高考生物一轮复习讲义123物质跨膜运输的实例与物质跨膜运输的方式
第 3讲 物质跨膜运输的实例与物质跨膜运输的方式
知识点一 细胞的吸水和失水
想一想：细胞吸水时，水分子跨膜运输的状态如何？
知识点二 物质跨膜运输的其他实例
议一议：半透膜与选择透过性膜有哪些异同点？
知识点三 物质进入细胞的方式
比一比：自由扩散、协助扩散和主动运输与胞吞、胞吐有何主要区别？
细胞吸水和失水
哺乳动物成熟的红细胞
成熟的植物细胞
1．只有成熟的植物细胞才发生质壁分离现象。
2．动物细胞无细胞壁，会发生吸水涨破现象，但植物细胞有细胞壁不会因吸水而涨破。
3．渗透作用特指水分子等溶剂分子透过半透膜，由低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。
4．自由扩散是物质顺浓度梯度进出细胞的方式，包含细胞渗透吸水和失水。
5．主动运输是细胞按照生命活动需要主动摄取或排出物质的跨膜运输方式，需要载体协助并消耗ATP。
6．胞吞、胞吐的物质通常是大分子物质、颗粒状物质或液体，通过膜泡运输，非跨膜运输。自我校对：
①半透膜 ②半透膜 ③＜ ④＞ ⑤＝ ⑥细胞膜 ⑦液泡膜 ⑧大液泡 ⑨质壁分离 质壁分离复原 ⑪不同 ⑫不同 ⑬选择性 ⑭水分子 ⑮离子和小分子 ⑯离子、小分子和大分子 ⑰高浓度 ⑱低浓度 ⑲高浓度 ⑳低浓度 载体蛋白 低浓度 高浓度
eq o(○,sup1(24))载体蛋白 能量(ATP) 细胞膜 囊泡 囊泡 融合
想一想：水分子在细胞膜上总是双向运动的。只不过在细胞吸水时，由外向内扩散的水分子总数多于由内向外扩散的水分子总数。
议一议：①相同点：某些物质可以通过，另一些物质不能通过。
②不同点：选择透过性膜一定是半透膜，半透膜不一定是选择透过性膜。
比一比：前三种物质运输方式是小分子和离子的运输方式，不包括大分子，且他们是穿膜运输。胞吞、胞吐是大分子或颗粒性物质的运输方式，运输是通过膜融合实现转移的，被运输的物质不直接穿过生物膜。
,渗透系统的组成分析及应用
1．对比分析
渗透作用模型
植物细胞与外界溶液形成渗透系统
图解
基本组
成或条
件
半透膜两侧
的溶液具有
浓度差
原生质层——选择透过性膜
浓度差——细胞液与外界溶液之间
原理
水分子通过半透膜的扩散作用
细胞液通过原生质层与外界溶液之间发生渗透
水扩散
的方向
低浓度溶液―→高浓度溶液
2.两组相近概念比较
(1)半透膜、选择透过性膜
区别：①半透膜是无生命的物理性薄膜，是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。
②选择透过性膜是具有生命的生物膜，载体的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。
共性：都允许水分子自由通过，而不允许大分子物质通过。
(2)原生质层、原生质体
①原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。此结构仅存在于成熟的植物细胞中。
②原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。
3．渗透系统的应用
(1)比较不同溶液浓度大小
漏斗内
烧杯内
溶液浓度
M
N
现象及结论
①若漏斗内液面上升，则M>N
① 若漏斗内液面不变，则M＝N
③若漏斗内液面下降，则M
乙，被动运输
C．甲>乙，主动运输 D．甲＝乙，主动运输
解析 考查渗透作用相关知识。水分子过膜方式是自由扩散，属于被动运输。洋葱表皮细胞在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理，细胞发生质壁分离后，说明细胞失水了。把发生质壁分离的细胞立即将外表皮放入蒸馏水中，直到细胞中的水分不再增加，此时细胞吸水且细胞液应该小于蔗糖溶液处理前外表皮细胞液的浓度。
答案 B
2．下图为某种植物幼苗(大小、长势相同)均分为甲、乙两组后，在两种不同浓度的KNO3溶液中培养时鲜重的变化情况(其他条件相同且不变)。下列有关叙述，错误的是( )。
两组幼苗在KNO3溶液中的鲜重变化
A．3 h时，两组幼苗均已出现萎蔫现象，直接原因是蒸腾作用和根细胞失水
B．6 h时，甲组幼苗因根系开始吸收K＋、NO，吸水能力增强，使鲜重逐渐提高
C．12 h后，若继续培养，甲组幼苗的鲜重可能超过处理前，乙组幼苗将死亡
D．实验表明，该植物幼苗对水分和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程
解析 3 h后，两组幼苗重量均已低于开始幼苗鲜重，即发生了萎蔫，一方面是因为蒸腾作用散失的水分，另一方面是因放在比根细胞浓度大的KNO3溶液中，根细胞通过渗透作用失水。根系从一开始就通过主动运输吸收K＋、NO，6 h后甲组幼苗鲜重增加说明根细胞吸收的水分比蒸腾作用散失的水分多，根细胞内离子浓度高于外界溶液浓度应在6 h前就开始了，只不过根细胞吸收的水分比蒸腾作用散失的水分少，所以鲜重还是在减少。根细胞内通过主动运输吸收的离子数量在增多，而吸水量也在增加，根细胞内离子浓度在变化，而根外溶液离子被吸收和水分的吸收也在变化，根细胞内外离子浓度差的变化不好确定，所以根的吸水能力不好判定。12 h后，由于甲组根系不断通过主动运输吸收K＋、NO，从而保持根细胞内外浓度差，使其吸水量大于蒸腾量而有可能超过处理前的鲜重量，而乙组放在比根细胞浓度大很多的KNO3溶液中，根细胞通过渗透作用和蒸腾作用不断大量失水造成严重萎蔫最后死亡。通过以上分析可知吸收离子与吸收水分是两个相对独立的过程。
答案 B
,物质跨膜运输的方式3.下图是植物从土壤中吸收某矿物质离子示意图。据图判断，该离子跨膜进入根毛细胞的方式为( )。
A. 自由扩散 B. 协助扩散
C. 主动运输 D. 被动运输
解析 考查学生获取信息的能力和理解能力。结合图示可以看出，该矿质离子的跨膜运输有两个特点：一是逆浓度梯度，二是消耗ATP，故应为主动运输。
答案 C
4．下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是( )。
A．主动运输过程中，需要载体蛋白协助和ATP提供能量
B．在静息状态下，神经细胞不再进行葡萄糖的跨膜运输
C．质壁分离过程中水分子外流导致细胞内渗透压升高
D．抗体分泌过程中，囊泡膜经融合成为细胞膜的一部分
解析 物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输。在静息状态下，神经细胞进行着K＋外流和其他的生命活动，需要能量供给，进行着葡萄糖的跨膜运输和葡萄糖的分解。抗体分泌过程属于胞吐，高尔基体分泌的囊泡到达细胞膜时，囊泡膜与细胞膜融合，成为细胞膜的一部分。
答案 B
5．原尿中葡萄糖、氨基酸等物质的浓度与血浆中的基本相同。原尿经肾小管上皮细胞的选择性重吸收和分泌作用后形成尿液。正常情况下尿液中不含葡萄糖。肾小管上皮细胞中的葡萄糖通过被动运输的方式进入组织液。下图为肾小管壁及相关结构示意图。
回答问题。
(1)肾小管上皮细胞中的葡萄糖浓度________(高于、低于、等于)组织液中的。
(2)原尿中的葡萄糖进入肾小管上皮细胞的运输方式是________，需要________的参与。
(3)肾小管上皮细胞重吸收水分的原理是________，原尿中葡萄糖未能被完全重吸收从而导致尿量增加的原因是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析 (1)依据题干中提供的信息“肾小管上皮细胞中的葡萄糖通过被动运输的方式进入组织液”可推测肾小管上皮细胞中的葡萄糖浓度高于组织液中的葡萄糖浓度。(2)依据题干提供的信息：“原尿中葡萄糖浓度与血浆中的基本相同”、“正常情况下尿液中不含葡萄糖”可推知原尿中葡萄糖进入肾小管上皮细胞的运输方式是主动运输，需要载体蛋白参与。(3)肾小管上皮细胞重吸收水分的原理是渗透作用。原尿中葡萄糖未能被完全重吸收，会使原尿渗透压增加，水分重吸收减弱带走大量水分。
答案 (1)高于 (2)主动运输 载体蛋白和ATP (3)渗透吸水 肾小管腔中液体的浓度高于正常水平，渗透压高，水分重吸收减弱，造成尿量增加
,综合实验探究
6.为研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化，请根据以下提供的实验材料与用具，写出实验思路，设计记录实验结果及原因分析的表格，并填入相应内容。
材料与用具：兔红细胞稀释液、质量分数为1.5%的NaCl溶液、蒸馏水、试管、显微镜等。
(要求：答题时对NaCl溶液的具体配制、待观察装片的具体制作不作要求)
(1)实验思路：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(2)设计一张表格，并将预期实验结果及原因分析填入该表中。
解析 实验目的为研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化，所以需要设置不同梯度浓度的NaCl溶液，实验原理是动物细胞的细胞溶液浓度为0.9%，在浓度低于0.9%的NaCl溶液中动物细胞会吸水膨胀甚至涨破，在浓度高于0.9%的NaCl溶液中动物细胞会失水皱缩，且浓度差越大，现象越明显。
答案 (1)①配制质量分数由低到1.5%的NaCl溶液，分别等量加入各支试管中 ②向上述各支试管中分别加入等量的兔红细胞稀释液，放置一定时间 ③取兔红细胞稀释液和上述试管中的红细胞稀释液制作装片，用显微镜观察并比较红细胞形态的变化
(2)不同浓度NaCl溶液对兔红细胞形态变化记录表
NaCl溶液的浓度
红细胞形态的变化
原因分析
低于一定浓度的NaCl溶液
体积变大甚至涨破
红细胞吸水
一定浓度的NaCl溶液
形态未变
进出红细胞的水分子数相等
高于一定浓度的NaCl溶液
皱缩，体积变小
红细胞失水
7.某实验小组为了探究细胞膜的通透性，将小鼠肝细胞在体外培养一段时间后，检测培养液中的氨基酸、葡萄糖和尿素含量，发现它们的含量发生了明显地变化(如下图)。请回答问题。
(1)由图可知，随培养时间延长，培养液中葡萄糖和氨基酸含量________，尿素含量________。由于在原培养液中没有尿素，推测其是________的产物。
(2)培养液中的氨基酸进入细胞后，其主要作用是________；被吸收的葡萄糖主要通过________作用，为细胞提供________。
(3)转氨酶是肝细胞内参与氨基酸分解与合成的一类酶，正常情况下这类酶不会排出胞外，若在细胞培养液中检测到该类酶，可能的原因是________。
(4)由(1)和(3)可初步判断，细胞膜对物质的转运具有________的特性。
解析 由图可看出培养液中氨基酸和葡萄糖下降，尿素是细胞中脱氨基作用后的产物，通过细胞代谢生成；氨基酸和葡萄糖进入细胞后，主要作用分别为合成蛋白质和呼吸供能；因为细胞膜有选择透过性，正常情况下转氨酶不会排到细胞外，一旦在细胞外检测到，必然是膜受损，失去了选择透过性。
答案 (1)降低 增加 细胞代谢(代谢)
(2)作为蛋白质合成的原料 呼吸(分解) 能量(ATP)
(3)肝细胞膜受损(或细胞裂解)
(4)选择透过(选择通透)
