细胞的物质输入与输出

1、基础梳理一、细胞的吸水和失水1原理：渗透作用。2条件具有半透膜膜两侧具有浓度差3动物细胞的吸水和失水(以红细胞为例：红细胞膜相当于一层半透膜)遵循渗透作用原理。4植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构。(2)原理和现象。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。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。(3)质壁分离的原因。外因：细胞液浓度小于外界溶液浓度，细胞通过渗透作用失水。内因：细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。温馨提示:植物根尖分生区细胞，分化程度低，无液泡，不能进行渗透作用，吸水方式为吸胀作用；与外界溶液接触时，不会出现质壁分离现象。二、物

2、质跨膜运输的其他实例1对无机盐的吸收实例(1)水稻和番茄对同一离子的吸收量不同。(2)水稻和番茄对不同离子的吸收量不同。(3)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以逆浓度梯度从血液中吸收碘。(4)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。2生物膜的特性物质跨膜运输并不都是顺浓度梯度的，而且细胞对物质的输入和输出有选择性。即细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。这种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。思维激活半透膜与选择透过性膜有哪些异同？三、物质跨膜的方式(b 为 ATP)1填写有关跨膜方式及结构名称甲：自由扩散；乙：协助扩散；丙：主动运输；a：载

3、体蛋白。2写出影响甲、乙、丙三种运输速率的因素(1)制约甲的是膜两侧的浓度差；(2)决定乙的因素之一是 a 的种类和数量；(3)决定丙的动力是能量(ATP)。3实例分析(填写甲、乙、丙三种跨膜运输方式)(1)水分子进入红细胞是甲；(2)葡萄糖进入红细胞是乙；(3)K进入红细胞是丙。温馨提示大分子蛋白质或颗粒物质进出细胞的方式是胞吞和胞吐，此过程与膜的流动性有关，需要消耗能量，不需要载体蛋白，跨 0 层生物膜，如分泌蛋白、神经递质等的分泌。知识整合考点一渗透作用与细胞的吸水和失水1.渗透作用模型和植物细胞与外界溶液形成渗透系统比较渗透作用模型植物细胞与外界溶液形成渗透系统图解基本组成或条件半透膜

4、、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原理水分子通过半透膜的扩散作用细胞液通过原生质层与外界溶液之间发生渗透水扩散的方向低浓度溶液高浓度溶液2.细胞吸水或失水原理特别提醒:(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10%葡萄糖溶液和 10%蔗糖溶液的质量浓度相等，但 10%蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖向葡萄糖溶液移动。(2)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。(3)只有活的、成熟的植物细胞才能发生渗透失水和吸水，从而发生质壁分离和复原。考点二物质出入细胞的方

5、式及影响因素1.物质出入细胞的方式的比较2.大分子物质出入细胞的方式运输方式运输方向运输特点实例胞吞细胞外细胞内 需要能量，不需要载体蛋白白细胞吞噬病菌、 变形虫吞噬食物颗粒胞吐细胞内细胞外胰腺细胞分泌胰岛素3.生物膜具有选择透过性的原因分析(1)内因遗传因素不同生物DNA 不同决定载体种类数量不同决定选择性吸收表现同种植物对不同离子的吸收能力不同不同植物对同一离子的吸收能力不同(2)外因主要是影响呼吸作用的因素土壤中的氧气含量温度呼吸酶活性影响呼吸作用ATP 生成影响主动运输4影响跨膜运输的因素(1)物质浓度(在一定的浓度范围内)(2)氧气浓度(3)温度温度可影响生物膜的流动性和酶的活性，因

6、而会影响物质跨膜运输的速率。思维点拨物质进出细胞的方式及特点的判断方法(1)判断物质进出细胞的方式根据分子大小与是否需要载体蛋白、能量根据运输方向：逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。(2)不同因素对主动运输的影响不同由于主动运输需要载体蛋白参与和消耗呼吸作用释放的能量，因此抑制某载体蛋白活性，则只会导致以该载体蛋白转运的物质运输停止，对其他物质运输不影响；但抑制呼吸作用，所有以主动运输跨膜的物质运输受影响。跟踪训练 12013新课标全国卷关于植物细胞通过主动运输方式吸收所需矿质元素离子的叙述，正确的是()A吸收不同矿质元素离子的速率都相同B低温不影响矿质元素离子的吸收速率C主动运输矿质元素离

7、子的过程只发生在活细胞中D叶肉细胞不能以主动运输方式吸收矿质元素离子解析：植物细胞通过主动运输吸收所需矿质元素离子的过程中既需要 ATP 水解提供能量，又需要细胞膜上载体蛋白的协助。由于细胞膜上不同离子的载体数目不同，故细胞吸收不同矿质元素离子的速率不相同，A 错误；低温会抑制呼吸酶的活性，导致矿质元素离子的吸收速率降低，B 错误；只有活细胞才能进行细胞呼吸产生ATP，且只有活细胞的细胞膜才具有选择透过性，因此主动运输矿质元素离子的过程只能发生在活细胞中，C 正确；叶肉细胞能以主动运输方式吸收矿质元素离子，D 错误。答案：C考向一对渗透作用的考查高考涉及膜的透性探究，多以渗透装置及相关实验和图

8、解等形式呈现，考查实验设计或分析能力。读图析图根据图示可从以下几个方面读取信息：(1)两侧溶液的物质的量浓度，大的一侧渗透压高，小的一侧渗透压低，水分子由低浓度一侧高浓度一侧。(2)两侧溶液中的溶质是否能通过半透膜，若不能，则只是高浓度一侧液面升高；若能，则先是高浓度一侧液面升高，随后另一侧液面升高，最后两侧液面相平。例 1 如图为一渗透作用装置，半透膜小袋内充满 30%的蔗糖溶液。用不同表面积的半透膜小袋实验，开始一段时间，玻璃管内液面高度变化的相关曲线最可能是(横坐标表示表面积)解析本题以渗透作用装置为载体，考查半透膜表面积与玻璃管内液面高度的关系。读懂横坐标的含义是解题的关键。横坐标表示

9、半透膜的面积，即用一组不同表面积的透析袋做相同的实验，相同时间后，观察并记录玻璃管内液面高度变化情况。当半透膜内、外因浓度差产生的渗透压玻璃管内、外因液面高度差产生的压力时，液面不再上升，即达到平衡。半透膜的表面积越大，说明两点：透析袋的体积越大，内容物(30%的蔗糖溶液)越多，则吸收的水分越多；单位时间内进出的水分子数目越多。可见，无论从吸水量上看还是吸水速率上看，半透膜表面积与其吸水多少呈正相关。答案B观察植物细胞的质壁分离和复原1实验原理：成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。考向二对物质跨膜运输方式的考查近几年高考中，命题主要集中在“物质出入细胞的方式及影响因素”和“影响物质运输因

10、素的实验探究”两个方面。利用图示、曲线、表格、数据等为情景命题，考查对有关知识的理解能力及进行综合分析、判断和推理能力。例 2 以下有关图示的说法，正确的是()A图 1说明甲、乙两种物质都是细胞代谢必需的物质B图 2说明此物质进出细胞时不需要消耗能量C图 3说明该离子跨膜进入细胞的方式为主动运输D图 4说明该植物吸收 K的速率与溶液中K浓度呈正相关解析本题考查物质跨膜运输方式的分析及坐标曲线的综合，掌握自由扩散、协助扩散、主动运输方式间的异同、对应的曲线及常见实例是解决这类试题的关键。图 1 中，甲物质的运输方式为自由扩散，乙物质的运输方式为协助扩散，均为被动运输，甲、乙两种物质不一定是细胞代

11、谢必需的物质；图 2 中，细胞外该物质浓度低于细胞内该物质浓度后，随时间的推移，细胞内该物质的浓度还在逐渐增加，说明该物质可从低浓度一侧进入高浓度一侧，故该物质进出细胞的方式是主动运输，需要消耗能量；图 3 中，该矿质离子的跨膜运输方式有两个特点，一是逆浓度梯度，二是消耗 ATP，故为主动运输；图 4 表示的是在适宜条件下，营养液中 O2相对含量变化对某植物 K吸收速率的影响的实验结果，从图中得不出植物吸收 K的速率与溶液中 K浓度的关系。答案C2质壁分离与复原实验流程3质壁分离的原因(1)外因：外界溶液浓度细胞液浓度(2)内因原生质层相当于一层半透膜细胞壁的伸缩性小于原生质层细胞渗透失水4表

12、现宏观：坚挺萎蔫微观液泡：大小细胞液颜色：浅深原生质层：与细胞壁分离特别提醒(1)在实验中，当质壁分离现象出现后，观察时间不宜过长，以免细胞因长期处于失水状态而死亡，影响质壁分离复原现象的观察。(2)不选动物细胞做实验材料是因为动物细胞无细胞壁，失水时不会发生质壁分离现象。(3)本实验所用的方法为引流法，采用了自身对照(前测和后测)。(4)当以可吸收的物质做溶质时(如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等)，可出现质壁分离和自动复原现象。(5)质壁分离时，原生质层的外界面是细胞膜。注意问题质壁分离实验的拓展应用及方法(1)判断细胞的死活待测细胞蔗糖溶液镜检发生质壁分离和复原活细胞不发生质壁分离死细胞(

13、2)测定细胞液浓度范围待测细胞一系列浓度梯度的蔗糖溶液 分别镜检细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度大小不同植物细胞同一浓度的蔗糖溶液镜检刚刚发生质壁分离时所需时间的比较判断细胞液浓度大小(时间越短，细胞液浓度越小)。(4)比较一系列溶液的浓度的大小同一植物的相同成熟细胞未知浓度的溶液镜检记录刚刚发生质壁分离所需时间比较所用时间长短判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)(5)鉴别不同种类的溶液(如 KNO3和蔗糖溶液)相同成熟植物细胞不同种类溶液镜检只发生质壁分离现象溶质不能通过原生质层的溶液如蔗糖溶液质壁分离后自动

14、复原溶质能通过原生质层的溶液如 KNO3溶液例 以紫色洋葱鳞片叶外表皮为实验材料，观察植物细胞质壁分离现象，下列相关叙述正确的是()A细胞在发生质壁分离时能观察到紫色中央液泡逐渐增大B滴加质量浓度为 0.5 g/mL 的蔗糖溶液比 0.3 g/mL 的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间长C滴加清水后，质壁分离的细胞又复原，说明此细胞是活细胞D用任何浓度的 NaCl 溶液代替蔗糖溶液都不能引起细胞质壁分离解析A错误：细胞在发生质壁分离时能观察到紫色中央液泡逐渐变小；B错误：滴加质量浓度为 0.5 g/mL 的蔗糖溶液比0.3 g/mL 的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短； C正确：活细胞的原生质

15、层才具有选择透过性，滴加清水后，发生质壁分离的活细胞才能复原；D 错误：NaCl 溶液若浓度太低则不能引起细胞质壁分离，浓度适宜则可以。答案C1.相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需要关注培养基的渗透压，这是因为动物细胞()A没有细胞壁，对培养基的渗透压更敏感B渗透压远高于细菌或植物细胞的渗透压C没有成熟大液泡，渗透压调节能力差D生长缓慢，各生长阶段对环境的渗透压要求不同解析：本题考查渗透压与渗透吸水、维持细胞形态和功能的内在联系等方面的知识。细胞内外液的渗透压之差是细胞吸水或失水的动力。动物细胞与植物细胞相比没有细胞壁的保护，容易因过多吸水而涨破，A 选项正确。答案：A2.2013福

16、建卷为探究茉莉酸(植物生长调节剂)对离体培养的成熟胡杨细胞质壁分离的影响，将细胞分别移至不同的培养液中连续培养3 天，结果如表。组别培养液中另添加的成分结果NaCl茉莉酸部分细胞质壁分离细胞正常，无质壁分离细胞正常，无质壁分离注：“”表示有添加，添加后 NaCl 浓度为 100 mmolL1，茉莉酸浓度为 103mgL1；“”表示无添加下列叙述错误的是()A胡杨细胞通过渗透作用吸水和失水B质壁分离的胡杨细胞液泡体积变小CNaCl 为自变量，茉莉酸为因变量D茉莉酸对 NaCl 引起的胡杨细胞质壁分离有抑制作用解析：植物细胞吸水和失水的方式是渗透作用，A 项正确；质壁分离是细胞失水的结果，其液泡体

17、积会变小，B 项正确；该探究实验的因变量是成熟胡杨细胞是否发生质壁分离，组别、 的自变量是茉莉酸，组别、的自变量是 NaCl，C 项错误；组在不添加茉莉酸时有部分细胞质壁分离，组添加茉莉酸时无细胞发生质壁分离，通过对照说明茉莉酸对 NaCl 引起的胡杨细胞质壁分离有抑制作用，D 项正确。答案：C3 下图为某种植物幼苗(大小、 长势相同)均分为甲、 乙两组后， 在两种不同浓度的 KNO3溶液中培养时鲜重的变化情况(其它条件相同且不变)。两组幼苗在 KNO3溶液中的鲜重变化下列有关叙述，错误的是()A3 h 时，两组幼苗均已出现萎蔫现象，直接原因是蒸腾作用和根细胞失水B6 h 后，甲组幼苗因根系开

18、始吸收 K、NO3，吸水能力增强，使鲜重逐渐提高C12 h 后，若继续培养，甲组幼苗的鲜重可能超过处理前，乙组幼苗将死亡D实验表明，该植物幼苗对水分和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程解析： 分析题图可知， 甲组幼苗处于较低浓度 KNO3溶液中， 植物细胞可以主动吸收 K和 NO3，使其吸水能力增强而发生质壁分离复原。 而乙组幼苗由于所处 KNO3溶液浓度过高， 细胞失水过多，甚至死亡，不能发生质壁分离的复原过程。这个实验同时表明，植物幼苗对水和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程，故 A、C、D 正确。甲组幼苗通过主动运输的方式吸收 K和 NO3的过程在 6 h 之前也在进行，故 B 错误。答

19、案：B6.2013菏泽考试图甲表示四种不同的物质在一个动物细胞内外的相对浓度差异。通过图乙所示的过程来维持细胞内外浓度差异的物质是()ANaBKC胰岛素DCO2解析：由图乙可知该物质的运输是由低浓度到高浓度，从细胞外运输到细胞内，消耗能量，为主动运输。由图甲可知，钾离子在细胞外的浓度低，在细胞内的浓度高，因此由细胞外运输到细胞内需要消耗能量，为主动运输。钠离子在细胞内的浓度低于在细胞外的浓度，与图乙所示不符。胰岛素的运输方式为胞吐，CO2的运输方式为自由扩散。答案：B7.2013江苏卷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

20、溶液，漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时的液面差为h，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_。答案：(1)S1S2(2)原生质层原生质层能主动转运有关物质而半透膜不能(3)X标号蒸馏水质壁分离(4)KNO3溶液中的细胞发生质壁分离后会自动复原(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：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)。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。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