物质跨膜运输的实例
一、渗透作用具备的条件
二、细胞的吸水和失水
1．动物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。
(2)细胞质与外界溶液之间有浓度差。
2．动物细胞吸水失水的条件
(1)细胞质浓度大于外界溶液浓度时，细胞吸水膨胀。
(2)细胞质浓度小于外界溶液浓度时，细胞失水皱缩。
(3)细胞质浓度等于外界溶液浓度时，水分进出细胞处于动态平衡，细胞形态不变。
3．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构：
①图中a是细胞壁，其特点是具全透性：即水分子和溶解在水里的物质都能通过；伸缩性小。
②图中b是细胞膜 ，c是液泡膜 ，d为细胞质 ，三者构成的结构是原生质层 ，相当于一层半透膜，其伸缩性大。
③图中e是细胞液 ，具有一定的浓度。
(2)质壁分离及复原的原理和现象：
①外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。
②外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。
三、物质跨膜运输的其他实例
1．细胞对无机盐离子的吸收实例
(1)水稻吸收SiO多，吸收Ca2＋、Mg2＋较少，番茄吸收Ca2＋、Mg2＋较多，吸收SiO较少。说明不同植物对不同离子的吸收表现出较大差异。
(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的含量明显高于血液中碘的含量。
(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。
2．物质跨膜运输的特点
(1)物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度进行的。
(2)细胞对于物质的输入和输出有选择性。
3．结论
细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
一、渗透作用的实例与原理
1．仔细分析教材P60[问题探讨]，思考与讨论下列问题：
(1)长颈漏斗内液柱上升的原因是什么？
提示：由于单位时间内透过玻璃纸进入到长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内溶液增多，液面升高。
(2)若将玻璃纸更换成纱布或塑料薄膜，还能发生漏斗内液面上升的现象吗？
提示：用纱布代替玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子可以自由通透，因而液面不会上升；若用塑料薄膜代替玻璃纸，因水分子不能透过塑料薄膜，所以也不会使液面升高。
(3)若将烧杯内清水换成与长颈漏斗内浓度相同的蔗糖溶液，其他不变，还会发生液面升高吗？
提示：不会。因为玻璃纸两侧溶液浓度相同，水分子进出玻璃纸的数目相等，液面不会发生变化。
2．判断下列说法是否正确
(1)只要具有半透膜，就能发生渗透作用。(×)
(2)渗透作用过程中，只发生水分子由低浓度溶液透过半透膜进入高浓度溶液中。(×)
(3)当渗透作用达到平衡时，液柱保持一定的高度，此时半透膜两侧的溶液浓度相等。(×)
二、细胞的吸水和失水
1．仔细观察教材P60图4－1并阅读相关文字，思考并讨论下列问题：
(1)哺乳动物的成熟红细胞在不同浓度的溶液中会发生什么样的变化？
提示：在比细胞质浓度低的外界溶液中，细胞吸水膨胀，甚至破裂；在比细胞质浓度高的外界溶液中，细胞失水皱缩；在与细胞质浓度相等的外界溶液中，细胞保持原有的形态，因为水分子进出细胞处于动态平衡。
(2)尝试总结细胞吸水和失水的多少取决于什么条件？
提示：细胞吸水和失水的多少取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，差值越大，细胞吸水或失水越多。
2．观察教材P61图4－2，试从细胞结构及渗透作用的条件分析，植物细胞能够发生渗透作用吸水和失水的原因。
提示：成熟植物细胞的细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成原生质层，原生质层具有选择透过性，相当于半透膜；具有中央大液泡，细胞液具有一定的浓度，与外界溶液接触时，在原生质层两侧具有浓度差。
三、探究植物细胞的吸水和失水
将下列内容连接起来
四、物质跨膜运输的实例(判断正误)
1．同一植物对不同离子的吸收量都是一样的。(×)
2．不同植物对同种离子的吸收量是相等的。(×)
一、植物细胞与渗透装置的比较
据图分析可知，一个植物细胞类似于一个渗透装置。
[特别提醒]
原生质层、原生质体
(1)原生质层是成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。此结构仅存在于成熟植物细胞中。
(2)原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。
二、植物细胞发生质壁分离的原因和表现
1．原因
2．表现
三、溶液种类与质壁分离和复原的关系
1．当溶质分子为蔗糖等分子时，溶质分子不能进入细胞中，当发生质壁分离后，在n点时，若滴入清水则发生质壁分离的被动复原，如图中曲线a所示，若不作处理则如曲线b所示，实际过程可能导致细胞死亡。
2．当溶质分子为葡萄糖、KNO3、乙二醇等时，细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液的浓度增加，从而使细胞发生质壁分离后能够自动复原，如图中曲线a所示。
3．在质壁分离及质壁分离复原过程中，细胞吸水能力的变化(如图)：
质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着质壁分离程度增大，细胞液浓度增大，植物细胞吸水能力增强；质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度，随着质壁分离复原的进行，细胞液浓度变小，植物细胞吸水能力减弱。
植物细胞吸水和失水的实验探究
1．探究性实验的一般过程：根据观察到的现象，提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→总结交流→进一步探究。
2．假设：原生质层相当于一层半透膜。
3．预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离。
4．装片制作示意图及实验流程
(1)装片制作示意图
(2)实验流程
5．实验结果
现象 试剂 中央液 泡变化 原生质层位置变化 细胞大小
蔗糖溶液 变小 脱离细胞壁 基本不变
清水 逐渐恢复 原来大小 恢复原位 基本不变
6.结论：实验结果与预期结果相同，说明“原生质层相当于一层半透膜”的假设是成立的。
7．实验操作中注意的问题
(1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、液泡带有一定颜色的植物组织进行实验，以便于观察实验现象。例如，以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料就是因为其液泡呈紫色，便于观察实验现象。若以根尖成熟区的细胞为材料进行实验也会发生质壁分离现象，但因液泡无色，不易观察液泡大小的变化。
(2)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。浓度过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；浓度过高，则造成植物细胞失水过多、过快而死亡。原生质层的选择透过性是发生质壁分离和复原的内在前提，死亡的细胞既不会发生质壁分离，也不会发生质壁分离复原。
[例1] 如图中的渗透装置，开始时的液面高度为a，停止上升时的高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，则ab液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是( )
[解析] 由于蔗糖溶液的单位体积中水分子的数量要少于清水中单位体积内水分子的数量，所以导致蔗糖溶液中的液面上升。当用吸管吸走了蔗糖溶液从而使蔗糖分子数量减少，造成蔗糖溶液浓度下降，使蔗糖溶液和清水之间浓度差逐渐变小，ab段产生的压强变小，即ab液面间的高度差随着吸出蔗糖溶液次数的增加而减小。
[答案] B
判断水分子流动方向
(1)从膜两侧水分子的相对数目上分析：水分子总是从相对数目多的一侧流向相对数目少的一侧。
(2)从溶质颗粒大小上分析：溶质颗粒越大，分子间隙越大，所能容纳的水分子数就越多。
[例2] 将洋葱表皮细胞依次浸于蒸馏水、0.3 mol/L蔗糖溶液和0.5 mol/L尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化情况，结果如图所示：
(1)A、B、C中，表示细胞在蒸馏水中的是_____；表示在0.3 mol/L蔗糖溶液中的是_____。
(2)ef段的细胞液浓度变化为______________________________________________。
(3)试简要分析B、C曲线差异的原因：
。
(4)某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示状态，a、b表示两处浓度，由此可推测( )
A．此时a＞b，细胞渗透吸水
B．此时a＝b，渗透系统保持动态平衡
C．此时a＜b，细胞渗透失水
D．上述三种情况都有可能
[解析] 植物细胞在发生质壁分离时，细胞液的浓度会逐渐上升，以使其渗透压和外界溶液渗透压平衡，此时细胞体积缩小。但有些小分子的物质，如尿素等开始时会使植物细胞发生质壁分离现象，但随着它逐渐进入细胞内部，细胞内的渗透压会逐渐升高，细胞又会吸水而开始复原。第(4)题图所表示的细胞处于质壁分离状态，但不能确定其是处于质壁分离过程中，还是处于质壁分离复原过程中，或者恰好是质壁分离结束时，因此A、B、C所述的三种情形都可能存在。
[答案] (1)A C (2)细胞液浓度逐渐升高，最后与外界溶液浓度持平而进入相对稳定状态 (3)B曲线表示处于尿素溶液中的曲线，C曲线表示处于蔗糖溶液中的曲线。①尿素分子可缓缓进入细胞液，提高细胞液浓度，当其大于尿素溶液浓度时，细胞开始由失水变为吸水，直至平衡；②蔗糖分子不能进入细胞，在蔗糖溶液中细胞失水，原生质层收缩，使细胞液浓度升高，浓度差减小，失水减慢，直至平衡 (4)D
细胞是否发生质壁分离及其复原的判断
(1)从细胞角度分析：
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离现象。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象。
(2)从溶液角度分析：
①在一定浓度的、溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原。
②在一定浓度的、溶质可穿膜的溶液中细胞先发生质壁分离后自动复原。
③在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但会因过度失水而死亡，不会再复原。
[网络构建]
填充：①半透膜 ②浓度差 ③膨胀 ④涨破 ⑤皱缩 ⑥质壁分离 ⑦质壁分离复原 ⑧原生质层 ⑨小 ⑩选择透过性?
[关键语句]
1．渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是浓度差。
2．原生质层包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
3．植物细胞发生质壁分离的原因：①外界溶液浓度大于细胞液浓度，②原生质层的伸缩性大于细胞壁。
4．只有活的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不发生质壁分离。
5．细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，选择透过性是活细胞的功能特性。
6．成熟植物细胞在一定浓度的KNO3、尿素等溶液中会发生先质壁分离后自动复原的现象。
1．下列现象利用渗透作用原理的是( )
A．氧气进入红细胞
B．水分子通过细胞壁
C．K＋通过原生质层
D．红细胞在高浓度盐水中皱缩
解析：选D 渗透作用是指溶剂的跨膜运输，氧气是气体，K＋是溶质，因此A项、C项均不属于渗透作用。由于细胞壁是全透性的，不是半透膜，因此B项也不属于渗透作用。
2．下列四项中，不是一个植物细胞发生渗透作用理由的是( )
A．纤维素和果胶构成的细胞壁是全透性的
B．由细胞膜、细胞质、液泡膜构成的原生质层是选择透过性膜
C．液泡中具有一定浓度的细胞液
D．细胞液的浓度大于(或小于)外界溶液的浓度
解析：选A 构成渗透系统的条件，一是具有半透膜；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。植物细胞是一个渗透系统，原因是有相当于半透膜的原生质层，原生质层两侧的溶液具有浓度差。原生质层是由细胞膜、液泡膜和中间的细胞质构成的。细胞壁是全透性的，不属于半透膜。
3．下列叙述错误的是( )
A．成熟植物细胞可以看成一个渗透系统的主要原因是原生质层可以看成一层选择透过性膜
B．导管细胞是高度分化的植物细胞，其吸水方式主要是渗透吸水
C．草履虫也可以看成一个渗透系统
D．渗透作用的动力是渗透压，渗透压的大小与溶质的质量浓度无关，而与单位体积内分子个数有关
解析：选B 导管细胞是死细胞，因此不能形成一个渗透系统。
4．下列有关洋葱表皮细胞质壁分离及其复原实验的叙述错误的是( )
A．发生质壁分离时观察到的现象是液泡体积较小，颜色较深
B．在原生质层与细胞壁之间的溶液为外界溶液
C．在质壁分离复原过程中细胞液浓度减小，细胞吸水能力下降
D．发生质壁分离后的细胞，若放在清水中一定能发生复原
解析：选D 若外界溶液浓度过高，或质壁分离时间过长，洋葱表皮细胞可能会死亡，死亡后则不能发生质壁分离复原。
5．在紫色洋葱表皮细胞临时装片的盖玻片一侧滴加质量分数为0.3 g/mL的蔗糖溶液后，出现了如图所示的情形，请回答：
(1)此细胞发生了______________现象，是细胞____________的结果。
(2)图中②的结构名称是_______________，②④⑤共同构成了______________。
(3)图中⑦充满了____________，其浓度____________。
(4)将此细胞置于清水中，⑥的体积会____________，是由于细胞______________的结果。
(5)在滴加质量分数为0.3 g/mL的蔗糖溶液后的过程中，显微镜下不可能观察到的现象是( )
A．液泡缩小 B．细胞壁与原生质层分离
C．液泡颜色变浅 D．细胞核位于原生质层内
解析：(1)由图示可知，图中原生质层与细胞壁发生了分离，这是由于细胞发生渗透失水的结果。(2)图中②是细胞膜，④是细胞质，⑤是液泡膜，三者共同构成了原生质层。(3)图中⑦是原生质层与细胞壁分离后形成的空间，充满了外界的蔗糖溶液，由于细胞液中水分依次经过液泡膜、细胞质、细胞膜，此处的溶液浓度稍低于外界蔗糖溶液。(4)将已发生质壁分离的植物细胞置于清水中，由于细胞液浓度高于外界的清水浓度，细胞渗透吸水，液泡体积变大。(5)用显微镜观察植物细胞的质壁分离过程中，由于细胞渗透失水，液泡体积逐渐变小，液泡颜色变深，细胞壁与原生质层分离，细胞核位于原生质层内，不会看到液泡颜色变浅现象。
答案：(1)质壁分离 渗透失水 (2)细胞膜 原生质层 (3)蔗糖溶液 略小于0.3 g/mL (4)变大 渗透吸水 (5)C
(时间：25分钟；满分：50分)
一、选择题(每小题4分，共24分)
1．把成熟的草莓浆果洗净后洒上很多蔗糖，会发生的现象是( )
A．细胞中液泡增大
B．蔗糖分子进入草莓细胞
C．整个细胞壁和原生质层间充满了水
D．细胞中的水分外渗
解析：选D 在草莓浆果的外面洒上很多蔗糖，使细胞外的溶液浓度高于细胞内细胞液的浓度，从而使细胞内的水分外渗。
2．将盛有一定浓度蔗糖溶液的透析袋口扎紧后浸于蒸馏水中，如图表示透析袋中蔗糖溶液浓度与时间的关系(纵坐标表示蔗糖溶液浓度)，正确的是( )
解析：选B 将盛有一定浓度的蔗糖溶液的透析袋放在蒸馏水中后，蒸馏水将不断向透析袋中扩散，蔗糖溶液浓度不断下降，但受到透析袋容积的限制，到一定时间水分子进出达到动态平衡，此时蔗糖溶液浓度下降到一定程度便保持相对稳定。
3．将洋葱表皮放入一定浓度的KNO3溶液中，其细胞便发生质壁分离，不久这些细胞又逐渐发生质壁分离复原。其原因是( )
A．细胞液的溶质透出细胞
B．质壁分离后的细胞只允许水分子进入
C．K＋和NO可通过细胞膜进入细胞液
D．水和溶质自由地进出细胞
解析：选C 将洋葱表皮细胞放入一定浓度的KNO3溶液中后，由于外界KNO3溶液浓度大于细胞液浓度，细胞渗透失水，细胞发生质壁分离。由于细胞吸收K＋和NO，离子进入细胞液，使细胞液浓度上升。当细胞液浓度大于外界KNO3溶液浓度时，细胞又渗透吸水，发生质壁分离复原。
4．撕取紫色洋葱外表皮，分为两份。假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。然后，两组外表皮都用浓度为0.3 g/mL 的蔗糖溶液处理，一段时间后表皮细胞中的水分不再减少。此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小是( )
A．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等
B．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高
C．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低
D．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞无法比较
解析：选C 将两份完全相同的紫色洋葱外表皮细胞分别放入完全营养液和蒸馏水中浸泡相同时间，放入蒸馏水中的外表皮细胞因吸水较多，而使甲组细胞的细胞液浓度大于乙组细胞的细胞液浓度。由于甲组细胞的细胞液与0.3 g/mL蔗糖溶液的浓度差小于乙组细胞的细胞液与0.3 g/mL蔗糖溶液的浓度差。所以乙组细胞水分渗出量多。
5．某同学拟选择一种半透性的膜材料，用于自制渗透计。他采用如图1所示的装置(示意图)，对收集到的四种材料甲、乙、丙和丁进行试验，得到了倒置漏斗中的液面高度随时间变化的曲线(如图2)。据图分析，该同学应选择的膜材料是( )
A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
解析：选A 渗透装置中半透膜的选择应遵循：糖分子不能通过半透膜，水分子可以自由通过。分析题中图2可知：乙、丙、丁三种材料均不符合渗透装置中半透膜的要求。
6．在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如图所示。若将处于b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中，则该萝卜条的质量将( )
A．不变 B．增大
C．减小 D．先增后减
解析：选B 从题图中可以看出：a点表示水分进出细胞达到平衡状态，b点细胞处于失水状态。当把b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中后，细胞吸水，质量增大。
二、非选择题(共26分)
7．(10分)将某一洋葱鳞片叶放在某一浓度的蔗糖溶液中，制成装片，放在显微镜下观察，有3种状态的细胞，如图所示：
(1)图B细胞处于何种生理状态？_______________________________________。
(2)这三个细胞在未发生上述情况之前吸水能力大小关系是________________。
(3)图中标号①指的物质是____________________________________________。
(4)假设将洋葱鳞片叶表皮细胞制成装片并使之处于高渗溶液中而发生质壁分离，用显微镜观察一个细胞的质壁分离发展过程，发现该细胞形态的变化顺序将如图中所示的________________________。
(5)若上述三幅图是同一细胞在不同浓度的外界溶液中发生的现象。则这三种溶液浓度的大小关系是________________________________。
解析：(1)(2)(3)由于A、B、C处于同一浓度的蔗糖溶液中，根据图示可以看出B、C均处于质壁分离状态，A可能吸水，也可能既不吸水也不失水，因此这三个细胞在未发生上述情况之前细胞液浓度大小关系是A>B>C，细胞吸水能力大小的关系是A>B>C。由于细胞壁是全透性的，在①中的液体为蔗糖溶液。(4)植物细胞质壁分离过程的变化顺序是A→B→C。(5)由于细胞的质壁分离程度与外界溶液浓度呈正相关，因此可根据质壁分离程度的差异确定：外界溶液浓度的大小为C>B>A。
答案：(1)质壁分离 (2)A>B>C (3)蔗糖溶液 (4)A→B→C (5)C>B>A
8．(16分)(江苏高考)如图为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题：
(1)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，漏斗内外起始液面一致。 渗透平衡时液面差为Δh，此时S1和S2浓度大小关系为________。
(2)图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的________，两者在物质透过功能上的差异是________________________________________________________________________。
(3)为进一步探究两种膜的特性，某兴趣小组做了以下实验。
实验材料：紫色洋葱。
实验器具：如图所示的渗透装置(不含溶液)，光学显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，刀片，吸水纸，擦镜纸，滴管，记号笔等。
实验试剂：蒸馏水，0.3 g/mL的蔗糖溶液和与其等渗的KNO3溶液。
部分实验步骤和结果如下：
①选两套渗透装置，标上代号X和Y。 在两个烧杯里均加入一定量的蒸馏水，分别在装置X和Y 的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和KNO3溶液，均调节漏斗内外液面高度一致。渗透平衡时出现液面差的装置有________(填代号)。
②选两片洁净的载玻片，________，在载玻片中央分别滴加________，制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片并分别观察装片中细胞的初始状态。
③观察临时装片中浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生的变化，两者都能出现的现象是________。
(4)上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是___________________________。
解析：(1)图中漏斗内的液面高于漏斗外，而起始时漏斗内外液面一致，说明水分子的总移动趋势是从漏斗外进入漏斗内，故起始时漏斗内的蔗糖溶液浓度大于漏斗外，由于蔗糖分子不能通过半透膜，所以当水分子进出达到动态平衡的时候，漏斗内的蔗糖浓度仍然大于漏斗外，即S1＞S2。(2)图中的半透膜模拟的是成熟植物细胞中的原生质层。半透膜是物理性膜，一般没有生物活性，不具有选择透过性，只要分子的直径小于半透膜的孔径就能通过，否则不能通过；而组成原生质层的细胞膜和液泡膜具有生物活性，有选择透过性，可以主动运输有关物质。(3)①两套渗透装置中，加蔗糖溶液的渗透装置会出现液面差，因为蔗糖分子不能通过半透膜，所以该装置中水分子总的移动趋势是从蒸馏水中移到漏斗内；而加KNO3溶液的渗透装置不出现液面差，因为KNO3溶液中的K＋和NO可以通过半透膜，所以半透膜两侧的溶液浓度最终会相同。②选两片洁净的载玻片，标号，在载玻片中央分别滴加蒸馏水，然后将撕取的洋葱鳞片叶外表皮展平置于蒸馏水中，加上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片。③将洋葱鳞片叶外表皮细胞分别浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3溶液中，由于外界溶液的浓度高于洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度，细胞失水，因此在显微镜下可以观察到两个临时装片中的洋葱鳞片叶外表皮细胞都出现质壁分离现象；但是浸润在KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞在一段时间后还会出现质壁分离的复原现象，而蔗糖溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞没有出现质壁分离的复原现象。
答案：(1)S1＞S2 (2)原生质层 原生质层能主动运输有关物质而半透膜不能 (3)①X ②标号 蒸馏水 ③质壁分离 (4)KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原
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生物膜的流动镶嵌模型
一、对生物膜结构的探索历程
时间(人物) 实验依据 结论或假说
19世纪末欧文顿 对植物细胞进行通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜 膜是由脂质组成
20世纪初 对哺乳动物红细胞的细胞膜进行化学分析 膜的主要成分是脂质和蛋白质
1925年荷兰科学家 从红细胞中提取的脂质铺成单分子层。其面积是红细胞表面积的2倍 膜中的脂质分子必然排列为连续的两层
1959年罗伯特森 电子显微镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构 所有的生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，是静态的结构
1970年 荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验 细胞膜具有流动性
1972年桑格和尼克森 新的观察实验证据 提出为大多数人所接受的流动镶嵌模型
二、流动镶嵌模型的基本内容
1．结构模型
(1)图中a
(2)图中b
(3)图中c
2．结构特点：具有一定的流动性。
一、细胞膜的物质组成及其结构的探索
1．仔细观察教材P66[思考与讨论]中磷脂分子图示，思考并讨论下列问题：
(1)磷脂分子含有哪些元素？
提示：C、H、O、N、P。
(2)磷脂分子具有怎样的结构特点？
提示：磷脂分子是由磷酸组成的亲水的“头”部和甘油、脂肪酸组成的疏水的“尾”部所构成。
(3)依据磷脂分子的结构特点，运用相关的化学知识，讨论并解释为什么磷脂在空气——水界面上铺展成单分子层？
提示：因为磷脂分子的“头”部亲水，所以在空气－水界面上是“头部”向下与水接触，尾部则朝向空气一面。
2．判断正误
(1)膜的成分中只有脂质和蛋白质。(×)
(2)从所有动物的成熟红细胞中提取脂质，在空气－水界面上铺成单分子层，其面积都是红细胞表面积的2倍。(×)
二、细胞膜的流动镶嵌模型
1．模型构建探索
(1)观察教材P66图4－4，分析1959年罗伯特森在电镜下观察到的“暗－亮－暗”三层结构分别是指什么物质？ 提出了怎样的生物膜模型？
提示：两边的暗层是蛋白质分子，中间的亮层是脂质分子。罗伯特森提出：所有生物膜都由蛋白质－脂质－蛋白质三层构成的静态结构。
(2)观察教材P67图4－5，分析人、鼠细胞融合实验中两种颜色的荧光均匀分布的直接原因是什么？
提示：被标记荧光的蛋白质分子的运动。
2．判断正误
(1)组成生物膜的蛋白质全部都平铺在脂质表面上。(×)
(2)细胞膜内外表面上都有糖蛋白分布。(×)
(3)细胞膜上的糖蛋白，具有保护、润滑和细胞识别作用。(√)
(4)细胞膜的流动性是指组成细胞膜的蛋白质分子和脂质分子可脱离细胞膜结构随意运动。(×)
(5)细胞膜选择透过性的物质基础是细胞膜上的蛋白质。(√)
一、流动镶嵌模型的内容
1．磷脂双分子层构成膜的基本支架，亲水的“头部”排在外侧，疏水的“尾部”排在内侧，这个支架不是静止的，而是流动的。
2．蛋白质分子分布在磷脂双分子层的表面或镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中。
3．糖类与某些蛋白质结合形成糖被，有识别、保护、润滑、免疫等作用。
二、结构上具有一定的流动性
1．含义：构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都不是静止的，而是可以运动的。
2．表现：变形虫的变形运动、细胞的融合、胞吐等。
三、功能上具有选择透过性
1．含义：水分子可以自由通过磷脂双分子层，细胞需要的离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。如图：
2．原因
(1)某些离子和分子不能透过细胞膜的磷脂双分子层。
(2)与细胞膜上载体蛋白的专一性有关，如图中物质A、B有相应的载体蛋白，而物质C没有相应的载体蛋白。
四、流动性和选择透过性的关系
1．区别：流动性是生物膜的结构特点，选择透过性是生物膜的功能特性。
2．联系：流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性。
[特别提醒]
半透膜、选择透过性膜及生物膜
概念范畴 特点
半透膜 物理学上 的概念 物质能否通过半透膜取决于半透膜孔隙直径的大小
选择透 过性膜 生理学上 的概念 具有生物活性，即使是小分子，只要不是细胞选择吸收的，也不能通过。选择透过性膜可以看成是功能完善的一类半透膜
生物膜 活的生物膜属于选择透过性膜。当细胞死亡时，细胞膜等生物膜的选择透过性就变为全透性
[例1] 科学家在实验中发现，脂溶性物质能够优先通过细胞膜，并且细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解，这些事实说明了组成细胞膜的物质中有( )
A．糖类和脂质 B．糖类和蛋白质
C．蛋白质和脂质 D．蛋白质和核酸
[解析] 根据“相似相溶”原理以及酶具有专一性的特性，可以得知细胞膜中含有脂质和蛋白质。
[答案] C
[例2] 如图表示细胞膜的亚显微结构模式图，请据图回答：
(1)图中[B]________的基本组成单位是________。构成细胞膜基本支架的结构是[ ]________。
(2)与细胞膜的识别功能有关的结构是[ ]________。
(3)吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有______性。这是因为___________________________________________________。
(4)不同细胞细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞膜上的什么结构？ (填写标号)。
(5)细胞膜的外侧是____(选填“M”或“N”)侧，判断的依据是_________________________。
(6)细胞膜的这种结构模型被称为______________________________________。
[研析] 本题以细胞膜的亚显微结构模式图为载体，考查细胞膜的结构及特性，具体分析如下：
[审]——关键信息
信息①：细胞膜的亚显微结构模式图显示，细胞膜的基本支架是磷脂双分子层(图中D所示)，蛋白质分子覆盖、镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中。
信息②：糖链和蛋白质结合形成糖蛋白，与细胞识别、细胞间信息交流有关。
信息③：M侧具有糖链(图中A所示)，可以判断M侧为细胞膜外侧。
[联]——联系基础
设问(1)可联系：细胞膜的基本支架为磷脂双分子层，蛋白质分子的基本组成单位是氨基酸。
设问(2)、(5)可联系：糖蛋白与细胞识别、细胞间信息交流密切相关，并可依据具有糖链的一侧判断出M侧为细胞膜外侧。
设问(3)、(4)、(6)可联系：流动镶嵌模型的内容及细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。
[答]——解题规范
设问(1)：构成细胞膜基本支架的结构是“[D]磷脂双分子层”而不能答成“[C]磷脂分子”。
设问(2)：答成“糖被”也得分。
设问(3)：答成“选择透过性”错误，不得分。
设问(4)：注意要填写符号“B”，答“蛋白质”不得分。
设问(6)：注意不要错答成“细胞膜的亚显微结构模型”。
[答案] (1)蛋白质 氨基酸 [D]磷脂双分子层 (2)[E]糖蛋白 (3)流动 组成细胞膜的蛋白质分子和磷脂分子都不是静止不动的，而是可以运动的 (4)B (5)M M侧有多糖与蛋白质结合形成的糖蛋白，糖蛋白位于细胞膜外侧 (6)流动镶嵌模型
细胞膜内外侧的判断
(1)判断依据：糖蛋白的分布情况。
(2)判断方法：
糖蛋白
[网络构建]
填充：①基本支架 ②嵌入 ③贯穿 ④糖蛋白 ⑤流动性 ⑥选择透过性?
[关键语句]
1．脂溶性物质能优先通过细胞膜，说明细胞膜中含有脂质。
2．流动镶嵌模型认为：磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分子覆盖、镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中。
3．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。
4．糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，与细胞识别作用有关。
1．下列说法中，与生物膜发现史不一致的是( )
A．欧文顿在实验基础上提出，膜是由脂质组成的
B．荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层面积为红细胞表面积的2倍。他们由此推出：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层
C．罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，提出所有的生物膜都是由磷脂—蛋白质—磷脂三层结构构成的
D．科学家将不同荧光染料标记的人细胞和鼠细胞进行融合，证明了细胞膜的流动性
解析：选C 罗伯特森在电镜下看到的细胞膜的暗—亮—暗的三层结构，提出生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。
2．关于细胞膜流动性的叙述，正确的是( )
A．因为磷脂分子有头和尾，磷脂分子利用尾部摆动在细胞膜上运动，使细胞膜具有流动性
B．因为蛋白质分子无尾，不能运动，所以它与细胞膜的流动性无关
C．细胞膜的流动性是指蛋白质载体的翻转运动，与磷脂分子无关
D．细胞膜流动性与磷脂分子和蛋白质分子都有关
解析：选D 磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架，这个支架不是静止的，具有流动性。构成细胞膜的蛋白质分子大多数也是可以运动的。
3．如图为细胞膜的流动镶嵌模型示意图，有关叙述不正确的是 ( )
A．具有①的一侧为细胞膜的外侧
B．细胞膜表面①的含量较其他生物膜要多
C．组成细胞膜的基本支架是②
D．细胞膜的选择透过性与③的种类和数量有关
解析：选C 图示中②为磷脂分子，构成细胞膜的基本支架应为磷脂双分子层，不是磷脂分子。
4．生物体细胞内的膜具有一定的选择透过性，即水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过。请根据以下所提供的条件探究细胞膜的选择透过性。
实验材料和用具：新鲜的红色康乃馨、烧杯、玻璃铅笔、质量分数为15%的盐酸、清水、量筒。
(1)简要说明膜的成分与选择透过性的关系。_________________________________。
(2)康乃馨的红色部分是指细胞哪一结构？________________________________。
(3)完善下列实验设计，验证膜具有选择透过性。
第一步：选两只大小相同的烧杯，用玻璃铅笔标上A和B。
第二步：___________________________________________________________。
第三步：___________________________________________________________。
结果预测：________________________________________________________。
原因分析：___________________________________________________________。
解析：康乃馨的红色部分位于其细胞的液泡中，正常情况下其色素分子是不能透过细胞膜和液泡膜，若用盐酸处理其细胞，则细胞膜和液泡膜的选择透过性将改变，这是实验设计的出发点。
答案：(1)膜的选择透过性主要取决于膜的组成成分中的载体蛋白 (2)液泡 (3)第二步：在A、B两只烧杯中，分别加入等量15%的盐酸和清水 第三步：选等量的红色康乃馨花瓣，分别放入A、B两只烧杯中，经过一段时间后观察 结果预测：水中的花瓣仍为红色，水仍呈无色；盐酸中的花瓣红色逐渐变浅，而盐酸溶液变红 原因分析：盐酸对活细胞具有很强的伤害作用，它可以将细胞杀死使其丧失选择透过性，而清水对活细胞无伤害作用
(时间：25分钟；满分：50分)
一、选择题(每小题3分，共24分)
1．以下关于细胞膜结构的叙述中，不正确的是( )
A．膜两侧物质分子的排列是不对称的
B．组成膜的物质分子的运动使膜具有一定的流动性
C．磷脂具有保护、润滑、识别和信息传递的作用
D．磷脂排列成双分子层
解析：选C 细胞膜上的糖蛋白具有保护、润滑、识别和信息传递的作用，磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架。
2．从细胞膜上提取了某种成分，用非酶法处理后，加入双缩脲试剂出现紫色，若加入斐林试剂或班氏试剂并加热，出现砖红色。该成分是( )
A．糖脂 B．磷脂
C．糖蛋白 D．脂蛋白
解析：选C 细胞膜的成分有磷脂、蛋白质和糖类，其中有些蛋白质和糖类结合形成糖蛋白。加入双缩脲试剂产生紫色反应，说明含有蛋白质；加入斐林试剂加热后出现砖红色沉淀说明含有还原性糖。同时含有糖类和蛋白质的是糖蛋白。
3．将用红色荧光染料标记的小鼠细胞与用绿色荧光染料标记的人细胞融合后，放到10 ℃和37 ℃的恒温箱中培养40 min，其结果说明的问题是( )
A．细胞膜流动性受温度影响
B．细胞膜流动性不受环境影响
C．细胞膜具有选择透过性
D．细胞膜具有一定的流动性
解析：选A 温度影响细胞膜的流动性，在较低温度下，细胞膜的流动性很弱，所以在10 ℃时两种荧光点不均匀分布，而37 ℃时均匀分布。
4．下列不符合生物膜的流动镶嵌模型的说法是( )
A．磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性
B．每个磷脂分子的疏水端都向内
C．嵌入磷脂双分子层的蛋白质分子大多能运动
D．生物膜中的磷脂分子和蛋白质分子之间没有联系，所以才具有流动性
解析：选D 生物膜中的磷脂分子和蛋白质分子大都能运动，这使整个生物膜具有流动性。生物膜是一个整体，它上面的各种分子相互作用、密切联系才维持了生物膜的整体性。
5．如图表示细胞膜的亚显微结构，其中a和b为物质的两种运输方式，下列对细胞膜结构和功能的叙述错误的是( )
A．若图示为肝细胞膜，则尿素的运输方向是Ⅱ→Ⅰ
B．细胞间的识别、免疫、细胞的癌变与①有密切的关系
C．适当提高温度将加快②和③的流动速度
D．b 过程不需要 ATP，a 过程未体现膜的选择透过性这一生理特性
解析：选D 图中①是糖蛋白、②是蛋白质、③是磷脂分子，Ⅰ为膜外(外侧有糖蛋白)、Ⅱ为膜内。a 方式是由低浓度向高浓度、需载体协助的主动运输，b 方式是由高浓度向低浓度、不需载体协助的自由扩散。肝细胞内合成的尿素，以自由扩散的方式通过肝细胞膜被运到细胞外；细胞间的识别、免疫和细胞的癌变与膜上的糖蛋白有关；适当提高温度，分子运动速度加快；b 自由扩散不需要能量是正确的，但 a 主动运输需膜上载体蛋白的协助，能体现膜的选择透过性。
6．借助电子显微镜观察细胞膜，可以看到两条暗带中间夹一条明带，那么关于对这两条暗带和一条明带的化学成分的说法最准确的是( )
A．两条暗带的成分是蛋白质，明带的成分是脂质
B．明带的成分是蛋白质，两条暗带的成分是脂质
C．两条暗带的主要成分是蛋白质，明带的主要成分是脂质
D．明带的主要成分是蛋白质，两条暗带的主要成分是脂质
解析：选C 细胞膜成分中的磷脂双分子层构成了细胞膜的基本骨架，大量的蛋白质分子覆盖在磷脂双分子层的表面，所以在电镜下看到的两条暗带的主要成分应该是蛋白质，中间的明带的主要成分是脂质。
7．下列有关生物膜的叙述正确的是 ( )
A．人体淋巴细胞细胞膜的主要成分是多糖与脂质
B．细胞膜具有一定的流动性，是选择透过性的基础
C．流动镶嵌模型认为：生物膜是蛋白质—脂质—蛋白质三层结构
D．细胞完成分化后，其细胞膜的通透性稳定不变
解析：选B 细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。流动镶嵌模型认为生物膜以磷脂双分子层形成基本骨架，蛋白质镶嵌在表面，部分或全部嵌入、贯穿于磷脂双分子层中，磷脂分子和大部分蛋白质是运动的。细胞膜是一种选择透过性膜，其通透性大小与许多因素(如温度等)有关，并不是稳定不变的。
8．细胞膜是细胞的边界，下列过程不能体现细胞膜具有流动性的是( )
A．由一个细胞分裂为两个细胞
B．动物细胞膜上的糖蛋白的识别过程
C．植物细胞出现质壁分离
D．高尔基体产生囊泡与细胞膜融合
解析：选B 细胞分裂、质壁分离、分泌蛋白的分泌过程都体现了细胞膜的流动性；动物细胞膜上糖蛋白的识别过程与细胞膜的流动性无关。
二、非选择题(共26分)
9．(12分)用不同的荧光染料标记的抗体，分别与人细胞和小鼠细胞的细胞膜上的一种抗原物质结合，使两类细胞分别产生绿色和红色荧光。当这两种细胞融合成一个细胞时，开始一半呈绿色，一半呈红色。但在37 ℃下保温40 min后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布(如图)。据图回答下面的问题：
(1)人和小鼠细胞膜表面的抗原属于构成膜结构的______________________物质。
(2)融合细胞表面两类荧光染料分布的动态变化，表明了组成细胞膜的______________等分子是可以运动的，由此可以证实关于细胞膜结构“模型”的观点是成立的。
(3)融合细胞表面两类荧光染料最终均匀分布，原因是__________________，这表明细胞膜的结构特点是具有____________________。
(4)如果该融合实验在20 ℃条件下进行，则两种表面抗原均匀分布的时间将大大延长，这说明__________________________。若在0 ℃下培养40 min，则发现细胞仍然保持一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。对这一现象的合理解释是_________________________。
解析：细胞膜的主要成分是蛋白质分子和磷脂分子，能与荧光染料标记的抗体结合的应是膜上的蛋白质分子，即题中所谓的“抗原”物质。人细胞和小鼠细胞融合成一个细胞后，开始时因温度和时间的关系，不同膜上的荧光性表现在相对集中的区域，其物质的流动性暂时未得到体现。将融合细胞置于37 ℃下保温0.5 h后，温度适宜，膜上的分子因流动而发生重新排列，表现出荧光点均匀分布的现象，若温度降低，膜流动性减弱，两种荧光混合的时间大大延长甚至不能混合。
答案：(1)蛋白质 (2)蛋白质 (3)构成膜结构的磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动 一定的流动性 (4)随环境温度的降低，膜上蛋白质分子的运动速率减慢 细胞膜的流动性特点只有在适宜的条件下才能体现
10．(14分)科学家研究细胞膜上的各种蛋白质时，通过测定氨基酸序列及其相应的DNA序列，发现了一种细胞水通道蛋白，并推测细胞渗透吸水或失水过程中，水分子进出需通过此通道。请完成下面的实验探究。
探究课题：细胞对水的吸收是否需要细胞膜上的水通道蛋白。
实验假设：_____________________________________________________。
探究准备：人体成熟红细胞、生理盐水、活性蛋白酶、显微镜、载玻片、盖玻片等。
探究步骤：
(1)选取人体红细胞，用________稀释，分别置于A、B两试管中。
(2)A试管加入一定量的活性蛋白酶，B试管加入________高温下失活的蛋白酶。
(3)一定时间后，分别取A、B两试管中的红细胞样液制成1、2号临时装片。
(4)用显微镜观察正常红细胞的形态。
(5)分别在1、2号临时装片的盖玻片一侧滴加清水，在另一侧________________，一段时间后观察，具体观察指标是________________________________。在(2)中用蛋白酶处理细胞的目的是________________________________，设置B组的目的是______________。
探究结论：若____________________，说明细胞对水的吸收需要细胞膜上的水通道蛋白。
答案：实验假设：细胞对水的吸收需要细胞膜上通道蛋白的协助 探究步骤：(1)生理盐水 (2)等量 (5)用吸水纸吸引 红细胞的体积变化 去除通道蛋白 对照 探究结论：1号装片的细胞体积不变，2号装片的细胞体积明显变大
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物质跨膜运输的方式
一、被动运输
1．概念：物质进出细胞时，顺浓度梯度的扩散。
2．类型
方式 自由扩散 协助扩散
特点 物质通过简单的扩散作用进出细胞 进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散
实例 水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯等 葡萄糖进入红细胞
二、主动运输
1．物质运输方向：从低浓度→高浓度。
2．基本条件
(1)细胞膜上相应载体蛋白的协助。
(2)消耗细胞内化学反应所释放的能量。
3．生理意义：保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择地吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。
一、被动运输
1．仔细观察教材P71图4－7，思考并回答下列问题：
(1)图示中绿色和红色的圆点多少表示什么意义？
提示：表示细胞内外两种物质的浓度大小。
(2)由图示分析，自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗？为什么？
提示：都不需要消耗能量，因为二者都是顺物质浓度梯度进行的。
(3)试从物质运输动力角度分析，为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？
提示：自由扩散和协助扩散的物质运输动力都是物质浓度差，即都是顺浓度梯度进行的，不需要消耗能量，所以统称为被动运输。
2．判断正误
(1)相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内。(×)
(2)葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助，但不需要消耗能量，属于协助扩散。(√)
二、主动运输
1．观察教材P71表4－1，回答下列问题：
(1)表格中不同离子浓度比值有什么特点？说明了什么问题？
提示：不同离子浓度比值均大于1；说明了丽藻细胞能够逆浓度梯度从外界池水中吸收这些离子。
(2)由此推测丽藻细胞对表中各种离子的吸收方式是什么？
提示：主动运输。
2．判断正误
(1)只有大分子物质进出细胞的方式是主动运输。(×)
(2)在果脯腌制过程中慢慢变甜。是细胞主动吸收糖分的结果。(×)
(3)协助扩散和主动运输都需要细胞膜上的同一种载体蛋白。(×)
三、大分子物质进出细胞
阅读教材P72小字文字内容，回答下列问题：
1．大分子颗粒性物质通过什么方式进出细胞？
提示：胞吞、胞吐作用。
2．胞吞和胞吐属于跨膜运输吗？是否需要消耗能量？
提示：不属于。胞吞、胞吐利用了膜的流动性，需要消耗能量。
一、物质出入细胞方式比较
物质种类 运输方式 方向 载体 能量 实例
小分子物质 被动运输 自由扩散 高浓度→低浓度 不需要 不需要 水、气体、胆固醇、乙醇、甘油、苯、脂肪酸、脂溶性维生素等
协助扩散 高浓度→低浓度 需要 不需要 葡萄糖进入红细胞
主动运输 低浓度→高浓度 需要 需要 小肠吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等
大分子物质 胞吐 由膜内到膜外 不需要 需要 分泌蛋白
胞吞 由膜外到膜内 不需要 需要 变形虫吞食绿脓杆菌
1．载体
2．胞吞和胞吐进行的结构基础是细胞膜的流动性；胞吞和胞吐与主动运输一样也需要能量，如果分泌细胞的ATP合成受阻，则胞吞和胞吐作用不能继续进行。
[特别提醒]
(1)受细胞内外物质浓度差影响的是自由扩散和协助扩散。
(2)受载体蛋白影响的是协助扩散和主动运输。
(3)受O2浓度影响的只有主动运输。
(4)三种运输方式都受温度影响，因为温度影响细胞膜的流动性；除此之外，温度还通过影响能量的供应来影响主动运输。
二、影响物质跨膜运输的因素
1．物质浓度(在一定的浓度范围内)
(1)自由扩散的运输动力是两侧溶液的浓度差，在一定浓度范围内，随物质浓度的增大，其运输速率与物质浓度成正比。
(2)协助扩散或主动运输都需要载体协助，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，到达一定物质浓度时，由于受膜上载体数量的限制，运输速率不再随浓度增大而增大。
2．氧气浓度
(1)氧气浓度可以影响细胞呼吸产生能量的多少。被动运输不需要能量，因此与氧气浓度无关，运输速率不随氧气浓度增大而改变。
(2)主动运输方式既需要载体协助又需要消耗能量。在一定范围内，随氧气浓度升高，运输速率不断增大，当氧气浓度足够高时，能量供应充足，但由于受膜上载体数量的限制，运输速率不再随氧气浓度增大而增大。
[例1] (新课标全国卷)撕取紫色洋葱外表皮，分为两份，假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。然后，两组外表皮都用浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理，一段时间后表皮细胞中的水分运出细胞的方式是( )
A．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输
B．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输
C．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输
D．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输
[解析] 在完全营养液中浸泡后的洋葱外表皮细胞，其细胞液的浓度维持正常，在蒸馏水中浸泡相同时间的洋葱外表皮细胞，其细胞液的浓度降低。两组外表皮用0.3 g/mL的蔗糖溶液处理后，都会因外界溶液浓度大于细胞液浓度而失去水分，但因乙组外界溶液与细胞液的浓度差更大，故乙组失去水分的量多于甲组。水分通过细胞膜的方式为自由扩散，属于被动运输。
[答案] C
[例2] 如图为物质出入细胞膜的示意图，据图回答：
(1)图中所示的细胞膜模型称为_________________________________________。
(2)细胞膜的基本支架是[ ] (填图中字母及名称)；细胞膜功能的主要承担者是[ ]________(填图中字母及名称)。D代表________。
(3)细胞膜从功能上来说，它是一层________膜。O2、CO2等物质通过细胞膜的方式是图中的哪一种？________(填图中字母编号)。
(4)动物细胞吸水膨胀时B的厚度变小，这说明B具有______________________________。
(5)氨基酸从肠腔进入小肠上皮细胞的过程是以图中的哪种方式？________(填图中编号)；与O2、CO2等物质的运输相比，此方式的最大特点是____________________，与此相关的细胞器结构有________、________。
[研析] 本题考查细胞膜的结构模型和物质进出细胞膜的方式，具体分析如下：
[审]——提取信息
信息①：细胞膜的模式图及图中糖链的位置。
信息②：细胞吸水膨胀时B的厚度变小。
信息③：图中物质b从分子数多的一侧到分子数少的一侧，不需要载体蛋白协助，不消耗能量，图中c、d从分子数多的一侧到分子数少的一侧，需要载体蛋白协助，不消耗能量。
信息④：图中物质a、e都是逆物质浓度运输，并且需要载体蛋白协助，消耗能量。
[析]——解读信息
解读①：图示为细胞膜的流动镶嵌模型，磷脂双分子层(B)构成膜的基本支架，蛋白质分子(A)镶嵌其中，有的蛋白质分子上结合有糖链(D)，即有糖链的一侧为膜的外侧。
解读②：说明细胞膜具有一定的流动性。
解读③：说明物质b为自由扩散，物质c、d为协助扩散。
解读④：物质a为主动运输，且从细胞外进入细胞内；物质e为主动运输，且从细胞内到细胞外。
[答]——解题规范
设问(2)：答成“[B]磷脂分子”不给分，要指明是“磷脂双分子层”。
设问(3)：不能错答成“具有一定的流动性”。
设问(5)：不要忽略物质进出细胞的方向而错答成“e”。
[答案] (1)流动镶嵌模型 (2)[B]磷脂双分子层 [A]蛋白质 糖链 (3)选择透过性 b (4)一定的流动性 (5)a 既需要载体蛋白，又需要消耗能量 线粒体 核糖体
物质进出细胞方式的判断
一看物质分子大小，判断是否是跨膜运输；二看能量；三看载体。
[网络构建]
填充：①需要 ②需要 ③不需要 ④需要 ⑤逆 ⑥顺?
[关键语句]
1．自由扩散既不需要载体，也不需要能量，水、气体及脂溶性物质以自由扩散方式运输。
2．协助扩散需要载体，但不需要能量，如红细胞吸收葡萄糖。
3．主动运输既需要能量，又需要载体，无机盐离子主要以主动运输方式出入细胞。
4．大分子物质进出细胞的方式是胞吞、胞吐，不属于跨膜运输。
1．人体组织细胞从组织液中吸收甘油的量主要取决于( )
A．组织液中甘油的浓度
B．细胞膜上载体的数量
C．细胞中ATP的数量
D．细胞膜上的某种载体数量
解析：选A 甘油进入组织细胞的方式是自由扩散，其吸收量主要取决于组织液中甘油的浓度，与能量和载体无关。
2．(广东高考)某物质从低浓度向高浓度跨膜运输，该过程( )
A．没有载体参与 B．为自由扩散
C．为协助扩散 D．为主动运输
解析：选D 主动运输的特点是由低浓度到高浓度，需要载体，需要能量。
3．如图是物质进出细胞方式的概念图，对图示分析正确的是( )
A．据图可确定①为既耗能又需载体蛋白的主动运输
B．⑤和⑥两种方式的共同特点是逆浓度梯度运输物质
C．母乳中的免疫球蛋白可通过①和③两种方式被吸收
D．果脯腌制时蔗糖进入细胞与③胞吞作用有关
解析：选A 据图分析可知，①是主动运输，②是被动运输，③④分别为胞吞和胞吐，⑤⑥分别为自由扩散和协助扩散。主动运输既消耗能量也需要载体蛋白协助；被动运输的特点是物质顺浓度梯度运输；免疫球蛋白是大分子物质，通过胞吞作用吸收；蔗糖进入果脯细胞是因为在腌制过程中果脯细胞死亡，细胞膜失去了活性。
4．如图表示一种物质的跨膜运输方式，下列叙述中正确的是( )
A．该膜中载体也能运输蔗糖
B．碘以该方式进入海带细胞
C．该方式不会出现饱和现象
D．该方式发生在被运输物质从高浓度到低浓度时
解析：选D 据图可知，葡萄糖进入细胞需要载体，而不需要能量，故该跨膜方式为协助扩散，只能从高浓度运输到低浓度。跨膜运输中的载体具有专一性，运输葡萄糖的载体不能运输蔗糖；碘进入细胞的方式为主动运输而不是协助扩散；由于膜上运输相应物质的载体数量是有限的，故运输会达到饱和。
5．物质进入细胞都要穿过细胞膜，不同物质穿过细胞膜的方式不同。如图分别表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞膜内的三种不同情况。据图回答下列问题。
(1)据图指出A、B、C所表示的物质运输方式：A是________，B是________，C是________。
(2)上述三种运输方式中，哪一种加入呼吸抑制剂后曲线会发生变化？_______________。为什么？_______________________________________。
(3)乙醇、CO2、氨基酸通过细胞膜的方式分别是________、________、________。
解析：图A所示，随细胞外浓度增加，在一定范围内通过细胞膜进入细胞内的物质运输速率也增加，这是自由扩散。图B中，随着细胞外浓度的增加，通过细胞膜进入细胞内的物质运输速率在前期也几乎呈直线关系增加，但在后期细胞外浓度虽然继续增加，而进入细胞内物质的速率却不是呈直线关系增加，而是逐渐趋向平缓，这说明该物质进入细胞时要依靠细胞膜上的载体，当膜上所有能够参与运输这一物质的载体蛋白质都参与时，其运输速率不再随膜外物质浓度的增加而提高，因此，B是协助扩散。图C表示细胞内物质浓度与时间、细胞外物质浓度关系曲线，也接近于B，说明它也是与细胞膜上的载体蛋白有关。但是在膜外物质浓度比膜内物质浓度低时，该物质仍能进入膜内，说明它是靠主动运输进入细胞的，需要消耗能量，所以C是主动运输。上述三种运输方式中只有主动运输需要消耗细胞内的能量。而细胞内能量是依靠细胞呼吸来供应的。如果加入了呼吸抑制剂后，就会抑制细胞呼吸，这时依靠能量供应的主动运输就不能继续进行。乙醇和CO2进出细胞的方式都是自由扩散，而氨基酸以主动运输的方式进入细胞，并由呼吸作用提供能量。
答案：(1)自由扩散 协助扩散 主动运输 (2)主动运输(C) 主动运输需要呼吸作用提供能量 (3)自由扩散 自由扩散 主动运输
(时间：25分钟；满分：50分)
一、选择题(每小题3分，共24分)
1．氧气透过肺泡进入毛细血管的过程是( )
A．全部为主动运输
B．大部分为扩散作用，少部分为主动运输
C．全部为扩散作用
D．少部分为扩散作用，大部分为主动运输
解析：选C 氧气进入毛细血管是通过扩散作用进行的。
2．将紫色洋葱在完全营养液中浸泡一段时间，撕取外表皮，先用浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理，细胞发生质壁分离后，立即将外表皮放入蒸馏水中，直到细胞中的水分不再增加。若在该实验过程中，蔗糖溶液处理前外表皮细胞液的浓度为甲，细胞中的水分不再增加时外表皮细胞液的浓度为乙，则甲、乙的关系以及实验过程中水分进出细胞的方式为( )
A．甲＜乙，被动运输 B．甲＞乙，被动运输
C．甲＞乙，主动运输 D．甲＝乙，主动运输
解析：选B 蔗糖溶液处理后的细胞放在蒸馏水中能吸收水分，因此，直到细胞中水分不再增加时，细胞液的浓度降低了。水分进出细胞的方式是自由扩散，属于被动运输。
3．科学家在研究细胞膜运输物质时发现有下列四种关系，分别用图中四条曲线表示，在研究物质X的跨膜运输时，发现其运输方式与曲线②和曲线④相符。请问细胞膜运输物质X的方式是( )
A．主动运输 B．协助扩散
C．自由扩散 D．胞吐
解析：选A 曲线①说明运输速率与物质浓度成正比，不受其他因素的限制，应为自由扩散；曲线②说明在一定浓度范围内，随物质浓度升高运输速率加快，当达到一定程度后，由于受到载体蛋白数量的限制，运输速率不再增加，从而保持稳定，说明这种运输方式需要载体，不是自由扩散，可能是协助扩散或主动运输；曲线③说明运输速率与氧气浓度无关，而氧气浓度的高低影响能量的产生，进而影响主动运输的速率，说明这种运输方式不是主动运输，有可能是自由扩散或协助扩散；曲线④说明运输速率与氧气浓度有关，说明这个过程需要能量。综合曲线②和④，物质X的运输方式只能是主动运输。
4．海带细胞中碘的浓度比海水中高出许多，其原因是( )
A．海带细胞膜为全透性膜
B．碘的通透性强
C．海带细胞膜上运载碘的载体多
D．海水中的碘含量高
解析：选C 海带对碘的吸收是主动运输，从分子水平解释是由于海带细胞膜上运载碘离子的载体多，而载体的种类和数量决定了细胞对离子吸收的种类和数量。
5．甲、乙两种物质分别依赖自由扩散和协助扩散进入细 胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞 膜，并维持其他条件不变，则( )
A．甲运输被促进 B．乙运输被促进
C．甲运输被抑制 D．乙运输被抑制
解析：选D 是否需要载体是自由扩散与协助扩散的区别。由于人工合成的无蛋白磷脂双分子膜无蛋白质，也就没有载体，协助扩散将受到抑制。
6．图中曲线a、b表示物质跨(穿)膜运输的两种方式，下列表述正确的是( )
A．脂溶性小分子物质不能通过方式a运输
B．与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面
C．方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关
D．抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响
解析：选C 脂溶性小分子物质以自由扩散的方式进出细胞；方式a表示的是自由扩散，如果需要载体蛋白的参与，那么与之有关的载体蛋白应贯穿于细胞膜中构成蛋白质通道；抑制细胞呼吸对方式b的转运速率可能有影响，而对方式a的转运速率无影响。
7．如图为某种离子跨膜运输的示意图，由此做出的判断正确的是( )
A．图中离子跨膜的正确顺序是乙→丙→甲
B．离子跨膜有随机性并消耗ATP中的能量
C．磷脂的运动使离子跨膜的通道自动开闭
D．图示的离子跨膜方式为自由扩散
解析：选A 细胞外的物质先与开口朝外的载体蛋白结合，然后在能量的驱动下，载体蛋白开口朝内，将物质释放出来；细胞膜具有选择透过性；磷脂的运动不能使离子跨膜的通道自动开闭；图示的离子跨膜方式既需要载体又需要能量，为主动运输。
8．如图所示不能够表达的过程是( )
A．肾小管细胞分泌K＋
B．胰岛细胞分泌胰岛素
C．胃腺细胞分泌胃蛋白酶
D．淋巴细胞分泌抗体
解析：选A 题中的图表示的是胞吐过程。B、C、D选项中均涉及分泌蛋白，分泌蛋白的分泌通过胞吐形式排到细胞外，而K＋的分泌属于主动运输过程。
二、非选择题(共26分)
9．(11分)如图是物质进出细胞的三种方式模式图(黑点代表物质分子)，据图回答：
(1)图甲表示_____________，图乙表示_____________，图丙表示 ________。
(2)物质进出细胞需要消耗能量的是[ ]________。甘油进入小肠上皮细胞的方式是[ ]____________，物质进出细胞需要载体蛋白而不消耗能量的方式是[ ]________。
(3)与甲方式相比，丙方式的主要特点是需要借助_____________________，该物质是在细胞内的________上合成的。与丙相比，乙方式的不同之处是需要________，主要来自于________(细胞器)。
(4)加入呼吸抑制剂，________方式将会受到影响。
解析：由图示信息可知，图甲是由高浓度运输到低浓度一侧，不需要载体蛋白，为自由扩散，乙图表示的是从低浓度运输到高浓度的一侧，需要载体蛋白协助，并消耗能量，是主动运输；图丙表示由高浓度运输到低浓度一侧，需要载体蛋白协助，不需要消耗能量，所以是协助扩散。甘油进出细胞的方式是自由扩散，协助扩散和主动运输都需要载体蛋白协助，主动运输还需要消耗能量，所以加入呼吸抑制剂，将会影响主动运输。
答案：(1)自由扩散 主动运输 协助扩散 (2)[乙]主动运输 [甲]自由扩散 [丙]协助扩散 (3)载体蛋白 核糖体 消耗能量 线粒体 (4)乙
10．(15分)影响物质进出细胞速率的因素很多，如温度、氧分压、细胞外物质浓度等，如图为离体番茄根细胞中K＋的含量和氧分压的关系图解。请据图回答下列问题。
(1)AB曲线说明_________________________，原因是____________________________。
(2)BC曲线说明_________________________，原因是_____________________________。
(3)在B点，________________________成为根细胞内K＋含量继续增高的限制因素。
(4)根据上述原理，增进肥效的有效措施是__________________________________。
(5)图中的哪一条曲线能说明红细胞运输葡萄糖的速率与血浆中葡萄糖浓度之间的关系( )
解析：主动运输需要载体和能量，载体的多少和种类以及呼吸作用的强弱(与能量产生的多少有关)，这些因素都会影响到主动运输。葡萄糖进入红细胞的运输方式为协助扩散，在一定浓度范围内，血糖浓度越大，运输速率越快，但因膜上运输葡萄糖的载体蛋白的数量是有限的，所以当葡萄糖浓度达到一定值时，运输速率不再加快。
答案：(1)在一定的氧分压范围内，番茄根吸收K＋与氧分压的高低成正比 氧分压越高，番茄根细胞的呼吸作用就越强，吸收的K＋就越多 (2)当氧分压达到一定值后，K＋的吸收就不随氧分压的增高而增加 根细胞膜上运输K＋的载体达到了饱和 (3)载体的数量 (4)中耕松土，提高根细胞的呼吸作用 (5)C
[知识归纳整合]
物质穿膜运输问题是学生解题的难点之一，其原因有两个方面，首先是学生对题目涉及的生物体局部结构不清楚，无从着手分析，其次是对物质是否跨膜还是非跨膜(即膜融合)进出细胞，不能作出正确判断。另外学生缺乏空间想象能力，不会将生物体局部结构进行放大，并利用图示表示出来。
1．物质在细胞内不同细胞器之间的跨膜分析
(1)同一细胞内线粒体与叶绿体之间的跨膜：
a为O2，b为CO2，由产生场所到利用场所共跨4层膜。
(2)分泌蛋白形成过程中的跨膜问题：
①内质网上的核糖体合成肽链后直接进入内质网中加工，不跨膜。
②蛋白质在内质网中完成初步加工后，经“出芽”形成囊泡与高尔基体融合，不跨膜。
③高尔基体对蛋白质进一步加工后，成熟蛋白也以囊泡形式分泌，并与细胞膜融合，以胞吐方式分泌出细胞，整个过程均不跨膜。
2.物质在血浆、组织液等内环境与细胞之间的跨膜分析
(1)几种由单层细胞形成的结构：
人体中有很多由单层细胞构成的管状或泡状结构，如毛细血管、毛细淋巴管、小肠绒毛、肺泡、肾小球和肾小管等，这些非常薄的结构有利于物质交换，物质通过这些管壁或泡壁时，要经过2层细胞膜。
(2)物质由血浆进入组织液的跨膜：
葡萄糖、氧气等物质从血浆进入组织液，经过组织处的毛细血管，至少要跨毛细血管壁(一层上皮细胞，共2层细胞膜)。
(3)物质由组织液进入细胞的跨膜：
物质由组织液进入细胞的跨膜，要分析该物质具体在细胞中被利用的场所，然后计算出跨膜层数。如图中葡萄糖等物质利用的场所是细胞质基质，因此组织液中的葡萄糖等物质只跨1层膜，进入细胞质基质即被利用。氧气利用的场所在线粒体内膜上，它要跨3层膜，进入线粒体中被利用。
3．体外环境与血浆之间的跨膜分析
物质由体外环境(肺泡、小肠等)进入血浆，至少要跨1层上皮细胞和1层毛细血管壁细胞，即要跨4层膜，才能进入到血浆中。
物质进入血浆后，由循环系统转运到全身各处的毛细血管，该过程是不跨膜的。
[强化针对训练]
1．1分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入一相邻细胞的叶绿体基质内，至少穿过的生物膜层数及磷脂分子层数分别是( )
A．5层和10层 B．6层和12层
C．7层和7层 D．8层和16层
解析：选B 1分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入相邻细胞的叶绿体基质内(如图)，因叶绿体和线粒体都是具有双层膜的细胞器，故共穿过的生物膜是6层，而每一层膜由2层磷脂分子构成，所以共穿过12层磷脂分子层。
2．内质网腔内的分泌蛋白，输送到高尔基体腔内进一步加工，最后释放到细胞外。这一过程中分泌蛋白通过的生物膜层数是( )
A．4层 B．3层 C．2层 D．0层
解析：选D 如图所示，分泌蛋白在内质网上的核糖体中合成，经过内质网的加工，由内质网腔膨大、出芽形成具膜的小泡，把分泌蛋白输送到高尔基体腔内，做进一步加工后，再由高尔基体边缘突起形成小泡，把蛋白质裹在小泡内，运输到细胞膜，最后小泡与细胞膜融合，经细胞膜的胞吐作用把蛋白质释放到细胞外。整个过程中分泌蛋白都是以小泡的形式移动，而并非穿过生物膜进行运输，故这一过程中穿过的生物膜层数是0层。
3．血浆中的1个葡萄糖分子进入组织细胞被彻底氧化分解，需要穿过几层细胞膜( )
A．5层 B．3层 C．6层 D．4层
解析：选B 血浆中的葡萄糖分子进入组织细胞必须通过内环境(如图所示)。葡萄糖首先要穿过毛细血管壁进入组织液，毛细血管壁由一层上皮细胞组成，所以葡萄糖穿过这层细胞即穿过2层细胞膜，再进入组织细胞共穿过3层细胞膜。进入组织细胞的葡萄糖在被彻底氧化分解时，首先要在细胞质基质中经过细胞呼吸的第一阶段，被分解成两分子丙酮酸，再进一步进入线粒体被彻底氧化分解。葡萄糖分子不直接进入线粒体，所以血浆中的葡萄糖进入组织细胞被彻底氧化分解经过的细胞膜只有3层。本题易误选A，因线粒体为双层膜结构，而实际上完整的葡萄糖分子只进入到细胞质基质，初步分解后才进入线粒体，但进入线粒体的已不是葡萄糖分子，而是丙酮酸。另外，题目所问的是几层细胞膜，线粒体的内、外膜也不是细胞膜。
4．用同位素标记血液的葡萄糖分子，若该分子流经肾脏后又经过肾静脉流出，该分子穿过几层细胞膜( )
A．4层 B．8层
C．0层或8层 D．16层
解析：选C 血糖流经肾脏后又经肾静脉流出的过程中，经过了肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用(如图所示)。整个过程中葡萄糖分子依次穿过了肾小球毛细血管、肾小囊壁、肾小管壁和肾小管周围的毛细血管壁而重新回到血液，最后经肾静脉流出。而这些“壁”都很薄，只由一层上皮细胞构成，而每穿过一层细胞即经过2层细胞膜，故共穿过8层膜。但并非每个葡萄糖分子都会从肾小球滤过，若没有滤过的葡萄糖分子，则从入球小动脉流入而又直接从出球小动脉流出，再流经肾小管周围的毛细血管，最后经肾静脉流出，这个过程中葡萄糖分子始终在血管中流动，没有穿过任何膜结构。
5．蛋白质的消化产物被人体所吸收并转化为组织蛋白的过程中，共穿过的磷脂分子层数是( )
A．4 B．8 C．7 D．14
解析：选D 食物中的蛋白质在消化道中被蛋白酶和肽酶分解成氨基酸，主要在小肠中被吸收，其吸收过程如图所示。肠腔中的氨基酸经过小肠绒毛上皮细胞(2层膜)＋绒毛内毛细血管壁(2层膜)＋组织处毛细血管壁(2层膜)＋组织细胞膜(1层膜)＝7层膜；而1层膜由2层磷脂分子构成，所以共穿过14层磷脂分子层。
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