(共58张PPT)
第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
1.通过模拟实验探究膜的透性，说明漏斗中高于烧杯液面的水柱形成的原因，进而理解水进出细胞的原理。（科学探究、科学思维）
2.通过观察植物细胞质壁分离和复原的实验，培养学生的实验操作能力及对实验结果的分析能力。（科学思维、科学探究）
3.通过比较自由扩散和协助扩散的示意图，归纳二者的异同点，说明被动运输的特点，并联系生活实际，理解被动运输的意义。（科学思维、社会责任）
一、水进出细胞的原理——渗透作用
1.概念：水分子（或其他溶剂分子）通过________的扩散，称为渗透作用。
2.条件
（1）具有________。
半透膜
半透膜
（2）膜两侧溶液具有________。（指的是物质的量浓度而非质量浓度）
浓度差
①水分的流动判断：当溶液浓度________时，水分就通过半透膜由 流向 ；当溶液
浓度________时，水分就通过半透膜由 流向 。
②在达到渗透平衡后，若存在上图所示的液面差 ，则 溶液浓度___ 溶液浓度。
因为液面高的一侧形成的静水压，会______溶剂由溶液浓度低的一侧向溶液浓度高的
一侧扩散（即液面高的一侧浓度也高）。
阻止
3.动物细胞（以哺乳动物红细胞为例）的吸水和失水
（1）动物细胞的________相当于一层半透膜。
（2）条件及现象
过程 条件 现象
吸水 外界溶液的浓度___细胞质的浓度
失水 外界溶液的浓度___细胞质的浓度
渗透平衡 外界溶液的浓度___细胞质的浓度
细胞膜
4.植物细胞的吸水和失水
（1）成熟植物细胞的结构
液泡膜
全透性
小
选择透过性
半透膜
大
细胞液
（2）现象
①当外界溶液浓度___细胞液浓度时，细胞通过渗透作用失水，植物细胞逐渐发生质壁
分离。
②当外界溶液浓度___细胞液浓度时，植物细胞吸水，细胞略涨大，但不破裂，因为植
物细胞的细胞壁具有保护和支持作用。
二、探究植物细胞的吸水和失水
1.实验原理
成熟的植物细胞的__________相当于一层半透膜，________具有一定的浓度，能够渗
透失水和吸水。
原生质层
细胞液
2.实验步骤及现象
紫色
蔗糖溶液
逐渐变小
加深
逐渐分离
逐渐变大
变浅
3.实验结果
试剂 中央液泡大小 原生质层的位置 细胞大小 发生的现象
的 蔗糖溶液 变小 原生质层脱离细胞壁 基本不变 __________
清水 逐渐恢复原来大 小 逐渐恢复 原来位置 基本不变 _____________
4.发生质壁分离的原因
（1）外部因素：外界溶液浓度______细胞液浓度时，发生__________现象。
（2）内部因素：原生质层比细胞壁的________大；原生质层具有选择透过性。
质壁分离
质壁分离复原
大于
质壁分离
伸缩性
三、自由扩散和协助扩散
1.被动运输：物质以______方式进出细胞，________消耗细胞内化学反应所释放的能
量的跨膜运输方式。被动运输分为自由扩散和协助扩散两类。
2.自由扩散和协助扩散
扩散
不需要
自由扩散（也叫简单扩散） 协助扩散（也叫易化扩散）
图示 ____ ____
概念 物质通过简单的__________进出 细胞的方式 借助膜上的__________进出细胞的物
质扩散方式
条件 不需要__________，不消耗____ ___ 需要__________，不消耗能量
运输方向 ________一侧 ________一侧
举例 、 、甘油、乙醇、苯等 物质 离子、葡萄糖、氨基酸等的顺浓度梯
度跨膜运输
甲
乙
扩散作用
转运蛋白
转运蛋白
能量
转运蛋白
高浓度
低浓度
3.转运蛋白可以分为__________和__________两种类型。
（1）载体蛋白只容许与______________相适应的分子或离子通过，每次转运时都会发
生__________的改变。
（2）通道蛋白只容许与______________________相适配、____________相适宜的分子
或离子通过。
载体蛋白
通道蛋白
自身结合部位
自身构象
自身通道的直径和形状
大小和电荷
任务1 探究水进出细胞的原理
活动1 阅读课本P62～63，结合资料探究渗透作用和水进出动物细胞的原理
资料一 2022年冬奥会，崇礼和延庆会场饮用水处理项目采用先进的膜处理工艺为
冬奥会提供合格饮用水，超滤产水规模为20 000吨/日，其中就涉及渗透装置。某中学
生物兴趣小组的同学用三套简易渗透系统装置分别进行A、B、C三组实验，装置A如
图所示，漏斗内是质量浓度为 的蔗糖溶液（蔗糖分子不能通过半透膜），装
置B和装置A相同，但用针在半透膜上扎了多个小孔，装置C与装置A的差别是漏斗内
外都是质量浓度为 的蔗糖溶液。三组实验在初始时需保持内外液面相平。
资料二 将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后发生变化如下图所示。
请回答下列问题：
1.资料一中，装置A漏斗中液面升高了，为什么？
提示 烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高，发生了渗透作用。事实上半透膜两侧的水分子都能通过扩散作用自由进出。由于单位体积内烧杯中水的相对含量比单位体积内漏斗蔗糖溶液中水的相对含量高，因此烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快，导致漏斗中水量增加，液面上升。
2.资料一中，装置B和C中漏斗液面没有升高，为什么？说明渗透作用的发生必须具备什么条件？
提示 装置B中半透膜被针扎了多个小孔，说明半透膜被破坏，具有全透性。装置C中漏斗内外都是质量浓度为 的蔗糖溶液，说明半透膜两侧溶液无浓度差。因此，二者均没有发生渗透作用。说明渗透作用的发生必须具备两个条件：①有半透膜；②半透膜两侧溶液有浓度差。
3.资料二中，红细胞中的血红蛋白等有机物不能透过细胞膜，这些有机物相当于资料一渗透装置中的什么物质？红细胞的细胞膜相当于渗透装置中的什么物质？
提示 红细胞中的血红蛋白相当于渗透装置中的蔗糖分子，红细胞的细胞膜相当于半透膜。
4.临床上输液为什么要用生理盐水？
提示 因为生理盐水的渗透压与血浆的渗透压基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。
活动2 阅读课本P64~65，结合实验探究水进出植物细胞的原理
1.处在干旱环境中的一盆栽植物，它会表现出什么样的状态？当给它浇足了水后，它又会表现出什么样的状态？ 对于一个植物细胞来说，它能不能与外界溶液构成一个渗透系统呢？哪些结构相当于半透膜？请将一个成熟的植物细胞结构与渗透作用模型作比较。
提示 干旱的环境中，植物会出现萎蔫现象，而给它浇足水后，它会变得硬挺。成熟植物细胞和外界溶液形成的渗透系统与渗透作用模型的比较如下：
项目 渗透作用模型 成熟植物细胞与外界溶液形成的渗透系统
图解
项目 渗透作用模型 成熟植物细胞与外界溶液形成的渗透系统
基本条件 半透膜、浓度差 原生质层——相当于半透膜；
浓度差——细胞液与外界溶液之间的浓度
差
原理 水分子通过半透膜的 扩散作用 水分子通过原生质层在细胞液与外界溶液
之间发生扩散
水扩散总趋势 低浓度溶液 高浓度溶液
续表
2.由于植物细胞的结构与动物细胞的结构有明显的区别，因此，由植物细胞吸水和失
水后引起的细胞变化会有所不同。可利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞做以下探究：首
先，取材制成临时装片，放在显微镜下观察，将会观察到原生质层与细胞壁紧密贴合
在一起；然后，取下装片，用引流法，将质量浓度为 的蔗糖溶液滴加在盖玻
片一侧，用吸水纸在盖玻片的另一侧引流，重复几次，让细胞浸润在蔗糖溶液中。
（1）这时将装片放在显微镜下，可以观察到什么现象
提示植物细胞因为失水，液泡体积变小，颜色变深，原生质层与细胞壁发生了分离（质壁分离）。
（2）在盖玻片一侧滴加清水，另一侧用吸水纸引流，重复几次，这时可以观察到什么现象
提示 植物细胞因为吸水，液泡体积变大，颜色变浅，原生质层与细胞壁紧贴在一起，恢复原状（质壁分离复原）。
（3）在本实验中，观察时前后使用了几次显微镜，并形成几组对照实验？
提示 三次使用显微镜。第一次是用显微镜观察正常状态的植物细胞，第二次是用蔗糖溶液处理后观察质壁分离，第三次是用清水处理后观察质壁分离复原。两组对照实验，第一组是正常状态下的细胞和发生质壁分离的细胞的对照，第二组是发生质壁分离的细胞和发生质壁分离复原的细胞的对照。
（4）在本实验中，使用光学显微镜观察时是否需要从低倍镜转换为高倍镜
提示 否。
3.所有植物细胞都会发生质壁分离吗
提示 并非所有的植物细胞都能发生质壁分离：①只有成熟的具有大液泡的植物细胞能发生质壁分离，未成熟的植物细胞不能发生质壁分离（如根尖分生区）；②细胞液浓度大于或等于外界溶液浓度时，植物细胞也不能发生质壁分离。
4.发生质壁分离后的植物细胞都能复原吗
提示 发生质壁分离后的植物细胞不一定都能复原：①若细胞失水过多，细胞死亡，则已死亡的细胞不会再发生质壁分离复原；②若植物细胞未放在低于细胞液浓度的溶液中，细胞也不会发生质壁分离复原。
5.洋葱内表皮细胞能否发生质壁分离 该过程在显微镜下能观察到吗
提示 能。由于洋葱内表皮细胞中不含色素，故原生质层为无色。滴加 蔗糖溶液后，虽然细胞发生了质壁分离，但不易观察到质壁分离现象。若要在显微镜下观察清楚，可在蔗糖溶液中滴加适量的墨水（如红墨水）。由于细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，而细胞壁是全透性的，因此原生质层和细胞壁之间为墨水颜色，而原生质层为无色，便于观察质壁分离现象。
认知生成
模型 图示 发生渗透作用的条件
半透膜 浓度差
人工渗透系统 人工半透膜 内外侧溶液存在浓度差
动物细胞 细胞膜 细胞质和外界溶液存在浓
度差
模型 图示 发生渗透作用的条件
半透膜 浓度差
植物细胞 原生质层 细胞液和外界溶液存在浓
度差
续表
例1 下图所示漏斗内溶液 和漏斗外溶液 为两种不同浓度的蔗糖溶液（蔗糖分
子不能透过半透膜），漏斗内外起始液面一致，渗透平衡时的液面差为 。下列叙述
错误的是( )。
A
A.达到渗透平衡时，水分子不会透过半透膜
B.用纱布代替半透膜，蔗糖分子可自由通过
C.提高两种溶液的浓度差，则达到渗透平衡时 会更大
D.实验开始时 溶液浓度大于 溶液，达到渗透平衡时 溶
液浓度仍大于 溶液
[解析] 达到渗透平衡时，水分子进出半透膜达到平衡，仍有水分子的进出，A错误；纱布空隙较大，用纱布代替半透膜，蔗糖分子可以自由通过，B正确；达到渗透平衡时，膜两侧的溶液对膜所产生的压力是相同的，如果提高两种溶液的浓度差，则 必定增大，这样 产生的压力才能与漏斗内因溶液浓度差增大产生的压力相抵消，C正确；据达到渗透平衡时存在液面差可知，实验开始时 溶液浓度大于 溶液，达到渗透平衡时由于有液面差的存在， 溶液浓度仍大于 溶液，D正确。
对点练1 图1表示物质通过半透膜的扩散情
况，图2是证明图1物质扩散成立的实验装
置。图2中长颈漏斗倒置于盛有蒸馏水的玻
璃槽中，先在倒置的长颈漏斗内加入蔗糖
D
A.未加蔗糖酶之前，玻璃槽中的水分子比实验开始时少
B.未加蔗糖酶之前，漏斗中液面将先上升后维持在一定高度
C.加蔗糖酶之后，在玻璃槽中可以检测到葡萄糖和果糖
D.加蔗糖酶之后，漏斗中液面将先上升后下降直至漏斗内外液面持平
溶液，一段时间后再加入一定量的蔗糖酶。不可能出现的实验现象是( )。
[解析] 根据题图分析，长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，导致漏斗中溶液的浓度大于玻璃槽中溶液的浓度，又由于蔗糖不能通过半透膜，因此进入漏斗中的水分子多于从漏斗中出来的水分子，进而导致漏斗中液面上升，当液面差产生的压力与浓度差产生的渗透压相同时，漏斗内液面高度不再上升，维持在一定高度。加入蔗糖酶后，蔗糖被水解成葡萄糖和果糖，漏斗中分子变多，而单糖分子进入玻璃槽中需要一定的时间，所以液面应该继续上升后再下降。漏斗内蔗糖酶不能通过半透膜，因此漏斗中溶液浓度高于玻璃槽中溶液浓度，最终漏斗中液面高于玻璃槽中液面，不会出现液面持平现象，D符合题意。
例2 将洋葱某部位细胞置于一定浓度的物质 溶液中，得到如图所示结果。以下分析
不正确的是( )。
B
A. 表示细胞相对体积变化， 表示原生质体
相对体积变化
B.该部位可能位于洋葱的根尖分生区
C.该细胞发生质壁分离后又自动复原，因此
溶液不可能为蔗糖溶液
D.通过该实验可说明细胞壁的伸缩性小于原生
质层
[解析] ， 两曲线存在下降的趋势，说明细胞发生了质壁分离，由于质壁分
离时原生质体体积变化量大于细胞体积变化量，图中B曲线下降程度大于A曲线，故A
表示细胞相对体积变化，B表示原生质体相对体积变化，A正确；洋葱根尖分生区细胞
没有大液泡，不能发生质壁分离，B错误；分析题图可知，原生质体的相对体积先减
小后增大，说明该细胞发生质壁分离后又自动复原，植物细胞在蔗糖溶液中不能发生
质壁分离后自动复原的现象，C正确；该实验中细胞发生了质壁分离，可说明细胞壁
的伸缩性小于原生质层，D正确。
1.通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断是否发生质壁分离及复原现象：当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞发生质壁分离；当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时，植物细胞吸水或发生质壁分离复原；当细胞外溶液浓度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.根据质量或长度变化（如萝卜条）来判断：若质量增加或长度变长，则吸水；反之，则失水。
3.质壁分离自动复原现象：采用一定浓度的 溶液会引发质壁分离，但由于植物生命活动的需要，会主动吸收 和 进入细胞，因此一段时间后因为细胞失水和主动吸收离子，细胞液浓度将大于外界溶液浓度，出现自动复原现象。但如果 溶液浓度过高，会导致植物细胞失水过多而死亡，不会出现质壁分离复原现象。
对点练2 （不定项）用某种植物细胞进行“植物细胞质壁分离及质壁分离复原”实验，
下列叙述正确的是( )。
C
A.图中细胞处于质壁分离状态，②和③构成的原生质层起到
半透膜的作用
B.若该细胞为黑藻叶肉细胞，则质壁分离过程中④的颜色会
越来越深
C.若该实验为将紫色洋葱内表皮细胞置于适宜浓度的
溶液中，则细胞的吸水能力先增大后减小最后趋于稳定
D.若该实验为将紫色洋葱外表皮细胞置于 蔗糖溶
液中，则一段时间后，图中细胞体积会明显缩小
[解析] 原生质层是由②③以及两者之间的细胞质构成的，A错误；若该细胞为黑藻叶肉细胞，则④无色，B错误；若该实验为将紫色洋葱内表皮细胞置于适宜浓度的 溶液中，由于 、 可被细胞主动吸收，细胞将会先失水后吸水，最后达到平衡，因此细胞的吸水能力先增大后减小最后趋于稳定，C正确；若该实验为将紫色洋葱外表皮细胞置于 蔗糖溶液中，则细胞失水，但由于细胞壁的存在，细胞体积基本不变，D错误。
任务2 探讨自由扩散和协助扩散的机制
活动3 阅读课本P66～67，探讨自由扩散和协助扩散的特点，结合材料回答下列问题
很早之前，有人发现在动物肾脏内，水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散（图a）的速率。1988年，科学家才成功将构成水通道的蛋白质分离出来，它是一种与水跨膜运输有关的水通道蛋白，即“水孔”。目前在人类细胞中已发现了13种水通道蛋白，后续又在植物、动物细胞中检测出多种离子通道。通道蛋白和载体蛋白是协助物质跨膜运输（协助扩散）时的两种转运蛋白（如图b和图c，其中通道蛋白的转运速率比载体蛋白快得多）。请回答下列问题：
1.水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散的速率，说明水的跨膜运输方式还有_______
___________。
协助扩散
2.从细胞膜的结构分析，由于___________________________________________，因此
水分子通过自由扩散的方式进出细胞膜时会受到一定的阻碍。
细胞膜的磷脂双分子层内部具有疏水性
3.细胞膜上跨膜蛋白的合成过程类似于分泌蛋白，在核糖体上合成的肽链，需要运送
到________________________（细胞器）中加工修饰后再运输到细胞膜上。
内质网和高尔基体
4.协助扩散和自由扩散的主要区别是什么？
提示 协助扩散需要转运蛋白进行协助，自由扩散不需要。
5.从图b和图c来看，通过协助扩散运输的物质在细胞膜两侧有什么差异？协助扩散的速率只由膜内外的浓度差决定吗？
提示 细胞膜两侧的物质浓度不相等，物质从高浓度一侧向低浓度一侧运输。不是，协助扩散的速率还与转运蛋白的数量有关。
6.为什么通道蛋白的转运速率比载体蛋白快得多？
提示 物质通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，从而导致通道蛋白的转运速率比载体蛋白快得多。
认知生成
1.被动运输的种类和特点
2.载体蛋白 通道蛋白
载体蛋白 通道蛋白
转运特点 只容许与自身结合部位相适 应的分子或离子通过 只容许与自身通道的直径和形状相适
配、大小和电荷相适宜的分子或离子
通过
是否与转运的 分子结合 结合 不结合
是否有特异性 具有 具有
实例 葡萄糖通过载体蛋白进入红 细胞 水分子通过水通道蛋白进出细胞
3.影响因素
例3 下列说法错误的是( )。
D
A.水分子被小肠上皮细胞吸收是顺浓度梯度进行的
B.葡萄糖进入红细胞需要转运蛋白的协助
C.乙醇分子进出小肠上皮细胞通过自由扩散方式进行
D.维生素 被小肠上皮细胞吸收属于协助扩散
[解析] 水分子被小肠上皮细胞吸收的过程不消耗能量，属于被动运输，是顺浓度梯度进行的，A正确；葡萄糖进入红细胞需要运输葡萄糖的转运蛋白的协助，B正确；乙醇分子进出小肠上皮细胞是通过自由扩散的方式进行的，C正确；维生素D属于脂质中的固醇类物质，其被小肠上皮细胞吸收属于自由扩散，D错误。
1.载体蛋白具有特异性：一种载体蛋白只能协助运输一种类型的分子或离子，而对其他分子或离子的运输没有作用。不同细胞膜上载体蛋白的种类和数量不同。
2.判断物质是进细胞还是出细胞时，要先判断细胞膜的内外。可根据糖被的分布位置进行判断，糖被位于细胞膜的外侧。
对点练3 图甲、乙分别表示载体蛋白介导和通道蛋白介导的两种协助扩散方式，其中
通道蛋白介导的扩散比载体蛋白介导的快得多。下列叙述正确的是( )。
A
A.参与协助扩散的转运蛋白可以是载体蛋白或通道蛋白
B.协助扩散时，不消耗能量，载体蛋白不会发生构象改变
C.只有图甲所示的物质跨膜运输方式属于被动运输
D.红细胞吸收葡萄糖的方式可用图乙表示
[解析] 协助扩散时，不消耗能量，但载体蛋白会发生构象改变，B错误；图甲、乙所示的两种物质跨膜运输方式都属于被动运输，C错误；红细胞吸收葡萄糖需要借助载体蛋白，应用图甲表示，D错误。
素能提升 联系实际，分析水通道蛋白机理（科学解释能力）
科学工作者为了研究细胞膜上水通道蛋白（AQP）的功能，选用 缺失的非洲爪蟾卵母细胞进行实验，相关处理及结果见下表。已知等渗溶液的浓度与细胞内液体的浓度相当，低渗溶液的浓度比细胞内液体的浓度低，重金属会导致蛋白质变性。回答下列问题：
实验组号 在等渗溶液中进行的处理 在低渗溶液中测定卵母细胞的水
通透速率/
Ⅰ 将 缺失的卵母细胞放入等渗溶液 中 27.9
Ⅱ 将 移植到 缺失的卵母细胞的 膜上 210.0
Ⅲ 将部分Ⅱ组细胞放入含 的等渗溶 液中 80.7
Ⅳ 将部分Ⅲ组细胞放入含试剂 的等渗溶 液中 188.0
（1）发生渗透现象时，水分子的流动方向是从__________（填“低渗溶液”或“高渗溶
液”）通过半透膜流向__________（填“低渗溶液”或“高渗溶液”）。将Ⅰ组的 缺失
的卵母细胞放入低渗溶液后，水分子以__________的方式穿过磷脂双分子层进入卵母
细胞。
低渗溶液
高渗溶液
自由扩散
[解析] 发生渗透现象时，水分子进行被动运输，水分子的流动方向是从低渗溶液（水
分子含量高）通过半透膜流向高渗溶液（水分子含量低）。将Ⅰ组的 缺失的卵母
细胞放入低渗溶液后，由于缺少通道蛋白协助，水分子以自由扩散的方式穿过磷脂双
分子层进入卵母细胞。
（2）已知 是在常温常压下呈液体状态的重金属，与Ⅱ组细胞相比，Ⅲ组细胞对水
的通透性______，从分子结构上分析，原因可能是_______________________________
_____。
减弱
重金属 破坏了 的部分空间结构
[解析] 水分子的流动方向是从低渗溶液（水分子含量高）通过半透膜流向高渗溶液（水分子含量低），需要通道蛋白协助，与Ⅱ组细胞相比，由于Ⅲ组重金属 破坏了 的部分空间结构，细胞对水的通透性减弱。
（3）与Ⅲ组细胞相比，Ⅳ组细胞对水的通透性______，原因可能是试剂 __________
___________________。
增强
恢复了 的部分空间结构
[解析] 分析表格可知，Ⅲ组重金属 破坏了 的部分空间结构，导致细胞对水的
通透性减弱，Ⅳ组将部分Ⅲ组细胞放入含试剂 的等渗溶液中，Ⅳ组细胞对水的通透
性增强，由此推测可能是试剂 恢复了 的部分空间结构。
（4）细胞膜上通道蛋白转运的物质具有特异性，从通道蛋白的角度分析，其原因是___
______________________________________________________________________________。
通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
课堂小结
课堂小测
1.判断正误。
（1）渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度。( )
×
（2）在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜。( )
×
（3）植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。( )
×
（4）通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离
子通过。( )
√
（5）甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。( )
×
2.细胞通过跨膜运输与外界进行物质交换。下列叙述正确的是( )。
B
A.依赖转运蛋白的跨膜运输是物质进出细胞的主要方式
B.不消耗能量和顺浓度梯度运输是被动运输的特点
C.自由扩散可以通过消耗能量加快物质进出细胞的速度
D.葡萄糖分子可以通过自由扩散进出细胞
[解析] 物质进出细胞的主要方式为被动运输和主动运输，被动运输包括自由扩散和协助扩散，协助扩散和主动运输都是依赖转运蛋白的跨膜运输， A 错误；自由扩散是物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，此过程不消耗能量，物质以自由扩散方式进出细胞的速度与膜内外的浓度差有关， C 错误；葡萄糖分子不能通过自由扩散进出细胞， D 错误。第1节 被动运输
【学习目标】
1.通过模拟实验探究膜的透性,说明漏斗中高于烧杯液面的水柱形成的原因,进而理解水进出细胞的原理。(科学探究、科学思维)
2.通过观察植物细胞质壁分离和复原的实验,培养学生的实验操作能力及对实验结果的分析能力。(科学思维、科学探究)
3.通过比较自由扩散和协助扩散的示意图,归纳二者的异同点,说明被动运输的特点,并联系生活实际,理解被动运输的意义。(科学思维、社会责任)
【自主预习】
一、水进出细胞的原理——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,称为渗透作用。
2.条件
(1)具有 半透膜 。
(2)膜两侧溶液具有 浓度差 。(指的是物质的量浓度而非质量浓度)
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 S1②在达到渗透平衡后,若存在上图所示的液面差Δh,则S1溶液浓度 > S2溶液浓度。因为液面高的一侧形成的静水压,会 阻止 溶剂由溶液浓度低的一侧向溶液浓度高的一侧扩散(即液面高的一侧浓度也高)。
3.动物细胞(以哺乳动物红细胞为例)的吸水和失水
(1)动物细胞的 细胞膜 相当于一层半透膜。
(2)条件及现象
过程 条件 现象
吸水 外界溶液的浓度 < 细胞质的浓度
失水 外界溶液的浓度 > 细胞质的浓度
渗透 平衡 外界溶液的浓度 = 细胞质的浓度
4.植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
(2)现象
①当外界溶液浓度 > 细胞液浓度时,细胞通过渗透作用失水,植物细胞逐渐发生质壁分离。
②当外界溶液浓度 < 细胞液浓度时,植物细胞吸水,细胞略涨大,但不破裂,因为植物细胞的细胞壁具有保护和支持作用。
二、探究植物细胞的吸水和失水
1.实验原理
成熟的植物细胞的 原生质层 相当于一层半透膜, 细胞液 具有一定的浓度,能够渗透失水和吸水。
2.实验步骤及现象
3.实验结果
试剂 中央液 泡大小 原生质层的位置 细胞大小 发生的现象
0.3 g/mL 的蔗糖溶液 变小 原生质层脱离细胞壁 基本不变 质壁分离
清水 逐渐恢复 原来大小 逐渐恢复 原来位置 基本不变 质壁分离复原
4.发生质壁分离的原因
(1)外部因素:外界溶液浓度 大于 细胞液浓度时,发生 质壁分离 现象。
(2)内部因素:原生质层比细胞壁的 伸缩性 大;原生质层具有选择透过性。
三、自由扩散和协助扩散
1.被动运输:物质以 扩散 方式进出细胞, 不需要 消耗细胞内化学反应所释放的能量的跨膜运输方式。被动运输分为自由扩散和协助扩散两类。
2.自由扩散和协助扩散
自由扩散(也叫简单扩散) 协助扩散(也叫易化扩散)
图示 甲 乙
概念 物质通过简单的 扩散作用 进出细胞的方式 借助膜上的 转运蛋白 进出细胞的物质扩散方式
条件 不需要 转运蛋白 ,不消耗 能量 需要 转运蛋白 ,不消耗能量
运输 方向 高浓度 一侧→ 低浓度 一侧
举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯等物质 离子、葡萄糖、氨基酸等的顺浓度梯度跨膜运输
3.转运蛋白可以分为 载体蛋白 和 通道蛋白 两种类型。
(1)载体蛋白只容许与 自身结合部位 相适应的分子或离子通过,每次转运时都会发生 自身构象 的改变。
(2)通道蛋白只容许与 自身通道的直径和形状 相适配、 大小和电荷 相适宜的分子或离子通过。
【合作探究】
任务1 探究水进出细胞的原理
活动1 阅读课本P62~63,结合资料探究渗透作用和水进出动物细胞的原理
资料一 2022年冬奥会,崇礼和延庆会场饮用水处理项目采用先进的膜处理工艺为冬奥会提供合格饮用水,超滤产水规模为20 000吨/日,其中就涉及渗透装置。某中学生物兴趣小组的同学用三套简易渗透系统装置分别进行A、B、C三组实验,装置A如图所示,漏斗内是质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液(蔗糖分子不能通过半透膜),装置B和装置A相同,但用针在半透膜上扎了多个小孔,装置C与装置A的差别是漏斗内外都是质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。三组实验在初始时需保持内外液面相平。
资料二 将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中,一段时间后发生变化如下图所示。
请回答下列问题:
1.资料一中,装置A漏斗中液面升高了,为什么
【提示】 烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高,发生了渗透作用。事实上半透膜两侧的水分子都能通过扩散作用自由进出。由于单位体积内烧杯中水的相对含量比单位体积内漏斗蔗糖溶液中水的相对含量高,因此烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快,导致漏斗中水量增加,液面上升。
2.资料一中,装置B和C中漏斗液面没有升高,为什么 说明渗透作用的发生必须具备什么条件
【提示】 装置B中半透膜被针扎了多个小孔,说明半透膜被破坏,具有全透性。装置C中漏斗内外都是质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,说明半透膜两侧溶液无浓度差。因此,二者均没有发生渗透作用。说明渗透作用的发生必须具备两个条件:①有半透膜;②半透膜两侧溶液有浓度差。
3.资料二中,红细胞中的血红蛋白等有机物不能透过细胞膜,这些有机物相当于资料一渗透装置中的什么物质 红细胞的细胞膜相当于渗透装置中的什么物质
【提示】 红细胞中的血红蛋白相当于渗透装置中的蔗糖分子,红细胞的细胞膜相当于半透膜。
4.临床上输液为什么要用生理盐水
【提示】 因为生理盐水的渗透压与血浆的渗透压基本一致,血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。
活动2 阅读课本P64~65,结合实验探究水进出植物细胞的原理
1.处在干旱环境中的一盆栽植物,它会表现出什么样的状态 当给它浇足了水后,它又会表现出什么样的状态 对于一个植物细胞来说,它能不能与外界溶液构成一个渗透系统呢 哪些结构相当于半透膜 请将一个成熟的植物细胞结构与渗透作用模型作比较。
【提示】 干旱的环境中,植物会出现萎蔫现象,而给它浇足水后,它会变得硬挺。成熟植物细胞和外界溶液形成的渗透系统与渗透作用模型的比较如下:
项目 渗透作用模型 成熟植物细胞与外界溶液形成的渗透系统
图解
基本 条件 半透膜、浓度差 原生质层——相当于半透膜; 浓度差——细胞液与外界溶液之间的浓度差
原理 水分子通过半透膜的扩散作用 水分子通过原生质层在细胞液与外界溶液之间发生扩散
水扩散 总趋势 低浓度溶液→高浓度溶液
2.由于植物细胞的结构与动物细胞的结构有明显的区别,因此,由植物细胞吸水和失水后引起的细胞变化会有所不同。可利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞做以下探究:首先,取材制成临时装片,放在显微镜下观察,将会观察到原生质层与细胞壁紧密贴合在一起;然后,取下装片,用引流法,将质量浓度为0.3 g/mL 的蔗糖溶液滴加在盖玻片一侧,用吸水纸在盖玻片的另一侧引流,重复几次,让细胞浸润在蔗糖溶液中。
(1)这时将装片放在显微镜下,可以观察到什么现象
(2)在盖玻片一侧滴加清水,另一侧用吸水纸引流,重复几次,这时可以观察到什么现象
(3)在本实验中,观察时前后使用了几次显微镜,并形成几组对照实验
(4)在本实验中,使用光学显微镜观察时是否需要从低倍镜转换为高倍镜
【提示】 (1)植物细胞因为失水,液泡体积变小,颜色变深,原生质层与细胞壁发生了分离(质壁分离)。
(2)植物细胞因为吸水,液泡体积变大,颜色变浅,原生质层与细胞壁紧贴在一起,恢复原状(质壁分离复原)。
(3)三次使用显微镜。第一次是用显微镜观察正常状态的植物细胞,第二次是用蔗糖溶液处理后观察质壁分离,第三次是用清水处理后观察质壁分离复原。两组对照实验,第一组是正常状态下的细胞和发生质壁分离的细胞的对照,第二组是发生质壁分离的细胞和发生质壁分离复原的细胞的对照。
(4)否。
3.所有植物细胞都会发生质壁分离吗
【提示】 并非所有的植物细胞都能发生质壁分离:①只有成熟的具有大液泡的植物细胞能发生质壁分离,未成熟的植物细胞不能发生质壁分离(如根尖分生区);②细胞液浓度大于或等于外界溶液浓度时,植物细胞也不能发生质壁分离。
4.发生质壁分离后的植物细胞都能复原吗
【提示】 发生质壁分离后的植物细胞不一定都能复原:①若细胞失水过多,细胞死亡,则已死亡的细胞不会再发生质壁分离复原;②若植物细胞未放在低于细胞液浓度的溶液中,细胞也不会发生质壁分离复原。
5.洋葱内表皮细胞能否发生质壁分离 该过程在显微镜下能观察到吗
【提示】 能。由于洋葱内表皮细胞中不含色素,故原生质层为无色。滴加0.3 g/mL蔗糖溶液后,虽然细胞发生了质壁分离,但不易观察到质壁分离现象。若要在显微镜下观察清楚,可在蔗糖溶液中滴加适量的墨水(如红墨水)。由于细胞膜具有控制物质进出细胞的功能,而细胞壁是全透性的,因此原生质层和细胞壁之间为墨水颜色,而原生质层为无色,便于观察质壁分离现象。
认知生成
模型 图示 发生渗透作用的条件
半透膜 浓度差
人工渗 透系统 人工半 透膜 内外侧溶液存在浓度差
动物 细胞 细胞膜 细胞质和外界溶液存在浓度差
植物 细胞 原生质层 细胞液和外界溶液存在浓度差
例1 下图所示漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液(蔗糖分子不能透过半透膜),漏斗内外起始液面一致,渗透平衡时的液面差为Δh。下列叙述错误的是( )。
A.达到渗透平衡时,水分子不会透过半透膜
B.用纱布代替半透膜,蔗糖分子可自由通过
C.提高两种溶液的浓度差,则达到渗透平衡时Δh会更大
D.实验开始时S1溶液浓度大于S2溶液,达到渗透平衡时S1溶液浓度仍大于S2溶液
【答案】 A
【解析】 达到渗透平衡时,水分子进出半透膜达到平衡,仍有水分子的进出,A错误;纱布空隙较大,用纱布代替半透膜,蔗糖分子可以自由通过,B正确;达到渗透平衡时,膜两侧的溶液对膜所产生的压力是相同的,如果提高两种溶液的浓度差,则Δh必定增大,这样Δh产生的压力才能与漏斗内因溶液浓度差增大产生的压力相抵消,C正确;据达到渗透平衡时存在液面差可知,实验开始时S1溶液浓度大于S2溶液,达到渗透平衡时由于有液面差的存在,S1溶液浓度仍大于S2溶液,D正确。
对点练1 图1表示物质通过半透膜的扩散情况,图2是证明图1物质扩散成立的实验装置。图2中长颈漏斗倒置于盛有蒸馏水的玻璃槽中,先在倒置的长颈漏斗内加入蔗糖溶液,一段时间后再加入一定量的蔗糖酶。不可能出现的实验现象是( )。
A.未加蔗糖酶之前,玻璃槽中的水分子比实验开始时少
B.未加蔗糖酶之前,漏斗中液面将先上升后维持在一定高度
C.加蔗糖酶之后,在玻璃槽中可以检测到葡萄糖和果糖
D.加蔗糖酶之后,漏斗中液面将先上升后下降直至漏斗内外液面持平
【答案】 D
【解析】 根据题图分析,长颈漏斗中先装入蔗糖溶液,导致漏斗中溶液的浓度大于玻璃槽中溶液的浓度,又由于蔗糖不能通过半透膜,因此进入漏斗中的水分子多于从漏斗中出来的水分子,进而导致漏斗中液面上升,当液面差产生的压力与浓度差产生的渗透压相同时,漏斗内液面高度不再上升,维持在一定高度。加入蔗糖酶后,蔗糖被水解成葡萄糖和果糖,漏斗中分子变多,而单糖分子进入玻璃槽中需要一定的时间,所以液面应该继续上升后再下降。漏斗内蔗糖酶不能通过半透膜,因此漏斗中溶液浓度高于玻璃槽中溶液浓度,最终漏斗中液面高于玻璃槽中液面,不会出现液面持平现象,D符合题意。
例2 将洋葱某部位细胞置于一定浓度的物质M溶液中,得到如图所示结果。以下分析不正确的是( )。
A.A表示细胞相对体积变化,B表示原生质体相对体积变化
B.该部位可能位于洋葱的根尖分生区
C.该细胞发生质壁分离后又自动复原,因此M溶液不可能为蔗糖溶液
D.通过该实验可说明细胞壁的伸缩性小于原生质层
【答案】 B
【解析】 0~2 h,AB两曲线存在下降的趋势,说明细胞发生了质壁分离,由于质壁分离时原生质体体积变化量大于细胞体积变化量,图中B曲线下降程度大于A曲线,故A表示细胞相对体积变化,B表示原生质体相对体积变化,A正确;洋葱根尖分生区细胞没有大液泡,不能发生质壁分离,B错误;分析题图可知,原生质体的相对体积先减小后增大,说明该细胞发生质壁分离后又自动复原,植物细胞在蔗糖溶液中不能发生质壁分离后自动复原的现象,C正确;该实验中细胞发生了质壁分离,可说明细胞壁的伸缩性小于原生质层,D正确。
【技巧归纳】
1.通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断是否发生质壁分离及复原现象:当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时,植物细胞发生质壁分离;当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时,植物细胞吸水或发生质壁分离复原;当细胞外溶液浓度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.根据质量或长度变化(如萝卜条)来判断:若质量增加或长度变长,则吸水;反之,则失水。
3.质壁分离自动复原现象:采用一定浓度的KNO3溶液会引发质壁分离,但由于植物生命活动的需要,会主动吸收K+和N进入细胞,因此一段时间后因为细胞失水和主动吸收离子,细胞液浓度将大于外界溶液浓度,出现自动复原现象。但如果KNO3溶液浓度过高,会导致植物细胞失水过多而死亡,不会出现质壁分离复原现象。
对点练2 (不定项)用某种植物细胞进行“植物细胞质壁分离及质壁分离复原”实验,下列叙述正确的是( )。
A.图中细胞处于质壁分离状态,②和③构成的原生质层起到半透膜的作用
B.若该细胞为黑藻叶肉细胞,则质壁分离过程中④的颜色会越来越深
C.若该实验为将紫色洋葱内表皮细胞置于适宜浓度的KNO3溶液中,则细胞的吸水能力先增大后减小最后趋于稳定
D.若该实验为将紫色洋葱外表皮细胞置于0.3 g/mL蔗糖溶液中,则一段时间后,图中细胞体积会明显缩小
【答案】 C
【解析】 原生质层是由②③以及两者之间的细胞质构成的,A错误;若该细胞为黑藻叶肉细胞,则④无色,B错误;若该实验为将紫色洋葱内表皮细胞置于适宜浓度的KNO3溶液中,由于K+、N可被细胞主动吸收,细胞将会先失水后吸水,最后达到平衡,因此细胞的吸水能力先增大后减小最后趋于稳定,C正确;若该实验为将紫色洋葱外表皮细胞置于0.3 g/mL蔗糖溶液中,则细胞失水,但由于细胞壁的存在,细胞体积基本不变,D错误。
任务2 探讨自由扩散和协助扩散的机制
活动3 阅读课本P66~67,探讨自由扩散和协助扩散的特点,结合材料回答下列问题
很早之前,有人发现在动物肾脏内,水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散(图a)的速率。1988年,科学家才成功将构成水通道的蛋白质分离出来,它是一种与水跨膜运输有关的水通道蛋白,即“水孔”。目前在人类细胞中已发现了13种水通道蛋白,后续又在植物、动物细胞中检测出多种离子通道。通道蛋白和载体蛋白是协助物质跨膜运输(协助扩散)时的两种转运蛋白(如图b和图c,其中通道蛋白的转运速率比载体蛋白快得多)。请回答下列问题:
1.水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散的速率,说明水的跨膜运输方式还有 。
【提示】 协助扩散。
2.从细胞膜的结构分析,由于 ,因此水分子通过自由扩散的方式进出细胞膜时会受到一定的阻碍。
【提示】 细胞膜的磷脂双分子层内部具有疏水性。
3.细胞膜上跨膜蛋白的合成过程类似于分泌蛋白,在核糖体上合成的肽链,需要运送到 (细胞器)中加工修饰后再运输到细胞膜上。
【提示】 内质网和高尔基体。
4.协助扩散和自由扩散的主要区别是什么
【提示】 协助扩散需要转运蛋白进行协助,自由扩散不需要。
5.从图b和图c来看,通过协助扩散运输的物质在细胞膜两侧有什么差异 协助扩散的速率只由膜内外的浓度差决定吗
【提示】 细胞膜两侧的物质浓度不相等,物质从高浓度一侧向低浓度一侧运输。不是,协助扩散的速率还与转运蛋白的数量有关。
6.为什么通道蛋白的转运速率比载体蛋白快得多
【提示】 物质通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,从而导致通道蛋白的转运速率比载体蛋白快得多。
认知生成
1.被动运输的种类和特点
被动运输
2.载体蛋白≠通道蛋白
载体蛋白 通道蛋白
转运特点 只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过 只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
是否与转运 的分子结合 结合 不结合
是否有特异性 具有 具有
实例 葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞 水分子通过水通道蛋白进出细胞
3.影响因素
例3 下列说法错误的是( )。
A.水分子被小肠上皮细胞吸收是顺浓度梯度进行的
B.葡萄糖进入红细胞需要转运蛋白的协助
C.乙醇分子进出小肠上皮细胞通过自由扩散方式进行
D.维生素D被小肠上皮细胞吸收属于协助扩散
【答案】 D
【解析】 水分子被小肠上皮细胞吸收的过程不消耗能量,属于被动运输,是顺浓度梯度进行的,A正确;葡萄糖进入红细胞需要运输葡萄糖的转运蛋白的协助,B正确;乙醇分子进出小肠上皮细胞是通过自由扩散的方式进行的,C正确;维生素D属于脂质中的固醇类物质,其被小肠上皮细胞吸收属于自由扩散,D错误。
【技巧归纳】
1.载体蛋白具有特异性:一种载体蛋白只能协助运输一种类型的分子或离子,而对其他分子或离子的运输没有作用。不同细胞膜上载体蛋白的种类和数量不同。
2.判断物质是进细胞还是出细胞时,要先判断细胞膜的内外。可根据糖被的分布位置进行判断,糖被位于细胞膜的外侧。
对点练3 图甲、乙分别表示载体蛋白介导和通道蛋白介导的两种协助扩散方式,其中通道蛋白介导的扩散比载体蛋白介导的快得多。下列叙述正确的是( )。
A.参与协助扩散的转运蛋白可以是载体蛋白或通道蛋白
B.协助扩散时,不消耗能量,载体蛋白不会发生构象改变
C.只有图甲所示的物质跨膜运输方式属于被动运输
D.红细胞吸收葡萄糖的方式可用图乙表示
【答案】 A
【解析】 协助扩散时,不消耗能量,但载体蛋白会发生构象改变,B错误;图甲、乙所示的两种物质跨膜运输方式都属于被动运输,C错误;红细胞吸收葡萄糖需要借助载体蛋白,应用图甲表示,D错误。
素能提升 联系实际,分析水通道蛋白机理(科学解释能力)
科学工作者为了研究细胞膜上水通道蛋白(AQP)的功能,选用AQP缺失的非洲爪蟾卵母细胞进行实验,相关处理及结果见下表。已知等渗溶液的浓度与细胞内液体的浓度相当,低渗溶液的浓度比细胞内液体的浓度低,重金属会导致蛋白质变性。回答下列问题:
实验 组号 在等渗溶液中进行的处理 在低渗溶液中测定卵母细胞的水通透速率/(×10-4cm·s-1)
Ⅰ 将AQP缺失的卵母细胞放入等渗溶液中 27.9
Ⅱ 将AQP移植到AQP缺失的卵母细胞的膜上 210.0
Ⅲ 将部分Ⅱ组细胞放入含HgCl2的等渗溶液中 80.7
Ⅳ 将部分Ⅲ组细胞放入含试剂X的等渗溶液中 188.0
(1)发生渗透现象时,水分子的流动方向是从 (填“低渗溶液”或“高渗溶液”)通过半透膜流向 (填“低渗溶液”或“高渗溶液”)。将Ⅰ组的AQP缺失的卵母细胞放入低渗溶液后,水分子以 的方式穿过磷脂双分子层进入卵母细胞。
(2)已知Hg是在常温常压下呈液体状态的重金属,与Ⅱ组细胞相比,Ⅲ组细胞对水的通透性 ,从分子结构上分析,原因可能是 。
(3)与Ⅲ组细胞相比,Ⅳ组细胞对水的通透性 ,原因可能是试剂X 。
(4)细胞膜上通道蛋白转运的物质具有特异性,从通道蛋白的角度分析,其原因是 。
【答案】 (1)低渗溶液 高渗溶液 自由扩散 (2)减弱 重金属Hg破坏了AQP的部分空间结构 (3)增强 恢复了AQP的部分空间结构 (4)通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
【解析】 (1)发生渗透现象时,水分子进行被动运输,水分子的流动方向是从低渗溶液(水分子含量高)通过半透膜流向高渗溶液(水分子含量低)。将Ⅰ组的AQP缺失的卵母细胞放入低渗溶液后,由于缺少通道蛋白协助,水分子以自由扩散的方式穿过磷脂双分子层进入卵母细胞。(2)水分子的流动方向是从低渗溶液(水分子含量高)通过半透膜流向高渗溶液(水分子含量低),需要通道蛋白协助,与Ⅱ组细胞相比,由于Ⅲ组重金属Hg破坏了AQP的部分空间结构,细胞对水的通透性减弱。(3)分析表格可知,Ⅲ组重金属Hg破坏了AQP的部分空间结构,导致细胞对水的通透性减弱,Ⅳ组将部分Ⅲ组细胞放入含试剂X的等渗溶液中,Ⅳ组细胞对水的通透性增强,由此推测可能是试剂X恢复了AQP的部分空间结构。(4)略。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
1.判断正误。 (1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度。 (×) (2)在渗透作用中,当半透膜两侧溶液浓度相等时,水分子不再通过半透膜。 (×) (3)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。 (×) (4)通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。 (√) (5)甘油是极性分子,所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。 (×) 2.细胞通过跨膜运输与外界进行物质交换。下列叙述正确的是( )。 A.依赖转运蛋白的跨膜运输是物质进出细胞的主要方式 B.不消耗能量和顺浓度梯度运输是被动运输的特点 C.自由扩散可以通过消耗能量加快物质进出细胞的速度 D.葡萄糖分子可以通过自由扩散进出细胞 【答案】 B 【解析】 物质进出细胞的主要方式为被动运输和主动运输,被动运输包括自由扩散和协助扩散,协助扩散和主动运输都是依赖转运蛋白的跨膜运输,A错误;自由扩散是物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式,此过程不消耗能量,物质以自由扩散方式进出细胞的速度与膜内外的浓度差有关,C错误;葡萄糖分子不能通过自由扩散进出细胞,D错误。
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