第3讲细胞的物质输入和输出

第3讲细胞的物质输入和输出考点定标1.举例说明哪些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；哪些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。2．举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。3．活动：通过模拟实验探究膜的透性。4．活动：探究植物细胞的吸水和失水。考情解码1.质壁分离及复原实验及其应用2025·重庆卷·T10;2025·陕晋青宁卷·T5;2024·湖南卷·T14；2024·山东卷·T4;2023·全国甲卷·T42.物质出入细胞的方式2025·河南卷·T9;2025·北京卷·T15;2024·湖北卷·T9；2024·山东卷·T1;2024·全国甲卷·T1;2024·江西卷·T2；2024·浙江1月卷·T3;2023·福建卷·T12;2023·湖北卷·T15；2023·浙江1月卷·T4;2023·湖南卷·T14;2023·全国甲卷·T1；2023·浙江6月卷·T13;2023·辽宁卷·T43.物质运输速率的影响因素2024·贵州卷·T4考点一渗透作用的原理和应用任务一教考衔接——整合建构落实教材双基必备整合——教材双基梳理网络化1.提醒渗透平衡≠两侧溶液浓度相等：渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。2．半透膜和选择透过性膜的区别师说解惑有关渗透作用的两个易错点(1)水的运输特点：无论细胞吸水还是失水，水分子通过原生质层的扩散都是双向进行的。(2)渗透平衡的实质：渗透平衡只意味着半透膜两侧的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。任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．(必修1P62“问题探讨”拓展)玻璃纸是一种半透膜，细胞膜能够控制物质进出细胞，有人说细胞膜与半透膜类似，又有所不同，你能说出其中的原因吗？________________________________________________________________________。2．(必修1P63正文延伸)对于动植物细胞来说，单位时间内，水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外液体的浓度一定相等吗？为什么？________________________________________________________________________。3．(必修1P63图4-1拓展)如图甲、乙、丙分别是细胞在不同浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图(箭头粗细代表水分子数的多少)。请回答下列问题。(1)若将人的成熟红细胞放入清水中，会出现如图所示哪种现象？分析原因。________________________________________________________________________。(2)若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，会出现如图所示的哪种现象？达到平衡时，水分子进出细胞的状况是图中哪一种？________________________________________________________________________。(3)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态，一段时间内细胞体积增大，最终会不会涨破？为什么？________________________________________________________________________。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能(必修1P67“拓展应用”T2)温度高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。材料及用具：有右上图所示相同的渗透装置三个，酒精灯(或水浴锅)、冰块及用具若干。实验假设：________________________________________________________________________。实验方案设计：________________________________________________________________________。师说拓展渗透作用实验装置的拓展应用(1)验证渗透作用发生的条件①具有半透膜②半透膜两侧溶液具有浓度差(2)比较不同溶液浓度的大小漏斗内溶液浓度为M，烧杯内溶液浓度为N，以下为各种现象及对应的结论：2.过程评价·考向题组练经典考向渗透作用的原理及应用分析1.(2026·重庆沙坪坝检测卷)反渗透技术通过施加适当强度的外界压力，使溶剂逆着自然渗透的方向从半透膜一侧向另一侧作反向渗透。反渗透技术常用于海水淡化、家庭净水等，下列叙述正确的是()A.自然渗透作用下，水分子从淡水侧向海水侧单向运动B.海水淡化过程中，应对淡水侧施加压力C.半透膜的筛选机理与细胞膜、原生质层等一致D.及时移走淡水有利于反渗透作用的持续进行2．红细胞在高渗NaCl溶液(浓度高于生理盐水)中体积缩小，在低渗NaCl溶液(浓度低于生理盐水)中体积增大。下列有关该渗透作用机制的叙述，正确的是()A.细胞膜对Na＋和Cl－的通透性远高于水分子，水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液B.细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－，水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液C.细胞膜对Na＋和Cl－的通透性远高于水分子，Na＋和Cl－从高渗溶液扩散至低渗溶液D.细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－，Na＋和Cl－从高渗溶液扩散至低渗溶液考点二探究植物细胞的吸水和失水 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类(1)(湖南卷，3D)1mol·L－1NaCl溶液和1mol·L－1蔗糖溶液的渗透压大小相等。()(2)(江苏卷，12C)为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液。()(3)(全国乙卷，2D)观察植物细胞吸水和失水时，可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮。()(4)(山东卷，3C)质壁分离过程中，黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小。()(5)(全国Ⅰ卷，4A)可以用大蒜根尖分生区细胞作实验材料来观察细胞的质壁分离与复原。()(6)(海南卷，7C)需要高倍显微镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离。()(7)(全国Ⅰ卷，4B)用黑藻叶片进行质壁分离实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察。()二、必备整合——教材双基梳理网络化1．实验原理成熟的植物细胞构成渗透系统可发生________。2．实验步骤3．实验现象4．实验结论成熟的植物细胞能与外界溶液共同构成渗透系统，发生渗透作用。原生质层相当于一层半透膜，当外界溶液的浓度大于细胞液的浓度时，细胞失水，发生质壁分离；当外界溶液的浓度小于细胞液的浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。提醒①本实验中存在对照实验，对照组和实验组在同一装片中先后进行，属于自身前后对照。②本实验选用0.3g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原；若质量浓度过低则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。三、完善探究植物细胞的吸水和失水实验的拓展应用1．判断成熟植物细胞是否有生物活性2．测定细胞液浓度范围3．比较不同植物成熟细胞的细胞液浓度4．鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)5．比较未知浓度溶液的浓度大小6．判断原生质层和细胞壁伸缩性大小任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．(必修1P64“探究·实践”拓展)将质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液换成一定浓度的KNO3溶液，细胞发生质壁分离后能自动复原，原因是________________________________________________________________________。2．(必修1P67“拓展应用”T1)利用紫色洋葱鳞片叶表皮细胞设计实验，测定该细胞的细胞液浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。实验思路：①配制出________________________________，将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用________观察细胞质壁分离情况。②记录______________________的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出________________________________________________________________________。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能完成下面的教材素材“深加工”题(必修1P74“非选择题”T3拓展)将若干生理状况基本相同、长度为4cm的鲜萝卜条分为四组，分别置于清水(对照组)和浓度相同的三种溶液(实验组)中，尿素溶液、KNO3溶液和蔗糖溶液分别编号为1、2、3组。测量每组萝卜条的平均长度，结果如图。据图分析并回答下列问题。(1)实验组中可以发生质壁分离和复原现象的是________(填序号)组。判断依据是________________________________________________________________________。(2)若质壁分离后不能复原，导致细胞失水过度而死亡的原因可能有①________________________、②________________。若改用相同质量浓度的葡萄糖溶液，则会使细胞开始发生质壁分离时所用时间更________(填“长”或“短”)。2.过程评价·考向题组练经典考向1结合实验原理和步骤，考查科学思维1．(2024·江苏卷，7)有同学以紫色洋葱为实验材料，进行“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验。下列相关叙述合理的是()A.制作临时装片时，先将撕下的表皮放在载玻片上，再滴一滴清水，盖上盖玻片B.用低倍镜观察刚制成的临时装片，可见细胞多呈长条形，细胞核位于细胞中央C.用吸水纸引流使0.3g/mL蔗糖溶液替换清水，可先后观察到质壁分离和复原现象D.通过观察紫色中央液泡体积大小变化，可推测表皮细胞是处于吸水还是失水状态考向2结合实验拓展应用，考查科学探究能力2．(2026·河北省联考卷)用同一打孔器在一白萝卜上打出若干萝卜条，切成相同长度，均分为三组，分别置于等体积的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种溶液中一段时间，b点时将三组实验的萝卜条同时放回相应溶液的低浓度溶液中一段时间。实验期间持续观察萝卜条体积的变化，并计算相对体积，实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是()A.实验的自变量包括溶液的种类和浓度，观测指标是萝卜条的体积变化B.观察到随萝卜条体积减小的同时，萝卜细胞的原生质层逐渐与细胞壁分离C.Ⅰ溶液和Ⅱ溶液中的溶质都能进入细胞D.b点时Ⅰ溶液的渗透压等于细胞液的渗透压，Ⅲ溶液中的细胞已死亡考点三物质出入细胞的方式及影响因素 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类(1)(2024·贵州卷，4C)硒蛋白从细胞内转运到细胞壁需转运蛋白。()(2)(2024·全国甲卷，1D)小麦根细胞吸收离子消耗的ATP主要由叶绿体产生。()(3)(2023·全国甲卷，1D)葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞。()(4)(2023·全国乙卷，3D)植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP。()(5)(2023·新课标卷，1B)葡萄糖是机体能量的重要来源，能经自由扩散通过细胞膜。()(6)(浙江1月卷，8D)神经元细胞膜上存在与K＋、Na＋主动运输有关的通道蛋白。()(7)(福建卷，2C)胰岛B细胞分泌胰岛素不需要消耗能量。()(8)(浙江6月卷，4C)物质进出细胞方式中的被动运输过程与膜蛋白无关。()二、必备整合——教材双基梳理网络化1．物质进出细胞的方式(1)被动运输①概念：物质以________方式进出细胞，________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类型提醒①带电粒子不能溶于磷脂，因此，即使是最简单的H＋，也无法通过自由扩散方式进出磷脂双分子层。②无机盐离子的运输方式不一定是主动运输，如兴奋产生和恢复过程中的Na＋内流和K＋外流的方式均为协助扩散。(2)主动运输(3)胞吞、胞吐师说解惑1．“三看法”快速判定物质进出细胞的方式2．物质进出细胞方式的六点归纳(1)同一种物质进出不同细胞的运输方式不一定相同，如人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，肾小管细胞重吸收葡萄糖的方式是主动运输。(2)消耗能量的运输方式不一定是主动运输，也可能是胞吞或胞吐。(3)需要载体蛋白的运输方式不一定是主动运输，也可能是协助扩散。(4)通过胞吞、胞吐运输的不一定是大分子物质，如神经递质通过胞吐释放。(5)顺浓度梯度的运输方式不一定是自由扩散，也可能是协助扩散。(6)被动运输和主动运输主要体现了膜的选择透过性，胞吞、胞吐主要体现了膜的流动性。2．协助扩散中转运蛋白的类型3．影响物质跨膜运输速率因素的分析(1)物质浓度(2)O2浓度(3)温度任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化(必修1P66图4-4、P70图4-6拓展)(1)完成图中填空(2)分析物质进出细胞的有关图像，完成下面的各题①图甲、乙所示物质进出细胞的方式分别是__________________，判断的依据是________________________________________________________________________。②图乙所示的运输方式可以逆浓度梯度进行吗？________________________________________________________________________。③只要是消耗能量的运输方式就是主动运输吗？________________________________________________________________________。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能1.(必修1P67图4-5分析应用)钾离子通道是由四个相同的亚基形成的一个倒圆锥体，在宽的一端外部有一个选择性的“过滤器”(如图)。下列叙述错误的是()A.K＋通过通道蛋白时不需要与通道蛋白结合B.此通道蛋白对通过的离子具有选择性C.此通道的运输速率受到K＋浓度差的影响D.此通道蛋白对K＋的运输可以双向进行2．(必修1P68“生物科学史话”素材挖掘)2003年诺贝尔化学奖授予了对水通道蛋白研究的科学家——阿格雷。以下是阿格雷的部分研究内容：①将非洲爪蟾的卵细胞置于低渗溶液中，细胞不吸水涨破；②阿格雷在克隆得到CHIP28(一种蛋白质)的基因后，将CHIP28基因转录得到的mRNA注射到爪蟾的卵细胞；结果发现，如果将表达了CHIP28的爪蟾卵细胞放入低渗溶液中，细胞吸水膨大，没有表达CHIP28的爪蟾卵细胞无明显变化。以下说法错误的是()A.研究内容①的现象说明水分子不容易通过爪蟾卵细胞膜B.由材料可以推断CHIP28属于一种水通道蛋白C.水通道蛋白仅允许水分子通过说明该蛋白质有一定的特异性D.若破坏人成熟红细胞膜上的水通道蛋白，水分子则不能进入红细胞3．(必修1P72“拓展应用”T2改编)某学校生物兴趣小组验证牛的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，而非主动运输。现提供如下材料：牛的成熟红细胞若干、培养瓶、葡萄糖浓度测试仪、蒸馏水、质量分数为5%的葡萄糖溶液、5mL葡萄糖载体抑制剂和5mL呼吸抑制剂等，请完善如下实验过程。①实验原理：主动运输需要载体和消耗能量，协助扩散需要载体和具有浓度差。②实验步骤：a.取三个培养瓶，编号A、B、C，向三个培养瓶中分别加入等量的牛的成熟红细胞和质量分数为5%的葡萄糖溶液。b.向A瓶中加入5mL蒸馏水，向B瓶中加入____________________________，向C瓶中加入________________。c.在____________的培养条件下培养一定时间后，利用葡萄糖浓度测试仪测定各培养瓶中葡萄糖的含量。③预期结果：__________________________________________________________。④实验结论：_________________________________________________________。师说拓展主动运输需要的能量来源有哪些？根据能量的来源不同，将主动运输分为三种：(1)ATP驱动泵直接利用ATP水解提供能量，实现离子或小分子逆浓度梯度的跨膜运输。如人的神经细胞内是高K＋低Na＋，而细胞外环境是低K＋高Na＋，这是离子逆浓度梯度利用ATP直接释放能量推动的一种典型的主动运输结果。(2)协同转运一类靠间接提供能量完成的主动运输方式，物质跨膜运输所需要的能量直接来自膜两侧离子的电化学梯度。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，分为同向转运和反向转运。如小肠上皮细胞含有钠离子驱动的同向运输蛋白，可以将一类单糖或氨基酸运进细胞，不通过ATP直接提供能量。(3)光驱动泵与光能的输入相偶联，如菌紫红质利用光能驱动H＋的转运。2.过程评价·考向题组练经典考向1围绕物质出入细胞方式的判断，考查科学思维1.(2024·江西卷，2)营养物质是生物生长发育的基础。依据表中信息，下列有关小肠上皮细胞吸收营养物质方式的判断，错误的是()方式细胞外相对浓度细胞内相对浓度需要提供能量需要转运蛋白甲低高是是乙高低否是丙高低是是丁高低否否A.甲为主动运输B．乙为协助扩散C．丙为胞吞作用D．丁为自由扩散2．(2024·海南卷，3)许多红树植物从含盐量高的泥滩中吸收盐分，并通过其叶表面的盐腺主动将盐排出体外避免盐害。下列有关这些红树植物的叙述，正确的是()A．根细胞吸收盐提高了其细胞液的浓度，有利于水分的吸收B．根细胞通过自由扩散的方式吸收泥滩中的K＋C．通过叶表面的盐腺将盐排出体外，不需要ATP提供能量D．根细胞主要以主动运输的方式吸收水分考向2结合水通道蛋白，考查科学思维3．(湖北卷，4)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白，硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是()A．经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀B．经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小C．未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀D．未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小4．(2024·黑吉辽卷，18)研究人员对小鼠进行致病性大肠杆菌接种，构建腹泻模型。用某种草药进行治疗，发现草药除了具有抑菌作用外，对于空肠、回肠黏膜细胞膜上的水通道蛋白3(AQP3)的相对表达量也有影响，结果如图所示。下列叙述正确的是()A．水的吸收以自由扩散为主、水通道蛋白的协助扩散为辅B．模型组空肠黏膜细胞对肠腔内水的吸收减少，引起腹泻C．治疗后空肠、回肠AQP3相对表达量提高，缓解腹泻，减少致病菌排放D．治疗后回肠AQP3相对表达量高于对照组，可使回肠对水的转运增加课堂评价过教材过真题实战演练一、过教材——判断正误并找到课本原话1．(必修1P62“问题探讨”)玻璃纸是一种选择透过性膜，水分子可以透过，而蔗糖分子不能透过。()2．(必修1P62“问题探讨”)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度。()3．(必修1P63“思考·讨论”)当外界溶液浓度低时，哺乳动物成熟红细胞一定会吸水涨破。()4．(必修1P63“思考·讨论”)红细胞吸水与失水的多少取决于红细胞内外浓度的差值。()5．(必修1P63正文)植物细胞内的液体环境主要指的是细胞质基质中的细胞液。()6．(必修1P63正文)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。()7．(必修1P63正文)细胞壁是全透性的，水分子和溶解在水里的物质都能够自由通过。()8．(必修1P64“探究·实践”)探究植物细胞的吸水和失水，实验材料应选取洋葱鳞片叶内表皮。()9．(必修1P64“探究·实践”)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液，原因是细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗出来。()10.(必修1P64“探究·实践”)将0.3g/mL的蔗糖溶液换成一定浓度的KNO3溶液，细胞发生质壁分离后能自动复原，原因是K＋、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))都可转运到细胞内，使细胞液浓度升高，细胞渗透吸水而发生质壁分离自动复原。()11．(必修1P66正文)水分子和脂溶性小分子有机物都可以通过自由扩散进入细胞。()12．(必修1P66正文)分子或离子进行跨膜运输时不需要与载体蛋白结合。()13．(必修1P67正文)自由扩散只能顺浓度梯度，而协助扩散既可以顺浓度梯度也可以逆浓度梯度。()14．(必修1P67正文)水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。()15．(必修1P69正文)轮藻细胞中K＋浓度比它们生活的水环境高63倍，说明轮藻吸收K＋的方式为主动运输。()16．(必修1P69正文)一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。()17．(必修1P72正文)胞吞、胞吐依赖于膜的流动性，主动运输、协助扩散与膜的流动性无关。()二、过真题——真题真做测达标1．(2025·重庆卷)某兴趣小组利用图甲装置，分别使用等体积2.5mol·L－1葡萄糖溶液和1.2mol·L－1蔗糖溶液，室温下观察渗透现象。图乙是两种溶液在垂直管中，一段时间内溶液高度变化，下列说法正确的是()A．X表示葡萄糖溶液在垂直管中的高度变化B．t1～t3由X液面快速上升推测水分子不会从漏斗进入烧杯C．t2～t5取Y对应烧杯中液体能检测到还原糖D．t5后两种溶液在垂直管中液面高度将不变2．(2025·河南卷)CO2是人体调节呼吸运动的重要体液因子。血液流经肌肉组织时，细胞产生的CO2进入红细胞，在酶的催化下迅速与水反应生成H2CO3，进一步解离为H＋和HCO3-。H＋与血红蛋白结合促进O2释放，HCO3-A．CO2参与血浆中HCO3-/H2COB．血液流经肌肉组织后，红细胞会轻度吸水“肿胀”C．红细胞内pH下降时，血红蛋白与O2的亲和力增强D．脑干中呼吸中枢的正常兴奋存在对体液CO2浓度的依赖3．(2025·陕晋青宁卷)对下列关于中学生物学实验的描述错误的是()①探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用②观察植物细胞的质壁分离现象③探究培养液中酵母菌种群数量的变化④观察植物细胞的有丝分裂⑤观察叶绿体和细胞质的流动⑥DNA的粗提取与鉴定A.①⑥通过观察颜色判断实验结果B．③⑥均须进行离心操作C．②④均可使用洋葱作为实验材料D．②⑤实验过程均须保持细胞活性4．(2025·北京卷)“探究植物细胞的吸水和失水”实验中，在清水和0.3g/mL蔗糖溶液中处于稳定状态的细胞如图。以下叙述错误的是()A．图甲，水分子通过渗透作用进出细胞B．图甲，细胞壁限制过多的水进入细胞C．图乙，细胞失去的水分子是自由水D．与图甲相比，图乙中细胞液浓度小5．(2025·重庆卷)骨关节炎是一种难以治愈的常见疾病，研究发现患者软骨细胞膜上的Na＋通道蛋白明显多于正常人，从而影响NCX载体蛋白对Ca2