细胞的物质输入和输出-高考生物一轮复习讲义（人教版）

[高中生物一轮复习教学讲义必修1]

第6讲细胞的物质输入和输出

考点一细胞的失水和吸水

1.细胞吸水和失水的原理一渗透作用

（1）概念：是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜（或选择

透过性膜）,从低浓度向高浓度的才散。

（2）当液面上升到一定程度时，液面不再升高的原因分析：

由于水槽中与漏斗中的液体具有浓度差，即具有渗透压差，

所以多数水分子进入漏斗，使漏斗中的液面高于水槽中的液

面，液面差为H,；当Hi产生的压强使半透膜两侧的渗透平衡

时，半透膜两侧水分子的交换速率相同，液面不再升高。

【易错提醒】有关渗透作用的注意事项

①渗透作用不是指溶质分了的犷散，而是专指水分子或其他溶剂分于的V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

溶液与质量分数为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水分子的移动方向是双向移动，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。

2.植物细胞的渗透系统的组成分析

项目渗透作用模型植物细胞渗透系统

一细胞壁

覆敝器乳原生

磔•）刑胞质,质层

图解

B液泡膜

邀■细胞液0溶液）

外界溶液◎溶液）

一些物质可以透过，另i些物质不

组成半透膜原生质层相当于半透膜

能透过的多孔性薄膜（如玻璃纸）

条件

浓度差半透膜两侧的溶液体系（SI,S2）细胞液（S1）与外界溶液（S2）之间

拓展延伸：（1）植物细胞吸水的方式

①吸胀吸水：吸胀吸水主要依赖细胞内的亲水性物质（如蛋白质、淀粉、纤维素等）吸收水分，三者吸

水能力的大小关系为纤维素〈淀粉<蛋白质。植物细胞在形成中央液泡之前（如植物根尖分生生细胞和干种

子）通过吸胀作用吸水。

②渗透吸水：这是成熟的植物细胞的主要吸水方式，如根尖成熟区细胞等形成中央大液泡的细胞。成

熟的植物细胞是一个渗透系统。

（2）半透膜、选择透过性膜的比较

区别：①半透膜是无生命的物理性薄膜，是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜,

物质能否通过取决于分子的大小。

②选择透过性膜是具有生命的生物膜，载体的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。细胞死亡

或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。

（3）原生质层与原生质体

（1）原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜。由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成，不

包括细胞核和液泡内的细胞液两部分，且仅存在于成熟的植物细胞中。

（2）原生质体是去除了植物细胞壁以后所剩下的植物细胞结构。可以认为原生质体包括原生质层、细胞

液和细胞核三部分。一个动物细胞就是一个原生质。

考点二物质进出细胞的方式

1.离子和小分子的跨膜运输方式的比较

物质出入被动运输

主动运输

细胞的方式自由扩散协助扩散

运输方向高浓度一低浓度一般为低浓度T高浓度

是否需要载体不需要需要

牯否消耗能量不消耗消耗

图例

。2、C0>H2O、甘油、

2小肠绒毛上皮组胞吸收葡

举例乙醇、苯等出入细胞的方红细胞吸收葡萄糖

萄糖、氨基酸等

式

运输速率细胞内浓度

表示曲线

（一定浓度/细胞外溶液

厂/浓度一

范围内）

C）细胞外溶液症度0细胞外溶液晶度0I时间”

2.大分子和颗粒性物质的非跨膜运输方式的比较

胞吞胞吐

条件细胞摄取或排出大分子和颗粒性物质的方式

原理生物膜的流动性

特点物质通过小泡转移，需要消耗能量，不需要教体

细盆膜

图例置现分

方向细胞外f内细胞内f外

实例变形虫吞食食物颗粒，白细胞吞噬细菌等胰岛B细胞分泌胰岛素

注意说明：

碰吞和胞吐是借助于膜的融合完成的，与膜的流动性有关，是大分子和颗粒性物质进出细胞的方式，消耗

能量。

金质进出细胞核并非都通过核孔。核孔是RNA和蛋白质等大分子进出细胞核的通道；小分子物质进出细

胞核是通过跨膜运输实现的，不一定通过核孔。

③Jj、K'等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞，但也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞，如神

经细胞维持静息电位时的K+外流和形成动作电位时的Na+内流。

3.影响物质运输因素的分析

(1)浓度差对物质跨膜运输的影响

浓度差主要影响自由力,散和协助才,散。自由力,散中，浓度差越大，运输速率越大；协助力,散中，浓度差达

到一定程度后运输速率不再继续增加的原因是受载体数量的限制。主动运输不受浓度差的影响。

(2)载体数量对跨膜运输的影响

主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况卜，载体数量越多，运输速率越大。自由扩散不受载

体数最的影响。

(3)氧气含量对跨膜运输的影响

通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。

®点时，无氧呼吸为主动运输提供能量。

9Q段：随着氧气含量增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率也越大。

顶点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体数量以及其他因素的限制，运输速率不再增加。

(4)温度对跨膜运输的影响

自由扩散协助扩散和主动运输

一方面升高温度通过影响分子运动而影响自由扩散和协助扩散，另一方面温度直接影响蛋白质的活性,

通过影响呼吸作用中酶的活性而影响主动运输。

4.物质跨膜运输的其他实例：番茄和水稻吸收离子的比较

科学家将番茄和水稻分别放在含Mg2+、Ca2+?nSiO「的培养液中培养，结果如图所示，据图回答相关

问题：

⑴图示反映同一植物对不同离子的吸收量不同，不同植物对同一离子的吸收量不同。即植物细胞对无

机盐离子的吸收具有选择性。

(2)水稻培养液中Mg?+、Ca?+浓度和番茄培养液中SiO「浓度超过初始浓度的原因是什么？

水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2+、Mg?*的大，造成培养液中Ca?+、Mg?+浓度上升；番茄吸收水的相

对速率比吸收SiO『的大，造成培养液中SiOr浓度上升。

考点三(实验)观察植物细胞的质壁分离和复原

1.实验丽I

(1)植物细胞的原生质层相当于半透膜,细胞曳与原生质层具有一定的伸缩性，原生质层的伸缩性大王

细胞壁的伸缩性。

(2)外界溶液浓度〉细胞液浓度一细胞失水，原生质层皱缩一发生质壁分离。

(3)外界溶液浓度〈细胞液浓度r细胞吸水f水发生质壁分离的细胞发生质壁分离复原现象。

2.实验材料：紫色的洋葱鳞片叶，质最浓度为0.3g/mU的蔗糖溶液

3.实验步骤

4.现象与结论

注意事项

(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，

便于观察实验现象。而分生区的纽胞和干种子细胞等无大液泡，植物的导管细胞是死细胞，这眼细胞都观

察不到质壁分离和复原现象。在蔗糖溶液中加入适量红墨水后，由于细胞壁是全透的，细胞膜具有选择透

过性，红墨水不能通过细胞膜进入细胞中，细胞壁与原生质层之间充满着红色溶液，白洋葱鳞片叶表皮细

胞的原生质层为无色，因此可以观察细胞的质壁分离。

(2)滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作，通过前后对比观察某个细胞的吸水和失水情况。

本实验存在两组对照实验

(3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造

成植物细胞失水过多、过快而死亡，不能发生质壁分离复原现象。

(4)质壁分离时观察时间不宜过长，以免细胞因长时间处「失水状态而死亡，影响对质壁分离复原现象

的观察。

(5)关于质壁分离外界溶液的问题

①盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适合做本实验的外界溶液。

②在溶质不能进入细胞的一定浓度的溶液中，可以发生质壁分离现象，如蔗塘溶液。

③在溶质可进入细胞的一定浓度的溶液中，可发生质壁分离后自动复原现象，如甘油、尿素、乙二醇、

KNO3溶液等。

(6)本实验是教材中涉及“显微观察”实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察(不曾换“高倍镜”)的实验。

拓展：质壁分离实验的应用

(1)判断成熟植物细胞的死活

待测成熟植物丽十|一定浓度的蔗糖溶液

，镜检

发生质壁分离T有生物活性

不发生质壁分离T无生物活性

(2)测定细胞液浓度范围

待测细胞|十|一系列梯度浓度的蔗糖溶液

［镜检

细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间

(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度

不同植物细胞I+1同一浓度的蔗糖溶液

，镜检

发生质壁分离所需时间越域，质壁分离程度越大，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大。

1.图甲表示一个渗透作用装置，将半透膜袋缚于玻璃管下端，半透膜袋内装有60mL质量浓度为

0.3g/mL的蔗糖溶液：图乙表示放置在溶液M中的植物细胞失水量的变化情况。下列有关叙述错误的是

()

A.图甲中玻璃管内液面上升速率逐渐降低，最终停止上升

B.图乙中A点之后，溶液M中的溶质才开始进入植物细胞

C.图乙中A点植物细胞失水量最大，此时细胞的吸水能力最强

D.图甲中半透膜袋内蔗糖溶液的体积会影响玻璃管内液面上升的高度

［答案］B.［解析］随着水分子进入半透膜袋，半透膜袋两侧的浓度差减小，蔗糖溶液的吸水能力下降，

另外，不断高出的液柱也会进一步阻止水分子进入半透膜袋，因此，图甲中玻璃管内液面上升速率逐渐降

低，最终停止上升，A项正确；从图乙信息可知，该植物细胞发生质壁分离后乂自动复原，从开始溶液M

中的溶质就能进入该植物细胞，B项错误；图乙中A点植物细胞失水量最大，此时植物细胞的细胞液浓度

最大，细胞的吸水能力最强，C项正确；一定范围内，图甲中半透膜袋内蔗糖溶液的体积越大，玻璃管内液

面上升的高度就越大，D项正确。

2.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FT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FT逆浓度梯度跨膜运输

C.H+ATPase逆浓度梯度跨膜转运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］细胞内的pH高于细胞外，照射蓝光后溶液的pH明显降低，说明在蓝光照射下细胞内

的H+由细胞内转运到细胞外，推测H+ATPase位于保卫细胞质膜上，A正确；结合①、②分析，可知蓝光

照射导致的H+逆浓度梯度跨膜运输应是蓝光通过保卫细胞质膜上的H+ATPase实现的，B正确；H*ATPase

逆浓度梯度跨膜转运H+所需的能量由ATP水解直接提供，C错误；抑制H+ATPase的活性，再用蓝光照射,

溶液的pH不变，说明溶液中的H+不能通过自由扩散的方式经组胞质膜进入保卫细胞，D正确。

3.如图为植物光合作用同化物蔗糖在不同细胞间运输、转化过程的示意图。下列相关叙述正确的是（）

A.蔗糖的水解有利于蔗糖顺浓度梯度运输

B.单糖逆浓度梯度转运至薄壁细胞

C.ATP生•成抑制剂会直接抵制图中蔗糖的运输

D.蔗糖可通过单糖转运载体转运至薄壁细胞

［答案］A.［解析］由题图可知，蔗糖通过胞间连丝由伴胞进入筛管中，筛管内的蔗糖水解后，蔗糖浓度

降低，有利于蔗糖从伴胞扩散到筛管，A项正确；由题图可知，蔗糖分解产生的单糖顺浓度梯度运至薄壁

细胞，B项错误；图中蔗糖从伴胞到筛管的运输方式为被动运输，不需要消耗ATP,C项错误；由题图可知,

筛管中的蔗糖水解成单糖后，两种单糖通过单糖转运载体进入薄壁细胞，D项错误。

4.将洋葱表皮细胞置于一定浓度的KN03溶液中，观察发现洋葱表皮细胞很快发生质壁分离，不久之后这

些细胞又逐渐发生了质壁分离复原。关于该过程的表述，错误的是（）

A.在此过程中，水分子能够通过自由扩散的方式进出洋葱表皮细胞

B.在此过程中，洋葱表皮细胞吸水能力发生了变化

C.在此过程中，除水分子外，还有其他物质进入细胞，但没有其他物质排出细胞

D.在此过程中，物质进出细胞能在一定程度上体现生物膜的功能特性

［答案］C.［解析］将洋葱表皮细胞置于KNOR溶液中，当KN03溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞至失水

发生质壁分离；随着细胞失水，细胞液浓度逐渐升高，KNO3溶液浓度逐渐降低，同时活的洋葱表皮细胞还

会根据生命活动需要吸收K+和N0「使细胞液浓度进一步升高，KN。，溶液浓度进一步降低，当KN03溶

液浓度小于细胞液浓度时，洋葱表皮细胞又能够吸水而发生质壁分离复原。在此过程中，水分了•是以自由

扩散的方式进出细胞的，A正确；洋葱表皮细胞的细胞液浓度在发生变化，吸水能力也在变化，在质壁分

离的过程中细胞吸水能力逐渐增大，在质壁分离及原过程中细胞吸水能力逐渐减小，B正确；除水分子外，

K+和NO］会进入细胞，而细胞也在不断排出代谢废物，C错误；水分子的自由扩散，以及K+和NO二的主动

运输都体现了生物膜的选择透过性，D正确。

5.离子通过细胞膜进出细胞有两种方式，一种是通过离子通道，另一种是借助离子泵转运。离子通道是由

蛋白质复合物构成的，一种离了•通道只允许一种离子通过，且只有在对特定刺激发生反应时才瞬时开放，

运输离子时不消耗能量；离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜

运输离子。下列叙述正确的是（）

A.细胞通过主动运输方式,吸收离子的速率与细胞呼吸强度总是呈正相关

B.蛋白质变性剂会降低离子通道的运输速率但不会降低离子泵的运输速率

C.借助离子泵转运离子的结果是使该种离子在细胞内外的浓度趋广相等

D.通过离子通道运输离子是被动运输，其运输是顺浓度梯度进行的

［答案］D.［解析］当载体蛋白饱和时，主动运输的速率不再随呼吸强度的增加而增加，A错误；通过离

子通道的运输和通过离子泵的运输都需要蛋白质，当蛋白质变性后二者的运输速率都会受影响，B错误；借

助离了•泵转运离子的方式是主动运输，其结果通常是使该种离子在细胞膜内外存在浓度差，C错误；由题干

信息可知，借助离子通道运输离子的方式是被动运输，其运输是顺浓度梯度进行的，D正确。

6.将红细胞移入低渗溶液后，红细胞很快吸水膨胀，而非洲爪峭的卵母细胞在低渗溶液中不膨胀。将控制

红细胞细胞膜上CHIP28（一种水通道蛋白）合成的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母

细胞迅速膨胀，并于5分钟内破裂。以下说法错误的是（）

A.CHIP28的加工、运输需要内质网和高尔基体的参与

B.非洲爪蟾卵母细胞在低渗溶液中不膨胀的原因可能是细胞膜上无类似CHIP28的蛋白

C.经处理后的非洲爪蟾卵母细胞在吸水直至破裂过程中，细胞吸水速率逐渐加快

D.肾小管在抗利尿激素作用F重吸收水可能与CHIP28有关

［答案］C.［解析］CHIP28为细胞膜上的水通道蛋白，它的加工、运输需要内质网和高尔基体的参与，A

正确；非洲爪蟾卵母细胞在低渗溶液中不膨胀的原因可能是细胞膜上无类似CHIP28的蛋白，B正确；经处

理后的非洲爪蟾卵母细胞在吸水直至破裂过程中，细胞内浓浓度逐渐降低，细胞吸水速率逐渐减慢，C错误：

肾小管在抗利尿激素作用下重吸收水可能与CHIP28有关，D正确。

7.将紫色洋葱A和B的外表皮细胞分别制成5组临时装片，在装片上依次滴加五种不同浓度的蔗糖溶液，

当原生质体体积不再变化时统计结果如图所示。下列叙述错误的是（）

4.原生质体体积相对变化

A.A与B对照得出，A的细胞液平均浓度大于B的

B.五种蔗糖溶液中，浓度从高到低依次为乙、丁、甲、戊、丙

C.甲中A的体积没有发生变化，说明甲组的蔗糖溶液浓度等于A的平均浓度

D.丙中A的体积增大的过程中，细胞发生渗透吸水直至细胞液的平均浓度等于外界溶液浓度

［答案］D.［解析］由图可知，同一浓度下，当A、B均失水时，A的原生质体体积减小量小于B的，当A、

B均吸水时，A的原生质体体积增加量大于B的，可以说明A的细胞液平均浓度比B的大，A正确：根据

原生质体体积的相对变化，可判断出五种蔗糖溶液的浓度从高到低依次为乙、丁、甲、戊、丙，B正确：甲

中A的原生质体体积没有发生变化，说明甲组的蔗糖溶液浓度等于A的平均浓度，C止确；由「植物细胞

有细胞壁，其伸缩性比原生质层的伸缩性要弱，所以渗透吸水膨胀后还要考虑细胞壁的限制，故原生质体

不再膨胀时细胞液浓度和外界溶液浓度不一定相等，D错误。

8.将新鲜萝卜切成大小、长度相同的细条，分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组萝

卜条的长度，结果如表所示。有关叙述正确的是()

蔗糖溶液浓度(moM?)0.20.30.40.50.60.7

实验前长度/实验后长度0.730.800.911.101.171.17

A.使萝卜条在浸泡前后长度不变的蔗糖溶液浓度在0.4m。卜U到0.5mol-L1范围内

B.萝卜细胞在溶液中失水或吸水所消耗的ATP由细胞呼吸提供

C.渗透平衡时，水分子不再进出萝卜细胞

D.在不同浓度蔗糖溶液的实验过程中，蔗糖分子均不可能进入萝卜细胞中

［答案］A.［解析］根据表格数据可知，使萝卜条在浸泡前后长度不变的蔗糖溶液浓度在().4mold?到0.5

moMJ范围内；萝卜细胞在溶液口失水或吸水不消耗ATP；渗透平衡时，水分子仍然进出萝卜细胞；蔗糖

溶液浓度过高时会使细胞死亡，此时蔗糖分子可能进入萝卜细胞中。

9.将新鲜洋葱表皮细胞放入清水中浸泡2h后，再放入一定浓度的KN。,溶液中，其原生质体的体

积变化如图所示。下列说法错误的是()

A.E、F点时细胞没有发生质壁分离

B.I点时细胞的吸水速率大于失水速率

C.只有H点时细胞吸水和失水处「动态平衡

D.改变KNQ：溶液的溶氧量会影响图中曲线变化

［答案］C.［解析］由题图可知，在。〜2h内细胞吸水，原生质体的体积增大，但由于新鲜的洋葱表皮细胞

有细胞壁的保护，细胞不可能无限吸水，也不可能无限增大甚至涨破，E、F点时细胞没有发生质壁分离，

A正确。I点之后，原生质体体积继续增大，I点时，细胞的吸水速率大于失水速率，B正确。由图可知细

胞吸水和失水处于动态平衡的点是F点和H点,C错误。KNCh溶液中的K+和NO］都是细胞选择吸收的离

子，细胞吸收K+和NO5的方式是主动运输，需要消耗能量，所以改变KNO3溶液的溶氧量会影响图中曲线

变化，D正确。

10.将质量为如的新鲜萝卜条放在某浓度的蔗糖溶液中处理1h,取出后测得萝卜条质量为加，再将该萝

卜条放入蒸储水中，细胞不再吸水后取出，测得拶卜条的质量为〃似实验过程中细胞始终保持生物活性，处

理时间适宜）。下列关系一定成立的是（）

A.B.7"（）＜〃"C.D.刖2＜，"1

［答案］C.［解析］当外界蔗糖溶液浓度小于新鲜萝卜条的细胞液浓度时，把新鲜萝卜条放在蔗糖溶液中，

萝卜条会吸水膨胀，质量变大即犯＞〃如再放入蒸储水中，萝卜条会继续吸水或不变,，〃五〃?”因此，〃立

当外界蔗糖溶液浓度等于新鲜萝、条的细胞液浓度时，把新鲜萝卜条放在蔗糖溶液中，萝卜釜质量不变即

/7Z1=/??（）,再放入蒸储水中，萝卜条会吸水膨胀，加因此，〃尸加0；当外界蔗糖溶液浓度大于新鲜

萝卜条的细胞液浓度时，把新鲜萝卜条放在蔗糖溶液中，萝卜条会失水，导致质量减少即〃?|＜〃如再放入

蒸偏水中，导致萝卜条细胞吸水发生质壁分离复原（此时质量约为，刖），再吸水膨胀，此时质量加因

此加2＞布＞如。综上所述，在实验过程中，一定成立的是〃?2＞例，故选C。

11.某实验小组为探窕不同质量浓度的KNO3溶液对马铃薯细胞渗透作用的影响，将一新鲜马铃薯块茎切成

粗细相同、长度均为5cm的理条若干，随机均分为4组进行实验。实验结果如表（忽略测最误差）。下列分

析不合理的是（）

KN。,溶液质马铃薯条在溶液中浸泡一段时间后的长度（cm）

组别

量浓度（g/L）浸泡30min浸泡2h

1205.025.20

2404.755.00

3604.484.70

4804.294.29

A.马铃薯块茎细胞细胞液的浓度对应20g/L和40g/L之间的KNO3溶液

R.第2组和第3组中的马铃黑块茎细胞都发生了渗透失水和吸水

C.马铃薯块茎细胞渗透失水和吸水的过程中，原生质层相当于半透膜