四法判斷“物質跨膜運輸方式”

安徽 王五俠 徐金鵬

活細胞是開放的生命系統，其通過細胞膜與周圍環境時刻進行著物質交換。細胞膜是選擇透過性膜，物質跨膜運輸方式與分子大小、極性、電荷及濃度等均有關系。課堂教學中指導學生快速、準確地判斷物質跨膜運輸方式是每位生物教師需要思考的問題，在實際教學過程中筆者利用四種方法巧判物質跨膜運輸方式，喜獲良好教學效果。

一、根據物質名稱進行判斷

【例1】下列有關物質進出人體細胞的敘述，錯誤的是 （ ）

A.甘油進入小腸絨毛上皮細胞不需要消耗ATP

B.酒精進入胃腺細胞需要載體蛋白協助

C.細胞外液中O2進入肌細胞是自由擴散

D.漿細胞分泌抗體過程中需依靠膜的流動性

【解析】甘油、酒精和O2進入細胞的方式均是自由擴散，不需消耗能量也不需要載體蛋白協助；漿細胞分泌抗體屬于消耗能量的胞吐過程，需依靠細胞膜的流動性完成。

【答案】B

【教學策略】氣體分子（如O2、CO2、N2等）和苯為疏水性分子；乙醇、甘油、尿素和脂肪酸為不帶電荷的極性小分子，這些物質進出細胞的方式均為自由擴散。關于水的跨膜運輸方式，在試題中沒有設置特殊背景的情況下，水會從溶質的低濃度一側（滲透壓低）流向高濃度一側（滲透壓高）進行自由擴散；若試題中有信息表明所研究細胞中有水通道蛋白協助水跨膜運輸，這時水進入此種細胞的方式為協助擴散。大分子物質（如胰島素）運出細胞的方式為借助細胞膜流動性的胞吐，顆粒性物質運入細胞的方式為胞吞（如吞噬細胞攝取病毒或細菌）。

教學過程中對于物質運輸方式比較固定的物質名稱，教師可以通過強調記住物質名稱的方式聯系其跨膜運輸方式。而對于葡萄糖（不帶電荷極性分子）、氨基酸（帶電荷的極性分子）和各種無機鹽離子不能根據名稱判斷運輸方式，需要聯系物質具體運輸方向及濃度進行判斷，避免學生因生搬硬套出現判斷失誤。

二、根據運輸過程圖像進行判斷

【例2】如圖表示某細胞膜，其中A～C表示不同物質，a～e表示物質跨膜運輸方式，下列敘述中正確的是（ ）

A.若是人紅細胞，葡萄糖進入細胞可用a表示

B.若是酵母菌細胞，水進入細胞可用c表示

C.若是輪藻細胞，K+進入細胞可用b表示

D.若是蛙神經元，Na+運出細胞可用e表示

【解析】葡萄糖進入人紅細胞是協助擴散，應用d表示；水進入酵母菌細胞是自由擴散，應用b表示；K+進入輪藻細胞是主動運輸，應用a表示；Na+運出蛙神經元是主動運輸，應用e表示。

【答案】D

【教學策略】根據物質運輸過程圖解判斷物質跨膜運輸方式是此部分內容?？碱}型，該題型可考查學生綜合運用知識解題能力和獲取信息解題能力。教學過程中需要先讓學生根據糖蛋白的有無判斷細胞膜的外側和內側，這樣可明確圖中各種被運輸物質的運輸方向。判斷時需要讓學生遵循“三個要點”，即載體、能量和濃度進行綜合分析。

教學時要讓學生明確小分子物質從高濃度向低濃度運輸就是被動運輸，從低濃度向高濃度運輸就是主動運輸；消耗能量的運輸包括小分子物質的主動運輸和大分子物質的胞吞和胞吐過程，不消耗能量的運輸是被動運輸過程；需要載體協助的運輸是協助擴散和主動運輸，不需要載體參與的為小分子物質自由擴散過程或大分子物質胞吞或胞吐過程（胞吞和胞吐過程需要膜上受體蛋白參與）。課堂中可讓學生通過列表或者構建概念圖的方式比較自由擴散、協助擴散、主動運輸、胞吞和胞吐在載體、能量和濃度等方面的異同點，進而讓學生從多方面、多角度加強對不同跨膜運輸方式的理解和感悟。

三、根據曲線圖影響因素進行判斷

【例3】某科學家在研究物質運輸時發現有下列四種曲線關系。若某物質運輸時與曲線②和④相符，最可能是下列哪一過程 （ ）

A. CO2從肝臟細胞進入組織液

B.水進入小麥根毛細胞

C. Na+進入人神經元內

D.小腸上皮細胞吸收氨基酸

【解析】由曲線②和④可知，此物質運輸有最大速率，且與氧氣濃度有關，應是主動運輸方式，CO2和水運輸均是自由擴散，Na+進入人神經元是協助擴散，小腸上皮細胞吸收氨基酸是主動運輸。

【答案】D

【教學策略】結合物質運輸的坐標曲線，根據物質運輸速率的變化及影響因素可判斷某種物質的具體運輸方式。教學過程中在討論物質跨膜運輸速率的影響因素時，可從內部因素（包括載體蛋白種類及數量、能量及濃度差等）和外部因素（如溫度和O2等）兩方面分析。溫度會影響各種分子的運動速率，因此低溫會使被轉運物質的運動速率降低，實際考題中較少涉及溫度與物質運輸速率關系的判斷。在不考慮溫度影響情況下，物質運輸速率只受膜內外物質濃度差大小影響的是自由擴散；運輸速率受膜內外物質濃度差大小和膜上載體蛋白數量影響的是協助擴散；運輸速率受能量和膜上載體蛋白數量影響的是主動運輸。

實際課堂教學中教師既要引導學生觀察“物質濃度-運輸速率曲線圖”和“能量（或O2濃度）-物質運輸速率圖”，分析曲線變化特點及影響因素，更要指導學生自己畫曲線圖，分析和討論曲線圖，明確不同曲線的差異機理及同一曲線中不同階段物質運輸速率差異的原因，進而讓學生理解限制因素的可變性、載體蛋白的專一性和飽和性等特點。

四、根據物質運輸方向進行判斷

【例4】主動運輸消耗的能量可來自ATP或離子電化學梯度等。如圖為Na+、葡萄糖進出小腸上皮細胞的示意圖。下列關于圖中物質跨膜運輸過程的分析錯誤的是（ ）

A.葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞是不需耗能的主動運輸

B. Na+從小腸上皮細胞進入組織液是需要消耗ATP的主動運輸

C.葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞與Na+從腸腔到小腸上皮細胞相伴隨

D. Na+從腸腔到小腸上皮細胞以及葡萄糖從小腸上皮細胞到組織液均為被動運輸

【解析】由圖可知，葡萄糖從腸腔逆濃度梯度進入小腸上皮細胞，屬于主動運輸，但不消耗ATP，消耗的能量應來自離子電化學梯度，A項錯誤；Na+從小腸上皮細胞進入組織液是逆濃度梯度進行的，且需要載體蛋白協助、需要消耗ATP，屬于主動運輸，B項正確；從圖示可看出，葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞與Na+從腸腔到小腸上皮細胞共用一個載體，C項正確；Na+從腸腔進入小腸上皮細胞的方式是協助擴散，葡萄糖從小腸上皮細胞進入組織液的方式也是協助擴散，均為被動運輸，D項正確。

【答案】A

【教學策略】氨基酸、葡萄糖及離子（如Na+、K+等）的跨膜運輸方式隨運輸方向的不同而有變化，這也是近年來物質運輸方式考查的高頻考點和易錯點。受舊版教材和一些教輔資料干擾，多數學生甚至部分教師不能準確根據具體方向判斷這些物質的運輸方式。氨基酸、葡萄糖為極性分子，離子帶有電荷，首先明確這三類物質跨膜時不能進行自由擴散，其運輸時順濃度梯度為協助擴散，而逆濃度梯度為主動運輸方式，提醒學生這些物質的跨膜運輸方式不能只根據物質名稱簡單判斷。對于部分作為神經遞質的氨基酸（如甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸等），要讓學生知道其由突觸前膜通過胞吐方式排出，作用是增加神經遞質釋放量利于興奮快速傳遞。

在課堂教學過程中為加強學生對此部分內容的理解和減少解題失誤，教師可從如下幾方面進行突破：（1）讓學生樹立氨基酸、葡萄糖及離子的運輸方式隨運輸方向不同而不同的觀點；（2）讓學生知道動物細胞內K+濃度高于細胞外，而Na+濃度則低于細胞外的離子分布規律，這對于研究神經纖維上靜息電位和動作電位產生的離子基礎及運輸方式很有幫助；（3）讓學生知道物質進行主動運輸一定消耗能量，但能量形式可以是水解ATP提供或者由其他離子的電化學梯度提供（如例4中葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞所需能量就是由Na+順濃度梯度的電化學梯度提供）。給學生分析Na+- K+泵的工作機理及對于維持動物細胞內外一定離子濃度差的意義；（4）葡萄糖進入人成熟紅細胞為協助擴散，而飯后葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞的運輸方式也需要視細胞內外濃度而定，當腸腔中葡萄糖濃度高于小腸上皮細胞時葡萄糖進入細胞內為協助擴散，而腸腔中葡萄糖濃度低于小腸上皮細胞時葡萄糖進入細胞內為主動運輸，讓學生了解細胞膜上運輸葡萄糖的載體不止一種，葡萄糖進入細胞的運輸方式也不是固定不變的。

“教無定法，貴在得法”，好的教學方法會使課堂輕松高效。隨著對物質跨膜運輸方式的深入研究，面對試題中對物質跨膜運輸方式的多元化、多角度考查，生物教師則要開闊知識視野，洞悉考查角度和命題方向，選擇合適的教學方法讓學生掌握判斷有關物質跨膜運輸方式的技巧，更要讓學生體會到活細胞面對復雜環境的適應性和調節性。