2024年高中生物新教材同步必修第一册 讲义第4章 本章知识网络

2024年高中生物新教材同步必修第一册讲义

第1节被动运输

第1课时水进出细胞的原理

［学习目标］1.阐明渗透作用的条件及原理。2.结合探究实验，分析理解细胞吸水和失水的过

程及应用。

一、渗透作用

教材梳理

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.方向：水分子从水的相对含量_的一侧向相对含量____的一侧渗透。

「核心探讨

任务一：渗透作用发生的条件

根据教材P62”问题探讨”中的渗透现象示意图，回答下列问题：

(1)漏斗管内的液面升高的原因：由于单位体积的清水中水分子数蔗糖溶液中的水分子

数，因此单位时间内由进入的水分子数多于由_________进入的水

分子数。

(2)漏斗管内的液面不会一直升高的原因：管内的水柱产生的压力会加快漏斗中的水分子向

—扩散的速度，最终膜两侧水分子扩散的速度达到，液面不再上升。

(3)渗透装置中，当漏斗内的溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度是否相同？为什么？

(4)如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？

(5)如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？

「核心归纳」

1.渗透作用具备的两个条件

(1)具有半透膜；(2)膜两侧溶液存在浓度差。

2.水分子的运动规律

(1)水的运输方向：从含水量高的一侧向含水量低的一侧运输。

⑵半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。

(3)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.渗透平衡W浓度相等

渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，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。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高

的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。

典题应用

1.某科研小组设计如图所示的渗透装置，其中蔗糖不能透过半透膜，漏斗内溶液(Si)和漏斗外

溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，液面不动(渗透平衡)时液面差为A/jo下列说法正确的

是（）

A.渗透平衡后Si和S2浓度的大小关系为Si=S2

B.渗透平衡后无水分子通过半透膜

C.漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快

D.向漏斗内加适量清水将变小

2.如图实验装置中，半透膜只允许水分子和单糖分子透过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖

溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图。则下列关于液面的变化及

相关叙述正确的是（）

A.a先降后升，b先升后降

B.a先升后降，b先降后升

C.当液面最终停止变化时，半透膜两侧溶液浓度相等

D.当液面最终停止变化时，b侧浓度高于a侧

【题后归纳】（1）渗透系统的溶液浓度

研究渗透作用时溶液浓度是指物质的量浓度而非质量浓度：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，质量浓度相同，但葡萄糖溶液的物质的量浓度大，故水由蔗

糖溶液向葡萄糖溶液移动。

⑵渗透现象中液面变化的判断方法

半透膜两侧分别为浓度不同的溶液A、B,有以下三种情况：

①若A侧溶质（如葡萄糖等）可以通过半透膜，B侧溶质不能通过半透膜，则最终B侧液面升

高。

②若A侧和B侧溶质是同种物质且均不能通过半透膜，则浓度高的一侧液面升高。

③若A、B两侧溶液的溶质均能通过半透膜，则两侧不存在高度差。

二、水进出细胞的原理

教材梳理

1.动物细胞的吸水和失水

(1)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9

失水外界溶液的浓度—_细胞质的浓度V

平衡外界溶液的浓度—_细胞质的浓度

(2)动物细胞的细胞膜相当于。

2.植物细胞的吸水和失水

(1)成熟植物细胞的结构

细胞壁：全透性,比较小

①

②

③＞原生质层

④

：具有一定浓度

植物细胞内的液体环境主要是指________里面的细胞液。水进出细胞主要是指水经过原生质

层进出液泡。

(2)成熟植物细胞吸水和失水的方式

植物细胞的相当于一层半透膜，植物细胞也是通过吸水和失水的。

(3)植物细胞发生质壁分离与复原的原因

a.成熟的植物细胞的原生质层相当于一

内因层___________

僦b.原生质层比细胞壁的伸缩性

因一

―'外因

细胞液与外界溶液之间存在着

3.探究植物细胞的吸水和失水实验

(1)实验材料：紫色洋葱鳞片叶细胞，具有,细胞液呈______,便于观察。

(2)实验流程

制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片

在位日衡“雨雨”•有一个紫色的中央大液泡

低倍显微隼观察Ib.原生质层紧贴

质量浓度I----------

为0.3g/mL~|^^D—|一吸水纸引流

的蔗糖溶|(重复几次)

液I(a.中央液泡逐渐(紫色逐渐

低倍显微镜观察)

I..原生质层与细胞壁逐渐

清一＞口十吸水纸引流

|(重复几堂)中央液泡逐渐(紫色逐渐

低倍显微镜观察变浅)----

Ib.原生质层逐渐细胞壁

【判断正误】

(1)当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破()

(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成()

(3)在“探究植物细胞的吸水和失水”实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜

观察，第二、三次用高倍镜观察()

核心探讨

任务二：探究植物细胞的吸水和失水

1.现象：将放置一段时间的马铃薯切成如图所示形状，凹槽内倒入一定量清水，一段时间后

液面下降；再将适量蔗糖加入凹槽清水中，一段时间后液面上升，试解释上述现象。

2.探究植物细胞的吸水和失水

(1)提出问题：水分进出细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？

(2)作出假设：相当于一层半透膜。

(3)实验设计思路

①如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会，液泡体积

就会;当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会,液泡体积就会。

所以可以通过液泡体积的大小变化反映水分进出细胞的情况。

②如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？

③如何看到细胞，需要借助到什么材料和用具?

④对实验结果作出预测一细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化?

(4)实验材料的选择

①下列细胞中能发生质壁分离的是。

A.大蒜根尖分生区细胞

B.人的口腔上皮细胞

C.菠菜叶肉细胞

D.蛙的红细胞

E.洋葱鳞片叶外表皮细胞

F.洋葱鳞片叶内表皮细胞

②若该细胞代表紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则有色区域在—（用图中数字表示）；若是黑

藻叶肉细胞，则有色区域在—（用图中数字表示）；若是洋葱鳞片叶内表皮细胞做实验材料,

为使实验结果方便观察，外界溶液中滴加了胭脂红染色剂，则有色区域在______（用图中数字

表示）。

（5）实验结果分析

①将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞放在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该

细胞的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？

②有位同学错取了质量浓度为3g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴

加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？

③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？

（6）拓展应用

①用物质的量浓度为2mol-L-1的乙二醇溶液和2moi的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞,

观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体（即植物细胞中细胞壁以内的部分）体积变化情况

如图所示。请回答：

器

及

玄

箕

及

眼

M珏

OUIZU1OUZ4-UouO

时间/s

2min后，不同于处于2moi的蔗糖溶液中的细胞，处于2moi的乙二醇溶液中的细胞

自动发生了现象，发生该现象的原因是0当质壁分离复原后，此时细胞

液的浓度外界溶液浓度。

②细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶外表皮细

胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量浓度的蔗糖溶液。写出你的实

验思路。

「核心归纳」

1.质壁分离及复原现象发生的条件

（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（如根尖分生区细胞）不发生质壁分离及复原现象。

②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。

⑵从溶液角度分析

①在一定浓度的溶液（溶质不能透过膜）中只发生质壁分离现象，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）。

②在一定浓度的溶液（溶质可透过膜）中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、

KNO3溶液等。

③在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液

浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。

④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。

2.质壁分离及复原现象的拓展应用

（1）判断细胞的活性

镜检［发生质壁分离和复原一活细胞

待测细胞+蔗糖溶液工了心山4造八十4加的

〔不发生质壁分离一死细胞

⑵测定细胞液浓度的范围

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

生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。

（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度

不同植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短一判断细

胞液浓度的大小（时间越短，细胞液浓度越小）。

（4）鉴别不同种类的溶液（如KN03和蔗糖溶液）

'只发生质壁分离f蔗糖溶液

成熟植物细胞+不同种类溶液质壁分离后自动复原-KNO3

检

、溶液

典题应用

3.如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其

复原实验流程图。下列说法正确的是（）

A.图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力减弱

B.图1所示结果只能在图2中C处观察到

C.增大蔗糖溶液的浓度会使第二次观察（D）和第三次观察（F）实验效果更明显

D.该实验用显微镜主要观察原生质层的位置、液泡的颜色和大小等

4.（2023•安徽蚌埠高一检测）用物质的量浓度为2moiLr的乙二醇溶液和同物质的量浓度的

蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体（植物细胞除去

细胞壁后剩余的部分）体积变化情况，如图所示。下列相关叙述正确的是（）

器

及

玄

箕

及

眼

M珏

60120180240300

时间/s

A.在蔗糖溶液中，植物细胞体积明显逐渐减小

B.在d点时，蔗糖溶液中仍有水分子进出植物细胞

C.在0〜240s内，乙二醇没有通过细胞膜进入细胞内

D.在c点与a点代表体积相等时，推测植物细胞液浓度相同

■网络构建

渗透装置

渗透作用原理

动物‘细胞植物’细胞

—

II原生

实例：细胞膜细胞质细胞液实例：

质层

红细胞|洋葱细胞

JI

半透膜浓度差

I___I

渗透作用

第2课时被动运输

［学习目标］1.阐明被动运输的原理和特点及影响因素。2.转运蛋白的种类和作用。

_教材梳理

1.被动运输的概念：物质以进出细胞，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.被动运输的类型

'—扩散：物质通过简单的扩散作用进出

细胞的方式，如：氧、二氧化碳、甘油、

乙醇、苯等

—扩散：借助膜上的转运蛋白进出细胞

的物质扩散方式，如：水分子、葡萄糖、

＜氨基酸等

3.转运蛋白：分为和两种类型。

名称载体蛋白通道蛋白

••・•••

图示

•••°•

与自身_____部位相适应的分与自身通道的直径和形状相适配、大小

转运对象

子或离子和电荷相适宜的分子或离子

每次转运时都会发生自身

特点转运分子不需要与通道蛋白________

______的改变

4.影响被动运输的因素

(1)膜内外梯度的大小。

(2)某些物质的运输速率还与的数量有关。

(3)变化会影响物质运输速率。

【判断正误】

(1)相对分子质量小的物质和离子都可以通过自由扩散进出细胞()

(2)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同()

(3)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率()

核心探讨

【情境导入】成人每昼夜生成的原尿量可达180L,但每日排出的终尿量仅1.5L,可见原尿经

过肾小管和集合管时，约有99%的水分被重吸收回血液。再从成分比较，终尿与原尿也有很

大差别，例如，原尿含葡萄糖，终尿无。那么肾小管上皮细胞是如何对原尿中的物质进行重

吸收的？

任务一：探究气体和甘油等分子进出细胞的方式

资料1：科研人员对同种物质在人工膜(只含有磷脂双分子层)和生物膜中的通透性做了比较,

结果如图所示。

(

一

s—

•

熠

间

震

健

姿

剂

1.请据图分析，气体和甘油是如何进出细胞的？

2.甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞?

任务二：探究水分子进出细胞的方式

1.由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，推测水分子是如何通过细胞

膜的？

资料2：科学家阿格雷在红细胞膜上发现了一种疏水性跨膜蛋白AQPlo他将这种蛋白镶嵌

在人工合成的脂质体上，并将镶嵌有AQP1的脂质体和普通脂质体同时放入蒸储水中，每隔

一段时间观察，结果如图所示。

2.由上述实验结果，你能得出什么推论?

任务三：探究葡萄糖进出细胞的方式

资料3：人体血浆中的葡萄糖经肾小球滤过进入原尿后流经肾脏近曲小管，全部由位于管腔

面的钠一葡萄糖共转运蛋白(SGLT)重吸收进入近曲小管上皮细胞，使得排出的尿液中不含葡

萄糖。随后葡萄糖被位于肾脏近曲小管上皮细胞基底膜上的葡萄糖载体蛋白(GLUT)转运至组

织液进而进入毛细血管，进入血浆的葡萄糖会被红细胞等吸收(注：ATP水解为ADP和Pi时

放能)。

1.载体蛋白(GLUT)将葡萄糖运出肾脏近曲小管上皮细胞时的运输特点是什么？

2.如图表示人体成熟红细胞的部分结构和功能，葡萄糖进入红细胞时的运输特点是什么？

「核心归纳J被动运输的影响因素

(1)自由扩散的影响因素：物质运输速率主要取决于膜内外物质浓度梯度的大小，也与物质分

子大小和脂溶性有关。（如图A）

运输速率

°细胞能量供应

图C

（2）协助扩散的影响因素：除了膜内外物质浓度梯度的大小外，还与膜上转运蛋白的数量有关。

当转运蛋白达到饱和时，物质浓度再增加，物质运输速率也不再增加。（如图B）

（3）被动运输不消耗能量，所以物质运输速率和细胞能量供应无关。（如图C）

典题应用

1.（2022.广东中山一中高一期中）协助扩散需要细胞膜上载体蛋白或通道蛋白的协助。如图甲、

乙分别表示载体介导和通道介导的两种协助扩散方式，其中通道介导的扩散速率比载体介导

的快得多。下列有关叙述正确的是（）

A.该过程的运输速率与膜两侧浓度差完全呈正相关

B.载体蛋白和通道蛋白均具有一定的特异性

C.甲、乙两种方式均存在溶质分子与相应蛋白质的结合过程

D.该过程需要消耗能量

2.（2023•福建泉州高一月考）肝细胞和细菌都能以协助扩散的方式吸收葡萄糖，其中细菌协助

葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT1,肝细胞协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT2,其运输的

速率和葡萄糖浓度的关系如图所示。下列推测错误的是（）

二--------7s细菌（GLUT］）

树"Vma*

g/_______--肝细胞（GLUT2）

醺磷脂双分子层

堀»（无蛋白质）

1231567B91011

葡萄糖浓度（mmol/L）

A.协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度差

B.a点与b点相比，制约葡萄糖转运速率的因素是GLUT1的数量

C.c点与a点相比，c点葡萄糖转运速率低的原因可能是肝细胞GLUT2少

D.载体蛋白的存在能显著提高细胞摄取葡萄糖的速率

网络构建

穿过

水分被自由扩散一磷脂双分子层

子进属于r啰包括

协

出^田"运一转

借

助

运载体蛋白

一

扩

胞输蛋

助

散

白通道虬水通道

蛋白一蛋白

第2节主动运输与胞吞、胞吐

［学习目标］1.阐明主动运输的过程、特点和意义。2.举例说明胞吞和胞吐的过程。3.利用细

胞膜的流动镶嵌模型解释各种物质跨膜运输的方式。

一、主动运输

―教材黄理

1.概念：物质进行跨膜运输，需要的协助，同时还需要消耗

，这种方式叫作主动运输。

2.过程：与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的

发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并，

载体蛋白随后又,又可以去转运的其他离子或分子。

3.实例：口、Ca2+和Na+等离子通过细胞膜；、进入小肠上皮细胞。

4.意义：通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出________和对细胞有害的物质，从

而保证细胞和个体生命活动的需要。

【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)葡萄糖都以协助扩散的方式进入细胞()

(3)细胞主动运输物质的结果是使物质在细胞膜内外的浓度趋于相等()

一核心探讨

任务一：主动运输发生条件及影响因素

资料1：肾小球每天滤过钠约500g,每天尿液中排出3〜5g。

毛

细

血

管

TI■通道蛋白•载体蛋白

1.探究Na+进、出肾小管上皮细胞的方式。

肾小管上皮细胞内Na+浓度仅为lOmmoLL-I远低于细胞外。ATP为一种能源物质。

(1)肾小管腔中原尿里大量的Na+以何种方式进入肾小管上皮细胞？请说出判断依据。

⑵Na+以何种方式运出肾小管上皮细胞？请说出判断依据。

资料2:原尿中的葡萄糖在肾小管几乎全部被重吸收。

2.探究葡萄糖进出肾小管上皮细胞的方式。

肾小管上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时，没有直接消耗ATP,而是利用Na+浓度差的能量。但

是Na+浓度差的建立是依靠Na+—K+泵的，而Na+—K：+泵需要消耗ATP。

(1)图中葡萄糖进、出肾小管上皮细胞分别是何种方式?

(2)Na+—K+泵对葡萄糖的运输有无影响？

(3)图中同一种物质进出细胞的方式是否相同？并举例说明。

3.请根据资料分析主动运输的意义。

资料3:原尿中的葡萄糖如果不能全部被肾小管上皮细胞重吸收，则会排出体外，对人体不

利。机体每天可产生40〜60mmol氢离子3+）固定酸，这些氢离子必须被中和并由肾脏排出,

否则会对机体造成严重危害。肾小管通过主动运输分泌氢离子的功能可以确保其从尿液中顺

利排出。

4.请据资料分析影响主动运输运输速率的因素。

资料4：若切断肾的供氧渠道，重吸收速率降低。

资料5:载体介导的跨膜运输速率存在饱和现象，表现为载体对所转运物质存在量的极限,

载体与所转运物质的结合达到限度，即使再提高浓度差，也不会再提高运输效率。

「核心归纳」

1.影响主动运输的因素

⑴载体蛋白的种类和数量：决定所运输的物质的种类和数量。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。

⑵能量：凡是影响细胞产生能量的因素都能影响主动运输，如。2浓度、温度等。

2.主动运输的类型

（1）直接型：直接消耗ATP的主动运输，通常称为泵（ATP驱动泵），如Na+—K+泵（如图1）。

（2）间接型：利用依赖ATP的Na+—K+泵活动建立的细胞膜两侧Na*的跨膜浓度梯度主动运

输，如肾小管对氨基酸、葡萄糖等的重吸收（如图2）。

K*。、Na+

膜外

磷脂双二二=|

分子层-----1

膜内［/\JS^ATP

肾

小

管

周

围

组

织

液

「典题应用

1.物质跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一，也是细胞膜的重要功能之一。如图表

示某种离子跨膜运输的过程，下列叙述正确的是（）

A.用呼吸抑制剂处理不会影响该离子的跨膜运输

B.图中膜结构一定是细胞膜

C.这种运输方式能够保证活细胞主动选择吸收所需要的营养物质

D.膜上载体蛋白结合离子后其空间结构发生不可逆的改变

2.主动运输的能量可来自ATP水解或电化学梯度（离子的浓度梯度），如图是与小肠上皮细胞

有关的葡萄糖跨膜运输的示意图，其中a、b、c表示载体蛋白。据图分析，下列叙述正确的

是（）

A.载体蛋白b转运葡萄糖的过程中需要ATP水解供能

B.在载体蛋白c的协助下，细胞内外的Na+浓度趋于相同

C.肠腔中的Na+浓度降低，会影响小肠上皮细胞吸收葡萄糖

D.机体短暂的供氧不足，会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液

二、胞吞与胞吐和物质跨膜运输小结

教材梳理

1.胞吞与胞吐

（1）胞吞的过程：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，

包围着大分子。然后，小囊从细胞膜上分离下来，形成,进入细胞内部的现象。

（2）胞吐的过程：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成,囊泡移动到处，

并与之融合，将大分子排出细胞的现象。

⑶特点

在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们也_______消耗细胞呼吸所

释放的能量。

2.细胞膜具有选择透过性的结构基础

细胞膜上转运蛋白的,或的变化，对许多物质的跨膜

运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有的结构基础。

3.胞吞与胞吐的结构基础：需要膜上_______的参与，更离不开膜上____________

【判断正误】

(1)胞吞、胞吐过程会导致膜成分的更新()

(2)物质运输过程中的囊泡都来自内质网、高尔基体()

(3)大分子有机物要通过载体蛋白的作用才能进入细胞内，并且要消耗能量()

(4)胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解()

一核心探讨

任务二：物质跨膜运输方式的比较和影响因素

1.列表比较主动运输和被动运输

运输方式方向转运蛋白能量实例

自由扩散不需要02、CO2、乙醇、甘油、苯等

被动

顺浓度

运输水、葡萄糖、某些离子等

梯度

主动运输需要

2.分析下列曲线所代表的物质跨膜运输方式及物质运输速率的影响因素