到乙发生了质壁分离现象，说明甲细胞是活细胞，A正确；乙图所示细胞发生质壁分离，该过程中细胞失水，故与甲图相比，乙图细胞的细胞液浓度较高，B错误；由于有细胞壁的限制，丙图细胞体积不会持续增大，且不会涨破，C错误；根尖分生区细胞无中央大液泡，不能发生质壁分离现象，D错误。]
12．(2021·江苏卷，12)采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验，下列相关叙述正确的是( )
A．用镊子撕取的外表皮，若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验
B．将外表皮平铺在洁净的载玻片上，直接用高倍镜观察细胞状态
C．为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液
D实验观察到许多无色细胞，说明紫色外表皮中有大量细胞含无色液泡
A [洋葱鳞片叶叶肉细胞有原生质层和大液泡，所以可以发生质壁分离，且细胞质中不含有叶绿体，而洋葱外表皮细胞呈紫色，所以即使洋葱鳞片叶外表皮上带有叶肉细胞，也不影响实验结果，A正确；质壁分离实验中全程只在低倍镜下观察，B错误；为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸，重复几次，洋葱细胞就浸泡在蔗糖溶液中，C错误；紫色外表皮细胞中有一个紫色大液泡，那些无色的细胞应该是鳞茎细胞，不是鳞片叶外表皮细胞，D错误。]
考向二 实验的拓展和应用
13．(2022·连云港高三检测)科研人员将某种植物叶片置于一定浓度的乙二醇溶液和蔗糖溶液中，培养相同时间后检测其原生质体(去掉细胞壁的植物细胞)体积的变化，结果如图所示。下列相关描述错误的是( )
A．用于培养植物叶片的甲溶液和乙溶液起始浓度可能相同
B．甲溶液是乙二醇溶液，乙溶液是蔗糖溶液
C．2 min后，处于乙溶液中的植物细胞可能已经死亡
D．C点时甲溶液中的溶质开始进入细胞，细胞开始发生质壁分离复原
D [实验开始时，甲溶液中的植物叶片原生质体的体积大于乙溶液中原生质体的体积，原因可能是甲溶液中的乙二醇分子进入细胞导致细胞液浓度增大引起的，甲乙溶液起始浓度可能相同，A正确；植物细胞在甲溶液中先质壁分离后复原，因为一开始植物叶片细胞胞液浓度比处界低，因此渗透失水，后乙二醇分子进入细胞，植物叶片细胞液浓度增大，乙溶液是蔗糖溶液，蔗糖不能进入细胞，B正确；2 min后，处于乙溶液中的植物细胞原生质体不再改变可能是植物细胞过度失水而死亡，C正确；C点前甲溶液中的溶质就开始进入细胞，只是植物叶片细胞液浓度小于外界浓度，D错误。]
14．(2022·沈阳高三模拟)用同一打孔器在一白萝卜上打出若干萝卜条，切成相同长度，均分为三组，分别置于等体积的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种溶液中一段时间，b点时将三组实验的萝卜条同时放回相应溶液的低浓度溶液中一段时间。实验期间持续观察萝卜条体积的变化，并计算相对体积，实验结果如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．实验的自变量包括溶液的种类和浓度，观测指标是萝卜条的体积变化
B．随着萝卜条体积减小的同时，萝卜细胞的原生质层逐渐与细胞壁分离
C．初始Ⅰ溶液浓度小于Ⅱ溶液，Ⅰ溶液和Ⅱ溶液中的溶质都能进入细胞
D．b点时Ⅱ溶液的渗透压等于细胞液的渗透压，Ⅲ溶液中的细胞已死亡
ABD [结合实验的结果可知，该实验的自变量包括溶液的种类和浓度，观测指标是萝卜条的体积变化，A正确；随着萝卜条不断失水导致原生质体的体积减少，同时由于原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，因而萝卜细胞的原生质层逐渐与细胞壁分离，B正确；由于Ⅰ溶液中萝卜条能发生质壁分离后自动复原，说明Ⅰ溶液的溶质能进入萝卜条细胞，而Ⅱ溶液中萝卜条能发生质壁分离但没有发生自动复原，因此说明Ⅱ溶液中的溶质不能进入萝卜条细胞，C错误；b点时Ⅱ溶液中的萝卜条达到渗透平衡，此时Ⅱ溶液的渗透压等于细胞液的渗透压(否则会继续失水)，而Ⅲ溶液中的细胞由于失水过多而死亡，D正确。]
(六)离子泵的概念、作用过程和种类
1．概念：离子泵本质是可逆性ATP酶，也看作一类特殊的载体蛋白，能驱使特定的离子逆浓度梯度穿过质膜，同时消耗能量，属于主动运输。
2．作用过程：
结合特定离子
↓
水解ATP
↓
与水解产物磷酸根结合后自身发生变构
↓
将离子由低浓度转运到高浓度处
3．种类：
①Na＋－K＋泵：有大小两个亚基，大亚基催化ATP水解，小亚基是一个糖蛋白。大亚基以亲Na＋态结合Na＋后，触发水解ATP。每水解一个ATP释放的能量输送3个Na＋到细胞外，同时摄取2个K＋进入细胞。
②Ca2＋泵：是由1000个氨基酸的多肽链形成的跨膜蛋白，它是Ca2＋激活的ATP酶，每水解一个ATP转运两个Ca2＋到细胞外，形成钙离子梯度。
③质子泵：即H＋泵包括H＋－ATP泵和H＋焦磷酸泵。
[对点训练]
1．(2022·青岛高三检测)细胞中的蛋白质等分子会解离为A－和H＋两种离子，H＋被细胞膜上的H＋泵泵出细胞外，使细胞呈现内负外正的电位差，成为细胞积累正离子的主要动力。由于细胞内不扩散的负离子A－的吸引，溶液中某阳离子向细胞内扩散，最终膜两侧离子浓度不相等，但离子扩散速度相等，达到了平衡状态，称为杜南平衡。下列叙述正确的是( )
A．杜南平衡积累离子是某阳离子顺电势梯度向细胞内扩散的结果
B．在KCl溶液中扩散平衡时，细胞内的K＋浓度小于细胞外的K＋浓度
C．蛋白质解离出的H＋被膜上H＋泵泵出细胞外的方式为被动运输
D．在达到杜南平衡状态时细胞内外不发生水分子的交换
A [由题干信息分析可知，杜南平衡积累的离子是由H＋被细胞膜上的H＋泵泵出细胞外，使细胞呈现内负外正的电位差，此时细胞外的电势高于细胞内的电势，某阳离子从细胞外向细胞内的扩散，属于顺电势梯度，A正确；由题干信息分析可知，K＋是阳离子，不断向细胞内扩散，根据题意“最终膜两侧离子浓度不相等，但离子扩散速度相等，达到了平衡状态”，可推测扩散平衡时，细胞内的K＋浓度大于细胞外的K＋浓度，B错误；蛋白质解离出的H＋被膜上H＋泵泵出细胞外的方式为主动运输，C错误；水分子进出细胞的方式是协助扩散和自由扩散，在达到杜南平衡状态时，细胞内外会发生水分子的交换，D错误。]
2．(多选)(2023·江苏百校联考)冰叶日中花(简称冰菜)是一种耐盐性极强的盐生植物，其茎、叶表面有盐囊细胞，下图表示盐囊细胞中4种离子的转运方式。相关叙述正确的是( )
A．NHX运输Na＋有利于提高液泡溶液渗透压
B．P型和V型ATP酶转运H＋为NHX转运Na＋提供动力
C．CLC开放后H＋和Cl－顺浓度梯度转运属于主动运输
D．图中一种转运蛋白可转运多种离子，一种离子可由多种转运蛋白转运，不能体现特异性
AB [NHX向细胞外和液泡内运输Na＋，降低了细胞质基质中Na＋含量，提高了细胞液的浓度，有利于提高液泡溶液渗透压，A正确；P型和V型ATP酶转运H＋，从而使细胞外和细胞液有较高的H＋浓度，细胞质基质H＋浓度较低，H＋顺浓度内流进细胞为NHX将Na＋转运出细胞提供动力，H＋顺浓度外流入细胞质基质可以为NHX将Na＋转运进液泡提供动力，B正确；P型、V型ATP酶的工作造成细胞液中H＋浓度高于细胞质基质，CLC顺浓度梯度转运H＋没有问题，但是Cl－的转运方式无法据图得出，如果是顺浓度的，那么二者都是协助扩散而非主动运输，C错误；从图示信息可知，一种转运蛋白可转运多种特定的离子，一种离子可由多种特定的转运蛋白转运，能体现转运蛋白的特异性，D错误。]
1．(多选)(2022·辽宁卷，17)Fe3＋通过运铁蛋白与受体结合被输入哺乳动物生长细胞，最终以Fe2＋形式进入细胞质基质，相关过程如图所示。细胞内若Fe2＋过多会引发膜脂质过氧化，导致细胞发生铁依赖的程序性死亡，称为铁死亡。下列叙述正确的是( )
注：早期内体和晚期内体是溶酶体形成前的结构形式
A．铁死亡和细胞自噬都受基因调控
B．运铁蛋白结合与释放Fe3＋的环境pH不同
C．细胞膜的脂质过氧化会导致膜流动性降低
D．运铁蛋白携带Fe3＋进入细胞不需要消耗能量
ABC [铁死亡是一种铁依赖性的，区别于细胞凋亡、细胞坏死、细胞自噬的新型的细胞程序性死亡方式，受基因调控，A正确；从图中运铁蛋白与铁离子的结合及分离，可以看出运铁蛋白结合Fe3＋的环境在细胞外液，PH接近中性，释放Fe3＋的环境在晚期内体，PH为5.0，二者的PH不同，B正确；细胞膜的脂质过氧化会导致细胞死亡，细胞膜流动性降低，C正确；铁离子进入细胞的方式为胞吞，并非主动运输，运铁蛋白运出细胞的过程为胞吐，胞吞与胞吐过程都需要消耗细胞代谢释放的能量，即需要ATP水解并提供能量，D错误。]
2．(2021·湖北卷，11)红细胞在高渗NaCl溶液(浓度高于生理盐水)中体积缩小，在低渗NaCl溶液(浓度低于生理盐水)中体积增大。下列有关该渗透作用机制的叙述，正确的是( )
A．细胞膜对Na＋和Cl－的通透性远高于水分子，水分子从低渗溶液运输至高渗溶液
B．细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－，水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液
C．细胞膜对Na＋和Cl－的通透性远高于水分子，Na＋和Cl－从高渗溶液扩散至低渗溶液
D．细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－，Na＋和Cl－从高渗溶液扩散至低渗溶液
B [大多数水分子以协助扩散的方式进出细胞，少数水分子以自由扩散的方式进出细胞，而Na＋和Cl－以主动运输的方式进出红细胞。自由扩散和协助扩散比主动运输更容易，故细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－。由于自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度运输，主动运输是逆浓度梯度运输，故水分子从低渗溶液运输至高渗溶液，Na＋和Cl－从低渗溶液运输至高渗溶液，B正确，A、C、D错误。]
3．(2021·江苏卷，3)细胞可运用不同的方式跨膜转运物质，下列相关叙述错误的是( )
A．物质自由扩散进出细胞的速度既与浓度梯度有关，也与分子大小有关
B．小肠上皮细胞摄入和运出葡萄糖与细胞质中各种溶质分子的浓度有关
C．神经细胞膜上运入K＋的载体蛋白和运出K＋的通道蛋白都具有特异性
D．肾小管上皮细胞通过主动运输方式重吸收氨基酸
B [物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，自由扩散是物质顺浓度梯度的跨膜运输，不需要转运蛋白的协助，也不需要消耗能量，被运输物质的膜内外浓度梯度的大小和物质分子本身的大小会直接影响自由扩散的速率，A正确；小肠上皮细胞摄入葡萄糖的方式是主动运输，影响因素是能量的供应和载体蛋白的数量，小肠上皮细胞运出葡萄糖的方式是协助扩散，影响因素是葡萄糖在细胞内外的浓度差和载体蛋白的数量，B错误；通道蛋白和载体蛋白统称为转运蛋白，都是有特异性的，C正确；肾小管吸收氨基酸的过程是逆浓度梯度进行的，是主动运输，D正确。]
4．(2021·广东卷，13)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是( )
A．比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后
B．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
C．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
D．推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
A [通过题图分析可知，①细胞处吸水量少于③处细胞，说明保卫细胞细胞液浓度①处理后>③处理后，A错误；②处细胞失水，故质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中，B正确；滴加③后细胞大量吸水，故滴加③后有较多水分子进入保卫细胞，C正确；通过分析可知，推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③，D正确。]
5．(2021·湖南卷，3)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是( )
A．施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关
B．质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁
C．质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低
D．1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
D [施肥过多使外界溶液浓度过高，大于细胞液的浓度，细胞发生质壁分离导致植物过度失水而死亡，引起“烧苗”现象，A正确；发生质壁分离的内因是细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性，而原生质层包括细胞膜、液泡膜以及之间的细胞质，质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部与细胞壁分开，B正确；植物细胞在发生质壁分离复原的过程中，因不断吸水导致细胞液的浓度逐渐降低，与外界溶液浓度差减小，细胞的吸水能力逐渐降低，C正确；溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，1 mol/L的NaCl溶液和1 mol/L的葡萄糖溶液的渗透压不相同，因NaCl溶液中含有钠离子和氯离子，故其渗透压高于葡萄糖溶液，D错误。]
第6讲 细胞的物质输入和输出
【素养目标】 1.基于对不同物质跨膜运输实例的分析，理解细胞内物质运输与能量供应的关系，并归纳跨膜运输的方式与特点。(生命观念 科学思维) 2.基于对不同物质跨膜运输发生条件的比较，认同不同运输方式需要的条件不同。(科学思维) 3.设计实验探究细胞膜的透性；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.依据渗透作用原理指导灌溉和施肥。(社会责任)
考点一 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)渗透作用产生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。
2．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
②现象
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
①原理
②现象
【拾遗补缺】 源于必修1 P63“思考·讨论”：红细胞的细胞膜相当于半透膜：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。
(1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度( )
(2)虽然红细胞没有具膜细胞器，但将其放入一定浓度的外界溶液中，也能发生渗透作用( )
(3)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核( )
(4)成熟的植物细胞在发生质壁分离的过程中，细胞吸水能力逐渐减弱( )
(5)在蔗糖溶液中加入适量红墨水，可观察紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞的质壁分离( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√
渗透作用现象分析及拓展应用
(1)渗透作用的现象分析
①渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压，如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
②水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液是表观现象，实际上水分子是双向移动的，只是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
③漏斗内液面上升的原因：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。
④漏斗内液面停止上升的原因：随着液面的不断上升，漏斗内液体的压强越来越大，从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速率加快，水分子进出漏斗的速率越来越接近，直至完全相等，漏斗内液面不再升高，此时水分子的进出达到相对平衡。
⑤若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面高度差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度高。
(2)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
漏斗内溶液浓度为M，烧杯内溶液浓度为N，以下为各种现象及对应的结论：
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
[典例剖析]
(2023·福州高三检测)将生鸡蛋的大头保持卵壳膜完好去掉蛋壳，小头开个小孔让蛋清和蛋黄流出。将蛋壳内灌入15%的蔗糖溶液，然后放在烧杯的清水中并用铅笔标上吃水线。下列分析错误的是( )
A．卵壳膜相当于渗透装置中的半透膜
B．半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳
C．若将清水换为15%的NaCl溶液，则蛋壳先上浮后下沉
D．若将正常的线粒体放入清水中，则线粒体内膜先涨破
D [本实验中相当于渗透装置中的半透膜的是卵壳膜，A正确；蛋壳内为15%的蔗糖溶液，单位时间内进入卵壳膜的水分子多于从卵壳膜外出的水分子，导致蛋壳下沉，半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳，B正确；若将清水换为15%的NaCl溶液，则NaCl溶液的摩尔浓度大于蔗糖溶液，单位时间内进入卵壳膜的水分子少于从卵壳膜外出的水分子，导致蛋壳上浮，随着Cl－和Na＋进入卵壳膜，导致卵壳膜内的溶液的摩尔浓度大于卵壳膜外的溶液的摩尔浓度，单位时间内进入卵壳膜的水分子多于从卵壳膜外出的水分子，导致蛋壳下沉，C正确；线粒体内膜内折形成嵴，内膜面积远大于外膜，若将正常的线粒体放入清水中，则线粒体外膜先涨破，D错误。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：卵壳膜
信息2：蛋壳内灌入15%的蔗糖溶液，然后放在烧杯的清水中
信息转化 1.卵壳膜可以让水分子、Na＋、Cl－通过，蔗糖分子不能通过，是一种半透膜
2.蔗糖溶液与清水之间存在浓度差
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学探究：设计并实施方案的能力
【角度转换】 提升语言表达能力
卵壳膜与半透膜完全相同吗？为什么？不完全相同。半透膜是物理性质的膜，一般无生物活性，只允许小分子物质通过，不允许大分子物质通过；选择透过性膜具有生物活性，允许细胞需要的小分子通过，细胞不需要的离子、小分子、大分子物质都不能通过。
考向一 渗透作用的原理及应用分析
1．(2022·衡阳一模)下图是渗透作用达到平衡时的实验装置图。实验开始时漏斗内外液面相平，漏斗内溶液S1为0.3 g/mL的蔗糖溶液，烧杯中的溶液S2为0.1 g/mL的蔗糖溶液(半透膜只能让水分子自由通过)。下列分析错误的是( )
A．渗透作用达到平衡时S1溶液和S2溶液浓度并不相等
B．若实验开始时将S1溶液和S2溶液互换，则渗透作用达到平衡时Δh会不变
C．若实验起始时将一定量的水加入到烧杯中，则渗透作用达到平衡时Δh会变大
D．若实验起始时漏斗内S1溶液换成0.3 g/mL的葡萄糖溶液，则渗透作用达到平衡时Δh会更大
B [蔗糖是不能穿过半透膜的分子，图中由于漏斗内的蔗糖溶液浓度高，因此烧杯中的水分子能通过渗透作用进入漏斗，使漏斗内液面升高，渗透平衡时Δh会产生压力与漏斗内因溶液浓度差产生的压力大小相等，因此漏斗内的浓度仍然大于漏斗外，A正确；若实验开始时将S1溶液和S2溶液互换，由于S1溶液浓度大于S2溶液，因此漏斗外溶液浓度大于漏斗内溶液浓度，此时漏斗内的水分子能通过渗透作用进入烧杯内，则渗透作用达到平衡时Δh会减小，B错误；若实验起始时将一定量的水加入到烧杯中，烧杯中溶液浓度减小，漏斗内外溶液浓度差增大，则渗透作用达到平衡时Δh会变大，C正确；若实验起始时漏斗内S1溶液换成0.3 g/mL的葡萄糖溶液，0.3 g/mL的葡萄糖溶液比0.3 g/mL的蔗糖溶液所含的溶质分子多，因此漏斗内外溶液浓度差增大，渗透作用达到平衡时Δh会更大，D正确。]
2．(2022·湖南雅礼中学一模)为了测定白萝卜细胞液的浓度，某同学在同一根白萝卜上间隔相同的距离处挖出体积相同的4个凹槽，取等量(小于凹槽体积量)不同浓度的蔗糖溶液加入凹槽内，液面初始高度均为M，过一段时间后测量凹槽内液面高度为N，下表是该同学对4个凹槽内N、M值测量后的处理结果，其中原始凹槽内蔗糖溶液浓度最大、原始凹槽内蔗糖溶液浓度与白萝卜细胞液浓度最接近的分别是( )
白萝卜凹槽 凹槽1 凹槽2 凹槽3 凹槽4
比值(N/M) 1.25 1.18 1.01 0.91
A．凹槽4、凹槽1 B．凹槽4、凹槽2
C．凹槽1、凹槽3 D．凹槽1、凹槽4
C [与蔗糖溶液接触的白萝卜细胞就可能发生渗透吸水或失水。当蔗糖溶液浓度高于细胞液浓度时，细胞失水会导致凹槽内液面上升，＞1；当蔗糖溶液浓度低于细胞液浓度时，细胞吸水会导致凹槽内液面下降，＜1；当蔗糖溶液浓度等于细胞液浓度时，细胞处于等渗环境下，凹槽内液面保持不变，＝1。N/M值最接近1(凹槽3)的蔗糖溶液浓度最接近白萝卜细胞液浓度，N/M值与1相差最大(凹槽1)的原始凹槽内蔗糖溶液浓度最大，C正确。]
考向二 动植物细胞吸水与失水的分析
3．(2022·湖北卷，4)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白，硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是( )
A．经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀
B．经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小
C．未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀
D．未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小
B [经AgNO3处理的红细胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通过自由扩散的形式进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会失水变小，A正确、B错误；未经AgNO3处理的红细胞，水可通过水通道蛋白快速进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小，C、D正确。]
4．(2022·湖南卷，10)原生质体(细胞除细胞壁以外的部分)表面积大小的变化可作为质壁分离实验的检测指标。用葡萄糖基本培养基和NaCl溶液交替处理某假单孢菌，其原生质体表面积的测定结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A．甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离，表明细胞中NaCl浓度≥0.3 mol/L
B．乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离，处理解除后细胞即可发生质壁分离复原
C．该菌的正常生长和吸水都可导致原生质体表面积增加
D．若将该菌先65 ℃水浴灭活后，再用NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化
A [分析甲组结果可知，随着培养时间延长，与0时(原生质体表面积大约为0.5μm2)相比，原生质体表面积增加逐渐增大，甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离，说明细胞吸水，表明细胞中浓度>0.3 mol/L，但不一定是细胞内NaCl浓度≥0.3 mol/L，A错误；分析乙、丙组结果可知，与0时(原生质体表面积大约分别为0.6μm2、0.75μm2)相比乙丙组原生质体略有下降，说明乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离，处理解除后细胞即可发生质壁分离复原，B正确；该菌的正常生长，细胞由小变大可导致原生质体表面积增加，该菌吸水也会导致原生质体表面积增加，C正确；若将该菌先65 ℃水浴灭活，细胞死亡，原生质层失去选择透过性，再用NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化，D正确。]
考点二 物质出入细胞的方式及影响因素
1．各种物质出入细胞方式的比较
物质出入 细胞的方式 被动运输 主动运输 胞吞 胞吐
自由扩散 协助扩散
图例
运输方向 高浓度→低浓度 低浓度→高浓度 胞外→胞内 胞内→胞外
是否需要 转运蛋白 否 是 是 否
是否消 耗能量 否 否 是 是
举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯的跨膜运输 人的红细胞吸收葡萄糖 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 巨噬细胞吞噬抗原 胰岛素、消化酶、抗体的分泌
【拾遗补缺】 (1)源于必修1 P70“与社会的联系”：囊性纤维化发生的一种主要原因是患者肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常。
(2)源于必修1 P71“相关信息”：胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解。
(3)源于必修1 P72“与社会的联系”：变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物，又能通过胞吐排出食物残渣和废物。人体肠道寄生的变形虫——痢疾内变形虫，能通过胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞。
2．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，原因是受转运蛋白数量的限制。
(2)转运蛋白数量对跨膜运输的影响
转运蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，协助扩散中转运蛋白数量越多，运输速率越大；主动运输中载体蛋白数量达到一定程度后运输速率不再增加，可能原因是受能量供应限制。自由扩散不受转运蛋白数量的影响。
(3)氧气含量对跨膜运输的影响
通过影响细胞呼吸进而影响主动运输的速率。
①P点时：无氧呼吸为物质的运输提供能量。
②PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率越大。
③Q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。
(4)温度
(1)少数水分子借助水通道蛋白进出细胞，更多的水分子以自由扩散方式进出细胞( )
(2)同种物质进出同一细胞的方式一定相同( )
(3)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( )
(4)人红细胞吸收胆固醇与吸收葡萄糖的相同点是需要转运蛋白的协助( )
(5)通过胞吞或胞吐方式进出细胞，需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
1．判定物质出入细胞的方式
(1)“三看法”快速判定物质出入细胞的方式
(2)物质跨膜运输方式图解
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
[典例剖析]
(2022·辽宁卷，9)水通道蛋白(AQP)是一类细胞膜通道蛋白。检测人睡液腺正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量，发现AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化，而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍。下列叙述正确的是( )
A．人唾液腺正常组织细胞中AQP蛋白的氨基酸序列相同
B．AQP蛋白与水分子可逆结合，转运水进出细胞不需要消耗ATP
C．检测结果表明，只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成
D．正常组织与水肿组织的水转运速率不同，与AQP蛋白的数量有关
D [AQP基因有3种，AQP蛋白应该也有3种，故人唾液腺正常组织细胞中AQP蛋白的氨基酸序列不相同，A错误；AQP蛋白一类细胞膜水通道蛋白，故不能与水分子结合，B错误；根据信息：AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化，而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍，可知AQP5基因mRNA含量在水肿组织和正常组织有差异，但不能说明只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成，C错误；AQP5基因mRNA含量在水肿组织和正常组织有差异，故形成的AQP蛋白的数量有差异，导致正常组织与水肿组织的水转运速率不同，D正确。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：水通道蛋白
信息2：正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量
信息3：水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍
信息转化 1.只参与协助扩散
2.细胞膜上AQP1和AQP3数量无差别
3.正常组织与水肿组织的水转运速率不同
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：逻辑思维能力
【角度转换】 提升语言表达能力
若细胞膜上无水通道蛋白，水分子还能否通过细胞膜？能，水分子还能以自由扩散的方式进出细胞膜。
考向一 物质跨膜运输方式的判断
5．(2022·山东卷，3)NO和NH是植物利用的主要无机氮源，NH的吸收由根细胞膜两侧的电位差驱动，NO的吸收由H＋浓度梯度驱动，相关转运机制如图。铵肥施用过多时，细胞内NH的浓度增加和细胞外酸化等因素引起植物生长受到严重抑制的现象称为铵毒。下列说法正确的是( )
A．NH通过AMTs进入细胞消耗的能量直接来自ATP
B．NO通过SLAH3转运到细胞外的方式属于被动运输
C．铵毒发生后，增加细胞外的NO会加重铵毒
D．载体蛋白NRT1.1转运NO和H＋的速度与二者在膜外的浓度呈正相关
B [由题干信息可知，NH的吸收是根细胞膜两侧的电位差驱动的，所以NH通过AMTs进入细胞消耗的能量不是直接来自ATP，A错误；由图上可以看到，NO进入根细胞是H＋的浓度梯度驱动，进行的逆浓度梯度运输，所以NO通过SLAH3转运到细胞外是顺浓度梯度运输，属于被动运输，B正确；铵毒发生后，H＋在细胞外更多，增加细胞外的NO，可以促使H＋向细胞内转运，减少细胞外的H＋，从而减轻铵毒，C错误；据图可知，载体蛋白NRT1.1转运NO属于主动运输，主动运输的速率与其浓度无必然关系；运输H＋属于协助扩散，协助扩散在一定范围内呈正相关，超过一定范围后不成比例，D错误。]
6．(2022·湖南师大附中高三模拟)如图为细胞物质运输方式的示意图。下列相关叙述中不正确的是( )
A．①过程为自由扩散，运输速率受环境温度影响
B．麦芽糖水解产物通过途径②进入小肠上皮细胞时，ATPase仅承担载体的功能
C．方式③依赖于细胞膜的结构特性，并需要消耗能量
D．除图中三种方式外，细胞还能通过协助扩散的方式顺浓度梯度进行物质运输
B [图中①表示自由扩散，运输速率和温度有关，因为温度可以影响分子热运动进而影响膜的通透性，A正确；②表示主动运输，麦芽糖水解产物葡萄糖被小肠上皮细胞吸收是主动运输，需要载体，也需要消耗细胞的ATP，因此ATPase也具有催化ATP水解的作用，B错误；③表示胞吞，依赖于细胞膜的结构特性，即具有一定的流动性，并需要消耗能量，不需要载体蛋白，C正确；物质运输除图示三种方式外还有协助扩散，运输方向为顺浓度梯度，D正确。]
【归纳总结】 有关物质出入细胞方式的6个“不要漏掉”
(1)需要转运蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。
(2)消耗能量的运输方式除主动运输外，不要漏掉胞吞和胞吐。
(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。
(4)影响协助扩散运输速率的因素除转运蛋白数量外，不要漏掉浓度差。
(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。
(6)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，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。
考向二 影响物质跨膜运输的因素分析
7．(2022·重庆高三检测)农业生产中，农作物生长所需的氮素能以NO的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的一个根细胞吸收NO的速率与O2浓度的关系如图所示。如果细胞只以一种方式吸收NO，以下判断不正确的是( )
A．O2浓度大于a时，作物乙细胞膜上运输NO的载体蛋白可能已饱和
B．作物甲细胞膜上运输NO的载体蛋白数量一定比作物乙细胞膜上的多
C．这两种作物根细胞吸收NO的方式不同于它们吸收水的方式
D．吸收的NO可用于合成蛋白质、核酸、某些脂质等有机物
B [作物乙在O2浓度大于a时，NO吸收速率不再增加，说明运输NO的载体蛋白已饱和，A正确；细胞主动吸收物质的速率会受到氧气浓度，底物浓度、酶的浓度、温度等因素的影响，因此作物甲细胞膜上运输NO的载体蛋白数量不一定比作物乙细胞膜上的多，B错误；图示细胞吸收NO的方式为主动运输，水的吸收是自由扩散或者协助扩散，C正确；氮元素是蛋白质、核酸、某些脂质(如磷脂)等有机物的组成元素、NO进入植物和动物体内可用于合成蛋白质、核酸、某些脂质等有机物，D正确。]
8．(2021·山东卷，2)液泡是植物细胞中储存Ca2＋的主要细胞器，液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进行进入液泡并储存。下列说法错误的是( )
A．Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散
B．Ca2＋通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺
C．加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢
D．H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
A [Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式为主动运输，所需要的能量由H＋顺浓度梯度产生的势能提供，A错误；Ca2＋通过CAX的运输进入液泡增加细胞液的浓度，有利于植物细胞保持坚挺，B正确；加入H＋焦磷酸酶抑制剂，则液泡中的H＋浓度降低，液泡膜两侧的H＋浓度梯度差减小，为Ca2＋通过CAX的运输提供的能量减少，C正确；H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式需要水解无机焦磷酸释放的能量来提供，为主动运输，D正确。]
考向三 物质跨膜运输的有关探究实验分析
9．(多选)(2022·邯郸一模)Na2MoO4溶液和洋葱表皮细胞中的花青素混合后可以使液泡由紫色变为绿色。实验小组取紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞随机分为2组，甲组包裹若干层保鲜膜密封，乙组暴露在空气中，处理12 h后，将两组洋葱鳞片叶制成装片并置于一定浓度的Na2MoO4溶液中，观察细胞出现绿色的时间并统计变色细胞所占的比例，结果如下表，下列说法中正确的是( )
组别 处理方式 出现绿色的时间/s 变色比例/%
甲组 保鲜膜包裹12 h 50 46
乙组 暴露在空气中12 h 23 96
A．实验应控制的无关变量有处理时间和Na2MoO4溶液浓度等
B．洋葱表皮细胞吸收的Na2MoO4可能改变了细胞液的pH
C．甲组出现绿色的时间长的原因可能是细胞呼吸被抑制
D．环境温度改变不会影响出现绿色的时间和变色比例
ABC [对照组和实验组应控制的无关变量应该保持一致，所以处理时间和Na2MoO4溶液浓度等，A正确；花青素的颜色会随着pH的变化而发生变化，Na2MoO4溶液和洋葱表皮细胞中的花青素混合后可以使液泡由紫色变为绿色，说明洋葱表皮细胞吸收的Na2MoO4可能改变了细胞液的pH，B正确；甲组包裹若干层不透气、不透水的薄膜，导致出现绿色的时间长，其原因可能是细胞呼吸被抑制，影响了主动运输，C正确；环境温度改变会影响细胞呼吸，影响主动运输，从而会影响出现绿色的时间和变色比例，D错误。]
10．(2023·延安高三检测)图甲是某同学通过滴加蔗糖溶液和清水，观察到植物细胞质壁分离与复原的显微照片，图乙是小肠上皮细胞转运葡萄糖的过程示意图。请回答下列问题：
(1)图甲细胞处于质壁分离状态，则细胞膜和细胞壁之间充满了____________；图甲中细胞液浓度________(填“大于”或“小于”或“等于”或“不确定”)外界溶液浓度。将洋葱细胞放入大于细胞液浓度的KNO3溶液中，一段时间后没有观察到质壁分离现象，可能的原因有______________________________________________________(答出两种原因)。
(2)葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞时，载体只能转运葡萄糖和Na＋，体现了载体的____________性。据图乙中的信息分析，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是________(“顺”或“逆”)浓度梯度进行的。
(3)为了证明小肠上皮细胞以主动运输的方式吸收葡萄糖，请设计实验探究。
①实验步骤：
第一步：取甲、乙两组生理状况相同的小肠上皮细胞，放入适宜浓度的含有葡萄糖的培养液中。第二步：甲组细胞给予正常的呼吸条件，乙组细胞__________________________，其他条件与甲组相同。
第三步：一段时间后测定葡萄糖的吸收速率。
②预测实验结果并分析：
若__________________________________，则说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输，否则不是主动运输。
答案 (1)外界(蔗糖)溶液 不确定 该细胞是死细胞/该细胞没有大液泡/细胞发生质壁分离后又自动复原(任答两种) (2)专一 逆 (3)抑制细胞呼吸(或加入细胞呼吸抑制剂等) 乙组细胞吸收葡萄糖的速率小于甲组
解析 题图分析：图甲细胞可能处于质壁分离状态，可能处于动态平衡状态，也可能处于质壁分离复原状态，所以此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系有大于、等于或小于三种可能。(1)图甲细胞处于质壁分离状态，此时细胞膜和细胞壁之间充满了外界溶液；由分析可知，此时细胞液浓度大于或小于或等于外界溶液浓度。将洋葱细胞放入大于细胞液浓度的KNO3溶液中，一段时间后没有观察到质壁分离现象，可能的原因有该细胞是死细胞，或者该细胞没有大液泡，或者质壁分离后又自动复原。
(2)葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞时，该载体只能转运葡萄糖和Na＋，体现了载体的专一性。据图乙中的信息分析，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是逆浓度梯度进行的主动运输。
(3)小肠上皮细胞以主动运输的方式吸收葡萄糖，特点是需要载体和能量，则实验的自变量是否提供能量，因变量是吸收速率。
①实验步骤：第一步(取材编号)：取甲、乙两组生长状况相同的小肠上皮细胞，放入适宜浓度的含有葡萄糖的培养液中。第二步(分别作不同处理)：甲组细胞给予正常的呼吸条件，乙组细胞抑制细胞呼吸，其他条件都相同。第三步(观察实验结果)：一段时间后，测定两组细胞对葡萄糖的吸收速率。
②预测实验结果并分析：若乙组细胞吸收速率明显小于甲组，说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输；若甲、乙两组细胞对葡萄糖的吸收速率基本相同，运输与能量无关，则说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式不是主动运输。
考点三 观察植物细胞的质壁分离和复原
1．实验原理
2．实验步骤
3．现象与结论
1．质壁分离和复原实验分析
(1)质壁分离发生的条件
①从细胞角度分析
a．死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。
b．具有中央大液泡的成熟的植物活细胞可发生质壁分离及复原现象，且细胞液最好带有一定的颜色，便于观察，以活的紫色洋葱鳞片叶外表皮最佳。
c．细菌细胞也能发生质壁分离，但现象不明显。
②从溶液角度分析
a．在一定浓度(溶质不能透过膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能自动复原。
b．在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、乙二醇、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象；盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
c．本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原；若质量浓度过低则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
(2)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。这是因为细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗透出来。
(3)本实验存在的两组对照实验
本实验存在的两组实验均为自身对照，自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照。
2．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)比较未知浓度溶液的浓度大小
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
考向一 实验原理和基本步骤分析
11．(2022·浙江6月选考，11) “观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验中，用显微镜观察到的结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．由实验结果推知，甲图细胞是有活性的
B．与甲图细胞相比，乙图细胞的细胞液浓度较低
C．丙图细胞的体积将持续增大，最终涨破
D．若选用根尖分生区细胞为材料，质壁分离现象更明显
A [能发生质壁分离的细胞应为活的植物细胞，据图分析，从甲到乙发生了质壁分离现象，说明甲细胞是活细胞，A正确；乙图所示细胞发生质壁分离，该过程中细胞失水，故与甲图相比，乙图细胞的细胞液浓度较高，B错误；由于有细胞壁的限制，丙图细胞体积不会持续增大，且不会涨破，C错误；根尖分生区细胞无中央大液泡，不能发生质壁分离现象，D错误。]
12．(2021·江苏卷，12)采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验，下列相关叙述正确的是( )
A．用镊子撕取的外表皮，若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验
B．将外表皮平铺在洁净的载玻片上，直接用高倍镜观察细胞状态
C．为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液
D实验观察到许多无色细胞，说明紫色外表皮中有大量细胞含无色液泡
A [洋葱鳞片叶叶肉细胞有原生质层和大液泡，所以可以发生质壁分离，且细胞质中不含有叶绿体，而洋葱外表皮细胞呈紫色，所以即使洋葱鳞片叶外表皮上带有叶肉细胞，也不影响实验结果，A正确；质壁分离实验中全程只在低倍镜下观察，B错误；为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸，重复几次，洋葱细胞就浸泡在蔗糖溶液中，C错误；紫色外表皮细胞中有一个紫色大液泡，那些无色的细胞应该是鳞茎细胞，不是鳞片叶外表皮细胞，D错误。]
考向二 实验的拓展和应用
13．(2022·连云港高三检测)科研人员将某种植物叶片置于一定浓度的乙二醇溶液和蔗糖溶液中，培养相同时间后检测其原生质体(去掉细胞壁的植物细胞)体积的变化，结果如图所示。下列相关描述错误的是( )
A．用于培养植物叶片的甲溶液和乙溶液起始浓度可能相同
B．甲溶液是乙二醇溶液，乙溶液是蔗糖溶液
C．2 min后，处于乙溶液中的植物细胞可能已经死亡
D．C点时甲溶液中的溶质开始进入细胞，细胞开始发生质壁分离复原
D [实验开始时，甲溶液中的植物叶片原生质体的体积大于乙溶液中原生质体的体积，原因可能是甲溶液中的乙二醇分子进入细胞导致细胞液浓度增大引起的，甲乙溶液起始浓度可能相同，A正确；植物细胞在甲溶液中先质壁分离后复原，因为一开始植物叶片细胞胞液浓度比处界低，因此渗透失水，后乙二醇分子进入细胞，植物叶片细胞液浓度增大，乙溶液是蔗糖溶液，蔗糖不能进入细胞，B正确；2 min后，处于乙溶液中的植物细胞原生质体不再改变可能是植物细胞过度失水而死亡，C正确；C点前甲溶液中的溶质就开始进入细胞，只是植物叶片细胞液浓度小于外界浓度，D错误。]
14．(2022·沈阳高三模拟)用同一打孔器在一白萝卜上打出若干萝卜条，切成相同长度，均分为三组，分别置于等体积的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种溶液中一段时间，b点时将三组实验的萝卜条同时放回相应溶液的低浓度溶液中一段时间。实验期间持续观察萝卜条体积的变化，并计算相对体积，实验结果如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．实验的自变量包括溶液的种类和浓度，观测指标是萝卜条的体积变化
B．随着萝卜条体积减小的同时，萝卜细胞的原生质层逐渐与细胞壁分离
C．初始Ⅰ溶液浓度小于Ⅱ溶液，Ⅰ溶液和Ⅱ溶液中的溶质都能进入细胞
D．b点时Ⅱ溶液的渗透压等于细胞液的渗透压，Ⅲ溶液中的细胞已死亡
ABD [结合实验的结果可知，该实验的自变量包括溶液的种类和浓度，观测指标是萝卜条的体积变化，A正确；随着萝卜条不断失水导致原生质体的体积减少，同时由于原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，因而萝卜细胞的原生质层逐渐与细胞壁分离，B正确；由于Ⅰ溶液中萝卜条能发生质壁分离后自动复原，说明Ⅰ溶液的溶质能进入萝卜条细胞，而Ⅱ溶液中萝卜条能发生质壁分离但没有发生自动复原，因此说明Ⅱ溶液中的溶质不能进入萝卜条细胞，C错误；b点时Ⅱ溶液中的萝卜条达到渗透平衡，此时Ⅱ溶液的渗透压等于细胞液的渗透压(否则会继续失水)，而Ⅲ溶液中的细胞由于失水过多而死亡，D正确。]
(六)离子泵的概念、作用过程和种类
1．概念：离子泵本质是可逆性ATP酶，也看作一类特殊的载体蛋白，能驱使特定的离子逆浓度梯度穿过质膜，同时消耗能量，属于主动运输。
2．作用过程：
结合特定离子
↓
水解ATP
↓
与水解产物磷酸根结合后自身发生变构
↓
将离子由低浓度转运到高浓度处
3．种类：
①Na＋－K＋泵：有大小两个亚基，大亚基催化ATP水解，小亚基是一个糖蛋白。大亚基以亲Na＋态结合Na＋后，触发水解ATP。每水解一个ATP释放的能量输送3个Na＋到细胞外，同时摄取2个K＋进入细胞。
②Ca2＋泵：是由1000个氨基酸的多肽链形成的跨膜蛋白，它是Ca2＋激活的ATP酶，每水解一个ATP转运两个Ca2＋到细胞外，形成钙离子梯度。
③质子泵：即H＋泵包括H＋－ATP泵和H＋焦磷酸泵。
[对点训练]
1．(2022·青岛高三检测)细胞中的蛋白质等分子会解离为A－和H＋两种离子，H＋被细胞膜上的H＋泵泵出细胞外，使细胞呈现内负外正的电位差，成为细胞积累正离子的主要动力。由于细胞内不扩散的负离子A－的吸引，溶液中某阳离子向细胞内扩散，最终膜两侧离子浓度不相等，但离子扩散速度相等，达到了平衡状态，称为杜南平衡。下列叙述正确的是( )
A．杜南平衡积累离子是某阳离子顺电势梯度向细胞内扩散的结果
B．在KCl溶液中扩散平衡时，细胞内的K＋浓度小于细胞外的K＋浓度
C．蛋白质解离出的H＋被膜上H＋泵泵出细胞外的方式为被动运输
D．在达到杜南平衡状态时细胞内外不发生水分子的交换
A [由题干信息分析可知，杜南平衡积累的离子是由H＋被细胞膜上的H＋泵泵出细胞外，使细胞呈现内负外正的电位差，此时细胞外的电势高于细胞内的电势，某阳离子从细胞外向细胞内的扩散，属于顺电势梯度，A正确；由题干信息分析可知，K＋是阳离子，不断向细胞内扩散，根据题意“最终膜两侧离子浓度不相等，但离子扩散速度相等，达到了平衡状态”，可推测扩散平衡时，细胞内的K＋浓度大于细胞外的K＋浓度，B错误；蛋白质解离出的H＋被膜上H＋泵泵出细胞外的方式为主动运输，C错误；水分子进出细胞的方式是协助扩散和自由扩散，在达到杜南平衡状态时，细胞内外会发生水分子的交换，D错误。]
2．(多选)(2023·江苏百校联考)冰叶日中花(简称冰菜)是一种耐盐性极强的盐生植物，其茎、叶表面有盐囊细胞，下图表示盐囊细胞中4种离子的转运方式。相关叙述正确的是( )
A．NHX运输Na＋有利于提高液泡溶液渗透压
B．P型和V型ATP酶转运H＋为NHX转运Na＋提供动力
C．CLC开放后H＋和Cl－顺浓度梯度转运属于主动运输
D．图中一种转运蛋白可转运多种离子，一种离子可由多种转运蛋白转运，不能体现特异性
AB [NHX向细胞外和液泡内运输Na＋，降低了细胞质基质中Na＋含量，提高了细胞液的浓度，有利于提高液泡溶液渗透压，A正确；P型和V型ATP酶转运H＋，从而使细胞外和细胞液有较高的H＋浓度，细胞质基质H＋浓度较低，H＋顺浓度内流进细胞为NHX将Na＋转运出细胞提供动力，H＋顺浓度外流入细胞质基质可以为NHX将Na＋转运进液泡提供动力，B正确；P型、V型ATP酶的工作造成细胞液中H＋浓度高于细胞质基质，CLC顺浓度梯度转运H＋没有问题，但是Cl－的转运方式无法据图得出，如果是顺浓度的，那么二者都是协助扩散而非主动运输，C错误；从图示信息可知，一种转运蛋白可转运多种特定的离子，一种离子可由多种特定的转运蛋白转运，能体现转运蛋白的特异性，D错误。]
1．(多选)(2022·辽宁卷，17)Fe3＋通过运铁蛋白与受体结合被输入哺乳动物生长细胞，最终以Fe2＋形式进入细胞质基质，相关过程如图所示。细胞内若Fe2＋过多会引发膜脂质过氧化，导致细胞发生铁依赖的程序性死亡，称为铁死亡。下列叙述正确的是( )
注：早期内体和晚期内体是溶酶体形成前的结构形式
A．铁死亡和细胞自噬都受基因调控
B．运铁蛋白结合与释放Fe3＋的环境pH不同
C．细胞膜的脂质过氧化会导致膜流动性降低
D．运铁蛋白携带Fe3＋进入细胞不需要消耗能量
ABC [铁死亡是一种铁依赖性的，区别于细胞凋亡、细胞坏死、细胞自噬的新型的细胞程序性死亡方式，受基因调控，A正确；从图中运铁蛋白与铁离子的结合及分离，可以看出运铁蛋白结合Fe3＋的环境在细胞外液，PH接近中性，释放Fe3＋的环境在晚期内体，PH为5.0，二者的PH不同，B正确；细胞膜的脂质过氧化会导致细胞死亡，细胞膜流动性降低，C正确；铁离子进入细胞的方式为胞吞，并非主动运输，运铁蛋白运出细胞的过程为胞吐，胞吞与胞吐过程都需要消耗细胞代谢释放的能量，即需要ATP水解并提供能量，D错误。]
2．(2021·湖北卷，11)红细胞在高渗NaCl溶液(浓度高于生理盐水)中体积缩小，在低渗NaCl溶液(浓度低于生理盐水)中体积增大。下列有关该渗透作用机制的叙述，正确的是( )
A．细胞膜对Na＋和Cl－的通透性远高于水分子，水分子从低渗溶液运输至高渗溶液
B．细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－，水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液
C．细胞膜对Na＋和Cl－的通透性远高于水分子，Na＋和Cl－从高渗溶液扩散至低渗溶液
D．细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－，Na＋和Cl－从高渗溶液扩散至低渗溶液
B [大多数水分子以协助扩散的方式进出细胞，少数水分子以自由扩散的方式进出细胞，而Na＋和Cl－以主动运输的方式进出红细胞。自由扩散和协助扩散比主动运输更容易，故细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－。由于自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度运输，主动运输是逆浓度梯度运输，故水分子从低渗溶液运输至高渗溶液，Na＋和Cl－从低渗溶液运输至高渗溶液，B正确，A、C、D错误。]
3．(2021·江苏卷，3)细胞可运用不同的方式跨膜转运物质，下列相关叙述错误的是( )
A．物质自由扩散进出细胞的速度既与浓度梯度有关，也与分子大小有关
B．小肠上皮细胞摄入和运出葡萄糖与细胞质中各种溶质分子的浓度有关
C．神经细胞膜上运入K＋的载体蛋白和运出K＋的通道蛋白都具有特异性
D．肾小管上皮细胞通过主动运输方式重吸收氨基酸
B [物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，自由扩散是物质顺浓度梯度的跨膜运输，不需要转运蛋白的协助，也不需要消耗能量，被运输物质的膜内外浓度梯度的大小和物质分子本身的大小会直接影响自由扩散的速率，A正确；小肠上皮细胞摄入葡萄糖的方式是主动运输，影响因素是能量的供应和载体蛋白的数量，小肠上皮细胞运出葡萄糖的方式是协助扩散，影响因素是葡萄糖在细胞内外的浓度差和载体蛋白的数量，B错误；通道蛋白和载体蛋白统称为转运蛋白，都是有特异性的，C正确；肾小管吸收氨基酸的过程是逆浓度梯度进行的，是主动运输，D正确。]
4．(2021·广东卷，13)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是( )
A．比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后
B．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
C．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
D．推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
A [通过题图分析可知，①细胞处吸水量少于③处细胞，说明保卫细胞细胞液浓度①处理后>③处理后，A错误；②处细胞失水，故质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中，B正确；滴加③后细胞大量吸水，故滴加③后有较多水分子进入保卫细胞，C正确；通过分析可知，推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③，D正确。]
5．(2021·湖南卷，3)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是( )
A．施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关
B．质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁
C．质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低
D．1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
D [施肥过多使外界溶液浓度过高，大于细胞液的浓度，细胞发生质壁分离导致植物过度失水而死亡，引起“烧苗”现象，A正确；发生质壁分离的内因是细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性，而原生质层包括细胞膜、液泡膜以及之间的细胞质，质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部与细胞壁分开，B正确；植物细胞在发生质壁分离复原的过程中，因不断吸水导致细胞液的浓度逐渐降低，与外界溶液浓度差减小，细胞的吸水能力逐渐降低，C正确；溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，1 mol/L的NaCl溶液和1 mol/L的葡萄糖溶液的渗透压不相同，因NaCl溶液中含有钠离子和氯离子，故其渗透压高于葡萄糖溶液，D错误。]
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