③探究物质能否通过半透膜的方法（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
2．动、植物细胞的吸水和失水
（1）动物细胞的吸水和失水
①原理：
具有半透膜，细胞质与外界溶液具有浓度差。
②现象
外界溶液浓度<细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀；
外界溶液浓度>细胞质浓度⇒细胞失水皱缩；
外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出平衡。
（2）植物细胞的吸水和失水（以成熟植物细胞为例）
①原理
②现象
a．当外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，此时细胞液的浓度大于外界清水，植物细胞吸水，发生质壁分离复原现象。
（3）成熟植物细胞和外界溶液形成的渗透系统与渗透作用模型的比较
项目
渗透作用模型
植物细胞与外界溶液形成的渗透系统
图解
基本条件
半透膜、浓度差
原生质层——相当于半透膜；
浓度差——细胞液与外界溶液之间的浓度差
原理
水分子通过半透膜的扩散作用
水分子通过原生质层在细胞液与外界溶液之间发生扩散
水扩散
总趋势
低浓度溶液→高浓度溶液
3．物质跨膜运输的其他实例
（1）植物对无机盐离子的吸收
①不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异。
②同种植物对不同无机盐离子的吸收也有差异。
（2）人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收是逆（填“逆”或“顺”）浓度梯度进行的。
（3）不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异性。
4.观察植物细胞的质壁分离和复原
（1）实验原理
①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
②细胞液具有一定的浓度，细胞能渗透吸水和失水。
③原生质层比细胞壁的伸缩性大。
（2）实验步骤
（3）现象与结论
成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水。
（4）总结与应用
①本实验存在两组对照实验
②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。
这是由于细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗出来。
③应用
判断成熟植物细胞是否有生物活性
测定细胞液浓度范围
比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
不同外界溶液中植物细胞的变化分析
将成熟植物的细胞依次浸于蒸馏水、物质的量浓度为0.3mol/L的蔗糖溶液和0.5mol/L的尿素溶液中，原生质体（即植物细胞中细胞壁以内的部分）的体积随时间变化如图，分析如下：
（1）A曲线表示细胞在蒸馏水中：
细胞略膨胀，但是由于细胞壁的存在，原生质体的体积不能无限膨胀。
（2）B曲线表示细胞在0.5mol/L的尿素溶液中：
细胞先因渗透失水而发生质壁分离，后由于尿素能进入细胞，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原；KNO3、甘油、乙二醇等溶液中也可发生质壁分离后自动复原现象。
（3）C曲线表示细胞在0.3mol/L的蔗糖溶液中：
蔗糖不能进入细胞，因此质壁分离后细胞不能发生自动复原。
④易错点归纳
水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液是表观现象，实际上水分子是双向移动的，只是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
渗透平衡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，只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态。
物质进出细胞核并非都通过核孔。
核孔是RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核的通道；一般，小分子物质进出细胞核是通过跨膜运输实现的，都具有选择性。
典例1将洋葱某部位细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体体积自行变化趋势如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．该部位可能位于洋葱的根尖分生区B．物质A可能为2mol/L的蔗糖溶液
C．该细胞出现质壁分离现象后又自动复原D．原生质体相对体积恢复到100%后无水进出
【答案】C
【解析】洋葱根尖分生区细胞没有大液泡，不能发生质壁分离，A项错误；植物细胞在蔗糖溶液中不能发生质壁分离自动复原的现象，B项错误；分析题图可知，原生质体的相对体积先减小后增大，最终恢复到100%，说明该细胞出现质壁分离现象后又自动复原，C项正确；当原生质体相对体积恢复到100%后依然有水分子进出，D项错误。
典例2所谓质壁分离中的“质壁”分别是指（ ）
A．细胞质、细胞壁B．细胞质基质、细胞壁C．原生质层、细胞壁D．原生质、细胞壁
【答案】C
【解析】质壁分离指的是原生质层和细胞壁的分裂。
典例3如图曲线表示完全相同的两个植物细胞分别放置在A、B溶液中，细胞失水量的变化情况．相关叙述不正确的是（ ）
A．该实验可选取绿色植物成熟的叶肉细胞来进行
B．若B溶液的浓度稍增大，则曲线中b点右移
C．两条曲线的差异是由于A、B溶液浓度不同导致
D．6min时取出两个细胞用显微镜观察，均可看到质壁分离现象
【答案】C
【解析】A、质壁分离和复原实验中要选择含有大液泡的植物细胞，如成熟的叶肉细胞，A正确；B、若B溶液的浓度增大，则浓度差增大，相同时间内失水的程度变大，复原时所需要的时间变长，即a点上移，b点右移，B正确；
C、在0～4min内，两种曲线的失水程度不同，有可能是由于浓度差不同引起，但整体曲线趋势不同，是因为溶液不同，A可能是蔗糖溶液，B可能是一定浓度的硝酸钾，C错误；
D、6min时两个细胞失水量较大，细胞都发生质壁分离，D正确．
二、物质跨膜运输的方式
【知识网络】
【精讲点拨】
1．各种物质出入细胞方式的比较
物质出入细胞的方式
被动运输
主动运输
胞吞
胞吐
自由扩散
协助扩散
图例
运输方向
高浓度→低浓度
低浓度→高浓度
胞外→胞内
胞内→胞外
是否需要
载体
否
是
是
否
是否消耗
能量
否
否
是
是
举例
O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯的跨膜运输
人的红细胞吸收葡萄糖
小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等
吞噬细胞吞噬抗原
胰岛素、消化酶、抗体的分泌
（1）从低浓度一侧向高浓度一侧运输一定是主动运输，因为逆浓度梯度运输需要消耗能量。
（2）同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同，如红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输。
（3）Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也可通过协助扩散进出细胞。
（4）RNA和蛋白质等大分子物质通过核孔进出细胞核，而不是通过胞吞、胞吐作用。
2．影响物质跨膜运输因素的分析
（1）浓度差对物质跨膜运输的影响
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。
自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受载体蛋白数量的限制。
（2）载体蛋白数量对跨膜运输的影响
载体蛋白主要影响协助扩散和主动运输。
其他条件适宜的情况下，协助扩散载体蛋白数量越多，运输速率越大；主动运输中载体蛋白数量达到一定程度后运输速率不再增加，可能原因是受能量供应限制。
自由扩散不受载体蛋白数量的影响。
（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。
①P点时：
无氧呼吸为物质的运输提供能量。
②PQ段：
随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率越大。
③Q点以后：
当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他限制因素的影响，运输速率不再增加。
（4）温度
3.如何确认物质运输的方式
4.实验探究物质跨膜运输的方式
（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
5.易错点集锦
（1）Na＋、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。
（2）植物吸收水分的方式是自由扩散，而吸收无机盐离子的方式是主动运输，因此可以说植物对水分和无机盐的吸收是两个相对独立的过程。
（3）物质跨膜运输（自由扩散、协助扩散、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胞吞、胞吐体现了生物膜的流动性。
（4）谨防物质出入细胞方式中7个易漏点
①需要载体蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。
②消耗能量的运输方式除主动运输外，不要漏掉胞吞和胞吐。
③从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。
④影响协助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浓度无关或与能量无关的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。
⑦无机盐离子往往以主动运输方式跨膜运输，但不要漏掉有时也可通过协助扩散（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。
（5）不要混淆载体蛋白、通道蛋白与受体蛋白
①位于细胞膜上、可以转运物质进出细胞的蛋白质，叫作载体蛋白，如主动运输和协助扩散这两种物质跨膜运输方式中的“载体”。
②通道蛋白属于载体蛋白的一种，是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，其分子结构如同中间有个连通膜内外的通道一样，通过打开和关闭通道（改变蛋白质构象）来控制是否允许物质通过。
一般情况下，通道蛋白运输物质的方式为协助扩散。
③位于细胞膜外表面或细胞内，可以接受信号分子的蛋白质，叫作受体蛋白，如激素、神经递质的受体蛋白。
典例1将生长状态一致的某种植物幼苗分成甲、乙两组，分别移入适宜的营养液中在光下培养，并给甲组的营养液适时通入空气，乙组不进行通气处理。
一定时间后测得甲组的根对a离子的吸收速率远大于乙组的。
关于这一实验现象，下列说法错误的是（ ）
A．给营养液通入空气有利于该植物的生长
B．根细胞对a离子的吸收过程属于自由扩散
C．根细胞对a离子的吸收过程有能量的消耗
D．根细胞的有氧呼吸有利于根对a离子的吸收
【答案】B
【解析】由题目给出的信息“甲组的根对a离子的吸收速率远大于乙组的”，说明根对a离子的吸收过程属于主动运输，主动运输需要能量和载体蛋白，B项错误，C项正确；给营养液通入的空气中含有氧气，根细胞获得氧气，有氧呼吸能正常进行，有利于根对a离子的吸收，有利于该植物的生长，A、D项正确。
典例2下列关于物质跨膜运输方式的叙述不正确（ ）
A．主动运输需要载体与能量B．自由扩散不需要载体与能量
C．协助扩散不需要载体与能量D．自由扩散和协助扩散属于被动运输
【答案】C
【解析】协助扩散需要载体，不需要能量。
典例3将水稻培养在含各种营养元素的培养液中，发现水稻吸收Mg2+多，吸收Ca2+少。
下列叙述合理的是（ ）
A．水稻培养液中Mg2+和Ca2+的浓度一定不同
B．降低温度不会影响水稻根系对Mg2+的吸收
C．水稻根细胞吸收Mg2+的能力弱，吸收Ca2+的能力强
D．水稻根细胞对物质的输入和输出具有选择性
【答案】D
【解析】离子要进入细胞，需由细胞膜上的蛋白质载运，而这些作为载体的蛋白质是有选择性的，不同的载体蛋白载运不同的离子。
载体蛋白的数量决定运载的能力大小。
【课下作业】
1、下列物质通过细胞膜时需要载体的是（ ）
A．二氧化碳排出组织细胞B．葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞
C．氧进入肺泡细胞D．甘油进入毛细淋巴管壁细胞
【答案】B
【解析】A属于自由扩散，B属于主动运输，C属于自由扩散，D属于自由扩散，主动运输需要载体，自由扩散不需要。
2、下列有关物质跨膜运输的叙述正确的是（ ）
A．葡萄糖进入红细胞不消耗能量
B．协助扩散和自由扩散都不需要膜上载体蛋白的协助
C．相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞
D．温度不会影响物质跨膜运输的速率
【答案】A
【解析】A、葡萄糖进入红细胞是协助扩散，运输动力是浓度差，需要载体，不需要能量，A正确；
B、协助扩散和自由扩散都不需要消耗能量，前者需要膜上载体蛋白的协助，后者不需要，B错误；
C、一部分相对分子质量小的物质能通过自由扩散的方式进入细胞，而离子一般通过主动运输进入细胞，C错误；
D、温度影响物质运输的速率，原因是温度使得细胞膜上的蛋白质分子和磷脂分子的运动速度改变，D错误．
3.以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离和复原实验的材料，下列有关说法正确的是（ ）
A．正在发生质壁分离的细胞，其吸水能力逐渐减弱
B．正在发生质壁分离的细胞，其紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深
C．发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同
D．该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞不能发生质壁分离
【答案】B
【解析】紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液呈紫色，正在发生质壁分离的细胞，因不断失水导致细胞液的浓度逐渐增大，紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深，其吸水能力逐渐增强，A错误，B正确；因具有支持和保护作用的细胞壁也有一定程度的伸缩性，实验发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同或大于外界溶液浓度，C错误；该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞的细胞液无色，不易观察质壁分离及其复原现象，D错误。
4.将水稻幼苗培养在含MgSO4的培养液中，一段时间后，发现营养液中Mg2＋和SO
的含量下降，下列叙述不合理的是（ ）
A．Mg2＋通过自由扩散进入根细胞
B．MgSO4必须溶解在水中才能被根吸收
C．根吸收的Mg2＋可以参与叶绿素的形成
D．降低温度会影响水稻根系对Mg2＋的吸收
【答案】A
【解析】Mg2＋通过主动运输的方式进入根细胞，A错误。
5.为研究植物细胞质壁分离现象，某同学将某植物的叶表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象。
下列说法错误的是（ ）
A．该植物的叶表皮细胞是具有液泡的活细胞
B．细胞内甲物质的浓度高于细胞外甲物质的浓度
C．细胞液中的H2O可以经自由扩散进入甲物质溶液中
D．甲物质和H2O能自由通过该叶表皮细胞的细胞壁
【答案】B
【解析】具有大的液泡的活细胞才能发生质壁分离，A项正确；质壁分离过程中，细胞在失水，此时，细胞外甲物质的浓度高于细胞内甲物质的浓度，B项错误；水分子跨膜运输的方式是自由扩散，C项正确；细胞壁是全透性的，甲物质和H2O能自由通过，D项正确。
6.细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。
下列物质中，以自由扩散方式通过细胞膜的是（ ）
A．Na＋B．二氧化碳C．RNAD．胰岛素
【答案】B
【解析】一般情况下，气体（二氧化碳）以自由扩散的方式进出细胞，B正确。
7.下列与物质运输相关的叙述，正确的是（ ）
A．黑藻细胞在质壁分离的过程中细胞液的渗透压逐渐减小
B．温度影响物质跨膜运输速率只是因为影响了膜的流动性
C．小肠上皮细胞吸收甘油的速率与其膜上的载体数量无关
D．胰岛素分泌到内环境的过程需要细胞膜上载体蛋白的协助
【答案】C
【解析】正在发生质壁分离的黑藻，因细胞不断失水，细胞液浓度逐渐升高，细胞液的渗透压逐渐增大，A项错误；温度影响物质跨膜运输速率，原因可能是影响了膜的流动性，或者影响了酶的活性，进而影响了细胞的能量供应，B项错误；甘油通过自由扩散进入细胞，不需要细胞膜上的载体蛋白协助，C项正确；胰岛素通过胞吐进入内环境，不需要载体蛋白的协助，D项错误。
8.现有A、B、C三瓶外观一样但没有标签的溶液，已知三种溶液是质量浓度为0.1g/mL的蔗糖溶液、0.3g/mL的蔗糖溶液和0.1g/mL的葡萄糖溶液。
某同学利用如图所示的装置设计了两组实验。
（注：
图中半透膜允许溶剂和葡萄糖分子通过，不允许蔗糖分子通过）
实验Ⅰ：
同时将等量的A液和B液分别放入U形管的左、右两侧，一段时间后，左侧的液面升高；
实验Ⅱ：
将等量的B液和C液分别放入U形管的左、右两侧，一段时间后，液面发生了下列变化：
右侧先升高后降低。
（1）本实验应用的原理是________________，判断的依据是____________________________。
（2）根据实验现象得出结论：
A液是________________，B液是________________。
（3）用紫色洋葱鳞片叶探究植物细胞吸水和失水方式的实验中，常选用________________溶液，观察指标主要有________________、________________及细胞大小。
（4）为了清晰地观察细胞质壁分离和复原现象，若用不含色素的洋葱内表皮作实验材料，可采用的方法是
______________________________________________________________________________。
（5）为探究洋葱表皮细胞的细胞液浓度，需要设计相关实验，请写出设计思路。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】
（1）渗透作用 图中装置具有半透膜，且膜两侧溶液具有浓度差
（2）0.3g/mL的蔗糖溶液 0.1g/mL的蔗糖溶液 （3）0.3g/mL的蔗糖 中央液泡的大小及颜色深浅 原生质层的位置 （4）在蔗糖溶液中加入红墨水 （5）配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液，并利用系列溶液分别重复上述实验，观察细胞质壁分离的状态，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
【解析】
（1）图中实验装置具有半透膜，膜两侧溶液具有浓度差，能够发生渗透作用，即应用了渗透作用原理。
（2）图中左侧液面升高，说明左侧液体的渗透压大于右侧液体的。
由于半透膜允许溶剂和葡萄糖分子通过，不允许蔗糖分子通过，所以左侧液面不可能是0.1g/mL的葡萄糖溶液（若左侧液体是0.1g/mL的葡萄糖溶液，则左侧液面应该是先升高后降低），A液只可能是0.3g/mL的蔗糖溶液，B液只可能是0.1g/mL的蔗糖溶液。
（3）0.3g/mL的蔗糖溶液是观察植物细胞质壁分离现象的最佳溶液浓度，通过观察中央液泡的大小和原生质层的位置可以判断是否发生质壁分离。
（4）若用不含色素的洋葱内表皮作实验材料，为了看清楚原生质层的位置，可以在外界溶液中加入有色物质。
（5）探究洋葱表皮细胞的细胞液浓度时，应当将外界溶液（蔗糖溶液）的浓度作为自变量，质壁分离的状态作为因变量。
9.下图表示细胞的物质运输速率与物质浓度的关系。
回答下列问题：
（1）细胞的物质输入和输出都必须经过细胞膜，细胞膜的基本骨架是________。
（2）列举两例以图中“M”方式进出细胞的物质________；若图中曲线N表示心肌细胞吸收K＋的曲线，分析限制P点运输速率的原因是__________________________
_____________________________________________________________________。
（3）若对离体的心肌细胞施用某种毒素，结果对K＋运输速率显著减少，而对Ca＋、C6H12O6等物质的运输速率无影响，其可能的原因是_________________________
_____________________________________________________________________。
【答案】
（1）磷脂双分子层
（2）O2、CO2、甘油、乙醇等 K＋载体数量的限制或能量供应不足 （3）该毒素抑制了K＋载体的活性，而对其他载体蛋白无影响。
【解析】
（1）细胞膜属于生物膜，生物膜的基本骨架都是磷脂双分子层。
（2）图中“M”方式为自由扩散，通过该方式进出细胞的物质有：
水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯等；心肌细胞吸收K＋的为主动运输，故曲线N中P点的限制因素可能为：
K＋载体数量的限制或能量供应不足。
（3）心肌细胞对K＋、Ca2＋、C6H12O6等物质的运输均为主动运输，需要载体蛋白（有专一性）和能量供应，该毒素作用后，细胞对K＋运输速率显著减少，而对其他主动运输的物质无明显影响，则可说明该毒素抑制了K＋载体的活性，而对其他载体蛋白无影响。
升级会员 