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2018-2019生物新课堂同步(课件+讲义+习题)中图必修1全国通用版第3单元 第1章 第2节 细胞膜的物质运输功能

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    第二节 细胞膜的物质运输功能


1.简述物质运输的几种形式。(重点)
2.分析植物质壁分离和质壁分离复原实验。(难点)
3.理解物质穿膜运输和膜泡运输。(难点)


                             穿  膜  运  输  与  膜  泡  运  输


1.穿膜运输
            运输方向:分子密度高→分子密度低
    单纯扩散
  被        {   实例:水分子、脂溶性小分子          )
  动         运输方向:分子密度高→分子密度低
  运{协助扩散            条件:需载体            )
(1)输       { 实例:血浆中的葡萄糖进入红细胞          )
(2)主动运输
          细胞膜上相应载体的协助
①基本条件{消耗细胞代谢产生的能量)
②实例:无机盐离子通过细胞膜。

(3)细胞膜的功能特点:选择透过性。
2.膜泡运输
(1)被运输的物质:大分子和颗粒物质。
(2)运输方式


                     图 1                图  2

①图  1 所示运输方式:内吞。
a.过程:
                与细结胞合膜                   细脱胞离膜
                ――→                      ――→
大分子和颗粒物质           细胞膜内陷→形成小囊泡              进入细胞中。
b.主要类型:吞噬作用和胞饮作用。
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    ②图  2 所示运输方式:外排。
    过程:大分子分泌物等形成囊泡→与细胞膜融合→释放到细胞外。


    [合作探讨]
    探讨1:试从物质运输动力角度分析,为什么单纯扩散和协助扩散被称为被
动运输?
    提示:单纯扩散和协助扩散的物质运输动力都是物质浓度差,即都是顺浓

度梯度进行的,不需要消耗能量,所以统称为被动运输。

    探讨2:主动运输需要的能量主要通过细胞进行有氧呼吸提供。植物生长需
从土壤中吸收大量无机盐。请解释在农业生产中为什么要给作物松土?

    提示:松土增加土壤         O2 含量,促进有氧呼吸,有利于植物主动吸收各种无
机盐离子。

    探讨3:从主动运输的条件角度分析,与主动运输有直接关系的细胞器有哪
些?
    提示:能量——线粒体;载体蛋白——核糖体。

    探讨4:内吞和外排是否需要消耗能量?是否需要载体蛋白协助?与膜的流
动性是否有关?
    提示:需要能量,不需要载体蛋白,与膜的流动性有关。

    [思维升华]
    1.物质穿膜运输方式——膜的选择透过性
     物质穿膜运输                 被动运输
                                                  主动运输
        的方式          单纯扩散         协助扩散
                    高浓度→低        高浓度→低
     物质运输方向                                    低浓度→高浓度
                       浓度           浓度
     是否需要载体           不需要           需要              需要

     是否消耗能量           不消耗          不消耗            消耗   ATP

         图例
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                    O2、CO2、                   小肠上皮细胞吸收
                                 红细胞吸收
         举例        H2O、甘油、                    葡萄糖、氨基酸、
                                   葡萄糖
                    乙醇、苯等                         无机盐等

    2.判断物质运输方式的方法
    (1)据分子大小判断:


    (2)根据运输方向判断:逆浓度梯度的穿膜运输方式是主动运输。
    3.影响物质穿膜运输的因素
    (1)物质浓度(在一定的浓度范围内):


                  单纯扩散       协助扩散或主动运输

    (2)氧气浓度:


                   单纯扩散或协助扩散     主动运输


    1.如图甲、乙表示小肠绒毛上皮细胞中的细胞膜对不同物质的转运(每种物
质转运的方向由箭头标明,黑点的数量代表每种物质的浓度),下列叙述正确的
是(  )
                                                 【导学号:60150134】
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                           甲                  乙

     A.a 物质可能是氧气,b       物质可能是葡萄糖
     B.a 物质可能是水,b      物质可能是甘油
     C.a 物质可能是胆固醇,b        物质可能是氧气
     D.a 物质可能是葡萄糖,b        物质可能是氨基酸
     【解析】 甲图物质运输从高浓度到低浓度,且没有载体,所以是单纯扩

 散,可能是氧气、水、胆固醇、甘油等。乙图物质从低浓度到高浓度,消耗能

 量,该过程是主动运输,如葡萄糖进入组织细胞。故选                        A。

     【答案】 A
     2.下图表示在一定范围内细胞膜外某物质浓度变化与该物质进入细胞膜内
 速率的关系,据图分析,下列说法正确的是(  )


     A.该物质进入细胞的方式是单纯扩散
     B.该物质通过膜时必须与载体蛋白结合
     C.该物质可能是水或甘油
     D.该物质只能从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动
     【解析】 由图可知,该物质穿膜速率刚开始时与膜外该物质浓度成正比,
说明是顺着浓度梯度运输的。最后穿膜速率达到饱和,说明该物质运输还与膜
上载体的数量有关。水和甘油通过单纯扩散进出细胞。

     【答案】 B
     3.细胞吸收物质的方式之一是内吞,具体过程是:当物质吸附在细胞膜上
 时,细胞膜内陷,形成小囊泡,囊泡在移动的过程中在细胞内溶解消失,把物

 质留在细胞质内。以下对内吞的理解正确的是(  )
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                                                 【导学号:60150135】

    A.体现了细胞膜的功能特性是选择透过性
    B.这个过程不需要消耗能量
    C.该过程用于吸收小分子物质
    D.体现了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性
    【解析】 由题意知,该物质进入细胞时,并非通过细胞膜;其原理是以
细胞膜的流动性为生理基础;膜分子的运动亦需要消耗能量。内吞主要是细胞

吸收大分子物质的方式,体现了细胞膜具有一定的流动性。

    【答案】 D

                                         渗  透  作  用


                     结构基础:渗透系统
                           具有半透膜
              发生条件   半透膜两侧的两个溶液体系
    1.渗透作用{         {      具有浓度差         ))
    2.半透膜
    (1)过滤膜
    ①特性:物理性。
    ②物质分子能否通过的影响因素:分子的直径。

    (2)选择透过性膜
    ①特性:生物性。
    ②物质分子能否通过的影响因素:生命活动的需要与否。


    [合作探讨]
    观察下面的渗透作用装置,探讨相关问题:


    探讨1:漏斗内液面升高的原因是什么?
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    提示:单位体积的清水中水分子数大于蔗糖溶液中的水分子数。单位时间
内由清水进入蔗糖溶液的水分子多于由蔗糖溶液进入清水的水分子。

    探讨2:漏斗内的液面会一直上升吗?为什么?
    提示:不会,随着漏斗内液面的上升,漏斗内液面与烧杯内液面差产生的

静水压会增大,由于静水压的作用,漏斗内的水分子向烧杯扩散的速度会加快,

当水分子由蔗糖溶液向清水扩散的速度与由清水向蔗糖溶液扩散的速度相等时,

扩散达到平衡状态,漏斗内的液面不再上升。

    探讨3:渗透装置中,当漏斗内溶液不再上升时,半透膜两侧的溶液浓度相
同吗?
    提示:不同。渗透作用达到平衡时,水分子通过半透膜的双向扩散速率相

等,漏斗内蔗糖溶液的浓度仍高于烧杯中清水的浓度。

    探讨4:如果用纱布代替玻璃纸,漏斗液面还会升高吗?
    提示:不会,因为纱布是全透性的,水分子和蔗糖溶液都能通过。

    探讨5:如果烧杯内不是清水,而是同浓度的蔗糖溶液,漏斗液面还会升高
吗?
    提示:液面不会升高,因为半透膜两侧溶液没有浓度差。

    探讨6:根据以上的探讨,思考发生渗透作用需要具备哪些条件?
    提示:半透膜和浓度差。

    [思维升华]
    1.对渗透现象的分析
    (1)图示


                    ①                      ②
    (2)原理分析
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     (3)上述装置图②中漏斗液面上升到一定程度后,不再升高的原理分析
     分析上图②可知:Δh        产生的压强与水和蔗糖溶液产生的渗透压差达到平衡,
使半透膜两侧水分子的交换率相等时,液面不再升高。

     2.动、植物细胞均符合发生渗透作用的条件
                细胞种类
                               动物细胞              成熟植物细胞
       具备条件    
             半透膜                细胞膜                原生质层
             浓度差           细胞质与外界溶液            细胞液与外界溶液


     1.如图为两个大小相同的萝卜,分别在上面挖一个大小相同的洞,并在洞
 内各插入一支口径与洞口相同的玻璃管,甲玻璃管内注入                         3  mL  清水。乙玻璃
 管内注入    3 mL 浓盐水,一段时间后,两玻璃管中液面变动情况是(  )


     A.甲中升高,乙中降低
     B.甲中降低,乙中先升高后降低
     C.甲、乙中均降低
     D.甲、乙中均升高
     【解析】 依据细胞渗透作用原理,甲管下部细胞吸水,使液面下降;乙

 管下部细胞失水,使液面升高。细胞可以吸收钠离子和氯离子,发生质壁分离

 复原,细胞吸水,液面又下降,B              正确。

     【答案】 B
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    2.某同学在缺少实验仪器的情况下,做了这样一个实验,将生鸡蛋大头的
蛋壳去掉,保留壳膜完好,将小头打破,让蛋清和蛋黄流出,如图所示。然后,

在蛋内灌上清水,把它放在            0.3 g/mL 的蔗糖溶液中,并且用铅笔在鸡蛋壳上标
上最初的吃水线,半小时后,他发现鸡蛋上浮。原吃水线高出水面。请分析:
                                                 【导学号:60150136】


    (1)鸡蛋壳上浮的原因是                                                             
                                                           。
    (2)如果里面是蔗糖溶液,外面是清水,蛋壳将会                                   。
    (3)典型的渗透装置必须:①具有                           ;②在其两侧的溶液具有                          
。
    【解析】 (1)鸡蛋壳能沉在水中是因为其中盛有清水,但由于底部同                            0.3 

g/mL 蔗糖溶液相接触,壳膜相当于半透膜,清水透过壳膜从壳中渗入蔗糖溶液

中,故壳内水减少,重量减轻。(2)若里面是蔗糖溶液,外面是清水,水会通过
壳膜渗入壳中,导致重量增大,下沉。

    (3)典型的渗透装置必须具备两个条件,一是具有半透膜,二是半透膜两侧
具有浓度差。

    【答案】 (1)因壳内清水通过壳膜渗透进入蔗糖溶液,壳内水减少,重量
减轻

    (2)下沉 (3)半透膜 浓度差

                        水  在  细  胞  中  的  含  量  、  存  在  形  式  及  作 
                                             用


    1.含量
    水在细胞中含量最高。
               自由水:与细胞的代谢有关
    2.存在形式{结合水:与细胞的抗逆性有关)
    3.作用
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    (1)细胞内良好的溶剂,各种代谢反应的介质。
    (2)构成细胞的结构成分。


    [合作探讨]
    探讨1:在探索外星球是否存在生命的过程中,科学家始终把寻找水作为最
关键的环节。想一想这是为什么?
    提示:生命活动离不开水。生命活动是通过生物化学反应完成的,生物化
学反应在水环境中进行。

    探讨2:农民晾晒刚收获的鲜种子,种子失去大量水分,该水分在种子细胞
中主要以哪种形式存在?
    提示:主要以自由水形式存在。

    探讨3:将少量干燥种子放入干燥的试管内,放在酒精灯火焰上烘烤,试管
内壁上出现少量水珠。该水分在细胞中以哪种形式存在?如果用上述烘烤后的
种子播种,种子能否萌发?
    提示:以结合水形式存在。如果将烘烤后的种子播种下去,种子不能萌发,

因为结合水是细胞内的结构物质,失掉结合水,细胞结构被破坏,细胞死亡,
导致种子失去活性。

    探讨4:粮食收获以后,为什么要晒干后储存?播种前为什么要浸种?
    提示:粮食晒干后,细胞内的自由水含量降低,代谢强度降低,利于粮食

的长期储存;播种前浸种可以使细胞内自由水含量增加,使代谢强度增加,从
而促进种子萌发。

    [思维升华]
    1.自由水与结合水相互转化的原因
    (1)水分子与细胞内的亲水性物质如蛋白质、淀粉、纤维素等以比较弱的化
学键——氢键相结合。
    (2)温度升高,水分子的动能增加,会逃脱氢键的束缚成为自由水。
    2.水与代谢的关系
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    (1)种子贮存前,晒干是为了减少自由水含量,降低代谢速率,以延长贮存
时间。

    (2)越冬作物减少灌溉,可提高作物对低温的抗性。


    1.下列有关水的说法错误的是(  ) 
                                                 【导学号:60150137】

    A.自由水在人体内是良好溶剂
    B.水能与蛋白质结合
    C.人体内废物的排出需要水
    D.代谢旺盛时,结合水与自由水的比值升高
    【解析】 自由水的作用有:是细胞内的良好溶剂,运送营养物质和代谢

废物,参与化学反应(新陈代谢),代谢旺盛时,自由水与结合水的比值升高。
能与蛋白质结合的水为结合水。

    【答案】 D
    2.水是生命之源,是一切生命活动的基础。下列关于水的说法,不正确的
是(  )
    A.水生生物和陆生生物活细胞中含量最高的化合物都是水
    B.冬眠的青蛙体内结合水与自由水的比值升高
    C.植物越冬时,自由水与结合水比值会降低
    D.一般而言,抗干旱的植物,体内自由水与结合水的比值比一般植物要高
    【解析】 细胞内自由水的含量越高,代谢强度越大,但生物的抗性会越

弱。冬眠的青蛙,代谢强度降低,结合水的比例会升高;温度降低时,细胞中

酶活性降低,使细胞代谢降低。自由水向结合水转化,使自由水比例降低,抗

旱植物的细胞内,自由水比例较低。

    【答案】 D

                          质  壁  分  离  和  质  壁  分  离  复  原  的  实  验
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1.实验原理
(1)成熟的植物细胞放到一定浓度的溶液中构成一个渗透系统。
(2)当细胞大量失水时,原生质层与细胞壁分离。
2.实验步骤
撕取表皮:用刀片在紫色较深处划一方框,在其边角处用
镊子挑起表皮,并用镊子夹住一边撕取表皮

 ↓
制片:在洁净的载玻片中央滴一滴清水,将撕下的表
皮在水滴上展开,盖上盖玻片

 ↓
     先用低倍      察,再   a.有一个紫色的中央大液泡
镜检:        镜观
    用高倍镜观察,可看到{       b.原生质层紧贴细胞壁       )
 ↓


绘图:
 ↓
滴加蔗糖溶液            吸水纸吸引

 ↓
                a.中央液泡逐渐变小,紫色加深
镜检:高倍镜观察{        b.原生质层与细胞壁逐渐分离        )
 ↓


绘图:
 ↓
         吸水纸
清水        吸引
 ↓

    在高倍镜下    a.中央液泡逐渐胀大,紫色变浅
    观察细胞发
镜检:  生的变化   { b.原生质层逐渐贴近细胞壁        )


[合作探讨]
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    探讨1:为什么要用紫色洋葱外表皮作为实验材料?
    提示:紫色洋葱外表皮细胞的细胞液中有花青素,使液泡中的细胞液呈紫

色,有利于观察。

    探讨2:实验中共涉及三次显微镜观察,其中第一次观察的目的是什么?
    提示:观察正常洋葱鳞片叶表皮细胞的状态,以便与处理后的状态形成对
照。

    探讨3:细胞质壁分离过程中,细胞液的浓度和细胞的吸水能力有什么变化?
质壁分离复原过程中,两者又有什么变化?
    提示:质壁分离过程中,随着质壁分离程度增大,细胞液的浓度增大,植

物细胞吸水能力增强;质壁分离复原过程中,随着质壁分离复原的进行,细胞

液的浓度变小,植物细胞吸水能力减弱。

    探讨4:发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质?
    提示:因为细胞壁是全透性的,所以洋葱表皮细胞原生质层与细胞壁之间
是蔗糖溶液。

    探讨5:本实验选用        0.3 g/mL 的蔗糖溶液作试剂,若浓度过高或过低对实验
有何影响?
    提示:选用     0.3 g/mL 的蔗糖溶液作试剂,既明显出现质壁分离,又不会杀
死细胞。若浓度过高,质壁分离速度过快,细胞会因失水过多而死亡,不能再

进行质壁分离复原;若浓度过低,不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。

    探讨6:若用合适浓度的          KNO3 溶液进行实验,结果发现细胞质壁分离后,
没有滴加清水,出现了自动质壁分离复原现象。请分析原因是什么?
    提示:开始外界溶液浓度较大,细胞发生质壁分离;细胞主动吸收                             K+和

NO-3 后,随着细胞液浓度增大,质壁分离又会自动复原。

    探讨7:根尖分生区细胞会不会出现质壁分离?
    提示:不会,因为它无大液泡。

    [思维升华]
    1.质壁分离的原因及表现分析
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    (1) 
                宏观上:植物由坚挺→萎蔫
                           液泡(大→小)
         {微观上:质壁分离      细胞液颜色(浅→深)      )
    (2)表现             {原生质层与细胞壁分离)
    2.实验注意的问题
    (1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、液泡带有一定
颜色的植物组织进行实验,便于观察实验现象。

    (2)滴加蔗糖溶液或清水时,应在载物台上操作。
    (3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低,不足以引起质壁分离或质壁分离所
需时间过长;过高,可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡。

    (4)当以可吸收的物质作溶质时(如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等),可出现
质壁分离及自动复原现象。

    3.质壁分离实验的拓展应用
    (1)判断细胞的生活情况:只有活的植物细胞才能发生质壁分离。
    (2)防腐杀菌:在高浓度的溶液中,细菌等微生物将因失水过多而死亡,从
而有效防止了食品腐烂变质。

    (3)比较不同植物细胞的细胞液浓度
    不同植    同一浓度的
    物细胞+   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)测定细胞液浓度范围
            一系列浓度梯
    待测细胞+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。


    1.紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离后,在显微镜下观察到(  )
                                                 【导学号:60150138】
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    【解析】 解此题的关键是观察图中细胞核的位置及液泡颜色深浅。紫色

洋葱表皮细胞色素分布在液泡中,细胞质无色;洋葱表皮细胞的细胞核在细胞

质中,不在液泡内;发生质壁分离的细胞,液泡紫色变深,故                           C 正确。

    【答案】 C
    2.将三种洋葱鳞片叶表皮细胞放在相同浓度的蔗糖溶液中,一段时间后制
成临时装片放在显微镜下观察到下图不同状态的细胞图像。这                           3 个细胞原来细
胞液浓度的高低关系是(  )


    A.乙>甲>丙                       B.甲<乙<丙
    C.丙<乙<甲                       D.甲=乙=丙
    【解析】 丙细胞失水最多,细胞液的浓度最小;乙细胞只有少量失水,

细胞液的浓度较小;甲没有失水,细胞液的浓度最大。

    【答案】 C
    3.为探究植物     A 能否移植到甲地生长,某生物研究性学习小组通过实验测
定了植物    A 细胞液的浓度,实验结果如下表。为保证植物                    A 移植后能正常生存,
则甲地土壤溶液的浓度应(  )
                                                 【导学号:60150139】

        浓度(mol/L)       0.15      0.2       0.25       0.3
        质壁分离状态         不分离      刚分离      显著分离        显著分离

    A.≤0.15 mol/L                 B.≤0.2 mol/L

    C.≥0.2 mol/L                  D.≥0.3 mol/L
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     【解析】 当植物细胞液的浓度小于周围土壤溶液的浓度时,细胞会失水

 发生质壁分离,植物将不能正常生存。由表中信息可知,该植物细胞液的浓度

 介于  0.15 mol/L 和 0.2 mol/L 之间。因此,为保证植物移植后能正常生存,甲地
土壤溶液的浓度应≤0.15 mol/L。

     【答案】 A


     1.实验证明,饭后肠腔中葡萄糖浓度高于血糖浓度时,葡萄糖可以顺浓度
 梯度被吸收;当肠腔中葡萄糖浓度下降至显著低于血糖浓度时,葡萄糖仍能被

 迅速吸收。小肠绒毛上皮细胞主要以哪种方式吸收葡萄糖(  )
     A.单纯扩散                        B.协助扩散
     C.主动运输                        D.内吞
     【解析】 能从低浓度一侧运向高浓度一侧的方式,只有主动运输。

     【答案】 C
     2.下列现象属于渗透作用的是(  )
                                                  【导学号:60150140】
     ①水分子通过植物细胞的细胞壁
     ②水分子或其他溶剂分子通过细胞膜
     ③蔗糖分子通过细胞壁
     ④水分子或其他溶剂分子通过液泡膜
     ⑤水分子或其他溶剂分子通过原生质层

     A.①②③                         B.③④⑤

     C.②④⑤                         D.①③⑤
     【解析】 水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散叫渗透作用。

     【答案】 C
     3.下面是关于细胞中水的含量的叙述,其中不正确的是(  )
     A.水是人体细胞中含量最多的化合物
     B.生命活动旺盛的植物细胞含水量较高
     C.抗冻的植物细胞内自由水含量一般较高
     D.老年人细胞中含水量比婴幼儿要少
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    【解析】 自由水含量相对越高,细胞代谢越旺盛,而结合水含量相对越

高,抗冻能力越强;老年人细胞中含水量比婴幼儿少。

    【答案】 C
    4.如图为物质出入细胞的四种方式示意图,请据图回答下列问题。
                                                 【导学号:60150141】


    (1)图中 A 表示的运输方式为                  ,B 表示的运输方式为                  ,
C 表示的运输方式为               ,D  表示的运输方式为                。

       +
    (2)K 、O2 和葡萄糖三种物质中,通过             B 方式进入红细胞的是                。
    (3)与 A 方式相比,B     方式的主要特点是需要借助                     ,该物质是在细
胞内的           上合成的。
    (4)胰岛 B 细胞分泌胰岛素是通过                   方式进行的,该种运输方式体现
出细胞膜具有              的特点。
    (5)若在细胞中注入某种呼吸抑制剂(影响细胞产能),                             方式将会受
到较大影响。
    【解析】 本题考查物质进出细胞的四种方式:单纯扩散、协助扩散、主

动运输和外排。单纯扩散受膜两侧物质浓度差的影响,浓度差越大,物质进出
细胞的速度就越快;而协助扩散和主动运输都受到细胞膜上载体蛋白数量的限
制;主动运输和外排又受到能量的限制。

    【答案】 (1)单纯扩散 协助扩散 主动运输 外排 (2)葡萄糖 (3)载体
蛋白 核糖体 (4)D(或外排) 流动性 (5)C、D(或主动运输和内吐)
    课堂小结:
              网络构建                                核心回扣
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                       1.渗透作用发生的两个条件:一是
                       半透膜,二是浓度差。

                       2.原生质层包括细胞膜和液泡膜以
                       及两层膜之间的细胞质。

                       3.植物细胞发生质壁分离的原因:
                       (1)外界溶液浓度大于细胞液浓度;
                       (2)原生质层的伸缩性大于细胞壁。

                       4.只有活的成熟植物细胞才可发生
                       质壁分离,动物细胞和根尖分生区
                       细胞不发生质壁分离。

                       5.单纯扩散既不需要载体,也不需
                       要能量,水、气体及脂溶性物质以
                       单纯扩散方式运输。

                       6.协助扩散需要载体,但不需要能
                       量,实例是红细胞吸收葡萄糖。

                       7.主动运输既需要能量,又需要载
                       体,无机盐离子主要以主动运输方
                       式出入细胞。
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