2020-2021年高考生物一轮复习考点讲解与练习：细胞的物质输入与输出
2020-2021 年高考生物一轮复习考点讲解与练习：细胞的物质输入与输出
[考纲展示]
1.物质出入细胞的方式(Ⅱ)
2.实验：通过模拟实验探究膜的透性
3.实验：观察植物细胞的质壁分离和复原
【核心概念及重要结论】
1．生物膜之间可通过囊泡的转移实现膜成分的更新；内质网通过直接的结构联系也可进行核膜、细胞膜
的成分更新。
2．渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差；水分子的渗透作用实质是水分子的自由扩散过程。
3．动物细胞也可通过渗透作用吸水和失水；动物细胞在任何情况下都不会发生质壁分离现象。
4．原生质层由细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质组成，具有选择透过性。
5.出现质壁分离状态的植物细胞既可能是正在发生质壁分离也可能是质壁分离正在复原。
6.利用植物细胞的质壁分离实验可以判定细胞的活性和细胞液浓度的大小
7．细胞膜和其他生物膜都具有选择透过性。
8．小分子和离子的跨膜运输体现选择透过性，胞吞和胞吐只能体现流动性。
9．.组成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的，体现了生物膜具有一定的流动性的结构
特点。
10．糖被只分布于细胞膜外侧，是判断细胞膜内外侧的标志。
11.细胞膜外的糖可以与膜上蛋白质或脂质结合构成细胞膜上的受体，参与细胞间的信息交流。
12．生物膜选择透过性的物质基础主要是生物膜上载体蛋白，磷脂双分子层也具有选择性。
13．自由扩散、协助扩散的动力来自膜内外浓度差。
14．主动运输、胞吐、胞吞均需消耗能量。
15．主动运输、协助扩散均需要载体蛋白。
16.温度变化影响物质进出细胞的速率，低温通过影响分子运动速率以及化学
反应速率而影响运输速率；高温条件对物质进出细胞速率影响需要综合考虑分子运动速率、载体活性、
酶活性、能量供应等多种因素。
17.水分子可以依靠水通道进行运输，水通道与人体体液平衡的维持密切相关。如：肾小球的滤过和肾小
管的重吸收。
【考点速览】
考点一：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。
(2)明确渗透系统的组成及条件
①具有半透膜。半透膜可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃
纸。
②半透膜两侧的溶液具有浓度差。浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子数的差，即物质的量浓度
之差，而不是质量分数浓度差。
(3)常见渗透装置图分析
①水分的流动判断：当溶液浓度 S1>S2 时，水分就通过半透膜由 S2 流向 S1；当溶液浓度 S1
细胞质浓度⇒细胞失水皱缩。
③外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出平衡。
3．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
(2)原理和现象
①外界溶液浓度＞细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。
②外界溶液浓度＜细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。
考点二： 观察植物细胞的质壁分离和复原(实验)
1．实验原理
(1)成熟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，能渗透吸水和失水。
(3)原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。
2．实验步骤
操作一：观察新制取的洋葱表皮
①制作紫色洋葱鳞片叶外表皮的临时装片
②低倍显微镜观察
有一个紫色的中央大液泡
原生质层紧贴细胞壁
操作二：将洋葱表皮置于较大浓度的溶液中观察
②低倍显微镜观察
中央液泡逐渐变小 紫色加深
原生质层与细胞壁逐渐分离
操作三：将操作二中的洋葱表皮置于清水中观察
②低倍显微镜观察
中央液泡逐渐变大
原生质层逐渐贴近细胞壁
3．实验结论
考点三： 物质出入细胞的方式
1．物质跨膜运输的其他实例
番茄和水稻吸收无机盐离子的比较：
科学家将番茄和水稻分别放在含有 Ca2＋、Mg2＋和 SiO4－
4 的培养液中培养，结果及分析如下：
(1)实验结果
①不同植物对同一种无机盐离子的吸收有差异。
②同一种植物对不同种无机盐离子的吸收也有差异。
(2)实验结论：植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。
(3)微生物吸收无机盐离子的特点
①不同微生物对无机盐离子的吸收有选择性。
②不同微生物对各种无机盐离子的需要量不同。
2．物质跨膜运输的方式
3．物质跨膜运输方式的图解
1．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，原因是受载体数量的限制。
(2)氧气含量对物质跨膜运输的影响
通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。
①P 点时：无氧呼吸为物质的吸收提供能量。
②PQ 段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量增多，主动运输的速率增大。
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。
(3)温度：
温度影响物质运输速率时，既与分子的运动有关，也与细胞呼吸有关。
2．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
【重点突破】
一、水分子进出细胞的分析：
1.细胞吸水、失水的判断：
(1)通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断：当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；
当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水；当细胞外溶液与细胞液的浓度相等时，细胞失水量
和吸水量相等，处于动态平衡。
(2)根据重量或长度变化(如萝卜条)来判定：若重量增加或长度变长，则吸水；反之则失水。
2．关于质壁分离和复原实验的四个注意点
(1)将发生质壁分离的植物细胞置于低浓度的溶液或蒸馏水中，植物细胞会发生质壁分离的复原，但如
果所用溶液为葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇等能被细胞吸收的物质，发生质壁分离后因细胞主动或被
动吸收溶质而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
(2)质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，质壁分离程度越大，植物细胞吸水能力越强；质
壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度。
(3)质壁分离与复原过程中水分子的移动是双向的，但结果是单向的。
(4)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。
3．质壁分离实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞是否有生物活性
待测成熟植物细胞＋一定浓度的蔗糖溶液
⇓
镜检
发生质壁分离→活 细胞
不发生质壁分离→死 细胞
(2)测定细胞液浓度范围
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液――→
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
不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液――→
镜检 发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液
浓度越大。
(4)比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液――→
镜检 记录刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→
判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)。
(5)鉴别不同种类的溶液(如 KNO3 和蔗糖溶液)
成熟植物细胞＋不同种类溶液
⇓
镜检
只发生质壁分离→蔗糖溶液
质壁分离后自动复原→KNO3溶液
二、物质进出细胞的方式：
1.同种物质进出不同细胞的方式：
（1）葡萄糖
进入红细胞：协助扩散
进入小肠绒毛上皮细胞
肾小管重吸收葡萄糖 主动运输
（2）Na＋
进入神经细胞：协助扩散 靠离子通道
运出神经细胞：主动运输 Na＋－K＋泵
（3）K＋
进入神经细胞：主动运输 Na＋－K＋泵
运出神经细胞：协助扩散 靠离子通道
2.物质运输的三个“不一定”。
（1）胞吐、胞吞的不一定是大分子物质，如神经递质是小分子物质，通过胞吐排出细胞。
（2）生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如 RNA 和蛋白质
可通过核孔出入细胞核。
（3）消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。
【真题训练】
1．(2018·全国卷Ⅰ)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是
A．在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的 N2 和 NO－
3
B．农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C．土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D．给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象
A [小麦不能直接吸收利用土壤中的 N2，N2 必须被固定后，才能被植物吸收利用，A 错误；农田适时
松土可以增加土壤中的氧气，增强农作物根系的有氧呼吸，有利于农作物根细胞通过主动运输的方式
对矿质元素进行吸收，B 正确；土壤微生物可以将秸秆中的有机物分解成无机离子等，植物的根系能吸
收这些无机离子用于生命活动，C 正确；给玉米施肥过多时，土壤渗透压升高，当其高于玉米根的细胞
液渗透压时，玉米会因根系水分外流而出现“烧苗”现象，D 正确。]
2．(2017·全国卷Ⅱ)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质 A 溶液中，发现其原生质体(即植物细胞
中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是( )
A．0～4 h 内物质 A 没有通过细胞膜进入细胞内
B．0～1 h 内细胞体积与原生质体体积的变化量相等
C．2～3 h 内物质 A 溶液的渗透压小于细胞液的渗透压
D．0～1 h 内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压
C [本题考查渗透作用、植物细胞的吸水与失水。0～4 h 内，开始一段时间内，原生质体的相对体积
逐渐减小，说明细胞液浓度小于物质 A 溶液的浓度，当原生质体相对体积达到最小后又逐渐增大，说
明部分物质 A 通过细胞膜进入细胞内，使细胞液浓度增大，从而使细胞吸水，表现为原生质体相对体
积逐渐增大，A 错误；因细胞壁的伸缩性较小，而原生质体的伸缩性较大，故 0～1 h 内细胞体积的变
化量小于原生质体体积的变化量，B 错误；据图可知，2～3 h 内，原生质体的相对体积增大，表明细胞
吸水，此时物质 A 溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C 正确；0～1 h 内，原生质体的相对体积减小，
表明细胞失水，此时液泡中液体(细胞液)的渗透压小于细胞质基质的渗透压，细胞质基质的渗透压又小
于物质 A 溶液的渗透压，D 错误。]
3．(2016·全国卷Ⅰ)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．离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B．离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的
C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
C [由题意可知，离子通过离子泵进行跨膜运输需要消耗能量，而协助扩散不需要消耗能量，故 A 项
错误；消耗能量的物质跨膜运输一般是逆浓度梯度进行的，故 B 项错误；动物一氧化碳中毒会影响红
细胞运输氧，进而影响有氧呼吸，影响 ATP 的合成，从而降低离子泵跨膜运输离子的速率，故 C 项正
确；离子泵是一种蛋白质，因此加入蛋白质变性剂会破坏离子泵的结构，进而降低离子泵跨膜运输离
子的速率，故 D 项错误。]
4．(2016·海南高考)下列关于膜蛋白和物质跨膜运输的叙述，错误的是( )
A．膜蛋白在细胞膜上的分布是不对称的
B．膜蛋白不参与物质跨膜运输的被动运输过程
C．主动运输可以使被运输离子在细胞内外浓度不同
D．物质通过脂质双分子层的扩散速率与脂溶性有关
B [膜蛋白镶嵌、贯穿或覆盖磷脂双分子层，在细胞膜上的分布是不对称的，A 项正确；膜蛋白参与
协助扩散过程，B 项错误；主动运输是逆浓度运输离子，使细胞内外离子浓度不同，C 项正确；脂溶
性物质容易通过细胞膜，非脂溶性物质不容易通过细胞膜，D 项正确。]
5．(2015·全国卷Ⅱ)将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，一
段时间后，测定根吸收某一矿质元素离子的量。培养条件及实验结果见下表：
培养瓶中气体 温度(℃) 离子相对吸收量(%)
空气 17 100
氮气 17 10
空气 3 28
下列分析正确的是( )
A．有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收
B．该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关
C．氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗 ATP
D．与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收
A [A 项，温度为 17 ℃时，在空气环境中，根对该离子的相对吸收量高于在氮气环境中的，说明有氧
条件有利于该植物幼根吸收该离子，同时说明幼根对该离子的相对吸收量与氧气有关，为主动运输。
B 项，在空气环境中，低温下幼根对该离子的相对吸收量较低，说明温度能够影响根对该离子的吸收。
C 项，幼根对该离子的吸收方式为主动运输，需要消耗 ATP，在氮气环境中，植物可通过无氧呼吸产
生 ATP。D 项，温度为 17 ℃时，与空气环境中相比，氮气环境中该植物幼根对该离子的相对吸收量较
低，说明氮气环境不利于该植物幼根对该离子的吸收。]
6．(2015·全国卷Ⅱ)下列过程中，不属于胞吐作用的是( )
A．浆细胞分泌抗体到细胞外的过程
B．mRNA 从细胞核到细胞质的过程
C．分泌蛋白从胰腺的腺泡细胞到胞外的过程
D．突触小泡中的神经递质释放到突触间隙的过程
B [A 项浆细胞分泌抗体、C 项胰腺的腺泡细胞向胞外分泌蛋白、D 项突触小泡向突触间隙释放神经
递质都属于胞吐作用。B 项 mRNA 是通过核孔从细胞核进入细胞质的，不属于胞吐作用。]
7．(2018·全国卷Ⅱ)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( )
A．吞噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散
B．固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输
C．神经细胞受到刺激时产生的 Na＋内流属于被动运输
D．护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
C [吞噬细胞依赖细胞膜的流动性以胞吞的方式摄入病原体，A 项错误；固
醇类激素属于脂质，以自由扩散的方式进入靶细胞，B 项错误；神经细胞受到刺激时，Na＋顺浓度梯度
内流，属于被动运输，C 项正确；甘油以自由扩散的方式进入细胞，D 项错误。]
8．(2014·全国卷Ⅰ)下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是( )
A．与白色花瓣相比，采用红色花瓣有利于实验现象的观察
B．用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察
C．用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同
D．紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素，有利于实验现象的观察
B [红色花瓣细胞的液泡呈红色，比白色花瓣更便于观察质壁分离现象，A 项正确；黑藻叶片的叶肉
细胞中液泡呈无色，叶绿体的存在使原生质层呈绿色，有利于实验现象的观察，B 项错误；紫色洋葱鳞
片叶外表皮不同部位细胞的细胞液浓度不一定都相同，用相同浓度的外界溶液进行质壁分离实验时观
察到的质壁分离程度可能不同，C 项正确；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡含有色素，呈紫色，有利
于实验现象的观察，D 项正确。]
9．(2014·江苏高考)在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进
行了三次观察(如图所示)。下列有关叙述正确的是
( )
A．第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域
B．第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处
C．吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头
D．为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤
B [A 项，第一次观察时由于未滴加蔗糖溶液，细胞还没有发生质壁分离，较易观察到的是紫色的大
液泡，由于此时液泡占整个细胞体积的比例较大，因此观察到的无色的细胞质基质区域应较小。B 项，
第二次观察时已经通过引流法使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中，可以发现首先从细胞
的角隅处开始发生质壁分离。C 项，吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水，使溶液浸润整个标本。
D 项，第一次显微观察是为了获得实验前的现象，以便于和实验中的现象变化进行前后对照，因此不
能省略。]
【专项训练】
1.动物细胞内低 Na＋高 K＋的离子浓度对于神经冲动的产生、细胞渗透平衡等生命活动具有重要作用。这
种浓度差与细胞膜上的 Na＋－ K＋泵有关，其作用原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A．Na＋和 K＋的运输方式为主动运输
B．Na＋－ K＋泵每次运输的 Na＋数量多于 K＋
C．在细胞培养液中加入乌苯苷会影响 K＋的运输
D．该运输过程的持续会导致大量 ADP 的积累
D [读图可知，Na＋和 K＋的运输过程中需要载体蛋白参与且消耗 ATP，其运输方式为主动运输，A 正
确；Na＋－ K＋泵每次运输中，泵出 3 个 Na＋泵入 2 个 K＋，即每次运输的 Na＋数量多于 K＋，B 正确；
乌苯苷会竞争与载体蛋白的结合位点，C 正确；在细胞内 ATP 和 ADP 之间的转化存在一个动态平衡，
因此该运输过程的持续不会导致 ADP 大量积累，D 错误。]
2.主动运输的能量可来自 ATP 水解或电化学梯度(离子的浓度梯度)，如图是与
小肠上皮细胞有关的葡萄糖跨膜运输的示意图，其中 a、b、c 表示载体蛋白。据图分析，下列叙述正
确的是( )
A．载体蛋白 b 转运葡萄糖的过程中需要 ATP 水解供能
B．在载体蛋白 c 的协助下，细胞内外的 Na＋浓度趋于相同
C．肠腔中的 Na＋浓度降低，会影响小肠上皮细胞吸收葡萄糖
D．机体短暂的供氧不足，会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液
C [载体蛋白 b 转运葡萄糖是从高浓度向低浓度一侧运输，为协助扩散，不需要消耗 ATP，A 错误；
载体蛋白 c 运输 Na＋，是由低浓度向高浓度一侧运输，为主动运输，最终会使细胞外的 Na＋浓度高于
细胞内的 Na＋浓度，B 错误；葡萄糖运出小肠上皮细胞进入组织液时，是从高浓度向低浓度一侧运输，
为协助扩散，不需要消耗 ATP，机体短暂的供氧不足，不会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液，
D 错误。]
3.H＋的跨膜运输有的与质子泵(H＋的载体蛋白)有关。质子泵分为三种，一种为
生成 ATP 的 F•型质子泵，两种为消耗 ATP 的 P•型质子泵和 V•型质子泵。下列说法正确的是( )
A．F•型质子泵为 H＋逆浓度梯度运输
B．P•型质子泵为 H＋顺浓度梯度运输
C．类囊体薄膜上的质子泵为 V•型
D．线粒体内膜上的质子泵为 F•型
D [H＋逆浓度梯度运输需消耗 ATP，即可能与 P•型质子泵或 V•型质子泵有关，A 错误；H＋顺浓度梯
度运输既不消耗也不合成 ATP，与 P•型质子泵无关，B 错误；类囊体薄膜上发生合成 ATP 的光反应，
应与 F•型质子泵有关，C 错误；线粒体内膜上发生生成 ATP 的化学反应，即与 F•型质子泵有关，D 正
确。]
4． 下列关于细胞物质输入和输出的叙述，错误的是( )
A．受 O2 浓度影响的物质运输方式一定需要载体
B．性激素和胰岛素的运输方式不同
C．水的跨膜运输是顺相对含量梯度的
D．某些离子和一些较大的分子可以顺浓度梯度进行协助扩散
A [胞吞、胞吐受 O2 浓度的影响，但不需要载体。]
5.如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同含氧量及不同底物浓度情况下(其他条件适宜)，从含硝酸钾的全
营养液中吸收 NO－
3 的速率曲线图。相关描述不正确的是
甲 乙
A．A 点时影响离子吸收速率的主要因素是能量
B．B 点时离子吸收速率不再增加是因为载体的数量有限
C．C 点时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度
D．D 点时离子吸收速率不再增大是因为底物浓度太高，细胞发生质壁分离
D [洋葱根尖吸收 NO－
3 的方式是主动运输，吸收速率受能量、载体和底物浓度的影响。A 点时吸收速
率未达到最大，限制因素是 O2 浓度，而 O2 浓度通过影响呼吸作用产生的能量影响吸收速率，故此时
主要影响因素是能量，A 正确；B 点时离子吸收速率不再随着 O2 浓度的增大而增大，此时的限制因素
是载体的数量，B 正确；C 点时离子吸收速率未达到最大，此时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓
度，C 正确；D 点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大，其他条件适宜，则其主要是因为载体数
量有限，D 错误。]
6.如图 A 为两个渗透装置，溶液 a、b 为不同浓度的同种溶液，且 a 溶液浓度
b>a
D [由图可知：红细胞浸入 a 溶液中保持正常形态，说明 a 溶液浓度等于细胞内液的溶质浓度；红细
胞浸入 b 溶液中吸水膨胀，说明 b 溶液浓度小于细胞内液的溶质浓度；红细胞浸入 c 溶液中失水皱缩，
说明 c 溶液浓度大于细胞内液的溶质浓度。因此，a、b、c 溶液浓度大小：b
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