人教版高中生物必修一细胞的物质输入和输出课件

这是一份人教版高中生物必修一细胞的物质输入和输出课件，共60页。PPT课件主要包含了1原理，课堂小结与延伸等内容，欢迎下载使用。
考点1　渗透作用与细胞的吸水和失水
1.渗透作用（1）概念：指水分子（或其他溶剂分子）通过 　半透膜　⁠的扩散过程，是自由扩散的一种形式。 （2）渗透作用产生的条件：一是具有 　半透膜　⁠，二是半透膜两侧的溶液具有 　浓度差　⁠。 
2.动物细胞的吸水和失水
3.植物细胞的吸水和失水（以成熟植物细胞为例）
（1）原理：渗透作用。如图表示渗透装置与成熟植物细胞的对应关系。
　　（1）溶质不能通过半透膜的渗透装置分析
　　（2）溶质能通过半透膜的渗透装置分析
S1和S2是两种不同的溶质，且只有水和S1能透过半透膜。
①若S1的物质的量浓度大于S2的物质的量浓度，则出现的现象是S1液面先升高，随后S1中的溶质透过半透膜进入S2，S2液面逐渐升高，最终高于S1。
②若S1的物质的量浓度小于S2的物质的量浓度，则出现的现象是S1液面始终低于S2液面。
1.判断下列说法的正误：
（1）渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度。（　×　）
提示：渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压，如质量分数为10%葡萄糖溶液和质量分数为10%蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
（2）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。（　×　）
（3）红细胞吸水与失水的多少取决于红细胞内外浓度的差值。（　√　）
（4）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。（　×　）
（5）植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。（　×　）
（6）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。 （　√　）
（7）达到渗透平衡时，半透膜两侧的浓度相等，此时水分子不再扩散。 （　×　）
提示：渗透平衡≠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，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。水分子的移动方向是双向的，但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
2.链接必修1 P63“图4－1”。
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（箭头大小代表水分子数的多少）。
（1）若将人的成熟红细胞放入清水中，会出现图 　甲　⁠所示现象，原因是 　成熟红细胞发生渗透作用，从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子，因此细胞吸水　⁠。 
细胞发生渗透作用，从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子，
（2）若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为 0.3 g·mL－1的蔗糖溶液中，会出现图 　丙　⁠所示现象，达到平衡时，水分子进出细胞的状况是图 　乙　⁠所示。 （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 　不会　⁠（选填“会”或“不会”）涨破，原因是 　植物细胞的细胞壁有支持和保护作用。 
植物细胞的细胞壁有支持和保护作用
⁠ （2021·广东卷）保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是（　A　）
解析： ①处理后细胞吸水量少于③处理后细胞，说明保卫细胞细胞液浓度①处理后＞③处理后，A错误；②处理后细胞失水，质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中，B正确；滴加③后细胞大量吸水，故滴加③后有较多水分子进入保卫细胞，C正确；通过以上分析，推测3种蔗糖溶液浓度高低为②＞①＞③，D正确。
⁠（2022·全国甲卷）植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是（　C　）
解析：由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞的体积增大，说明细胞吸水，则水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，A正确。水分交换前，细胞a的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，细胞c的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度，因此水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b＞细胞a＞细胞c，B正确。由题意可知，水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相等；水分交换达到平衡时，细胞内外溶液浓度相同，细胞c失水后的细胞液浓度增大，此时的外界蔗糖溶液的浓度减小，因此，水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误。在一定的蔗糖溶液中，细胞c发生了质壁分离，水分交换达到平衡时，其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，D正确。
1.（2021·湖北卷）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（　B　）
解析： 大多数水分子以协助扩散的方式进出细胞，少数以自由扩散的方式进出细胞，而Na＋和Cl－以主动运输的方式进出红细胞。细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－。自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度运输，主动运输是逆浓度梯度运输，水从低渗溶液扩散至高渗溶液，Na＋和Cl－从低渗溶液扩散至高渗溶液。
考向2　动植物细胞的吸水和失水
2.（2022·湖北卷）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（　B　）
解析：经AgNO3处理的红细胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通过自由扩散的形式进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会失水变小；未经AgNO3处理的红细胞，水可通过水通道蛋白快速进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小。
实验3　观察植物细胞的质壁分离和复原
1. 实验原理（1）成熟的植物细胞构成 　渗透系统　⁠，可发生渗透作用。原生质层伸缩性比细胞壁伸缩性大。 （2）当细胞液浓度 　＜　⁠外界溶液浓度时，细胞失水，发生 　质壁分离　⁠；当细胞液浓度 　＞　⁠外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。 
（1）具有中央大液泡的成熟植物活细胞可发生质壁分离及复原现象，且细胞液最好带有一定的颜色，便于观察，以活的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞最佳。
（2）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。
（3）在一定浓度（溶质可透膜）的溶液（如KNO3、乙二醇、甘油等）中可发生质壁分离后自动复原现象；盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于作质壁分离实验的溶液。
（4）本实验选用0.3 g·mL－1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。
（5）对照方法分析：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。
（1）滴加蔗糖溶液和清水，要在载玻片上进行，否则不容易对比观察某个细胞的失水和吸水情况。（2）引流时要重复几次，目的是使盖玻片下面的洋葱鳞片叶表皮细胞完全浸润在加入的液体中。（3）加入蔗糖溶液后不宜停留过长时间，防止细胞长时间处于高渗溶液中，因过度失水而死亡。（4）本实验是教材中涉及“显微观察”的实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察（不换用高倍镜）的实验。
2. 质壁分离与复原实验的拓展应用
（1）判断成熟植物细胞的死活
（2）测定细胞的细胞液浓度范围
（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度
（4）鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液）
实验结果的讨论与分析1.若在一定浓度的蔗糖溶液中发生质壁分离后，在清水中却不能观察到质壁分离复原现象，则可能原因是 　细胞失水过多或失水时间过长导致细胞死亡　⁠。 
细胞失水过多或失水时间过长导致细胞死亡　
2.下表是某学生的实验报告中的部分内容，请填空：
3. 在新鲜萝卜块中央挖一空洞，洞内注入一定量的食盐水，数小时后，观察萝卜块的变化是由 　脆硬　⁠变柔软，其洞内液面 　上升　⁠。原因是细胞液的浓度 　小于　⁠外界溶液的浓度，细胞通过渗透作用而 　失水　⁠，细胞发生了 　质壁分离　⁠现象。 
1.（2021·江苏卷）采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验，下列叙述正确的是（　A　）
解析：叶肉细胞有原生质层和大液泡，所以可以发生质壁分离，且细胞质中还含有叶绿体，可有助于观察原生质层的变化，A正确；显微镜的使用方法是先用低倍镜观察，再用高倍镜观察，B错误；为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸，重复几次，洋葱细胞就浸泡在蔗糖溶液中了，C错误；紫色叶外表皮细胞中有一个紫色大液泡，无色细胞应该是鳞茎细胞，而不是鳞片叶外表皮细胞，D错误。
2.（2022·浙江6月卷）“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验中，用显微镜观察到的结果如图所示。下列叙述正确的是（　A　）
解析：能发生质壁分离的细胞是活细胞，A正确；图乙细胞失水，细胞液浓度较高，B错误；植物细胞有细胞壁，因此植物细胞不会涨破，C错误；分生区细胞没有大液泡，质壁分离现象不明显，D错误。
3.（2021·湖南卷）质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是（　D　）
解析：溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，1 ml·L－1的NaCl溶液和1 ml·L－1的蔗糖溶液的渗透压不相同，因NaCl溶液中含有钠离子和氯离子，故其渗透压高于蔗糖溶液，D错误。
考点2　物质跨膜运输的方式
1.主动运输与被动运输（1）比较
　（2）膜上运输物质的载体主要指转运蛋白，包括 　载体蛋白　⁠和通道蛋白两种。前者在转运时会发生自身构象的改变；后者在转运时不需要与被转运物质结合，如钠离子通道、钾离子通道。转运蛋白对运输的物质具有 　专一（或特异）　⁠性。 （3）水分子除了以 　自由扩散　⁠的方式进出细胞，更多的是以借助水通道蛋白的 　协助扩散　⁠方式进出细胞。 （4）对生物体选择吸收所需物质、排出代谢废物和有害物质具有重要作用的运输方式是 　主动运输　⁠。 
2.胞吞与胞吐——大分子、颗粒物等
（1）需要转运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转运蛋白数量外，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）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（如离子通道）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。
（7）同一种物质在不同的环境和条件下可能有不同的运输方式，因此在判断某一物质的运输方式时要充分利用题目的信息，结合物质跨膜运输的特点对具体问题进行具体分析。①从低浓度向高浓度方向运输是主动运输。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为协助扩散，小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输。③同种物质进入和运出同种细胞的方式也可能不同。④RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核通过的结构是核孔，而非胞吞、胞吐。
3.影响细胞物质运输的因素
（2）氧气浓度——O2浓度通过影响呼吸作用，进而影响能量的供应，最终影响物质的运输速率。
注：此图也可表示哺乳动物成熟红细胞的主动运输，哺乳动物成熟红细胞的主动运输与O2浓度无关。
◄ 诊断·加强 ►判断下列说法的正误：（1）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。（　√　）（2）分子或离子进行跨膜运输时不需要与载体蛋白结合。（　×　）（3）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。（　×　）（4）水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。 （　√　）（5）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。（　√　）（6）一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。（　√　）（7）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。 （　×　）
⁠ （2021·江苏卷）细胞可运用不同的方式跨膜转运物质，下列相关叙述错误的是（　B　）
解析：小肠上皮细胞摄入和运出葡萄糖与细胞质中葡萄糖分子的浓度有关，与细胞质中其他溶质分子的浓度无关，B错误。
⁠（2021·河北卷）人体成熟红细胞能够运输O2和CO2，其部分结构和功能如图，①～⑤表示相关过程。下列叙述错误的是（　D　）
解析： 人体成熟红细胞能运输O2和CO2，且进行无氧呼吸，可判断气体A和B分别是CO2和O2，A正确；气体等小分子进出细胞为自由扩散，④是转运蛋白运输葡萄糖进入红细胞，顺浓度梯度，不消耗能量，为协助扩散，⑤是H2O通过水通道蛋白进入红细胞，属于协助扩散，B正确；③消耗能量主动吸收K＋、排出Na＋，成熟红细胞没有线粒体，不进行有氧呼吸，只通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，C正确；成熟红细胞没有核糖体，不能再合成新的蛋白质，糖蛋白不能更新，由于细胞膜具有流动性，其表面的糖蛋白处于不断流动中。
⁠ （2022·海南卷）细胞膜上存在的多种蛋白质参与细胞的生命活动。回答下列问题：
　（1）细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白，对不同物质的跨膜运输起着决定性作用，这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有的功能特性是 　选择透过性　⁠。 
（2）细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道，水分子借水通道蛋白进出细胞的方式属于 　协助扩散　⁠。 
（3）细胞膜上的H＋－ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP 水解，利用ATP 水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的pH 　下降　⁠；此过程中，H＋－ATP 酶作为载体蛋白在转运H＋时发生的变化是 　空间结构（ 自身构象）发生　⁠。 
（4）细胞膜上的受体通常是蛋白质。人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时，会引起靶细胞产生相应的生理变化，这一过程体现的细胞膜的功能是 　进行细胞间的信息交流　⁠。 
空间结构（自身构象）发生改变
进行细胞间的信息交流　
（5）植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐，不同温度下吸收速率的变化趋势如图。与25 ℃相比，4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因是 　植物根细胞吸收磷酸盐为主动运输，主动运输需要细胞呼吸供能，而温度降低会导致呼吸酶的活性降低，进而降低细胞呼吸速率，最终降低了磷酸盐的 吸收 ⁠。 
植物根细胞吸收磷酸盐为主动运输，主动运输需要细胞呼吸供能，而温度降低会
导致呼吸酶的活性降低，进而降低细胞呼吸速率，最终降低了磷酸盐的吸收速率
解析：细胞膜上存在对不同物质的跨膜运输起决定性作用的膜蛋白，这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有选择透过性这一功能特性。细胞膜上的H＋－ATP酶能利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的H＋增多，pH下降。
考向1　物质进出细胞的方式
1.（2022·惠州模拟）如图是葡萄糖进出人体小肠上皮细胞的过程简图。Na＋－K＋泵将小肠上皮细胞外的K＋运入细胞的同时将胞内的Na＋运出细胞，保持Na＋外高内低的浓度梯度，Na＋借此梯度的动力内流，驱动葡萄糖经载体1与其协同进入小肠上皮细胞；GLUT2是小肠上皮细胞膜上的另一种葡萄糖载体，它将小肠上皮细胞内的葡萄糖运出细胞、进入组织液。下列说法正确的是（　B　）
解析：Na＋－K＋泵所需ATP通过呼吸作用产生，来自此细胞的细胞质基质、线粒体，人体没有类囊体膜，A错误；神经元的膜内外电位变化与Na＋、K＋有关，所以Na＋－K＋泵也存在于神经元细胞膜上，B正确；由图分析可知，经GLUT2将葡萄糖运出小肠上皮细胞时是顺浓度梯度、需要载体蛋白，但不消耗能量，属于协助扩散，C错误；经载体1将葡萄糖运入小肠上皮细胞时是逆浓度梯度，需要载体蛋白，需要电化学势能驱动，属于主动运输，D错误。
2.（2022·广州一模）植物细胞膜、液泡膜上含有一种H＋－ATP酶，可以转运H＋，有利于对细胞外溶质分子的吸收和维持液泡内酸性环境。如图为植物细胞对H＋运输的示意图，下列相关叙述错误的是（　B　）
解析：据题图分析，H＋运出细胞和运进液泡需要载体蛋白H＋－ATP酶的协助，同时需要ATP水解提供能量，表明H＋运出细胞和运进液泡的运输方式是主动运输，H＋运出细胞和运进液泡是逆H＋浓度梯度，所以细胞质基质中H＋浓度小于胞外H＋浓度和细胞液H＋浓度，H＋浓度越小，其pH越大，故细胞质基质的pH最大，A正确；H＋运出细胞的方式是主动运输，而细胞外H＋浓度较细胞内高，且进入细胞需要蛋白质的协助，说明细胞外H＋进入细胞的方式是协助扩散，B错误；植物细胞呼吸受到抑制，细胞呼吸产生的ATP减少，会影响H＋的运输，从而影响细胞对某些溶质分子的吸收，C正确；低温环境会影响细胞呼吸、细胞膜的流动性、细胞膜上载体的移动，因此会影响细胞对细胞外某些溶质分子的吸收，D正确。
考向3　物质进出细胞的影响因素及实验分析
3.（2022·茂名一模）图甲表示水稻根毛细胞对K＋的吸收速率相对值与氧气浓度的关系；图乙表示用完全培养液在相同的容器内分别培养水稻和番茄幼苗，一段时间后测定培养液中各种离子与实验开始时的浓度比。下列叙述错误的是（　C　）
载体和能量，O2浓度大于a时，能量充足而吸收速率不再增加，说明载体达到饱和
适时松土　（对稻田排水晒田；水培法培养作物时向培养液中通入氧气；翻
⁠链接必修1教材 P64“探究·实践”。
（1）成熟植物细胞能够发生质壁分离的原因是 　外界溶液浓度大于细胞液浓度，原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性　⁠。 
（2）只要外界溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞就会发生质壁分离吗？请简述原因。
提示：不一定。因为质壁分离是成熟的活的植物细胞具有的生理现象，未成熟的植物细胞、死细胞和动物细胞不会发生质壁分离现象。
外界溶液浓度大于细胞液浓度，原
生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性　
（3）本实验选用0.3 g·mL－1的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对实验有何影响？
提示：选用0.3 g·mL－1的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离现象，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
（4）若用适宜浓度的KNO3溶液进行该实验，结果会发生质壁分离与复原吗？请简述原因。
⁠链接必修1教材P62“问题探讨”。
（1）玻璃纸是一种 　半透膜　⁠，水分子可以透过，而蔗糖分子不能透过。 
⁠链接必修1教材P68“生物科学史话”。
（2）结合肾小管壁及相关结构示意图，回答问题：
①通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，它包含 　水通道蛋白　⁠和离子通道蛋白两大类。水通道与人体体液平衡的维持密切相关，例如，肾小球的滤过和肾小管的 　重吸收　⁠作用，都与水通道的结构和功能有直接关系。离子通道是由蛋白质复合物构成的。一种离子通道只允许一种离子通过，并且只有在对特定刺激发生反应时才瞬时开放。 　离子　⁠通道与神经兴奋的传递、神经系统和肌肉方面的疾病密切相关。 ②科学家在肾小管上皮细胞膜上发现了水通道（一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质），严谨地说，水分子通过肾小管上皮细胞的方式应为 　自由扩散和协助扩散（或被动运输）　⁠。