第2单元 第6讲 细胞的物质输入和输出(教用Word)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中生物学高考一轮总复习（不定项版）

第6讲　细胞的物质输入和输出 课标内容 1.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞,不需要额外提供能量,有些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。2.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。 微考点大突破 考点一　被动运输 1.渗透作用 2.渗透装置及现象分析 提醒　①渗透≠扩散:渗透作用必须通过半透膜,扩散则不一定需要;扩散适用于各种物质,渗透仅指溶剂分子。渗透是一种特殊的扩散。②渗透平衡≠两侧溶液浓度相等:渗透平衡时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。 3.动植物细胞的吸水和失水 (1)动物细胞的吸水和失水。 ① ②现象。 提醒　渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态。平衡状态下,水分子向两侧移动的速率相等,不可看作没有水分子移动,此时半透膜两侧溶液浓度也不一定相等。 (2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)。 ①原理。 ②现象。 提醒　①当在显微镜下观察到细胞处于质壁分离状态时,细胞可能正在失水,可能正在吸水,可能处于平衡状态,也可能已死亡。②原生质层≠原生质体,半透膜≠选择透过性膜。 4.被动运输 (1)概念:物质以扩散方式进出细胞,不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种物质跨膜运输方式称为被动运输。 (2)类型。 教考衔接 1.判断正误。 (1)当外界溶液浓度低时,哺乳动物成熟红细胞一定会吸水涨破。(必修1 P63“思考·讨论”)(×) (2)植物细胞内的液体环境主要指的是细胞质基质中的细胞液。(必修1 P63“正文”)(×) (3)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。(必修1 P63“正文”)(×) (4)1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等。(2021·湖南卷,3D)(×) (5)探究人体红细胞因失水而发生的形态变化时,可用肉眼直接观察。(2020·全国卷Ⅱ,3B)(×) (6)护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输。(经典高考题)(×) 2.(必修1 P63“图4-1”拓展)如图甲、乙、丙分别是细胞在不同浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图(箭头大小代表水分子数的多少)。请回答下列问题: (1)若将人的成熟红细胞放入清水中,会出现图_____________所示现象,原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,会出现图_____________所示现象,达到平衡时,水分子进出细胞的状况是图_____________所示。 (3)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态,一段时间内细胞体积增大,最终_____________(填“会”或“不会”)涨破,原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。 提示　(1)甲　成熟红细胞发生渗透作用,(单位时间内)从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子,即细胞吸水　(2)丙　乙　(3)不会　植物细胞的细胞壁有支持和保护作用 1.影响渗透作用中液面变化的因素分析 半透膜表面积的大小 半透膜两侧的浓度差 半透膜面积:SB>SC 溶液的浓度:NB=NC>NA 半透膜面积:SB=SC 溶液的浓度:NB>NC>NA 在浓度NB=NC>NA,其他条件相同的情况下,半透膜的表面积越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显 结果:vB>vC,ΔhB=ΔhC 在其他条件相同的情况下,半透膜两侧的浓度差越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显 结果:vB>vC,ΔhB>ΔhC 2.通道蛋白与载体蛋白的异同 载体与受体的区别 载体是协助物质运输的蛋白质,如血红蛋白是运输氧的载体,细胞膜上有运输葡萄糖、Na+、K+等的转运蛋白;受体是接受信号分子的蛋白质,如神经递质受体、激素分子受体,其主要作用是实现细胞间信息交流。 角度一　结合渗透作用的原理及应用,考查科学思维 1.如图1所示的甲、乙、丙三个渗透装置中,三个漏斗颈的内径相等,漏斗内盛有浓度相同的蔗糖溶液,且漏斗内液面高度相同,漏斗底部均封以半透膜,置于同一个水槽的清水中。三个渗透装置半透膜的面积和所盛蔗糖溶液的体积如表所示。图2中曲线①②③表示漏斗液面高度随时间的变化情况。则曲线①②③与甲、乙、丙三个装置的对应关系是(　　) 装置编号 甲 乙 丙 半透膜面积 S S/2 S 蔗糖溶液体积 T T 2T A.①—丙;②—甲;③—乙 B.①—乙;②—甲;③—丙 C.①—甲;②—乙;③—丙 D.①—丙;②—乙;③—甲 解析　丙内蔗糖溶液的体积最大,吸水的量最大,漏斗液面高度最高,相对应的是题图2中曲线①;甲、乙的蔗糖溶液体积相等,但是甲漏斗口的半透膜面积比乙的大,吸水的速率快,故甲漏斗液面高度变化要比乙的快些,对应题图2中曲线②,乙漏斗对应题图2中曲线③。 答案　A 2.(2024·盘锦模拟)某兴趣小组用图甲研究渗透作用,a和b均为蔗糖溶液,c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是(　　) A.烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度 B.若t2时刻在烧杯中加入蔗糖酶,则Δh最终将变小 C.t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同 D.若t2时刻在漏斗中加入蔗糖酶,则Δh将先变大后变小 解析　分析题图乙,Δh先增加后趋于稳定,说明漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中蔗糖溶液浓度,A项错误;若t2时刻在烧杯中加入蔗糖酶,蔗糖分解为单糖,烧杯内溶液浓度会升高,由于c允许单糖通过,继而烧杯内溶液浓度会下降,则Δh将先变小后变大,B项错误;t2时刻半透膜两侧水分子进出速度相等,但是由于漏斗与烧杯的液面不一样高,所以膜两侧溶液浓度不相等,C项错误;若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶,蔗糖分解为单糖,漏斗内溶液浓度会先上升,由于c允许单糖通过,继而漏斗内溶液浓度会下降,则Δh将先变大后变小,D项正确。 答案　D 角度二　结合被动运输,考查科学思维 3.(2022·湖北卷,T4)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 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变小,A项正确,B项错误;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两项正确。 答案　B 4.(不定项)如图甲、乙分别表示载体蛋白介导和通道蛋白介导的两种协助扩散方式,其中通道蛋白介导的扩散比载体蛋白介导的快1 000倍。下列叙述正确的是(　　) A.参与协助扩散的转运蛋白可以是载体蛋白或通道蛋白 B.协助扩散时,不消耗能量,载体蛋白会发生构象改变 C.只有图甲所示的物质跨膜运输方式属于被动运输 D.红细胞吸收葡萄糖的方式可用图乙表示 解析　参与协助扩散的转运蛋白可以是载体蛋白或通道蛋白,A项正确;协助扩散时,不消耗能量,载体蛋白会发生构象改变,B项正确;题图甲、乙所示的两种物质跨膜运输方式都属于被动运输,C项错误;红细胞吸收葡萄糖需要借助载体蛋白,应用题图甲表示,D项错误。 答案　AB 考点二　探究植物细胞的吸水和失水 1.实验原理 2.实验步骤 提醒　本实验中存在两组对照实验,实验组和对照组在同一装片中先后进行,属于自身对照。 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.质壁分离及复原实验分析 (1)从细胞角度分析。 ①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。 ②细菌细胞也能发生质壁分离,但现象不明显。 (2)从溶液角度分析。 ①在一定浓度(溶质不能透过半透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理,方可复原)。 ②在一定浓度(溶质可透过半透膜)的溶液(如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离,并能自动复原,因为K+、N、尿素、乙二醇等可转运到细胞内,使细胞液浓度升高,细胞渗透吸水而发生自动复原。 ③本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高,质壁分离速度虽快,但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡,质壁分离后不能复原;若质量浓度过低则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。 3.实验拓展应用 (1)判断成熟植物细胞的死活。 (2)测定细胞液浓度范围。 (3)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。 角度一　结合细胞的吸水和失水,考查生命观念 1.(2022·全国甲卷,T2)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,错误的是(　　) 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 解析　三种不同浓度的植物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,细胞a体积未发生变化,细胞b体积增大,细胞c发生了质壁分离,所以,水分交换前,细胞a的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度,细胞c的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度,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,A、B两项正确;细胞c的质壁分离过程中,细胞液中水分子进入蔗糖溶液,使蔗糖溶液比最初蔗糖溶液浓度小,由题干信息“细胞a在蔗糖溶液中未发生变化”可知,细胞a的细胞液浓度与最初蔗糖溶液浓度相等,而水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度,故水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度,C项错误、D项正确。 答案　C 2.(2021·江苏卷,T12)采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验,下列相关叙述正确的是(　　) A.用镊子撕取的外表皮,若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验 B.将外表皮平铺在洁净的载玻片上,直接用高倍镜观察细胞状态 C.为尽快观察到质壁分离现象,应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液 D.实验观察到许多无色细胞,说明紫色外表皮中有大量细胞含无色液泡 解析　叶肉细胞有原生质层和大液泡,可以发生质壁分离,所以即使洋葱鳞片叶外表皮上带有少量叶肉细胞,也不影响实验结果,A项正确;该实验只在低倍镜下观察即可,无需使用高倍镜,B项错误;为尽快观察到质壁分离现象,应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液,另一侧用吸水纸引流,重复几次,洋葱细胞就浸泡在蔗糖溶液中,C项错误;紫色外表皮细胞中有一个紫色大液泡,那些无色的细胞应该是鳞茎细胞,不是洋葱鳞片叶外表皮细胞,D项错误。 答案　A 角度二　围绕实验的拓展及应用,考查科学思维 3.(2021·湖南卷,T3)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是(　　) A.施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关 B.质壁分离过程中,细胞膜可局部或全部脱离细胞壁 C.质壁分离复原过程中,细胞的吸水能力逐渐降低 D.1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等 解析　对农作物施肥过多,根细胞外土壤溶液浓度过高,会导致质壁分离,引起“烧苗”,A项正确;质壁分离过程中,原生质层与细胞壁分离,细胞膜可局部或全部脱离细胞壁,B项正确;质壁分离复原过程中,细胞液浓度逐渐降低,吸水能力逐渐降低,C项正确;1 mol/L NaCl溶液中,含1 mol/L的Na+和1 mol/L的Cl-,即溶质微粒浓度为2 mol/L,而1 mol/L蔗糖溶液中,溶质为蔗糖分子,不可再拆分,故1 mol/L NaCl溶液的渗透压大于1 mol/L蔗糖溶液的渗透压,D项错误。 答案　D 4.(不定项)耐盐碱水稻是指能在盐浓度0.3%以上的盐碱地生长的水稻品种。现有普通水稻和耐盐碱水稻若干,由于标签损坏无法辨认类型,某生物兴趣小组使用0.3 g·mL-1的KNO3溶液分别处理两组水稻细胞,结果如图,下列叙述错误的是(　　) A.Ⅱ组水稻原生质体的体积增加,说明Ⅱ组水稻为普通水稻 B.Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升仅受限于细胞壁的伸缩性 C.A→B段,Ⅰ组水稻细胞的吸水能力逐渐减弱 D.B→C段是由于添加清水 解析　结合题图可知,在0.3 g·mL-1的KNO3溶液中,Ⅱ组水稻的原生质体体积增加,说明Ⅱ组水稻可以从外界环境中吸收水分,属于耐盐碱水稻,A项错误;Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升除受限于细胞壁的伸缩性外,还受到细胞内外溶液浓度差的影响,B项错误;A→B段,Ⅰ组水稻的原生质体体积减小,说明细胞失水,细胞液浓度增加,吸水能力逐渐增强,C项错误;由于细胞能通过主动运输的方式吸收K+和N,使B→C段细胞液浓度高于外界溶液浓度,细胞吸水,因此细胞会发生质壁分离的复原,D项错误。 答案　ABCD 考点三　主动运输与胞吞、胞吐 1. 主动运输 2.胞吞和胞吐 提醒　①小分子物质的运输方式不一定都是被动运输或主动运输,如神经递质的释放方式是胞吐。②生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的,如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。③无机盐离子的运输方式不一定是主动运输,如兴奋产生过程中的K+外流和Na+内流的方式均为协助扩散。 教考衔接 1.判断正误。 (1)自由扩散只能顺浓度梯度,而协助扩散既可以顺浓度梯度也可以逆浓度梯度。(必修1 P66“正文”)(×) (2)一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。(必修1 P69“正文”)(√) (3)胞吞、胞吐依赖于膜的流动性,主动运输、协助扩散与膜的流动性无关。(必修1 P72“正文”)(×) (4)果脯在腌制过程中细胞通过主动运输吸收蔗糖分子。(必修1 P72“概念检测2”)(×) (5)细胞膜上参与主动运输的ATP酶是一种跨膜蛋白。(2021·湖北卷,1B)(√) (6)胰岛B细胞分泌胰岛素不需要消耗能量。(2021·福建卷,2C)(×) 2.如图1为氨基酸从肠腔内进入组织细胞的简要过程。新生儿小肠上皮细胞还能直接吸收母乳中的免疫球蛋白到血液中。人体进食后,小肠微绒毛外侧葡萄糖由于二糖的水解而局部浓度高于细胞内,这部分葡萄糖能通过GLUT2转运;大部分葡萄糖通过SGLT1转运,过程如图2所示。 (1)氨基酸从肠腔进入小肠上皮细胞是什么运输方式?判断的依据是什么?氨基酸从小肠上皮细胞到组织液是什么运输方式? 答:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)Na+从小肠上皮细胞运输到肠腔时,所需Na+转运蛋白的空间构象是否发生改变?并说明理由。 答:____________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)新生儿小肠上皮细胞直接吸收母乳中的免疫球蛋白是什么运输方式?需要膜蛋白发挥作用吗? 答:____________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)小肠上皮细胞通过SGLT1、GLUT2转运葡萄糖分别属于什么运输方式? 答:______________________________________________________________。 (5)只要是消耗能量的运输方式就一定是主动运输吗? 答:____________________________________________________________________________________________________________________________。 提示　(1)氨基酸通过主动运输的方式从肠腔进入小肠上皮细胞。依据是逆浓度梯度运输,需要载体蛋白,且需要利用Na+电化学梯度势能。氨基酸通过协助扩散的方式从小肠上皮细胞到组织液 (2)是。Na+从小肠上皮细胞运输到肠腔时,逆浓度梯度运输,需要ATP水解提供能量,是主动运输,需要载体蛋白,载体蛋白在转运过程中空间构象发生改变 (3)新生儿小肠上皮细胞通过胞吞直接吸收母乳中的免疫球蛋白。需要膜蛋白发挥识别功能 (4)主动运输、协助扩散 (5)不一定,消耗能量的运输方式除了主动运输外,还有胞吞和胞吐以及穿越核孔的运输方式 1.模式图中物质跨膜运输方式的判断 2.影响物质出入细胞的因素的曲线分析 (1)物质浓度(在一定的范围内)。 (2)氧气浓度。 3.探究物质跨膜运输的实验设计 (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。 角度一　围绕物质进出细胞方式的判断,考查理解能力 1.(2021·河北卷,T4)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2,其部分结构和功能如图,①~⑤表示相关过程。下列叙述错误的是(　　) A.血液流经肌肉组织时,气体A和B分别是CO2和O2 B.①和②是自由扩散,④和⑤是协助扩散 C.成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP,为③提供能量 D.成熟红细胞表面的糖蛋白处于不断流动和更新中 解析　血液流经肌肉组织时,进入红细胞的是CO2,运出红细胞的是O2,A项正确;题图中①②是气体的运输过程,运输方式为自由扩散,④和⑤过程均是顺浓度梯度运输且需要转运蛋白的协助,运输方式为协助扩散,B项正确;成熟的红细胞中没有线粒体,只能进行无氧呼吸,产生的ATP可为③主动运输提供能量,C项正确;成熟的红细胞内没有细胞核和核糖体等细胞器,不能合成蛋白质,因此成熟红细胞表面的糖蛋白不能更新,D项错误。 答案　D 2.正常人体在黎明觉醒前后肝脏生糖和胰岛素敏感性都达到高峰,伴随着胰岛素水平的波动,维持机体全天血糖动态平衡。据图分析,下列说法正确的是(　　) A.觉醒后人体摄食使血糖浓度上升,葡萄糖经GLUT2以主动运输方式进入细胞 B.葡萄糖进入细胞后,氧化生成ATP,ATP/ADP的值上升使ATP敏感钾通道关闭 C.细胞膜内侧膜电位的变化引起钙通道打开,Ca2+以主动运输方式内流进入细胞 D.细胞内Ca2+浓度的升高,促进胰岛素以胞吐方式释放,该过程不需要能量 解析　觉醒后人体摄食经过消化吸收使血糖浓度上升,葡萄糖经GLUT2以协助扩散方式进入细胞,该过程不消耗能量,A项错误;结合题图可知,葡萄糖进入细胞后,氧化分解生成的ATP增多,ATP/ADP的值上升使ATP敏感钾通道关闭,阻止了K+外流,进而使细胞膜内侧膜电位发生变化,进而引起钙通道打开,Ca2+以协助扩散方式内流进入细胞,B项正确,C项错误;结合题图可知,细胞内Ca2+浓度的升高,会促进胰岛素以胞吐方式释放,该过程需要消耗细胞代谢产生的能量,D项错误。 答案　B 角度二　借助物质跨膜运输的影响因素,考查模型构建与分析能力 3.(不定项)如图甲、乙分别表示洋葱根尖在不同O2浓度及不同底物浓度情况下(其他条件适宜),从含硝酸钾的全营养液中吸收N的速率曲线图。下列相关叙述错误的是(　　) A.a点时影响离子吸收速率的主要因素是能量 B.b点时离子吸收速率不再增大是因为载体蛋白的数量有限 C.c点时影响离子吸收速率的主要因素是底物的浓度 D.d点时离子吸收速率不再增大是因为底物浓度太高,细胞发生质壁分离 解析　洋葱根尖吸收N的方式是主动运输,吸收速率受能量、载体蛋白和底物的浓度影响。a点的限制因素是氧气浓度,氧气通过影响细胞呼吸影响能量的供应,从而影响主动运输的速率,a点时影响离子吸收速率的主要因素是能量,A项正确;b点后离子吸收速率不再随O2浓度的增大而增大,此时的限制因素是载体蛋白的数量有限,B项正确;c点时离子吸收速率未达到最大,此时影响离子吸收速率的主要因素是底物的浓度,C项正确;d点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大,可能是因为载体蛋白数量有限或能量不足,D项错误。 答案　D 4.科学家通过实验,研究表明:在盐胁迫下大量的Na+进入植物根部细胞,会抑制K+进入细胞,导致细胞中Na+/K+的比例异常,使细胞内的酶失活,影响蛋白质的正常合成。碱蓬等耐盐植物能够在盐胁迫逆境中正常生长,如图是耐盐植物根细胞参与抵抗盐胁迫有关的结构示意图,其根细胞生物膜两侧H+形成的电化学梯度,在物质转运过程中发挥了十分重要的作用。请回答下列问题: (1)依据图可看出,同种物质进出同一细胞的方式不一定相同,图中Na+进出细胞的方式有_______________________________(答出2种)。为了减少Na+对胞内代谢的影响,这种H+分布特点可使根细胞将Na+转运到细胞膜外或液泡内,Na+转运所需的能量来自_______________________________。 (2)盐碱地上大多数植物很难生长,主要原因是______________________________________________________________,植物无法从土壤中获取充足的水分甚至萎蔫。 (3)耐盐植物根细胞膜具有选择透过性的物质基础是____________________。据图分析,图示各结构中H+浓度分布存在差异,该差异主要由位于____________________(填“细胞膜”“液泡膜”或“细胞膜和液泡膜”)上的H+-ATP泵转运H+来维持。 (4)有人提出,耐盐碱水稻根部细胞的细胞液浓度比普通水稻品种(生长在普通土壤上)的细胞液浓度高。请利用质壁分离实验方法设计实验进行验证(简要写出实验设计思路):__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析　(1)据题图可知,题图中Na+进出细胞的方式有借助氢离子浓度势能的主动运输和顺浓度梯度进行的协助扩散;根据各部分的pH可知,H+借助转运蛋白SOSI顺浓度梯度从细胞膜外运输到细胞质基质形成的势能,为Na+从细胞质基质运输到细胞膜外提供了动力;H+借助转运蛋白NHX顺浓度梯度从液泡内运输到细胞质基质形成的势能,为Na+从细胞质基质运输到液泡内提供了动力,这一转运过程可以帮助根细胞将Na+转运到细胞膜外或液泡内,从而减少Na+对胞内代谢的影响。可见使根细胞将Na+转运到细胞膜外或液泡内的过程中,所需能量来自氢离子的梯度势能。(2)盐碱地土壤盐分过多,土壤溶液浓度大于植物根部细胞细胞液浓度,植物无法从土壤中获取充足的水分甚至萎蔫,故盐碱地上大多数植物很难生长。(3)细胞膜的功能主要由膜上蛋白质的种类和数量决定,耐盐植物根细胞膜具有选择透过性的物质基础是细胞膜上转运蛋白的种类和数量;Na+顺浓度梯度进入根部细胞的方式为协助扩散,题图所示H+浓度的运输需要借助于细胞膜上的SOSI和液泡膜上的NHX,且同时实现钠离子的逆浓度梯度转运,保证了盐分的排出和盐分集中到液泡中的过程,结合题图所示各部分的pH可知,各结构中H+浓度分布存在差异,该差异主要由位于细胞膜和液泡膜上的H+-ATP泵转运H+来维持。(4)耐盐碱水稻根部细胞的细胞液浓度比一般水稻品种(生长在普通土壤上)的高,实验设计时遵循对照原则和单一变量原则,利用质壁分离实验方法设计实验进行验证,可以通过设置一系列不同浓度的外界溶液,去培养各自的根细胞,观察比较每一浓度下发生质壁分离的情况,从而得出结论,其实验设计思路见答案。 答案　(1)主动运输、协助扩散　氢离子的梯度势能　(2)土壤盐分过多,土壤溶液浓度大,甚至大于植物根部细胞细胞液浓度　(3)细胞膜上转运蛋白的种类和数量　细胞膜和液泡膜　(4)配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液,分别取耐盐碱水稻根的成熟区细胞和普通水稻根的成熟区细胞,进行质壁分离实验,观察对比两种植物细胞在每一浓度下发生质壁分离的情况 微真题重体悟 1.(2022·辽宁卷,T9)水通道蛋白(AQP)是一类细胞膜通道蛋白。检测人唾液腺正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量,发现AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化,而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍。下列叙述正确的是(　　) A.人唾液腺正常组织细胞中AQP蛋白的氨基酸序列相同 B.AQP蛋白与水分子可逆结合,转运水进出细胞不需要消耗ATP C.检测结果表明,只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成 D.正常组织与水肿组织的水转运速率不同,与AQP蛋白的数量有关 解析　AQP基因有3种,AQP蛋白应该也有3种,因此人唾液腺正常组织细胞中AQP蛋白的氨基酸序列不相同,A项错误;AQP蛋白是一类细胞膜通道蛋白,运输物质时不需要与水分子结合,B项错误;由题干信息可知,AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化,而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍,可知AQP5基因mRNA含量在水肿组织和正常组织有差异,但不能说明只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成,C项错误;AQP基因mRNA含量在水肿组织和正常组织有差异,故形成的AQP蛋白的数量有差异,导致正常组织与水肿组织的水转运速率不同,D项正确。 答案　D 2.(2021·山东卷,T2)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 解析　Ca2+通过CAX的跨膜运输是由H+的浓度梯度驱动的,属于不直接消耗能量的主动运输,A项错误;Ca2+通过CAX的运输进入液泡使液泡中细胞液浓度增大,利于植物细胞渗透吸水,使植物细胞保持坚挺,B项正确;加入H+焦磷酸酶抑制剂,H+焦磷酸酶不能跨膜运输H+,使液泡膜两侧的H+浓度梯度减小,Ca2+和H+的反向转运速率减慢,C项正确;根据题目信息“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”可知,液泡内H+浓度高于细胞质基质,因此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,并且利用的是无机焦磷酸水解释放的能量,D项正确。 答案　A 3.(2022·山东卷,T3)N和N是植物利用的主要无机氮源,N的吸收由根细胞膜两侧的电位差驱动,N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N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.N通过AMTs进入细胞消耗的能量直接来自ATP B.N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N会加重铵毒 D.载体蛋白NRT1.1转运N和H+的速度与二者在膜外的浓度呈正相关 解析　由题干信息可知,N的吸收是根细胞膜两侧的电位差驱动的,所以N通过AMTs进入细胞消耗的能量不是来自ATP,A项错误。由题图可知,N进入根细胞膜是H+的浓度梯度驱动,进行的是逆浓度梯度运输,所以N通过SLAH3转运到细胞外是顺浓度梯度运输,属于被动运输,B项正确。铵毒发生后,H+在细胞外更多,增加细胞外的N,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项错误。据题图可知,载体蛋白NRT1.1转运N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和膜外浓度呈正相关,超过一定范围后不成比例,D项错误。 答案　B 4.(2020·江苏卷,T5)如图①~⑤表示物质进、出小肠上皮细胞的几种方式,下列叙述正确的是(　　) A.葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同 B.Na+主要以方式③运出小肠上皮细胞 C.多肽以方式⑤进入细胞,以方式②离开细胞 D.口服维生素D通过方式⑤被吸收 解析　由题图可知,葡萄糖进入小肠上皮细胞时逆浓度梯度运输,该运输方式属于主动运输,葡萄糖运出小肠上皮细胞时顺浓度梯度运输且需要载体,该运输方式为协助扩散,A项正确;据题图可知,Na+主要以方式②(主动运输)运出小肠上皮细胞,B项错误;多肽以方式⑤胞吞进入细胞,以胞吐方式离开细胞,C项错误;维生素D为固醇类物质,口服维生素D通过方式④(自由扩散)被吸收,D项错误。 答案　A 5.(2022·北京卷,T16)芽殖酵母属于单细胞真核生物。为寻找调控蛋白分泌的相关基因,科学家以酸性磷酸酶(P酶)为指标,筛选酵母蛋白分泌突变株并进行了研究。 (1)酵母细胞中合成的分泌蛋白一般通过_____________作用分泌到细胞膜外。 (2)用化学诱变剂处理,在酵母中筛选出蛋白分泌异常的突变株(sec1)。无磷酸盐培养液可促进酵母P酶的分泌,分泌到胞外的P酶活性可反映P酶的量。将酵母置于无磷酸盐培养液中,对sec1和野生型的胞外P酶检测结果如图。 据图可知,24 ℃时sec1和野生型胞外P酶随时间而增加。转入37 ℃后,sec1胞外P酶呈现____________________的趋势,表现出分泌缺陷表型,表明sec1是一种温度敏感型突变株。 (3)37 ℃培养1 h后电镜观察发现,与野生型相比,sec1中由高尔基体形成的分泌泡在细胞质中大量积累。由此推测野生型sec1基因的功能是促进____________________的融合。 (4)由37 ℃转回24 ℃并加入蛋白合成抑制剂后,sec1胞外P酶重新增加。对该实验现象的合理解释是_______________________________。 (5)现已得到许多温度敏感型的蛋白分泌突变株。若要进一步确定某突变株的突变基因在37 ℃条件下影响蛋白分泌的哪一阶段,可作为鉴定指标的是:突变体_____________(填选项字母)。 A.蛋白分泌受阻,在细胞内积累 B.与蛋白分泌相关的胞内结构的形态、数量发生改变 C.细胞分裂停止,逐渐死亡 解析　(1)分泌蛋白是生物大分子,通过胞吞和胞吐进出细胞。(2)据题图可知,转入37 ℃后,sec1胞外P酶呈现先上升后下降的趋势。(3)正常情况下,由高尔基体分泌的囊泡转运至细胞膜,与细胞膜融合后将分泌蛋白分泌到细胞外,但在37 ℃培养1 h后的sec1中由高尔基体形成的分泌泡在细胞质中大量积累,不能与细胞膜融合,故推测sec1基因的功能是促进分泌泡与细胞膜的融合。(4)由37 ℃转回24 ℃并加入蛋白合成抑制剂后,即细胞内不能合成新的蛋白质,但sec1胞外P酶重新增加,最合理的解释是在细胞质中大量积累的分泌泡中的P酶分泌到细胞外。(5)突变基因可使与蛋白分泌相关的胞内结构的形态、数量发生改变,若要进一步确定某突变株的突变基因在37 ℃条件下影响蛋白分泌的哪一阶段,可检测突变体中与蛋白分泌相关的胞内结构的形态、数量是否发生改变,故选B。 答案　(1)胞吐　(2)先上升后下降　(3)分泌泡与细胞膜　(4)积累在分泌泡中的P酶分泌到细胞外　(5)B 学科网（北京）股份有限公司 $$