資源簡介

第2單元　細胞的基本結構與物質運輸
第3課　細胞的物質輸入和輸出
[復習目標]　1.結合細胞膜的化學組成，理解細胞膜具有選擇透過性的原因。(生命觀念)　2.比較自由擴散、協助擴散、主動運輸和胞吞、胞吐方式的異同點，并能根據一種物質進出細胞的特點判斷其運輸方式。(科學思維)　3.選擇合適的實驗材料，觀察植物細胞的質壁分離與復原，分析實驗結果，得出實驗結論。(科學探究)
考點一　滲透作用與細胞的吸水和失水
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)發生的條件
(3)滲透作用的實質：單位時間內由清水進入蔗糖溶液中的水分子多于由蔗糖溶液進入清水中的水分子，導致蔗糖溶液液面上升。
提醒：關于滲透裝置的兩個“≠”
①滲透≠擴散：滲透作用必須通過半透膜，擴散則不一定需要；擴散適用于各種物質，滲透僅指溶劑分子。滲透是一種特殊的擴散。
②滲透平衡≠兩側溶液濃度相等：滲透平衡時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．動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
[教材深挖]
(1)(必修1 P62小字，拓展)細胞膜與半透膜類似，又有所不同的原因：半透膜是多孔的物理性薄膜，物質能否通過取決于微粒的大小和膜的孔徑大??；細胞膜屬于具有活性的生物膜，有選擇透過性，不同物質的通過性不僅取決于分子大小，還與膜上轉運蛋白的種類和數量等有關。
(2)(必修1 P63拓展)對于動植物細胞來說，單位時間內，水分子進出細胞的數量相等時，細胞內外液體的濃度一定相等嗎？為什么？
提示：不一定。對于動物細胞來說，水分子進出細胞的數量相等時，細胞內外溶液的濃度相等。但植物細胞有細胞壁的支持、保護作用，單位時間內水分子進出植物細胞的數量相等時，有可能細胞液濃度大于細胞外溶液濃度。
[易錯辨析]
1．當外界溶液濃度低時，哺乳動物成熟紅細胞一定會吸水漲破。(×)
2．紅細胞吸水與失水的多少取決于紅細胞內外濃度的差值。(√)
3．植物細胞內的液體環境主要指的是細胞質基質中的細胞液。(×)
4．植物細胞的原生質層包括細胞膜、細胞質和細胞核。(×)
　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：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)水分子移動方向：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動態平衡。
命題點1　圍繞滲透作用的原理考查科學思維
1．(2022·湖北聯考)某興趣小組用圖甲研究滲透作用，a和b均為蔗糖溶液，c允許單糖通過。圖乙為實驗結果。下列說法正確的是(　　)
甲　　　　　　　　乙
A．燒杯中蔗糖溶液濃度大于漏斗中蔗糖溶液濃度
B．若t2時刻在燒杯中加入蔗糖酶，則Δh最終將變小
C．t2時刻半透膜兩側蔗糖溶液濃度相同
D．若t2時刻在漏斗中加入蔗糖酶，則Δh將先變大后變小
解析：選D。分析圖乙，Δh先增加后趨于穩定，說明漏斗中蔗糖溶液濃度大于燒杯中蔗糖溶液濃度，A錯誤；若t2時刻在燒杯中加入蔗糖酶，蔗糖分解為單糖，燒杯內溶液濃度會升高，由于c允許單糖通過，繼而燒杯內溶液濃度會下降，則Δh將先變小后變大，B錯誤；t2時刻半透膜兩側水分子進出速率相等，但是由于漏斗與燒杯的液面不一樣高，所以膜兩側溶液濃度不相等，C錯誤；若t2時刻在漏斗中加入蔗糖酶，蔗糖分解為單糖，漏斗內溶液濃度會升高，由于c允許單糖通過，繼而漏斗內的溶液濃度會下降，則Δh將先變大后變小，D正確。
命題點2　圍繞動植物細胞吸水與失水的原理考查科學探究
2．(2021·廣東卷)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，如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
解析：選A。蔗糖分子屬于二糖，不能進入保衛細胞，在清水中，保衛細胞因滲透吸水導致氣孔開放，據題圖可知，滴加蔗糖溶液①，保衛細胞氣孔張開程度幾乎與初始狀態一樣，推測蔗糖溶液①的濃度近似等于保衛細胞細胞液濃度，滴加蔗糖溶液②，保衛細胞氣孔關閉，推測蔗糖溶液②的濃度高于保衛細胞細胞液濃度，故質壁分離最可能出現在滴加蔗糖溶液②后觀察的視野中，B正確；滴加蔗糖溶液③，保衛細胞氣孔張開比初始狀態更大，推測蔗糖溶液③的濃度低于保衛細胞的細胞液濃度，滴加蔗糖溶液③后有更多的水分子進入保衛細胞，故蔗糖溶液③處理后的保衛細胞細胞液濃度<蔗糖溶液①處理后的保衛細胞細胞液濃度，A錯誤，C正確；由以上分析可知，3種蔗糖溶液濃度高低為②>①>③，D正確。
3．(2022·濟南市模擬)如圖是高等動、植物與原生生物細胞避免滲透膨脹的三種機制。下列敘述正確的是(　　)
A．動、植物細胞吸水達到滲透平衡時，細胞內外溶液濃度相等
B．成熟植物細胞發生滲透吸水，以細胞膜充當發生滲透所需的半透膜
C．動物細胞避免滲透膨脹需要蛋白質協助
D．若將原生生物置于低滲溶液中，其收縮泡的伸縮頻率減慢
解析：選C。動、植物細胞在低濃度溶液中都會發生滲透吸水，吸水到一定程度后均會達到滲透平衡，動物細胞吸水達到滲透平衡時，細胞內外溶液濃度相等，植物細胞吸水達到滲透平衡時，由于細胞壁的支撐作用，細胞外溶液濃度仍可能小于細胞液濃度，A錯誤；成熟植物細胞發生滲透吸水，以原生質層充當發生滲透所需的半透膜，B錯誤；動物細胞需要載體蛋白協助將離子轉運到細胞外，以減小細胞內溶液的滲透壓，避免滲透膨脹，C正確；原生生物生活在低滲溶液中，會通過收縮泡將多余的水排到細胞外，其收縮泡的伸縮頻率會加快，D錯誤。
考點二　(實驗)探究植物細胞的吸水和失水
1．實驗原理
2．實驗步驟
3．實驗結論
(1)植物細胞的原生質層相當于一層半透膜。
(2)當外界溶液溶質的濃度大于細胞液濃度時：細胞失水。
(3)當外界溶液溶質的濃度小于細胞液濃度時：細胞吸水。
1．實驗分析
(1)本實驗存在兩組對照實驗
(2)不同外界溶液中植物細胞的變化分析
將成熟的植物細胞依次浸于蒸餾水、物質的量濃度為0.3 mol/L的蔗糖溶液和0.5 mol/L的尿素溶液中，原生質體(即植物細胞中細胞壁以內的部分)的體積隨時間變化如圖，分析如下：
①A曲線表示細胞在蒸餾水中：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增大。
②B曲線表示細胞在0.5 mol/L的尿素溶液中：細胞先因滲透失水而發生質壁分離，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。細胞在甘油、乙二醇等溶液中也可發生質壁分離后自動復原的現象。
③C曲線表示細胞在0.3 mol/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生自動復原。
2．植物細胞質壁分離及復原的拓展應用
(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(如乙二醇溶液和蔗糖溶液)
命題點1　教材基礎實驗
1．下列有關“觀察植物細胞的質壁分離和復原”的實驗操作，敘述正確的是(　　)
A．在步驟C中只需滴加1滴蔗糖溶液
B．整個實驗現象的觀察應維持在低倍鏡下
C．步驟A具體操作過程為“解離→染色→漂洗→制片”
D．步驟F觀察實驗結果和步驟D相比，液泡顏色變深
解析：選B。步驟C引流操作為從蓋玻片的一側滴加蔗糖溶液，用吸水紙在另一側吸引，需重復幾次，使洋蔥鱗片葉外表皮細胞浸潤在蔗糖溶液中，A錯誤；整個實驗現象都應在低倍鏡下觀察，B正確；步驟A制片時不需要進行解離、漂洗和染色，C錯誤；質壁分離復原的細胞，細胞吸水，液泡顏色變淺，D錯誤。
命題點2　高考拓展延伸
2．(2022·湖南卷)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胞菌，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
解析：選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0.5 μm2)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0.6 μm2、0.75 μm2)相比，乙、丙組原生質體表面積略有下降，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。
考點三　物質出入細胞的方式
1．被動運輸
(1)概念：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的物質跨膜運輸方式。
(2)類型
①自由擴散：物質通過簡單的擴散作用進出細胞的方式。如CO2、O2、甘油、乙醇、苯等。
②協助擴散：借助膜上的轉運蛋白進出細胞的物質擴散方式，如離子和葡萄糖、氨基酸等一些小分子有機物。研究表明，水分子更多的是借助細胞膜上的水通道蛋白以協助擴散的方式進出細胞的。
(3)運輸方向：順濃度梯度進行跨膜運輸。
(4)膜上的兩種轉運蛋白比較
名稱 轉運對象 特點
載體蛋白 只容許與自身結合部位相適應的分子或離子通過 每次轉運時都會發生自身構象的改變
通道蛋白 只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過 轉運分子或離子不需要與通道蛋白結合
(5)影響因素
①影響自由擴散的因素：膜內外物質濃度梯度。
②影響協助擴散的因素：膜內外物質濃度梯度和轉運蛋白的數量。
[教材深挖]
(必修1 P67正文，拓展)水分子難以大量通過自由擴散進出細胞，從細胞膜的結構分析，其原因是細胞膜以磷脂雙分子層作為基本支架，水分子難以大量通過磷脂雙分子層中的疏水區域。
2．主動運輸
(1)概念：物質逆濃度梯度進行跨膜運輸，需要載體蛋白的協助，同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量。
(2)過程：被運輸的物質(離子或分子)與膜上載體蛋白的特定部位結合后，在細胞內化學反應釋放的能量推動下，載體蛋白的空間結構發生變化，就將它所結合的離子或分子從細胞膜一側轉運到另一側并釋放出來，載體蛋白隨后恢復原狀，又可以去轉運同種物質的其他離子或分子。
(3)載體蛋白的特點：一種載體蛋白通常只適合與一種或一類離子或分子結合。
(4)意義：主動運輸普遍存在于動植物和微生物細胞中，通過主動運輸來選擇吸收所需要的物質，排出代謝廢物和對細胞有害的物質，從而保證細胞和個體生命活動的需要。
[教材深挖]
(必修1 P70與社會的聯系)引起囊性纖維化疾病的直接原因是肺部支氣管上皮細胞表面轉運氯離子的載體蛋白功能發生異常，導致患者支氣管中黏液增多，造成細菌感染，根本原因是由于三個堿基對缺失造成基因突變。
3．大分子進出細胞的方式——胞吞和胞吐
(1)概念
①胞吞：當細胞攝取大分子時，首先是大分子與細胞膜上的蛋白質結合，從而引起這部分細胞膜內陷形成小囊，包圍著大分子。然后，小囊從細胞膜上分離下來，形成囊泡，進入細胞內部。
②胞吐：細胞需要外排的大分子，先在細胞內形成囊泡，囊泡移動到細胞膜處，并與之融合將大分子排出細胞。
(2)特點
①主要運輸生物大分子，如蛋白質、多糖。
②需要(填“需要”或“不需要”)消耗能量。
③不需要轉運蛋白協助，但需要特定的膜蛋白參與。
④依賴膜的流動性。
(3)實例
①胞吞：吞噬細胞吞噬病原體，單細胞動物(草履蟲、變形蟲)吞噬食物顆粒。
②胞吐：分泌蛋白的分泌、變形蟲排出食物殘渣和廢物。
[教材深挖]
(必修1 P72與社會的聯系)引發阿米巴痢疾的原因是在人體腸道內寄生的一種變形蟲——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，并引發阿米巴痢疾。
4．物質跨膜運輸的方式與細胞膜結構的關系
(1)協助擴散和主動運輸依賴細胞膜上轉運蛋白的種類和數量，或轉運蛋白空間結構的變化，這也是細胞膜具有選擇透過性的結構基礎。
(2)胞吞和胞吐也需要膜上蛋白質的參與，更離不開磷脂雙分子層的流動性。
[易錯辨析]
1．甘油是極性分子，所以不能以自由擴散的方式通過細胞膜。(×)
2．分子或離子通過通道蛋白時，需要與通道蛋白結合。(×)
3．水分子主要通過自由擴散進出細胞的。(×)
4．主動運輸都是逆濃度梯度進行的。(√)
5．胞吞、胞吐是特殊的現象，它們運輸物質不需要消耗細胞呼吸所釋放的能量。(×)
6．胞吞、胞吐依賴于膜的流動性，主動運輸、協助擴散與膜的流動性無關。(×)
1．歸納概括通道蛋白與載體蛋白的異同
2．“三看法”快速判定物質出入細胞的方式
3．影響物質出入細胞的因素的曲線分析
(1)物質濃度(在一定的范圍內)
(2)氧氣濃度
命題點1　圍繞物質進出細胞方式的判斷考查生命觀念
1．(2021·山東卷)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
解析：選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。
2．(2022·如皋市一模)圖1為氨基酸和Na＋進出腎小管上皮細胞的示意圖，圖2表示甲、乙兩種小分子物質在細胞內外的濃度情況。下列相關敘述錯誤的是(　　)
圖1
圖2
A．圖1中氨基酸運出腎小管上皮細胞的方式屬于被動運輸
B．使用呼吸抑制劑不會影響腎小管上皮細胞將氨基酸運進細胞
C．圖2中的甲可代表圖1中的Na＋，進出均需要轉運蛋白
D．圖2中的乙可代表圖1中的氨基酸，進出均需要轉運蛋白
解析：選B。根據分析可知，腎小管上皮細胞將氨基酸排出到組織液，是順濃度梯度運輸，需要轉運蛋白協助，是協助擴散，即屬于被動運輸，A正確；腎小管上皮細胞從腎小管吸收氨基酸是從低濃度向高濃度運輸，是逆濃度梯度運輸，因此是主動運輸，需要消耗Na＋在細胞內外濃度差而形成的勢能，不需要呼吸作用提供能量，但是Na＋在細胞內外濃度差的維持依靠Na＋的主動運輸，其需要消耗呼吸作用合成的ATP，故使用呼吸抑制劑會影響腎小管上皮細胞將氨基酸運進細胞，B錯誤；圖2中的甲物質細胞內的濃度低于細胞外，圖1中Na＋在細胞內的濃度低于細胞外，故圖2中的甲可代表圖1中的Na＋，Na＋進入細胞的方式是協助擴散，Na＋運出細胞的方式是主動運輸，兩種運輸方式都需要轉運蛋白協助，C正確；圖2中的乙物質細胞內的濃度高于細胞外，圖1中氨基酸在細胞內的濃度高于細胞外，氨基酸進入細胞的方式是主動運輸，氨基酸運出細胞的方式是協助擴散，兩種運輸方式都需要轉運蛋白協助，D正確。
[提醒]　關于物質進出細胞方式的幾點提醒
(1)同一種物質進出細胞的運輸方式不一定相同，人的紅細胞吸收葡萄糖的方式是協助擴散，腎小管細胞重吸收葡萄糖的方式是主動運輸。
(2)消耗能量的運輸方式不一定是主動運輸，也可能是胞吞或胞吐。
(3)需要轉運蛋白的運輸方式不一定是主動運輸，也可能是協助擴散。
(4)通過胞吞、胞吐運輸的不一定是大分子物質，如神經遞質通過胞吐釋放。
(5)順濃度運輸不一定是自由擴散方式，也可能是協助擴散。
命題點2　圍繞物質進出細胞方式考查科學思維及科學探究
3．(多選) (2022·沈陽市一模)在適宜條件下用含有不同濃度的物質X營養液培養龍眼幼苗，并測定龍眼幼苗對物質X的吸收速率，結果如圖所示。據圖推測下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．細胞吸收物質X可能需要載體蛋白
B．細胞吸收物質X一定需要能量的供給
C．在物質X跨膜運輸過程中，龍眼細胞膜上轉運蛋白的構象不會發生改變
D．當濃度大于0.5 mmol·L－1后，細胞吸收物質X的速率將始終保持不變
解析：選BCD。根據試題分析，物質X跨膜運輸方式可能是協助擴散或者主動運輸，兩種運輸方式都需要載體蛋白，A正確；根據試題分析，物質X跨膜運輸方式可能是協助擴散或者主動運輸，其中協助擴散不需要能量供應，B錯誤；在物質X跨膜運輸過程中，物質X和轉運的蛋白結合時，轉運蛋白的構象可以發生改變，C錯誤；當濃度大于0.5 mmol·L－1后有可能濃度過大發生質壁分離，細胞生命活動受到影響，從而影響對物質X的吸收速率，D錯誤。
4．(2022·山東百師聯盟聯考)檉柳是強耐鹽植物，它的根部能夠吸收無機鹽，葉子和嫩枝可以將吸收到植物體內的無機鹽排出體外。為探究根部對無機鹽X的吸收方式，某興趣小組的同學利用生理狀況相同的多條柳根、已知濃度的X溶液、X載體抑制劑和呼吸抑制劑做了以下實驗：
甲組：6條檉柳根＋X的溶液→一段時間后測溶液中X的濃度，計算X吸收速率
乙組：6條檉柳根＋X的溶液＋X載體抑制劑→一段時間后測溶液中X的濃度，計算X吸收速率
丙組：6條檉柳根＋X的溶液＋呼吸抑制劑→一段時間后測溶液中X的濃度，計算X吸收速率
下列對實驗思路或實驗結論的敘述不正確的是(　　)
A．甲、乙、丙三組不同的處理方法是自變量，不同處理方法后X的吸收速率是因變量
B．若乙組溶液中X的吸收速率比甲組的低，說明X是通過主動運輸吸收的
C．若丙組溶液中X的吸收速率與甲組的吸收速率相等，說明X是通過被動運輸吸收的
D．若乙、丙兩組溶液中X的吸收速率小于甲組的吸收速率，說明X是通過主動運輸吸收的
解析：選B。由題干可知，甲組是對照組，乙、丙組是實驗組，不同的處理方法是自變量，實驗前后X的吸收速率是因變量，A正確；使用X載體抑制劑，乙組溶液中X的吸收速率比甲組的低，也可能是協助擴散，B錯誤；若丙組溶液中X的吸收速率與甲組的吸收速率相等，說明沒有消耗能量，X是通過被動運輸吸收的，C正確；乙、丙兩組溶液中X的吸收速率都小于甲組的吸收速率，說明吸收X既需要載體，又消耗能量，X是通過主動運輸吸收的，D正確。
[技法提煉]　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
[真題演練]
1．(2022·全國甲卷)植物成熟葉肉細胞的細胞液濃度可以不同?，F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未發生變化；②細胞b體積增大；③細胞c發生了質壁分離。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
解析：選C。由“①細胞a未發生變化”可推出細胞a在該蔗糖溶液中的吸水量等于失水量，即水分交換前，細胞a的細胞液濃度與外界蔗糖溶液的濃度相等；由“②細胞b體積增大”可推出細胞b在該蔗糖溶液中的吸水量大于失水量，即水分交換前，細胞b的細胞液濃度大于外界蔗糖溶液的濃度；由“③細胞c發生了質壁分離”可推出細胞c在該蔗糖溶液中的失水量大于吸水量，即水分交換前，細胞c的細胞液濃度小于外界蔗糖溶液的濃度；綜合上述分析可以推出，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，A合理。水分交換前，細胞液濃度大小關系為細胞b>細胞a>細胞c，B合理。水分交換平衡時，細胞a和細胞c的細胞液濃度都與各自所處的外界蔗糖溶液的濃度相等，由于細胞c發生了質壁分離，有水進入蔗糖溶液中，故水分交換平衡時，細胞c的細胞液濃度小于細胞a的細胞液濃度，C不合理，D合理。
2．(2022·湖北卷)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
解析：選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。
3．(2022·山東卷)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
解析：選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來自ATP，A錯誤。由圖上可以看到，NO進入根細胞膜是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。
4．(2021·全國甲卷)植物的根細胞可以通過不同方式吸收外界溶液中的K＋?；卮鹣铝袉栴}：
(1)細胞外的K＋可以跨膜進入植物的根細胞。細胞膜和核膜等共同構成了細胞的生物膜系統，生物膜的結構特點是_________________________。
(2)細胞外的K＋能夠通過離子通道進入植物的根細胞。離子通道是由__________________復合物構成的，其運輸的特點是_______________(答出1點即可)。
(3)細胞外的K＋可以通過載體蛋白逆濃度梯度進入植物的根細胞。在有呼吸抑制劑的條件下，根細胞對K＋的吸收速率降低，原因是____________________。
解析：(1)生物膜的結構特點是具有一定的流動性。(2)離子通道是由蛋白質復合物構成的，一種離子通道只允許一種離子通過，而另一些離子則不容易通過，即離子通道具有選擇性。(3)細胞外的K＋可以通過載體蛋白逆濃度梯度進入植物的根細胞，可知是主動運輸過程，主動運輸需要消耗能量，而細胞中的能量由細胞呼吸提供，因此呼吸抑制劑會影響細胞對K＋的吸收速率。
答案：(1)具有一定的流動性　(2)蛋白質　選擇性　(3)細胞逆濃度梯度吸收 K＋是主動運輸過程，需要能量，呼吸抑制劑會影響細胞呼吸供能，故使細胞主動運輸速率降低
[長句特訓]
　細胞膜上轉運蛋白分為載體蛋白和通道蛋白兩種類型。載體蛋白既可以介導主動運輸又可以介導被動運輸，而通道蛋白只能介導被動運輸。圖1和圖2分別是載體蛋白和通道蛋白的示意圖。
圖1
圖2
設問形式1　圖文轉化，長句特訓類命題
(1)圖1中的載體蛋白轉運溶質時與圖2中K＋通過細胞膜時運輸機制的不同點是_________________________。
設問形式2　思維創新類命題
(2)通道蛋白分為水通道蛋白和離子通道蛋白，研究發現水分子通過水通道蛋白的速率高于通過人工膜的速率，為驗證這一現象，請完善下面的實驗思路和實驗結果。
實驗思路：
①實驗組將水通道蛋白插入人工制作的脂質體(雙層磷脂分子組成的人工膜)，對照組則使用_______________________。
②兩組脂質體內加入一定濃度的蔗糖溶液，置于清水中，一段時間后，觀察并記錄____________________________________。
預期結果：____________________________。
解析：(1)根據圖示信息作答：從圖1中可以看出溶質和載體蛋白結合后，載體蛋白發生了自身構象的改變，而K＋通過細胞膜時，是利用通道蛋白進入細胞內，不需要與通道蛋白結合。(2)該實驗目的是驗證水分子通過水通道蛋白的速率高于通過人工膜的速率，所以自變量是膜上是否有通道蛋白，因此：①實驗組將水通道蛋白插入人工制作的脂質體，對照組需要制作不含該水通道蛋白的等體積脂質體。②兩組脂質體內加入一定濃度的蔗糖溶液，置于清水中，由于膜內外存在濃度差，且膜內濃度高于膜外，所以脂質體可以吸收水分并漲破，因此觀察并記錄兩組脂質體吸水漲破的時間；如果實驗組的脂質體吸水漲破的時間小于對照組的，說明有蛋白質的脂質體吸水速率高于沒有蛋白質的脂質體。
答案：(1)圖1中溶質和載體蛋白結合后，載體蛋白發生了自身構象的改變，而K＋通過細胞膜時，是利用通道蛋白進入細胞內，不需要與通道蛋白結合　(2)①不含該水通道蛋白的等體積脂質體?、趦山M脂質體吸水漲破的時間　實驗組的脂質體吸水漲破的時間小于對照組
第3課　細胞的物質輸入和輸出
[基礎練透]
1．如圖裝置中，甲、乙、丙中分別放置了相等物質的量濃度的蔗糖溶液、麥芽糖溶液和乳糖溶液(溶液體積關系：V甲＝V丙A．若向甲、丙中分別加入等體積相同物質的量濃度的蔗糖酶和乳糖酶，穩定后液面高度：乙>甲>丙
B．若向乙中加入一定量麥芽糖酶溶液，穩定后液面高度：乙<甲＝丙
C．若向丙中加入一定量的半乳糖后，穩定后液面高度：甲＝乙＝丙，并且甲、乙、丙中半乳糖含量相同
D．本實驗中半乳糖等單糖分子從濃度高的一側向濃度低的一側通過半透膜的擴散稱為滲透作用
解析：選B。向甲、丙中分別加入等體積相同物質的量濃度的蔗糖酶和乳糖酶，甲中的蔗糖水解成兩分子單糖，丙中的乳糖分解為兩分子單糖，都可通過半透膜進入乙中，引起乙液面升高，穩定后液面高度乙＞甲＝丙，A錯誤；向乙中加入一定量麥芽糖酶溶液后，乙中的麥芽糖水解為兩分子的葡萄糖，會通過半透膜分別進入甲和丙，穩定后液面高度乙＜甲＝丙，B正確；向丙中加入一定量的半乳糖后，由于半乳糖可以通過半透膜，因此穩定后液面高度甲＝乙＝丙，但因為乙體積最大，所以乙中半乳糖含量最多，C錯誤；滲透作用是指水分子或其他溶劑分子通過半透膜的擴散過程，本實驗中水分子是溶劑分子，故本實驗中半乳糖等單糖分子從濃度高的一側向濃度低的一側通過半透膜的擴散，不能稱為滲透作用，D錯誤。
2．(2022·山東濱州模擬)以紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞作為觀察植物細胞質壁分離和復原實驗的材料，下列有關說法正確的是(　　)
A．正在發生質壁分離的細胞，其吸水能力逐漸減弱
B．正在發生質壁分離的細胞，其紫色區域逐漸縮小，該區域顏色逐漸變深
C．發生質壁分離后完全復原的細胞，其細胞液濃度最終與外界溶液濃度相同
D．該實驗不選擇紫色洋蔥鱗片葉內表皮細胞作材料，是由于該類細胞不能發生質壁分離
解析：選B。紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液呈紫色，正在發生質壁分離的細胞，因不斷失水導致細胞液的濃度逐漸增大，紫色區域逐漸縮小，顏色逐漸變深，其吸水能力逐漸增強，A錯誤，B正確；因具有支持和保護作用的細胞壁也有一定程度的伸縮性，發生質壁分離后完全復原的細胞，其細胞液濃度最終與外界溶液濃度相同或大于外界溶液濃度，C錯誤；該實驗不選擇紫色洋蔥鱗片葉內表皮細胞作材料，是由于該類細胞的細胞液無色，不易觀察質壁分離及其復原現象，D錯誤。
3．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。下列相關敘述錯誤的是(　　)
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
解析：選D。實驗開始時，甲溶液中的植物葉片原生質體的相對體積大于乙溶液中原生質體的相對體積，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是因為乙二醇分子可以進入細胞，B正確；2 min后，處于乙溶液中的植物細胞原生質體的相對體積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，D錯誤。
4．(2022·遼寧模擬)下列關于物質跨膜運輸的說法，錯誤的是(　　)
A．二氧化碳在大氣中的濃度極低，為其從人體內自由擴散而出，提供了便利條件
B．一氧化碳對人體有害也能自由擴散進入人體，說明細胞膜對物質進出的控制是相對的
C．轉運蛋白只容許與自身結合部位相適應的分子或離子通過且每次轉運自身構象都會改變
D．分子或離子通過通道蛋白時，不需要與通道蛋白結合
解析：選C。二氧化碳的跨膜運輸方式是自由擴散，順濃度梯度運輸，在大氣中的濃度極低，人體內濃度更高，為其從人體內自由擴散而出，提供了便利條件，A正確；一氧化碳對人體有害，但其跨膜運輸方式是自由擴散，順濃度梯度運輸，故如果外界CO的濃度高，也能自由擴散進入人體，說明細胞膜對物質進出的控制是相對的，B正確；轉運蛋白可分為載體蛋白和通道蛋白，載體蛋白只容許與自身結合部位相適應的分子或離子通過，且每次轉運自身構象都會改變，但通道蛋白的機制不同，C錯誤；分子或離子通過通道蛋白時，不需要與通道蛋白結合，D正確。
5．(2022·泉州市二模)下列關于跨膜運輸的敘述，正確的是(　　)
A．神經細胞K＋外流不需要蛋白質協助
B．血漿中的O2進入紅細胞需要蛋白質協助
C．氨基酸能以主動運輸的方式被小腸上皮細胞吸收
D．蛋白質和RNA能以胞吞或胞吐的方式進出細胞核
解析：選C。離子無法直接穿過磷脂雙分子層，故神經細胞K＋外流，需要蛋白質協助，A錯誤；血漿中的O2進入紅細胞是自由擴散，不需要蛋白質協助，B錯誤；氨基酸逆濃度梯度進入小腸上皮細胞時，是以主動運輸的方式被小腸上皮細胞吸收，C正確；蛋白質和RNA通過核孔進出細胞核，不是以胞吞或胞吐的方式進出細胞核，D錯誤。
6．植物細胞膜上存在“H＋－ATP酶”(質子泵)，其水解ATP的活性位點在細胞內。如圖為質子泵運輸和由質子泵運輸偶聯引起的相關運輸過程示意圖。當細胞外側H＋濃度增加時，可使細胞膜兩側產生電化學勢梯度。下列敘述錯誤的是(　　)
A．細胞外的H＋順濃度梯度運輸到細胞內
B．細胞外的K＋利用電化學勢梯度跨膜運輸的方式屬于協助擴散
C．細胞外的I－可與H＋一起經膜上的載體蛋白同向運輸到細胞內
D．ATP驅動細胞膜上的質子泵將細胞內的H＋運向細胞外
解析：選B。據圖分析，細胞外的H＋順濃度梯度運輸到細胞內，屬于協助擴散，A正確；細胞外的K＋運輸到細胞內是逆濃度梯度運輸，屬于主動運輸，B錯誤；細胞外的I－可與H＋一起經膜上的載體蛋白同向運輸到細胞內，其中H＋運輸到細胞內是協助擴散，而I－運輸到細胞內是主動運輸，C正確；細胞膜上的質子泵將細胞內的H＋運向細胞外的能量來源于ATP水解，D正確。
7．(多選)美國科學家阿格雷和麥金農因研究細胞膜中的通道蛋白獲得了諾貝爾獎，阿格雷成功分離出了水通道蛋白，麥金農測出了K＋通道蛋白的立體結構。水通道蛋白的發現使人們認識到水分子可以通過自由擴散和水通道蛋白兩種途徑進出細胞。如圖為腎小管上皮細胞重吸收水分和K＋通道蛋白協助物質運輸的示意圖，下列與通道蛋白有關的敘述不正確的是(　　)
A．水分子通過自由擴散的方式進出細胞的速率大于通過水通道蛋白進出細胞的速率
B．推測腎小管上皮細胞重吸收水分的能力與其膜上水通道蛋白的數量有關
C．K＋通道蛋白運輸物質的方式為主動運輸，需要消耗ATP
D．水分子或K＋通過其通道蛋白時，需要與通道蛋白結合
解析：選ACD。由于有通道蛋白協助，水分子通過協助擴散的方式進出細胞的速率大于通過自由擴散進出細胞的速率，A錯誤；腎小管上皮細胞重吸收水分的能力與其膜上水通道蛋白的數量有關，通道蛋白數量越多，越有利于對水的重吸收，B正確；由題圖可知，K＋可從高濃度到低濃度運輸，故K＋通道蛋白運輸物質的方式為協助擴散，不需要消耗ATP，C錯誤；由題圖可知，水分子或K＋通過其通道蛋白時，不需要與通道蛋白結合，D錯誤。
8．黑藻是一種常見的單子葉沉水植物，其葉片小而薄，葉肉細胞內有大而清晰的葉綠體，液泡無色。某同學利用黑藻進行觀察細胞質流動以及觀察黑藻葉肉細胞質壁分離和復原現象，實驗步驟如圖所示。請據圖回答：
(1)在制作黑藻葉片臨時裝片時，先在載玻片上滴加______________，把黑藻葉片放入并展平，然后加上______________，進行觀察。
(2)步驟①中，可觀察到黑藻葉肉細胞中的原生質層的位置是______________。
(3)若步驟②中，從一側滴加的是加有伊紅(植物細胞不吸收的紅色染料)的0.3 g/mL蔗糖溶液，則在顯微鏡下觀察到A、B處顏色分別是____________________。
(4)現欲探究溫度對黑藻細胞質流動的影響，請你簡要寫出實驗的主要思路：_________________________________。
答案：(1)清水(或蒸餾水)　蓋玻片　(2)緊貼細胞壁　(3)綠色、紅色　(4)設立等溫度梯度的細胞質流動的分組實驗，對比實驗結果，得出結論
[能力提升]
9．(2022·廣東潮州模擬)線粒體外膜分布著孔蛋白構成的通道蛋白，分子量小于5000 Da的丙酮酸可以經此通道通過。線粒體內膜由于蛋白質含量高導致通透性低，丙酮酸通過與H＋(質子)協同運輸[利用H＋(質子)電化學梯度]的方式由膜間隙進入線粒體基質，如圖所示。下列相關分析正確的是(　　)
A．丙酮酸經過孔蛋白進入線粒體膜間隙的方式為自由擴散
B．線粒體內外膜通透性不同的原因是膜上的轉運蛋白的種類不同
C．H＋(質子)通過質子泵由線粒體基質進入膜間隙的方式為主動運輸
D．加入蛋白質變性劑會提高線粒體內膜對各種物質運輸的速率
解析：選C。根據題意可知，線粒體外膜的通道蛋白可以讓丙酮酸通過，不需要消耗能量，因此為協助擴散，A錯誤；線粒體外膜上含有孔蛋白構成的通道蛋白，可以被動運輸丙酮酸，內膜上有質子泵逆濃度轉運氫離子，膜上的轉運蛋白種類和數目有差異導致了線粒體內外膜的通透性不同，B錯誤；H＋(質子)通過質子泵由線粒體基質進入膜間隙是逆濃度梯度，且需要載體蛋白，因此為主動運輸，C正確；蛋白質變性劑會使蛋白質變性，從而失活，H＋(質子)通過質子泵由線粒體基質進入膜間隙需要載體蛋白，所以運輸速率會減小，D錯誤。
10．圖示為一類特殊的蛋白質復合物SNARE(可溶性N—乙基馬來酰亞胺敏感的融合蛋白附著蛋白受體)在囊泡錨定和融合中的作用機制，圖中GTP的生理功能及產生均與ATP類似。下列敘述不正確的是(　　)
A．在囊泡運輸貨物過程中，需要消耗能量
B．如圖所示的過程體現了生物膜對物質的主動運輸
C．如圖所示的過程體現了生物膜的結構特點
D．貨物準確運輸到目的地需要細胞骨架的協助，該骨架主要由蛋白質組成
解析：選B。囊泡運輸貨物需要能量，線粒體是細胞動力車間，是能量供應站，在囊泡運輸貨物過程中囊泡周圍會出現線粒體，A正確；題圖所示的過程體現了生物膜對物質的胞吞或胞吐作用，不是主動運輸，B錯誤；如圖所示的過程中囊泡膜與靶膜融合，體現了生物膜具有一定的流動性，C正確；貨物準確運輸到目的地需要膜的融合，需要細胞骨架的協助，而細胞骨架是由蛋白質纖維組成的網架結構，D正確。
11．(多選)細胞質酸化是植物面臨的生存威脅之一，液泡可對細胞內的環境起調節作用，這與液泡膜上的質子泵(H＋-ATP酶)密切相關，H＋-ATP酶以ATP水解產生的能量將H＋泵入液泡，以維持胞質pH平衡。如圖為液泡膜上H＋-ATP酶維持細胞質pH平衡示意圖，下列說法錯誤的是(　　)
A．H＋-ATP酶的作用是催化ATP水解，但不能作為運輸H＋載體
B．細胞外H＋進入細胞質基質的過程不消耗細胞提供的能量
C．細胞外環境、細胞質基質、液泡液三者中，pH最大的是液泡液
D．H＋-ATP酶運輸H＋的方式是主動運輸，該過程影響H＋運輸速率的因素有溫度、O2濃度等
解析：選AC。酶具有催化作用，結合圖示可知，H＋-ATP酶還能運輸H＋，是H＋的載體蛋白，A錯誤。結合圖示可知，H＋運出細胞需要消耗能量，因此運進細胞屬于協助擴散，不消耗能量，B正確。結合圖示可知，H＋主動運輸進入液泡，方向為低→高，因此細胞質基質中的H＋濃度低，結合圖示可知，細胞質基質中的H＋比細胞外的低，因此細胞質基質中的H＋濃度最小，pH最大，C錯誤。 H＋-ATP酶運輸H＋時消耗ATP和需要載體蛋白，屬于主動運輸；溫度(影響分子運動、影響呼吸產生ATP)、O2的濃度(影響呼吸中ATP的合成)、載體蛋白的數量等都會影響主動運輸的速率，D正確。
12．(2022·涪城區模擬)為研究某種植物葉片細胞吸收物質X的方式，選用生理狀況基本相同的，且細胞膜中缺少蛋白A的該植物葉肉細胞為材料，在氧濃度等條件適宜的情況下進行如表所示的實驗。
組別 第一步 第二步 第三步 結果
A 細胞內注入少量蒸餾水 放入含物質X的培養液中培養，物質X用放射性同位素標記 培養相同時間后檢測細胞內的放射性強度 無放射性
B 細胞內注入蛋白A的mRNA 放射性強
C 細胞內注入蛋白A的mRNA 放入含物質X(用放射性同位素標記)和氯化汞的培養液中培養 放射性弱
據表回答下列問題：
(1)實驗說明：該mRNA________(填“轉錄”或“翻譯”)的蛋白A參與物質X的運輸，且蛋白A的功能可能會受到________的抑制。
(2)上述實驗不能證明該植物葉片細胞吸收物質X的方式為主動運輸，為進一步探究葉片細胞吸收物質X的跨膜運輸方式，可在________(填“有”或“無”)氧條件下，進行與________組相同操作的D組實驗。如果實驗結果為____________________________，則說明為協助擴散；如果實驗結果為__________________，則說明為主動運輸。
解析：(1)分析表格可知，細胞內注入蛋白A的mRNA，可以通過翻譯，合成蛋白A，因而可以運輸物質X，所以可以檢測到放射性，但C組因含有氯化汞放射性較B組弱，說明氯化汞抑制物質X的運輸，其原因可能是影響蛋白A的功能。(2)上述實驗不能證明該植物葉片細胞吸收物質X的方式為主動運輸，為進一步探究葉片吸收物質X的跨膜運輸方式，可在無氧條件下，進行與B組相同操作的D組實驗；如果實驗結果為B組和D組細胞內的放射性強度相同，則說明為協助擴散；如果實驗結果為D組細胞內的放射性強度小于B組細胞，則說明為主動運輸。
答案：(1)翻譯　氯化汞　(2)無　B　B組和D組細胞內的放射性強度相同　D組細胞內的放射性強度小于B組細胞

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