1、第5讲 细胞的物质输入与输出,一、细胞的吸水和失水,二、物质跨膜运输的其他实例,必备知识,三、小分子和离子跨膜的方式（b为ATP）,四、大分子物质进出细胞的方式,突破1 渗透系统及其应用,突破2 物质出入细胞的方式,深化突破,突破3 实验观察植物细胞的质壁分离和复原,核心构建,网络构建,要语强记,一、细胞的吸水和失水 1.原理:发生了渗透作用。 该作用必须具备两个条件: (1)具有 半透膜 ; (2)膜两侧溶液具有 浓度差 。,必备知识,2.动物细胞的吸水和失水(连一连) Ac Ba Cb,3.植物细胞的吸水和失水 (1)结构 (2)条件:成熟植物细胞中央具有 大液泡 。,(3)验证 A.当外
2、界溶液的浓度大于细胞液浓度时,细胞就通过渗透作用失水,植 物细胞就发生 质壁分离 现象。 B.将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中,此时细胞液的浓度高于外 界清水的浓度,植物细胞就吸水,发生 质壁分离复原 现象。,巧学妙记 记忆渗透作用的发生 渗透作用要发生,满足条件来促成, 半透膜和浓度差,缺少其一都不行。 植物细胞需成熟,具备液泡才可能, 细胞膜、质、液泡膜,原生质层来组成。 放入外界环境中,渗透系统全形成, 水分运动啥方向,全由两液浓度定。,二、物质跨膜运输的其他实例 1.不同物质的跨膜运输特点 (1)水分子: 顺相对含量梯度 (高低)。 (2)离子和小分子:依据细胞生命活动需要进行 选
3、择吸收 。 2.水稻和番茄吸收不同离子的特点,(1)同种生物细胞对不同物质的吸收具有 选择性 ,与其含有离子 载体的 种类和数量 有关。 (2)不同种生物细胞对同种物质吸收具有 差异性 。,三、小分子和离子跨膜的方式(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: 载体蛋白 。,2.写出影响甲、乙、丙三种跨膜方式运输速率的因素 (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 ;
4、 (2)葡萄糖进入红细胞是 乙 ; (3)K+进入红细胞是 丙 。 四、大分子物质进出细胞的方式,1.胞吞 (1)过程:大分子或颗粒附着在细胞膜上,这部分 细胞膜 内陷形成 小囊,包围着大分子,然后小囊从细胞膜上分离下来,形成 囊泡 ,进 入细胞内部。,2.胞吐 (1)过程:大分子先在细胞内形成 囊泡 ,囊泡移动到细胞膜处,与细 胞膜 融合 ,将大分子排出细胞。 (2)实例:胰岛B细胞分泌胰岛素。,1.渗透作用时,水分子由低浓度一侧扩散到高浓度一侧,是单方向的。 ( ) 2.渗透平衡时,膜两侧溶液的浓度相等。 ( ) 3.水分子、小分子物质和离子都能自由通过选择透过性膜。 ( ) 4.植物细胞
5、的原生质层由细胞膜和液泡膜组成,相当于半透膜。 ( ) 5.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。 ( ),6.同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理,原生质层长度和细胞长度比值越 小,则紫色越浅。 ( ) 7.质壁分离过程中,细胞液浓度增大,细胞吸水能力减弱。 ( ) 8.脂溶性物质更容易通过脂质双分子层。 ( ) 9.生物膜对K+、Na+、Cl-的通透具有选择性。 ( ) 10.通过载体蛋白的物质转运属于主动运输。 ( ) 11.海带细胞通过主动运输积累I-等溶质,因而不会在海水中发生质壁分 离。 ( ),12.氧气浓度影响主动运输和协助扩散。 ( ) 13.主动运输使膜内物质
6、浓度趋于一致,维持了细胞的正常代谢。( ) 14.大分子物质通过胞吞、胞吐进出细胞时不耗能。 ( ),突破1 渗透系统及其应用,深化突破,1.渗透系统的组成条件 如图所示,作为一个渗透系统,必须同时具备以下两个条件:,(1)具有半透膜 (2)半透膜两侧为溶液体系(S1、S2),且两侧溶液具浓度差。,2.渗透作用模型和植物细胞的图例比较,3.渗透作用的发生特点 (1)水分子总是由溶液浓度低的一侧向浓度高的一侧渗透。 (2)半透膜两侧溶液的浓度差是渗透作用发生的动力,既决定着渗透的 方向,又决定着渗透的速度,即浓度差越大,渗透速度越快。易混辨析 常见渗透装置图分析,(1)若S1溶液浓度大于S2,则
7、单位时间内由S2S1的水分子数多于S1S2, 外观上表现为S1液面上升;若S1溶液浓度小于S2,则情况相反,外观上表现 为S1液面下降。 (2)在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差h,则S1溶液浓度仍大 于S2。因为液面高的一侧形成的压强,会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓 度一侧扩散。,1.比较不同溶液浓度大小,渗透作用原理的拓展应用,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),考向1 以基础判断或装置图的形式,考查渗透作用的原理及条件 1.半透膜对淀粉和葡萄糖的通透性不同(如图1),图2设计的是证明图1物 质扩散成立的实验装置。下列有关叙述正确的是 ( ),A.
8、图2甲中水柱a将持续上升 B.图2甲中水柱a将保持不变 C.图2乙中水柱b将保持不变 D.图2乙中水柱b将先上升后下降,答案 D 解析 由于淀粉不能透过半透膜,故水柱a表现为先上升,后保持不变;葡萄糖能透过半透膜,故水柱b表现出先上升,后下降。,2.渗透作用是指水分通过半透膜发生的扩散,对此有关叙述错误的是 ( C ) A.玻璃纸是一种不允许蔗糖分子透过的半透膜 B.半透膜两侧溶液的浓度差决定了渗透作用的速率 C.置于高浓度溶液中的活细胞都会因为渗透失水而皱缩 D.死细胞不能发生渗透作用是因为细胞膜失去了选择透过性,解析 玻璃纸是一种不允许蔗糖分子透过的半透膜,A正确;渗透作 用的速率,取决于
9、半透膜两侧溶液的浓度差,B正确;置于高浓度溶液中 的活细胞可能会因为渗透失水而皱缩,失去活性甚至死亡,C错误;死细 胞的细胞膜失去了选择透过性,因此不能发生渗透作用,D正确。,考向2 以实验分析的形式,考查渗透作用的原理及应用 3.(2017课标全国)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液 中,发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势 如图所示。下列叙述正确的是 ( C ),A.04 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内 B.01 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等 C.23 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压 D.01 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的
10、渗透压,解析 本题考查细胞失水和吸水的相关知识。由题中原生质体的体积变化趋势曲线可知,该细胞放入物质A溶液后先出现失水现象,随后吸水,说明此过程中物质A可以被细胞吸收而进入细胞内,A错误;由于细胞壁的伸缩性和原生质体的伸缩性不同,所以前期失水过程中细胞的体积和原生质体的体积的变化量不同,B错误;23 h内该细胞正在吸水,物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压,C正确;01 h内该细胞正在失水,液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压,D错误。,A.五种蔗糖溶液浓度由低到高依次是甲、乙、丙、丁、戊 B.物种A比马铃薯更耐干旱 C.物种A在与马铃薯幼根细胞液等渗的完全培养液中不能正常生长 D.在丙溶
11、液中物种A和马铃薯幼根细胞均发生渗透失水,4.(2018北京通州期末)五个大小相同的马铃薯幼根与物种A的幼根分别 放入甲戊五种不同浓度的蔗糖溶液中,数小时后,取出称重,质量变化如 图所示。以下关于该实验结果的说法正确的是 ( C ),解析 幼根在高浓度溶液中会失水,质量减少;在低浓度溶液中吸 水,质量增加。据图可知,丙溶液中幼根质量增加最大,则丙溶液浓度最 低,五种蔗糖溶液浓度由低到高依次是丙、戊、甲、丁、乙,A错误;在 丙溶液中,马铃薯幼根吸水量大于物种A的幼根,说明马铃薯细胞液浓度 大,马铃薯更耐旱,物种A在与马铃薯幼根细胞液等渗的完全培养液中会 失水,不能正常生长,B错误,C正确;在丙溶
12、液中物种A和马铃薯幼根细胞 均发生渗透吸水,D错误。,突破2 物质出入细胞的方式,1.物质出入细胞的方式,知能拓展 (1)能进行自由扩散的物质有三类:水;气体分子,如O2、 CO2;脂溶性物质,如甘油、乙醇等。 (2)进行协助扩散的例子在高中阶段主要记住葡萄糖进入哺乳动物红细 胞、神经系统Na+的内流和K+的外流。 (3)进行主动运输的物质可以归纳为两类:细胞需要的有机小分子物 质如葡萄糖、氨基酸等;细胞需要的某些离子。 (4)由于主动运输要消耗呼吸作用释放的能量,因此凡是影响呼吸作用 的因素都会影响以主动运输方式吸收物质的速率。,(5)在一定范围内,随O2增多,有氧呼吸加强,以主动运输方式吸
13、收离子的 速率加快,但当O2增多到一定程度时,以主动运输方式吸收离子的速率 就不再增加。,2.影响物质运输的因素及曲线图 (1)物质浓度(在一定范围内),(3)温度,(2)氧气浓度,1.物质进出细胞方式的判断方法 (1)根据分子大小与是否需要载体、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。 (3)兴奋产生与传导过程中Na+、K+的运输方式判断 由于细胞外Na+浓度高,细胞内K+浓度高,因此静息时K+外流和兴奋时 Na+内流的运输方式都是被动运输。 细胞维持膜外Na+浓度高,膜内K+浓度高,需要不断吸K+排Na+,此过程 中运输方式为主动运输。,2.探究物质跨膜运输的方式 (
14、1)探究是主动运输还是被动运输,(2)探究是自由扩散还是协助扩散,考向1 以基础判断的形式或依托相关生理过程,考查物质进出细胞的 方式及其特点 1.(2018课标全国)下列有关物质跨膜运输的叙述,正确的是 ( C ) A.巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散 B.固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输 C.神经细胞受到刺激时产生的Na+内流属于被动运输 D.护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输,解析 本题主要考查物质跨膜运输的相关知识。巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞,A错误;固醇类激素属于脂溶性物质,以自由扩散的方式跨膜运输,B错误;神经细胞受到刺激时,Na+通过离子通道顺浓度梯度以
15、被动运输的方式进入细胞,C正确;甘油为脂溶性物质,通过自由扩散的方式进入皮肤细胞,D错误。,2.(2019北京东城期末)如图所示,某些植物细胞利用把细胞内的H+运 出,导致细胞外H+浓度较高;能够依靠H+浓度差把H+和蔗糖分子运入 细胞。以下叙述正确的是 ( C ),A.和的化学本质不同 B.和的空间结构相同 C.H+运出细胞的方式是主动运输 D.氧气浓度对细胞吸收蔗糖分子无影响,解析 和的化学本质都属于蛋白质,A错误;和功能不同, 因此空间结构也不同,B错误;由图看出,H+运出细胞需要载体蛋白和 ATP,因此属于主动运输,C正确;植物利用把细胞内的H+运出,导致细 胞外H+浓度较高,需要消耗
16、能量,依靠H+浓度差把H+和蔗糖运入细胞, 因此运输蔗糖要依靠H+的浓度差,与能量有关,因此与氧气浓度有关,D 错误。,考向2 结合生物膜的结构,考查物质出入细胞的方式及其特点 3.下图是物质进出细胞的两种运输方式示意图,以下有关说法错误的是 ( B ) A.吞噬细胞对病原体的摄取和处理与a过程有关 B.胰岛素通过a过程进入靶细胞发挥作用 C.浆细胞产生的抗体经b过程分泌到细胞外 D.经b过程出细胞的物质不一定都是大分子物质,解析 分析图可知:a为胞吞,b为胞吐。吞噬细胞对病原体的摄取和 处理为胞吞,与a过程有关,A正确;胰岛素发挥作用是与靶细胞膜上的受 体结合,不进入靶细胞,B错误;浆细胞产
17、生的抗体以胞吐的方式分泌到 细胞外,C正确;神经递质为小分子,其分泌过程也为胞吐,D正确。,4.(2018北京房山期末)动物细胞内低Na+高K+的离子浓度对于神经冲动 的产生、细胞渗透平衡等生命活动具有重要作用。这种浓度差与细胞 膜上的Na+- K+泵有关,其作用原理如下图所示,下列说法不正确的是 ( ),A.Na+和K+的运输方式为主动运输 B.Na+- K+泵每次运输的Na+数量多于K+ C.在细胞培养液中加入乌苯苷会影响K+的运输 D.该运输过程的持续会导致大量ADP的积累,答案 D 解析 分析图示, Na+和K+的运输需要通过膜蛋白,需要消耗能量,方 式为主动运输,A正确;Na+-K+
18、泵每次将2个K+泵入膜内,3个Na+泵出膜外, 即每次运输的Na+数量多于K+,B正确;K+和乌苯苷的结合位点相同,因为 载体蛋白的数量是一定的,则在细胞培养液中加入乌苯苷会影响K+的运 输,C正确;ATP与ADP转化速度快,不会导致大量ADP的积累,D错误。,考向3 以曲线图表模型为依托,考查影响物质出入细胞的因素 5.将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密 闭培养瓶中,一段时间后,测定根吸收某一矿质元素离子的量。培养条 件及实验结果见下表:,下列分析正确的是 ( A ) A.有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收 B.该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关 C.氮气环
19、境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗ATP D.与空气相比,氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收,解析 由培养条件为空气和氮气且温度为17 的两组实验可知,有 氧条件有利于幼根对该矿质元素离子的吸收,氮气环境不利于吸收,A项 正确,D项错误;由培养条件为17 和3 且培养瓶中气体都为空气的两 组实验可知,幼根对该矿质元素离子的吸收与温度有关,B项错误;氮气 环境中幼根细胞需消耗无氧呼吸产生的ATP来吸收该矿质元素离子,C 项错误。,6.如图是胡萝卜在不同的含氧情况下从硝酸钾溶液中吸收K+和N 的 曲线。影响A、B两点和B、C两点吸收量不同的因素分别是 ( B ) A.载体数量、能量 B.能量、
20、载体数量 C.载体数量、离子浓度 D.能量、离子浓度,解析 由题图可知,A、B两点均表示运输N ,因而载体数量应相 同,但A点吸收量大于B点吸收量,A点氧气含量大于B点氧气含量,说明A 点吸收更多的N 需要消耗更多的能量;B、C两点氧气含量相同,说明 通过有氧呼吸获得的能量相同,但B点吸收量大于C点吸收量,说明运载 K+和N 的载体数量不同,B正确。,2.流程,3.质壁分离的原因分析 (1)原因 细胞渗透失水 (2)表现,1.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: 待测成熟 植物细胞+一定浓度的 蔗糖溶液,(2)测定细胞液浓度范围: 待测成熟植物细胞+一系列浓度梯度的蔗
21、糖溶液 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)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度: 不同成熟植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液 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): 相同成熟植物细胞+不同种类溶液,2.细胞是否发生质壁分离及复原的判断 (1)从细胞角度分析 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。 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。 (2)从溶液角度分析 在一定浓度(溶质不能透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象,不能自 动复原。,
22、在一定浓度(溶质可透膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可发生质壁分 离后自动复原现象。 在高浓度溶液中可发生质壁分离现象,但不会发生质壁分离复原现 象。,考向1 以基础判断或实验分析的形式,考查实验的原理、操作及注意 事项 1.在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中,对紫色洋葱鳞片叶外 表皮临时装片进行了三次观察(如图所示)。下列有关叙述正确的是 ( ),A.第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域 B.第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处 C.吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体,以免污染镜头 D.为了节约实验时间,通常可以省略第一次显微观察步骤,答案
23、 B,解析 “观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中,第一次是对正 常细胞的液泡体积、颜色等进行观察,以此作为滴加蔗糖溶液后,判断 细胞是否发生质壁分离的标准,因此不能省略,D错误;第一次观察时容 易看到较大的紫色液泡和较小的无色细胞质基质区域,A错误;吸水纸的 主要作用是引流,加速滴加的液体向对侧扩散,C错误;第二次观察的是 植物细胞的质壁分离过程,在显微镜下可以看到质壁分离最先出现在细 胞的角隅处,B正确。,2.在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中,显微镜下可依次 观察到甲、乙、丙三种细胞状态。下列叙述正确的是 ( B )A.由观察甲到观察乙须将5倍目镜更换为10倍目镜 B.甲、乙、
24、丙可在同一个细胞内依次发生 C.与甲相比,乙所示细胞的细胞液浓度较低 D.由乙转变为丙的过程中,没有水分子从胞内扩散到胞外,解析 由甲、乙、丙三种细胞状态可知:甲乙为细胞失水过程,乙 丙为细胞吸水过程。本实验的对照方法为自身对照,对比图中三种细 胞的大小可知,在实验过程中显微镜放大倍数未改变,A项错误;实验过 程中同一个细胞可依次发生失水和吸水过程,B项正确;与甲相比,乙所 示细胞由于失水,细胞液浓度增大,C项错误;质壁分离和复原过程中水 分子的扩散是双向的,D项错误。,考向2 以实验分析的形式,考查植物细胞质壁分离与复原实验的迁移 应用 3.某同学用30%的蔗糖溶液处理某生物细胞,在操作步骤
25、完全正确的情 况下,细胞没有出现质壁分离现象。试分析该同学所使用的实验材料可 能是 ( D ) 根尖分生区细胞 动物细胞 死细胞 去除了细胞壁的植物 细胞 A. B. C. D.,解析 将某生物细胞浸放在30%的蔗糖溶液中,细胞液与外界溶液 间存在着浓度差,在操作步骤完全正确的情况下,细胞没有出现质壁分 离现象,可能的原因:该细胞是死细胞;该细胞是没有细胞壁的细胞 (包括动物细胞及去除了细胞壁的植物细胞);该细胞是没有大液泡的 细胞(如根尖分生区的细胞)。,解析 该细胞具有大液泡,不可能是根尖分生区细胞,A错误;AB段 细胞的原生质体体积逐渐减小,说明细胞在失水,细胞液浓度逐渐增大, B正确;
26、图中AB段为正在发生质壁分离,BD段为渗透平衡,EC段为质壁 分离后的复原,a处状态的细胞可能是正在发生质壁分离,也可能是质壁 分离后达到了渗透平衡,也可能是质壁分离后正在复原,C错误;发生EC 段的原因是细胞选择性吸收乙二醇,引起细胞液浓度增大,细胞吸水,D 错误。,1.一个概念:渗透作用指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜由低浓度 向高浓度的扩散过程。 2.两个条件:渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。 3.三类运输方式 (1)被动运输包括自由扩散和协助扩散,它们都是顺浓度梯度运输的过 程,不消耗能量,但是协助扩散需要载体蛋白。,要语强记,(2)主动运输是逆浓度梯度运输的过程,需要载体蛋白的协助和消耗能 量。 (3)胞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物质运输方式,靠ATP提供动力。,
