第10講被動運輸

丁【學習目標】

1.通過對問題探討的分析，理解滲透作用的條件及原理。

2.進行關于植物細胞吸水和失水的實驗操作，分析植物細胞的吸水和失水，理解細胞吸水和失水的過程及應

用。

3.比較自由擴散和協(xié)助擴散的異同點，建構被動運輸?shù)母拍睢?/p>

官8【基礎知識】

一、水進出細胞的原理

號~，一一?注?二，

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1.動物細胞吸水、失水與外界溶液溶液濃度的關系

細胞外溶液濃度與細胞質溶液濃度的大小關系細胞形態(tài)變化水分進出細胞狀況

細胞外溶液濃度大于細胞質溶液濃度皺縮細胞失水多于細胞吸水

細胞外溶液濃度等于細胞質溶液濃度不變細胞失水等于細胞吸水

細胞外溶液濃度小于細胞質溶液濃度膨脹細胞失水少于細胞吸水

2.滲透作用

(1)概念：水分子(或其他溶劑分子)從相對含量高的地方向相對含量低的地方通過半透膜擴散的過程。

(2)滲透作用裝置與滲透作用現(xiàn)象

(3)滲透作用產生的條件：具有半透膜；半透膜兩側存在濃度差。

（4）滲透壓指溶液中溶質微粒對水的吸引力。滲透壓的大小取決于溶液中溶質微粒的數(shù)目，溶質微粒越多,

即溶液濃度越高，對水的吸引力越大，溶液滲透壓越高;反之，溶液滲透壓越低。

（5）“問題探討”所展示的漏斗管內的液面之所以會上升，是水分子通過半透膜向漏斗內擴散的結果。水分

子（或其他溶劑分子）通過半透膜的擴散，稱為滲透作用。滲透的方向是水分子從水的相對含量高的一側

向相對含量低的一側滲透。

歸納總結

水分子都是從相對含量多的到相對含量少的方向凈擴散；水分子都是從滲透壓低的地方凈流向滲透壓高的

地方。

液面上升的原因：單位時間內通過半透膜進入漏斗內的水分子數(shù)大于通過半透膜進入燒杯內的水分子數(shù)。

達到平衡時，通過半透膜進出的水分子數(shù)是相等的，液面高度不變。（液面上升到一定高度就會產生一個

靜水壓，當這個壓力和漏斗內的滲透壓對水分子的作用效果相等時，即通過半透膜進出的水分子數(shù)是相等

的，液面高度不變。）

蔗糖分子不能透過半透膜，達到平衡時，漏斗內的滲透壓還是大于燒杯內的滲透壓。

【易錯警示】

①半透膜兩側的水分子進行的是雙向運動，而不是單向運動，觀測到的現(xiàn)象是由雙向水分子運動的差別所

導致的液面改變。

②當液面高度不再變化時，半透膜兩側仍有水分子進出，且進出速率相同。而兩側溶液的濃度并不一定相

同，兩側的液面高度也不一定相同。

③若溶質分子能通過半透膜，則先是濃度高的一側液面升高，隨后另一側液面上升，最后達到滲透平衡。

④水分子通過半透膜由低濃度溶液向高濃度溶液擴散。此處的濃度是指物質的量濃度，是單位體積中微粒

的多少，不是質量分數(shù)。

二、探究植物細胞的吸水和失水

1.實驗假設：原生質層相當于一層半透膜。

2.預期結果：由于原生質層相當于一層半透膜，水分子可以自由透過，而蔗糖分子不能透過。因此，在蔗糖

溶液中植物細胞的中央液泡會變小，發(fā)生質壁分離；加入清水后，當細胞液濃度大于外界溶液的濃度時，

外界溶液中的水就會透過原生質層進入細胞液，發(fā)生質壁分離的復原。

3.探究植物細胞的吸水和失水

（1）成熟植物細胞內的液體環(huán)境是指液泡里面的細胞液，細胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細胞質稱為原

生質層，相當于半透膜。細胞液、原生質層和外界溶液共同構成一個滲透系統(tǒng)。當外界溶液的濃度低于細

胞液的濃度時，細胞就會吸水；當外界溶液的濃度高于細胞液的濃度時，細胞就會失水。

（2）觀察植物細胞質壁分離和質壁分離復原的實驗步驟：制作洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片一用低倍鏡觀察

洋蔥鱗片葉中央液泡大小，原生質層位置-從蓋玻片一側滴入蔗糖溶液，在蓋玻片另一側用吸水紙引流，

重復幾次一用低倍顯微鏡觀察中央液泡大小和原生質層位置的變化—在蓋玻片的一側滴入清水，在蓋玻片

的另一側用吸水紙引流，重復幾次一用低倍顯微鏡觀察中央液泡大小和原生質層位置的變化。

（3）植物細胞的原生質層相當于一層半透膜，植物細胞通過滲透作用吸水和失水。當細胞液的濃度小于外

界溶液的濃度時，細胞失水，使細胞壁和原生質層都出現(xiàn)一定程度的收縮，由于原生質層比細胞壁的伸縮

性大，原生質層就會與細胞壁逐漸分離開來，也就是逐漸發(fā)生了質壁分離。當細胞液的濃度大于外界溶液

的濃度時，細胞吸水，原生質層就會慢慢恢復成原來的狀態(tài)，逐漸發(fā)生質壁分離的復原。如下圖所示：

原生質層

成熟的植物細胞由于中央大液泡占據(jù)了細胞的大部分空間，將細胞質擠成一薄層，所以細胞內的液體環(huán)境

主要指的是液泡里面的細胞液。細胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細胞質稱為原生質層（原生質層次原生質

體）。水進出細胞，主要是指水通過原生質層進出液泡。

【拓展應用】

①判斷成熟植物細胞是活細胞還是死細胞。

②測定細胞液濃度范圍。

③比較不同植物成熟細胞的細胞液濃度。

④鑒別不同種類的溶液。

1.生命系統(tǒng)的結構層次

結構舉例

概念

層次冷箭竹大熊貓

細胞細胞是生物體結構和功能的基本單位表皮細胞、葉肉細胞上皮細胞、肌肉細胞

上皮組織、肌肉組

由細胞分化產生的形態(tài)、結構與功能相同的細胞保護組織、營養(yǎng)組織、

組織織、結締組織、神經

群，與綱的/腿聯(lián)合在一起構成分生組織、輸導組織

組織

幾種不同的組織極互給合形成的能完成某種特根、莖、葉、花、果心臟、血管、腦、肝

器官

定功能的結構實、種子臟、腎臟、皮膚

呼吸系統(tǒng)、消化系

能共同完成一種或幾種生理功能的多個器官按

系統(tǒng)無系統(tǒng)層次統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、泌尿

照一定的次序組合在一起構成系統(tǒng)

系統(tǒng)等

由若干器官或系統(tǒng)協(xié)同完成復雜生命活動的單

個體冷箭竹大熊貓

個生物，單細胞生物一個細胞構成一個個體

一定時間內聚集在一定區(qū)域中的同押生物個體四川王朗自然保護區(qū)四川王朗自然保護

種群

的總和的所有冷箭竹區(qū)的所有大熊貓

一定時間內聚集在一定區(qū)域中的各種空物/群

群落四川王朗自然保護區(qū)的所有生物

的集合

生態(tài)系統(tǒng)由群落與周圍無機環(huán)境相互作用構成四川王朗自然保護區(qū)

地球上所有生態(tài)系統(tǒng)相互關聯(lián)構成的生態(tài)

生物圈地球上所有的生物與其環(huán)境所構成的統(tǒng)一整體

系統(tǒng)

2.生命活動離不開細胞

事實一：病毒沒有細胞結構，但必須依賴活細胞才能進行生命活動，如病毒的增殖是在細胞中進行的。

事實二：單細胞生物能夠獨立完成生命活動。

事實三：多細胞生物依賴各種分化的細胞密切合作，共同完成一系列復雜的生命活動。

【歸納提升】

①各種生理活動的基礎是細胞代謝；

②生長發(fā)育的基礎是細胞增殖、分化；

③遺傳與變異的基礎是細胞內基因的傳遞和變化。

3.系統(tǒng)和生命系統(tǒng)

①系統(tǒng)是指彼此間相互聯(lián)系、相互作用的組分有規(guī)律地結合而形成的整體。

②一種物質、一個分子或一個原子是一個系統(tǒng)，但不是生命系統(tǒng)，因為生命系統(tǒng)能完成一定的生命活動，

單靠一個分子或一個原子是不可能完成生命活動的。

③生命系統(tǒng)的各個層次各自具有特定的組成、結構和功能，但又層層相依、相互聯(lián)系；各層次生命系統(tǒng)的

形成、維持和運轉都是以細胞為基礎的。

④細胞是地球上最基本的生命系統(tǒng)，生物圈是地球上最大的生命系統(tǒng)。

⑤并不是所有生物都具有生命系統(tǒng)的每個層次，如單細胞生物沒有組織、器官、系統(tǒng)這三個層次，植物沒

有系統(tǒng)這一個層次。

⑥病毒不能脫離細胞獨立完成生命活動不屬于生命系統(tǒng)的層次。

三、被動運輸

1.物質以擴散方式進出細胞，不需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量，這種物質跨膜運輸方式稱為被動運輸。

被動運輸又分為自由擴散和協(xié)助擴散兩類。

2.自由擴散和協(xié)助擴散比較

自由擴散協(xié)助擴散

物質運輸方向順濃度梯度順濃度梯度

是否消耗能量不消耗不消耗

轉運蛋白的種類無載體蛋白和通道蛋白

影響運輸速率的因素膜內外物質濃度梯度膜內外物質濃度梯度和膜上轉運蛋白的數(shù)量

舉例氧氣、二氧化碳、水，甘油、乙離子和一些小分子有機物如葡萄糖、氨基酸等

醇、苯等脂溶性小分子

【易錯提醒】

①哺乳動物成熟的紅細胞吸收葡萄糖時需要轉運蛋白協(xié)助，可以逆濃度梯度進行（x）

提示：哺乳動物成熟的紅細胞吸收葡萄糖為協(xié)助擴散，順濃度梯度。

②甘油是極性分子，所以不能以自由擴散的方式通過細胞膜（x）

提示：甘油是脂溶性的小分子，進入細胞的方式是自由擴散。

③自由擴散和協(xié)助擴散都不需要轉運蛋白和能量（x）

提示：協(xié)助擴散需要轉運蛋白。

④協(xié)助擴散的速率與膜兩側的濃度差成正比（x）

提示：協(xié)助擴散的速率還受轉運蛋白質數(shù)量的限制。

【考點剖析】

考點一：滲透作用和滲透裝置

1.下圖為研究滲透作用的實驗裝置，漏斗內溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）為兩種不同濃度的蔗糖溶

液，水分子可以透過半透膜，而蔗糖分子則不能。當滲透達到平衡時，液面差為m.下列有關敘述正確的

是()

A.滲透平衡時Si溶液的濃度等于S2溶液的濃度

B.若向漏斗中加入蔗糖分子，則平衡時機變小

C.當漏斗內外的高度差達到平衡時，沒有水分子進出半透膜

D.若吸出漏斗中高出燒杯液面的溶液，再次平衡時機將變小

【答案】D

【解析】滲透平衡時S1液面比S2液面高，S1溶液的濃度大于S2溶液的濃度，A錯誤；向漏斗中加入蔗糖

分子，漏斗中蔗糖溶液濃度增大，通過滲透作用進入漏斗中的水分子增加，根增大，B錯誤；漏斗內外的高

度差達到平衡，說明進出半透膜的水分子達到動態(tài)平衡，C錯誤；吸出漏斗中高出燒杯液面的溶液，由于存

在濃度差，水分子還會進入漏斗，水分將漏斗中的溶液稀釋，滲透壓下降，再次平衡時"，將變小，D正確。

滲透裝置變式分析：

(1)半透膜只允許水分子通過

①當半透膜兩側溶液的物質的量的濃度相等時，達到滲透平衡。如

兩側液面高度不變

②當半透膜兩側溶液的物質的量的濃度不相等時，水分從水濃度高的一側向濃度低的一側滲透，直到達到

平衡。如圖

半透膜

10%葡萄糖溶液的物質的量濃度大，因此水分子由10%蔗糖溶液-10%葡萄糖溶液較多，右側液面升高。

考點二：探究植物細胞的吸水和失水

例2.在“探究植物細胞的吸水和失水”實驗中，對紫色洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片進行了三次觀察和

兩次處理，下列敘述正確的是（）

A.第一次觀察為低倍鏡觀察，后兩次為高倍鏡觀察

B.第一次處理滴加的液體為清水，第二次滴加的液體為0.3g/mL的蔗糖溶液

C.若將紫色洋蔥鱗片葉的外表皮換成內表皮，則不會發(fā)生質壁分離

D.紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞中不屬于原生質層的結構有細胞壁、細胞核和細胞液

【答案】D

【解析】三次觀察均為低倍鏡觀察，A錯誤；第一次處理滴加的液體為0.3g/mL的蔗糖溶液，第二次滴

加的液體為清水，B錯誤；若將紫色洋蔥鱗片葉的外表皮換成內表皮，因內表皮細胞也是成熟的植物細胞,

所以也會發(fā)生質壁分離，C錯誤；原生質層是指細胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細胞質，據(jù)此可推知紫色

洋蔥鱗片葉外表皮細胞中不屬于原生質層的結構有細胞壁、細胞核和細胞液，D正確。

【拓展提升】

1.操作步驟分析：

①選擇紫色洋蔥鱗片葉外表皮做實驗材料的原因是紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞有大型紫色液泡，便于觀察

中央液泡的大小變化和原生質層的位置變化。

②本實驗遵循對照原則，所進行的對照是自身對照。第一次對照是新制洋蔥鱗片葉上皮細胞和浸潤在質量

濃度0.3g/mL蔗糖溶液中洋蔥鱗片葉上皮細胞的對照；第二次對照是浸潤在質量濃度0.3g/mL蔗糖溶液中洋

蔥鱗片葉上皮細胞和浸潤在清水中洋蔥鱗片葉上皮細胞的對照；兩次對照的自變量都是浸潤洋蔥鱗片葉上

皮細胞溶液濃度。

③此實驗選擇的換浸潤洋蔥表皮細胞液體環(huán)境的方法是引流法。

④此實驗沒有使用高倍鏡觀察，是教材中唯一一個只在低倍鏡下觀察的實驗。

2.質壁分離后自動復原和不能自動復原的問題

①如果溶液的溶質不能進入細胞，在高濃度溶液中成熟植物只會發(fā)生質壁分離現(xiàn)象，不能發(fā)生自動復原現(xiàn)

象。只有把分離的細胞轉移到清水或低濃度溶液才能復原，如果因細胞失水過度而死亡，即使把分離的細

胞轉移到清水或低濃度溶液也不能復原。

②如果溶液的溶質能進入細胞，在一定濃度的溶液（如KN03、甘油、尿素、乙二醇等）中可發(fā)生質壁分離，

并能自動復原，原因是K+、NO*、尿素、乙二醇等可轉運到細胞內，使細胞液濃度升高，導致細胞進行滲

透吸水而發(fā)生自動復原。如：將成熟植物的細胞依次浸于蒸儲水、物質的量濃度為0.3mol/L的蔗糖溶液和

0.5mol/L的尿素溶液中，原生質體（即植物細胞中細胞壁以內部分）的體積隨時間變化如圖。

A曲線表示細胞在蒸儲水中：細胞略膨脹，但是由于細胞壁的存在，原生質體的體積不能無限膨脹。

B曲線表示細胞在0.5mol/L的尿素溶液中：細胞先因滲透失水而發(fā)生質壁分離，后由于尿素能進入細胞，

使得質壁分離后的細胞因吸水而自動復原；細胞在KNO3、甘油、乙二醇等溶液中也可發(fā)生質壁分離后自動

復原現(xiàn)象。

C曲線表示細胞在0.3mol/L的蔗糖溶液中：蔗糖不能進入細胞，因此質壁分離后細胞不能發(fā)生自動復原。

考點三：被動運輸

例3.如圖甲、乙分別表示由載體蛋白和通道蛋白介導的兩種物質運輸方式，其中通道介導的運輸

速率比載體介導的快一千倍。下列敘述錯誤的是（）

A.細胞膜上的大多數(shù)蛋白質具有一定的流動性

B.這兩種蛋白對運輸?shù)奈镔|可能均具有專一性

C.通道介導的運輸速率較快可能是因為其消耗的能量較多

D.載體介導的運輸速率會受到載體蛋白數(shù)量的限制

【答案】C

【解析】根據(jù)細胞膜的流動鑲嵌結構模型可知，細胞膜上的大多數(shù)蛋白質具有一定的流動性，載體蛋白和

通道蛋白也不例外，A正確；載體蛋白和通道蛋白均具有專一性，B正確；通道介導的運輸速率較快與其結

構特點有關，但通道蛋白轉運物質都是順濃度梯度進行的，不消耗能量，C錯誤；載體介導和通道蛋白轉運

的物質運輸速率都受到載體蛋白數(shù)量的限制，D正確。

歸納提升

1.被動運輸?shù)念愋?/p>

方式自由擴散（也叫簡單擴散）協(xié)助擴散（也叫易化擴散）

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3——水分子

借助膜上的轉運蛋白（分為載體蛋白

特點物質通過簡單的擴散作用進出細胞

和通道蛋白）進出細胞的擴散

葡萄糖進入紅細胞、水分子借助水通

實例02、CO2、甘油、乙醇、苯等

道蛋白進出細胞

2.被動運輸?shù)挠绊懸蛩?/p>

（1）被動運輸?shù)乃俾手苯邮苣韧馕镔|濃度梯度大小的影響。

（2）協(xié)助擴散的速率還與轉運蛋白的數(shù)量有關。

【真題演練】

1.（2022?湖南?高考真題）原生質體（細胞除細胞壁以外的部分）表面積大小的變化可作為質壁分離實驗

的檢測指標。用葡萄糖基本培養(yǎng)基和NaCl溶液交替處理某假單抱菌，其原生質體表面積的測定結果如圖所

示。下列敘述錯誤的是（）

(-G

EE

15-

5.275

莊

脂-

園

L25晅15-

爬

般

-

盤

5拄.275

眼

眼3

O.0.。

出

O..27卅-

幽

5廖5-

OO

123456

培養(yǎng)時間（h）培養(yǎng)時間（h）

甲組：0.3mol/LNaCl丙組：L5mol/LNaCl

A.甲組NaCl處理不能引起細胞發(fā)生質壁分禺，表明細胞中NaCl濃度NO.3moi/L

B.乙、丙組NaCl處理皆使細胞質壁分離，處理解除后細胞即可發(fā)生質壁分離復原

C.該菌的正常生長和吸水都可導致原生質體表面積增加

D.若將該菌先65℃水浴滅活后，再用NaCl溶液處理，原生質體表面積無變化

2.（2022?浙江?高考真題）“觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及質壁分離復原”實驗中，用顯微鏡觀察到的結果

如圖所示。下列敘述正確的是（）

A.由實驗結果推知，甲圖細胞是有活性的

B.與甲圖細胞相比，乙圖細胞的細胞液濃度較低

C.丙圖細胞的體積將持續(xù)增大，最終脹破

D.若選用根尖分生區(qū)細胞為材料，質壁分離現(xiàn)象更明顯

3.（2022.全國?高考真題）植物成熟葉肉細胞的細胞液濃度可以不同。現(xiàn)將a、b、c三種細胞液濃度不同的

某種植物成熟葉肉細胞，分別放入三個裝有相同濃度蔗糖溶液的試管中，當水分交換達到平衡時觀察到：

①細胞a未發(fā)生變化；②細胞b體積增大；③細胞c發(fā)生了質壁分離。若在水分交換期間細胞與蔗糖溶液沒

有溶質的交換，下列關于這一實驗的敘述，不合理的是（）

A.水分交換前，細胞b的細胞液濃度大于外界蔗糖溶液的濃度

B.水分交換前，細胞液濃度大小關系為細胞b＞細胞a＞細胞c

C.水分交換平衡時，細胞c的細胞液濃度大于細胞a的細胞液濃度

D.水分交換平衡時，細胞c的細胞液濃度等于外界蔗糖溶液的濃度

4.（2021?江蘇?高考真題）采用紫色洋蔥鱗片葉外表皮進行質壁分離實驗，下列相關敘述正確的是（）

A.用攝子撕取的外表皮，若帶有少量的葉肉細胞仍可用于實驗

B.將外表皮平鋪在潔凈的載玻片上，直接用高倍鏡觀察細胞狀態(tài)

C.為盡快觀察到質壁分離現(xiàn)象，應在蓋玻片四周均勻滴加蔗糖溶液

D.實驗觀察到許多無色細胞，說明紫色外表皮中有大量細胞含無色液泡

5.（2021?湖南?高考真題）質壁分離和質壁分離復原是某些生物細胞響應外界水分變化而發(fā)生的滲透調節(jié)

過程。下列敘述錯誤的是（）

A.施肥過多引起的“燒苗”現(xiàn)象與質壁分離有關

B.質壁分離過程中，細胞膜可局部或全部脫離細胞壁

C.質壁分離復原過程中，細胞的吸水能力逐漸降低

D.Imol/LNaCl溶液和lmol/L蔗糖溶液的滲透壓大小相等

6.（2021?廣東?高考真題）保衛(wèi)細胞吸水膨脹使植物氣孔張開。適宜條件下，制作紫鴨跖草葉片下表皮臨

時裝片，觀察蔗糖溶液對氣孔開閉的影響，圖為操作及觀察結果示意圖。下列敘述埼退的是（）

用等滲溶液恢復用等滲溶液恢復

滴加蔗糖初始狀態(tài)后滴加初始狀態(tài)后滴加

型點溶液①

蔗糖溶液②z蔗糖溶液③/

細胞聞加

浸潤林下八R浸潤標本浸潤標本A--

■：!同一氣孔一段時高一段時高弋;

W圖一段時間

后觀察后觀察后觀察

A.比較保衛(wèi)細胞細胞液濃度，③處理后〉①處理后

B.質壁分離現(xiàn)象最可能出現(xiàn)在滴加②后的觀察視野中

C.滴加③后有較多水分子進入保衛(wèi)細胞

D.推測3種蔗糖溶液濃度高低為②，①〉③

7.（2017?上海?高考真題）在洋蔥鱗片葉外表皮細胞的質壁分離和復原實驗中，液泡的體積會隨外界溶液

濃度的變化而改變，如圖所示。圖中①②兩處滴加的溶液分別是（）

液

泡

體

積

0

t時間

t

①②

溶液

的蔗糖

-mLi

.3g

水、0

B.清

、清水

清水

A.

糖溶液

＞的蔗

-mL

0.3g

溶液、

的蔗糖

皿1?

.3g

D.0

清水

溶液、

的蔗糖

-mLi

.3g

C.0

方

（箭頭

如下

意圖

輸示

膜運

的跨

分子

，水

液中

的溶

濃度

不同

置于

細胞

兔紅

）將家

真題

高考

江?

?浙

（2017

8.

）

是（

確的

述正

列敘

）。下

多少

入的

子出

水分

表示

粗細