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第4章
细胞的物质输入和输出
本章整合
网络构建·素养展示
章末解题·释疑解惑
一、选择题
1．A 质壁分离复原的过程中，液泡从外界吸水，因此液泡细胞液的浓度降低，颜色变浅，A正确；植物细胞的细胞壁有支持和保护作用，细胞体积变化不大，不会涨破，B、D错误；细胞吸水过程中，液泡体积增大，原生质层厚度基本不变，C错误。
2．A 菜叶恢复主要是从外界吸收了水分，水分进入细胞的方式有自由扩散和协助扩散两种，故选A。
3．C 水分子进入根毛细胞的方式为自由扩散或协助扩散，可能需要通道蛋白，但不需要载体蛋白，A错误；氧进入肺泡细胞的方式为自由扩散，不需要载体蛋白，B错误；K＋进入小肠绒毛上皮细胞的方式为主动运输，需要载体蛋白协助，C正确；CO2进入毛细血管的方式为自由扩散，不需要载体蛋白，D错误。
4．D 花青素易溶于水，A错误；水温升高破坏了生物膜的选择透过性，使液泡中的花青素进入清水中，从而使水的颜色变成红色，与花青素的溶解度无关，故B错误，D正确；细胞壁没有选择透过性，C错误。
二、非选择题
1．提示：
2．解析：(1)通过比较细胞内外各种离子的浓度，细胞内K＋和Mg2＋的浓度大于细胞外，因此K＋和Mg2＋通过主动运输进入细胞。(2)细胞外的Na＋和Cl－浓度大于细胞内的浓度，Na＋和Cl－排出细胞是逆浓度梯度运输，因此Na＋和Cl－排出细胞的方式是主动运输。
答案：(1)K＋和Mg2＋ 细胞内的K＋和Mg2＋浓度大于细胞外的浓度，K＋和Mg2＋进入细胞是逆浓度梯度运输，因此是主动运输 (2)Na＋和Cl－ 细胞外的Na＋和Cl－浓度大于细胞内的浓度，Na＋和Cl－排出细胞是逆浓度梯度运输，因此是主动运输
3．解析：(1)通过曲线分析，AB段原生质体体积减小，说明细胞失水，细胞液的浓度增大。(2)随着细胞失水量增加，细胞液的浓度逐渐增大。由于细胞壁不具有选择透过性，因此原生质层与细胞壁之间充满的液体是外界溶液，即2
mol·L－1的蔗糖溶液。若想细胞快速复原，应将其置于蒸馏水中。(3)乙二醇是脂溶性物质，可以通过自由扩散的方式进入细胞，随着乙二醇的进入导致细胞液的浓度增大，最终细胞液的浓度大于外界溶液浓度，细胞从外界重新吸水。(4)质壁分离的条件是细胞必须处于存活状态，原生质层的伸缩性比细胞壁大，而且有成熟的中央大液泡。
答案：(1)流向外界溶液 增大 (2)增大 2
mol·L－1的蔗糖 清水(或蒸馏水) (3)乙二醇 增大 (4)成熟的中央大液泡
直击高考·真题体验
1．(2019·全国Ⅱ卷)某种H＋－ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H＋。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外)，置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H＋－ATPase的抑制剂(抑制ATP水解)，再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是( )
A．H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H＋转运到细胞外
B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用导致H＋逆浓度梯度跨膜运输
C．H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量可由蓝光直接提供
D．溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞
答案：C
解析：由题干可知，用蓝光照射保卫细胞的悬浮液，溶液的pH明显降低，说明细胞内的H＋被转运到细胞外，A项正确。H＋运出保卫细胞是逆浓度梯度的跨膜运输，需要能量，因H＋－ATPase具有水解酶活性，故运输所需能量由H＋－ATPase水解ATP提供，不由蓝光直接提供，B项正确、C项错误。由题干可知，H＋的运输需要载体蛋白和能量，说明H＋是通过主动运输的方式透过细胞质膜进入保卫细胞的，D项正确。
2．(2018·全国Ⅰ卷)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是( )
A．在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的N2和NO
B．农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C．土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D．给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象
A
解析：A错：小麦不能直接吸收土壤中的N2，N2必须被固定后才能被植物吸收利用。B对：农田松土可增强农作物根的有氧呼吸，有利于对矿质元素的吸收。C对：土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可溶解在土壤溶液中，从而被根系吸收利用。D对：施肥过多会使土壤溶液浓度大于根细胞液浓度，从而使根细胞因失水过多而死亡，造成“烧苗”现象。
A
4．(2018·海南卷)小麦种子萌发过程中，α－淀粉酶在糊粉层的细胞中合成，在胚乳中分解淀粉。该酶从糊粉层细胞排到细胞外的方式是( )
A．顺浓度梯度经自由扩散排出
B．逆浓度梯度经协助扩散排出
C．通过离子通道排出
D．含该酶的囊泡与细胞膜融合排出
解析：α－淀粉酶的化学本质是蛋白质，排出细胞的方式为胞吐。
D
5．(2018·全国卷Ⅱ改编)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( )
A．巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散
B．固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输
C．Na＋通过通道蛋白运输属于协助扩散
D．护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
解析：巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞。固醇类激素进入靶细胞的过程属于自由扩散。护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程也是自由扩散。故A、B、D错。
C
6．(2018·北京卷)细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。下列物质中，以(自由)扩散方式通过细胞膜的是( )
A．Na＋
B．二氧化碳
C．RNA
D．胰岛素
解析：Na＋以主动运输的方式通过细胞膜，RNA一般不能通过细胞膜，胰岛素为分泌蛋白可以通过胞吐的方式通过细胞膜，故ACD错误。
B
7．(2017·海南卷)为研究植物细胞质壁分离现象，某同学将某植物的叶表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象。下列说法错误的是( )
A．该植物的叶表皮细胞是具有液泡的活细胞
B．细胞内甲物质的浓度高于细胞外甲物质的浓度
C．细胞液中的H2O可以经扩散进入甲物质溶液中
D．甲物质和H2O能自由通过该叶表皮细胞的细胞壁
解析：植物细胞在质壁分离过程中，细胞失水，此时，细胞外甲物质的浓度高于细胞内甲物质的浓度，B项错误。
B(共79张PPT)
第1节 被动运输
课标要求
核心素养
1.阐述渗透现象的原理及条件。
2.探究植物细胞的吸水和失水。
3.观察植物细胞的质壁分离与复原。
4.掌握两种被动运输的方式。
1.生命观念——结构与功能相适应：细胞的结构决定细胞通过渗透作用吸水或失水。
2.科学思维——分析与综合：对渗透作用现象进行分析，理解渗透作用原理。
3.科学探究——探究植物细胞的吸水与失水。
4.科学思维——归纳比较两种被动运输方式的异同。
新知预习·双基夯实
一、水进出细胞的原理
1．原理
细胞吸水和失水的原理是________作用，该作用发生需具备两个条件：
渗透
2．动物细胞的吸水和失水
(1)条件
①动物细胞可以构成一个渗透装置，其中细胞膜相当于_________。
②细胞膜两侧存在__________。
(2)吸水与失水
①当外界溶液浓度小于细胞质浓度时，细胞____________；
②当外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞____________；
③当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分________________________。
半透膜
浓度差
吸水膨胀
失水皱缩
进出细胞处于动态平衡
3．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
(2)质壁分离与质壁分离复原
①当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水→质壁________；
②发生质壁分离的细胞，当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水→________________；
③当外界溶液浓度等于细胞液浓度时，水分________________________。
分离
质壁分离复原
进出细胞处于动态平衡
二、植物细胞的质壁分离和复原
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。
2．实验过程
制作装片：制作____________________的临时装片
↓
低倍镜观察：有一个紫色的中央大液泡，____________紧贴细胞壁
↓
原生质层
细胞液
洋葱鳞片叶外表皮
原生质层
滴加蔗糖溶液：在盖玻片的一侧滴加____________，在另一侧用吸
水纸吸引
↓
低倍镜观察：观察________大小和____________的位置
↓
滴加清水：在盖玻片的一侧滴加________，在另一侧用吸水纸吸引
↓
低倍镜观察：观察________大小和____________的位置
蔗糖溶液
液泡
原生质层
清水
液泡
原生质层
3．将观察的结果填入下表
4．质壁分离发生的原因
现象
试剂
中央液泡大小
原生质层的位置
细胞大小
蔗糖溶液
________
________________
____________
清水
恢复原状
________________
基本不变
变小
与细胞壁分离
基本不变
与细胞壁紧贴
三、被动运输
1．概念：物质以________方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的________，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
2．类型
(1)自由扩散
①概念：物质通过简单的____________进出细胞。
②特点：______(填“顺”或“逆”)浓度梯度；__________(填“需要”或“不需要”)载体；__________(填“需要”或“不需要”)能量。
③举例：______________________。
扩散
能量
扩散作用
顺
不需要
不需要
气体、脂质小分子等
(2)协助扩散
①概念：借助膜上的____________进出细胞的物质扩散方式。
②特点：______(填“顺”或“逆”)浓度梯度；________(填“需要”或“不需要”)载体；__________(填“需要”或“不需要”)能量。
③举例：______________________________。
3．影响因素
(1)被动运输的速率直接受膜内外物质____________大小的影响。
(2)协助扩散的速率还与____________的数量有关。
转运蛋白
顺
需要
不需要
钾离子通过通道蛋白进出细胞
浓度梯度
转运蛋白
(1)具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用。( )
(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。( )
(3)哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖时，需要转运蛋白协助，可以逆浓度梯度进行。( )
(4)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。( )
(5)自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和能量。( )
×
×
×
×
×
(6)协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。( )
(7)植物细胞放在0.3
g/mL的蔗糖溶液中，都能发生质壁分离现象。
( )
(8)外界溶液溶质的浓度大于细胞液的浓度时，洋葱表皮细胞发生质壁分离，细胞液颜色变浅。( )
(9)质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。( )
×
×
×
×
思考：
1．渗透装置中，当漏斗内液面不再上升时，半透膜两侧还存在水分子的进出吗？
提示：存在。漏斗内液面不再上升时，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等。
2．为什么用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料？
提示：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液泡中的细胞液呈紫色，有利于观察。
3．发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？
提示：因为细胞壁是全透性的，所以发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。
4．实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？
提示：观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。
5．在农业生产中有“肥大烧苗”的说法，请用你学到的知识解释其中的生物学原理？
提示：施肥过多会导致土壤溶液浓度过大，植物根部细胞失水过多，植株缺水而萎蔫。
学霸记忆·素养积累
1．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的伸缩性。
2．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。
3．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一个重要特征。
4．渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差。
5．原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
6．被动运输是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，包括自由扩散和协助扩散。
课内探究·名师点睛
1．渗透作用
一
细胞的吸水和失水
(2)渗透作用发生的条件及实验验证
①具有半透膜
②具有浓度差
(3)渗透作用的原理
(4)三种渗透模型的比较
(5)渗透作用的应用
①比较不同溶液浓度的大小
②判断细胞质浓度或者细胞液浓度
将动植物细胞放在不同浓度的溶液中，观察细胞的吸水和失水状态，可以根据细胞的形态判断细胞液或细胞质浓度的大小。
漏斗内
烧杯内
溶液浓度
M
N
现象及结论
①若漏斗内液面上升，则M>N
②若漏斗内液面不变，则M＝N
③若漏斗内液面下降，则M特别提醒：(1)渗透作用不是指溶质分子的扩散，而是专指水分子或其他溶剂分子的扩散。(2)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，故水分子可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(3)水分子的移动是双向的，但最终结果是由低浓度溶液向高浓度溶液移动的水分子数较多(水分子顺相对含量的梯度跨膜运输)。(4)渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
拓展
半透膜、选择性透过性膜以及生物膜的区别
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
生物学上的概念
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。当细胞死亡后，细胞膜等生物膜变为全透性
3．植物细胞的吸水和失水
(1)植物细胞的结构特点
①细胞壁：全透性。
②原生质层：细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质称为原生质层，具有选择透过性。水进出植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。
③大液泡：液泡里面的液体称为细胞液，具有一定的渗透压。
(3)植物细胞吸水和失水的条件和结果
条件
结果
细胞液浓度>外界溶液浓度
细胞吸水，中央液泡体积变大，细胞坚挺
细胞液浓度<外界溶液浓度
细胞失水，中央液泡体积变小，质壁分离
细胞液浓度＝外界溶液浓度
细胞水分进出达到动态平衡
某同学为了探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中( )
典例剖析
典例
1
A．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定
B．水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢
C．当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散
D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高
答案：D
解析：实验开始时，由于单位体积清水中水分子数量多于蔗糖溶液，因此，水分子通过半透膜扩散进入蔗糖溶液的速率大于由蔗糖溶液扩散进入清水中的速率；随着水分子进入漏斗内量的增多，蔗糖溶液浓度下降，同时由于漏斗液面升高与烧杯中液体形成的压力差增加，水分子扩散进入漏斗内的速率下降，而反方向水分子扩散速率升高；当水分子在半透膜两侧进出速率相等时，漏斗内液面达到最高并停止上升，即最终液面上升的速率变为0。
(2019·福建厦门高三期末)下列现象属于渗透作用的是( )
A．水分子通过细胞壁
B．葡萄糖分子通过细胞膜
C．K＋通过原生质层
D．水分子通过原生质层
解析：渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。在D项中，水是溶剂分子，原生质层可以看作半透膜。
典例
2
D
规律总结：有关渗透现象的三点提醒
(1)两溶液间的水分子进行双向运动，实际观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。
(2)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。
(3)若溶质分子能通过半透膜，则先是浓度高的一侧液面升高，随后另一侧液面上升，最后达到渗透平衡。
1．(不定项)如图是某同学用紫色洋葱鳞片叶的外表皮做“探究植物细胞的吸水和失水”的实验中所观察到的细胞图。下列叙述正确的是( )
变式训练
CD
A．图中①②⑥组成了细胞的原生质层
B．图中细胞处于质壁分离状态，此时⑥处的浓度一定大于⑦处的浓度
C．图中①是细胞壁，⑥中充满了外界溶液
D．图中⑦是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变深
解析：②细胞膜与④液泡膜以及两者之间的⑤细胞质共同组成了原生质层。由于①细胞壁是全透性的，所以⑥处充满了外界溶液。细胞处于质壁分离状态但细胞此时不一定正在失水，所以⑦处的浓度不一定小于⑥处的浓度。在质壁分离的过程中⑦是失水的，所以⑦的颜色应该是逐渐加深。
1．材料用具
(1)实验材料的选择：一是成熟的植物活细胞，保证细胞具有中央大液泡和原生质层；二是细胞液最好具有颜色，易于观察；常用紫色洋葱鳞片叶作实验材料，其成熟的外表皮细胞的液泡非常大，呈紫色。
(2)选用的化学试剂的条件：一是对细胞无毒害，二是浓度适当。常选用质量浓度为0.3
g·mL－1的蔗糖溶液。
二
探究植物细胞的吸水和失水
2．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。
3．假设：原生质层相当于一层半透膜。
4．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。
5．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
7．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。
知识贴士
并非所有的细胞都可以发生质壁分离现象
(1)成熟的植物细胞具有大液泡，质壁分离现象明显，而未成熟的植物细胞没有大液泡，质壁分离现象不明显，不易观察。
(2)动物细胞由于没有细胞壁，故不发生质壁分离现象。
(3)质壁分离中的“质”指的是原生质层，而不是细胞质。
(4)发生质壁分离后，细胞膜与细胞壁的间隙内充满了蔗糖溶液(因为细胞壁具有全透性)。
(5)质壁分离发生的原因是外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着细胞渗透失水，虽然细胞液浓度会增大，但可能仍然小于外界溶液浓度(此处指的是物质的量浓度，不是质量浓度)。
(2020·泉港一中期末)在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中，显微镜下可依次观察到甲、乙、丙三种细胞状态。下列叙述正确的是( )
A．由甲到乙，紫色液泡变小，颜色变浅
B．甲、乙、丙可在同一个细胞内依次发生
C．与甲相比，乙所示细胞的细胞液浓度较低
D．由乙转变为丙的过程中，水分子只能从胞外扩散到胞内
典例剖析
典例
3
B
解析：由图可知，乙发生质壁分离的程度比甲大，所以从甲到乙的过程中，失水增多，液泡逐渐变小，颜色逐渐变深，A错误；甲、乙可表示洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离，丙可表示质壁分离后复原，可在同一细胞内依次发生，B正确；由图可知，乙细胞质壁分离程度大，失水多，则细胞液浓度高于甲细胞，C错误；由乙转变为丙的过程是质壁分离的复原过程，此时细胞液浓度大于外界溶液浓度，所以水分子从细胞外扩散到细胞内的速率大于从细胞内扩散到细胞外的速率，D错误。
2．(2019·江苏省泰州中学高一期末)取洋葱的少量组织细胞制成图A的临时装片，再用清水和0.3
g/mL的蔗糖溶液按照下图所示流程研究植物细胞的吸水和失水，整个实验过程保证细胞始终为生活状态。
据图回答：
变式训练
(1)实验室一般选用洋葱鳞片叶______(填“内”或“外”)表皮细胞作为实验材料。
(2)与B过程相比，D过程观察到的植物细胞的体积变化是__________________________；D过程中植物细胞所处外界溶液的浓度变化是________。
(3)E过程是在载玻片一侧滴加________，在另一侧用吸水纸吸引，使溶液浸润整个标本。
外
基本不变(或略微变小)
减小
清水
(4)F过程中细胞吸水能力逐渐________(填“增强”或“减弱”)，液泡体积________(填“变大”或“变小”)。
(5)若将蔗糖溶液换为一定浓度的KNO3溶液，则D过程观察到的现象是细胞____________________________________。
解析：(1)紫色的洋葱鳞片叶外表皮带有颜色，便于观察，因此实验室一般选用洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料。(2)B过程观察的是正常的细胞，D过程观察的是发生质壁分离的细胞，由于植物细胞最外面是细胞壁，且其伸缩性很小，因此发生质壁分离时整个植物细胞体积基本不变；由于细胞质壁分离过程中水分从细胞液进入外界溶液中，导致外界溶液浓度减小。
减弱
变大
先质壁分离，然后质壁分离自动复原
(3)E过程是在载玻片一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引，使溶液浸润整个标本。(4)加清水后，植物细胞发生质壁分离复原，在此过程中，由于细胞内的渗透压变小而导致植物细胞的吸水能力减弱，由于水分进入液泡，导致液泡体积变大。(5)把洋葱鳞片叶外表皮细胞放在一定浓度的KNO3溶液中，细胞先失水，发生质壁分离。当钾离子和硝酸根离子进入细胞后，导致细胞液浓度升高，细胞吸水，发生质壁分离的复原，因此若将蔗糖溶液换为一定浓度的KNO3溶液，则D过程观察到的现象是细胞先质壁分离，然后质壁分离自动复原。
(1)定义：像水分子这样，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：被动运输包括自由扩散和协助扩散。物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散(也叫简单扩散)；借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散(也叫易化扩散)。
三
被动运输
(3)自由扩散与协助扩散的比较
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
物质借助转动蛋白进出细胞的扩散
运输方向
高浓度→低浓度
高浓度→低浓度
特点
不需转运蛋白和能量
需转运蛋白，不需能量
知识贴士
(1)被动运输的速率还与该物质分子的大小、脂溶性程度等有关，如分子越小、脂溶性越强，运输速率越快。
(2)表中“高浓度”和“低浓度”是指运输离子或小分子本身的浓度，而不是所处溶液的浓度。
(3)两种运输方式的动力均来自细胞内外物质的浓度差，此外，协助扩散还与转运蛋白的种类和数量有关。
(4)转运蛋白
①定义：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等物质顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。
②类型：转运蛋白可以分为转动蛋白和通道蛋白两种类型。
载体蛋白
通道蛋白
含义
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变
根据溶质大小和电荷进行辨别，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，有水通道蛋白和离子通道蛋白
载体蛋白
通道蛋白
特点
参与和协助扩散(顺浓度)，在运输过程中与相应的分子特异性结合(具有类似于酶和底物结合的饱和效应)，自身的构型会发生变化，并且会移动
只参与协助扩散，在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合，也不会移动，并且是从高浓度向低浓度运输，所以运输时不消耗能量
③意义：转运蛋白在营养物质摄取、代谢产物释放以及信号转导等广泛的细胞活动中起着重要的作用。
知识贴士
膜的选择透过性在实际生活中的应用
(1)滤去海水中的盐分，进行海水淡化。
(2)有选择地将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，进行污水处理。
(3)尝试用人工合成的膜材料代替行使人体的某些病变器官的功能，如血液透析膜——透析型人工肾。
如图显示物质P和Q跨膜出细胞，下列叙述正确的是( )
A．物质P可能是氧气
B．物质Q一定是水分子
C．物质P和Q出细胞都需要载体
D．物质P和Q出细胞未必都消耗能量
典例剖析
典例
4
D
解析：物质P出细胞逆浓度梯度为主动运输，物质Q出细胞顺浓度梯度，为被动运输，被动运输包括协助扩散和自由扩散，自由扩散不需要载体，氧气通过细胞膜为自由扩散，A错误；水分子通过细胞膜为自由扩散，但物质Q出细胞可能是协助扩散，也可能是自由扩散，自由扩散不需要载体，B、C错误；物质P、Q进行被动运输，不消耗能量，D正确。
3．GLUT是某细胞的葡萄糖转运蛋白，其作用过程如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．GLUT顺浓度梯度转运葡萄糖
B．GLUT的空间结构可发生改变
C．GLUT的数量与转运葡萄糖的速率无关
D．GLUT的转运功能具有专一性
解析：GLUT的数量与转运葡萄糖的速率有关，C错误。
变式训练
C
指点迷津·拨云见日
(2019·河南省三门峡市高一期末)取某一红色花冠的2个大小相同、生理状态相似的花瓣细胞，将它们分别放置在甲、乙两种溶液中，测得细胞失水量的变化如图1，液泡直径的变化如图2，下列叙述正确的是( )
典例
5
A．甲、乙两种溶液的浓度不同，溶质则可能相同
B．第2分钟前乙溶液中花瓣细胞的失水速率大于甲溶液
C．第4分钟后乙溶液中细胞由于失水过多而死亡
D．图2
中曲线Ⅰ和图1中乙溶液中细胞失水量曲线对应
答案：D
解析：图1两条曲线的差异是甲、乙溶液溶质不同，甲溶液中溶质不能被细胞吸收，乙溶液中的溶质可以被细胞吸收，故A项错误；据图1分析，第2分钟前甲溶液中花瓣细胞的失水速率大于乙溶液，B项错误；第4分钟后乙溶液中细胞由于吸水会发生质壁分离复原，C项错误；分析题图2可知，Ⅰ液泡先变小后恢复到原样，即植物细胞先发生质壁分离，后发生质壁分离复原，为乙溶液中的变化曲线。Ⅱ液泡先变小后维持不变，为甲溶液中的变化曲线，D项正确。
?问题探讨?P62
1．提示：由于单位时间内透过玻璃纸进入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，使得管内液面升高。不能无限升高，因为当玻璃纸两侧溶液浓度接近相等时，单位时间内透过玻璃纸进入漏斗内的水分子数量等于渗出的数量时，液面不再升高。
2．提示：用纱布代替玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过，因此液面不会升高。
3．提示：玻璃纸两侧溶液浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入漏斗内的水分子数量等于渗出的数量，液面不会升高。
?思考·讨论?P63
1．提示：不能，血红蛋白等有机物相当于“问题探讨”中的蔗糖。
2．提示：红细胞的细胞膜相当于一层半透膜。
3．提示：当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞可能会因持续吸水而涨破。
4．提示：红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。
5．提示：生理盐水是0.9%的氯化钠溶液，与血浆的浓度接近，可维持细胞的正常形态。
?探究·实践?P64
假设：水分子进出植物细胞通过渗透作用，原生质层相当于一层半透膜。
实验设计思路：
1．提示：失水 吸水
2．提示：使用0.3
g/mL的蔗糖溶液使细胞外溶液浓度提高，使用清水使细胞外液浓度降低。
3．提示：制作临时装片，用显微镜观察细胞；材料和器具：紫色的洋葱鳞片叶、刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜、质量浓度为0.3
g/mL的蔗糖溶液、清水。
4．提示：细胞失水后原生质层与细胞壁分离发生质壁分离现象，吸水后发生质壁分离的复原现象。
结论：水分子进出植物细胞通过渗透作用，原生质层相当于一层半透膜。
?旁栏思考?P66
提示：甘油、乙醇等都是脂溶性物质，根据化学中相似相溶的原理，它们可以自由通过磷脂双分子层。
?练习与应用?P67
一、概念检测
1．(1)× 提示：植物细胞的原生质层相当于半透膜。
(2)× 提示：水分子进出细胞采取自由扩散和协助扩散两种方式。
(3)× 提示：分子或离子通过载体蛋白转运时都会发生自身构象的改变，而通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。
2．D 提示：质壁分离实验能证明成熟植物细胞的死活，原生质层比细胞壁的伸缩性大以及成熟的植物细胞能进行渗透吸水，无法证明水分子可以通过通道蛋白进入细胞。
3．B 提示：蔗糖和甘油溶液浓度均比细胞液的浓度大，植物细胞均会先失水发生质壁分离，蔗糖不能通过原生质层进入细胞，不会发生自动复原，而甘油能通过自由扩散进入细胞，一段时间后细胞液的浓度大于外界溶液浓度，细胞吸水发生自动复原。
二、拓展应用
1．提示：实验思路：用不同浓度的蔗糖溶液分别处理植物细胞，观察植物细胞原生质层的位置和细胞的大小。若植物原生质层与细胞壁未分离且细胞大小不变，则该蔗糖溶液的浓度即相当于细胞液的浓度。
原理：细胞渗透作用吸水，当外界溶液与细胞液浓度相等时，细胞既不失水也不吸水，细胞大小不变。
2．提示：作出假设：温度会影响水分通过半透膜的扩散速率。实验方案：将“问题探讨”中的渗透装置分别置于不同温度条件下，一段时间后观察漏斗内的液面高度。若高度不一致，则温度会影响水分通过半透膜的扩散速率；若高度一致，则温度不影响水分通过半透膜的扩散速率。(共41张PPT)
第2节 主动运输与胞吞、胞吐
课标要求
核心素养
1.掌握区分被动运输和主动运输的方法。
2.理解主动运输对细胞生活的意义。
3.掌握胞吞、胞吐的特点及对细胞的生命活动的意义。
1.生命观念——结构与功能观：细胞膜结构与物质运输功能的适应性。
2.科学思维——分析与综合：对比分析物质运输方式的特点，归纳异同点。
3.科学探究——根据物质运输方式的差异，设计实验探究某种物质的运输方式。
新知预习·双基夯实
一、主动运输
1．概念：物质从__________一侧运输到__________一侧，需要____________的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的________。
2．特点：______(填“顺”或“逆”)浓度梯度，________(填“需要”或“不需要”)载体，________(填“需要”或“不需要”)能量。
低浓度
高浓度
载体蛋白
能量
逆
需要
需要
3．举例：__________________________________________________
______________________。
4．意义：主动运输方式保证了活细胞能够按照____________的需要，主动选择吸收所需要的____________，排出____________和对细胞有害的物质。
小肠上皮细胞吸收离子、氨基酸、葡萄糖，肾小管上皮
细胞吸收无机盐离子等
生命活动
营养物质
代谢废物
二、胞吞与胞吐
项目
方式名称
过程
进细胞方式
________
大分子→细胞膜表面→细胞膜内陷形成________→小囊从细胞膜上分离下来，形成________→进入细胞内部
出细胞方式
________
大分子先在细胞内形成________→囊泡移动到__________处→与细胞膜融合→大分子排出细胞
胞吞
小囊
囊泡
胞吐
囊泡
细胞膜
三、物质运输的特点及与生物膜的关系
除一些不带电荷的小分子可以____________的方式进出细胞外，离子和较小的有机分子(葡萄糖和氨基酸等)的跨膜运输必须借助于____________，这体现了蛋白质是____________________。一种转运蛋白往往只适合转运特定的物质，因此，细胞膜上转运蛋白的_____________，或___________________的变化，对许多物质的跨膜运输起着__________的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。像蛋白质这样的生物大分子，通过______________进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的__________。
自由扩散
转运蛋白
生命活动的承担者
种类和数量
转运蛋白空间结构
决定性
胞吞或胞吐
流动性
(1)主动运输过程中，需要载体蛋白协助和ATP提供能量。( )
(2)植物细胞通过主动运输吸收不同矿质离子的速率都相同。( )
(3)大分子有机物要通过载体蛋白的协助才能进入细胞内。( )
(4)需要消耗ATP的运输方式都是主动运输。( )
(5)胞吞、胞吐过程体现了细胞膜的选择透过性。( )
(6)低温不影响矿质离子的吸收速率。( )
(7)同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同。( )
√
×
×
×
×
×
√
思考：
1．主动运输需要的能量主要通过细胞进行有氧呼吸提供。植物生长需从土壤中吸收大量无机盐。请解释在农业生产中为什么要给作物松土？
提示：松土可增加土壤中O2含量，促进有氧呼吸，有利于植物主动吸收各种无机盐离子。
2．从主动运输的条件角度分析，与主动运输有直接关系的细胞器有哪些？
提示：提供能量的细胞器是线粒体，提供载体蛋白的细胞器是核糖体。
学霸记忆·素养积累
1．主动运输既需要消耗能量，又需要载体蛋白，无机盐离子主要以主动运输方式出入细胞。
2．大分子物质或颗粒性物质进出细胞依赖于胞吞或胞吐。
3．物质跨膜运输与细胞膜的选择透过性和流动性有关。
课内探究·名师点睛
影响主动运输的因素
(1)载体蛋白的种类和数量：
①载体具有特异性：不同物质的运输所需的载体蛋白不同；不同生物膜上的载体蛋白的种类和数目不同。
②载体具有饱和性：当细胞膜上的载体运输某物质已达饱和时，细胞吸收该物质的速率不再随物质浓度的增大而增大。
③载体在运输过程中不被“消耗”，可以反复利用。
(2)能量供应：凡是能够影响能量供应(呼吸作用)的因素都影响主动运输的速率，如温度、氧气浓度等。
一
主动运输
甲、乙两种物质在细胞内外的浓度情况如图所示。在进行跨膜运输时，下列说法正确的是( )
A．甲运出细胞一定有载体蛋白的参与
B．甲进入细胞一定需要能量
C．乙运出细胞一定有载体蛋白的参与
D．乙进入细胞一定不需要能量
典例剖析
典例
1
A
解析：甲物质在细胞外浓度高，细胞内浓度低，所以甲物质运出细胞是由低浓度一侧到高浓度一侧，只有主动运输才能实现，此运输方式既需要能量又需要载体；甲物质进入细胞是从高浓度一侧向低浓度一侧，即顺浓度梯度进行的，不一定需要能量。乙物质细胞内浓度高，细胞外浓度低，进细胞时是主动运输，需要能量和载体蛋白，出细胞时是顺浓度梯度进行的，不一定需要载体蛋白。
1．如图是某植物在不同O2浓度下，从培养液中吸收Ca2＋和Si2＋的曲线图。造成A、B两点吸收量差异与B、C两点吸收量差异的主要因素分别是( )
A．离子浓度、载体数量
B．离子浓度、呼吸作用强度
C．载体数量、离子浓度
D．载体数量、呼吸作用强度
变式训练
D
解析：随着O2浓度的增加，植物细胞有氧呼吸加强，产生的能量逐渐增多，两种离子的吸收量均增加，因此这两种离子进入细胞的方式均为主动运输。主动运输与载体和能量密切相关。A、B两点对应的O2浓度相同，表示能量供应相同，但无机盐离子的吸收量不同，因此影响吸收量的因素是载体数量。B、C两点涉及的都是吸收Ca2＋的量，因此载体蛋白相同，但是B、C两点对应的O2浓度不同，所以B、C两点吸收量差异的影响因素主要是能量，即与植物细胞呼吸作用强度有关。
转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小的分子通过细胞膜，但是，对于像蛋白质和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力。大分子物质是通过胞吞和胞吐进出细胞的。
1．胞吞
(1)含义：当细胞摄取大分子时，首先是大分子与膜上的蛋白质结合，从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子，然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部，这种现象叫胞吞。
二
胞吞和胞吐
(3)举例：胰岛B细胞分泌胰岛素、浆细胞分泌抗体等。
3．特点：胞吞和胞吐都依赖于细胞膜的流动性。
拓展
(1)胞吞和胞吐的实质：物质没有从膜的一侧穿过膜到膜的另一侧。
(2)胞吞和胞吐是一些不能穿过细胞膜的物质进出细胞的方式，通过胞吞进入细胞的物质可以被细胞利用，若不被利用，则可通过胞吐再将其排出细胞，这样既能维持细胞内环境的稳定，防止疾病的发生，又能满足细胞对营养物质的需求。
(2019·山东潍坊高一期中)下列物质进出细胞的方式中，最能说明细胞膜具有流动性的是( )
A．自由扩散
B．主动运输
C．协助扩散
D．胞吞和胞吐
解析：胞吞和胞吐依赖于细胞膜的流动性，D正确。
典例剖析
典例
2
D
2．下图图甲中曲线a、b表示物质跨膜运输的两种方式，图乙表示细胞对大分子物质胞吞和胞吐的过程。下列相关叙述错误的是( )
变式训练
A．图甲中a表示自由扩散，b表示协助扩散或主动运输
B．图甲中b曲线达到最大转运速率后的限制因素是转运蛋白的数量
C．图乙中的胞吐和胞吞过程说明细胞膜具有选择透过性
D．图乙中的胞吐和胞吞过程都需要消耗ATP
答案：C
解析：方式a只与浓度有关，且与浓度呈正相关，属于自由扩散；方式b除了与浓度相关外，还与转运蛋白的数量有关，属于协助扩散或主动运输，A、B正确；题图乙中的胞吞和胞吐过程说明细胞膜具有一定的流动性，C错误；胞吞和胞吐是耗能过程，需要细胞内部提供能量，D正确。
指点迷津·拨云见日
一、物质运输方式的判断
1．结合实例直接进行判断
运输方式
实例
自由扩散
小部分水、气体(O2、CO2等)、脂溶性物质(甘油、脂肪酸、性激素、乙醇、乙二醇、苯等)进出细胞
协助扩散
葡萄糖进入红细胞、大部分水进出细胞
主动运输
无机盐离子、氨基酸、核苷酸、葡萄糖(进入红细胞除外)进出细胞
胞吐、胞吞
蛋白质的分泌、吞噬细胞吞噬抗原和细胞碎片等
2.根据分子大小及对转运蛋白、能量的需要情况进行判断(如图)
3．根据运输方向判断
顺浓度梯度的跨膜运输方式是自由扩散和协助扩散，逆浓度梯度的跨膜运输方式一定是主动运输。
4．根据达到平衡时的浓度判断
若达到平衡时细胞内外仍存在浓度差，则是主动运输，因为自由扩散和协助扩散达到平衡时，细胞内外浓度相等。
(2019·武汉外国语学校期末)比较生物膜和人工膜(双层磷脂)对多种物质的通透性，结果如图。据此不能得出的推论是( )
A．生物膜上存在着协助H2O通过的物质
B．生物膜对K＋、Na＋、Cl－的通透具有选择性
典例
3
C
C．离子以协助扩散方式通过人工膜
D．分子的大小影响其通过人工膜的扩散速率
解析：生物膜对H2O的通透性要远大于人工膜，说明生物膜上存在着协助H2O通过的物质，A正确；生物膜对K＋、Na＋、Cl－的通透性不同，说明生物膜对K＋、Na＋、Cl－的通透具有选择性，B正确；人工膜对不同离子的通透性相同，说明离子通过人工膜时不需要载体协助，不属于协助扩散，
C错误；图中人工膜对不同分子的通透性不同，可见分子的大小影响其通过人工膜的扩散速率，D正确。
二、影响物质跨膜运输的因素
1．影响自由扩散和协助扩散的因素：
2.影响主动运输的因素：
(1)载体蛋白的种类和数量：决定所运输的物质的种类和数量(如图)。载体蛋白的数量有限，当细胞膜上的载体蛋白达到饱和时，细胞吸收相应物质的速率不再随物质浓度的增大而增加。
(2)能量：凡是影响细胞产生能量的因素都能影响主动运输，如O2浓度、温度等(如图)。
注意：与O2浓度没有关系的跨膜运输方式有自由扩散和协助扩散，这两种方式都不需要细胞呼吸提供能量。
如图中曲线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
典例
4
C
解析：由题图可知，a为自由扩散，b为协助扩散或主动运输。脂溶性小分子物质以自由扩散的方式进行运输，该过程不需要载体蛋白，载体蛋白不是覆盖在细胞膜表面，而是嵌入或贯穿磷脂双分子层；当载体蛋白达到饱和时，b过程的转运速率达到最大；细胞呼吸影响主动运输而不影响自由扩散。
?问题探讨?P69
1．提示：不是被动运输，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是逆浓度梯度运输，因此不是被动运输。
2．提示：需要细胞提供能量。
3．提示：具有一定的普遍性。如：人的红细胞内钾离子浓度比血浆高30倍，轮藻细胞中钾离子浓度比周围水环境高63倍。
?思考·讨论?P71
1．提示：胞吞和胞吐与生物膜具有一定的流动性有关。
2．提示：核糖体是细胞内合成蛋白质的场所。附着于内质网上的核糖体，主要是合成某些专供输送到细胞外面的分泌物质，如抗体、酶原或蛋白质类的激素等，最后以胞吐的方式分泌到细胞外发挥作用；游离核糖体所合成的蛋白质，多半是分布在细胞质基质中或供细胞本身生长所需要的蛋白质分子，此外还合成某些特殊蛋白质，如红细胞中的血红蛋白等，在细胞内发挥作用，不通过胞吐方式排出。
?练习与应用?P72
一、概念检测
1．(1)× 提示：相对分子质量小的物质或离子也可以通过协助扩散方式进入细胞。
(2)× 提示：大分子有机物一般通过胞吞的方式进入细胞。
(3)× 提示：被动运输中的协助扩散需要转运蛋白的协助。
(4)× 提示：主动运输的本质在于是否需要载体蛋白和消耗能量，而不在于浓度差。
2．A 提示：果脯在腌制过程中，细胞已经死亡，细胞膜失去选择透过性。
3．A 提示：细胞内生物大分子运出细胞的方式为胞吐。
二、拓展应用
1．提示：如果把草履虫放入蒸馏水中，伸缩泡伸缩频率加快，从而加快排出草履虫体内多余水分防止细胞过度吸水而涨破；如果把草履虫放入海水中，伸缩泡的伸缩频率减慢，减少水分的排出，从而维持细胞渗透压的平衡。
2．提示：主动运输。
实验思路：取甲、乙两组生长发育状况相同的柽柳幼苗，放入适宜浓度的含有无机盐的溶液中，甲组给予正常的呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸，一段时间后测定两组植株根系对无机盐的吸收速率。
