高考生物二轮复习讲义第6讲 物质的跨膜运输.docx

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高考生物二轮复习讲义第6讲物质的跨膜运输

第6讲　物质的跨膜运输

[考纲要求]　1.物质进入细胞的方式（Ⅱ）。

2.实验：

通过模拟实验探究膜的透性。

3.观察植物细胞的质壁分离和复原。

一、物质出入细胞的方式

[连一连]

[判一判]

1．与简单扩散相比，易化扩散不仅取决于浓度差状况，同时还受载体蛋白制约（　√　）

2．简单扩散和易化扩散都是顺物质的浓度梯度进行的，均不消耗能量（　√　）

3．葡萄糖分子进入细胞的方式为易化扩散（　×　）

4．无机盐离子都是逆浓度梯度跨膜运输的（　×　）

提示　生命活动所必需的无机盐离子既可顺浓度梯度，也可逆浓度梯度进行跨膜运输

5．脂溶性物质易于通过细胞膜，不溶于脂质的物质难于通过细胞膜（　√　）

提示　细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，因此脂溶性物质易于通过细胞膜，不溶于脂质的物质难于通过细胞膜。

6．主动运输可以从高浓度向低浓度运输（　√　）

7．同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同（　√　）

提示　如红细胞吸收葡萄糖为易化扩散，小肠细胞吸收葡萄糖则是主动运输。

[解惑]　

（1）物质跨膜运输（简单扩散、易化扩散、主动运输）体现了生物膜的选择透过性；大分子物质和颗粒性物质的内吞和外排体现了生物膜的流动性。

（2）物质能否通过细胞膜，是根据细胞生命活动的需要，并不完全取决于物质分子的大小。

二、渗透作用和细胞的吸水、失水

1．渗透作用

（1）概念：

水分子从浓集区域通过细胞膜等结构，向水分子稀少区域的扩散现象。

（2）实质：

单位时间由清水进入蔗糖溶液中的水分子多于蔗糖溶液进入清水中的水分子，导致液面上升。

（3）发生条件：

①具有半透膜；②膜两侧溶液具有浓度差。

2．细胞的吸水和失水

（1）动物细胞的吸水和失水

①细胞膜相当于半透膜；浓度差由外界溶液浓度与细胞质的浓度来体现。

②细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的差值。

（2）植物细胞的吸水和失水

①原生质层相当于半透膜；细胞液与外界溶液之间存在浓度差。

②植物细胞吸水和失水的原理如下：

[判一判]

1．K＋通过细胞膜属于渗透作用（　×　）

2．植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成，相当于半透膜（　×　）

3．细胞液就是细胞内的液体（　×　）

4．当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞就会发生质壁分离（　×　）

提示　有大液泡的活的植物细胞才能发生质壁分离。

5．动物细胞在任何情况下都不会发生质壁分离（　√　）

三、生物膜的功能特性

1．细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，水分子、一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。

2．生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征。

考点一　聚焦物质出入细胞的方式及影响因素

1．根据图解确定物质跨膜运输方式

2．物质出入细胞方式的综合比较

项目

离子和小分子物质

大分子和颗粒性物质

简单扩散

易化扩散

主动运输

内吞

外排

运输

方向

高浓度→

低浓度

高浓度→

低浓度

低浓度→

高浓度

细胞外→

细胞内

细胞内→

细胞外

运输

动力

浓度差

浓度差

能量

（ATP）

能量（ATP）

能量（ATP）

载体

蛋白

不需要

需要

需要

不需要

不需要

实例

水、CO2、甘油、脂肪酸、乙醇、苯、尿素等

红细胞吸收葡萄糖等

K＋、Na＋等离子，小肠吸收氨基酸、葡萄糖等

白细胞吞噬病菌、变形虫摄取食物颗粒等

各种分泌蛋白，如抗体、消化酶、蛋白质类激素等

易错警示　有关物质出入细胞的9个“不要漏掉”

（1）需要载体蛋白协助的运输方式除主动运输外不要漏掉易化扩散。

（2）消耗能量的运输方式除主动运输外不要漏掉内吞和外排。

（3）从高浓度到低浓度的运输方式除简单扩散外不要漏掉易化扩散，有些主动运输也可以从高浓度向低浓度运输。

（4）影响易化扩散运输速率的因素除载体蛋白数量外不要漏掉浓度差。

（5）与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。

（6）运输速率与O2浓度无关的运输方式除简单扩散外不要漏掉易化扩散。

（7）内吞和外排的大分子物质穿过细胞膜的层数为0，因为该过程是通过膜的融合将物质转入或转出细胞的。

（8）RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核，是通过核孔，而不是通过内吞和外排。

（9）Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输进出细胞，但也可通过易化扩散或离子通道进出细胞。

1．如图表示某生物膜结构，图中A、B、C、D、E、F分别表示某些物质，a、b、c、d表示物质跨膜运输的方式。

下列相关叙述中，错误的是（　　）

A．该生物膜很可能是细胞膜，因为有糖蛋白D

B．a～d中，属于被动运输的是b和c

C．若该生物膜是肝细胞膜，进食6小时后，C代表的胰岛素分泌量会增加

D．因为组成生物膜的分子都是运动的，所以生物膜具有流动性的结构特点

答案　C

解析　物质A、B、C、D分别是蛋白质、磷脂分子、细胞分泌物及糖蛋白，其中蛋白质和磷脂分子是构成生物膜的主要成分。

因为具有糖蛋白，所以图中的生物膜很可能是细胞膜。

a和d方式中将物质由低浓度一侧运至高浓度一侧，且需要载体蛋白和ATP，所以这两种运输方式属于主动运输；b和c方式中将物质由高浓度一侧运到低浓度一侧，且不需要能量和载体蛋白，所以这两种方式属于被动运输。

进食6小时后，血糖浓度会相对较低，此时胰高血糖素分泌量会增加，而不是胰岛素分泌量增加。

因为组成生物膜的分子都是运动的，所以生物膜具有流动性的结构特点。

2．

将某活组织放入适宜的完全营养液中，置于适宜的条件下培

养。

培养液中甲、乙两种离子的浓度保持相等且恒定，定

期测得细胞中两种离子的含量，得到如图所示曲线。

据图

分析下列叙述中正确的是（　　）

A．该组织的细胞吸收甲、乙两种离子的方式分别是简单扩散和主动运输

B．该组织细胞运输离子甲的载体蛋白数量比运输离子乙的数量多

C．两种离子均只能从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧

D．曲线m～n段和a～b段表明两种离子浓度的升高抑制了细胞的吸收

答案　B

解析　从图中可以看出，甲、乙曲线随时间的变化是：

细胞内离子浓度超过细胞外离子浓度，因此对两者的吸收都是主动运输的方式，A项不正确；在相同的时间内，甲曲线表示的浓度高于乙曲线，说明甲离子的吸收速度快，主要原因是载体蛋白的数量相对较多，B项正确；可从图中直接得出：

细胞内浓度无论大于或小于细胞外浓度，细胞均能吸收离子，C项不正确；D项中曲线m～n段和a～b段两种离子应该是处于平衡的状态，是由于载体蛋白数量有限引起的，而不是抑制了细胞的吸收，D项不正确。

[互动探究]　

（1）该实例能否说明细胞膜的功能特性——选择透过性？

为什么？

（2）结合本题的选项来分析，如果甲的吸收方式一定是简单扩散，那么图示的甲曲线该如何表示？

提示　

（1）能。

从图中可看出该组织对甲、乙两种离子的吸收具有差异性。

（2）应从细胞内甲浓度曲线的起点开始上升，随时间的推移，逐渐接近或等于细胞外浓度曲线，不会超过细胞外浓度曲线。

1．判断物质进出细胞的方式

（1）根据分子大小与是否需要载体蛋白、能量

（2）根据运输方向：

逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。

2．根据影响跨膜运输因素的曲线确定运输方式

（1）物质浓度

（2）氧气浓度

考点二　聚焦渗透系统及其应用

1．对比分析成熟植物细胞是一个渗透系统

渗透作用模型

植物细胞与外界溶

液形成的渗透系统

图解

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作用

水扩散

的方向

低浓度溶液→高浓度溶液

2.渗透作用原理的拓展应用

（1）比较不同溶液浓度大小

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

（2）验证渗透作用发生的条件

（3）探究物质能否通过半透膜（以碘和淀粉为例）

烧杯内盛

淀粉溶液

漏斗内

盛碘液

结论

变蓝

不变蓝

碘能通过半透膜，而淀粉不能

不变蓝

变蓝

淀粉能通过半透膜，而碘不能

变蓝

变蓝

淀粉和碘都能通过半透膜

不变蓝

不变蓝

淀粉和碘都不能通过半透膜

易错警示　半透膜与选择透过性膜、原生质层与原生质体的比较

（1）半透膜与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，载体蛋白的存在决定了其对不同物质吸收的选择性。

细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。

共性：

都允许水分子自由通过，而不允许生物大分子物质通过。

（2）原生质层与原生质体的比较

①原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，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。

此结构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后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。

3．

如图所示的渗透装置中，开始时的液面高度为a，停止上升时的高

度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸

出，则a、b液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是

（　　）

答案　B

解析　每吸出一次，蔗糖溶液浓度就减小一次，而a、b液面的高度差是由半透膜内外溶液浓度差决定的，随着吸出次数的增加内外浓度差越来越小，所以a、b液面高度差也越来越小。

4．

某同学设计渗透装置如右图所示（开始时状态），烧杯中盛放有蒸馏

水，图中猪膀胱膜允许单糖透过。

倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖

溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。

该实验过程中最可能出现的是

（　　）

A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后即下降

B．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后下降

C．加酶前后，在烧杯中都可以检测出蔗糖

D．加酶后可以在烧杯中检测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶

答案　B

解析　加酶前，漏斗内溶液浓度高于漏斗外，水分子向漏斗内部扩散的较多，漏斗液面上升；加酶后，蔗糖水解为单糖，摩尔浓度增大，使液面继续上升，后随着单糖逐渐进入烧杯，而使漏斗内溶液浓度下降，液面下降。

　“U”型管中水分子移动方向的分析

1．膜两侧溶液中浓度高的一侧渗透压高，低的一侧渗透压低，水分子

由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

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，最后两侧液面持平。

3．如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，

因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

实验二　观察植物细胞的质壁分离及复原

1．实验原理

（1）成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。

（2）当细胞液浓度<外界溶液浓度时，失水，质壁分离；当细胞液浓度>外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。

2．实验流程

3．质壁分离原因分析

（1）原因

→细胞渗透失水

（2）表现

易错警示　与细胞质壁分离及复原有关5个易错点

（1）实验材料的选择

①一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。

②不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。

（2）实验试剂使用

①使用浓度过高的蔗糖溶液（0.5g/mL），质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，细胞过度失水而死亡。

②使用质量浓度为1mol·L－1的KNO3溶液，因为K＋和NO

可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原。

（尿素、甘油、乙二醇等现象同上）

（3）发生质壁分离时在细胞壁和细胞膜之间充满的是外界溶液，原因是细胞壁具有全透性。

（4）质壁分离与复原过程中水分移动是双向的，总结果是单向的。

（5）本实验用显微镜观察了三次，第一次与第二次形成对照，第三次与第二次形成对照，该对照方法为自身对照。

5．把数条5cm长的马铃薯条分别浸在蒸馏水和不同浓度的蔗糖溶液中，每隔一段时间测量马铃薯条的长度。

如图显示马铃薯条在不同浓度溶液中长度改变的百分率。

下列相关叙述错误的是（　　）

A．马铃薯条通过渗透吸（失）水改变其长度

B．在0.10M蔗糖溶液中马铃薯细胞质壁分离

C．马铃薯细胞液浓度相当于0.30M的蔗糖溶液

D．在0.40M蔗糖溶液中马铃薯细胞失水皱缩

答案　B

解析　据图分析，马铃薯条浸在0.30M的蔗糖溶液中其长度基本不变，说明马铃薯细胞液浓度相当于0.30M的蔗糖溶液。

浸在低于0.30M的蔗糖溶液中，马铃薯细胞通过渗透作用吸水膨胀，其长度增加；浸在高于0.30M的蔗糖溶液中，马铃薯细胞通过渗透作用失水皱缩，质壁分离，其长度缩短。

6．为探究植物A能否移植到甲地生长，某生物学研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液的浓度，实验结果如下表。

为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应（　　）

浓度（mol/L）

0.15

0.2

0.25

0.3

质壁分离状态

不分离

刚分离

显著分离

显著分离

A.≤0.15mol/LB．≤0.2mol/L

C．≥0.2mol/LD．≥0.3mol/L

答案　A

解析　当植物细胞液浓度小于周围土壤溶液浓度时，细胞会失水发生质壁分离，植物将不能正常生存。

由表中信息可知，该植物细胞液的浓度介于0.15mol/L和0.2mol/L之间。

因此，为保证植物移植后能正常生存，甲地土壤溶液的浓度应≤0.15mol/L。

质壁分离实验的拓展应用

1．判断成熟植物细胞是否有生物活性

＋

　　　　　　⇓

　　　　　　镜检

2．测定细胞液浓度范围

＋

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

＋

　　镜检⇓

发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大

4．鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）

＋

　　　　⇓

　　　　镜检

序号

错因分析

正确答案

序号

错因分析

正确答案

①

表述不完整，没有答出检测原理

活的成熟植物细胞原生质层相当于一层半透膜，细胞液和外界溶液存在浓度差时，就会发生质壁分离和复原现象，而死的植物细胞的原生质层已失去选择透过性变为全透性，不能发生质壁分离和复原现象

②

表述不具体，没有指出观察目标是什么

紫色的中央液泡

③

不能简化答案

质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液

④

观察目标不对

质壁分离

⑤

没有选择正确的观察目标

分别从两载玻片的盖玻片一侧滴入清水，用吸水纸从另一侧吸引，这样重复几次。

在高倍镜下观察两装片中细胞的质壁分离复原情况

⑥

该实验为验证性实验，对实验的结果和结论不需要分类讨论

结果：

活的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞在0.3g/mL的蔗糖溶液中能发生质壁分离，在清水中又能复原；死的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞在0.3g/mL的蔗糖溶液中不能发生质壁分离，在清水中也不能复原。

结论：

活的植物细胞能发生质壁分离和复原现象，而死的植物细胞不能发生质壁分离和复原现象

题组一　物质跨膜运输的方式

1．（2012·浙江卷，1）人体肝细胞内CO2分压和K＋浓度高于细胞外，而O2分压和Na＋浓度低于细胞外，上述四种物质中通过主动运输进入该细胞的是（　　）

A．CO2B．O2C．K＋D．Na＋

答案　C

解析　O2和CO2是气体，可通过简单扩散方式进出细胞，属于被动运输，A、B两项错误；Na＋主要存在于细胞外，在细胞外的浓度远高于细胞内浓度，进入细胞内的运输方式是从高浓度转运至低浓度，属于不消耗细胞呼吸产生的能量的易化扩散，不属于主动运输，D项错误；K＋主要存在于细胞内，其细胞内浓度远高于细胞外浓度，进入细胞时为逆浓度梯度运输，消耗能量的同时，需要载体蛋白的协助，属于主动运输，C项正确。

2．

（2010·山东卷，3）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

答案　C

解析　分析题目所给曲线图可知：

物质a的转运速率与被转运的分子的浓度成正比关系，可判定为简单扩散；物质b在被转运的分子达到一定浓度时，转运速率不再增加，可判定为易化扩散或主动运输，二者都与载体蛋白数量有关。

方式a不需要蛋白质的参与；脂溶性小分子物质由于与细胞膜同属于脂类物质，因而可通过简单扩散方式运输；抑制细胞呼吸对方式b的转运速率有影响。

3．（2009·宁夏卷，3）下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是（　　）

A．植物细胞吸收K＋需消耗能量

B．细胞对离子的吸收具有选择性

C．海水中的海藻细胞可通过积累溶质防止质壁分离

D．液泡中积累大量离子，故液泡膜不具有选择透过性

答案　D

解析　植物细胞吸收K＋是主动运输的过程，需要消耗能量；细胞膜是一层选择透过性膜，对离子的吸收具有选择性；海水中的海藻通过积累溶质可以提高细胞液浓度，防止细胞因失水发生质壁分离；液泡膜是一层选择透过性膜；液泡膜和细胞膜以及两层膜之间的细胞质构成原生质层，原生质层也具有选择透过性。

题组二　渗透作用与细胞的吸水和失水

4．（2012·上海卷，22）相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需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

答案　A

解析　动物细胞无细胞壁，培养液渗透压较低，动物细胞会吸水涨破，而植物细胞和细菌细胞含有细胞壁，则不会出现涨破的情况，所以动物细胞培养基要特别关注渗透压，选A。

5．

（2011·天津卷，2）将紫色洋葱鳞片叶表皮浸润在0.3g/mL的蔗糖

溶液中，1分钟后进行显微观察，结果如右图。

下列叙述错误

的是（　　）

A．图中L是细胞壁，M是液泡，N是细胞质

B．将视野中的细胞浸润在清水中，原生质体会逐渐复原

C．实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异

D．洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实验的实验材料

答案　A

解析　题干所示图像为洋葱鳞片叶表皮细胞发生质壁分离后的图像，L为细胞壁，M为液泡，N为细胞壁和细胞膜之间的物质，不是细胞质，A项错误。

将该细胞浸润在清水中，清水浓度小于细胞液浓度，则细胞吸水，发生质壁分离复原现象，B项正确。

质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液可透过细胞壁进入细胞，但不透过细胞膜，说明二者在物质透过性上存在显著差异，C项正确。

洋葱根尖分生区细胞无大液泡，不能发生质壁分离现象，故不能作为该实验的实验材料，D项正确。

6．（2011·新课标全国卷，4）撕取紫色洋葱外表皮，分为两份，假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。

然后，两组外表皮都用浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理，一段时间后表皮细胞中的水分不再减少。

此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小，以及水分运出细胞的方式是（　　）

A．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输

B．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输

C．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输

D．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输

答案　C

解析　将两份完全相同的紫色洋葱外表皮细胞分别放入完全营养液和蒸馏水中浸泡相同时间，放入蒸馏水中的外表皮细胞因吸水较多，而使甲组细胞的细胞液浓度大于乙组细胞的细胞液浓度。

由于甲组细胞的细胞液与0.3g/mL蔗糖溶液的浓度差小于乙组细胞的细胞液与0.3g/mL蔗糖溶液的浓度差，所以乙组细胞水分渗出量多；水分是通过渗透作用进出细胞的，不需要载体蛋白协助也不消耗能量，为被动运输中的简单扩散。

7．

（经典高考题）在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条

质量变化的关系如图。

若将处于b浓度溶液中的萝卜条移入a

浓度溶液中，则该萝卜条的质量将（　　）

A．不变B．增大

C．减小D．先增后减

答案　B

解析　b浓度溶液中，萝卜条质量减小，说明萝卜条在失水，重新放在浓度小于b的a浓度溶液中，萝卜条会吸水，质量将增大。

题组三　与渗透作用有关的实验设计

8．（经典高考题）某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。

请在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。

增添的实验材料：

蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。

（1）设计出继续实验的简要步骤：

①________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）预测实验现象并作出结论：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热（或隔水加热）U型管至适宜温度，观察a、b两管内液面的变化　②吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试管中，并加入