資源簡介

第四單元 細胞的物質輸入和輸出
第一步：單元學習目標整合
細胞膜具有選擇透過性
有些物質順濃度梯度進出細胞，不需要額外提供能量；有些物質逆濃度梯度進出細胞，需要能量和載體蛋白
大分子物質可以通過胞吞、胞吐進出細胞
第二步：單元思維導圖回顧知識
第三步：單元重難知識易混易錯
滲透作用的方向：低濃度溶液至高濃度溶液
例題：如圖實驗裝置，玻璃槽中是蒸餾水，半透膜允許單糖透過，倒置的長頸漏斗中先裝入蔗糖溶液，一段時間后再加入蔗糖酶（不考慮蔗糖酶對滲透壓的影響），最可能的實驗現象是( )
A.加酶前，達到滲透平衡時，漏斗內外滲透壓相等
B.加酶前，漏斗中液面先上升后下降
C.加酶后，由于蔗糖水解，最終漏斗中的液面將升高
D.加酶后，達到滲透平衡時，漏斗內外滲透壓相等
【答案】D
【解析】加酶前，達到滲透平衡時，漏斗內液面會高于燒杯中液面出現一個穩定的高度差，是由于高度差產生的柱壓和濃度差產生的滲透壓相等達動態平衡，漏斗內外滲透壓并不相等，A錯誤； 加酶前，由于蔗糖溶液濃度大于蒸餾水，因而開始時漏斗液面上升，一段時間后由于壓力差的存在，液面不再繼續升高，B錯誤； 加入酶后，蔗糖水解為單糖，溶液濃度增大，導致繼續吸水，液面繼續上升，但由于單糖分子可通過半透膜進入蒸餾水中，使外界溶液濃度增大，半透膜兩側濃度差減小，從而使液面下降，達到滲透平衡時，漏斗內外滲透壓相等，C錯誤，D正確。
植物細胞的吸水和失水
（1）獲得具有中央液泡的成熟植物細胞
（2）原理
當外界溶液的濃度大于細胞液濃度時，細胞就通過滲透作用失水，植物細胞就發生質壁分離現象。
將已發生質壁分離的植物細胞放入清水中，此時細胞液的濃度高于外界清水，植物細胞吸水，發生質壁分離復原現象。
例題：2.興趣小組的同學在時間1時先用四種溶液（a d）分別處理紫色洋蔥鱗片葉外表皮，時間2時再用清水處理，觀察并記錄視野中某個細胞原生質體體積的變化，結果如圖所示（原生質體:細胞壁以內各種結構的總稱）。下列敘述中正確的是( )
A.若選用紫色洋蔥鱗片葉內表皮進行上述實驗，原生質體體積不會出現圖示變化
B.表皮細胞先經a c處理再經清水處理后，原生質體體積相等與細胞壁有關
c.b中的細胞用清水處理前就已復原，一定與細胞主動吸收某些―物質有關
D.d的滲透壓應該高于b和c，經d處理后細胞仍能選擇性地吸收物質
【答案】B
【解析】紫色洋蔥鱗片葉內表皮細胞是成熟植物細胞，進行實驗會出現圖示變化，A錯誤；表皮細胞先經a c處理再經清水處理后，原生質體體積相等與細胞壁有關，B正確；b中的細胞可以發生質壁分離的自動復原，因此b可能代表KNO3溶液、尿素溶液等，細胞可以主動運輸的方式吸收KNO3，但是以自由擴散的方式吸收尿素，因此不一定與細胞主動吸收某些物質有關，C錯誤;d的滲透壓高于b和c，細胞處于d中會因過度失水而死亡，因此經d處理后的細胞不能選擇性地吸收物質，D錯誤。
只有活的，成熟的植物細胞才能發生質壁分離和復原：無液泡的細胞不發生質壁分離和復原，已發生質壁分離的細胞在死亡后無法復原。
例題：將洋蔥鱗片葉外表皮細胞浸潤在一定濃度的KNO3溶液中，表皮細胞發生了質壁分離，一段時間后，絕大多數表皮細胞的質壁分離會自動復原，極少數質壁分離的細胞無法復原。對此現象，下列說法錯誤的是( )
A.發生質壁分離的實質是細胞質和細胞壁的分離
B.質壁分離過程中，細胞膜可局部或全部脫離細胞壁
C.由于細胞失水的同時，K+、通過主動運輸進入表皮細胞，故發生質壁分離后會自動復原
D.極少數質壁分離的細胞無法復原可能是因為這些細胞由于失水過快、過多使細胞死亡
【答案】A
【解析】植物細胞的質壁分離：當細胞液的濃度小于外界溶液的濃度時，細胞就會通過滲透作用而失水，細胞液中的水分就透過原生質層進入到溶液中，使細胞壁和原生質層都出現一定程度的收縮。由于原生質層比細胞壁的收縮性大，當細胞不斷失水時，原生質層就會與細胞壁分離。發生質壁分離的實質是原生質層和細胞壁的分離，A錯誤：質壁分離過程中，細胞膜與細胞壁之間存在不同程度的分離，細胞膜可局部或全部脫離細胞壁，B正確； C、由于K+、可以通過主動運輸進入表皮細胞，故發生質壁分離后會自動復原，C正確：極少數質壁分離的細胞無法復原的原因可能是這些細胞由于失水過快、過多使細胞死亡，D正確。
被動運輸：由高濃度至低濃度，包括自由擴散和協助擴散
例題：水通道蛋白普遍存在于動、植物及微生物細胞中。它所介導的自由水快速被動地跨生物膜轉運，是水進出細胞的主要途徑。下列相關敘述正確的是( )
A.水分子只能依賴于水通道蛋白進出細胞
B.載體蛋白在協助物質進出細胞時，其結構一般會發生變化
C.水通道蛋白在細胞膜上的排布，有鑲嵌在表面、貫穿、嵌入等幾種形式
D.不同細胞膜上的水通道蛋白，其種類和數量均相同
【答案】B
【解析】水分子除了依賴水通道蛋白，還可以通過自由擴散的方式進出細胞，A錯誤;載體蛋白只容許與自身結合部位相適應的分子或離子通過，而且每次轉運時都會發生自身構象的改變，所以載體蛋白在轉運物質過程中，其結構一般會發生變化，B正確;水通道蛋白位于細胞膜上，往往貫穿于磷脂雙分子層中，C錯誤;蛋白質是生命活動的承擔者，不同細胞的功能不同，故細胞膜表面的水通道蛋白種類和數量不同，D錯誤。
主動運輸：由低濃度至高濃度，包括主動運輸。
例題：研究發現，人體細胞的細胞質基質中Ca2+濃度要比內質網中和內環境中Ca2+濃度都低很多。當內質網中Ca2+濃度過高時，Ca'2+誘導內質網膜上的某種蛋白質由二聚體聚合為四聚體，而這種四聚體中會出現Ca2+通道，Ca2+經Ca2+通道外流至細胞質基質，當內質網中Ca2+濃度恢復正常時，四聚體又會變為二聚體，Ca2+通道消失。下列敘述錯誤的是( )
A.內質網中Ca2+濃度維持相對穩定的調節方式中有負反饋調節
B.Ca2+運出細胞和Ca2+進入內質網均屬于消耗能量的跨膜運輸
C.內質網膜上Ca2+通道的數量受該膜兩側Ca2+濃度差的影響
D.某人出汗后常出現抽搐現象，可能是血Ca2+濃度過高所致
【答案】D
【解析】根據題干信息可知，當內質網中Ca2+濃度過高時，Ca2+誘導出現Ca2+通道，Ca2+外流至細胞質基質，使內質網中Ca2+濃度恢復正常，這種內質網中Ca2+濃度維持相對穩定的調節方式中有負反饋調節，A正確；Ca2+運出細胞和Ca2+進入內質網均為逆濃度梯度的跨膜運輸，該跨膜運輸應為主動運輸，而主動運輸消耗能量，B正確；當內質網中Ca2+濃度過高時，會引起內質網膜上Ca2+通道出現，當內質網中Ca2+濃度恢復正常時，Ca2+通道消失，可見內質網膜上Ca2+通道的數量受該膜兩側Ca2+濃度差的影響，C正確；某人出汗后常出現抽搐現象，可能是Ca2+隨汗液排出，血Ca2+濃度過低所致，D錯誤。
影響物質跨膜運輸的因素
（1）物質濃度（在一定濃度范圍內）
圖1表示的運輸方式可以為自由擴散，該方式只收膜內外物質濃度差的影響，濃度差越大，自由擴散的速率越大。
圖2表示的運輸方式是協助擴散或主動運輸，這兩種方式都受膜內外物質的濃度差和載體數量的影響。圖中P點之后，物質運輸速率不再增加的限制因素是載體的數量。
（2）氧氣濃度
圖3表示的運輸方式可以為自由擴散或協助擴散，這兩種運輸方式都不消耗能量，不受O2濃度的影響。
圖4表示的運輸方式可以為主動運輸。圖中O2濃度為0時，離子吸收速率不再為0，其原因是細胞通過無氧呼吸提供能量，P點之后運輸速率不變的限制因素是載體的數量。
溫度：溫度主要通過影響酶的活性及膜的流動性進而影響物質的運輸速率。
例題：下圖是不同物質進出細胞的運輸速率與影響因素關系圖，有關分析正確的是( )
A.①、③、⑤只能表示自由擴散
B.②、④、⑥最大速率的限制因素相同
C.水的轉運可以是⑤，也可以是⑥
D.葡萄糖的轉運可以是②，也可以是⑥
【答案】D
【解析】①③表示被動運輸，⑤可以表示不需要載體蛋白的運輸方式，A錯誤；②的限制因素是轉運蛋白的數量，④的限制因素是載體數量，⑥的限制因素是物質濃度或者能量，B錯誤；水需要通道蛋白而不是載體蛋白，不可以是⑥，C錯誤；葡萄糖的轉運可以是協助擴散也可以是主動運輸。D正確。
7. 胞吞和胞吐不是跨膜運輸
跨膜運輸包括主動運輸和被動運輸，是由物質直接穿過細胞膜完成的物質進出細胞的物質運輸方式，其動力來自物質的濃度差或由ATP提供。胞吞和胞吐是借助于膜的融合完成的，與膜的流動性有關，它是大分子和顆粒性物質進出細胞的物質運輸方式，靠ATP提供動力。
例題：外泌體是細胞通過胞吐方式釋放的包含RNA和蛋白質的小囊泡，其主要來源于細胞內溶酶體內陷形成的多囊泡體，經多囊泡體外膜與細胞膜融合后釋放到細胞外。腫瘤來源的外泌體可導致大量新生血管的生成，促進腫瘤的生長與侵襲。下列敘述錯誤的是( )
A.外泌體釋放到細胞外的過程需要消耗ATP
B.外泌體釋放的同時將細胞中的遺傳物質排到細胞外
C.多囊泡體外膜與細胞膜融合的過程體現了生物膜的流動性
D.設法抑制腫瘤細胞釋放外泌體是開辟治療癌癥的新途徑之一
【答案】B
【解析】外泌體釋放到細胞外的過程屬于胞吐，需要消耗ATP，A正確； 外泌體釋放的同時將細胞中的RNA和蛋白質排到細胞外，沒有遺傳物質DNA，B錯誤； 多囊泡體外膜具有膜結構，與細胞膜融合的過程體現了生物膜的流動性，C正確； 腫瘤來源的外泌體可導致大量新生血管的生成，促進腫瘤的生長與侵襲。故設法抑制腫瘤細胞釋放外泌體是開辟治療癌癥的新途徑之，D正確。
故選：B。
第四步：單元核心素養對接高考
滲透作用的原理在生產生活中的實際應用比比皆是，如植物的灌溉、腌制食品的制作、微生物的防御等，因此學習本單元內容時，應緊密結合學生已有的生活經驗。對本單元所提供的活動，教師可以進行改進，也可以在活動后進行拓展。例如，在“探究植物細胞的吸水和失水”基礎上，可以進一步測定植物細胞液的濃度；在“觀察變形蟲吞噬食物的過程”基礎上，可以進一步了解人體白細胞是如何吞噬人侵的細菌的。這有助于拓寬學生的眼界，加強學生對知識的理解和應用，提高學生解決問題的。
知識點1 物質進出細胞方式的比較：
運輸物質 方式 方向 載體 能量 實例
離子、小分子 自由擴散 高濃度→低濃度 不需要 不消耗 O2、CO2、甘油、脂肪酸、脂溶性維生素、膽固醇等
協助擴散 高濃度→低濃度 需要 不消耗 紅細胞吸收葡萄糖
主動運輸 低濃度→高濃度 需要 消耗 葡萄糖、氨基酸、各種離子等
大顆粒 胞吞：如白細胞吞噬病菌，與溶酶體結合，將之分解
胞吐：分泌是外排的一種，如胰島素的分泌
例題1：ABC轉運蛋白是一類跨膜轉運蛋白，參與細胞吸收多種營養物質，每一種ABC轉運蛋白對物質運輸具有特異性。ABC轉運蛋白的結構及轉運過程如圖所示(其中ATP分解為ADP和Pi的過程可為細胞內的生命活動提供能量)，下列有關敘述正確的是( )
A.ABC轉運蛋白在協助物質跨膜運輸中無空間結構的改變
B.圖示ABC轉運蛋白可協助葡萄糖順濃度梯度進入細胞
C.圖中ABC轉運蛋白可協助細胞需要的各種營養物質跨膜運輸
D.若ATP水解受阻，ABC轉運蛋白不能完成轉運過程
【答案】D
【解析】據圖可知，ABC轉運蛋白的功能發揮伴隨ATP水解的過程，故若ATP水解受阻，ABC轉運蛋白不能完成轉運過程，D正確。O2的跨膜運輸方式為自由擴散，不需要載體蛋白協助，A錯誤。據圖可知：ABC轉運蛋白發揮作用過程伴隨水解ATP，產生能量，葡萄糖順濃度梯度進入細胞不需要耗能，B錯誤。
據題干信息可知“每一種ABC轉運蛋白對物質運輸具有特異性”，故Cl-和氨基酸跨膜運輸依賴的轉運蛋白不同，C錯誤。
例題2：【2022·山東】和是植物利用的主要無機氮源，的吸收由根細胞膜兩側的電位差驅動，的吸收由H+濃度梯度驅動，相關轉運機制如圖。銨肥施用過多時，細胞內的濃度增加和細胞外酸化等因素引起植物生長受到嚴重抑制的現象稱為銨毒。下列說法正確的是( )
A.通過AMTs進入細胞消耗的能量直接來自ATP
B.通過SLAH3轉運到細胞外的方式屬于被動運輸
C.銨毒發生后，增加細胞外的會加重銨毒
D.載體蛋白NRT1.1轉運和H+的速度與二者在膜外的濃度呈正相關
【答案】B
【解析】本題考查被動運輸和主動運輸的區別。的吸收由根細胞膜兩側的電位差驅動，能量不是來自ATP，A項錯誤；的吸收由H+濃度梯度驅動，屬于主動運輸，進行的是逆濃度梯度運輸，因此通過SLAH3轉運到細胞外的方式是順濃度梯度運輸，屬于被動運輸，B項正確；銨毒發生后，增加細胞外的，可以促使H+向細胞內轉運，減少細胞外的H+，從而減輕銨毒，C項錯誤；載體蛋白NRT1.1轉運屬于主動運輸，主動運輸的速率與濃度差無必然關系；運輸H+屬于協助擴散，協助擴散在一定范圍內與濃度差呈正相關，超過一定范圍后不成比例，D項錯誤。
知識點2 植物細胞質壁分離與復原的觀察與應用
實驗過程
應用
（1）判斷成熟植物是否為活細胞：
待測成熟植物細胞＋一定濃度的蔗糖溶液發生質壁分離→是活細胞；
待測成熟植物細胞＋一定濃度的蔗糖溶液不發生質壁分離→是死細胞。
（2）測定細胞液濃度范圍：
待測成熟植物細胞＋一系列濃度梯度的蔗糖溶液細胞液濃度介于未發生質壁分離和剛發質壁分離的蔗糖溶液濃度之間。
（3）比較不同成熟植物細胞的細胞液濃度：
不同成熟植物細胞＋同一濃度的蔗糖溶液發生質壁分離所需時間越短，細胞液濃度越小，反之細胞液濃度越大。
（4）比較不同溶液濃度大小：
相同植物細胞＋不同濃度蔗糖溶液質壁分離速率越快，分離程度越大，蔗糖溶液濃度越大；反之，蔗糖溶液濃度越小。
例題1：【2022·浙江】“觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及質壁分離復原”實驗中，用顯微鏡觀察到的結果如圖所示。
下列敘述正確的是( )
A.由實驗結果推知，甲圖細胞是有活性的
B.與甲圖細胞相比，乙圖細胞的細胞液濃度較低
C.丙圖細胞的體積將持續增大，最終脹破
D.若選用根尖分生區細胞為材料，質壁分離現象更明顯
【答案】A
【解析】本題考查植物細胞質壁分離和復原實驗。題圖甲中洋蔥表皮細胞發生了質壁分離，只有活細胞才能發生質壁分離，A正確；題圖乙中細胞發生質壁分離是細胞失水造成的，細胞失水后細胞液濃度升高，B錯誤；由于植物細胞壁的伸縮性有限，題圖丙中細胞的體積不會持續增大，更不會脹破，C錯誤；根尖分生區細胞沒有中央大液泡，不能作為植物細胞質壁分離和復原實驗的材料，D錯誤。
例題2：【2022·湖南】原生質體(細胞除細胞壁以外的部分)表面積大小的變化可作為質壁分離實驗的檢測指標。用葡萄糖基本培養基和NaCl溶液交替處理某假單胞菌，其原生質體表面積的測定結果如圖所示。下列敘述錯誤的是( )
A.甲組NaCl處理不能引起細胞發生質壁分離，表明細胞中NaCl濃度≥0.3mol/L
B.乙、丙組NaCl處理皆使細胞質壁分離，處理解除后細胞即可發生質壁分離復原
C.該菌的正常生長和吸水都可導致原生質體表面積增加
D.若將該菌先65 ℃水浴滅活后，再用NaCl溶液處理，原生質體表面積無變化
【答案】A
【解析】本題考查細胞吸水和失水的有關知識。甲組NaCl處理不能引起細胞發生質壁分離，說明假單胞菌細胞內液的滲透壓大于外界NaCl溶液的滲透壓，而細胞內液的滲透壓不僅僅是由NaCl引起，A錯誤；乙、丙組中，用NaCl處理時原生質體表面積均低于初始值，說明細胞發生質壁分離，而處理解除后原生質體表面積均高于初始值，說明細胞發生質壁分離復原，B正確；由題意及題圖可知，細胞在吸水和正常生長時原生質體表面積都會增加，C正確；細菌滅活后，細胞膜失去選擇透過性，再用NaCl溶液處理，原生質體表面積將不發生變化，D正確。
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