(共79张PPT)
第一单元 细胞的分子组成、结构及物质运输
第7讲 细胞的物质输入和输出
复习目标 1.理解动植物细胞符合渗透作用的条件和发生渗透作用现象的差异， 对比各种运输方式的特点及影响因素建立结构与功能观； 2.通过观察植物细胞的 吸水和失水及探究物质跨膜运输方式的实验，掌握探究性实验设计的一般程序； 3.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； 4.通过对渗透作用和质壁分离应用等有关问题的分析，培养学以致用、关 注生产生活实际的能力。
考点1 被动运输
半透膜
高
低
半透膜
浓度差
2. 渗透作用发生的情况分析
(1)当S1溶液浓度＞S2溶液浓度时，单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分 子数，总结果为水由S2溶液流向S1溶液。
(2)当S1溶液浓度＜S2溶液浓度时，单位时间内由S1→S2的水分子数多于由S2→S1的水分 子数，总结果为水由S1溶液流向S2溶液。
总之，水分子总是从水的相对含量高的地方通过半透膜流向相对含量低的地方，即由 低浓度溶液流向高浓度溶液。
笔记：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
提醒 (1)渗透≠扩散：渗透作用必须通过半透膜，扩散则不一定需要；扩散适用于各 种物质，渗透仅指溶剂分子。渗透是一种特殊的扩散。
(2)渗透平衡≠两侧溶液浓度相等：渗透平衡时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。
(3)不同物质的溶液浓度相等时，渗透压不一定相同，如等物质的量浓度的葡萄糖溶液 和NaCl溶液，因NaCl溶液中含Na＋和Cl－，故NaCl溶液的渗透压较大。
笔记：意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态
3. 动物细胞的吸水和失水
原理 细胞膜相当于半透膜；细胞内液与外界溶液之间存在浓度差
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，细胞形态不变
外界溶液浓度＜细胞质浓度，细胞吸水膨胀
中央大液泡
项目 渗透作用模型 植物细胞与外界溶液形成的渗透系统
图解
基本组成
或条件 半透膜、浓度 差 原生质层——选择透过性膜；浓度差——细胞液与外 界溶液之间
笔记：原生质体包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分；原生质层指成熟植物细胞的细 胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质
质壁分离
高于
质壁分离复原
(2)植物细胞是一个渗透系统的证据
5. 被动运输
不需要
(2)类型
类型 自由扩散 协助扩散
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
运输方向 高 浓度→ 低 浓度 高 浓度→ 低 浓度
是否需要转运蛋白 不需要 需要
是否消耗能量 不消耗 不消耗
主要影响因素 浓度差大小 浓度差大小；转运蛋白的数量
举例 ①小部分水分子、气体分子；②脂溶性小分子有机物，如甘油、乙醇、苯 ①大部分水分子通过水通道蛋白进出细胞；②葡萄糖进入红细胞
高
低
高
低
不消耗
笔记：证据：在动物肾脏内水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散速率
6. 通道蛋白与载体蛋白的异同
项目 载体蛋白 通道蛋白
不 同 点 参与的运输方式 协助扩散或主动运输 协助扩散
与被运输分子的关系 与被运输分子结合 不与被运输分子结合
自身构象是否发生改变 改变 —
共同点 均为蛋白质；均分布在细胞的膜结构中；均协助特定物质 的跨膜运输，具有特异性
提醒 (1)载体与受体的区别
物质运输过程中载体是协助物质运输的蛋白质，如血红蛋白是运输氧的载体，细胞膜 上有运输葡萄糖、Na＋、K＋等的转运蛋白；受体一般是接受信号分子的蛋白质，如神 经递质受体、激素分子受体，其主要作用是实现细胞间的信息交流。
(2)载体蛋白具有饱和性，通道蛋白不具有饱和性。
√
√
√
√
√
×
√
√
[情境推理]
1. (必修1 P66“旁栏思考”)甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细 胞？ 。
提示：因为甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷 脂双分子层出入细胞
2. (2021·全国甲卷节选)细胞外的K＋能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道 是由 复合物构成的，其运输的特点是 (答出1点即可)。
提示：蛋白质 顺浓度梯度运输，不消耗能量
3. (必修1 P64“探究·实践”改编)施肥过多会引起“烧苗”现象，其原因是 。
提示：施肥过多导致土壤溶液的浓度高于植物细胞细胞液的浓度，导致植物细胞大量 失水甚至死亡
4. (2022·湖北卷改编)用硝酸银处理生物膜后， (填“会”或“不会”)影响转运蛋 白介导的物质跨膜运输的速率，理由是 。
提示：会 转运蛋白的化学本质是蛋白质，重金属盐会使蛋白质变性
A. 达到如图所示的平衡时，蔗糖溶液甲的浓度高于乙
B. 若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，则平衡时m减小
C. 若向漏斗中加入与甲等浓度的蔗糖溶液，则平衡时m不变
D. 向烧杯中加入少量蔗糖酶，平衡时m将增大
C
解析：达到题图所示的平衡时，由于液面高度差具有势能差，蔗糖溶液甲的浓度高于 乙，A正确；若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，则其中溶质也被吸出，其漏斗中溶 质减少，渗透压降低，吸水能力也减弱，则平衡时m将减小，B正确；若向漏斗中加 入与甲等浓度的蔗糖溶液，漏斗内溶质增多，水分子进入漏斗的量增加，平衡时m增 大，C错误；向烧杯中加入少量蔗糖酶，烧杯中蔗糖水解为单糖，由于单糖可以透过 半透膜进入漏斗，使漏斗内溶质增多，平衡时m将增大，D正确。
导图建构 找答案
正确
解题方法
渗透装置的变式分析
如图为渗透作用的初始状态﹐其中半透膜只允许水分子通过(图中浓度为质量分数)。
(1)往稳定后的U型管的左侧加半透膜葡萄糖溶液入少量蔗糖酶
未加酶时:葡萄糖相对分子质量较小,10%的葡萄糖溶液的物质的量浓度更大,水分子流 向总趋势为10%的蔗糖溶液→10%的葡萄糖溶液,右侧液面升高。
加蔗糖酶后:一分子蔗糖被水解产生两分子单糖(葡萄糖和果糖),导致左侧浓度升 高,水分子流向总趋势为10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液﹐则左侧液面升高, 最终高于右侧。
(2)若把稳定后的U型管右侧液面高出的部分吸走,则右侧液面继续升高并达到新的 平衡。
A. 细胞失水过程中，细胞液浓度增大
B. 干旱环境下，外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的低
C. 失水比例相同的情况下，外层细胞更易发生质壁分离
D. 干旱环境下内部薄壁细胞合成多糖的速率更快，有利于外层细胞的光合作用
B
解析：细胞失水过程中，水从细胞液流出，细胞液浓度增大，A正确；依题意，干旱 环境下，内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快，则外层细胞的细胞液单 糖多，且外层细胞还能进行光合作用合成单糖，故外层细胞液浓度比内部薄壁细胞的 细胞液浓度高，B错误；依题意，内部薄壁细胞细胞壁的伸缩性比外层细胞的细胞壁 伸缩性更大，失水比例相同的情况下，外层细胞更易发生质壁分离，C正确；依题 意，干旱环境下，内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快，有利于外层细 胞光合作用产物向内部薄壁细胞转移，可促进外层细胞的光合作用，D正确。
导图建构 找答案
错误
A. 缢蛏在低盐度条件下先吸水，后失水直至趋于动态平衡
B. 低盐度培养8～48 h，缢蛏通过自我调节以增加组织中的溶质含量
C. 相同盐度下，游离氨基酸含量高的组织渗透压也高
D. 缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关
B
解析：分析图中曲线，缢蛏在低盐度条件下鲜重先增大后减小，说明其先吸水后失 水，最后趋于动态平衡，A正确；低盐度培养时，缢蛏组织渗透压大于外界环境，导 致缢蛏吸水，为恢复正常状态，缢蛏应通过自我调节使组织中的溶质含量减少，从而 降低组织渗透压，引起组织失水，B错误；组织渗透压的高低与其中的溶质含量有 关，溶质越多，渗透压相对越高，因此，相同盐度下，游离氨基酸含量高的组织渗透 压也高，C正确；细胞呼吸过程中产生的中间产物可转化为氨基酸、甘油等非糖物 质，由此推测缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关，D正确。
被动运输
A. 载体蛋白转运速度低于离子通道可能是载体蛋白需与被转运物质结合，且结合部位 数量有限
B. 离子通道运输物质不耗能，载体蛋白运输物质不一定耗能
D. 在一定浓度的KNO3溶液中，植物细胞发生质壁分离后可能不复原
C
A. 水的吸收以自由扩散为主、水通道蛋白的协助扩散为辅
B. 模型组空肠黏膜细胞对肠腔内水的吸收减少，引起腹泻
C. 治疗后空肠、回肠AQP3相对表达量提高，缓解腹泻，减少致病菌排放
D. 治疗后回肠AQP3相对表达量高于对照组，可使回肠对水的转运增加
BCD
解析：水分子跨膜运输的主要方式是经过水通道蛋白的协助扩散，A错误；模型组空 肠AQP3相对表达量降低，空肠黏膜细胞对肠腔内水的吸收减少，引起腹泻，B正确； 治疗后空肠、回肠AQP3相对表达量提高，对水的转运增加，缓解腹泻，减少致病菌排 放，C正确；治疗组回肠AQP3相对表达量高于对照组，可使回肠对水的转运增加，D 正确。
自由扩散
水通道蛋白
错误
考点2 实验：探究植物细胞的吸水和失水
A基础知识重点疑难
1. 实验原理
内因 ①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层 半透膜
②原生质层比细胞壁的伸缩性 大
外因 细胞液◆◆◆ 与外界溶液之间具有一定的浓度差，细胞能渗透吸水或失水
笔记：判断细胞吸水或失水的主要依据(与细胞正常状态相比)：(1)细胞液浓度变化； (2)原生质体体积变化；(3)细胞液中色素颜色深浅变化；(4)液泡直径与细胞壁直径比值 变化
半透膜
大
细胞液
2. 实验步骤
制片 材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮
观察 低倍镜：①有一个 紫色 的中央大液泡
②原生质层紧贴 细胞壁
滴蔗糖溶液 方法：质量浓度为0.3 g·mL－1的蔗糖溶液 吸水纸引流
观察 低倍镜：①中央液泡 逐渐变小 (颜色加深)
②原生质层与细胞壁逐渐分离
滴清水 方法：吸水纸引流 清水
紫色
细胞壁
逐渐变小
制片 材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮
观察 低倍镜：①中央液泡 逐渐变大 (颜色变浅)
②原生质层逐渐贴近细胞壁
实验现象
逐渐变大
提醒 (1)本实验中存在两组对照实验，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于 前后自身对照。
(2)本实验是高中生物涉及“显微镜观察”的实验中唯一只在低倍镜下观察的实验。
3. 质壁分离及复原实验分析
(1)从细胞角度分析
①死细胞、动物细胞不发生质壁分离及复原现象。
②细菌细胞一般也能发生质壁分离，但现象不明显。
③未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不能用来做该实验。
(2)从溶液角度分析
①本实验选用0.3 g·mL－1的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但可能 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在一定浓度(溶质不能透过半透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能发生自动 复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。
笔记：盐酸、酒精等能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性，这些溶液不适合在观 察植物细胞质壁分离及复原实验中使用
4. 实验拓展应用
(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(以KNO3溶液和蔗糖溶液为例)
B拆解真题情境推理
[判断正误]
√
×
×
×
×
×
×
√
√
×
[情境推理]
(必修1 P74“非选择题3”拓展)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？作出判断的依据是 。
(2)1组中的尿素分子进入了细胞，进入的方式为 。
提示：(2)自由扩散
C升华思维实战演练
实验原理及实验步骤
A. 实验开始前将洋葱细胞放入清水可使细胞充分吸水膨胀，但细 胞不会涨破
B. t0～t1时间内，该细胞不断失水，细胞液的浓度不断增大，吸 水能力逐渐增强
C. t1时刻开始，细胞主动吸收了外界溶液中的物质，导致细胞出 现了质壁分离复原
D. 将外界溶液换为蔗糖溶液后，不会出现如图所示的现象，是由 于细胞膜具有选择透过性
C
解析：实验开始前将洋葱细胞放置于清水中，细胞会吸水膨胀，但由于细胞壁的保护 作用，细胞不会涨破，A正确；t0～t1时间内，细胞失水导致细胞液的浓度不断增加， 吸水能力逐渐增强，B正确；细胞接触到外界溶液后便开始吸收外界溶液中的物质， 并不是t1时刻开始的，C错误；细胞膜具有选择透过性，不能直接吸收蔗糖分子，因此 将外界溶液换为蔗糖溶液后，不会出现如图所示的现象，D正确。
导图建构 找答案
C
解析：用30％蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮，细胞失水，随着时间的延长，原 生质体和液泡的体积均减小；用清水处理后，细胞吸水，原生质体和液泡的体积均逐 渐恢复，A项错误。用30％蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮，细胞失水，随着时 间的延长，细胞液浓度升高；用清水处理后，细胞吸水，细胞液浓度降低，B项错 误。当蔗糖溶液浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，随着蔗糖溶液 浓度的增加，细胞吸水，由于细胞壁的伸缩性差，原生质体和液泡的体积均略微增 加；当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，随着蔗糖溶液 浓度的增加，细胞失水，原生质体和液泡的体积均逐渐减小，C项正确。当蔗糖溶液 浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，随着蔗糖溶液浓度的增加，细 胞吸水，细胞液浓度略微降低；当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细 胞液浓度时，随着蔗糖溶液浓度的增加，细胞失水，细胞液浓度增加，D项错误。
渗透失水
升高
错误
解题方法
判断细胞吸水或失水的主要依据(与细胞正常状态相比)
依据 分析
细胞液浓度变化 细胞液浓度增大,表明细胞渗透失水;细胞液浓度减小,表明细胞渗透吸水
原生质体体积变化 原生质体体积增大,表明细胞渗透吸水;原生质体体积减小，表明细胞渗透失水
根据细胞液中色素颜色深浅变化(细胞液中含有色素) 细胞液中色素颜色变深,表明细胞渗透失水;细胞液中色素颜色变浅,表明细胞渗透吸水
根据液泡直径与细胞壁 直径比值变化 液泡直径与细胞壁直径比值减小,细胞渗透失水;液泡直径与细胞壁直径比值增大，细胞渗透吸水
A. 该细胞在丙时没有水分子进出
B. 该实验还需设置对照组
C. 不同时刻细胞液的浓度大小为乙＞甲＞丙
D. 图示变化过程可在0.3 g/mL的蔗糖溶液中自动发生
C
解析：细胞从甲到丙依次经历了质壁分离和质壁分离复原，丙时仍然有水分子进出， A错误；本实验为自身前后对照，无需再设置对照组，B错误；随着质壁分离的程度越 高，细胞液浓度越大，吸水能力越强，故该细胞不同时刻细胞液的浓度大小为乙＞甲 ＞丙，C正确；将细胞放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，蔗糖无法透过细胞膜进入细胞， 故不能发生质壁分离复原，D错误。
清
水
错误
A. 南瓜条由于渗透作用吸水或失水而发生质量变化
B. 第6、7组发生质壁分离的内因是原生质层与细胞壁伸缩性不同
C. 南瓜条细胞液浓度应介于0.4～0.5 mol·L－1的蔗糖溶液之间
D. 蔗糖溶液处理结束时，1～7组南瓜条渗透压依次减小
D
解析：南瓜条的质量变化是由渗透作用吸水或失水而造成的，A正确；第6、7组南瓜 条的质量变小，发生了渗透失水，其内因是原生质层的伸缩性大，细胞壁的伸缩性 小，所以发生了质壁分离，B正确；据图可知，在第5、6组之间南瓜条的质量变化可 为0，则南瓜条细胞液浓度应介于0.4～0.5 mol·L－1的蔗糖溶液之间，C正确；由于1～ 7组蔗糖的浓度依次增大，所以蔗糖溶液处理结束时，1～7组南瓜条渗透压依次变大， D错误。
解题方法
细胞失水、吸水的判断方法
(1)通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小判断
(2)根据质量或长度变化来判定
若细胞质量增加或长度变长(如可用萝卜条的质量或长度变化表示),则细胞吸水;反之, 则细胞失水。
考点3 主动运输与胞吞、胞吐
概念
及图
示 物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要 载体蛋白 的协助，同时还需要消耗 细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输
载体蛋白
特点 ① 逆 浓度梯度运输；② 需要 消耗能量；③需要 载体蛋白 的协助
实例 小肠上皮细胞吸收氨基酸、葡萄糖、无机盐等
影响
因素 载体蛋白的种类和数量、能量(温度、O2浓度)
逆
需要
载体蛋白
笔记：同一物质进入不同细胞的方式不一定相同，如葡萄糖进入红细胞为协助扩散， 进入小肠绒毛上皮细胞为主动运输
2. 大分子或颗粒性物进出细胞的方式——胞吞、胞吐
项目 胞吞(内吞) 胞吐(外排)
条件 细胞摄取或排出大分子和颗粒物质的方式
原理 细胞膜的 流动性
特点 物质通过小泡转移，需要消耗能量，不需要载体蛋白，但需要膜蛋白参与
方向 细胞外→细胞内 细胞内→细胞外
实例 变形虫吞食食物颗粒，白细胞吞噬 病菌等 胰岛B细胞分泌胰岛素
图解
流动性
提醒 (1)胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如某些神经递质。
(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)无机盐离子的运输方式不一定是主动运输，如兴奋产生和恢复过程中的Na＋内流和 K＋外流的方式均为协助扩散。
笔记：可与神经调节融合考查
3. 影响物质跨膜运输的因素
模型 说明
运输速率与物质浓度差成正比，且无饱和点，可表示自由扩散
P点后限制因素是载体蛋白数量，且需细胞呼吸供能，表示主动运输
模型 说明
运输速率与O2浓度无关，一般表示被动运输
P点后限制因素是转运蛋白数量，可表示协助扩散，若限制因素为载体 蛋白数量和能量，可表示主动运输
笔记：温度主要通过影响酶的活性来影响细胞呼吸，影响能量供应，从而影响主动运 输、胞吞或胞吐
2024黑吉辽卷T18：结合基因表达考查水的吸收方式，角度新颖
2023湖南卷T14：探究盐胁迫对细胞运输离子的影响
4. 探究物质跨膜运输的实验设计
(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
B拆解真题情境推理
[判断正误]
×
√
×
×
√
×
√
×
√
×
[情境推理]
1. (必修1 P72“与社会的联系”)引发阿米巴痢疾的原因是什么？ 。
提示：在人体肠道内寄生的一种变形虫——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，并引发 阿米巴痢疾
提示：(2)主动运输需要载体和能量，O2浓度大于a时能量充足，而吸收速率不再增加，说明载体达到饱和
3. (2022·海南卷节选)(1)细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道，水分子 借助水通道蛋白进出细胞的方式属于 。
提示：(1)协助扩散
(2)细胞膜上的H＋－ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水 解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的pH ；此过程中，H＋－ATP酶作为载 体蛋白在转运H＋时发生的变化是 。
提示：(2)降低 载体蛋白发生磷酸化，导致其空间结构改变
(3)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐，不同温度下吸收速率 的变化趋势如图。与25 ℃相比，4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因 是 。
提示：(3)温度降低，酶的活性降低，呼吸速率减慢，为主动运输 提供的能量减少
4. (2021·全国甲卷节选)细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细 胞。在有呼吸抑制剂的条件下，根细胞对K＋的吸收速率降低，原因是 。
提示：细胞逆浓度梯度吸收K＋是主动运输过程，需要能量，呼吸抑制剂会影响细胞呼 吸供能，故使细胞主动运输速率降低
C升华思维实战演练
物质跨膜运输方式的判断
方式 细胞外相对浓度 细胞内相对浓度 需要提供能量 需要转运蛋白
甲 低 高 是 是
乙 高 低 否 是
丙 高 低 是 是
丁 高 低 否 否
A. 甲为主动运输 B. 乙为协助扩散
C. 丙为胞吞作用 D. 丁为自由扩散
C
解析：甲表示的运输方向为逆浓度进行，且需要消耗能量，并通过载体转运，为主动 运输，A正确；乙为顺浓度梯度进行，需要转运蛋白，不需要消耗能量，为协助扩 散，B正确；胞吞作用不需要转运蛋白参与，C错误；丁顺浓度梯度进行吸收，不需要 转运蛋白，也不需要能量，是自由扩散，D正确。
解题方法
“三看法”快速判断物质出入细胞的方式
A. 细胞膜上的H＋－ATP酶磷酸化时伴随着空间构象的改变
B. 细胞膜两侧的H＋浓度梯度可以驱动Na＋转运到细胞外
C. H＋－ATP酶抑制剂会干扰H＋的转运，但不影响Na＋转运
D. 盐胁迫下Na＋－H＋逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高
C
解析：细胞膜上的H＋－ATP酶介导H＋向细胞外转运时为主动运输，需要载体蛋白的 协助。载体蛋白需与运输分子结合，引起载体蛋白空间结构改变，A正确。H＋顺浓度 梯度进入细胞所释放的势能是驱动Na＋转运到细胞外的直接动力，B正确。H＋－ATP 酶抑制剂干扰H＋的转运，进而影响膜两侧H＋浓度，对Na＋的运输同样起到抑制作 用，C错误。耐盐植株的Na＋－H＋逆向转运蛋白比普通植株多，以适应高盐环境，因 此盐胁迫下Na＋－H＋逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高，D正确。
解题方法
主动运输消耗的能量的来源
(1)ATP水解直接供能
如钠—钾泵(如图)和Ca'泵。钠—钾泵是一种特殊的载体蛋白,具有ATP水解酶的活性,能 水解ATP,利用ATP水解释放的能量驱动Na*和K+逆浓度梯度运输(主动运输),从而维持 细胞内外Na+和K+的浓度差。
(2)ATP间接供能的协同运输
能量来自膜两侧离子(常见的有Na+ 、H )的电化学梯度,如小肠上皮细胞吸收葡萄糖。
(3)光能驱动
利用光能运输物质﹐常见于细菌,如细菌视紫红质利用光能驱动H+的转运。
A. 液泡通过主动运输方式维持膜内外的H＋浓度梯度
C. Na＋、Ca2＋进入液泡需要载体蛋白协助，不需要消耗能量
D. 白天液泡富集蔗糖有利于光合作用的持续进行
C
解题方法
解答物质出入细胞方式类题三大“关键词”
关键词 特点 参与的物质运输方式 举例
泵 能驱使特定的离子逆浓度泵梯度穿过生物膜,同时消耗能量 主动运输 钠钾泵、质子泵、钠泵
协同运输载体 能够同时转运两种物质，顺浓度被动运输物质A，利用物质A的梯度差所产生的势能主动运输B,使B逆浓度跨膜运输。协同运输不直接消耗ATP 主动运输和被动运输 Na+- 葡萄糖转运体
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顺浓度梯度通过。被运输物质不需要与通道蛋白结合 被动运输 水通道蛋白、钠离子通道蛋白、钾离子通道蛋白
A. 环核苷酸与Ca2＋均可结合Ca2＋通道蛋白
B. 维持细胞Ca2＋浓度的内低外高需消耗能量
C. Ca2＋作为信号分子直接抑制H2O2的分解
D. 油菜素内酯可使BAK1缺失的被感染细胞内H2O2含量降低
B
解析：环核苷酸结合细胞膜上的Ca2＋通道蛋白，Ca2＋不需要与通道蛋白结合，A错 误；环核苷酸结合并打开细胞膜上的Ca2＋通道蛋白，使细胞内Ca2＋浓度升高，Ca2＋ 内流属于协助扩散，故维持细胞Ca2＋浓度的内低外高是主动运输，需消耗能量，B正 确；Ca2＋作为信号分子，调控相关基因表达，导致H2O2含量升高，不是直接抑制 H2O2的分解，C错误；BAK1缺失的被感染细胞不能被油菜素内酯活化，不能关闭Ca2 ＋通道蛋白，将导致H2O2含量升高，D错误。
不需要
错误
A. 脂肪细胞中GLUT4以氨基酸为原料，在核糖体中合成
B. GLUT4转移至细胞膜所需要的能量主要来自于线粒体
C. GLUT4每次转运葡萄糖时，其自身构象都会发生改变
D. 当血糖浓度升高时，脂肪细胞膜上的GLUT4数量减少
D
解析：葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是一种存在于脂肪细胞中的蛋白质，蛋白质合成的原 料是氨基酸，合成的场所是核糖体，A正确；线粒体是有氧呼吸的主要场所，因此 GLUT4转移至细胞膜所需要的能量主要来自于线粒体，B正确；GLUT4是葡萄糖进入 脂肪细胞的载体蛋白，每次转运葡萄糖时GLUT4的构象会发生改变，C正确；当血糖 浓度升高时，会有更多的葡萄糖通过细胞膜上的GLUT4进入脂肪细胞，此时脂肪细胞 膜上的GLUT4数量增加，D错误。故选D。第7讲 细胞的物质输入和输出
复习目标 1.理解动植物细胞符合渗透作用的条件和发生渗透作用现象的差异，对比各种运输方式的特点及影响因素建立结构与功能观； 2.通过观察植物细胞的吸水和失水及探究物质跨膜运输方式的实验，掌握探究性实验设计的一般程序； 3.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； 4.通过对渗透作用和质壁分离应用等有关问题的分析，培养学以致用、关注生产生活实际的能力。
@考点1 被动运输
A基础知识重点疑难
1.渗透作用
(1)概念：水分子(或者其他溶剂分子)通过 半透膜 的扩散，称为渗透作用。
(2)方向：如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量 高 的一侧向相对含量 低 的一侧渗透。
笔记：注意：不是质量浓度，而是物质的量浓度，实质是渗透压
(3)渗透作用发生的条件
①具有 半透膜 。
②半透膜两侧溶液具有 浓度差 。
2.渗透作用发生的情况分析
(1)当S1溶液浓度＞S2溶液浓度时，单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数，总结果为水由S2溶液流向S1溶液。
(2)当S1溶液浓度＜S2溶液浓度时，单位时间内由S1→S2的水分子数多于由S2→S1的水分子数，总结果为水由S1溶液流向S2溶液。
总之，水分子总是从水的相对含量高的地方通过半透膜流向相对含量低的地方，即由低浓度溶液流向高浓度溶液。
笔记：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
提醒 (1)渗透≠扩散：渗透作用必须通过半透膜，扩散则不一定需要；扩散适用于各种物质，渗透仅指溶剂分子。渗透是一种特殊的扩散。
(2)渗透平衡≠两侧溶液浓度相等：渗透平衡时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。
(3)不同物质的溶液浓度相等时，渗透压不一定相同，如等物质的量浓度的葡萄糖溶液和NaCl溶液，因NaCl溶液中含Na＋和Cl－，故NaCl溶液的渗透压较大。
笔记：意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态
3.动物细胞的吸水和失水
原理 细胞膜相当于半透膜；细胞内液与外界溶液之间存在浓度差
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，细胞形态不变
外界溶液浓度＜细胞质浓度，细胞吸水膨胀
4.植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
(1)条件：成熟植物细胞具有 中央大液泡 ，因而可构成一个渗透系统，如下表所示。
笔记：2023全国甲卷T4 ：四个选项以四种曲线图呈现，题型创新
2022湖南卷T10 ：以新颖图示为载体考查某假单胞菌在不同溶液中原生质体表面积的变化
2022湖北卷T4 ：探究水通道蛋白对细胞失水、吸水的影响，角度创新
项目 渗透作用模型 植物细胞与外界溶液形成的渗透系统
图解
基本组成 或条件 半透膜、浓度差 原生质层——选择透过性膜；浓度差——细胞液与外界溶液之间
笔记：原生质体包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分；原生质层指成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质
(2)植物细胞是一个渗透系统的证据
①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，植物细胞就发生 质壁分离 现象。
②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 高于 外界清水，植物细胞就吸水发生 质壁分离复原 现象。
5.被动运输
(1)概念：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，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
(2)类型
类型 自由扩散 协助扩散
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
运输方向 高 浓度→ 低 浓度 高 浓度→ 低 浓度
是否需要 转运蛋白 不需要 需要
是否消 耗能量 不消耗 不消耗
主要影 响因素 浓度差大小 浓度差大小；转运蛋白的数量
举例 ①小部分水分子、气体分子；②脂溶性小分子有机物，如甘油、乙醇、苯 ①大部分水分子通过水通道蛋白进出细胞；②葡萄糖进入红细胞
笔记：证据：在动物肾脏内水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散速率
6.通道蛋白与载体蛋白的异同
项目 载体蛋白 通道蛋白
不同点 参与的运输方式 协助扩散或主动运输 协助扩散
与被运输分子的关系 与被运输分子结合 不与被运输分子结合
自身构象是否发生改变 改变 —
共同点 均为蛋白质；均分布在细胞的膜结构中；均协助特定物质的跨膜运输，具有特异性
提醒 (1)载体与受体的区别
物质运输过程中载体是协助物质运输的蛋白质，如血红蛋白是运输氧的载体，细胞膜上有运输葡萄糖、Na＋、K＋等的转运蛋白；受体一般是接受信号分子的蛋白质，如神经递质受体、激素分子受体，其主要作用是实现细胞间的信息交流。
(2)载体蛋白具有饱和性，通道蛋白不具有饱和性。
B拆解真题情境推理
[判断正误]
1.(2024·山东卷)细胞失水过程中，细胞液浓度增大。(√)
2.(2024·浙江6月选考)Cl－、N通过离子通道进入液泡不需要ATP直接供能。(√)
3.(2024·安徽卷)水分子主要通过质膜上的水通道蛋白进出肾小管上皮细胞。(√)
4.(2022·天津卷)K＋通道蛋白运输K＋不需要两者结合。(√)
5.(2024·江西卷)水可借助通道蛋白以协助扩散方式进入细胞。(√)
6.(2024·甘肃卷)根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足。(×)
7.(2023·河北卷)载体蛋白在转运分子时其自身构象会发生改变。(√)
8.(2021·江苏卷)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。(√)
[情境推理]
1.(必修1 P66“旁栏思考”)甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？ 。
提示：因为甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层出入细胞
2.(2021·全国甲卷节选)细胞外的K＋能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由 复合物构成的，其运输的特点是 (答出1点即可)。
提示：蛋白质 顺浓度梯度运输，不消耗能量
3.(必修1 P64“探究·实践”改编)施肥过多会引起“烧苗”现象，其原因是 。
提示：施肥过多导致土壤溶液的浓度高于植物细胞细胞液的浓度，导致植物细胞大量失水甚至死亡
4.(2022·湖北卷改编)用硝酸银处理生物膜后， (填“会”或“不会”)影响转运蛋白介导的物质跨膜运输的速率，理由是 。
提示：会 转运蛋白的化学本质是蛋白质，重金属盐会使蛋白质变性
C升华思维实战演练
渗透作用的原理及应用
1.(2025·湘豫名校联考一模)如图所示为平衡时的渗透装置，单糖可以通过半透膜，而二糖不能通过半透膜，在此基础上继续实验。下列判断不正确的是( C )
A.达到如图所示的平衡时，蔗糖溶液甲的浓度高于乙
B.若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，则平衡时m减小
C.若向漏斗中加入与甲等浓度的蔗糖溶液，则平衡时m不变
D.向烧杯中加入少量蔗糖酶，平衡时m将增大
解析：达到题图所示的平衡时，由于液面高度差具有势能差，蔗糖溶液甲的浓度高于乙，A正确；若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，则其中溶质也被吸出，其漏斗中溶质减少，渗透压降低，吸水能力也减弱，则平衡时m将减小，B正确；若向漏斗中加入与甲等浓度的蔗糖溶液，漏斗内溶质增多，水分子进入漏斗的量增加，平衡时m增大，C错误；向烧杯中加入少量蔗糖酶，烧杯中蔗糖水解为单糖，由于单糖可以透过半透膜进入漏斗，使漏斗内溶质增多，平衡时m将增大，D正确。
导图建构 找答案
由以上可以推断D 正确 。
解题方法
渗透装置的变式分析
如图为渗透作用的初始状态﹐其中半透膜只允许水分子通过(图中浓度为质量分数)。
(1)往稳定后的U型管的左侧加半透膜葡萄糖溶液入少量蔗糖酶
未加酶时:葡萄糖相对分子质量较小,10%的葡萄糖溶液的物质的量浓度更大,水分子流向总趋势为10%的蔗糖溶液→10%的葡萄糖溶液,右侧液面升高。
加蔗糖酶后:一分子蔗糖被水解产生两分子单糖(葡萄糖和果糖),导致左侧浓度升高,水分子流向总趋势为10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液﹐则左侧液面升高,最终高于右侧。
(2)若把稳定后的U型管右侧液面高出的部分吸走,则右侧液面继续升高并达到新的平衡。
2.(2024·山东卷)仙人掌的茎由内部薄壁细胞和进行光合作用的外层细胞等组成，内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大。水分充足时，内部薄壁细胞和外层细胞的渗透压保持相等；干旱环境下，内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快。下列说法错误的是( B )
A.细胞失水过程中，细胞液浓度增大
B.干旱环境下，外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的低
C.失水比例相同的情况下，外层细胞更易发生质壁分离
D.干旱环境下内部薄壁细胞合成多糖的速率更快，有利于外层细胞的光合作用
解析：细胞失水过程中，水从细胞液流出，细胞液浓度增大，A正确；依题意，干旱环境下，内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快，则外层细胞的细胞液单糖多，且外层细胞还能进行光合作用合成单糖，故外层细胞液浓度比内部薄壁细胞的细胞液浓度高，B错误；依题意，内部薄壁细胞细胞壁的伸缩性比外层细胞的细胞壁伸缩性更大，失水比例相同的情况下，外层细胞更易发生质壁分离，C正确；依题意，干旱环境下，内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快，有利于外层细胞光合作用产物向内部薄壁细胞转移，可促进外层细胞的光合作用，D正确。
导图建构 找答案
由以上可以推断B 错误 。
3.(2024·湖南卷)缢蛏是我国传统养殖的广盐性贝类之一，自身存在抵抗外界盐度胁迫的渗透调节机制。缢蛏体内游离氨基酸含量随盐度的不同而变化，如图为缢蛏在不同盐度下鲜重随培养时间的变化曲线。下列叙述错误的是( B )
A.缢蛏在低盐度条件下先吸水，后失水直至趋于动态平衡
B.低盐度培养8～48 h，缢蛏通过自我调节以增加组织中的溶质含量
C.相同盐度下，游离氨基酸含量高的组织渗透压也高
D.缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关
解析：分析图中曲线，缢蛏在低盐度条件下鲜重先增大后减小，说明其先吸水后失水，最后趋于动态平衡，A正确；低盐度培养时，缢蛏组织渗透压大于外界环境，导致缢蛏吸水，为恢复正常状态，缢蛏应通过自我调节使组织中的溶质含量减少，从而降低组织渗透压，引起组织失水，B错误；组织渗透压的高低与其中的溶质含量有关，溶质越多，渗透压相对越高，因此，相同盐度下，游离氨基酸含量高的组织渗透压也高，C正确；细胞呼吸过程中产生的中间产物可转化为氨基酸、甘油等非糖物质，由此推测缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关，D正确。
被动运输
4.(2025·江西重点中学协作体联考)离子通道与载体蛋白转运离子的速度有明显差异，离子通道转运速度是载体蛋白的100～1 000倍。植物细胞在高浓度盐胁迫下，K＋主要通过离子通道蛋白从细胞外运到细胞内，而膜上的阴离子通道(运输N、Cl－)可与蛋白互相作用，抑制其活性。下列说法错误的是( C )
A.载体蛋白转运速度低于离子通道可能是载体蛋白需与被转运物质结合，且结合部位数量有限
B.离子通道运输物质不耗能，载体蛋白运输物质不一定耗能
C.在KNO3溶液中，植物细胞质壁分离后能自动复原的原因是细胞大量吸收K＋和N
D.在一定浓度的KNO3溶液中，植物细胞发生质壁分离后可能不复原
解析：载体蛋白在转运物质时需与被转运物质结合，构象也会发生改变，而通道蛋白不需要与被转运物质结合，因此载体蛋白转运速度低于离子通道可能是载体蛋白需与被转运物质结合，且结合部位数量有限，A正确。载体蛋白参与主动运输或协助扩散，通道蛋白只参与协助扩散，因此离子通道运输物质不耗能，载体蛋白运输物质不一定耗能，B正确。在KNO3溶液中，植物细胞发生质壁分离，说明细胞处于高盐环境中，K＋主要通过离子通道蛋白从细胞外运到细胞内，膜上的阴离子通道(运输N、Cl－)可与蛋白互相作用，抑制其活性；所以在大量运输N时，K＋的运输会受到抑制，C错误。在高浓度KNO3溶液中，细胞可能因失水过多而死亡，从而不能复原，D正确。
5.(多选)(2024·黑吉辽卷)研究人员对小鼠进行致病性大肠杆菌接种，构建腹泻模型。用某种草药进行治疗，发现草药除了具有抑菌作用外，对于空肠、回肠黏膜细胞膜上的水通道蛋白3(AQP3)的相对表达量也有影响，结果如图所示。下列叙述正确的是( BCD )
A.水的吸收以自由扩散为主、水通道蛋白的协助扩散为辅
B.模型组空肠黏膜细胞对肠腔内水的吸收减少，引起腹泻
C.治疗后空肠、回肠AQP3相对表达量提高，缓解腹泻，减少致病菌排放
D.治疗后回肠AQP3相对表达量高于对照组，可使回肠对水的转运增加
解析：水分子跨膜运输的主要方式是经过水通道蛋白的协助扩散，A错误；模型组空肠AQP3相对表达量降低，空肠黏膜细胞对肠腔内水的吸收减少，引起腹泻，B正确；治疗后空肠、回肠AQP3相对表达量提高，对水的转运增加，缓解腹泻，减少致病菌排放，C正确；治疗组回肠AQP3相对表达量高于对照组，可使回肠对水的转运增加，D正确。
溯源教材 找答案：水分子进出细胞的方式有 自由扩散 和协助扩散，但更多的是借助细胞膜上的 水通道蛋白 以协助扩散方式进出细胞，由以上可以推断A 错误
@考点2 实验：探究植物细胞的吸水和失水
A基础知识重点疑难
1.实验原理
内因 ①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层 半透膜 ②原生质层比细胞壁的伸缩性 大
外因 细胞液◆◆◆ 与外界溶液之间具有一定的浓度差，细胞能渗透吸水或失水
笔记：判断细胞吸水或失水的主要依据(与细胞正常状态相比)：(1)细胞液浓度变化；(2)原生质体体积变化；(3)细胞液中色素颜色深浅变化；(4)液泡直径与细胞壁直径比值变化
2.实验步骤
制片 材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮
观察 低倍镜：①有一个 紫色 的中央大液泡 ②原生质层紧贴 细胞壁
滴蔗糖溶液 方法：质量浓度为0.3 g·mL－1的蔗糖溶液吸水纸引流
观察 低倍镜：①中央液泡 逐渐变小 (颜色加深) ②原生质层与细胞壁逐渐分离
滴清水 方法：吸水纸引流清水
观察 低倍镜：①中央液泡 逐渐变大 (颜色变浅) ②原生质层逐渐贴近细胞壁
实验现象
提醒 (1)本实验中存在两组对照实验，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于前后自身对照。
(2)本实验是高中生物涉及“显微镜观察”的实验中唯一只在低倍镜下观察的实验。
3.质壁分离及复原实验分析
(1)从细胞角度分析
①死细胞、动物细胞不发生质壁分离及复原现象。
②细菌细胞一般也能发生质壁分离，但现象不明显。
③未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不能用来做该实验。
(2)从溶液角度分析
①本实验选用0.3 g·mL－1的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但可能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在一定浓度(溶质不能透过半透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。
③在一定浓度(溶质可透过半透膜)的溶液(如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离，并能自动复原，因为K＋、N、尿素、乙二醇等可转运到细胞内，使细胞液浓度升高，细胞渗透吸水而发生自动复原。
笔记：盐酸、酒精等能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性，这些溶液不适合在观察植物细胞质壁分离及复原实验中使用
4.实验拓展应用
(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(以KNO3溶液和蔗糖溶液为例)
B拆解真题情境推理
[判断正误]
1.(2021·全国乙卷)观察植物细胞吸水和失水时，可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮。(√)
2.(2020·山东卷)质壁分离过程中，黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小。(×)
3.(2020·全国卷Ⅰ)可以用大蒜根尖分生区细胞作实验材料来观察细胞的质壁分离与复原。(×)
4.(2019·海南卷)需要高倍显微镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离。(×)
5.(2024·江苏卷)(题干信息：有同学以紫色洋葱为实验材料，进行“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验)判断下列相关叙述的正误。
(1)制作临时装片时，先将撕下的表皮放在载玻片上，再滴一滴清水，盖上盖玻片。(×)
(2)用低倍镜观察刚制成的临时装片，可见细胞多呈长条形，细胞核位于细胞中央。(×)
(3)用吸水纸引流使0.3 g/mL蔗糖溶液替换清水，可先后观察到质壁分离和复原现象。(×)
(4)通过观察紫色中央液泡体积大小变化，可推测表皮细胞是处于吸水还是失水状态。(√)
6.(2023·江苏卷)洋葱鳞片叶内表皮可代替半透膜研究质膜的透性。(√)
7.(2023·江苏卷)观察植物细胞质壁分离时，在低倍镜下无法观察到质壁分离现象。(×)
[情境推理]
(必修1 P74“非选择题3”拓展)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？作出判断的依据是 。
(2)1组中的尿素分子进入了细胞，进入的方式为 。
提示：(1)第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，后来由于K＋、N进入细胞，细胞吸水复原；在蔗糖溶液中，萝卜条失水长度变短，细胞只能发生质壁分离
(2)自由扩散
C升华思维实战演练
实验原理及实验步骤
1.(2025·山东济宁质检)为探究植物细胞吸水和失水的过程，某科研小组设计了相关实验，将一个正常的紫色洋葱表皮细胞先置于清水中一段时间，然后将其取出并放入某种溶液中开始计时，记录其细胞膜与细胞壁的间隔距离随时间变化的关系如图所示。下列相关叙述错误的是( C )
A.实验开始前将洋葱细胞放入清水可使细胞充分吸水膨胀，但细胞不会涨破
B.t0～t1时间内，该细胞不断失水，细胞液的浓度不断增大，吸水能力逐渐增强
C.t1时刻开始，细胞主动吸收了外界溶液中的物质，导致细胞出现了质壁分离复原
D.将外界溶液换为蔗糖溶液后，不会出现如图所示的现象，是由于细胞膜具有选择透过性
解析：实验开始前将洋葱细胞放置于清水中，细胞会吸水膨胀，但由于细胞壁的保护作用，细胞不会涨破，A正确；t0～t1时间内，细胞失水导致细胞液的浓度不断增加，吸水能力逐渐增强，B正确；细胞接触到外界溶液后便开始吸收外界溶液中的物质，并不是t1时刻开始的，C错误；细胞膜具有选择透过性，不能直接吸收蔗糖分子，因此将外界溶液换为蔗糖溶液后，不会出现如图所示的现象，D正确。
导图建构 找答案
2.(2023·全国甲卷)探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是( C )
解析：用30％蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮，细胞失水，随着时间的延长，原生质体和液泡的体积均减小；用清水处理后，细胞吸水，原生质体和液泡的体积均逐渐恢复，A项错误。用30％蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮，细胞失水，随着时间的延长，细胞液浓度升高；用清水处理后，细胞吸水，细胞液浓度降低，B项错误。当蔗糖溶液浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，随着蔗糖溶液浓度的增加，细胞吸水，由于细胞壁的伸缩性差，原生质体和液泡的体积均略微增加；当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，随着蔗糖溶液浓度的增加，细胞失水，原生质体和液泡的体积均逐渐减小，C项正确。当蔗糖溶液浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，随着蔗糖溶液浓度的增加，细胞吸水，细胞液浓度略微降低；当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，随着蔗糖溶液浓度的增加，细胞失水，细胞液浓度增加，D项错误。
分步推理 找答案：当外界蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞 渗透失水 ，细胞液浓度 升高 ，由以上可以推断D 错误 。
解题方法
判断细胞吸水或失水的主要依据(与细胞正常状态相比)
依据 分析
细胞液浓度变化 细胞液浓度增大,表明细胞渗透失水;细胞液浓度减小,表明细胞渗透吸水
原生质体体积变化 原生质体体积增大,表明细胞渗透吸水;原生质体体积减小，表明细胞渗透失水
根据细胞液中色素颜色深浅变化(细胞液中含有色素) 细胞液中色素颜色变深,表明细胞渗透失水;细胞液中色素颜色变浅,表明细胞渗透吸水
根据液泡直径与细胞壁直径比值变化 液泡直径与细胞壁直径比值减小,细胞渗透失水;液泡直径与细胞壁直径比值增大，细胞渗透吸水
实验的拓展及应用
3.(2025·云南昆明期末)在探究植物细胞的吸水和失水实验时，某细胞的变化示意图如下。相关叙述正确的是( C )
A.该细胞在丙时没有水分子进出
B.该实验还需设置对照组
C.不同时刻细胞液的浓度大小为乙＞甲＞丙
D.图示变化过程可在0.3 g/mL的蔗糖溶液中自动发生
解析：细胞从甲到丙依次经历了质壁分离和质壁分离复原，丙时仍然有水分子进出，A错误；本实验为自身前后对照，无需再设置对照组，B错误；随着质壁分离的程度越高，细胞液浓度越大，吸水能力越强，故该细胞不同时刻细胞液的浓度大小为乙＞甲＞丙，C正确；将细胞放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，蔗糖无法透过细胞膜进入细胞，故不能发生质壁分离复原，D错误。
溯源教材 找答案：植物细胞在0.3 g/mL蔗糖溶液中发生质壁分离复原时，需添加 清水 ，由以上可以推断D 错误 。
4.(2025·福建南平期末)某兴趣小组用浓度分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mol·L－1的1～7组蔗糖溶液，浸泡处理一批新鲜的南瓜条。一段时间后，测定南瓜条的质量变化百分比[质量变化百分比(％)＝质量变化值/初始质量×100％]，结果如下图，下列相关叙述错误的是( D )
A.南瓜条由于渗透作用吸水或失水而发生质量变化
B.第6、7组发生质壁分离的内因是原生质层与细胞壁伸缩性不同
C.南瓜条细胞液浓度应介于0.4～0.5 mol·L－1的蔗糖溶液之间
D.蔗糖溶液处理结束时，1～7组南瓜条渗透压依次减小
解析：南瓜条的质量变化是由渗透作用吸水或失水而造成的，A正确；第6、7组南瓜条的质量变小，发生了渗透失水，其内因是原生质层的伸缩性大，细胞壁的伸缩性小，所以发生了质壁分离，B正确；据图可知，在第5、6组之间南瓜条的质量变化可为0，则南瓜条细胞液浓度应介于0.4～0.5 mol·L－1的蔗糖溶液之间，C正确；由于1～7组蔗糖的浓度依次增大，所以蔗糖溶液处理结束时，1～7组南瓜条渗透压依次变大，D错误。
解题方法
细胞失水、吸水的判断方法
(1)通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小判断
(2)根据质量或长度变化来判定
若细胞质量增加或长度变长(如可用萝卜条的质量或长度变化表示),则细胞吸水;反之,则细胞失水。
@考点3 主动运输与胞吞、胞吐
A基础知识重点疑难
1.主动运输
笔记：2022山东卷T3：考查NO和NH跨膜运输的方式，图示新颖，难度较大
概念 及图 示 物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要 载体蛋白 的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输
特点 ① 逆 浓度梯度运输；② 需要 消耗能量；③需要 载体蛋白 的协助
实例 小肠上皮细胞吸收氨基酸、葡萄糖、无机盐等
影响 因素 载体蛋白的种类和数量、能量(温度、O2浓度)
笔记：同一物质进入不同细胞的方式不一定相同，如葡萄糖进入红细胞为协助扩散，进入小肠绒毛上皮细胞为主动运输
2.大分子或颗粒性物进出细胞的方式——胞吞、胞吐
项目 胞吞(内吞) 胞吐(外排)
条件 细胞摄取或排出大分子和颗粒物质的方式
原理 细胞膜的 流动性
特点 物质通过小泡转移，需要消耗能量，不需要载体蛋白，但需要膜蛋白参与
方向 细胞外→细胞内 细胞内→细胞外
实例 变形虫吞食食物颗粒，白细胞吞噬病菌等 胰岛B细胞分泌胰岛素
图解
提醒 (1)胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如某些神经递质。
(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)无机盐离子的运输方式不一定是主动运输，如兴奋产生和恢复过程中的Na＋内流和K＋外流的方式均为协助扩散。
笔记：可与神经调节融合考查
3.影响物质跨膜运输的因素
模型 说明
运输速率与物质浓度差成正比，且无饱和点，可表示自由扩散
P点后限制因素是载体蛋白数量，且需细胞呼吸供能，表示主动运输
运输速率与O2浓度无关，一般表示被动运输
P点后限制因素是转运蛋白数量，可表示协助扩散，若限制因素为载体蛋白数量和能量，可表示主动运输
笔记：温度主要通过影响酶的活性来影响细胞呼吸，影响能量供应，从而影响主动运输、胞吞或胞吐
2024黑吉辽卷T18：结合基因表达考查水的吸收方式，角度新颖
2023湖南卷T14：探究盐胁迫对细胞运输离子的影响
4.探究物质跨膜运输的实验设计
(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
B拆解真题情境推理
[判断正误]
1.(2024·安徽卷)液泡膜上的一种载体蛋白只能主动转运一种分子或离子。(×)
2.(2023·全国甲卷)血浆中的K＋进入红细胞时需要载体蛋白并消耗ATP。(√)
3.(2023·全国甲卷)葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞。(×)
4.(2024·浙江1月选考改编)免疫球蛋白进入肠道上皮细胞需要载体蛋白协助。(×)
5.(2023·辽宁卷改编)钙离子可以主动运输方式通过血脑屏障的生物膜体系。(√)
6.(2024·湖北卷)[题干信息：磷酸盐体系(HP/H2P)和碳酸盐体系(HC/H2CO3)是人体内两种重要的缓冲体系]缓冲体系的成分均通过自由扩散方式进出细胞。(×)
7.(2024·贵州卷改编)利用呼吸抑制剂可推测硒酸盐被根细胞吸收的方式。(√)
8.(2024·北京卷)胆固醇通过胞吞进入细胞，因而属于生物大分子。(×)
9.(2023·河北卷)衰老的红细胞被吞噬需要膜蛋白的参与。(√)
10.(2023·新课标卷)葡萄糖是机体能量的重要来源，能经自由扩散通过细胞膜。(×)
[情境推理]
1.(必修1 P72“与社会的联系”)引发阿米巴痢疾的原因是什么？ 。
提示：在人体肠道内寄生的一种变形虫——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，并引发阿米巴痢疾
2.(2022·全国乙卷节选)农业生产中，农作物生长所需的氮素可以N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根细胞吸收N的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题：
(1)由图可判断N进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是 。
(2)O2浓度大于a时作物乙吸收N速率不再增加，推测其原因是 。
(3)作物甲和作物乙各自在N最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断的依据是 。
提示：(1)主动运输需要呼吸作用提供能量，在氧浓度小于a时，根细胞对N的吸收速率与氧浓度呈正相关，说明细胞吸收N需要有氧呼吸提供能量
(2)主动运输需要载体和能量，O2浓度大于a时能量充足，而吸收速率不再增加，说明载体达到饱和
(3)甲的N最大吸收速率大于乙，需要的能量多，消耗的氧多
3.(2022·海南卷节选)(1)细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道，水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式属于 。
(2)细胞膜上的H＋－ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的pH ；此过程中，H＋－ATP酶作为载体蛋白在转运H＋时发生的变化是 。
(3)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐，不同温度下吸收速率的变化趋势如图。与25 ℃相比，4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因是 。
提示：(1)协助扩散
(2)降低 载体蛋白发生磷酸化，导致其空间结构改变
(3)温度降低，酶的活性降低，呼吸速率减慢，为主动运输提供的能量减少
4.(2021·全国甲卷节选)细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下，根细胞对K＋的吸收速率降低，原因是 。
提示：细胞逆浓度梯度吸收K＋是主动运输过程，需要能量，呼吸抑制剂会影响细胞呼吸供能，故使细胞主动运输速率降低
C升华思维实战演练
物质跨膜运输方式的判断
1.(2024·江西卷)营养物质是生物生长发育的基础。依据表中信息，下列有关小肠上皮细胞吸收营养物质方式的判断，错误的是( C )
方式 细胞外相 对浓度 细胞内相 对浓度 需要提 供能量 需要转 运蛋白
甲 低 高 是 是
乙 高 低 否 是
丙 高 低 是 是
丁 高 低 否 否
A.甲为主动运输 B.乙为协助扩散
C.丙为胞吞作用 D.丁为自由扩散
解析：甲表示的运输方向为逆浓度进行，且需要消耗能量，并通过载体转运，为主动运输，A正确；乙为顺浓度梯度进行，需要转运蛋白，不需要消耗能量，为协助扩散，B正确；胞吞作用不需要转运蛋白参与，C错误；丁顺浓度梯度进行吸收，不需要转运蛋白，也不需要能量，是自由扩散，D正确。
解题方法
“三看法”快速判断物质出入细胞的方式
2.(2024·甘肃卷)维持细胞的Na＋平衡是植物的耐盐机制之一。盐胁迫下，植物细胞膜(或液泡膜)上的H＋－ATP酶(质子泵)和Na＋－H＋逆向转运蛋白可将Na＋从细胞质基质中转运到细胞外(或液泡中)，以维持细胞质基质中的低Na＋水平(见下图)。下列叙述错误的是( C )
A.细胞膜上的H＋－ATP酶磷酸化时伴随着空间构象的改变
B.细胞膜两侧的H＋浓度梯度可以驱动Na＋转运到细胞外
C.H＋－ATP酶抑制剂会干扰H＋的转运，但不影响Na＋转运
D.盐胁迫下Na＋－H＋逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高
解析：细胞膜上的H＋－ATP酶介导H＋向细胞外转运时为主动运输，需要载体蛋白的协助。载体蛋白需与运输分子结合，引起载体蛋白空间结构改变，A正确。H＋顺浓度梯度进入细胞所释放的势能是驱动Na＋转运到细胞外的直接动力，B正确。H＋－ATP酶抑制剂干扰H＋的转运，进而影响膜两侧H＋浓度，对Na＋的运输同样起到抑制作用，C错误。耐盐植株的Na＋－H＋逆向转运蛋白比普通植株多，以适应高盐环境，因此盐胁迫下Na＋－H＋逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高，D正确。
解题方法
主动运输消耗的能量的来源
( 1)ATP水解直接供能
如钠—钾泵(如图)和Ca'泵。钠—钾泵是一种特殊的载体蛋白,具有ATP水解酶的活性,能水解ATP,利用ATP水解释放的能量驱动Na*和K+逆浓度梯度运输(主动运输),从而维持细胞内外Na+和K+的浓度差。
(2)ATP间接供能的协同运输
能量来自膜两侧离子(常见的有Na+ 、H )的电化学梯度,如小肠上皮细胞吸收葡萄糖。
(3)光能驱动
利用光能运输物质﹐常见于细菌,如细菌视紫红质利用光能驱动H+的转运。
3.(2024·浙江6月选考)植物细胞胞质溶胶中的Cl－、N通过离子通道进入液泡，Na＋、Ca2＋逆浓度梯度转运到液泡，以调节细胞渗透压。白天光合作用合成的蔗糖可富集在液泡中，夜间这些蔗糖运到胞质溶胶。植物液泡中部分离子与蔗糖的转运机制如图所示。下列叙述错误的是( C )
A.液泡通过主动运输方式维持膜内外的H＋浓度梯度
B.Cl－、N通过离子通道进入液泡不需要ATP直接供能
C.Na＋、Ca2＋进入液泡需要载体蛋白协助，不需要消耗能量
D.白天液泡富集蔗糖有利于光合作用的持续进行
解析：由题图可知，细胞液的pH为3～6，胞质溶胶的pH为7.5，说明细胞液的H＋浓度高于胞质溶胶，若要长期维持膜内外的H＋浓度梯度，需通过主动运输将胞质溶胶中的H＋运输到细胞液中，A正确；通过离子通道运输为协助扩散，Cl－、N通过离子通道进入液泡属于协助扩散，不需要ATP直接供能，B正确；液泡膜上的载体蛋白能将H＋转运出液泡的同时将细胞质基质中的Na＋、Ca2＋转运到液泡内，说明Na＋、Ca2＋进入液泡的直接驱动力是液泡膜两侧的H＋电化学梯度，因此该过程Na＋、Ca2＋进入液泡的方式为主动运输，需要消耗能量，能量由液泡膜两侧的H＋电化学梯度提供，C错误；白天蔗糖进入液泡，使光合作用产物及时转移，减少光合作用产物蔗糖在细胞质基质中过度积累，有利于光合作用的持续进行，D正确。
解题方法
解答物质出入细胞方式类题三大“关键词”
关键词 特点 参与的物质运输方式 举例
泵 能驱使特定的离子逆浓度泵梯度穿过生物膜,同时消耗能量 主动运输 钠钾泵、质子泵、钠泵
协同运输载体 能够同时转运两种物质，顺浓度被动运输物质A，利用物质A的梯度差所产生的势能主动运输B,使B逆浓度跨膜运输。协同运输不直接消耗ATP 主动运输和被动运输 Na+- 葡萄 糖转运体
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顺浓度梯度通过。被运输物质不需要与通道蛋白结合 被动运输 水通道蛋白、钠离子通道蛋白、钾离子通道蛋白
影响物质跨膜运输的因素
4.(2024·山东卷)植物细胞被感染后产生的环核苷酸结合并打开细胞膜上的Ca2＋通道蛋白，使细胞内Ca2＋浓度升高，调控相关基因表达，导致H2O2含量升高进而对细胞造成伤害；细胞膜上的受体激酶BAK1被油菜素内酯活化后关闭上述Ca2＋通道蛋白。下列说法正确的是( B )
A.环核苷酸与Ca2＋均可结合Ca2＋通道蛋白
B.维持细胞Ca2＋浓度的内低外高需消耗能量
C.Ca2＋作为信号分子直接抑制H2O2的分解
D.油菜素内酯可使BAK1缺失的被感染细胞内H2O2含量降低
解析：环核苷酸结合细胞膜上的Ca2＋通道蛋白，Ca2＋不需要与通道蛋白结合，A错误；环核苷酸结合并打开细胞膜上的Ca2＋通道蛋白，使细胞内Ca2＋浓度升高，Ca2＋内流属于协助扩散，故维持细胞Ca2＋浓度的内低外高是主动运输，需消耗能量，B正确；Ca2＋作为信号分子，调控相关基因表达，导致H2O2含量升高，不是直接抑制H2O2的分解，C错误；BAK1缺失的被感染细胞不能被油菜素内酯活化，不能关闭Ca2＋通道蛋白，将导致H2O2含量升高，D错误。
溯源教材 找答案：分子或离子通过通道蛋白时， 不需要 (需要，不需要)与通道蛋白结合，由以上可以推断A 错误 。
5.(2025·八省联考四川卷)葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是一种存在于脂肪细胞中的蛋白质。在胰岛素的刺激下，GLUT4会从脂肪细胞内的囊泡膜上转移至细胞膜上，葡萄糖借助细胞膜上的GLUT4进入脂肪细胞。下列叙述错误的是( D )
A.脂肪细胞中GLUT4以氨基酸为原料，在核糖体中合成
B.GLUT4转移至细胞膜所需要的能量主要来自于线粒体
C.GLUT4每次转运葡萄糖时，其自身构象都会发生改变
D.当血糖浓度升高时，脂肪细胞膜上的GLUT4数量减少
解析：葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是一种存在于脂肪细胞中的蛋白质，蛋白质合成的原料是氨基酸，合成的场所是核糖体，A正确；线粒体是有氧呼吸的主要场所，因此GLUT4转移至细胞膜所需要的能量主要来自于线粒体，B正确；GLUT4是葡萄糖进入脂肪细胞的载体蛋白，每次转运葡萄糖时GLUT4的构象会发生改变，C正确；当血糖浓度升高时，会有更多的葡萄糖通过细胞膜上的GLUT4进入脂肪细胞，此时脂肪细胞膜上的GLUT4数量增加，D错误。故选D。
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