資源簡介

新人教生物一輪復習學案
第6講 細胞的物質輸入和輸出
【素養目標】　1.基于對不同物質跨膜運輸實例的分析，理解細胞內物質運輸與能量供應的關系，并歸納跨膜運輸的方式與特點。(生命觀念　科學思維)　2.基于對不同物質跨膜運輸發生條件的比較，認同不同運輸方式需要的條件不同。(科學思維)　3.設計實驗探究細胞膜的透性；分析植物細胞的質壁分離及質壁分離復原實驗。(科學探究)　4.依據滲透作用原理指導灌溉和施肥。(社會責任)
考點一　水進出細胞的原理
1．滲透作用
(1)概念：水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴散。
(2)滲透作用產生的條件：一是具有半透膜，二是半透膜兩側的溶液具有濃度差。
2．動物細胞和植物細胞的吸水和失水
(1)動物細胞的吸水和失水
②現象
(2)植物細胞的吸水和失水(以成熟植物細胞為例)
①原理
②現象
【拾遺補缺】　源于必修1 P63“思考·討論”：紅細胞的細胞膜相當于半透膜：習慣上說的半透膜是無生命的物理性薄膜，物質能否通過取決于微粒的大小；選擇透過性膜是具有活性的生物膜，其對不同物質的通過性不僅取決于分子大小，還與細胞的需求有關。因此細胞膜和半透膜類似，又有所不同。
(1)滲透作用中膜兩側溶液的濃度指的是質量百分比濃度(　　)
(2)雖然紅細胞沒有具膜細胞器，但將其放入一定濃度的外界溶液中，也能發生滲透作用(　　)
(3)植物細胞的原生質層包括細胞膜、細胞質和細胞核(　　)
(4)成熟的植物細胞在發生質壁分離的過程中，細胞吸水能力逐漸減弱(　　)
(5)在蔗糖溶液中加入適量紅墨水，可觀察紫色洋蔥鱗片葉內表皮細胞的質壁分離(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
滲透作用現象分析及拓展應用
(1)滲透作用的現象分析
①滲透系統的溶液濃度指物質的量濃度而非質量濃度，實質是指滲透壓，如質量分數為10%的葡萄糖溶液和質量分數為10%的蔗糖溶液的質量濃度相等，但質量分數為10%的蔗糖溶液的滲透壓小，故水可通過半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移動。
②水分子由低濃度溶液流向高濃度溶液是表觀現象，實際上水分子是雙向移動的，只是由低濃度溶液流向高濃度溶液的水分子數較多。
③漏斗內液面上升的原因：單位時間內由清水進入蔗糖溶液中的水分子數多于由蔗糖溶液進入清水中的水分子數。
④漏斗內液面停止上升的原因：隨著液面的不斷上升，漏斗內液體的壓強越來越大，從而使水分子從漏斗內移向燒杯的速率加快，水分子進出漏斗的速率越來越接近，直至完全相等，漏斗內液面不再升高，此時水分子的進出達到相對平衡。
⑤若滲透平衡后，半透膜兩側液面仍存在液面高度差，則半透膜兩側溶液就存在濃度差，且液面高的一側溶液濃度高。
(2)滲透作用實驗裝置的拓展應用
①驗證滲透作用發生的條件
②比較不同溶液濃度的大小
漏斗內溶液濃度為M，燒杯內溶液濃度為N，以下為各種現象及對應的結論：
③探究物質能否通過半透膜的方法(以碘和淀粉為例)
燒杯內盛淀粉溶液 漏斗內盛碘液 結論
變藍 不變藍 碘能通過半透膜，而淀粉不能
不變藍 變藍 淀粉能通過半透膜，而碘不能
變藍 變藍 淀粉和碘都能通過半透膜
不變藍 不變藍 淀粉和碘都不能通過半透膜
[典例剖析]
(2023·福州高三檢測)將生雞蛋的大頭保持卵殼膜完好去掉蛋殼，小頭開個小孔讓蛋清和蛋黃流出。將蛋殼內灌入15%的蔗糖溶液，然后放在燒杯的清水中并用鉛筆標上吃水線。下列分析錯誤的是(　　)
A．卵殼膜相當于滲透裝置中的半透膜
B．半小時后吃水線低于燒杯的水面是由于清水滲入蛋殼
C．若將清水換為15%的NaCl溶液，則蛋殼先上浮后下沉
D．若將正常的線粒體放入清水中，則線粒體內膜先漲破
D　[本實驗中相當于滲透裝置中的半透膜的是卵殼膜，A正確；蛋殼內為15%的蔗糖溶液，單位時間內進入卵殼膜的水分子多于從卵殼膜外出的水分子，導致蛋殼下沉，半小時后吃水線低于燒杯的水面是由于清水滲入蛋殼，B正確；若將清水換為15%的NaCl溶液，則NaCl溶液的摩爾濃度大于蔗糖溶液，單位時間內進入卵殼膜的水分子少于從卵殼膜外出的水分子，導致蛋殼上浮，隨著Cl－和Na＋進入卵殼膜，導致卵殼膜內的溶液的摩爾濃度大于卵殼膜外的溶液的摩爾濃度，單位時間內進入卵殼膜的水分子多于從卵殼膜外出的水分子，導致蛋殼下沉，C正確；線粒體內膜內折形成嵴，內膜面積遠大于外膜，若將正常的線粒體放入清水中，則線粒體外膜先漲破，D錯誤。]
【名師點撥】　掌握信息轉化能力
信息提取 信息1：卵殼膜
信息2：蛋殼內灌入15%的蔗糖溶液，然后放在燒杯的清水中
信息轉化 1.卵殼膜可以讓水分子、Na＋、Cl－通過，蔗糖分子不能通過，是一種半透膜
2.蔗糖溶液與清水之間存在濃度差
素養考查 生命觀念：結構與功能觀 科學探究：設計并實施方案的能力
【角度轉換】　提升語言表達能力
卵殼膜與半透膜完全相同嗎？為什么？不完全相同。半透膜是物理性質的膜，一般無生物活性，只允許小分子物質通過，不允許大分子物質通過；選擇透過性膜具有生物活性，允許細胞需要的小分子通過，細胞不需要的離子、小分子、大分子物質都不能通過。
考向一　滲透作用的原理及應用分析
1．(2022·衡陽一模)下圖是滲透作用達到平衡時的實驗裝置圖。實驗開始時漏斗內外液面相平，漏斗內溶液S1為0.3 g/mL的蔗糖溶液，燒杯中的溶液S2為0.1 g/mL的蔗糖溶液(半透膜只能讓水分子自由通過)。下列分析錯誤的是(　　)
A．滲透作用達到平衡時S1溶液和S2溶液濃度并不相等
B．若實驗開始時將S1溶液和S2溶液互換，則滲透作用達到平衡時Δh會不變
C．若實驗起始時將一定量的水加入到燒杯中，則滲透作用達到平衡時Δh會變大
D．若實驗起始時漏斗內S1溶液換成0.3 g/mL的葡萄糖溶液，則滲透作用達到平衡時Δh會更大
B　[蔗糖是不能穿過半透膜的分子，圖中由于漏斗內的蔗糖溶液濃度高，因此燒杯中的水分子能通過滲透作用進入漏斗，使漏斗內液面升高，滲透平衡時Δh會產生壓力與漏斗內因溶液濃度差產生的壓力大小相等，因此漏斗內的濃度仍然大于漏斗外，A正確；若實驗開始時將S1溶液和S2溶液互換，由于S1溶液濃度大于S2溶液，因此漏斗外溶液濃度大于漏斗內溶液濃度，此時漏斗內的水分子能通過滲透作用進入燒杯內，則滲透作用達到平衡時Δh會減小，B錯誤；若實驗起始時將一定量的水加入到燒杯中，燒杯中溶液濃度減小，漏斗內外溶液濃度差增大，則滲透作用達到平衡時Δh會變大，C正確；若實驗起始時漏斗內S1溶液換成0.3 g/mL的葡萄糖溶液，0.3 g/mL的葡萄糖溶液比0.3 g/mL的蔗糖溶液所含的溶質分子多，因此漏斗內外溶液濃度差增大，滲透作用達到平衡時Δh會更大，D正確。]
2．(2022·湖南雅禮中學一模)為了測定白蘿卜細胞液的濃度，某同學在同一根白蘿卜上間隔相同的距離處挖出體積相同的4個凹槽，取等量(小于凹槽體積量)不同濃度的蔗糖溶液加入凹槽內，液面初始高度均為M，過一段時間后測量凹槽內液面高度為N，下表是該同學對4個凹槽內N、M值測量后的處理結果，其中原始凹槽內蔗糖溶液濃度最大、原始凹槽內蔗糖溶液濃度與白蘿卜細胞液濃度最接近的分別是(　　)
白蘿卜凹槽 凹槽1 凹槽2 凹槽3 凹槽4
比值(N/M) 1.25 1.18 1.01 0.91
A．凹槽4、凹槽1 B．凹槽4、凹槽2
C．凹槽1、凹槽3 D．凹槽1、凹槽4
C　[與蔗糖溶液接觸的白蘿卜細胞就可能發生滲透吸水或失水。當蔗糖溶液濃度高于細胞液濃度時，細胞失水會導致凹槽內液面上升，＞1；當蔗糖溶液濃度低于細胞液濃度時，細胞吸水會導致凹槽內液面下降，＜1；當蔗糖溶液濃度等于細胞液濃度時，細胞處于等滲環境下，凹槽內液面保持不變，＝1。N/M值最接近1(凹槽3)的蔗糖溶液濃度最接近白蘿卜細胞液濃度，N/M值與1相差最大(凹槽1)的原始凹槽內蔗糖溶液濃度最大，C正確。]
考向二　動植物細胞吸水與失水的分析
3．(2022·湖北卷，4)哺乳動物成熟紅細胞的細胞膜含有豐富的水通道蛋白，硝酸銀(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列敘述錯誤的是(　　)
A．經AgNO3處理的紅細胞在低滲蔗糖溶液中會膨脹
B．經AgNO3處理的紅細胞在高滲蔗糖溶液中不會變小
C．未經AgNO3處理的紅細胞在低滲蔗糖溶液中會迅速膨脹
D．未經AgNO3處理的紅細胞在高滲蔗糖溶液中會迅速變小
B　[經AgNO3處理的紅細胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通過自由擴散的形式進出細胞，故其在低滲蔗糖溶液中會吸水膨脹，在高滲蔗糖溶液中會失水變小，A正確、B錯誤；未經AgNO3處理的紅細胞，水可通過水通道蛋白快速進出細胞，也可通過自由擴散進出細胞，故其在低滲蔗糖溶液中會迅速吸水膨脹，在高滲蔗糖溶液中會迅速失水變小，C、D正確。]
4．(2022·湖南卷，10)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。用葡萄糖基本培養基和NaCl溶液交替處理某假單孢菌，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(　　)
　
A．甲組NaCl處理不能引起細胞發生質壁分離，表明細胞中NaCl濃度≥0.3 mol/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
A　[分析甲組結果可知，隨著培養時間延長，與0時(原生質體表面積大約為0.5μm2)相比，原生質體表面積增加逐漸增大，甲組NaCl處理不能引起細胞發生質壁分離，說明細胞吸水，表明細胞中濃度>0.3 mol/L，但不一定是細胞內NaCl濃度≥0.3 mol/L，A錯誤；分析乙、丙組結果可知，與0時(原生質體表面積大約分別為0.6μm2、0.75μm2)相比乙丙組原生質體略有下降，說明乙、丙組NaCl處理皆使細胞質壁分離，處理解除后細胞即可發生質壁分離復原，B正確；該菌的正常生長，細胞由小變大可導致原生質體表面積增加，該菌吸水也會導致原生質體表面積增加，C正確；若將該菌先65 ℃水浴滅活，細胞死亡，原生質層失去選擇透過性，再用NaCl溶液處理，原生質體表面積無變化，D正確。]
考點二　物質出入細胞的方式及影響因素
1．各種物質出入細胞方式的比較
物質出入 細胞的方式 被動運輸 主動運輸 胞吞 胞吐
自由擴散 協助擴散
圖例
運輸方向 高濃度→低濃度 低濃度→高濃度 胞外→胞內 胞內→胞外
是否需要 轉運蛋白 否 是 是 否
是否消 耗能量 否 否 是 是
舉例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯的跨膜運輸 人的紅細胞吸收葡萄糖 小腸上皮細胞吸收葡萄糖、氨基酸、無機鹽等 巨噬細胞吞噬抗原 胰島素、消化酶、抗體的分泌
【拾遺補缺】　(1)源于必修1 P70“與社會的聯系”：囊性纖維化發生的一種主要原因是患者肺部支氣管上皮細胞表面轉運氯離子的載體蛋白的功能發生異常。
(2)源于必修1 P71“相關信息”：胞吞形成的囊泡，在細胞內可以被溶酶體降解。
(3)源于必修1 P72“與社會的聯系”：變形蟲既能通過胞吞攝取單細胞生物等食物，又能通過胞吐排出食物殘渣和廢物。人體腸道寄生的變形蟲——痢疾內變形蟲，能通過胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的腸壁組織，通過胞吞作用“吃掉”腸壁組織細胞。
2．影響物質跨膜運輸因素的分析
(1)濃度差對物質跨膜運輸的影響
濃度差主要影響自由擴散和協助擴散。自由擴散中，濃度差越大，運輸速率越大；協助擴散中，濃度差達到一定程度后運輸速率不再繼續增加，原因是受轉運蛋白數量的限制。
(2)轉運蛋白數量對跨膜運輸的影響
轉運蛋白主要影響協助擴散和主動運輸。其他條件適宜的情況下，協助擴散中轉運蛋白數量越多，運輸速率越大；主動運輸中載體蛋白數量達到一定程度后運輸速率不再增加，可能原因是受能量供應限制。自由擴散不受轉運蛋白數量的影響。
(3)氧氣含量對跨膜運輸的影響
通過影響細胞呼吸進而影響主動運輸的速率。
①P點時：無氧呼吸為物質的運輸提供能量。
②PQ段：隨著氧氣含量的增加，有氧呼吸產生的能量越多，主動運輸的速率越大。
③Q點以后：當氧氣含量達到一定程度后，受載體蛋白數量以及其他限制因素的影響，運輸速率不再增加。
(4)溫度
(1)少數水分子借助水通道蛋白進出細胞，更多的水分子以自由擴散方式進出細胞(　　)
(2)同種物質進出同一細胞的方式一定相同(　　)
(3)主動運輸使膜內外物質濃度趨于一致，維持了細胞的正常代謝(　　)
(4)人紅細胞吸收膽固醇與吸收葡萄糖的相同點是需要轉運蛋白的協助(　　)
(5)通過胞吞或胞吐方式進出細胞，需要膜上蛋白質的參與，更離不開膜上磷脂雙分子層的流動性(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
1．判定物質出入細胞的方式
(1)“三看法”快速判定物質出入細胞的方式
(2)物質跨膜運輸方式圖解
2．探究物質跨膜運輸方式的實驗設計思路
(1)探究是主動運輸還是被動運輸
(2)探究是自由擴散還是協助擴散
[典例剖析]
(2022·遼寧卷，9)水通道蛋白(AQP)是一類細胞膜通道蛋白。檢測人睡液腺正常組織和水腫組織中3種AQP基因mRNA含量，發現AQP1和AQP3基因mRNA含量無變化，而水腫組織AQP5基因mRNA含量是正常組織的2.5倍。下列敘述正確的是(　　)
A．人唾液腺正常組織細胞中AQP蛋白的氨基酸序列相同
B．AQP蛋白與水分子可逆結合，轉運水進出細胞不需要消耗ATP
C．檢測結果表明，只有AQP5蛋白參與人唾液腺水腫的形成
D．正常組織與水腫組織的水轉運速率不同，與AQP蛋白的數量有關
D　[AQP基因有3種，AQP蛋白應該也有3種，故人唾液腺正常組織細胞中AQP蛋白的氨基酸序列不相同，A錯誤；AQP蛋白一類細胞膜水通道蛋白，故不能與水分子結合，B錯誤；根據信息：AQP1和AQP3基因mRNA含量無變化，而水腫組織AQP5基因mRNA含量是正常組織的2.5倍，可知AQP5基因mRNA含量在水腫組織和正常組織有差異，但不能說明只有AQP5蛋白參與人唾液腺水腫的形成，C錯誤；AQP5基因mRNA含量在水腫組織和正常組織有差異，故形成的AQP蛋白的數量有差異，導致正常組織與水腫組織的水轉運速率不同，D正確。]
【名師點撥】　掌握信息轉化能力
信息提取 信息1：水通道蛋白
信息2：正常組織和水腫組織中3種AQP基因mRNA含量
信息3：水腫組織AQP5基因mRNA含量是正常組織的2.5倍
信息轉化 1.只參與協助擴散
2.細胞膜上AQP1和AQP3數量無差別
3.正常組織與水腫組織的水轉運速率不同
素養考查 生命觀念：結構與功能觀 科學思維：邏輯思維能力
【角度轉換】　提升語言表達能力
若細胞膜上無水通道蛋白，水分子還能否通過細胞膜？能，水分子還能以自由擴散的方式進出細胞膜。
考向一　物質跨膜運輸方式的判斷
5．(2022·山東卷，3)NO和NH是植物利用的主要無機氮源，NH的吸收由根細胞膜兩側的電位差驅動，NO的吸收由H＋濃度梯度驅動，相關轉運機制如圖。銨肥施用過多時，細胞內NH的濃度增加和細胞外酸化等因素引起植物生長受到嚴重抑制的現象稱為銨毒。下列說法正確的是(　　)
A．NH通過AMTs進入細胞消耗的能量直接來自ATP
B．NO通過SLAH3轉運到細胞外的方式屬于被動運輸
C．銨毒發生后，增加細胞外的NO會加重銨毒
D．載體蛋白NRT1.1轉運NO和H＋的速度與二者在膜外的濃度呈正相關
B　[由題干信息可知，NH的吸收是根細胞膜兩側的電位差驅動的，所以NH通過AMTs進入細胞消耗的能量不是直接來自ATP，A錯誤；由圖上可以看到，NO進入根細胞是H＋的濃度梯度驅動，進行的逆濃度梯度運輸，所以NO通過SLAH3轉運到細胞外是順濃度梯度運輸，屬于被動運輸，B正確；銨毒發生后，H＋在細胞外更多，增加細胞外的NO，可以促使H＋向細胞內轉運，減少細胞外的H＋，從而減輕銨毒，C錯誤；據圖可知，載體蛋白NRT1.1轉運NO屬于主動運輸，主動運輸的速率與其濃度無必然關系；運輸H＋屬于協助擴散，協助擴散在一定范圍內呈正相關，超過一定范圍后不成比例，D錯誤。]
6．(2022·湖南師大附中高三模擬)如圖為細胞物質運輸方式的示意圖。下列相關敘述中不正確的是(　　)
A．①過程為自由擴散，運輸速率受環境溫度影響
B．麥芽糖水解產物通過途徑②進入小腸上皮細胞時，ATPase僅承擔載體的功能
C．方式③依賴于細胞膜的結構特性，并需要消耗能量
D．除圖中三種方式外，細胞還能通過協助擴散的方式順濃度梯度進行物質運輸
B　[圖中①表示自由擴散，運輸速率和溫度有關，因為溫度可以影響分子熱運動進而影響膜的通透性，A正確；②表示主動運輸，麥芽糖水解產物葡萄糖被小腸上皮細胞吸收是主動運輸，需要載體，也需要消耗細胞的ATP，因此ATPase也具有催化ATP水解的作用，B錯誤；③表示胞吞，依賴于細胞膜的結構特性，即具有一定的流動性，并需要消耗能量，不需要載體蛋白，C正確；物質運輸除圖示三種方式外還有協助擴散，運輸方向為順濃度梯度，D正確。]
【歸納總結】　有關物質出入細胞方式的6個“不要漏掉”
(1)需要轉運蛋白協助的運輸方式除主動運輸外，不要漏掉協助擴散。
(2)消耗能量的運輸方式除主動運輸外，不要漏掉胞吞和胞吐。
(3)從高濃度到低濃度的運輸方式除自由擴散外，不要漏掉協助擴散。
(4)影響協助擴散運輸速率的因素除轉運蛋白數量外，不要漏掉濃度差。
(5)與主動運輸有關的細胞器除供能的線粒體外，不要漏掉載體蛋白的合成場所——核糖體。
(6)Na＋、K＋等無機鹽離子一般以主動運輸的方式進出細胞，但也可通過協助擴散(如離子通道)進出細胞，如神經細胞維持靜息電位時的K＋外流和形成動作電位時的Na＋內流。
考向二　影響物質跨膜運輸的因素分析
7．(2022·重慶高三檢測)農業生產中，農作物生長所需的氮素能以NO的形式由根系從土壤中吸收。一定時間內作物甲和作物乙的一個根細胞吸收NO的速率與O2濃度的關系如圖所示。如果細胞只以一種方式吸收NO，以下判斷不正確的是(　　)
A．O2濃度大于a時，作物乙細胞膜上運輸NO的載體蛋白可能已飽和
B．作物甲細胞膜上運輸NO的載體蛋白數量一定比作物乙細胞膜上的多
C．這兩種作物根細胞吸收NO的方式不同于它們吸收水的方式
D．吸收的NO可用于合成蛋白質、核酸、某些脂質等有機物
B　[作物乙在O2濃度大于a時，NO吸收速率不再增加，說明運輸NO的載體蛋白已飽和，A正確；細胞主動吸收物質的速率會受到氧氣濃度，底物濃度、酶的濃度、溫度等因素的影響，因此作物甲細胞膜上運輸NO的載體蛋白數量不一定比作物乙細胞膜上的多，B錯誤；圖示細胞吸收NO的方式為主動運輸，水的吸收是自由擴散或者協助擴散，C正確；氮元素是蛋白質、核酸、某些脂質(如磷脂)等有機物的組成元素、NO進入植物和動物體內可用于合成蛋白質、核酸、某些脂質等有機物，D正確。]
8．(2021·山東卷，2)液泡是植物細胞中儲存Ca2＋的主要細胞器，液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解無機焦磷酸釋放的能量跨膜運輸H＋，建立液泡膜兩側的H＋濃度梯度。該濃度梯度驅動H＋通過液泡膜上的載體蛋白CAX完成跨膜運輸，從而使Ca2＋以與H＋相反的方向同時通過CAX進行進入液泡并儲存。下列說法錯誤的是(　　)
A．Ca2＋通過CAX的跨膜運輸方式屬于協助擴散
B．Ca2＋通過CAX的運輸有利于植物細胞保持堅挺
C．加入H＋焦磷酸酶抑制劑，Ca2＋通過CAX的運輸速率變慢
D．H＋從細胞質基質轉運到液泡的跨膜運輸方式屬于主動運輸
A　[Ca2＋通過CAX的跨膜運輸方式為主動運輸，所需要的能量由H＋順濃度梯度產生的勢能提供，A錯誤；Ca2＋通過CAX的運輸進入液泡增加細胞液的濃度，有利于植物細胞保持堅挺，B正確；加入H＋焦磷酸酶抑制劑，則液泡中的H＋濃度降低，液泡膜兩側的H＋濃度梯度差減小，為Ca2＋通過CAX的運輸提供的能量減少，C正確；H＋從細胞質基質轉運到液泡的跨膜運輸方式需要水解無機焦磷酸釋放的能量來提供，為主動運輸，D正確。]
考向三　物質跨膜運輸的有關探究實驗分析
9．(多選)(2022·邯鄲一模)Na2MoO4溶液和洋蔥表皮細胞中的花青素混合后可以使液泡由紫色變為綠色。實驗小組取紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞隨機分為2組，甲組包裹若干層保鮮膜密封，乙組暴露在空氣中，處理12 h后，將兩組洋蔥鱗片葉制成裝片并置于一定濃度的Na2MoO4溶液中，觀察細胞出現綠色的時間并統計變色細胞所占的比例，結果如下表，下列說法中正確的是(　　)
組別 處理方式 出現綠色的時間/s 變色比例/%
甲組 保鮮膜包裹12 h 50 46
乙組 暴露在空氣中12 h 23 96
A．實驗應控制的無關變量有處理時間和Na2MoO4溶液濃度等
B．洋蔥表皮細胞吸收的Na2MoO4可能改變了細胞液的pH
C．甲組出現綠色的時間長的原因可能是細胞呼吸被抑制
D．環境溫度改變不會影響出現綠色的時間和變色比例
ABC　[對照組和實驗組應控制的無關變量應該保持一致，所以處理時間和Na2MoO4溶液濃度等，A正確；花青素的顏色會隨著pH的變化而發生變化，Na2MoO4溶液和洋蔥表皮細胞中的花青素混合后可以使液泡由紫色變為綠色，說明洋蔥表皮細胞吸收的Na2MoO4可能改變了細胞液的pH，B正確；甲組包裹若干層不透氣、不透水的薄膜，導致出現綠色的時間長，其原因可能是細胞呼吸被抑制，影響了主動運輸，C正確；環境溫度改變會影響細胞呼吸，影響主動運輸，從而會影響出現綠色的時間和變色比例，D錯誤。]
10．(2023·延安高三檢測)圖甲是某同學通過滴加蔗糖溶液和清水，觀察到植物細胞質壁分離與復原的顯微照片，圖乙是小腸上皮細胞轉運葡萄糖的過程示意圖。請回答下列問題：
(1)圖甲細胞處于質壁分離狀態，則細胞膜和細胞壁之間充滿了____________；圖甲中細胞液濃度________(填“大于”或“小于”或“等于”或“不確定”)外界溶液濃度。將洋蔥細胞放入大于細胞液濃度的KNO3溶液中，一段時間后沒有觀察到質壁分離現象，可能的原因有______________________________________________________(答出兩種原因)。
(2)葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞時，載體只能轉運葡萄糖和Na＋，體現了載體的____________性。據圖乙中的信息分析，葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞是________(“順”或“逆”)濃度梯度進行的。
(3)為了證明小腸上皮細胞以主動運輸的方式吸收葡萄糖，請設計實驗探究。
①實驗步驟：
第一步：取甲、乙兩組生理狀況相同的小腸上皮細胞，放入適宜濃度的含有葡萄糖的培養液中。第二步：甲組細胞給予正常的呼吸條件，乙組細胞__________________________，其他條件與甲組相同。
第三步：一段時間后測定葡萄糖的吸收速率。
②預測實驗結果并分析：
若__________________________________，則說明小腸上皮細胞吸收葡萄糖的方式是主動運輸，否則不是主動運輸。
答案　(1)外界(蔗糖)溶液　不確定　該細胞是死細胞/該細胞沒有大液泡/細胞發生質壁分離后又自動復原(任答兩種)　(2)專一　逆　(3)抑制細胞呼吸(或加入細胞呼吸抑制劑等)　乙組細胞吸收葡萄糖的速率小于甲組
解析　題圖分析：圖甲細胞可能處于質壁分離狀態，可能處于動態平衡狀態，也可能處于質壁分離復原狀態，所以此時細胞液濃度與外界溶液濃度的關系有大于、等于或小于三種可能。(1)圖甲細胞處于質壁分離狀態，此時細胞膜和細胞壁之間充滿了外界溶液；由分析可知，此時細胞液濃度大于或小于或等于外界溶液濃度。將洋蔥細胞放入大于細胞液濃度的KNO3溶液中，一段時間后沒有觀察到質壁分離現象，可能的原因有該細胞是死細胞，或者該細胞沒有大液泡，或者質壁分離后又自動復原。
(2)葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞時，該載體只能轉運葡萄糖和Na＋，體現了載體的專一性。據圖乙中的信息分析，葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞是逆濃度梯度進行的主動運輸。
(3)小腸上皮細胞以主動運輸的方式吸收葡萄糖，特點是需要載體和能量，則實驗的自變量是否提供能量，因變量是吸收速率。
①實驗步驟：第一步(取材編號)：取甲、乙兩組生長狀況相同的小腸上皮細胞，放入適宜濃度的含有葡萄糖的培養液中。第二步(分別作不同處理)：甲組細胞給予正常的呼吸條件，乙組細胞抑制細胞呼吸，其他條件都相同。第三步(觀察實驗結果)：一段時間后，測定兩組細胞對葡萄糖的吸收速率。
②預測實驗結果并分析：若乙組細胞吸收速率明顯小于甲組，說明小腸上皮細胞吸收葡萄糖的方式是主動運輸；若甲、乙兩組細胞對葡萄糖的吸收速率基本相同，運輸與能量無關，則說明小腸上皮細胞吸收葡萄糖的方式不是主動運輸。
考點三　觀察植物細胞的質壁分離和復原
1．實驗原理
2．實驗步驟
3．現象與結論
1．質壁分離和復原實驗分析
(1)質壁分離發生的條件
①從細胞角度分析
a．死細胞、動物細胞及未成熟的植物細胞(如根尖分生區細胞)不發生質壁分離及復原現象。
b．具有中央大液泡的成熟的植物活細胞可發生質壁分離及復原現象，且細胞液最好帶有一定的顏色，便于觀察，以活的紫色洋蔥鱗片葉外表皮最佳。
c．細菌細胞也能發生質壁分離，但現象不明顯。
②從溶液角度分析
a．在一定濃度(溶質不能透過膜)的溶液中只會發生質壁分離現象，不能自動復原。
b．在一定濃度(溶質可透過膜)的溶液(如KNO3、乙二醇、甘油等)中可發生質壁分離后自動復原現象；鹽酸、酒精、醋酸等溶液能殺死細胞，不適于做質壁分離實驗的溶液。
c．本實驗選用0.3 g/mL的蔗糖溶液。若質量濃度過高，質壁分離速度雖快，但會使細胞在短時間內因失水過多而死亡，質壁分離后不能復原；若質量濃度過低則不能引起質壁分離或質壁分離速度太慢。
(2)質壁分離后在細胞壁和細胞膜之間的是濃度降低的外界溶液。這是因為細胞壁是全透性的，且有水分子通過原生質層滲透出來。
(3)本實驗存在的兩組對照實驗
本實驗存在的兩組實驗均為自身對照，自身對照指對照組和實驗組在同一研究對象上進行，是實驗前后之間的對照。
2．質壁分離和復原實驗的拓展應用
(1)判斷成熟植物細胞的死活
(2)測定細胞液濃度范圍
(3)比較不同成熟植物細胞的細胞液濃度
(4)比較未知濃度溶液的濃度大小
(5)鑒別不同種類的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
考向一　實驗原理和基本步驟分析
11．(2022·浙江6月選考，11) “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增大，最終漲破
D．若選用根尖分生區細胞為材料，質壁分離現象更明顯
A　[能發生質壁分離的細胞應為活的植物細胞，據圖分析，從甲到乙發生了質壁分離現象，說明甲細胞是活細胞，A正確；乙圖所示細胞發生質壁分離，該過程中細胞失水，故與甲圖相比，乙圖細胞的細胞液濃度較高，B錯誤；由于有細胞壁的限制，丙圖細胞體積不會持續增大，且不會漲破，C錯誤；根尖分生區細胞無中央大液泡，不能發生質壁分離現象，D錯誤。]
12．(2021·江蘇卷，12)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．用鑷子撕取的外表皮，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
C．為盡快觀察到質壁分離現象，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
A　[洋蔥鱗片葉葉肉細胞有原生質層和大液泡，所以可以發生質壁分離，且細胞質中不含有葉綠體，而洋蔥外表皮細胞呈紫色，所以即使洋蔥鱗片葉外表皮上帶有葉肉細胞，也不影響實驗結果，A正確；質壁分離實驗中全程只在低倍鏡下觀察，B錯誤；為盡快觀察到質壁分離現象，應在蓋玻片一側滴加蔗糖溶液，另一側用吸水紙吸，重復幾次，洋蔥細胞就浸泡在蔗糖溶液中，C錯誤；紫色外表皮細胞中有一個紫色大液泡，那些無色的細胞應該是鱗莖細胞，不是鱗片葉外表皮細胞，D錯誤。]
考向二　實驗的拓展和應用
13．(2022·連云港高三檢測)科研人員將某種植物葉片置于一定濃度的乙二醇溶液和蔗糖溶液中，培養相同時間后檢測其原生質體(去掉細胞壁的植物細胞)體積的變化，結果如圖所示。下列相關描述錯誤的是(　　)
A．用于培養植物葉片的甲溶液和乙溶液起始濃度可能相同
B．甲溶液是乙二醇溶液，乙溶液是蔗糖溶液
C．2 min后，處于乙溶液中的植物細胞可能已經死亡
D．C點時甲溶液中的溶質開始進入細胞，細胞開始發生質壁分離復原
D　[實驗開始時，甲溶液中的植物葉片原生質體的體積大于乙溶液中原生質體的體積，原因可能是甲溶液中的乙二醇分子進入細胞導致細胞液濃度增大引起的，甲乙溶液起始濃度可能相同，A正確；植物細胞在甲溶液中先質壁分離后復原，因為一開始植物葉片細胞胞液濃度比處界低，因此滲透失水，后乙二醇分子進入細胞，植物葉片細胞液濃度增大，乙溶液是蔗糖溶液，蔗糖不能進入細胞，B正確；2 min后，處于乙溶液中的植物細胞原生質體不再改變可能是植物細胞過度失水而死亡，C正確；C點前甲溶液中的溶質就開始進入細胞，只是植物葉片細胞液濃度小于外界濃度，D錯誤。]
14．(2022·沈陽高三模擬)用同一打孔器在一白蘿卜上打出若干蘿卜條，切成相同長度，均分為三組，分別置于等體積的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種溶液中一段時間，b點時將三組實驗的蘿卜條同時放回相應溶液的低濃度溶液中一段時間。實驗期間持續觀察蘿卜條體積的變化，并計算相對體積，實驗結果如圖所示。下列相關敘述正確的是(　　)
A．實驗的自變量包括溶液的種類和濃度，觀測指標是蘿卜條的體積變化
B．隨著蘿卜條體積減小的同時，蘿卜細胞的原生質層逐漸與細胞壁分離
C．初始Ⅰ溶液濃度小于Ⅱ溶液，Ⅰ溶液和Ⅱ溶液中的溶質都能進入細胞
D．b點時Ⅱ溶液的滲透壓等于細胞液的滲透壓，Ⅲ溶液中的細胞已死亡
ABD　[結合實驗的結果可知，該實驗的自變量包括溶液的種類和濃度，觀測指標是蘿卜條的體積變化，A正確；隨著蘿卜條不斷失水導致原生質體的體積減少，同時由于原生質層的伸縮性大于細胞壁的伸縮性，因而蘿卜細胞的原生質層逐漸與細胞壁分離，B正確；由于Ⅰ溶液中蘿卜條能發生質壁分離后自動復原，說明Ⅰ溶液的溶質能進入蘿卜條細胞，而Ⅱ溶液中蘿卜條能發生質壁分離但沒有發生自動復原，因此說明Ⅱ溶液中的溶質不能進入蘿卜條細胞，C錯誤；b點時Ⅱ溶液中的蘿卜條達到滲透平衡，此時Ⅱ溶液的滲透壓等于細胞液的滲透壓(否則會繼續失水)，而Ⅲ溶液中的細胞由于失水過多而死亡，D正確。]
(六)離子泵的概念、作用過程和種類
1．概念：離子泵本質是可逆性ATP酶，也看作一類特殊的載體蛋白，能驅使特定的離子逆濃度梯度穿過質膜，同時消耗能量，屬于主動運輸。
2．作用過程：
結合特定離子
↓
水解ATP
↓
與水解產物磷酸根結合后自身發生變構
↓
將離子由低濃度轉運到高濃度處
3．種類：
①Na＋－K＋泵：有大小兩個亞基，大亞基催化ATP水解，小亞基是一個糖蛋白。大亞基以親Na＋態結合Na＋后，觸發水解ATP。每水解一個ATP釋放的能量輸送3個Na＋到細胞外，同時攝取2個K＋進入細胞。
②Ca2＋泵：是由1000個氨基酸的多肽鏈形成的跨膜蛋白，它是Ca2＋激活的ATP酶，每水解一個ATP轉運兩個Ca2＋到細胞外，形成鈣離子梯度。
③質子泵：即H＋泵包括H＋－ATP泵和H＋焦磷酸泵。
[對點訓練]
1．(2022·青島高三檢測)細胞中的蛋白質等分子會解離為A－和H＋兩種離子，H＋被細胞膜上的H＋泵泵出細胞外，使細胞呈現內負外正的電位差，成為細胞積累正離子的主要動力。由于細胞內不擴散的負離子A－的吸引，溶液中某陽離子向細胞內擴散，最終膜兩側離子濃度不相等，但離子擴散速度相等，達到了平衡狀態，稱為杜南平衡。下列敘述正確的是(　　)
A．杜南平衡積累離子是某陽離子順電勢梯度向細胞內擴散的結果
B．在KCl溶液中擴散平衡時，細胞內的K＋濃度小于細胞外的K＋濃度
C．蛋白質解離出的H＋被膜上H＋泵泵出細胞外的方式為被動運輸
D．在達到杜南平衡狀態時細胞內外不發生水分子的交換
A　[由題干信息分析可知，杜南平衡積累的離子是由H＋被細胞膜上的H＋泵泵出細胞外，使細胞呈現內負外正的電位差，此時細胞外的電勢高于細胞內的電勢，某陽離子從細胞外向細胞內的擴散，屬于順電勢梯度，A正確；由題干信息分析可知，K＋是陽離子，不斷向細胞內擴散，根據題意“最終膜兩側離子濃度不相等，但離子擴散速度相等，達到了平衡狀態”，可推測擴散平衡時，細胞內的K＋濃度大于細胞外的K＋濃度，B錯誤；蛋白質解離出的H＋被膜上H＋泵泵出細胞外的方式為主動運輸，C錯誤；水分子進出細胞的方式是協助擴散和自由擴散，在達到杜南平衡狀態時，細胞內外會發生水分子的交換，D錯誤。]
2．(多選)(2023·江蘇百校聯考)冰葉日中花(簡稱冰菜)是一種耐鹽性極強的鹽生植物，其莖、葉表面有鹽囊細胞，下圖表示鹽囊細胞中4種離子的轉運方式。相關敘述正確的是(　　)
A．NHX運輸Na＋有利于提高液泡溶液滲透壓
B．P型和V型ATP酶轉運H＋為NHX轉運Na＋提供動力
C．CLC開放后H＋和Cl－順濃度梯度轉運屬于主動運輸
D．圖中一種轉運蛋白可轉運多種離子，一種離子可由多種轉運蛋白轉運，不能體現特異性
AB　[NHX向細胞外和液泡內運輸Na＋，降低了細胞質基質中Na＋含量，提高了細胞液的濃度，有利于提高液泡溶液滲透壓，A正確；P型和V型ATP酶轉運H＋，從而使細胞外和細胞液有較高的H＋濃度，細胞質基質H＋濃度較低，H＋順濃度內流進細胞為NHX將Na＋轉運出細胞提供動力，H＋順濃度外流入細胞質基質可以為NHX將Na＋轉運進液泡提供動力，B正確；P型、V型ATP酶的工作造成細胞液中H＋濃度高于細胞質基質，CLC順濃度梯度轉運H＋沒有問題，但是Cl－的轉運方式無法據圖得出，如果是順濃度的，那么二者都是協助擴散而非主動運輸，C錯誤；從圖示信息可知，一種轉運蛋白可轉運多種特定的離子，一種離子可由多種特定的轉運蛋白轉運，能體現轉運蛋白的特異性，D錯誤。]
1．(多選)(2022·遼寧卷，17)Fe3＋通過運鐵蛋白與受體結合被輸入哺乳動物生長細胞，最終以Fe2＋形式進入細胞質基質，相關過程如圖所示。細胞內若Fe2＋過多會引發膜脂質過氧化，導致細胞發生鐵依賴的程序性死亡，稱為鐵死亡。下列敘述正確的是(　　)
注：早期內體和晚期內體是溶酶體形成前的結構形式
A．鐵死亡和細胞自噬都受基因調控
B．運鐵蛋白結合與釋放Fe3＋的環境pH不同
C．細胞膜的脂質過氧化會導致膜流動性降低
D．運鐵蛋白攜帶Fe3＋進入細胞不需要消耗能量
ABC　[鐵死亡是一種鐵依賴性的，區別于細胞凋亡、細胞壞死、細胞自噬的新型的細胞程序性死亡方式，受基因調控，A正確；從圖中運鐵蛋白與鐵離子的結合及分離，可以看出運鐵蛋白結合Fe3＋的環境在細胞外液，PH接近中性，釋放Fe3＋的環境在晚期內體，PH為5.0，二者的PH不同，B正確；細胞膜的脂質過氧化會導致細胞死亡，細胞膜流動性降低，C正確；鐵離子進入細胞的方式為胞吞，并非主動運輸，運鐵蛋白運出細胞的過程為胞吐，胞吞與胞吐過程都需要消耗細胞代謝釋放的能量，即需要ATP水解并提供能量，D錯誤。]
2．(2021·湖北卷，11)紅細胞在高滲NaCl溶液(濃度高于生理鹽水)中體積縮小，在低滲NaCl溶液(濃度低于生理鹽水)中體積增大。下列有關該滲透作用機制的敘述，正確的是(　　)
A．細胞膜對Na＋和Cl－的通透性遠高于水分子，水分子從低滲溶液運輸至高滲溶液
B．細胞膜對水分子的通透性遠高于Na＋和Cl－，水分子從低滲溶液擴散至高滲溶液
C．細胞膜對Na＋和Cl－的通透性遠高于水分子，Na＋和Cl－從高滲溶液擴散至低滲溶液
D．細胞膜對水分子的通透性遠高于Na＋和Cl－，Na＋和Cl－從高滲溶液擴散至低滲溶液
B　[大多數水分子以協助擴散的方式進出細胞，少數水分子以自由擴散的方式進出細胞，而Na＋和Cl－以主動運輸的方式進出紅細胞。自由擴散和協助擴散比主動運輸更容易，故細胞膜對水分子的通透性遠高于Na＋和Cl－。由于自由擴散和協助擴散都是順濃度梯度運輸，主動運輸是逆濃度梯度運輸，故水分子從低滲溶液運輸至高滲溶液，Na＋和Cl－從低滲溶液運輸至高滲溶液，B正確，A、C、D錯誤。]
3．(2021·江蘇卷，3)細胞可運用不同的方式跨膜轉運物質，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．物質自由擴散進出細胞的速度既與濃度梯度有關，也與分子大小有關
B．小腸上皮細胞攝入和運出葡萄糖與細胞質中各種溶質分子的濃度有關
C．神經細胞膜上運入K＋的載體蛋白和運出K＋的通道蛋白都具有特異性
D．腎小管上皮細胞通過主動運輸方式重吸收氨基酸
B　[物質通過簡單的擴散作用進出細胞的方式，叫作自由擴散，自由擴散是物質順濃度梯度的跨膜運輸，不需要轉運蛋白的協助，也不需要消耗能量，被運輸物質的膜內外濃度梯度的大小和物質分子本身的大小會直接影響自由擴散的速率，A正確；小腸上皮細胞攝入葡萄糖的方式是主動運輸，影響因素是能量的供應和載體蛋白的數量，小腸上皮細胞運出葡萄糖的方式是協助擴散，影響因素是葡萄糖在細胞內外的濃度差和載體蛋白的數量，B錯誤；通道蛋白和載體蛋白統稱為轉運蛋白，都是有特異性的，C正確；腎小管吸收氨基酸的過程是逆濃度梯度進行的，是主動運輸，D正確。]
4．(2021·廣東卷，13)保衛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。下列敘述錯誤的是(　　)
A．比較保衛細胞細胞液濃度，③處理后>①處理后
B．質壁分離現象最可能出現在滴加②后的觀察視野中
C．滴加③后有較多水分子進入保衛細胞
D．推測3種蔗糖溶液濃度高低為②>①>③
A　[通過題圖分析可知，①細胞處吸水量少于③處細胞，說明保衛細胞細胞液濃度①處理后>③處理后，A錯誤；②處細胞失水，故質壁分離現象最可能出現在滴加②后的觀察視野中，B正確；滴加③后細胞大量吸水，故滴加③后有較多水分子進入保衛細胞，C正確；通過分析可知，推測3種蔗糖溶液濃度高低為②>①>③，D正確。]
5．(2021·湖南卷，3)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生的滲透調節過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．施肥過多引起的“燒苗”現象與質壁分離有關
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．1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的滲透壓大小相等
D　[施肥過多使外界溶液濃度過高，大于細胞液的濃度，細胞發生質壁分離導致植物過度失水而死亡，引起“燒苗”現象，A正確；發生質壁分離的內因是細胞壁的伸縮性小于原生質層的伸縮性，而原生質層包括細胞膜、液泡膜以及之間的細胞質，質壁分離過程中，細胞膜可局部或全部與細胞壁分開，B正確；植物細胞在發生質壁分離復原的過程中，因不斷吸水導致細胞液的濃度逐漸降低，與外界溶液濃度差減小，細胞的吸水能力逐漸降低，C正確；溶液滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質微粒的數目，1 mol/L的NaCl溶液和1 mol/L的葡萄糖溶液的滲透壓不相同，因NaCl溶液中含有鈉離子和氯離子，故其滲透壓高于葡萄糖溶液，D錯誤。]

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