[高中生物一轮复习教学讲义 必修1]

第6讲  细胞的物质输入和输出

考点一 细胞的失水和吸水

1．细胞吸水和失水的原理——渗透作用

易错提醒　有关渗透作用的注意事项

①渗透作用不是指溶质分子的扩散，而是专指水分子或其他溶剂分子的扩散。

②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%的葡萄糖溶液与质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%的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。

③水分子的移动方向是双向移动，但最终结果是由低浓度溶液向高浓度溶液移动的水分子数较多(水分子顺相对含量的梯度跨膜运输)。

④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。

2．植物细胞的渗透系统的组成分析

考点二 物质进出细胞的方式

1．离子和小分子的跨膜运输方式的比较

2．大分子和颗粒性物质的非跨膜运输方式的比较

3．影响物质运输因素的分析

(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的原因是受载体数量的限制。主动运输不受浓度差的影响。

(2)载体数量对跨膜运输的影响

主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，载体数量越多，运输速率越大。自由扩散不受载体数量的影响。

(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，无氧呼吸为主动运输提供能量。

②PQ段：随着氧气含量增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率也越大。

③Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体数量以及其他因素的限制，运输速率不再增加。

(4)温度对跨膜运输的影响

     自由扩散               协助扩散和主动运输

一方面升高温度通过影响分子运动而影响自由扩散和协助扩散，另一方面温度直接影响蛋白质的活性，通过影响呼吸作用中酶的活性而影响主动运输。

4．物质跨膜运输的其他实例：番茄和水稻吸收离子的比较

科学家将番茄和水稻分别放在含Mg2＋、Ca2＋和SiO的培养液中培养，结果如图所示，据图回答相关问题：

(1)图示反映同一植物对不同离子的吸收量不同，不同植物对同一离子的吸收量不同。即植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。

(2)水稻培养液中Mg2＋、Ca2＋浓度和番茄培养液中SiO浓度超过初始浓度的原因是什么？

水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2＋、Mg2＋的大，造成培养液中Ca2＋、Mg2＋浓度上升；番茄吸收水的相对速率比吸收SiO的大，造成培养液中SiO浓度上升。

考点三  (实验)　观察植物细胞的质壁分离和复原

1．实验原理

(1)植物细胞的原生质层相当于半透膜，细胞壁与原生质层具有一定的伸缩性，原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。

(2)外界溶液浓度>细胞液浓度→细胞失水，原生质层皱缩→发生质壁分离。

(3)外界溶液浓度<细胞液浓度→细胞吸水→已发生质壁分离的细胞发生质壁分离复原现象。

2．实验材料：紫色的洋葱鳞片叶，质量浓度为0.3g/mL-1的蔗糖溶液

3．实验步骤

4．现象与结论

拓展：质壁分离实验的应用

(1)判断成熟植物细胞的死活

＋

　　　 ↓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，质壁分离程度越大，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大。

1．图甲表示一个渗透作用装置，将半透膜袋缚于玻璃管下端，半透膜袋内装有60 mL质量浓度为

0.3 g/mL的蔗糖溶液；图乙表示放置在溶液M中的植物细胞失水量的变化情况。下列有关叙述错误的是(　　)

                         甲                                   乙

A．图甲中玻璃管内液面上升速率逐渐降低，最终停止上升

B．图乙中A点之后，溶液M中的溶质才开始进入植物细胞

C．图乙中A点植物细胞失水量最大，此时细胞的吸水能力最强

D．图甲中半透膜袋内蔗糖溶液的体积会影响玻璃管内液面上升的高度

[答案]B．[解析]随着水分子进入半透膜袋，半透膜袋两侧的浓度差减小，蔗糖溶液的吸水能力下降，另外，不断高出的液柱也会进一步阻止水分子进入半透膜袋，因此，图甲中玻璃管内液面上升速率逐渐降低，最终停止上升，A项正确；从图乙信息可知，该植物细胞发生质壁分离后又自动复原，从开始溶液M中的溶质就能进入该植物细胞，B项错误；图乙中A点植物细胞失水量最大，此时植物细胞的细胞液浓度最大，细胞的吸水能力最强，C项正确；一定范围内，图甲中半透膜袋内蔗糖溶液的体积越大，玻璃管内液面上升的高度就越大，D项正确。

2．某种H+-ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H+。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外)，置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H+-ATPase的抑制剂(抑制ATP水解)，再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是(　　)

A．H+-ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H+转运到细胞外

B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H+-ATPase发挥作用导致H+逆浓度梯度跨膜运输

C．H+-ATPase逆浓度梯度跨膜转运H+所需的能量可由蓝光直接提供

D．溶液中的H+不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞

[答案]C．[解析]细胞内的pH高于细胞外，照射蓝光后溶液的pH明显降低，说明在蓝光照射下细胞内的H+由细胞内转运到细胞外，推测H+-ATPase位于保卫细胞质膜上，A正确；结合①、②分析，可知蓝光照射导致的H+逆浓度梯度跨膜运输应是蓝光通过保卫细胞质膜上的H+-ATPase实现的，B正确；H+

-ATPase逆浓度梯度跨膜转运H+所需的能量由ATP水解直接提供，C错误；抑制H+-ATPase的活性，再用蓝光照射，溶液的pH不变，说明溶液中的H+不能通过自由扩散的方式经细胞质膜进入保卫细胞，D正确。

3．如图为植物光合作用同化物蔗糖在不同细胞间运输、转化过程的示意图。下列相关叙述正确的是(　　)

[答案]A．[解析]由题图可知，蔗糖通过胞间连丝由伴胞进入筛管中，筛管内的蔗糖水解后，蔗糖浓度降低，有利于蔗糖从伴胞扩散到筛管，A项正确；由题图可知，蔗糖分解产生的单糖顺浓度梯度运至薄壁细胞，B项错误；图中蔗糖从伴胞到筛管的运输方式为被动运输，不需要消耗ATP，C项错误；由题图可知，筛管中的蔗糖水解成单糖后，两种单糖通过单糖转运载体进入薄壁细胞，D项错误。

4．将洋葱表皮细胞置于一定浓度的KNO3溶液中，观察发现洋葱表皮细胞很快发生质壁分离，不久之后这些细胞又逐渐发生了质壁分离复原。关于该过程的表述，错误的是(　　)

A．在此过程中，水分子能够通过自由扩散的方式进出洋葱表皮细胞

B．在此过程中，洋葱表皮细胞吸水能力发生了变化

C．在此过程中，除水分子外，还有其他物质进入细胞，但没有其他物质排出细胞

D．在此过程中，物质进出细胞能在一定程度上体现生物膜的功能特性

[答案]C．[解析]将洋葱表皮细胞置于KNO3溶液中，当KNO3溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞会失水发生质壁分离；随着细胞失水，细胞液浓度逐渐升高，KNO3溶液浓度逐渐降低，同时活的洋葱表皮细胞还会根据生命活动需要吸收K+和NO，使细胞液浓度进一步升高，KNO3溶液浓度进一步降低，当KNO3溶液浓度小于细胞液浓度时，洋葱表皮细胞又能够吸水而发生质壁分离复原。在此过程中，水分子是以自由扩散的方式进出细胞的，A正确；洋葱表皮细胞的细胞液浓度在发生变化，吸水能力也在变化，在质壁分离的过程中细胞吸水能力逐渐增大，在质壁分离复原过程中细胞吸水能力逐渐减小，B正确；除水分子外，K+和NO会进入细胞，而细胞也在不断排出代谢废物，C错误；水分子的自由扩散，以及K+和NO的主动运输都体现了生物膜的选择透过性，D正确。

5．离子通过细胞膜进出细胞有两种方式，一种是通过离子通道，另一种是借助离子泵转运。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，且只有在对特定刺激发生反应时才瞬时开放，运输离子时不消耗能量；离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是(　　)

A．细胞通过主动运输方式吸收离子的速率与细胞呼吸强度总是呈正相关

B．蛋白质变性剂会降低离子通道的运输速率但不会降低离子泵的运输速率

C．借助离子泵转运离子的结果是使该种离子在细胞内外的浓度趋于相等

D．通过离子通道运输离子是被动运输，其运输是顺浓度梯度进行的

[答案]D．[解析]当载体蛋白饱和时，主动运输的速率不再随呼吸强度的增加而增加，A错误；通过离子通道的运输和通过离子泵的运输都需要蛋白质，当蛋白质变性后二者的运输速率都会受影响，B错误；借助离子泵转运离子的方式是主动运输，其结果通常是使该种离子在细胞膜内外存在浓度差，C错误；由题干信息可知，借助离子通道运输离子的方式是被动运输，其运输是顺浓度梯度进行的，D正确。

6．将红细胞移入低渗溶液后，红细胞很快吸水膨胀，而非洲爪蟾的卵母细胞在低渗溶液中不膨胀。将控制红细胞细胞膜上CHIP28(一种水通道蛋白)合成的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，并于5分钟内破裂。以下说法错误的是(　　)

A．CHIP28的加工、运输需要内质网和高尔基体的参与

B．非洲爪蟾卵母细胞在低渗溶液中不膨胀的原因可能是细胞膜上无类似CHIP28的蛋白

C．经处理后的非洲爪蟾卵母细胞在吸水直至破裂过程中，细胞吸水速率逐渐加快

D．肾小管在抗利尿激素作用下重吸收水可能与CHIP28有关

[答案]C．[解析]CHIP28为细胞膜上的水通道蛋白，它的加工、运输需要内质网和高尔基体的参与，A正确；非洲爪蟾卵母细胞在低渗溶液中不膨胀的原因可能是细胞膜上无类似CHIP28的蛋白，B正确；经处理后的非洲爪蟾卵母细胞在吸水直至破裂过程中，细胞内液浓度逐渐降低，细胞吸水速率逐渐减慢，C错误；肾小管在抗利尿激素作用下重吸收水可能与CHIP28有关，D正确。

7．将紫色洋葱A和B的外表皮细胞分别制成5组临时装片，在装片上依次滴加五种不同浓度的蔗糖溶液，当原生质体体积不再变化时统计结果如图所示。下列叙述错误的是 (　　)

A．A与B对照得出，A的细胞液平均浓度大于B的

B．五种蔗糖溶液中，浓度从高到低依次为乙、丁、甲、戊、丙

C．甲中A的体积没有发生变化，说明甲组的蔗糖溶液浓度等于A的平均浓度

D．丙中A的体积增大的过程中，细胞发生渗透吸水直至细胞液的平均浓度等于外界溶液浓度

[答案]D．[解析]由图可知，同一浓度下，当A、B均失水时，A的原生质体体积减小量小于B的，当A、B均吸水时，A的原生质体体积增加量大于B的，可以说明A的细胞液平均浓度比B的大，A正确；

根据原生质体体积的相对变化，可判断出五种蔗糖溶液的浓度从高到低依次为乙、丁、甲、戊、丙，B正确；甲中A的原生质体体积没有发生变化，说明甲组的蔗糖溶液浓度等于A的平均浓度，C正确；由于植物细胞有细胞壁，其伸缩性比原生质层的伸缩性要弱，所以渗透吸水膨胀后还要考虑细胞壁的限制，故原生质体不再膨胀时细胞液浓度和外界溶液浓度不一定相等，D错误。

8．将新鲜萝卜切成大小、长度相同的细条，分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组萝卜条的长度，结果如表所示。有关叙述正确的是 (　　)

A．使萝卜条在浸泡前后长度不变的蔗糖溶液浓度在0.4 mol·L-1到0.5 mol·L-1范围内

B．萝卜细胞在溶液中失水或吸水所消耗的ATP由细胞呼吸提供

C．渗透平衡时，水分子不再进出萝卜细胞

D．在不同浓度蔗糖溶液的实验过程中，蔗糖分子均不可能进入萝卜细胞中

[答案]A．[解析]根据表格数据可知，使萝卜条在浸泡前后长度不变的蔗糖溶液浓度在0.4 mol·L-1到0.5 mol·L-1范围内；萝卜细胞在溶液中失水或吸水不消耗ATP；渗透平衡时，水分子仍然进出萝卜细胞；蔗糖溶液浓度过高时会使细胞死亡，此时蔗糖分子可能进入萝卜细胞中。

9．将新鲜洋葱表皮细胞放入清水中浸泡2 h后，再放入一定浓度的KNO3溶液中，其原生质体的体

[答案]C．[解析]由题图可知，在0~2 h内细胞吸水，原生质体的体积增大，但由于新鲜的洋葱表皮细胞有细胞壁的保护，细胞不可能无限吸水，也不可能无限增大甚至涨破，E、F点时细胞没有发生质壁分离，A正确。I点之后，原生质体体积继续增大，I点时，细胞的吸水速率大于失水速率，B正确。由图可知细胞吸水和失水处于动态平衡的点是F点和H点，C错误。KNO3溶液中的K+和NO都是细胞选择吸收的离子，细胞吸收K+和NO的方式是主动运输，需要消耗能量，所以改变KNO3溶液的溶氧量会影响图中曲线变化，D正确。

10．将质量为m0的新鲜萝卜条放在某浓度的蔗糖溶液中处理1 h，取出后测得萝卜条质量为m1，再将该萝卜条放入蒸馏水中，细胞不再吸水后取出，测得萝卜条的质量为m2(实验过程中细胞始终保持生物活性，处理时间适宜)。下列关系一定成立的是(　　)

A．m0>m1               B．m0<m1               C．m2>m0              D．m2<m1

[答案]C．[解析]当外界蔗糖溶液浓度小于新鲜萝卜条的细胞液浓度时，把新鲜萝卜条放在蔗糖溶液中，萝卜条会吸水膨胀，质量变大即m1>m0，再放入蒸馏水中，萝卜条会继续吸水或不变，m2≥m1，因此m2≥m1>m0；当外界蔗糖溶液浓度等于新鲜萝卜条的细胞液浓度时，把新鲜萝卜条放在蔗糖溶液中，萝卜条质量不变即m1=m0，再放入蒸馏水中，萝卜条会吸水膨胀，m2>m1，因此，m2>m1=m0；当外界蔗糖溶液浓度大于新鲜萝卜条的细胞液浓度时，把新鲜萝卜条放在蔗糖溶液中，萝卜条会失水，导致质量减少即m1<m0，再放入蒸馏水中，导致萝卜条细胞吸水发生质壁分离复原(此时质量约为m0)，再吸水膨胀，此时质量m2>m0，因此m2>m0>m1。综上所述，在实验过程中，一定成立的是m2>m0，故选C。

11．某实验小组为探究不同质量浓度的KNO3溶液对马铃薯细胞渗透作用的影响，将一新鲜马铃薯块茎切成粗细相同、长度均为5 cm的薯条若干，随机均分为4组进行实验。实验结果如表(忽略测量误差)。下列分析不合理的是(　　)

A．马铃薯块茎细胞细胞液的浓度对应20 g/L和40 g/L之间的KNO3溶液

B．第2组和第3组中的马铃薯块茎细胞都发生了渗透失水和吸水

C．马铃薯块茎细胞渗透失水和吸水的过程中，原生质层相当于半透膜

D．2 h后将第4组的马铃薯条放在20 g/L的KNO3溶液中，其长度会变长

[答案]D．[解析]本题设置了实验情境，要求考生能够运用所学知识对马铃薯块茎细胞渗透失水和吸水实验进行分析，并对相关条件下的实验结果进行预测，体现了科学探究这一核心素养。分析表格可知，第1组中马铃薯块茎细胞发生渗透吸水，说明马铃薯块茎细胞细胞液的浓度大于20 g/L的KNO3溶液；第2组中马铃薯块茎细胞先发生渗透失水，随后随着钾离子和硝酸根离子通过主动运输进入细胞中，细胞发生渗透吸水，说明马铃薯块茎细胞细胞液的浓度小于40 g/L的KNO3溶液，A正确。第2组和第3组的马铃薯条浸泡30 min后都缩短(长度小于5 cm)，说明两组中的马铃薯块茎细胞都发生了渗透失水，浸泡2 h时的长度都大于浸泡30 min时的长度，说明两组中的马铃薯块茎细胞都发生了渗透吸水，B正确。马铃薯块茎细胞渗透失水和吸水的过程中，原生质层相当于半透膜，C正确。分析表中数据可知，第4组KNO3溶液浓度过高，马铃薯块茎细胞已失水死亡，再将其放入低浓度的溶液(20 g/L的KNO3溶液)中，长度也不会发生变化，D错误。

12．下图甲是人的红细胞长时间处在不同浓度的NaCl溶液中，红细胞的体积(V)与初始体积(V0

)之比的变化曲线；图乙是某植物细胞在一定浓度的NaCl溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析正确的是(　　)

A．从图甲可见250 mmol·L－1NaCl溶液不影响人红细胞的代谢

B．图乙中植物细胞体积的变化是先减小后增大

C．图乙中a点细胞失水量最大，此时细胞吸水能力最小

D．人的红细胞长时间处在300 mmol·L－1NaCl溶液中可能死亡，乙图中的处理时间内细胞一直有生物活性

[答案]D．[解析]图甲中，250 mmol·L－1NaCl溶液中红细胞体积与初始体积之比小于1，说明红细胞失水皱缩了，会影响红细胞的代谢，A项错误；图乙中植物细胞失水量先变大后变小，之后表现为吸水，故植物细胞原生质体体积先变小后变大，植物细胞由于细胞壁具有支持和保护作用，细胞体积几乎不变，B项错误；图乙中，a点植物细胞失水量最多，此时细胞吸水能力最强，C项错误；人红细胞长时间处于300 mmol·L－1NaCl溶液中会使细胞因失水过多而死亡，但图乙细胞在处理时间内细胞先失水后吸水，说明细胞原生质层具选择透过性，细胞一直具有生物活性，D正确。