2024届高考生物一轮复习第3单元第6课细胞的物质输入和输出学案

这是一份2024届高考生物一轮复习第3单元第6课细胞的物质输入和输出学案，共33页。学案主要包含了教材细节命题，易错提醒，命题动态等内容，欢迎下载使用。


第6课　细胞的物质输入和输出
►学业质量水平要求◄
1．基于对不同物质跨膜运输实例的分析，理解细胞内物质运输与能量供应的关系，并归纳跨膜运输的方式与特点。(生命观念、科学思维)
2．基于对不同物质跨膜运输发生条件的比较，认同不同运输方式需要的条件不同。(科学思维)
3．设计实验探究细胞膜的透性；分析植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验。(科学探究)
4．依据渗透作用原理指导灌溉和施肥。(社会责任)

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)渗透作用产生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。
2．动物细胞的吸水和失水
(1)条件。
①细胞膜：相当于半透膜。
②细胞质：有一定浓度，和外界溶液发生渗透作用。
(2)原理。
①当外界溶液的浓度<细胞质的浓度时，细胞吸水膨胀。
②当外界溶液的浓度＞细胞质的浓度时，细胞失水皱缩。
③当外界溶液的浓度＝细胞质的浓度时，细胞形态不变。
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当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。
②当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离的复原现象。

1．在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜。
(×)
2．植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。 (×)
3．渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量分数。 (×)
4．虽然红细胞没有具膜细胞器，但将其放入一定浓度的外界溶液中，也能发生渗透作用。 (√)
【教材细节命题】
1．(必修1 P64“探究·实践”)利用高浓度盐水(NaCl溶液)杀菌防腐的原理是渗透作用使细菌细胞内的水分渗出而死亡。一次施肥过多造成烧苗，原因是土壤溶液浓度过高，植物无法正常吸水。
2．(必修1 P65正文)成熟植物细胞发生质壁分离的原因是外界溶液的浓度大于细胞液浓度，且原生质层比细胞壁的伸缩性大。

1．半透膜和选择透过性膜的区别

2．深度分析渗透作用装置图
(1)溶质不能通过半透膜的渗透装置分析。

①渗透系统的溶液浓度指的是物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压。
如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液相比，质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
②水分子是双向移动的。
水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液是表观现象，实际是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
③漏斗内液面上升的原因。
单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。
④漏斗内液面停止上升的原因。
随着液面的不断上升，漏斗内液体的压强越来越大，从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速率加快，水分子进出漏斗的速率越来越接近，直至完全相等，漏斗内液面不再升高，此时水分子的进出达到相对平衡。
⑤渗透平衡后，半透膜两侧溶液浓度不一定相等。
若半透膜两侧液面仍存在液面高度差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度高。
(2)溶质能通过半透膜的渗透装置分析。

①S1和S2是同种溶质，且能透过半透膜，S1溶液浓度大于S2溶液浓度。
开始时，由于半透膜两侧存在浓度差，由S2→S1的水分子数多于S1→S2的，随后S1中的溶质透过半透膜进入S2。
一段时间后，半透膜两侧的浓度差逐渐减小，S1和S2的溶液浓度相等。
外观表现：S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平。
②S1和S2是两种不同的溶质，且只有水和S1能透过半透膜。
a：若S1的物质的量浓度大于S2的，则出现的现象是S1液面先升高，随后S1中的溶质透过半透膜进入S2，S2液面逐渐升高，最终高于S1。
b：若S1的物质的量浓度小于S2的，则出现的现象是S1液面始终低于S2液面。
(3)渗透装置的变式分析。
图1为渗透作用的初始状态，其中半透膜只允许水分子通过(图中浓度为质量分数)。

①往稳定后的图1 U形管的左侧加入少量蔗糖酶。
未加酶时：由于10%的葡萄糖溶液的物质的量浓度大，因此水分子由10%的蔗糖溶液→10%的葡萄糖溶液较多，右侧液面升高。
加蔗糖酶后：蔗糖被水解为两分子单糖(葡萄糖和果糖)，导致左侧浓度升高，水分子由10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液较多，则左侧液面升高，最终高于右侧。
②若把稳定后的图1 U形管右侧液面高出的部分吸走，则右侧液面继续升高并达到新的平衡，但抽取次数与液面高低之间呈负相关。
③若把图1所示装置放在失重环境中，则右侧液面会升高，但是稳定时两侧物质的量浓度相等，因为没有重力的作用。如果此时把右侧高出的液面吸走，则右侧液面不再升高。
④如果把图1装置改为图2装置，容器是密闭的，中间是可以移动的半透膜，则分析方法与图1类似，水分子向右移动的多，半透膜向左移动。
3．渗透作用实验装置的拓展应用
(1)验证渗透作用发生的条件。

(2)比较不同溶液浓度的大小。
漏斗内溶液浓度为M，烧杯内溶液浓度为N，以下为各种现象及对应的结论：

(3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)。
烧杯内盛淀粉溶液
漏斗内盛碘液
结论
变蓝
不变蓝
碘能通过半透膜，而淀粉不能
不变蓝
变蓝
淀粉能通过半透膜，而碘不能
变蓝
变蓝
淀粉和碘都能通过半透膜
不变蓝
不变蓝
淀粉和碘都不能通过半透膜

考向1| 渗透作用的原理及应用分析
1．(2023·广东广州模拟)某实验小组将甲、乙两个液泡初始体积相等的洋葱鳞片叶细胞分别置于A、B两个烧杯中，两个烧杯装有等浓度的KNO3溶液，甲和乙两个细胞的液泡体积变化如下图所示。下列说法错误的是(　　)

A．初始状态下，甲的细胞液浓度大于乙的
B．t1时，甲细胞液的渗透压与外界溶液的相近
C．O～t1，甲和乙的细胞吸水能力都逐渐增强
D．t2时，甲、乙的细胞液浓度和初始状态相等
D　解析：根据曲线可知，达到平衡时甲的失水量较少，因此甲和外界溶液的浓度差较小，甲的细胞液浓度大于乙的，A正确；t1时，甲吸水和失水均处于动态平衡，因此甲的细胞液渗透压与外界溶液的相近，B正确；O～t1，甲和乙都在失水，细胞液浓度变大，因此吸水能力逐渐增强，C正确；t2时，甲、乙的液泡体积和初始状态相等，但是都从外界吸收了溶质分子，因此t2时，细胞液浓度大于初始状态，D错误。
考向2| 动植物细胞的吸水与失水
2．(2022·湖北卷)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白，硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是(　　)
A．经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀
B．经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小
C．未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀
D．未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小
B　解析：经AgNO3处理的红细胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通过自由扩散的形式进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会失水皱缩，A正确，B错误；未经AgNO3处理的红细胞，水可通过水通道蛋白快速进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小，C、D正确。
3．在无任何相反压力时，渗透吸水会使细胞膨胀甚至破裂，不同的细胞用不同的机制解决这种危机。下图表示高等动物、高等植物与原生生物细胞以三种不同的机制避免渗透膨胀，据此推断下列说法正确的是(　　)

A．动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白的协助
B．植物细胞吸水达到渗透平衡时，细胞内外溶液浓度相等
C．若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会升高
D．三种细胞发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜
A　解析：动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白将离子转运到细胞外，以减小细胞内液的渗透压，防止细胞渗透吸水涨破，A正确；植物细胞在低浓度溶液中会发生吸水，但是由于细胞壁的支撑作用，吸水到一定程度后达到平衡，故此时细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度，B错误；原生生物生活在低渗溶液中，会通过收缩泡将多余的水排到细胞外，若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会降低，C错误；动物细胞和原生生物发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜，而植物细胞发生渗透吸水的原理是原生质层相当于半透膜，D错误。
考点二　物质跨膜运输的方式

1．物质进出细胞的方式

2．物质跨膜运输的方式和影响因素

(1)图示表示的跨膜运输方式中，甲为主动运输，乙为自由扩散，丙为协助扩散，丁为协助扩散。
(2)图中物质a为载体蛋白，b为通道蛋白，c为载体蛋白。它们都属于转运蛋白。
(3)影响跨膜运输方式的因素：
甲为载体蛋白和能量，乙为浓度差，丙、丁为浓度差和转运蛋白。

1．主动运输都是逆浓度梯度进行的。 (√)
2．主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢。 (×)
3．大分子有机物要通过转运蛋白的作用才能进入细胞内，并且要消耗能量。
(×)
4．低温不影响矿质离子的吸收速率。 (×)
5．新生儿从乳汁中获得抗体需要消耗能量。 (√)
6．同种物质进出同一细胞的方式一定相同。 (×)
7．以胞吐的方式排出细胞的物质不一定都是生物大分子。 (√)
【教材细节命题】
1．(必修1 P70“与社会的联系”)囊性纤维化是细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na＋和Cl－的跨膜运输，这一事例说明这种结构蛋白属于细胞膜上的载体蛋白，也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上载体蛋白的种类和数量来实现的。
2．(必修1 P66正文)转运蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质。它包括两大类：载体蛋白和通道蛋白。载体蛋白每次转运都会发生自身构象的改变。过去人们普遍认为水分子都是通过自由扩散进出细胞的，后来研究表明，水分子更多是通过细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。

1．膜上的两种转运蛋白比较
名称
载体蛋白
通道蛋白
转运对象
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过
只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
特点
运输过程中与被运输的分子或离子特异性结合(具有类似于酶和底物结合的饱和效应)，每次转运时都会发生自身构象的改变
转运分子或离子不需要与通道蛋白结合
参与运
输方式
主动运输和协助扩散
被动运输(协助扩散)
转运速
率与物
质浓度
不成比例
成比例，且比载体蛋白介导的转运速率更快(1 000倍以上)
2．模式图中物质跨膜运输方式的判断


3．不同因素对物质跨膜运输的影响
(1)影响因素。

(2)曲线分析。

4．探究物质跨膜运输方式的实验设计思路
(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。

5．归纳概括同一物质的不同运输方式
物质
相应过程
运输方式
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
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(钠—钾泵)
K＋
进入神经细胞
主动运输(钠—钾泵)
运出神经细胞
协助扩散(靠离子通道)

考向1| 物质跨膜运输方式的判断
1．下图为动物细胞的细胞膜转运部分物质的示意图，下列分析不正确的是(　　)

A．根据乙侧耗能的情况可知，甲侧为细胞外，乙侧为细胞内
B．图示中葡萄糖的跨膜运输方式与细胞吸收水分的方式相同
C．图中a和b不是静止的，其运动的特性有利于物质的跨膜运输
D．用胰蛋白酶处理细胞膜，会影响葡萄糖、Na＋等物质的运输
B　解析：动物细胞内的K＋浓度远高于细胞外，会通过主动运输将K＋运到细胞内(图中K＋进细胞耗能)，而Na＋正好相反，细胞通过主动运输的方式将Na＋运输到细胞外(图中Na＋出细胞耗能)，据此可判断甲侧是细胞外，乙侧是细胞内，A正确；图中细胞吸收水的方式是自由扩散，与图中葡萄糖的跨膜运输方式不同，B错误；图中的a是磷脂双分子层，b为蛋白质，组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质大都可以运动，细胞膜的流动性有利于物质的跨膜运输，C正确；葡萄糖、Na＋等物质的跨膜运输需要载体蛋白，用胰蛋白酶处理细胞膜，会破坏细胞膜上的载体蛋白，进而影响到葡萄糖、Na＋等物质的运输，D正确。
考向2| 影响物质跨膜运输的因素分析
2．(2022·山东卷)NO3-和NH4+是植物利用的主要无机氮源，NH4+的吸收由根细胞膜两侧的电位差驱动，NO3-的吸收由H＋浓度梯度驱动，相关转运机制如图。铵肥施用过多时，细胞内NH4+的浓度增加和细胞外酸化等因素引起植物生长受到严重抑制的现象称为铵毒。下列说法正确的是(　　)

A．NH4+通过AMTs进入细胞消耗的能量直接来自ATP
B．NO3-通过SLAH3转运到细胞外的方式属于被动运输
C．铵毒发生后，增加细胞外的NO3-会加重铵毒
D．载体蛋白NRT1.1转运NO3-和H＋的速度与二者在膜外的浓度呈正相关
B　解析：由题可知，NH4+的吸收是根细胞膜两侧的电位差驱动的，所以NH4+通过AMTs进入细胞不消耗能量，A错误。由题图可知，NO3-进入根细胞膜由H＋的浓度梯度驱动，进行逆浓度梯度运输，所以NO3-通过SLAH3转运到细胞外是顺浓度梯度运输，属于被动运输，B正确。铵毒发生后，H＋在细胞外更多，增加细胞外的NO3-，可以促使H＋向细胞内转运，减少细胞外的H＋，从而减轻铵毒，C错误。据题图可知，载体蛋白NRT1.1转运NO3-属于主动运输，主动运输的速率与其浓度无必然关系；运输H＋属于协助扩散，协助扩散在一定范围内运输速率与其浓度呈正相关，超过一定范围后不成比例，D错误。
3．下图是几种物质进出细胞方式中运输速率与影响因素间的关系曲线图，下列叙述中正确的是(　　)

A．与氧气进出细胞相符的图有①③⑤
B．与葡萄糖进入红细胞相符的图有①④⑥
C．与K＋进入神经细胞相符的图有②④⑤
D．与蛋白质类物质进出细胞相符的图有②③⑥
A　解析：题图中①～⑥分别表示自由扩散、协助扩散或主动运输、被动运输或由无氧呼吸供能的主动运输、主动运输、自由扩散、协助扩散或主动运输。氧气通过自由扩散的方式进出细胞，与此相符的是①③⑤，A正确；葡萄糖通过协助扩散的方式进入红细胞，与此相符的是②③⑥，B错误；K＋进入神经细胞的方式是主动运输，与图中②④⑥相符，C错误；蛋白质类物质通过胞吞或胞吐进出细胞，D错误。
【易错提醒】有关物质出入细胞方式的六个“不要漏掉”
(1)需要转运蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。
(2)消耗能量的运输方式除主动运输外，不要漏掉胞吞和胞吐。
(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。
(4)影响协助扩散运输速率的因素除转运蛋白数量外，不要漏掉浓度差。
(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。
(6)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞，但不要漏掉也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。
考向3| 物质跨膜运输的有关实验
4．在适宜条件下，测得的某植物根细胞对a、b两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示(a、b两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度a、b两种物质的吸收速率)。回答下列问题。

(1)根据实验结果发现a是通过自由扩散方式跨膜运输的。自由扩散的含义是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)实验结果表明：当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。可能的原因是___________________________。
(3)王同学据图认为b的跨膜运输方式是主动运输，李同学认为是协助扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。
答案：(1)物质通过简单的扩散方式进出细胞　(2)细胞膜上运输b的转运蛋白数量是有限的，当所有转运蛋白都参加运输时，运输速率达到最大，此后b浓度再增加，运输速率也不会增加　(3)实验思路：设置甲、乙两组，甲组在适宜条件下测定根细胞对外界溶液中b的吸收速率；乙组在外界溶液中加入呼吸抑制剂，在相同条件下测定根细胞对外界溶液中b的吸收速率。预期结果和结论：若乙组的吸收速率低于甲组，说明b的跨膜运输需要能量，属于主动运输，则王同学的判断是正确的；若乙组的吸收速率与甲组相同，说明b的跨膜运输不需要能量，不属于主动运输，则王同学的判断是错误的。
考点三　(探究·实践)探究植物细胞的吸水和失水

1．实验原理
(1)成熟的植物细胞构成渗透系统，可发生渗透作用。

(2)原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。
2．实验步骤

3．实验结论
(1)成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统并发生渗透作用。
(2)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，出现质壁分离现象。
(3)当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，出现质壁分离复原现象。

1．质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。 (×)
2．低倍镜观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离时，随中央液泡变小紫色变深。 (√)
3．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相同。 (×)
4．大蒜根尖分生区细胞可用于观察细胞的质壁分离与复原。 (×)
5．需要高倍显微镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离。 (×)

1．本实验存在的两组对照实验
本实验存在的两组实验均为自身对照，自身对照是指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照。

2．质壁分离及复原发生的条件

3．质壁分离和复原实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞的死活。

(2)测定细胞液浓度范围。

(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度。

(4)比较未知浓度溶液的浓度大小。

(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。


考向1| 实验原理和基本步骤分析
1．(2022·浙江6月选考)“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验中，用显微镜观察到的结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．由实验结果推知，甲图细胞是有活性的
B．与甲图细胞相比，乙图细胞的细胞液浓度较低
C．丙图细胞的体积将持续增大，最终涨破
D．若选用根尖分生区细胞为材料，质壁分离现象更明显
A　解析：能发生质壁分离的细胞应为活的植物细胞，由图可知，从甲到乙发生了质壁分离现象，说明甲细胞是活细胞，A正确；乙图所示细胞发生质壁分离，该过程中细胞失水，故与甲图相比，乙图细胞的细胞液浓度较高，B错误；由于有细胞壁的限制，丙图细胞体积不会持续增大，且不会涨破，C错误；根尖分生区细胞无中央大液泡，不能发生质壁分离现象，D错误。
2．利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞和不同浓度的蔗糖溶液，可以探究细胞发生质壁分离和复原的情况。下列有关该实验的叙述正确的是(　　)
A．在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞的吸水能力逐渐增强
B．该实验利用同一块植物组织探究了质壁分离和复原的情况，没有设计对照
C．将装片在酒精灯上加热后再观察，质壁分离及复原现象会更明显
D．不同浓度蔗糖溶液下发生质壁分离的细胞滴加清水后都能复原
A　解析：质壁分离过程中随着细胞逐渐失水，细胞液浓度增大，细胞的吸水能力逐渐增强，A正确；清水中的细胞生活状态与加入蔗糖溶液后的细胞状态形成对照，即质壁分离前后形成对照，质壁分离和复原形成对照，B错误；质壁分离与复原实验必须用活的成熟的植物细胞作材料，将装片在酒精灯上加热会使细胞死亡，而死细胞不会再发生质壁分离及复原，C错误；蔗糖溶液浓度过高，会使细胞失水过多、过快而死亡，加入清水后细胞不会发生质壁分离复原，D错误。
考向2| 实验的拓展和应用
3．(2022·山东烟台模拟)某研究小组用5种植物材料进行质壁分离实验。在相同的放大倍数下，记录视野中的细胞数目，然后滴加蔗糖溶液，记录从滴加蔗糖溶液到发生“初始质壁分离”的平均时间，绘制成下图。下列说法正确的是(　　)

A．据图分析可知，5种植物材料中山茶细胞最小
B．该实验在观察质壁分离现象时，没有设计对照实验
C．若在发生质壁分离后滴加清水，则5种材料复原时间都不同
D．5种材料中，红花檵木发生质壁分离的速度最快
D　解析：在相同的放大倍数下，视野中山茶的细胞数目最少，说明其细胞最大，观察到的红花檵木细胞数目最多，说明其细胞最小，A错误；蔗糖溶液滴加之前和之后形成前后自身对照，B错误；若在发生质壁分离后滴加清水，则不能确定5种材料复原时间，C错误；5种材料中，红花檵木从滴加蔗糖溶液到发生“初始质壁分离”的平均时间最短，发生质壁分离的速度最快，D正确。

【命题动态】理解细胞吸水和失水的原理，掌握植物细胞质壁分离与复原的实验技能，是高考常考的能力层次。考题大多以实验题或分析说明题的形式出现，渗透作用装置的设计、渗透作用的条件及相关内容的拓展性研究，均可设题进行考查。关于物质跨膜运输的方式，高考主要集中在“物质出入细胞的方式”和“影响物质跨膜运输的因素”两个方面，常以图示、曲线、表格数据等为情境命题，考查对相关知识的理解能力及进行综合分析、判断和推理的能力。

1．(2022·全国甲卷)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是(　　)
A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度
B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c
C．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度
D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
[思维培养]

C　解析：由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞的体积增大，说明细胞吸水，则水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，A正确。水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，细胞b体积增大(细胞吸水)，细胞c发生质壁分离(细胞失水)，因此水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c，B正确。由题可知，水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相等；水分交换达到平衡时，虽然细胞内外溶液浓度相同，但细胞c失水后外界蔗糖溶液的浓度减小，因此水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误。在一定的蔗糖溶液中，细胞c发生了质壁分离，水分交换达到平衡时，其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，D正确。
2．(2021·山东卷)液泡是植物细胞中储存Ca2+的主要细胞器。液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2+以与H＋相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存。下列说法错误的是(　　)
A．Ca2+通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散
B．Ca2+通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺
C．加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2+通过CAX的运输速率变慢
D．H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
A　解析：Ca2+通过 CAX 的跨膜运输方式为主动运输，所需要的能量由H＋顺浓度梯度产生的势能提供，A错误；Ca2+通过 CAX 的运输进入液泡增加细胞液的浓度，有利于植物细胞保持坚挺，B正确；加入 H＋焦磷酸酶抑制剂，则液泡中的H＋浓度降低，液泡膜两侧的 H＋浓度梯度差减小，为Ca2+通过 CAX 的运输提供的能量减少，C正确；H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式需要水解无机焦磷酸释放的能量来提供，为主动运输，D正确。

1．(科学实验和探究情境)取某植物的成熟叶片，用打孔器获取叶圆片，等分成两份，分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中，得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时，检测甲、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是(　　)
A．甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高
B．若测得乙糖溶液浓度不变，则乙组叶细胞的净吸水量为零
C．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离
D．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组
D　解析：由题干信息可知，叶细胞与溶液之间无溶质交换，而甲组的甲糖溶液浓度升高，则可能是由于叶细胞的细胞液浓度大于甲糖溶液物质的量浓度，引起了细胞吸水，A正确；若乙糖溶液浓度不变，说明乙糖溶液物质的量浓度与叶细胞的细胞液浓度相等，叶细胞净吸水量为零，B正确；若乙糖溶液浓度降低，说明细胞失水，叶肉细胞可能发生了质壁分离，C正确；若乙糖溶液浓度升高，说明乙糖溶液物质的量浓度低于叶细胞的细胞液浓度，细胞吸水，而乙糖溶液的物质的量浓度约为甲糖溶液的2倍，因此叶细胞的净吸水量应是乙组小于甲组，D错误。
2．(生命科学史情境)诺贝尔化学奖曾经授予研究细胞膜通道蛋白的科学家。通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，它包含离子通道蛋白和水通道蛋白。下列相关叙述错误的是(　　)
A．肾小管上皮细胞膜上可能存在水通道蛋白，有利于对原尿中水的重吸收
B．磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子的运输都需要水通道蛋白
C．神经细胞在静息状态下K＋外流的过程是通过K＋通道来完成的被动运输
D．离子通道一般具有特异性，在特定信息的作用下才会开放，能实现相应物质的快速运输
B　解析：肾小管上皮细胞膜上可能存在水通道蛋白，有利于对原尿中水的重吸收，A正确；磷脂双分子层内部是疏水的，磷脂双分子层是可以运动的，水分子可以通过自由扩散的方式跨膜运输，也可以通过水通道蛋白以协助扩散的方式跨膜运输， B错误；神经细胞在静息状态下钾离子外流的过程是通过钾离子通道来完成的被动运输，C正确；离子通道一般具有特异性，在特定信息的作用下才会开放，能实现相应物质的快速运输，D正确。
课时质量评价(六)
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．(2022·山东济宁一模)植物细胞中的蛋白质等分子会解离为A－与H＋两种离子，A－不能向细胞外扩散，H＋可以被细胞膜上的某些离子泵运到细胞外，使细胞呈现内负外正的电位差。若外界溶液为KCl溶液，则溶液中的K＋在A－的吸引下向细胞内扩散积累。一段时间后，细胞内外离子扩散速度相等，达到平衡状态。下列叙述正确的是(　　)
A．H＋运输到细胞外不需要细胞代谢释放的能量
B．达到平衡时，细胞内外的K＋浓度相等
C．K＋进入细胞内的量与A－的浓度呈正相关
D．达到平衡时，无水分子进入细胞
C　解析：H＋可以被细胞膜上的某些离子泵运到细胞外，为主动运输，需要耗能，需要载体，A错误；由题干信息分析可知，K＋是阳离子，不断向细胞内扩散，使细胞内的K＋浓度大于细胞外的K＋浓度，B错误；溶液中的K＋在A－的吸引下向细胞内扩散积累，K＋进入细胞内的量与A－的浓度呈正相关，C正确；水分子进出细胞的方式是自由扩散，在平衡时，细胞内外会发生水分子的交换，只是水分子进出细胞速率相等，D错误。
2．将紫色洋葱鳞片叶外表皮浸润在一定浓度的甲物质溶液中，在显微镜下观察到细胞发生了质壁分离。下列说法错误的是(　　)
A．甲物质溶液的浓度大于细胞液浓度
B．甲物质不能通过细胞的细胞壁和细胞膜
C．紫色液泡颜色会加深与原生质层的选择透过性有关
D．将发生了质壁分离的细胞浸润在清水中可判断其是否还具有活性
B　解析：细胞发生了质壁分离，表明细胞失水，则甲物质溶液浓度大于细胞液浓度，A正确；细胞壁具有全透性，甲物质可通过细胞壁，但能否通过细胞膜不能确定，B错误；细胞失水导致紫色液泡颜色加深，这与原生质层的选择透过性有关，C正确；只有活细胞才能发生质壁分离复原，故将发生了质壁分离的细胞浸润在清水中，一定时间后观察其是否发生质壁分离复原，可判断细胞是否还具有活性，D正确。
3．(2023·山东济南模拟)柽柳是强耐盐植物，它的根部能够吸收无机盐，叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排出体外。为探究根部对无机盐X的吸收方式，兴趣小组的同学利用生理状况相同的多条柳根、已知浓度的X溶液、X载体抑制剂和呼吸酶抑制剂做了以下实验。下列对实验思路或实验结论的叙述不正确的是(　　)
甲组：6条柽柳根＋X的溶液→一段时间后测溶液中X的浓度，计算X吸收速率
乙组：6条柽柳根＋X的溶液＋X载体抑制剂→一段时间后测溶液中X的浓度，计算X吸收速率
丙组：6条柽柳根＋X的溶液＋呼吸酶抑制剂→一段时间后测溶液中X的浓度，计算X吸收速率
A．甲、乙、丙三组不同的处理方法是自变量，不同处理方法后X的吸收速率是因变量
B．若乙组溶液中X的吸收速率比甲组的低，说明X是通过主动运输被吸收的
C．若丙组溶液中X的吸收速率与甲组的吸收速率相等，说明X是通过被动运输被吸收的
D．若乙、丙两组溶液中X的吸收速率小于甲组的吸收速率，说明X是通过主动运输被吸收的
B　解析：由题干可知，甲组是对照组，乙、丙组是实验组，不同的处理方法是自变量，实验前后X的吸收速率是因变量，A正确；使用X载体抑制剂，乙组溶液中X的吸收速率比甲组的低，说明X是通过主动运输或协助扩散被吸收的，B错误；若丙组溶液中X的吸收速率与甲组的吸收速率相等，说明没有消耗能量，X是通过被动运输被吸收的，C正确；乙、丙两组溶液中X的吸收速率都小于甲组的吸收速率，说明吸收X既需要载体，又消耗能量，X是通过主动运输被吸收的，D正确。
4．取兔体内的甲细胞(有线粒体)和乙细胞(无线粒体)分别置于适宜浓度的A溶液中，甲细胞通入空气组比未通入空气组吸收A的速率大，而乙细胞通入空气组与未通入空气组吸收A的速率相等。综上分析，不能得出的结论是(　　)
A．甲细胞可通过主动运输吸收A
B．乙细胞不再具有增殖、分化能力
C．A溶液的浓度可能与两种细胞自身的浓度相当
D．乙细胞吸收A不消耗能量
D　解析：甲细胞通入空气组比未通入空气组吸收A的速率大，说明甲细胞吸收 A 与有氧呼吸有关，即需要消耗能量，是主动运输，A 正确；乙细胞无线粒体，说明乙细胞是已分化的细胞，故不再具有增殖、分化能力，B 正确；细胞必须生活在等渗环境中，大多数情况下培养细胞时需考虑细胞对渗透压的耐受性，所以A溶液的浓度可能与两种细胞自身的浓度相当，C 正确；乙细胞(无线粒体)通入空气组与未通入空气组吸收A的速率相等，则乙细胞吸收A所需的能量可能由无氧呼吸提供，不能说明乙细胞吸收A不消耗能量，D 错误。
5．右图为人体某细胞对葡萄糖的转运速率与细胞外葡萄糖浓度的关系。实线表示细胞外仅存在葡萄糖的情况，虚线表示细胞外同时存在一定浓度半乳糖的情况。以下说法正确的是(　　)
A．葡萄糖的转运速率随细胞外葡萄糖浓度的升高持续增大
B．半乳糖可水解为2分子葡萄糖
C．该细胞膜上一定存在转运半乳糖的载体
D．半乳糖对葡萄糖的转运有抑制作用
D　解析：由曲线走势可知，随着葡萄糖浓度的升高，葡萄糖的转运速率逐渐升高，当达到一定浓度后，转运速率保持不变，A错误；半乳糖属于单糖，单糖不能水解，B错误；分析题图可知，葡萄糖和一定浓度的半乳糖同时存在时，葡萄糖的转运速率随着葡萄糖浓度的增大而升高，但同样浓度下低于细胞外仅存在葡萄糖时的葡萄糖转运速率，因此半乳糖对葡萄糖的转运有抑制作用，但是不能确定细胞膜能否转运半乳糖，C错误，D正确。
6．主动运输消耗的能量可来自ATP或离子电化学梯度等。下图为Na＋、葡萄糖进出小肠上皮细胞的示意图。下列关于图中物质跨膜运输过程的分析错误的是(　　)

A．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是不需耗能的主动运输
B．Na＋从小肠上皮细胞进入组织液是需要消耗ATP的主动运输
C．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞相伴随
D．Na＋从肠腔到小肠上皮细胞以及葡萄糖从小肠上皮细胞到组织液均为被动运输
A　解析：由题图可知，葡萄糖从肠腔逆浓度梯度进入小肠上皮细胞，属于主动运输，需要消耗能量，A错误；Na＋从小肠上皮细胞进入组织液是逆浓度梯度进行的，需要载体蛋白协助并需要消耗ATP，属于主动运输，B正确；从题图可看出，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞共用一个载体，C正确；Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞的方式是协助扩散，葡萄糖从小肠上皮细胞进入组织液的方式也是协助扩散，均为被动运输，D正确。
7．用呼吸抑制剂处理哺乳动物的红细胞，下图表示物质吸收量的变化，正确的是(　　)
　
A　　 　　B　　　　C　　　 　D
B　解析：葡萄糖进入哺乳动物红细胞的运输方式是协助扩散，不需要消耗ATP，所以与呼吸强度无关，A错误；B项图中两种物质的运输方式都是主动运输，需要消耗ATP，所以当用呼吸抑制剂处理后，它们的吸收量会受到影响，B正确；C项和D项图中物质的运输方式是被动运输，不需要ATP，所以与呼吸强度无关，C、D错误。
8．右图所示为某植物表层细胞在不同溶液中，一定时间后细胞吸水力与原生质体相对体积之间的关系(正常状态下原生质体相对体积为1.0)。下列相关叙述正确的是(　　)
A．若该植物为洋葱，则该细胞一定为洋葱外表皮细胞
B．a点时的细胞体积显著小于b点时的细胞体积
C．b点之后，随着细胞吸水力的下降，细胞液的渗透压逐渐增大
D．在一定浓度的KNO3溶液中，原生质体相对体积可能会由0.5自动恢复到1.0
D　解析：洋葱内表皮细胞也可发生质壁分离，A错误；据图分析，a点时细胞发生质壁分离，原生质体相对体积缩小，b点时细胞处于正常状态，由于细胞壁的伸缩性很小，a、b点时植物细胞体积与a点基本相同，B错误；b点之后，细胞吸水，原生质体相对体积增大，细胞液的渗透压逐渐减小，细胞吸水力下降，C错误；在一定浓度的KNO3溶液中，细胞发生质壁分离后，随着植物细胞通过主动运输不断吸收K＋和NO3-，细胞液的渗透压逐渐增大，细胞吸水力逐渐升高，植物细胞会发生质壁分离自动复原，原生质体相对体积可能会由0.5自动恢复到1.0，D正确。
9．(2023·广东河源模拟)肾脏每日过滤约180 L的血浆，在正常糖耐量的个体中，每日约180 g的葡萄糖被过滤。葡萄糖在肾小管里的重吸收由葡萄糖转运蛋白(GLUT)和钠—葡萄糖协同转运蛋白(SGLT)完成。葡萄糖通过与Na＋协同进入细胞，细胞内Na＋不断被细胞侧基底膜的Na＋-K＋ATP酶泵出，如下图所示，下列叙述错误的是(　　)

A．Na＋-K＋ATP酶有催化和运输功能
B．葡萄糖从肾近端小管细胞运出是协助扩散
C．Na＋-K＋ATP酶磷酸化导致其空间结构发生变化
D．葡萄糖逆浓度梯度进入肾近端小管细胞因不消耗能量属于协助扩散
D　解析：Na＋-K＋ATP酶能催化ATP水解，有催化功能，也能运输离子，A正确；据题图判断，葡萄糖进入肾近端小管细胞内是从低浓度向高浓度运输，为主动运输，消耗能量，葡萄糖出肾近端小管细胞需要载体的协助，不消耗能量，属于协助扩散，B正确，D错误；被活化的Na＋-K＋ATP酶能够水解ATP，ATP水解释放的磷酸基团使载体蛋白磷酸化，后者的空间结构进而发生变化，活性也被改变，C正确。
二、非选择题
10．(2021·广东卷)人体缺乏尿酸氧化酶，导致体内嘌呤分解代谢的终产物是尿酸(存在形式为尿酸盐)。尿酸盐经肾小球滤过后，部分被肾小管细胞膜上具有尿酸盐转运功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收，最终回到血液。尿酸盐重吸收过量会导致高尿酸血症或痛风。目前，E是针对上述蛋白治疗高尿酸血症或痛风的常用临床药物。为研发新的药物，研究人员对天然化合物F的降尿酸作用进行了研究。给正常实验大鼠(有尿酸氧化酶)灌服尿酸氧化酶抑制剂，获得了若干只高尿酸血症大鼠，并将其随机分成数量相等的两组，一组设为模型组，另一组灌服F设为治疗组，一段时间后检测相关指标，结果见图。

回答下列问题：
(1)与分泌蛋白相似，URAT1和GLUT9在细胞内的合成、加工和转运过程需要____________________及线粒体等细胞器(答出两种即可)共同参与。肾小管细胞通过上述蛋白重吸收——尿酸盐，体现了细胞膜具有____________的功能特性。原尿中还有许多物质也需借助载体蛋白通过肾小管的细胞膜，这类跨膜运输的具体方式有________________________。
(2)URAT1分布于肾小管细胞刷状缘(下图示意图)，该结构有利于尿酸盐的重吸收，原因是__________________________________________________________
___________________________________________________________________。

(3)与空白对照组(灌服生理盐水的正常实验大鼠)相比，模型组的自变量是________________。与其他两组比较，设置模型组的目的是__________________
___________________________________________________________________。
(4)根据尿酸盐转运蛋白检测结果，推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是______________________________，减少尿酸盐重吸收，为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，具体为________________________。
解析：(1)由于URAT1和GLUT9与分泌蛋白相似，因此URAT1和GLUT9在细胞内的合成、加工和转运过程需要核糖体、内质网、高尔基体及线粒体等细胞器共同参与。肾小管细胞通过URAT1和GLUT9蛋白重吸收尿酸盐，体现了细胞膜的选择透过性。借助载体蛋白的跨膜运输方式有协助扩散和主动运输。(2)由题图可知，肾小管细胞刷状缘形成很多突起，增大吸收面积，有利于尿酸盐的重吸收。(3)模型组灌服尿酸氧化酶抑制剂，与空白对照组相比，模型组的自变量是尿酸氧化酶活性低。与空白对照组和灌服F的治疗组比较，设置模型组的目的是排除血清尿酸盐含量降低是由于大鼠体内尿酸氧化酶的作用(或确保血清尿酸盐含量降低是F作用的结果)。(4)根据尿酸盐转运蛋白检测结果，模型组灌服尿酸氧化酶抑制剂后两种转运蛋白增加，灌服F的治疗组两种转运蛋白含量明显减少，可推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是F抑制转运蛋白URAT1和GLUT9基因的表达，减少尿酸盐重吸收。为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，将高尿酸血症大鼠灌服E，与F进行对比，得出两者降尿酸的作用效果。
答案：(1)核糖体、内质网、高尔基体　选择透过性　协助扩散、主动运输　(2)肾小管细胞刷状缘形成很多突起，增大吸收面积　(3)尿酸氧化酶活性低　排除血清尿酸盐含量降低是由于大鼠体内尿酸氧化酶的作用(或确保血清尿酸盐含量降低是F作用的结果)　(4)F抑制转运蛋白URAT1和GLUT9基因的表达　高尿酸血症大鼠灌服E
11．(2022·海南卷)细胞膜上存在的多种蛋白质参与细胞的生命活动。回答下列问题：
(1)细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白，对不同物质的跨膜运输起着决定性作用，这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有的功能特性是________________。
(2)细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道，水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式属于____________。
(3)细胞膜上的H＋-ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的pH______；此过程中，H＋-ATP酶作为载体蛋白在转运H＋时发生的变化是___________________________
________________________________________________。
(4)细胞膜上的受体通常是蛋白质。人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时，会引起靶细胞产生相应的生理变化，这一过程体现的细胞膜的功能是______________________________________________________________。
(5)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐，不同温度下吸收速率的变化趋势如下图。与25 ℃相比，4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因是_____________________________________________________________。

解析：(1)细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白，对不同物质的跨膜运输起着决定性作用，说明细胞膜对物质的运输具有选择透过性。(2)水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式不消耗能量，属于协助扩散。(3)细胞膜上的H＋-ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的H＋增加，pH降低，此过程中，H＋-ATP酶作为载体蛋白在转运H＋时会发生磷酸化，导致其空间结构改变，进而运输H＋。(4)人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时，会引起靶细胞产生相应的生理变化，这一过程体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。(5)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐的方式属于主动运输，需要消耗细胞呼吸提供的能量，而温度降低，酶的活性降低，会导致呼吸速率降低，为主动运输提供的能量减少，因此与25 ℃相比，4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低。
答案：(1)选择透过性　(2)协助扩散　(3)降低　载体蛋白发生磷酸化，导致其空间结构改变　(4)进行细胞间信息交流　(5)温度降低，酶的活性降低，呼吸速率减慢，为主动运输提供的能量减少