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專題03　細胞的物質輸入與輸出 ◢考點概述 物質的輸入和輸出在必修模塊中直到一個承上啟下的作用。微觀上可聯(lián)系細胞的亞顯微結構，宏觀上可聯(lián)系生物的內環(huán)境，甚至牽扯到生物的遺傳變異的相關內容。本專題內容考查結合點多，對題目中有效信息的提取能力和對不同專題之間的綜合要求高。主要考查幾種常見的方式（滲透作用、自由擴散、協(xié)助擴散、主動運輸、胞吞胞吐）的判定、特點及影響因素；物質跨膜運輸?shù)膶嵗?，主要涉及對滲透作用的理解、滲透過程的分析、拓展及應用、植物細胞吸水和失水以及由此引進的質壁分離及復原，應注意構建知識框架，實現(xiàn)對知識的整體把握。容易對滲透作用中的水分運輸方向理解不透，滲透平衡后半透膜兩側濃度差是否存在理解不透，誤認為濃度差是質量分數(shù)濃度差，對質壁分離的概念及發(fā)生條件理解不到位，常見物質出入細胞膜的具體方式混淆不清，對基本概念內涵沒有深入理解。通過對滲透作用、物質出入細胞方式、質壁分離的概念內涵的理解，列表比較物質出入細胞的信息特征，回憶相應物質出入細胞的典型特征，或用概念圖對細胞出入細胞方式進行比較，分析列舉影響節(jié)點的內因和外因，從文字或圖解背景中找出關鍵信息，如是否消耗能量，是否需要載體，是否逆濃度運輸，是大分子還是小分子，再掌握特殊物質出入細胞的方式即可，如神經遞質、哺乳動物成熟的紅細胞對葡萄糖的吸收等。應根據(jù)現(xiàn)象提出問題、分析大批量、歸納概念的方法，聯(lián)系生活實際進行類比，培養(yǎng)解讀圖表的能力，探索使用圖表描述生理活動的方法。應結合滲透裝置分析成熟植物細胞的吸水和失水；細化質壁分離和質壁分離復原的實驗；結合細胞膜的流動鑲嵌模型，運用表格的方式，加深對不同物質運輸方式的理解。 ◢考點精講 【要點梳理】 1．常見滲透裝置圖形分析 　　　 （1）溶質不能通過半透膜的情況 ①若S1溶液濃度大于S2溶液濃度，則單位時間內由S2→S1的水分子數(shù)多于由S1→S2的，外觀上表現(xiàn)為S1溶液液面上升；若S1溶液濃度小于S2溶液濃度，則情況相反，外觀上表現(xiàn)為S1溶液液面下降。 ②在達到滲透平衡后，若存在如圖所示的液面差Δh，則S1溶液濃度仍大于S2溶液濃度。因為液面高的一側形成的壓強，會阻止溶劑由低濃度一側向高濃度一側擴散。 （2）溶質能通過半透膜的情況 若S1溶液濃度大于S2溶液濃度，則最初單位時間內由S2→S1的水分子數(shù)多于由S1→S2的，隨著溶質的擴散，最終S1和S2溶液濃度相等，外觀上表現(xiàn)為S1溶液液面先上升后下降，最終S1和S2溶液液面持平；若S1溶液濃度小于S2溶液濃度，則情況相反。 2．驗證滲透作用發(fā)生的條件 （1）具有半透膜 燒杯內盛清水，漏斗內盛蔗糖溶液 A組－漏斗口密封半透膜→漏斗液面上升 B組－漏斗口密封紗布→漏斗液面不上升 （2）具有濃度差 漏斗口密封半透膜 A組－漏斗內盛蔗糖溶液，燒杯內盛清水→漏斗液面上升 B組－漏斗和燒杯內盛相同濃度的蔗糖溶液→漏斗液面不上升 3．質壁分離與復原的觀察實驗 （1）發(fā)生質壁分離的洋蔥表皮細胞的原生質層與細胞壁之間的物質分析 因為細胞壁是全透性的，所以洋蔥表皮細胞原生質層與細胞壁之間是蔗糖溶液。 （2）從細胞角度分析能否發(fā)生質壁分離及復原 ①死細胞、動物細胞及未成熟的植物細胞（如根尖分生區(qū)細胞）不能發(fā)生質壁分離及復原現(xiàn)象。 ②具有中央大液泡的成熟植物細胞可發(fā)生質壁分離及復原現(xiàn)象。 （3）從溶液的角度分析 ①在一定濃度（溶質不能透膜）的溶液中只會發(fā)生質壁分離現(xiàn)象，不能自動復原。 ②在一定濃度（溶質可透膜）的溶液（如KNO3、甘油等）中可發(fā)生質壁分離后自動復原現(xiàn)象。 ③在高濃度溶液中可發(fā)生質壁分離現(xiàn)象，但不會發(fā)生質壁分離復原現(xiàn)象。 4．物質進出細胞方式的比較 物質類別 出入細胞方式 物質轉運方向 載體蛋白 耗能情況 離子和小分子物質 被動運輸 自由擴散 高濃度→低濃度 不需要 不耗能 協(xié)助擴散 需要 主動運輸 低濃度→高濃度 耗能 顆粒和大分子物質 胞吞 細胞外→細胞內 細胞外→細胞內 不需要 胞吐 細胞內→細胞外 細胞內→細胞外 5．物質跨膜運輸方式圖解 　　　　 6．影響物質跨膜運輸?shù)娜笠蛩? （1）物質濃度（在一定濃度范圍內） 　　　　 （2）O2濃度 （3）溫度 　　　　　　　　 溫度通過影響生物膜的流動性和酶的活性，進而影響物質運輸?shù)乃俾省? 【方法突破】 1．關于滲透系統(tǒng)中的2個“比較” （1）半透膜與選擇透過性膜的比較 區(qū)別：①半透膜是無生命的物理性薄膜，物質能否通過取決于分子的大小。 ②選擇透過性膜是具有生命的生物膜，載體蛋白的存在決定了其對不同物質吸收的選擇性。細胞死亡或膜載體蛋白失活后，其選擇透過性喪失。 消耗ATP，C錯誤；莖尖分生區(qū)的細胞不含葉綠體和大液泡，根尖成熟區(qū)的細胞不含葉綠體，D錯誤。 上，B錯誤；核膜與核膜上的核孔可實現(xiàn)核質之間頻繁的物質交換，因此細胞核與細胞質之間可進行雙向物質運輸，C正確；主動運輸需要載體和能量，一般是逆濃度運輸，使膜內外濃度差增大，D錯誤。 6．（湖北省監(jiān)利一中2018屆高三上學期起點考試生物試卷）關于細胞膜的敘述，正確的是（　?。? A．甘油不能以自由擴散的方式通過細胞膜 B．用胰蛋白酶處理細胞膜不會改變其通透性 C．植物根細胞吸收無機鹽離子需要依靠細胞膜上的受體蛋白 D．細胞間的信息交流不一定依靠膜上的蛋白質分子 【答案】D 【解析】甘油是脂溶性小分子，能以自由擴散的方式通過細胞膜，A錯誤；細胞膜的主要成分是蛋白質和脂質，故用胰蛋白酶處理細胞膜會分解其中的蛋白質，使其通透性改變，B錯誤；植物根毛細胞吸收無機鹽離子是主動運輸，需要依靠細胞膜上的載體蛋白和消耗能量，C錯誤；細胞間的信息交流不一定依靠膜上的蛋白質分子，如植物細胞間的信息交流依靠胞間連絲，D正確。 7．（湖南省永州市2019年高考第一次模擬考試試卷生物試題）下列關于選擇透過性膜的敘述，正確的是（　?。? A．生物膜的選擇透過性是活細胞的重要特征 B．細胞膜是選擇透過性膜，主要由磷脂和糖類組成 C．人工脂雙層膜能讓O2通過，不能讓Ca2+通過，屬于選擇透過性膜 D．植物細胞的質壁分離現(xiàn)象體現(xiàn)了細胞壁和原生質層的選擇透過性 【答案】A 8．（山東省青島市2019屆高三9月份調研檢測生物試題）將甲、乙兩種植物的塊莖切成形狀、大小相同的細條，分別置于質量濃度為0.3g／mL蔗糖溶液中，繪制的失水量曲線如下。下列敘述錯誤的是（　?。? 　　　　　　　 A．與圖相關細胞的原生質層會有一定程度的收縮 B．由圖推知甲植物細胞液濃度小于乙植物細胞液濃度 C．4min時細胞液的滲透壓大于外界溶液的滲透壓 D．8min時水分子跨膜運輸進出細胞達到平衡 【答案】C 【解析】據(jù)圖分析，隨著時間的延長，失水量逐漸增加后趨于穩(wěn)定，因此相關細胞的原生質層都會有一定程度的收縮，A正確；根據(jù)以上分析已知，甲植物細胞液濃度小于乙植物細胞液濃度，B 正確；4min時，細胞仍然在失水，說明細胞液的滲透壓小于外界溶液的滲透壓，C 錯誤；8min時失水量不再增加，水分子跨膜運輸進出細胞達到平衡，D正確。 9．（廣西壯族自治區(qū)河池市高級中學2019屆高三上學期第二次月考生物試題）下列物質出入細胞過程中，需消耗ATP的是（ ） A．甘油進入人體皮膚細胞 B．葡萄糖進入紅細胞 C．礦質離子逆濃度梯度轉運至根細胞內 D．質壁分離過程中水分子進出洋蔥表皮細胞 【答案】C 【解析】甘油進入人體皮膚細胞的方式為自由擴散，不消耗ATP，故A錯誤；葡萄糖進入紅細胞的方式為協(xié)助擴散，需載體蛋白協(xié)助，但不消耗ATP，故B錯誤；礦質元素逆濃度梯度運輸是主動運輸過程，既需要載體蛋白協(xié)助，也要消耗ATP，故C正確；質壁分離過程中水分子進出洋蔥表皮細胞是通過自由擴散，不消耗ATP；綜上所述，選C項。 10．（安徽省巢湖市柘皋中學2018屆高三上學期第一次月考生物試題）下表表示某一洋蔥表皮細胞置于不同濃度的蔗糖溶液中發(fā)生變化的實驗記錄，該實驗的主要目的是（　?。? 蔗糖溶液（g/mL） 細胞變化 0.30 發(fā)生質壁分離 0.25 無明顯變化 0.20 有脹大趨勢 A．證明細胞膜具有一定的流動性 B．測定細胞液濃度為0.25g/mL左右 C．驗證原生質具有選擇透過性 D．證實細胞是有生命的 【答案】B 【解析】該實驗是觀察細胞是否發(fā)生質壁分離，沒有證明細胞膜具有一定的流動性，A錯誤；通過細胞的形態(tài)變化，可以測定細胞液的濃度，由于在0.25g/mL的蔗糖溶液中洋蔥表皮細胞無明顯變化，說明細胞液濃度為0.25g/mL左右，B正確；本實驗沒有驗證原生質具有選擇透過性，C錯誤；質壁分離過程中細胞要保持活性，但實驗的主要目的不是證實細胞是有生命的，D錯誤。 11．（遼寧省阜新二高2018屆高三上學期第一次考試生物試題）Na+—K+泵由4個亞基（多肽）組成，其中一個亞基向著細胞質的一面有一個ATP結合位點和三個Na+結合位點，外表面有兩個K+結合位點。這一過程利用ATP供能，將Na+從細胞內逆濃度梯度排出，將K+從細胞外逆濃度梯度運入。對此過程的不正確說法是（ ） A．Na+和K+出入細胞是主動運輸?shù)倪^程 B．Na+—K+泵是一個可同時反向轉運兩種離子的載體蛋白，該過程與細胞膜的選擇透過性無關 C．說明細胞膜具有一定的流動性 D．這一過程可能會造成細胞膜內外產生電位差 【答案】B 【解析】由題干可知，Na+、K+的運輸需消耗ATP，是主動運輸過程，故A正確；載體蛋白具有相對專一性，體現(xiàn)了膜的選擇透過性，故B錯誤；物質跨膜運輸?shù)倪^程說明了細胞膜具有一定的流動性，故C正確；由于Na+、K+進出細胞的數(shù)量不均衡，故可導致細胞膜內外產生電位差，故D正確。 12．（四川省雙流中學2018屆高三上學期9月月考生物試題）下列關于物質進出細胞膜的敘述，錯誤的是（　?。? A．中耕松土會促進玉米根細胞對土壤溶液中K+的吸收 B．細胞膜相當于一層半透膜，決定了動物細胞吸水或失水 C．胰島素的分泌過程體現(xiàn)了生物膜在結構與功能上緊密聯(lián)系 D．主動運輸、胞吞和胞吐均具有選擇性、均需要消耗能量 【答案】B 【解析】植物根對鉀離子的吸收過程是一個主動運輸過程，需要能量，中耕松土可以提高土壤中氧氣的含量，有利于根細胞的有氧呼吸，從而為根細胞吸收鉀離子提供更多的能量，A正確；細胞膜相當于一層半透膜，而細胞內外濃度差決定了動物細胞吸水或失水，B錯誤；胰島素的化學本質是蛋白質，在內質網(wǎng)初步加工，進入高爾基體進一步加工，整個過程需要線粒體提供能量，有生物膜結構與功能上的聯(lián)系，C正確；主動運輸需要載體和消耗能量，胞吞和胞吐是利用細胞膜的流動性，需要消耗能量，都具有選擇性，D正確。 13．（湖南省衡陽市八中2018屆高三第二次（10月）月考生物試題）生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中發(fā)揮著極其重要的作用，圖中表示3種生物膜結構及其所發(fā)生的部分生理過程。下列敘述正確的是（　?。? A．圖l表示的生理過程是有氧呼吸的第三階段，產生的大量能量主要用于合成ATP B．圖2若是肌細胞內的生物膜，CO2的運輸過程為b C．植物根細胞吸收礦質元素離子消耗的能量來源于圖3中合成的ATP D．圖1-3中生物膜的功能不同，從其組成成分分析，主要原因是含有的蛋白質不同 【答案】D 14．（甘肅省會寧縣第一中學2018屆高三上學期第一次月考理綜生物試題）某科研人員利用玫瑰花瓣進行質壁分離和復原實驗，將其置于一定濃度的蔗糖溶液中。下列有關敘述正確的是（ ） A．若去掉玫瑰花瓣細胞壁，則不能發(fā)生滲透失水 B．質壁分離過程中，蔗糖溶液將出現(xiàn)玫瑰紅色 C．質壁分離復原過程中，細胞液的濃度逐漸升高 D．質壁分離時間過長，將不會發(fā)生質壁分離復原 【答案】D 【解析】如果去掉玫瑰花瓣細胞壁，但還有原生質層的存在，依然能發(fā)生滲透失水，A錯誤。質壁分離過程中，蔗糖溶液還是無色的，液泡中有玫瑰紅色，B錯誤。質壁分離復原過程中，因為吸水較多，細胞液的濃度是降低的，C錯誤。質壁分離時間過長，細胞會因為失水而死亡，所以不會再發(fā)生質壁分離的復原，D正確。 15．（河北省大名縣第一中學2018屆高三（普通班）上學期第一次月考生物試題）下列能發(fā)生滲透吸水現(xiàn)象的是（　?。?、高爾基體　　磷脂　　 （2）ATP　　在其膜外殼中加入K+的載體　 （3）在該結構的膜外殼中加入能與癌細胞特異性結合（識別）的信號分子（蛋白質、糖蛋白） （4）通過呼吸作用（分解）釋放能量（ATP） （5）細胞代謝（代謝）　　肝細胞膜受損（或細胞裂解） 【解析】（1）該模型能自己移動和改變形態(tài)，類似于內質網(wǎng)、高爾基體產生的囊泡，其邊界主要由磷脂分子構成。 （2）ATP是生命活動的直接能源物質。K+以主動運輸?shù)姆绞竭M入囊泡，需要相應的載體蛋白的協(xié)助，該結構缺乏載體蛋白，所以K+不能進入其中。在其膜外殼中加入K+的載體，即可使其能夠吸收K+。 （3）根據(jù)細胞膜的識別功能，在該結構的膜外殼中加入能與癌細胞特異性結合（識別）的信號分子（蛋白質、糖蛋白），即可利用該結構運輸抗癌藥物到達患者體內，且僅與癌細胞密切接觸并釋放藥物。 （4）氨基酸是蛋白質的基本組成單位，培養(yǎng)液中的氨基酸進入細胞后，其主要作用是作為蛋白質合成的原料；葡萄糖是主要的能源物質，被吸收的葡萄糖主要作用是通過呼吸作用（分解）釋放能量（ATP）。 （5）由圖可知，隨培養(yǎng)時間延長細胞中，氨基酸的含量降低，培養(yǎng)液中尿素含量增加，由此可以推測尿素是細胞氨基酸代謝的產物。轉氨酶正常情況下不會排出胞外，在細胞培養(yǎng)液中檢測到該類酶，說明肝細胞膜受損（或細胞裂解）。學_科網(wǎng) 25．（福建省福建師范大學第二附屬中學2018屆高三上學期期中考試生物試題）主動運輸作為一種重要的跨膜運輸方式，可以按照生命所需吸收營養(yǎng)物質，排出代謝廢物，體現(xiàn)了生命活動的“主動性”。為探究主動運輸?shù)奶攸c，科研人員利用下圖裝置進行實驗（圖1），其中HgCl2是一種可以影響ATP水解的新陳代謝抑制劑。請分析回答： （1）該實驗的自變量是________________，因變量是________________。 （2）實驗得到的結果如圖2。 ①根據(jù)實驗結果，添加HgCl2會_____（填“促進”或“抑制”）磷酸鹽的吸收，由此可得出的實驗結論是____________________________________________________________。 ②與甲組相比，丙組吸收磷酸鹽_______________，原因可能是______________。 【答案】（1）是否添加HgCl2和細胞的成熟程度　　實驗前后溶液中磷酸鹽濃度差 （2）抑制　　細胞主動運輸（吸收磷酸鹽）需要能量（或能量供應不足，影響主動運輸）較少　　幼嫩組織供能少，幼嫩組織細胞膜上載體少