第二单元 细胞的基本结构与物质的输入和输出（教师用书）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅰ一轮总复习

第二单|元细胞的基本结构与物质的输入和输出 第1讲　细胞的基本结构 【学习目标】　1.概述细胞都由细胞膜包裹，细胞膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流；　 2.阐明遗传信息主要储存在细胞核中；　 3.阐明细胞内具有多个相对独立的结构，担负着物质运输、合成与分解、能量转换和信息传递等生命活动；　 4.举例说明细胞各部分结构之间相互联系、协调一致，共同执行细胞的各项生命活动。 　建构知识体系 第一课时　细胞膜与细胞核 主题研习(一)　细胞膜的组成、结构和功能(深化·提能型) [微提醒]　任何细胞的边界都是细胞膜；植物细胞壁有全透性，不能控制物质进出细胞，不能作为细胞的边界。 (一)细胞膜的功能 1．细胞膜的三大功能 (1)将细胞与外界环境分隔开 细胞膜是“系统边界”，保障细胞内部环境的相对稳定。 (2)控制物质进出细胞 普遍性 ①细胞需要的营养物质可进入细胞 ②抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外 ③细胞产生的废物被排到细胞外 相对性 对细胞有害的物质有可能进入细胞 说明：该功能体现了细胞膜的选择透过性 (3)进行细胞间的信息交流 2．细胞膜的功能特性 内容 具有选择透过性 表现 水分子、被选择的离子和小分子可以通过，大分子、不被选择的离子和小分子不能通过 原因 转运蛋白的种类和数量不同 应用 用台盼蓝染色法判断细胞死活 (二)细胞膜的成分和结构 1．细胞膜成分和结构的探索历程(连线) 2．细胞膜的组成成分 3．细胞膜的结构——流动镶嵌模型 (1)结构模型 [微提醒]　①糖被是指与细胞膜外表面的蛋白质和脂质结合的糖类分子，它与细胞表面识别和细胞间信息传递等功能有关。②糖类和蛋白质在膜上的分布是不对称的。 (2)结构特点 内容 具有流动性 原因 构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，大多数蛋白质分子可以运动 实例 质壁分离、变形虫运动、胞吞和胞吐、白细胞的吞噬作用等 影响因素 温度：一定范围内，温度升高，膜流动性加快 [例1]　哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和细胞器，是研究膜结构和功能常用的材料。将分离的红细胞放入低渗溶液中，水渗入到红细胞内部，红细胞膨胀、破裂，从而释放出血红蛋白，所得到的红细胞膜具有很大的变形性、柔韧性和可塑性，当红细胞的内容物渗漏之后，细胞膜可以重新封闭起来形成红细胞血影，其部分结构如图所示(A～G代表不同的蛋白质)。 (1)红细胞膜上有多种蛋白质，其中B蛋白与多糖结合，主要与细胞膜的__________功能有关。A和G蛋白均与跨膜运输有关，G蛋白具有的功能是__________________________。 (2)研究人员用不同的试剂分别处理红细胞血影，结果如表，由表中结果推测，对维持红细胞血影的形状起重要作用的蛋白质是______(填字母)。 注：“＋”表示有，“－”表示无。 [解析]　(1)膜上B蛋白与多糖结合形成糖蛋白，糖蛋白具有识别作用，与细胞膜的信息交流功能密切相关；由题图可知，G是钠钾泵，其具有催化ATP水解和运输离子的功能。(2)由表格信息可知，无蛋白质E、F时，红细胞血影的形状变得不规则，有蛋白质E、F时，红细胞血影形状可以保持，因此对维持红细胞血影的形状起重要作用的蛋白质是E、F。 [答案]　(1)信息交流　催化功能和物质运输功能　(2)E、F |认|知|生|成| 1．常考的3种“膜蛋白”及其功能 (1)膜转运蛋白 膜上用于跨膜运输的蛋白质，协助扩散需载体蛋白和通道蛋白(如离子通道蛋白、水通道蛋白等)，主动运输需载体蛋白(如钠钾泵等)。 (2)具有催化作用的酶 如需氧细菌的细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶，此外，细胞膜上还可存在ATP水解酶(催化ATP水解，用于主动运输等)。 (3)识别蛋白 大部分信号分子(如细胞因子、神经递质)的受体蛋白——糖蛋白；用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白(如精子与卵细胞的识别等)。 2．细胞膜成分的检测方法 细胞膜 成分 检测试剂(方法) 结果 结论 脂质 脂溶剂处理 细胞膜被溶解 细胞膜中含有脂质 磷脂酶处理 细胞膜被破坏 脂溶性物质透过实验 脂溶性物质优先通过 蛋白质 双缩脲试剂 发生紫色反应 细胞膜中含有蛋白质 蛋白酶处理 细胞膜被破坏 糖类 斐林试剂，水浴加热 出现砖红色沉淀 细胞膜中含有还原糖 |情|境|探|究| 1．1959年，罗伯特森利用电子显微镜拍摄到了细胞膜的图像为暗—亮—暗的三层结构，提出了蛋白质—脂质—蛋白质的静态膜结构模型(三明治模型)。该模型认为磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分布在细胞膜的两侧，膜结构是静止的、不变的。 下图为某学者在流动镶嵌模型基础上提出的脂筏模型，脂筏是生物膜上一种相对稳定、分子排列较紧密、流动性较低的结构，由糖类(图中黑色圆点表示)、磷脂和胆固醇以及特殊蛋白质(如某些跨膜蛋白质、酶等)组成，其面积可能占膜表面积的一半以上。脂筏独特的结构赋予它特殊的生物学功能。脂筏可以参与蛋白质和胆固醇在细胞中的运转，在胞吞和胞吐等物质运输过程中起着重要的作用，此外，脂筏还与细胞识别、细胞凋亡等生理过程有一定的关系。 (1)用电子显微镜测定细胞膜的厚度为7～8 nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，而按照“三明治”模型，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20 nm。根据电镜照片和膜厚度的证据，推测蛋白质在膜中的分布是________________________________________________。 (2)脂筏参与的生理活动体现了细胞膜的________________________________功能。 (3)根据上面的相关信息判断，下列叙述错误的是(　 ) A．图中糖类与蛋白质结合形成糖蛋白，糖蛋白与细胞表面的识别、细胞间的信息传递有关 B．在流动镶嵌模型的基础上，膜局部会组成有序的、流动性较低的脂筏，这样执行特定功能更高效 C．B侧有糖蛋白，可以判断B侧位于细胞外侧 D．脂筏模型表明流动性较低的脂质分子在膜上的分布是均匀的 答案：(1)蛋白质以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中　(2)控制物质进出、信息交流　(3)D 2．研究者用荧光染料对细胞膜上某些分子进行处理，并使细胞膜发出荧光。用高强度激光照射细胞膜的某区域，使其瞬间被“漂白”(即荧光消失)，随后该漂白区域荧光逐渐恢复(图1)。通过检测该区域荧光强度随时间的变化，绘制得到荧光漂白恢复曲线(图2)。 　请分析下列有关问题： (1)漂白区域荧光强度恢复的原因是_________________________________________。 (2)若去除细胞膜中的胆固醇发现漂白区域荧光恢复时间缩短，说明__________________________________________________________________________。 (3)最终恢复的荧光强度比初始强度低，分析其原因可能是________________________。 答案：(1)细胞膜具有一定的流动性，被漂白区域内、外分子相互运动的结果　(2)细胞膜的流动性加快，胆固醇具有抑制细胞膜运动的功能　(3)荧光强度会自主下降或某些分子处于相对静止状态 1．细胞膜功能的探究 (1)控制物质进出细胞功能的验证 ①染色剂进入实验 ②色素透出实验 (2)识别功能的验证 2．细胞膜功能特性——选择透过性的验证 [例2]　油菜种子细胞内含有荧光物质，死亡种子的荧光物质会渗透到细胞外，可以在紫外光下发出强烈的荧光。某实验小组使用“纸上荧光法”比较甲、乙两个油菜品种的种子活力。 实验思路：取甲、乙品种种子各30粒浸泡2小时，以3～5 mm间隔整齐地排列在湿润的滤纸上，放置1小时后取走种子，将滤纸阴干后在紫外光下检测并统计每组滤纸上的荧光圈的数目。 统计结果：甲品种滤纸上有3个荧光圈、乙品种滤纸上有6个荧光圈。请回答以下问题： (1)活种子的细胞膜具有______________________功能，荧光物质无法渗出细胞，因此无法检测到荧光。结果分析认为 ________种子的发芽潜力高。 (2)实验中需使用湿润的滤纸而不是加水没过滤纸，是由于水分过多会导致 ____________________，从而影响对检测指标的观测。 (3)种子萌发后吸收氮元素的主要形式有铵态氮(NH)和硝态氮(NO)。已知甲品种油菜对同一种营养液(以硝酸铵为唯一氮源)中NH和NO的吸收具有偏好性(NH和NO同时存在时，对一种离子的吸收量大于另一种)。请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路、预期结果和结论。 [解析]　(1)活种子的细胞膜具有控制物质进出细胞功能，因此无法检测到荧光。实验结果是甲品种滤纸上有3个荧光圈、乙品种滤纸上有6个荧光圈，说明甲品种的种子活力强，发芽潜力高。(2)实验中需使用湿润的滤纸而不是加水没过滤纸，是由于水分过多会导致荧光物质流散彼此影响，从而影响对检测指标的观测。(3)由于甲品种油菜对两种离子的吸收量不同，且硝酸铵溶液中NH和NO的比例为1∶1，所以用硝酸铵为唯一氮源的营养液培养甲品种油菜，一段时间后，检测营养液中NO和NH的剩余量即可判断甲品种油菜对NH和NO吸收的偏好性。 [答案]　(1)控制物质进出细胞　甲品种　(2)荧光物质流散彼此影响　(3)实验思路：配制以硝酸铵为唯一氮源的营养液，用该营养液培养甲品种油菜，一段时间后，检测营养液中NH和NO剩余量。预期结果和结论：若营养液中NO剩余量小于NH剩余量，则说明甲品种油菜偏好吸收NO；若营养液中NH剩余量小于NO剩余量，则说明甲品种油菜偏好吸收NH。 题点(一)　细胞膜的功能 1．(2024·泰安统考)科学家揭示出电压控制的钾通道，这些通道是负责K＋进出细胞的看门蛋白质，这一成果从另一侧面直接证明了细胞膜具有(　 ) A．把细胞与外界隔开的功能 B．控制物质进出细胞的功能 C．进行细胞间的信息交流的功能 D．控制细胞与外界环境进行能量转化 解析：选B　根据题意可知，钾通道是负责K＋进出细胞的看门蛋白质，这一成果从另一侧面证明了细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。 2．(2024·龙岩一模)胞间连丝是贯穿两个相邻细胞细胞壁的圆柱形细胞质通道。高等植物大多数相邻的细胞间能形成胞间连丝。初生胞间连丝是在形成细胞板时因内质网膜的插入而形成的；次生胞间连丝是由一些水解酶的作用使完整的细胞壁穿孔而形成的(如图)。下列叙述错误的是(　 ) A．胞间连丝使相邻细胞的生物膜形成了结构上的联系 B．体细胞的初生胞间连丝构成细胞骨架并参与细胞的能量转化 C．细胞膜是动物细胞、植物细胞和原核生物的边界 D．胞间连丝有利于相邻细胞间的物质交换和信息交流 解析：选B　初生胞间连丝是在形成细胞板时因内质网膜的插入而形成的，胞间连丝使相邻细胞的生物膜形成了结构上的联系，A正确；细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构，初生胞间连丝不参与构成细胞骨架，B错误；细胞壁不能控制物质的进出，因此细胞膜才是植物细胞和原核生物的边界，C正确；胞间连丝是相邻细胞间形成的通道，有利于相邻细胞间的物质交换和信息交流，D正确。 题点(二)　细胞膜的组成成分 3．(2023·海南高考)不同细胞的几种生物膜主要成分的相对含量见表。下列有关叙述错误的是(　 ) 　　生物膜 膜主要成分　　 红细胞 质膜 神经鞘 细胞质膜 高尔 基体膜 内质 网膜 线粒体 内膜 蛋白质/% 49 18 64 62 78 脂质/% 43 79 26 28 22 糖类/% 8 3 10 10 少 A．蛋白质和脂质是生物膜不可或缺的成分，二者的运动构成膜的流动性 B．高尔基体和内质网之间的信息交流与二者膜上的糖类有关 C．哺乳动物红细胞的质膜与高尔基体膜之间具有膜融合现象 D．表内所列的生物膜中，线粒体内膜的功能最复杂，神经鞘细胞质膜的功能最简单 解析：选C　生物膜的组成成分相似，主要由脂质和蛋白质组成，磷脂双分子层构成膜的基本支架，这个支架是可以流动的，大多数蛋白质也是可以流动的，因此蛋白质和脂质的运动构成膜的流动性，A正确；糖蛋白与细胞识别作用有密切关系，因此高尔基体和内质网之间的信息交流与二者膜上的糖类有关，B正确；哺乳动物未成熟的红细胞的高尔基体膜不与质膜接触，不会发生膜融合，而哺乳动物成熟的红细胞没有高尔基体，C错误；功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多，由表格数据可知，线粒体内膜的蛋白质含量最高，其功能最复杂，神经鞘细胞质膜的蛋白质含量最少，其功能最简单，D正确。 4．(2024·合肥模拟)细胞膜成分的非对称分布是细胞生理反应(如细胞分泌)的基础。研究发现细胞膜中磷脂分子非对称分布的机理：磷脂转运酶在 ATP 水解的驱动下，将不同头部基团的磷脂分子从细胞膜外侧转运至内侧，从而调控和维持细胞膜的非对称性。Dnf1(一种磷脂转运酶)感知其转运底物磷脂酰胆碱在细胞膜内侧的比例降低时，自发地发生构象变化，提高活性以满足需要。下列有关说法错误的是(　 ) A．磷脂酰胆碱是细胞膜中的一种磷脂分子 B．磷脂转运酶运输磷脂分子需要消耗能量 C．不同磷脂在细胞膜中的比例会改变 Dnf1的活性 D．细胞膜内侧的磷脂酰胆碱含量很低 解析：选D　磷脂转运酶的底物为磷脂分子，故磷脂酰胆碱是细胞膜中的一种磷脂分子，A正确；磷脂转运酶在ATP水解的驱动下，将不同头部基团的磷脂分子从细胞膜外侧转运至内侧，故磷脂转运酶运输磷脂分子需要消耗能量，B正确；Dnf1感知其转运底物磷脂酰胆碱在细胞膜内侧的比例降低时，自发地发生构象变化，提高活性以满足需要，可知不同磷脂在细胞膜中的比例会改变Dnf1的活性，C正确；据题干信息无法确定细胞膜内侧的磷脂酰胆碱含量的高低，D错误。 题点(三)　细胞膜的结构及其特点 5．(2024·济南一模)在分别用红色荧光和绿色荧光标记的人、小鼠细胞融合实验中，当两种荧光分布均匀后继续观察，会发现荧光重新排布，聚集在细胞表面的某些部位(成斑现象)。在细胞中加入阻断细胞骨架形成的药物细胞松弛素，膜蛋白流动性大大增加。下列叙述错误的是(　 ) A．降低实验温度，红色荧光和绿色荧光混合均匀所用的时间可能会延长 B．在细胞中加入呼吸抑制剂会影响某些膜蛋白的流动性 C．成斑现象进一步证明了膜蛋白的流动性 D．膜蛋白与细胞内细胞骨架结合导致流动性增强 解析：选D　由于温度会影响分子的运动，所以降低实验温度，蛋白质运动变慢，红色荧光和绿色荧光混合均匀所需时间可能会延长，A正确；由于某些膜蛋白参与物质的主动运输、胞吞、胞吐，这些过程都需要消耗细胞呼吸提供的能量。所以细胞中加入呼吸抑制剂会影响某些膜蛋白的流动性，B正确；两种荧光分布均匀后再观察，会发现荧光重新排布，聚集在细胞表面的某些部位(成斑现象)，这进一步说明了膜蛋白是可以运动的，具有流动性，C正确；由题意可知，细胞中加入阻断细胞骨架形成的药物细胞松弛素，膜蛋白流动性大大增加。所以膜蛋白与细胞骨架结合会导致膜蛋白流动性降低，D错误。 　[反思·收获] 从三个角度理解细胞膜结构与功能的统一性 　 主题研习(二)　细胞核的结构和功能(基础·自学型)　　 　　　　　　　　　　　　　　　　 (一)细胞核的功能及功能探究 1．功能：细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。 2．功能探究 (1)黑白美西螈核移植实验 ①实验过程 ②实验结论：美西螈皮肤颜色遗传受细胞核控制。证明细胞核是遗传的控制中心。 (2)蝾螈受精卵横缢实验 ①实验过程 ②实验结论：蝾螈的细胞分裂、分化受细胞核控制。证明细胞核是代谢的控制中心。 (3)变形虫切割实验 ①实验过程 ②实验结论：变形虫的分裂、生长、再生、对刺激的反应等生命活动受细胞核控制。证明细胞核是代谢的控制中心。 (4)伞藻嫁接与核移植实验 ①伞藻嫁接实验过程 ②伞藻核移植实验过程 ③实验结论：伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的。证明细胞核是遗传的控制中心。 (二)细胞核的结构与真核细胞的结构模型 1．细胞核的结构模式图 2．尝试制作真核细胞的三维结构模型 (1)模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。 (2)模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。 [微点判断] (1)(2023·湖南卷)核仁含有DNA、RNA和蛋白质等组分，与核糖体的形成有关。(√) (2)(2021·河北卷)细胞质中的RNA均在细胞核合成，经核孔输出。(×) (3)细胞核是遗传信息转录和翻译的场所。(×) (4)细胞的核膜是双层膜结构，核孔是物质进出细胞核的通道。(√) (5)以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，属于物理模型。(√) 题点(一)　细胞核的功能及实验探究 1．伞藻是一种单细胞绿藻，由伞帽、伞柄和假根三部分构成，细胞核在假根内。科学家用伞形帽和菊花形帽两种伞藻做嫁接和核移植实验，如图所示。下列相关叙述正确的是(　 ) A．图1中①②的帽形因伞柄嫁接实验而改变 B．图1实验说明生物体形态结构的建成主要与细胞核有关 C．图1中①与图2中③的帽形相同，都是伞形帽 D．图2中移去细胞核的甲伞藻的生命活动将逐渐减缓直至停止 解析：选D　图1说明伞藻的帽形与嫁接哪种伞柄无直接关系，而与假根有关，故图1中①②的帽形不会因伞柄嫁接实验而改变，①还是菊花形帽，②还是伞形帽，A错误；图1实验只能说明伞帽的形状与伞藻的假根有关，假根中除细胞核外还含有细胞质部分，B错误；图2中③与图1中①的帽形相同，都是菊花形帽，C错误；细胞核与细胞质是相互依存的关系，图2中移去细胞核的甲伞藻的生命活动将逐渐减缓直至停止，D正确。 题点(二)　细胞核的结构 2．(2024·珠海月考)如图为细胞核结构模式图，下列叙述正确的是(　 ) A．④可用二苯胺试剂进行染色 B．①②在有丝分裂的前期、后期变化相同 C．②④部位均能发生A—U、G—C配对 D．浆细胞中，DNA聚合酶可通过⑤进入细胞核 解析：选C　④为染色质，二苯胺试剂不能对染色质进行染色，应用碱性染料对染色质进行染色，A错误；①为核膜，②为核仁，两者在分裂前期解体、末期重建，在后期不存在结构①②，B错误；②(核仁)与rRNA的形成有关，④(染色质)上的DNA可转录形成mRNA和tRNA，故②④部位均能发生A—U、G—C配对，C正确；浆细胞是高度分化的细胞，DNA不再进行复制，故不需要DNA聚合酶，D错误。 3．(2024·泰安二模)在细胞增殖时细胞核发生消失与重建。重建时，膜小泡聚集在单个染色体周围，形成核膜小泡，最终融合形成新的细胞核，过程如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．核膜小泡中的每条染色体上均含有两个DNA分子 B．核膜小泡形成完整细胞核与生物膜的流动性密切相关 C．核膜是双层膜，把核内物质与细胞质分开 D．重建后的细胞核中，染色质是行使遗传功能的结构 解析：选A　核膜重建时，处于分裂末期，膜小泡聚集在单个染色体周围，形成核膜小泡，最终融合形成新的细胞核，此时每条染色体上均含有1个DNA分子，A错误。 走出对细胞核结构与功能认识的五个误区 (1)误认为物质进出细胞核都要通过核孔。 指正：①核孔主要是蛋白质、RNA等大分子进出细胞核的通道。②小分子物质可通过核膜进出细胞核。 (2)误认为所有物质都能通过核孔。 指正：核孔是由多种蛋白质构成的复合结构，有明显的选择性，如DNA不能通过核孔进入细胞质。 (3)误认为核孔的数量和核仁大小是固定的。 指正：核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢强度有关，如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞，核孔数量多，核仁较大。 (4)误认为细胞核是代谢中心。 指正：细胞核是代谢的控制中心，而不是代谢中心，代谢中心为细胞质基质。 (5)误认为核仁是遗传物质的储存场所。 指正：核仁与核糖体的形成有关。细胞核中的遗传物质分布在染色体(质)上。 　　　　　　　　　　　　　　　　 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P42“思考讨论”素材挖掘)从1895年欧文顿实验发现细胞膜由脂质组成开始，到1935年丹尼利和戴维森通过研究细胞膜的张力，推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质，科学家们对细胞膜的成分进行了长达40年的探索过程。下列有关细胞膜成分的说法错误的是(　 ) A．细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，还有少量糖类 B．一般来说，功能越复杂的细胞膜，其蛋白质种类和含量越多 C．提取动物细胞中磷脂分子，在空气—水界面上铺成单分子层，其面积恰为细胞表面积的2倍 D．探索膜成分的实验，相比使用植物细胞作实验材料，动物细胞的优势是没有细胞壁 解析：选C　除了哺乳动物成熟的红细胞外，大多数动物细胞有细胞膜、核膜和细胞器膜，所以将其磷脂成分全部提取出来，并将其在空气—水界面上铺成单分子层，会测得单分子层的表面积比细胞膜表面积的两倍还要大，C错误。 2．(必修1 P46“拓展应用T2”改编)研究人员在脂质体外包裹上聚乙二醇保护层，并镶嵌上抗体，制造出一种能定向运送药物的“隐形脂质体”。这种“脂质体”已在癌症治疗中得到应用。下列分析不正确的是(　 ) A．脂质体表面不具备可供白细胞识别的糖蛋白，能避免被白细胞识别和清除 B．脂质体膜上的抗体能特异性识别癌细胞，从而将药物定向运送到癌细胞 C．脂质体的“膜”结构与细胞膜均以磷脂双分子层作为基本支架 D．图中脂质体所运载的药物B为水溶性药物 解析：选D　糖蛋白与细胞的识别有关，“隐形脂质体”在运送药物的过程中，能避免被白细胞识别和清除，原因可能是脂质体表面不具备可供白细胞识别的糖蛋白，A正确；脂质体膜上镶嵌的抗体能够特异性识别癌细胞，将药物定向运送到癌细胞，从而杀死癌细胞，B正确；脂质体的“膜”结构与细胞膜均以磷脂双分子层作为基本支架，C正确；磷脂分子的头部具有亲水性，尾部具有疏水性，药物B接近磷脂分子的尾部，为脂溶性药物，D错误。 (二)科学思维“融会通” 3．(必修1 P41“图3-2”分析应用)如图是细胞间的三种信息交流方式，据图分析： (1)图中物质或结构的名称：①与膜结合的信号分子；②受体；③胞间连丝。 (2)植物细胞间的胞间连丝、人体内胰岛素的作用过程、精子和卵细胞之间的识别和结合分别属于图中的哪种方式？ 提示：分别属于图C、图A、图B。 (3)细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构吗？并说明理由。 提示：不是，如高等植物细胞间通过胞间连丝进行信息交流时不需要细胞膜上的受体。 (4)受体和信号分子的结合有无特异性？信号的识别场所是否一定位于细胞膜上？ 提示：有特异性。信号的识别场所不一定位于细胞膜上，与受体的分布有关，一部分信息分子(如蛋白质类激素、神经递质等)的受体在细胞膜上，有些小分子物质(如性激素)的受体在细胞内部。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．(2024·济南一模)在动物组织中存在间隙连接，间隙连接通过相邻细胞膜上的两个连接子对接，如图所示。间隙连接中心有允许相对分子质量小于1 000的离子、氨基酸、信号分子等物质通过的孔道。若细胞内pH降低，其通透性下降；若连接子蛋白磷酸化，其通透性增强。下列叙述错误的是(　 ) A．连接子蛋白贯穿2层磷脂分子 B．间隙连接的存在能增强细胞与外界环境的物质交换 C．细胞可通过调节连接子蛋白的空间结构来调节间隙连接的通透性 D．间隙连接与高等植物的胞间连丝均具有细胞间信息交流的作用 解析：选B　间隙连接通过相邻细胞膜上的两个连接子对接，间隙连接中心有允许物质通过的孔道，因此连接子蛋白贯穿2层磷脂分子，且间隙连接的存在能增强细胞间的物质交换，A正确，B错误；若细胞内pH降低，其通透性下降，若连接子蛋白磷酸化，其通透性增强，由此可知细胞可通过调节连接子蛋白的空间结构来调节间隙连接的通透性，C正确；间隙连接中心有允许信号分子等物质通过的孔道，由此可知，间隙连接与高等植物的胞间连丝均具有细胞间信息交流的作用，D正确。 2．(2024·济宁期末)在光镜下看到的核仁为均匀的球体，在电镜下核仁的超微结构是由三种基本结构组分组成的，即纤维中心、致密纤维组分和颗粒组分。纤维中心是包括在颗粒组分内部一个或几个低电子密度的圆形结构体，其内部存在DNA；致密纤维组分是核仁超微结构中电子密度最高的部分，由致密的纤维组成，通常看不到颗粒，它们呈环形或半月形包围纤维中心；颗粒组分是核仁的主要结构，由直径15～20 nm的核糖核蛋白颗粒构成，可被蛋白酶和RNAase消化，间期核中核仁的大小差异主要是由颗粒组分数量的差异造成的。下列说法正确的是(　 ) A．核仁是细胞核中储存DNA的主要结构 B．致密纤维组分存在mRNA的前体 C．核糖体的大小亚基是在核仁中合成的 D．核糖核蛋白颗粒可能是正在加工、成熟的核糖体亚单位的前体 解析：选D　染色体是细胞核中储存DNA的主要结构，A错误；致密纤维组分是核仁超微结构中电子密度最高的部分，由致密的纤维组成，其中不存在mRNA的前体，B错误；核仁中转录形成rRNA，然后形成的rRNA与进入细胞核的蛋白质结合分别形成核糖体的大亚基和小亚基，C错误；颗粒组分是核仁的主要结构，由蛋白质和核糖核酸组成，其中的核糖核蛋白颗粒可能是正在加工、成熟的核糖体亚单位的前体，D正确。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．细胞是一个统一的整体。下列关于植物细胞的说法，正确的是(　 ) A．细胞膜上和细胞质中蛋白质的氨基酸排列顺序都是由细胞核内的核酸决定 B．细胞膜的控制作用使环境中的有害物质不能进入细胞质和细胞核 C．细胞膜和细胞核中的代谢活动所需的能量全部来自细胞质 D．细胞壁通过识别作用为细胞膜、细胞质和细胞核传递信息 解析：选C　细胞质中也有能够决定蛋白质中氨基酸排列顺序的核酸，如线粒体内的DNA，A错误；细胞膜控制物质进出的作用具有相对性，环境中的有害物质有可能进入细胞质和细胞核，B错误；细胞呼吸的场所是细胞质(细胞质基质和线粒体)，所以细胞膜和细胞核中的代谢活动所需的能量全部来自细胞质，C正确；细胞壁没有识别作用，D错误。 2．下列过程中没有涉及细胞膜的流动性的是(　 ) A．质壁分离及复原实验 B．mRNA与游离核糖体的结合 C．吞噬细胞对抗原的摄取 D．精子与卵细胞融合完成受精作用 解析：选B　质壁分离及复原实验说明原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，同时也能说明细胞膜具有流动性，A不符合题意；核糖体没有膜结构，mRNA与游离核糖体的结合与细胞膜的流动性无关，B符合题意；吞噬细胞对抗原的摄取属于胞吞，该过程依赖于细胞膜的流动性，C不符合题意；精子与卵细胞的融合依赖于细胞膜的流动性，D不符合题意。 3．(2024·泰安模拟)下列有关细胞膜的结构和功能的叙述，正确的是(　 ) A．细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，膜两侧的结构是对称的 B．动物细胞间的信息交流必须有细胞膜表面的受体蛋白参与 C．胰岛细胞与肝细胞不直接接触，需要借助信息分子进行信息交流 D．精子与卵细胞膜直接接触进行信息传递时，不需要信息分子的参与 解析：选C　细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，且膜的外表面有少量糖类，故膜两侧的结构是不对称的，A错误；细胞间的信息交流可能依赖于细胞膜表面的受体，也可能依赖于细胞内的受体(如性激素是脂质，其受体在细胞内)，B错误；不直接接触的细胞间进行信息交流需要借助信息分子进行，C正确；精子与卵细胞膜通过直接接触的方式进行信息交流前，需要两者表面的蛋白质进行特异性识别，D错误。 4．以下关于生物膜蛋白的叙述，正确的是(　 ) A．癌细胞膜表面的抗原蛋白可被免疫系统识别，引起特异性免疫反应 B．线粒体内膜上分布的ATP合成酶，可催化O2与[H]结合 C．酵母菌细胞膜上的载体蛋白种类较多，可转运葡萄糖、酒精等物质 D．胰岛B细胞细胞膜缺乏神经递质受体，因而不能参与神经调节 解析：选A　癌细胞膜表面的抗原蛋白可被免疫系统识别，引起特异性免疫反应，A正确；ATP合成酶能催化ATP的合成，不能催化O2与[H]的结合，B错误；酒精以自由扩散方式排出酵母菌细胞，不需要载体蛋白协助，C错误；胰岛B细胞可以作为效应器接受下丘脑某个区域的调节，所以其能参与神经调节，D错误。 5．(2024·福州一模)核孔复合物(NPC)结构是细胞核的重要结构，施一公团队解析了来自非洲爪蟾NPC的近原子分辨率结构，取得了突破性进展，通过电镜观察到NPC“附着”并稳定融合在核膜高度弯曲的部分，下列叙述正确的是(　 ) A．附着NPC的核膜为双层膜结构，且可以与内质网膜相联系 B．NPC保证了细胞核与细胞质间蛋白质、RNA等大分子自由进出 C．非洲爪蟾NPC可为细胞质中核糖体上合成蛋白质的过程提供原料 D．哺乳动物成熟红细胞中的NPC数量较少，因此代谢较弱 解析：选A　核膜为双层膜结构，且外膜与内质网膜相连，A正确；NPC是蛋白质和RNA等大分子进出细胞核的通道，其控制物质进出具有选择性，而不是自由进出，B错误；NPC是核膜结构，不能为细胞质中核糖体上的翻译过程提供原料，C错误；哺乳动物成熟红细胞没有细胞核，因此不含NPC，D错误。 6．(2024·汕头一模)科学家利用伞藻进行了如下实验 实验名称 实验操作 实验结果 实验1 伞柄切段 将伞柄 切成三段 上段(靠近伞帽) 培养在相同且适宜的环境中使其再生伞帽 生出较大的伞帽 中段 生出小伞帽 下段(靠近假根) 生出雏形小伞帽 实验2 伞藻嫁接 将两种伞藻(甲和乙)的伞帽切去 把甲种伞藻的伞柄嫁接到乙种伞藻的假根上 培养在相同且适宜的环境中使其再生伞帽 ？ 把乙种伞藻的伞柄嫁接到甲种伞藻的假根上 ？ 下列说法错误的是(　 ) A．实验1的三段伞柄中含有伞帽形态构建的物质且上段含量最多 B．实验1的上段伞柄形成较大的伞帽后通过细胞分裂可以产生更多伞藻 C．实验2中在甲种伞藻的伞柄上长出的伞帽形态可能会介于甲和乙之间 D．实验2中需要反复切去伞帽后才在甲种伞藻的伞柄上长出乙种伞藻的伞帽 解析：选B　实验1中自变量是伞柄切段来源，因变量是生出的伞帽大小。根据表中数据可知，三段伞柄都可以生出伞帽，说明伞柄中含有伞帽形态构建的物质，上段生出较大的伞帽，说明其内该物质含量多，A正确；细胞分裂可以增加细胞数目，但不可以产生更多的伞藻，B错误；实验2中甲种伞藻的伞柄上长出的伞帽形态可能会介于甲和乙之间，因为甲种伞藻的伞柄中存在伞帽形态构建的物质，乙种伞藻的假根中含有控制伞帽形状的细胞核，C正确；甲的伞柄中有残留的mRNA，反复切去伞帽后可以消耗原有的mRNA，然后乙种假根中的DNA表达控制乙种伞帽的形成，D正确。 7．(2024·佛山一模)将变形虫培养在含有3H标记的胆碱(一种构成磷脂的成分)的培养基中。一段时间后，将带有放射性标记的细胞核取出，移植到未标记的去核变形虫中，追踪观察一个细胞周期，发现原有的放射性标记平均分配到子细胞的核膜上。下列叙述正确的是(　 ) A．细胞核供体变形虫中含有放射性标记的结构只有细胞核 B．在重组变形虫细胞分裂的中期、后期检测不到放射性 C．在前期核膜解体后，其结构成分磷脂分子也会被分解 D．该实验证明母细胞解体的核膜参与了子细胞的核膜重建 解析：选D　3H标记的胆碱是一种构成磷脂的成分，则供体变形虫中细胞中所有的膜结构都有放射性标记，A错误；虽然细胞分裂前期核膜解体，但是核膜的成分没有消失，所以在重组变形虫细胞分裂的中期、后期能检测到放射性，B错误；在核膜解体后，其组成成分并没有消失，磷脂分子不会被分解，C错误；题述实验现象说明母细胞的核膜参与了子细胞核膜的构建，D正确。 8．研究表明多种核仁蛋白会参与rRNA的编辑、端粒DNA序列的修复、调节细胞周期等生命活动过程。核仁蛋白Npm1可以结合中心体，抑制细胞分裂时中心体的复制，Npm1还可以与抑癌基因P53结合，增强P53的转录。下列叙述错误的是(　 ) A．某些核仁蛋白参与核糖体的形成 B．某些核仁蛋白可以延缓细胞衰老 C．核仁蛋白Npm1可以促进细胞有丝分裂 D．核仁蛋白Npm1能够抑制细胞癌变 解析：选C　某些核仁蛋白会参与rRNA的编辑，核糖体由rRNA和蛋白质组成，故某些核仁蛋白参与核糖体的形成，A正确；端粒学说认为端粒DNA序列随着细胞的分裂不断缩短，当端粒长度缩短到一定阈值时，细胞就进入衰老过程，某些核仁蛋白能够修复端粒DNA序列，可以延缓细胞衰老，B正确；核仁蛋白Npm1能够抑制细胞分裂时中心体的复制，从而抑制细胞有丝分裂，C错误；核仁蛋白Npm1可以与抑癌基因P53结合，增强P53的转录，产生更多的P53蛋白，阻止细胞不正常的增殖，抑制细胞发生癌变，D正确。 9．(2024·郑州一模)如图是细胞通过胞吐向外分泌某种物质的过程：细胞接收到胞外信号的 刺激后，分泌小泡与细胞膜融合，将分泌物释放到细胞外。相关描述错误的是(　 ) A．图示膜结构均以磷脂双分子层为基本支架 B．激素和神经递质可作为引起胞吐的信号 C．信号与受体的结合体现了细胞膜进行信息交流的功能 D．图中高尔基体负责分泌物质的合成和加工 解析：选D　图示中的膜为生物膜，生物膜均以磷脂双分子层作为基本支架，A正确；激素和神经递质均可以作用于腺细胞引起腺体的分泌，所以激素和神经递质可作为引起胞吐的信号，B正确；信号(信息分子)与靶细胞上受体的结合，体现了细胞膜进行信息交流的功能，C正确；高尔基体主要对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装，核糖体是合成蛋白质的场所，D错误。 二、非选择题 10．低密度脂蛋白(LDL)是一种运载胆固醇进入外周组织细胞的脂蛋白颗粒，在血液中含量长期过高易引起动脉硬化。图1为LDL在细胞内代谢示意图。 (1)已知LDL表面覆盖有单层磷脂分子，磷脂的尾部朝向________(填“内侧”“外侧”或“均有可能”)，原因是_____________________________________________________。 (2)细胞膜上的LDL受体与LDL结合后，通过________过程将LDL摄入细胞，该过程体现了细胞膜____________________的功能。 (3)LDL受体和溶酶体内的水解酶均为蛋白质，请从蛋白质结构的角度分析两者功能不同的原因______________________________________________________；这两种蛋白质的加工均需要高尔基体的参与，高尔基体的功能是__________________________________________。 (4)胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分，图2为不同温度下胆固醇对人工脂双层膜微黏度(与流动性负相关)影响的曲线。据图2分析胆固醇对膜流动性的作用：____________________________________________________________________。 解析：(1)LDL表面覆盖有单层磷脂分子，磷脂分子的头部具有亲水性，尾部具有疏水性。LDL处于血液中，其内部为胆固醇，所以磷脂分子头部朝外，尾部朝向内侧。(2)由图1可知，当细胞膜上的LDL受体与LDL结合后，细胞膜内陷形成囊泡，即通过胞吞摄入细胞。该过程中，体现了细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。(3)LDL受体和溶酶体内的水解酶均为蛋白质，但构成两种蛋白质的氨基酸种类、数目和排列顺序不同，多肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同，导致它们的功能不同。高尔基体的功能是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装并发送。(4)由图2可知，含胆固醇的人工膜的流动性增加幅度小于不含胆固醇的人工膜，说明在温度较高时，胆固醇可以降低膜的流动性；在温度较低时，又可以提高膜的流动性。 答案：(1)内侧　LDL内部为胆固醇，与磷脂分子疏水性的尾部紧密结合　(2)胞吞　控制物质进出细胞　(3)两者氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同　对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装并发送　(4)在温度较高时，胆固醇可以降低膜的流动性；在温度较低时，又可以提高膜的流动性(或者胆固醇使细胞膜的流动性在较大温度范围内保持相对稳定的状态) 11．(2024·北京西城区一模)运动后肌肉的损伤修复对于机体恢复正常的运动能力十分重要，研究发现了不依赖于肌肉干细胞的肌肉损伤修复机制。 (1)骨骼肌细胞呈细长的圆柱状，细胞内往往含有多个细胞核，以实现对骨骼肌细胞的________作用。 (2)在成人骨骼肌中，肌肉干细胞一般处于静止状态。在运动损伤后，肌肉干细胞可以__________为成肌细胞，成肌细胞融合并发育为骨骼肌细胞。 (3)对成年小鼠进行偏心运动，并对肌细胞进行Hsp27(肌节损伤的标记物)染色，结果如图(箭头所指部位为损伤的肌节，其他发光的结构为细胞核)。 由实验结果推测，肌细胞的损伤修复与细胞核迁移有关，依据是_______________________________________________________________________________。 (4)肌细胞的损伤修复需要多种蛋白质参与。在肌细胞损伤修复中，细胞核迁移的作用可能是___________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)为验证肌肉损伤通过激活Ca2＋-Cdc42信号通路(已知Ca2＋促进Cdc42表达)引起肌细胞核迁移，请选择实验材料和处理，设计实验方案并预期实验结果，填入表中。 组别 材料 处理 预期结果 1 2 3 4 材料：Ⅰ.肌细胞　Ⅱ.表达钙报告基因的肌细胞 处理：a.不处理　b．激光损伤肌节　c．注入Cdc42抑制剂　d．局部激活Cdc42 解析：(1)细胞核是遗传信息库，是细胞遗传与代谢的控制中心。骨骼肌细胞含有多个细胞核，以实现对骨骼肌细胞的控制作用。(2)肌肉干细胞可以分裂和分化为成肌细胞，成肌细胞融合并发育为骨骼肌细胞。(3)题图中箭头所指部位为损伤的肌节，其他发光的结构为细胞核，运动后5小时出现Hsp27(肌节损伤的标记物)，运动后24小时Hsp27减少且细胞核聚集在损伤区域，可推测，肌细胞的损伤修复与细胞核迁移有关。(4)肌细胞的损伤修复需要多种蛋白质参与，蛋白质是基因表达的产物，在肌细胞损伤修复中，细胞核迁移的作用可能是更快地为损伤部位提供足够的mRNA，以便于合成修复所需蛋白质。(5)为验证肌肉损伤通过激活Ca2＋-Cdc42信号通路(已知Ca2＋促进Cdc42表达)引起肌细胞核迁移，应设置对照实验，具体实验方案和预期结果见答案。 答案：(1)控制　(2)分裂和分化　(3)运动后5小时出现Hsp27，运动后24小时Hsp27减少且细胞核聚集在损伤区域　(4)更快地为损伤部位提供足够的mRNA，以便于合成修复所需蛋白质 (5)答案1： 组别 材料 处理 预期结果 1 Ⅱ a 钙报告基因表达量低 2 Ⅱ b 钙报告基因表达量明显高于第1组 3 Ⅰ a 未出现细胞核聚集 4 Ⅰ d 细胞核逐渐聚集在激活部位 答案2： 组别 材料 处理 预期结果 1 Ⅱ a 钙报告基因表达量低 2 Ⅱ b 钙报告基因表达量明显高于第1组 3 Ⅰ b 细胞核逐渐聚集在损伤部位 4 Ⅰ bc 损伤部位细胞核数量明显少于第3组 第二课时　细胞器的分工与合作 主题研习(一)　主要细胞器的结构和功能(基础·自学型) 　　　　　　　　　　　　　 1．细胞质的组成 细胞质基质 呈溶胶状，是细胞代谢的主要场所 细胞器 用差速离心法分离 2．细胞器的结构与功能(连线) [微提醒]　①粗面内质网与蛋白质的合成、加工有关，光面内质网是脂质的“合成车间”。②在植物细胞中，高尔基体还与细胞壁的形成有关。③1个中心体由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成。 3．线粒体和叶绿体的异同 4．细胞器分类 5．细胞骨架 图示 结构 由蛋白质纤维组成的网架结构 作用 维持细胞的形态、锚定并支撑许多细胞器，与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关 [微点判断] (1)(2023·湖南卷)线粒体内膜含有丰富的酶，是有氧呼吸生成CO2的场所。(×) (2)(2021·河北卷)酵母菌和白细胞都有细胞骨架。(√) (3)(2020·北京卷)原核细胞和真核细胞都在核糖体上合成蛋白质。(√) (4)(2020·江苏卷)细胞质基质、线粒体基质和叶绿体基质所含核酸的种类相同。(×) (5)溶酶体合成的多种水解酶可以分解自身衰老、损伤的细胞器。(×) (6)细胞壁中含有纤维素和果胶，对细胞起支持和保护作用。(×) (7)内质网是脂质的合成车间，性激素主要是由内质网上的核糖体合成的。(×) 题点(一)　差速离心法与细胞器的分离 1．研究水稻叶肉细胞的结构和功能时，取匀浆或上清液依次离心，将不同的结构分开，其过程和结果如图所示，P1～P4表示沉淀物，S1～S4表示上清液。下列有关叙述错误的是(　 ) A．稀释研磨后的水稻叶肉细胞匀浆液时不可以用清水 B．含双层生物膜结构的有P1、P2和P3，且结构中都有DNA C．P2、P3、P4中都有基因且都能指导蛋白质的合成 D．上清液S1中含有mRNA、酶和ATP等物质 解析：选C　用清水稀释匀浆液会使部分具膜结构的细胞器吸水膨胀甚至涨破，A正确；含双层生物膜结构的有P1(细胞核)、P2(叶绿体)和P3(线粒体)，且结构中都有DNA，B正确；P4(核糖体)中无基因，C错误；上清液S1中包含各种细胞器，含有mRNA(如叶绿体中)、酶(如溶酶体中)和ATP(如线粒体中)等物质，D正确。 题点(二)　主要细胞器和细胞骨架的结构与功能 2．下列有关细胞器结构与功能的叙述，正确的是(　 ) A．核糖体和中心体都无膜结构，因此二者都不含P B．人体骨骼肌细胞产生的CO2不是全部都来自线粒体 C．叶绿体、线粒体都可以合成DNA、RNA、ATP等有机物 D．溶酶体含有的水解酶不会分解细胞自身的细胞器 解析：选C　核糖体和中心体都无膜结构，但核糖体中含有RNA，RNA中含P，A错误。人体骨骼肌细胞无氧呼吸只能产生乳酸，产生的CO2只能来自线粒体，B错误。叶绿体、线粒体都含有少量DNA，都可以复制形成DNA，转录形成RNA；叶绿体光合作用过程与线粒体呼吸作用过程中均合成ATP，C正确。溶酶体含有的水解酶能分解细胞自身衰老和损伤的细胞器，D错误。 3．(2024·邯郸二模)细胞骨架主要包括微管、微丝和中间纤维三种结构。其中微管几乎存在于所有真核细胞中，由微管蛋白组装而成。当用秋水仙素等药物处理体外培养的细胞时，微管很快就解聚，细胞变圆。与此相应的变化是内质网缩回到细胞核周围，高尔基体解体成小的膜泡样结构分散在细胞质内，细胞内依赖于微管的物质运输系统全面瘫痪，处于分裂期的细胞停止分裂。下面说法错误的是(　 ) A．细胞器的分布及细胞的形态与微管有很大关系 B．同一个体不同细胞内含有的微管基因不同 C．分裂期细胞停止分裂是因为染色体的运动依赖于微管的组装和去组装 D．微管系统可以帮助一些生物大分子完成定向运输 解析：选B　同一个体不同细胞均是由同一个受精卵经分裂、分化而来，其内含有的微管基因相同，B错误。 1．细胞器结构与功能中的“一定”“不一定”与“一定不” (1)能进行光合作用的生物，不一定有叶绿体(如蓝细菌)，但高等植物细胞的光合作用一定在叶绿体中进行。 (2)能进行有氧呼吸的生物不一定有线粒体，但真核生物的有氧呼吸一定有线粒体参与。 (3)一切生物的蛋白质合成场所一定是核糖体。 (4)有中心体的生物不一定为动物，但一定不是高等植物。 (5)高尔基体经囊泡分泌的物质不一定为分泌蛋白，但分泌蛋白一定经高尔基体囊泡分泌。 (6)具有细胞壁的细胞不一定是植物细胞，真菌、细菌也有细胞壁。 (7)没有叶绿体和中央液泡的细胞不一定是动物细胞，如根尖分生区细胞。 (8)葡萄糖→丙酮酸一定不发生在细胞器中，丙酮酸彻底氧化分解一定发生在线粒体中。 2．真核、原核细胞及动、植物细胞的判断 主题研习(二)　用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动(实验·探究型) 1．实验原理 (1)叶肉细胞中的叶绿体呈绿色、扁平的椭球或球形，制片后可以在高倍显微镜下观察它的形态和分布。 (2)活细胞中的细胞质处于不断流动的状态。观察细胞质的流动，可用细胞质基质中的叶绿体的运动作为标志。 2．实验步骤 (1)观察叶绿体 (2)观察细胞质的流动 3．实验关键分析 (1)观察叶绿体和细胞质流动时选用藓类的小叶、黑藻的小叶，这些材料的叶子薄而小，叶绿体清晰，可取整个小叶直接制片。若用菠菜叶观察叶绿体时，要取菠菜叶的下表皮并稍带些叶肉，因为表皮细胞不含叶绿体。 (2)观察叶绿体的临时装片实验过程中要始终保持有水状态，防止细胞内的叶绿体失水，若叶绿体失水，则会缩成一团，无法观察其形态和分布。 (3)不同细胞中细胞质可朝一个方向流动，也可朝不同的方向流动，其流动方式为转动式。观察细胞质流动时，以叶绿体为参照物。 (4)叶绿体在弱光下以最大面积朝向光源，强光下则以侧面或顶面朝向光源，实验观察时可适当调整光照强度和方向以便于观察。 (5)细胞质流动速度与细胞的新陈代谢有密切关系，新陈代谢越旺盛，细胞质流动越快，反之，则越慢。光照、温度和机械损伤等都可以加快细胞质的流动。 1．(2024·达州模拟)如图为某小组在室温下进行“观察黑藻细胞质环流”实验时拍摄的照片，下列有关说法，错误的是(　 ) A．适当调暗光线更便于观察细胞质 B．适当升高温度，细胞质环流的速度会加快 C．同一细胞中叶绿体的流动方向相同 D．图示植物细胞中不存在细胞核和大液泡 解析：选D　细胞质颜色较浅，适当调暗光线更有利于观察细胞质，A正确；适当升高温度，分子热运动速率增加，酶活性增强，细胞代谢加快，细胞质环流的速度会加快，B正确；同一细胞中叶绿体的运动方向是相同和定向的，即叶绿体环绕中央大液泡向同一个方向旋转式流动，C正确；黑藻属于真核生物，其细胞中含有细胞核和大液泡，D错误。 2．叶绿体是一种动态的细胞器，随着光照强度的变化，其位置和分布会发生改变，该过程称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合，用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥 进行实验，叶绿体的分布情况如图。下列叙述错误的是(　 ) A．若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常，可推测叶绿体定位需要借助细胞骨架进行 B．实验表明，CHUP1蛋白和光照强度在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用 C．在强光照射下，叶绿体定位的意义在于叶肉细胞能充分地吸收光能，更多制造有机物 D．对同一叶片不同部位设置强光照射和遮光处理，根据现象来判断是否发生叶绿体定位 解析：选C　破坏细胞内的微丝蛋白(细胞骨架成分)后，叶绿体定位异常，可知叶绿体的定位与微丝蛋白有关，因此可推测叶绿体定位需要借助细胞骨架进行，A正确。由于CHUP1蛋白缺失型拟南芥的叶绿体分布和野生型不同，且正常叶肉细胞中的叶绿体在不同光照强度时分布不同，所以CHUP1蛋白和光照强度在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用，B正确。弱光条件下，叶绿体会汇集到细胞顶面，能最大限度地吸收光能，保证高效率的光合作用，而强光条件下，叶绿体移动到细胞两侧，以避免强光的伤害，C错误。叶绿体会随着光照强度的变化，改变其位置和分布，所以对同一叶片不同部位设置强光照射和遮光处理，根据现象来判断是否发生叶绿体定位，D正确。 主题研习(三)　细胞器之间的协调配合与生物膜系统(深化·提能型) (一)探究分泌蛋白的合成、加工和运输过程 1．完善分泌蛋白的形成过程 2．分析分泌蛋白分泌过程中放射性同位素及膜面积变化图示 如图甲表示分泌蛋白合成及分泌过程中膜面积的变化；图乙表示放射性颗粒在不同结构中出现的先后顺序；图丙表示不同细胞器中放射性强度的变化。 据图分析，图甲中A、B、C三条曲线所指代的膜结构分别是内质网膜、细胞膜、高尔基体膜；图乙中1、2所指代的细胞器是内质网、高尔基体；图丙中a、b、c所代表的细胞器分别为核糖体、内质网、高尔基体。 3．探明受体介导的囊泡运输 研究人员解开了调控运输物在正确时间投递到细胞中正确位置的分子原理，即细胞通过囊泡精确地释放被运输的物质。图甲表示细胞通过形成囊泡运输物质的过程，图乙是图甲的局部放大。不同囊泡介导不同途径的运输。 (1)研究表明，图甲中的Y囊泡内的“货物”为多种水解酶，这些酶会储存在结构⑤中，推断结构⑤是什么？由内质网、高尔基体加工的蛋白质一定是分泌蛋白吗？ 提示：结构⑤是溶酶体。由内质网、高尔基体加工的蛋白质不一定是分泌蛋白。 (2)图乙中的囊泡能够精确地将细胞“货物”运送到相应位置并分泌到细胞外，据图乙推测可能的原因是什么？此过程体现了生物膜具有什么功能？ 提示：囊泡上的蛋白质A和细胞膜上的蛋白质B特异性结合。体现了生物膜具有信息交流的功能。 1．图解生物膜系统的组成和功能 [微提醒]　生物膜系统是指细胞内而不是生物体内的全部膜结构，所以口腔黏膜、胃黏膜等不属于细胞内的生物膜系统；原核生物和病毒无生物膜系统。 2．从两个角度理解各种生物膜之间的联系 (1)在成分上的联系 相似性 各种生物膜主要由脂质和蛋白质组成 差异性 每种成分所占的比例不同，功能越复杂的生物膜，其蛋白质的种类和数量就越多 (2)在结构上的联系 ①各种生物膜在结构上大致相同，都是由磷脂双分子层构成基本支架，蛋白质分子分布其中，大都具有流动性。 ②在结构上具有一定的连续性，如图所示： 题点(一)　分泌蛋白的合成、加工与囊泡运输 1．(2023·浙江6月选考)囊泡运输是细胞内重要的运输方式。没有囊泡运输的精确运行，细胞将陷入混乱状态。下列叙述正确的是(　 ) A．囊泡的运输依赖于细胞骨架 B．囊泡可来自核糖体、内质网等细胞器 C．囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的选择透过性 D．囊泡将细胞内所有结构形成统一的整体 解析：选A　囊泡在细胞内的运输依赖于细胞骨架，A正确；核糖体无膜结构，不能形成囊泡，B错误；囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的流动性，C错误；细胞内的核糖体和中心体无膜结构，囊泡不能将细胞内所有结构形成统一的整体，D错误。 2．(2024·和平区二模)如图甲表示细胞内某种物质的合成和转运过程，图乙表示胰岛素合成和分泌过程中的细胞膜、内质网膜和高尔基体膜的面积变化。下列有关叙述错误的是(　 ) A．图甲中C物质是蛋白质，结构A是核糖体，C物质形成的方式是脱水缩合 B．属于图甲C类物质的是呼吸酶、线粒体膜的组成蛋白和血红蛋白 C．若G是合成D物质的原料，则G物质所经过的结构依次是细胞膜→内质网→高尔基体→细胞膜 D．图乙中①②③分别表示内质网膜、高尔基体膜、细胞膜 解析：选C　图甲中的C物质是蛋白质，结构A是核糖体，蛋白质形成的方式是脱水缩合，A正确；图甲中的C物质表示胞内蛋白，如呼吸酶、线粒体膜的组成蛋白和血红蛋白，B正确；若G是合成D物质的原料，则G物质为氨基酸，所经过的结构依次是细胞膜→核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜，C错误；分泌蛋白合成和分泌过程中，内质网膜面积缩小、高尔基体膜面积基本不变、细胞膜面积增大，即图乙中①②③分别表示的结构是内质网膜、高尔基体膜、细胞膜，D正确。 [反思·收获] 与囊泡有关的知识归纳 　　 题点(二)　生物膜与细胞的生物膜系统 3．(2024·襄阳一模)生命观念中的“结构与功能观”是现代生命科学的基本观点。下列有关细胞结构与功能的叙述，错误的是(　 ) A．生物膜的组成成分和结构很相似，有利于细胞内各种结构之间的协调配合 B．真核细胞中的细胞骨架有维持细胞形态，保持细胞内部结构有序性的功能 C．若溶酶体中的水解酶数量大量减少，则可能会导致细胞内某些物质的积累 D．线粒体和叶绿体都通过内膜向腔内折叠来增大膜面积，有利于多种酶附着 解析：选D　叶绿体通过类囊体堆积成基粒来增大膜面积，D错误。 4．(2024年1月·安徽高考适应性演练)细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动。下列相关叙述正确的是(　 ) A．内质网是一个内腔不相通的膜性管道系统，与蛋白质等大分子物质的合成有关 B．细胞骨架是由蛋白质组成的纤维状网架结构，与细胞运动等生命活动密切相关 C．生物膜系统由细胞器膜、细胞膜和核膜等构成，具有相同的组成成分、结构和功能 D．细胞核具有核膜、核仁等结构，核膜上的核孔是大分子物质被动运输进出细胞核的通道 解析：选B　内质网是一个内腔相通的膜性管道系统，是蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道，A错误；细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构，维持着细胞的形态，锚定并支撑着许多细胞器，与细胞运动、分裂、分化等生命活动密切相关，B正确；细胞器膜、细胞膜和核膜等生物膜的组成成分和结构很相似，在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调与配合，C错误；核膜上的核孔是大分子物质进出细胞核的通道，物质通过核孔不属于跨膜运输，D错误。 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P53“拓展应用”改编)溶酶体内含有多种水解酶，溶酶体膜不被分解可能与下列因素有关：一是溶酶体内的pH为5，细胞质基质中的pH为7.2；二是溶酶体膜表面高度糖基化，有助于保护自身不被酶水解。下列有关说法错误的是(　 ) A．细胞质基质中的H＋通过主动运输进入溶酶体内 B．溶酶体膜上的蛋白质的加工需内质网、高尔基体的参与 C．溶酶体中的蛋白酶催化蛋白质水解时所需要的能量均由线粒体提供 D．在一定条件下，细胞会将受损或功能退化的细胞结构等，通过溶酶体降解后再利用，这有利于维持细胞内部环境的稳定 解析：选C　溶酶体内的pH为5，细胞质基质中的pH为7.2，细胞质基质中的H＋进入溶酶体内是逆浓度梯度运输，为主动运输，A正确；溶酶体膜上的蛋白质合成过程与分泌蛋白的合成过程相同，都需要经过内质网和高尔基体的加工，B正确；细胞内大部分蛋白质的降解需要能量，也有小部分蛋白质的降解不需要能量，且能量不一定都由线粒体提供，也可由细胞质基质提供，C错误；在一定条件下，细胞层将受损或功能退化的细胞结构等，通过溶酶体降解后再利用，这有利于维持细胞内部环境的稳定，D正确。 2．(必修1 P53“与社会的联系”素材应用)人工磷脂膜渗透系统现已广泛用于模拟药物跨膜的研究。实验装置如图所示，将上层板套入下层板，一段时间后进行药物转移速率的检测。下列叙述错误的是(　 ) A．测定上下层板的对应小管中溶液浓度变化可计算药物转移速率 B．该实验装置适用于水溶性及大分子药物转移速率的测定 C．调整磷脂种类及比例、缓冲液等，可模拟不同组织对药物的吸收情况 D．在该模拟实验之后，还需进一步在细胞水平和个体水平开展实验 解析：选B　水溶性小分子无法穿过磷脂膜，大分子需要通过胞吞和胞吐的方式进出细胞，故该实验装置不适用于水溶性及大分子药物转移速率的测定，B错误。 (二)科学思维“融会通” 3．(必修1 P51“科学方法”延伸思考)同位素标记法常用的同位素包括放射性同位素和稳定同位素两种，请举例说明分别用什么方法检测两种同位素所标记原子的去向。 提示：①放射性同位素标记的原子去向可以通过(放射性自显影技术)直接检测放射性进行判断，如噬菌体侵染细菌的实验用35S标记蛋白质、32P标记DNA。②稳定同位素标记的原子去向的检测，一是通过测定质量判断，如用18O分别标记H2O和CO2探究光合作用中O2的来源；二是通过密度梯度离心判断，如用15N标记DNA研究DNA的复制方式等。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．科学家用含3H-亮氨酸培养液培养野生型酵母菌、突变体A和突变体B细胞内，通过检测放射性研究酵母菌的分泌蛋白的合成和运输，放射性检测结果如表所示。Sec12＋、Sec17＋的作用环节分别是(　 ) 酵母菌 相关基因 放射性出现顺序 野生型 Sec12＋、Sec17＋ 核糖体→内质网→高尔基体→细胞外 突变体A Sec12－、Sec17＋ 核糖体→内质网 突变体B Sec12＋、Sec17－ 核糖体→内质网→囊泡 注：“－”表示突变的基因，“＋”表示正常的基因。 A．肽键的形成、囊泡的运输 B．肽链的延伸、内质网的“出芽” C．内质网的“出芽”、囊泡的融合 D．内质网的加工、高尔基体的加工 解析：选C　分析表中放射性出现顺序可知，Sec12基因编码的蛋白质的功能是参与内质网“出芽”，形成囊泡；Sec17基因所编码蛋白质的功能是参与囊泡与高尔基体的融合，C正确。 2．(2024·株洲模拟)酵母菌的液泡中存在着羧肽酶(CPY)和氨肽酶I(API)等多种水解酶。通过内质网—高尔基体途径进入液泡的蛋白质，要经过内质网折叠、高尔基体添加糖链等程序才能成熟。研究人员使用抑制蛋白质添加糖链的衣霉素进行实验，结果如图所示。下列叙述最可能错误的是(　 ) A．CPY和API的合成都需要核糖体 B．API成熟过程中没有发生添加糖链的反应 C．CPY可能通过内质网—高尔基体途径进入液泡 D．液泡中的CPY和API不会对胞内结构进行水解 解析：选D　CPY和API都属于蛋白质，合成场所均是核糖体，A正确；由图可知，当使用衣霉素时，API的合成没有受到影响，说明API成熟过程中没有发生添加糖链的反应，B正确；当使用衣霉素时，CPY的合成受到了影响，说明CPY的合成中有添加糖链的过程，所以CPY可能是通过内质网—高尔基体途径进入液泡的，C正确；液泡中的CPY和API会对胞内结构进行水解，如损伤的线粒体等，D错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．下列关于线粒体的叙述，错误的是(　 ) A．线粒体内膜受损会影响有氧呼吸的第三阶段 B．线粒体内膜上附着与细胞呼吸有关的酶，与其分解丙酮酸的功能相适应 C．线粒体内膜向内腔折叠形成嵴，增大了呼吸酶附着面积 D．心肌细胞含有较多线粒体，有利于心脏收缩供能 解析：选B　有氧呼吸的第二阶段在线粒体基质中进行，该阶段中丙酮酸和水被彻底分解成CO2和[H]，释放少量的能量，B错误。 2．(2024·南昌期末)科学家从菠菜叶绿体中提取了可以捕获太阳能的膜状结构，将其与酶等其他物质放入具有多腔室结构的反应器中，结果发现这些反应器能像叶绿体那样工作，从而创造出了“人工叶绿体”。下列有关叙述不正确的是(　 ) A．“人工叶绿体”可以利用光能，将二氧化碳转化为有机物 B．“人工叶绿体”具有的多腔室结构可以提高光合作用的效率 C．光能被色素捕获后，将水分解为氧和H＋等，形成ATP和NADPH D．从菠菜叶绿体中提取的膜状结构最可能来自叶绿体内膜 解析：选D　“人工叶绿体”中含有可以捕获光能的膜结构和相关的酶，可以利用光能将二氧化碳转化为有机物，A正确；“人工叶绿体”具有的多腔室结构可以使不同的反应互不干扰，提高光合作用的效率，B正确；光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解为氧和H＋等，形成ATP和NADPH，从而使光能转换成ATP和NADPH中活跃的化学能，C正确；据题意可知，从菠菜叶绿体中提取的膜状结构可以捕获太阳能，其最可能来自叶绿体的类囊体薄膜，D错误。 3．“结构与功能相适应”的原则是生物学的基本观点之一，下列与该原则相符的是(　 ) A．溶酶体可以合成大量的酸性水解酶，得以分解衰老、损伤的细胞器 B．叶绿体和线粒体以不同的方式增大膜面积，有利于化学反应的高效进行 C．细胞壁是植物细胞系统的边界，具有控制物质进出细胞的功能 D．细胞骨架是由纤维素组成的网架结构，与细胞的运动、分裂等有关 解析：选B　酸性水解酶的化学本质是蛋白质，合成场所为核糖体，A错误；叶绿体和线粒体以不同的方式增大膜面积，前者以类囊体堆叠形成基粒、后者以内膜向内折叠形成嵴的形式增大膜面积，二者均有利于化学反应的高效进行，B正确；植物细胞系统的边界是细胞膜，C错误；细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构，与细胞运动、分裂和分化等有关，D错误。 4．(2024年1月·甘肃高考适应性演练，改编)哺乳动物胃黏膜上的某种细胞可以分泌胃蛋白酶原，该酶原可在胃的酸性环境中被切除一段多肽后转化为胃蛋白酶，发挥消化作用。下列叙述错误的是(　 ) A．细胞分泌无活性的胃蛋白酶原可以避免细胞自身被消化 B．胃蛋白酶原的合成起始于附着在内质网上的核糖体 C．高尔基体对来自内质网的不成熟分泌蛋白进行修饰和加工 D．高尔基体形成的囊泡具有单层膜，通过与细胞膜融合完成分泌 解析：选B　由题干信息可知胃蛋白酶原在被切除一段多肽之前无活性，可以避免细胞自身被消化，A正确；胃蛋白酶原为分泌蛋白，所以其合成起始于游离的核糖体，B错误；核糖体合成肽链后在内质网中进行粗加工，随后经囊泡运输到达高尔基体后，高尔基体对来自内质网的不成熟的分泌蛋白质进一步进行修饰和加工，C正确；高尔基体形成的囊泡是单层膜结构，通过与细胞膜融合完成分泌，D正确。 5．(2024·珠海期末)在“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”实验中，相关叙述正确的是(　 ) A．菠菜叶的下表皮可直接作为观察叶绿体的材料 B．藓类叶片由单层叶肉细胞构成且叶绿体较大，是理想的实验材料 C．在高倍镜下可观察到叶绿体内由类囊体堆叠形成的基粒 D．若显微镜视野中细胞质沿顺时针方向流动，则实际流动方向是逆时针 解析：选B　若用菠菜叶作为实验材料，要取菠菜叶的下表皮并稍带些叶肉，因为表皮细胞不含叶绿体，A错误；藓类叶片由单层叶肉细胞构成且叶绿体较大，是理想的实验材料，B正确；光学显微镜只能看到叶绿体的外形，无法观察到叶绿体内的亚显微结构，C错误；显微镜下的环流方向与实际环流方向一致，D错误。 6．(2024·北京朝阳期末)研究者在果蝇的肠吸收细胞中发现了一种新的细胞器——PXo小体，如图所示。该细胞器具有多层膜，膜的结构与细胞膜相似。当饮食中磷酸盐不足时，PXo小体膜层数减少，最终被降解。相关叙述不合理的是(　 ) A．PXo小体膜以磷脂双分子层为基本支架 B．PXo小体的功能与粗面内质网非常相似 C．胞内磷酸盐充足时PXo小体膜层数可能增加 D．PXo小体动态解体利于维持胞内磷酸盐稳态 解析：选B　由题可知，PXo小体具有多层膜，膜的结构与细胞膜相似，说明PXo小体膜以磷脂双分子层为基本支架，A正确；粗面内质网的功能主要为加工蛋白质，PXo小体的功能主要是维持胞内磷酸盐稳态，两者功能不相同，B错误；胞内磷酸盐充足时，PXo小体可能会将Pi转化为膜的主要成分(磷脂)进行储存，PXo小体膜层数可能增加，C正确；PXo小体动态解体可在磷酸盐充足时将其储存，磷酸盐不足时放出磷酸盐供细胞使用，利于维持胞内磷酸盐稳态，D正确。 7．(2024·岳阳一模)如图为生物膜系统和细胞器的相关图示，关于图中的说法不正确的是(　 ) A．图1中C代表的细胞器是叶绿体，产生O2的场所是其类囊体薄膜 B．图2中丙代表的细胞器是真核细胞和原核细胞共有的 C．图1中的①②两个过程体现了生物膜系统的统一性和流动性 D．图2中的甲就是图1中的E和F，图2中的乙就是图1中的C和D 解析：选D　图1中，C为叶绿体膜，可代表的细胞器是叶绿体，光合作用产生O2的场所是其类囊体薄膜，A正确；图2中，丙无膜结构，但有核酸，所以丙为核糖体，是真核细胞和原核细胞共有的细胞器，B正确；图1中的①②两个过程生物膜成分相互转化，体现了生物膜系统的统一性和流动性，C正确；图2中，甲、乙是具膜细胞器，甲含有核酸而乙不含有，所以甲可以代表线粒体(D)、叶绿体(C)，乙可以代表内质网(E)、高尔基体(F)，D错误。 8．甲状腺球蛋白(Tg)是甲状腺滤泡上皮细胞分泌的大分子蛋白质，其合成和分泌过程如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．生物膜系统包括图2中的①②③④⑤⑥ B．图1中的过程a需要载体蛋白的协助 C．图1中的过程c与图2中细胞器①②⑤有关 D．Tg的胞吐过程能更新细胞膜成分 解析：选A　生物膜包括细胞膜、核膜以及具膜细胞器的各种膜，③为核糖体，无膜，不属于生物膜系统，A错误；图1中a表示I－的主动运输过程，主动运输需要载体蛋白的协助，且需要消耗能量，B正确；图1中过程c表示甲状腺球蛋白的加工和通过胞吐方式分泌至细胞外，该过程与内质网和高尔基体有关，整个过程需要线粒体提供能量，对应图2中 ①(线粒体)、②(内质网)、⑤(高尔基体)，C正确；胞吐是指由高尔基体分泌出小囊泡，小囊泡与细胞膜融合，将物质分泌至细胞外，小囊泡与细胞膜融合后成为细胞膜的一部分，从而更新了细胞膜的成分，D正确。 9．(2024·泉州期末)下图为水稻糊粉层细胞中G蛋白合成和运输模式图，字母表示细胞结构，数字表示运输途径。研究发现，正常水稻糊粉层细胞的储藏型液泡合成并储存淀粉，其胚乳正常；gpa3基因突变的水稻糊粉层细胞因G蛋白结构异常而错误运输，通过与细胞膜融合定位至细胞壁，最终导致其储藏型液泡缺陷，不能正常合成并储存淀粉，其胚乳萎缩，粒重下降30%。下列说法正确的是(　 ) A．胚乳萎缩水稻的糊粉层细胞壁上可积累结构异常的G蛋白 B．可以用15N代替3H标记氨基酸研究②途径中淀粉的运输过程 C．G蛋白的合成起始于附着在A上的核糖体，B结构起运输枢纽作用 D．含有G蛋白的囊泡与细胞膜、液泡前体融合，体现了细胞间的信息交流 解析：选A　胚乳萎缩水稻gpa3基因突变，G蛋白结构异常而错误运输，通过与细胞膜融合定位至细胞壁，所以胚乳萎缩水稻的糊粉层细胞壁上会积累结构异常的G蛋白，A正确。研究②途径中淀粉的运输过程可以用同位素标记法，由于淀粉的组成元素是C、H、O，且其单体是葡萄糖，可以用3H标记葡萄糖来研究淀粉的运输过程，不能用15N代替3H标记，且不应标记氨基酸，B错误。G蛋白的合成起始于游离的核糖体，其在游离的核糖体中以氨基酸为原料合成了一段肽链后，这段肽链会与核糖体一起转移到A(粗面内质网)上继续其合成过程；B结构为高尔基体，起运输枢纽作用，C错误。含有G蛋白的囊泡与细胞膜、液泡前体融合，体现了细胞内的信息交流，D错误。 二、非选择题 10.如图为某高等植物细胞局部结构模式图，图中字母表示细胞的不同结构。请据图分析并回答下列问题： (1)该细胞有氧呼吸的场所有______________，与图中I上具有识别功能的物质的形成有关的细胞器有________________。图中含有核酸的细胞器有____________。(以上均填字母) (2)从功能的角度分析，C与E紧密相依的意义是____________________；图中F为相邻两个细胞之间的通道，则F存在的意义是__________________________________________。 (3)若需研究细胞内各种细胞器的组成成分和功能，需要将这些细胞器分离出来，常用的方法是________________。 (4)有学说认为线粒体起源于好氧细菌：好氧细菌被原始真核生物吞噬后与宿主间形成共生关系(好氧细菌可从宿主处获得更多的营养，而宿主可借用好氧细菌的氧化分解功能获得更多的能量)，最终逐渐进化为现在的线粒体。据此分析，图中E和A中DNA的存在形式的主要区别是____________________________________________________ ____________________________________________________。 解析：(1)高等植物细胞有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体，即图中的D、E，与I(细胞膜)上具有识别功能的物质——糖蛋白的形成有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体和线粒体，即B、C、G、E。图中含有核酸的细胞器有核糖体和线粒体，即图中的B、E。(2)图中显示C(内质网)与E(线粒体)紧密相依，从功能的角度分析，其意义在于方便E为C提供能量及C为E提供脂质等物质；图中F为胞间连丝，是相邻两个植物细胞进行细胞间的物质交换与信息交流的通道。(4)由于E(线粒体)起源于好氧细菌，细菌为原核生物，其中的DNA以裸露的环状形式存在，A为细胞核，细胞核中的DNA与蛋白质结合成染色质(体)的形式存在。 答案：(1)D、E　B、C、G、E　B、E　(2)方便E为C提供能量及C为E提供脂质等物质　进行细胞间的物质交换与信息交流　(3)差速离心法　(4)E中DNA以裸露的环状形式存在，A中DNA与蛋白质结合成染色质(体)的形式存在 11．三位科学家因揭示细胞内部囊泡运输体系而获得诺贝尔奖。细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡形成不同囊泡(如图中的COPⅠ、COPⅡ、披网络蛋白小泡)，不同囊泡介导不同途径的运输，分工井井有条，在正确的时间把正确的细胞“货物”运送到正确的“目的地”(图中A～F表示细胞结构)。据图回答问题： (1)囊泡的膜与其他生物膜的成分相似，主要成分都是__________________，囊泡与结构C、D的融合体现了生物膜具有____________的结构特点。 (2)囊泡是一种细胞结构，但由于其结构不固定，因而不能称为细胞器。图1所示细胞中能产生囊泡的结构有______________(用图中字母表示)。 (3)若定位在B中的某些蛋白质偶然掺入到C中，则图1中的________囊泡可以帮助实现这些蛋白质的回收，结合图1可知该种囊泡可介导细胞内膜泡的__________(填“逆向运输”或“顺向运输”)。 (4)研究表明，囊泡需要通过特定的分子识别机制，以出芽的方式脱离转运起点进入转运终点，从而将“货物”运送到正确的“目的地”，其机制如图2所示。由图可知其转运机制是_________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 解析：(1)生物膜主要由磷脂双分子层和蛋白质组成，生物膜的结构特点是具有一定的流动性。(2)图中A是细胞核，B是内质网，C是高尔基体，E是细胞膜，由图中囊泡的转化过程可知，囊泡的形成与B、C、E、F有关。(3)由图中的“→”方向可知，C可形成囊泡通过COPⅠ过程进入B。由内质网出芽形成的囊泡运输到高尔基体时，若发生蛋白质的折叠错误，则可由高尔基体出芽形成的囊泡运回内质网，由此可见囊泡可介导细胞内膜泡的逆向运输。(4)由图2可知，囊泡能够精确地将“货物”运送到正确的“目的地”，其作用机理是囊泡上的V-SNARE蛋白与靶膜上的T-SNARE蛋白结合后，使囊泡和靶膜融合，进而将物质准确地运送到相应位点。 答案：(1)脂质(磷脂)和蛋白质　 一定的流动性 (2)BCEF　(3)COPⅠ　逆向运输　(4)囊泡上的V-SNARE蛋白与靶膜上的T-SNARE蛋白结合后，使囊泡和靶膜融合，进而将物质准确地运送到相应位点 第2讲　细胞的物质输入和输出 【学习目标】　1.阐明细胞膜具有选择透过性；　 2.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；　 3.举例说明大分子物质或颗粒性物质等可以通过胞吞、胞吐进出细胞。 　建构知识体系 主题研习(一)　水进出细胞的原理(深化·提能型)　 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．理解渗透作用的概念 (1)概念：指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。 (2)应用：下列现象属于渗透作用的是②④。 ①细胞吸收K＋ 　②施肥过多导致“烧苗”　 ③水分子通过细胞壁　④放在盐水中的蔬菜萎蔫 2．探究渗透作用发生条件 [微提醒]　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。 图A、图B分别表示渗透作用装置，据图回答下列问题： 1．据图A回答有关问题 (1)在溶质不能通过半透膜的情况下，若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，表现为S1溶液液面上升。在Δh>0且不变时，S1、S2溶液浓度的大小关系为S1>(填“>”“<”或“＝”)S2，此时半透膜两侧有(填“有”或“没有”)水分子的进出。 (2)在溶质能通过半透膜的情况下，若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则最初单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，随着溶质的扩散，最终S1和S2溶液浓度相等，表现为S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平。 2．据图B回答有关问题 在图B所示的U型玻璃管内，左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。初始时两管中液面相平，假设溶质分子不能透过半透膜。 (1)一段时间后，两管中液面的变化为左管液面升高，右管液面降低。(均填“升高”“降低”或“不变”) (2)液面高度稳定后再同时向两管内加入等量的麦芽糖酶，两管中液面的变化分别为左管液面降低，右管液面升高。(均填“升高”“降低”或“不变”) (三)分析动植物细胞利用渗透作用吸水和失水 1．动物细胞的吸水和失水 (1) (2)现象 2．植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例) (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，失水的细胞发生质壁分离复原现象。 (3)当外界溶液浓度＝细胞液浓度时，水分子进出平衡，细胞保持原态。 题点(一)　渗透作用的原理及应用分析 1. (2024·广东六校联考)某兴趣小组用图甲装置研究渗透作用，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时刻漏斗中加入蔗糖酶，则Δh将先变大后变小 解析：选D　Δh升高说明漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中蔗糖溶液浓度，A错误；若t2时刻烧杯中加入蔗糖酶，蔗糖被分解为单糖，烧杯内溶液浓度会先上升，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，最终将变大，B错误；t2时刻半透膜两侧水分子进出速率相等，但由于漏斗与烧杯的液面存在高度差，因此膜两侧溶液浓度不可能相等，C错误；若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶，蔗糖被分解为单糖，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正确。 2．(2024·深圳模拟)随着淡水资源的日益紧张，利用反渗透技术进行海水淡化是解决淡水资源短缺问题的一条重要途径。反渗透是指利用压力使高浓度溶液中的水分子通过半透膜，但其他物质不能通过的技术，其过程如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．水分子在进行跨膜运输时，不需要消耗ATP，但需要载体的协助 B．若不施加人为压力，则水分子只能从低浓度溶液一侧向高浓度溶液一侧运输 C．若处于图中液面状态时去掉人为压力，则图中两侧的液面高度不会发生变化 D．两侧液面持平时，施加的人为压力的作用效果与两侧溶液渗透压差的作用效果相互抵消 解析：选D　水分子通过渗透作用进行跨膜运输时，不需要载体的协助，A错误；不施加人为压力，水分子可在低浓度溶液与高浓度溶液之间双向运输，B错误；若处于图中液面状态时去掉人为压力，则图中左侧液面下降，右侧液面上升，C错误；两侧溶液存在渗透压差，若不施加人为压力，水分子会从低浓度溶液一侧向高浓度溶液一侧运输，使两侧溶液出现液面差，若施加人为压力使两侧液面持平，则说明此时人为压力的作用效果与两侧溶液渗透压差的作用效果相互抵消，D正确。 题点(二)　动植物细胞吸水与失水的分析 3．(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 解析：选C　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。由水分交换达到平衡时三种细胞的状态可知，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。由题意可知，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c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。在一定浓度的蔗糖溶液中，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。 4．估测叶片细胞液的平均浓度时可用液体交换法。在甲、乙组试管中各加入相同浓度的蔗糖溶液，将适量大小相同的叶圆片放在甲组试管中，放置60 min，再向甲组试管滴加微量亚甲基蓝溶液，使溶液呈蓝色，充分摇匀后吸取蓝色溶液置于乙组试管中部挤出一滴，观察记录蓝色液滴的升降情况。下列分析不合理的是(　 ) A．若蓝色液滴上升，说明叶片细胞液浓度低于蔗糖溶液浓度 B．若蓝色液滴下降，说明叶片细胞吸收了蔗糖溶液中的水分 C．60 min后渗透平衡，此时叶片细胞液浓度等于甲组试管内的蔗糖溶液浓度 D．若蓝色液滴静止不动，则此蔗糖溶液浓度相当于叶片细胞的细胞液平均浓度 解析：选C　若蓝色液滴上升，说明甲组试管蔗糖溶液浓度下降，细胞失水，细胞液浓度低于蔗糖溶液浓度；蓝色液滴下降时则相反。据此可推知A、B合理。若细胞液浓度高于蔗糖溶液浓度，细胞吸水膨胀，由于细胞壁的限制，叶片细胞液浓度不一定等于甲组试管内的蔗糖溶液浓度，C不合理；若蓝色液滴静止不动，说明叶片细胞液浓度和蔗糖溶液浓度相差不大，水分进出叶片细胞的量几乎相等，所以蓝色液滴的浓度和此蔗糖溶液浓度相当，即此蔗糖溶液浓度相当于叶片细胞的细胞液平均浓度，D合理。 [反思·收获]　判断细胞吸水或失水的两种方法 (1)根据细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断 当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水；当细胞外溶液浓度与细胞液的浓度相等时，细胞失水量和吸水量相等，水分进出细胞处于动态平衡。 (2)根据实验材料重量或长度的变化来判断 以萝卜条为例，若重量增加或长度变长，则吸水；反之则失水。　　 主题研习(二)　观察植物细胞的质壁分离和复原(实验·探究型) 1．实验原理 内因 ①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜； ②原生质层比细胞壁的伸缩性大 外因 细胞液与外界溶液之间具有一定的浓度差，细胞能渗透吸水或失水 2．实验步骤 [思考探究] 1.右图表示正在进行质壁分离的紫色洋葱细胞，请分析并回答相关问题： (1)实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？为什么选此细胞？ 提示：不一定。紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中含有色素，使液泡呈现紫色，便于观察。 (2)b的大小和颜色如何发生变化？ 提示：b逐渐变小，颜色逐渐加深。 (3)c处的溶液是什么？ 提示：浓度降低后的外界溶液。 (4)该实验无独立的对照组，为什么还是对照实验？ 提示：该实验中，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于自身对照。 2．将成熟的植物细胞依次浸于蒸馏水、物质的量浓度为0.3 mol/L的蔗糖溶液和0.5 mol/L的 尿素溶液中，原生质体的体积随时间的变化情况如图，请分析各曲线变化的原因。 提示：曲线A表示细胞在蒸馏水中：细胞略膨胀，但是由于细胞壁的存在，原生质体的体积不能无限膨胀。曲线B表示细胞在0.5 mol/L的尿素溶液中：细胞先因渗透失水而发生质壁分离，后由于尿素能进入细胞，细胞液浓度增大，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原。曲线C表示细胞在0.3 mol/L的蔗糖溶液中：蔗糖不能进入细胞，因此质壁分离后细胞不能发生自动复原。 1．质壁分离及复原的条件 (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)不能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＋、NO、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本实验选用质量浓度为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。 2．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) 题点(一)　实验原理、步骤和结果观察 1．(2023·全国甲卷)探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是(　 ) 解析：选C　用30%蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮，细胞失水，随着时间的延长，原生质体和液泡的体积均减小，细胞液浓度升高，用清水处理后，细胞吸水，原生质体和液泡的体积均逐渐恢复，细胞液浓度降低，A、B错误。当蔗糖溶液浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，细胞吸水，由于有细胞壁的阻碍，原生质体和液泡的体积均略微增加，此时细胞液浓度略微降低；当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，细胞失水，且随着蔗糖溶液浓度的增加，细胞失水增多，原生质体和液泡的体积均逐渐减小，细胞液浓度增加，C正确，D错误。 2．(2024·沈阳一模)将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，细胞发生质壁分离；再将这些细胞置于清水中，细胞发生质壁分离复原。关于上述过程中细胞相关变化的描述正确的是(　 ) A．质壁分离过程中，细胞液的渗透压逐渐减小，颜色逐渐变深 B．质壁分离过程中，原生质体体积与细胞体积的比值逐渐减小 C．质壁分离复原过程中，细胞的原生质层将逐渐吸水增厚 D．若时间足够长，置于清水中的细胞会持续吸水直至涨破 解析：选B　质壁分离过程中，细胞失水，细胞液的渗透压逐渐增大，颜色逐渐变深，A 错误；质壁分离过程中，细胞失水，原生质层收缩，原生质体体积与细胞体积的比值逐渐减小，B正确；质壁分离复原过程中，细胞吸水，原生质体体积增大，细胞的原生质层逐渐变薄，C错误；由于细胞壁的支持、保护作用，即使时间足够长，置于清水中的细胞也不会因持续吸水而涨破，D错误。 题点(二)　实验的拓展分析及应用 3．(2024·惠州期末)海水稻是一种在海边滩涂等地生长的、耐盐碱的水稻品种。研究发现，海水稻根部细胞的细胞液浓度比生长在普通土壤中的水稻(淡水稻)根部细胞的高。某兴趣小组欲验证上述结论，利用不同浓度的NaCl溶液分别处理海水稻和淡水稻的根部细胞，实验结果如图所示。假设实验开始时两种水稻根部细胞原生质体体积大小相同，其他条件均相同且适宜。下列说法错误的是(　 ) 注：＝×100%。 A．该实验的自变量是水稻的类型和NaCl溶液浓度 B．A、B两组分别为海水稻、淡水稻的根部细胞 C．海水稻根部细胞的细胞液浓度为6～8 g·L－1NaCl溶液浓度 D．经不同浓度的NaCl溶液处理，海水稻根部细胞都会发生质壁分离现象 解析：选D　本实验目的是验证海水稻根部细胞的细胞液浓度比生长在普通土壤中的水稻(淡水稻)根部细胞的高，则实验的自变量是水稻类型和NaCl溶液浓度，A正确；据图可知，A组的原生质体体积在利用NaCl溶液处理后较大，故推测A、B两组分别为海水稻、淡水稻的根部细胞，B正确；据图可知，虚线表示细胞液浓度与外界溶液浓度相等时的浓度，则海水稻根部细胞的细胞液浓度为6～8 g·L－1NaCl溶液浓度，C正确；只有当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，海水稻根部细胞才会发生质壁分离现象，D错误。 主题研习(三)　物质进出细胞的方式(深化·提能型)　　 1．物质进出细胞的方式 [微提醒]　①胞吞过程需要某些特定的膜蛋白的作用，但是不需要转运蛋白的作用。②胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质。 2．通道蛋白与载体蛋白的异同 |情|境|探|究| 小肠上皮细胞面向肠腔的一侧形成很多微绒毛，对吸收来自肠腔的营养物质有重要意义。如图1为氨基酸从肠腔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浓度由于二糖的水解而局部高于细胞内，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。 　请根据以上材料回答下列问题。 (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？ 提示：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)Na＋从小肠上皮细胞运输到肠腔时，Na＋转运蛋白的空间构象是否发生改变？并说明理由。 提示：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？ 提示：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)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？ 提示：主动运输、协助扩散。 |认|知|生|成| 1．“三看法”快速判断物质进出细胞的方式 2．图析单向运输载体、同向运输载体和反向运输载体 如图中钠钾泵、SGLT1、GLUT2、GLUT5均代表载体，其中GLUT5属于单向运输载体，SGLT1、GLUT2属于同向运输载体，钠钾泵属于反向运输载体。 [例1]　(2024·芜湖模拟)某生物兴趣小组选用生理状况相同的柽柳根、一定浓度的X溶液、X载体蛋白抑制剂和呼吸酶抑制剂进行了如下三组实验(每组均选用了6条柽柳根)，以探究柽柳根对X的吸收方式。下列分析错误的是(　 ) 甲组 柽柳根＋X溶液→一段时间后测定溶液中的X浓度，计算出X的吸收速率 乙组 柽柳根＋X溶液＋X载体蛋白抑制剂→一段时间后测定溶液中的X浓度，计算出X的吸收速率 丙组 柽柳根＋X溶液＋呼吸酶抑制剂→一段时间后测定溶液中的X浓度，计算出X的吸收速率 A.甲组为对照组，仅分析甲组的实验结果不能确定柽柳根对X的吸收方式 B．若乙组中X的吸收速率比甲组的低，说明柽柳根对X的方式为协助扩散 C．若丙组中X的吸收速率与甲组的相等，说明柽柳根对X吸收方式为被动运输 D．若乙、丙两组中X的吸收速率均比甲组的低，说明柽柳根对X的吸收方式为主动运输 [解析]　甲组用柽柳根＋X溶液进行实验，属于自然状态下的处理，为对照组，仅分析甲组的实验结果不能确定柽柳根对X的吸收方式，A正确；乙组施用X载体蛋白抑制剂，若乙组中X的吸收速率比甲组的低，说明柽柳根对X的吸收方式为协助扩散或主动运输，B错误；若丙组中X的吸收速率与甲组的相等，说明柽柳根吸收X不消耗能量，即柽柳根对X的吸收方式为被动运输，C正确；若乙、丙两组中X的吸收速率均小于甲组，说明柽柳根吸收X既需要载体，也消耗能量，故柽柳根对X的吸收方式为主动运输，D正确。 [答案]　B |认|知|生|成|　探究物质运输方式的思路 (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 1．物质浓度(在一定的范围内) 2．氧气浓度 [例2]　(2022·全国乙卷)农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题。 (1)由图可判断NO进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是 ____________ ___________________________________________________________________________。 (2)O2浓度大于a时作物乙吸收NO速率不再增加，推测其原因是_______________ ___________________________________________________________________________。 (3)作物甲和作物乙各自在NO最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是_____________________________________________________________________。 (4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物对NO的吸收利用，可以采取的措施是_______________________________________________________________________________。 [解析]　(1)主动运输是由低浓度向高浓度运输，需要能量的供应、载体蛋白协助，由图可知，当在一定范围内，随着O2浓度的增加，根细胞对NO 的吸收速率也增加，说明根细胞吸收NO需要能量的供应，为主动运输。(2)主动运输需要能量和载体蛋白，呼吸作用可以为主动运输提供能量，O2浓度大于a时作物乙吸收NO的速率不再增加，能量不再是限制因素，此时影响根细胞吸收NO速率的因素是载体蛋白的数量，此时载体蛋白数量达到饱和。(3)由曲线图分析可知，当甲和乙根细胞均达到最大的NO吸收速率时，甲的NO最大吸收速率大于乙，说明甲需要能量多，消耗O2多，甲根部细胞的呼吸速率大于作物乙。(4)在农业生产中，为了促进根细胞对矿质元素的吸收，需要定期松土，增加土壤中的含氧量，促进根细胞的有氧呼吸，为主动运输吸收矿质元素提供能量。 [答案]　(1)主动运输需要细胞呼吸提供能量，在一定范围内，根细胞对NO的吸收速率与O2浓度呈正相关　(2)主动运输需要载体蛋白，作物乙根细胞的细胞膜上载体蛋白数量有限　(3)甲的NO最大吸收速率大于乙，甲需要能量多，消耗O2多　(4)定期松土 题点(一)　物质进出细胞的方式及其判断 1．(2023·全国甲卷)物质输入和输出细胞都需要经过细胞膜。下列有关人体内物质跨膜运输的叙述，正确的是(　 ) A．乙醇是有机物，不能通过自由扩散方式跨膜进入细胞 B．血浆中的K＋进入红细胞时需要载体蛋白并消耗ATP C．抗体在浆细胞内合成时消耗能量，其分泌过程不耗能 D．葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞 解析：选B　乙醇属于脂溶性有机小分子，可以通过自由扩散方式跨膜进入细胞，A错误；血浆中的K＋进入红细胞的方式属于主动运输，需要载体蛋白并消耗能量，B正确；抗体在浆细胞内合成时消耗能量，分泌到细胞外的过程为胞吐，该过程也消耗能量，C错误；葡萄糖能通过协助扩散进入红细胞，D错误。 2．(2024年1月·安徽高考适应性演练)骨骼肌细胞处于静息状态时，钙泵可维持细胞质基质的低Ca2＋浓度。骨骼肌细胞中Ca2＋主要运输方式如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．Ca2＋与钙泵结合，会激活钙泵ATP水解酶的活性 B．钙泵转运Ca2＋过程中，会发生磷酸化和去磷酸化 C．Ca2＋进入内质网是主动运输，出内质网是协助扩散 D．Ca2＋进入细胞质基质的过程，需要与通道蛋白结合 解析：选D　由题意并结合题图可知，钙泵运输Ca2＋的方式为主动运输，需要消耗ATP，当Ca2＋与钙泵上相应位点结合时，会激活ATP水解酶的活性，A正确。钙泵转运Ca2＋过程中，ATP水解释放的磷酸基团会使钙泵磷酸化，导致其空间结构发生变化，将 Ca2＋释放到膜另一侧，然后钙泵去磷酸化结构恢复到初始状态，为再次运输Ca2＋做准备，B正确。Ca2＋进入内质网需要ATP提供能量、需要载体蛋白，运输方式为主动运输；钙泵可维持细胞质基质的低Ca2＋浓度，所以细胞质基质中Ca2＋浓度低于内质网中Ca2＋的浓度，则Ca2＋出内质网需要通道蛋白的协助且为顺浓度梯度运输，运输方式为协助扩散，C正确。Ca2＋进入细胞质基质的过程，需要通道蛋白的协助，分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，D错误。 题点(二)　影响物质跨膜运输的因素 3．(2024·襄阳一模)植物生长过程中，需要不断从外界吸收无机盐离子。为探究大麦根对K＋的吸收方式，科学家先后进行了两个实验，结果如图甲和图乙所示。下列相关描述不正确的是(　 ) A．据图甲判断根毛细胞吸收K＋的方式为协助扩散 B．据图乙判断根毛细胞吸收K＋的方式为主动运输 C．根毛细胞在一定浓度的KNO3溶液中会发生质壁分离并自动复原 D．农田施肥的同时还要适当浇水，有利于化肥中无机盐的溶解吸收 解析：选A　据图甲判断，根毛细胞吸收K＋需要载体，可能是协助扩散或主动运输，A错误。据图乙分析，根毛细胞吸收K＋需要能量，属于主动运输，B正确。根毛细胞在一定浓度的KNO3溶液中时，当KNO3溶液浓度高于细胞液浓度时，细胞失水发生质壁分离；在细胞失水的同时，K＋、NO 通过主动运输进入细胞，使细胞液的浓度逐渐增大，细胞由失水转变为吸水，细胞发生自动复原，C正确。无机盐只有溶解在水中才能被作物根系吸收，因此农田施肥的同时还应该适当浇水，否则会影响植物对无机盐离子的吸收，D正确。 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1.(必修1 P67“图4­5”分析应用)钾离子通道是由四个相同的亚基形成的一个倒圆锥体，在宽的一端外部有一个选择性的“过滤器”(如图)。下列叙述错误的是(　 ) A．K＋通过通道蛋白时不需要与通道蛋白结合 B．此通道蛋白对通过的离子具有选择性 C．此通道的运输速率受到K＋浓度差的影响 D．此通道蛋白对K＋的运输可以双向进行 解析：选D　通道蛋白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，K＋通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，A、B正确；结合题意可知，K＋通过通道蛋白的运输方式是协助扩散，在一定范围内，膜内外物质浓度差的大小会直接影响协助扩散速率，C正确；由K＋通道蛋白的空间构象可知，此通道蛋白对K＋的运输只能单向进行，D错误。 2．(必修1 P68“生物科学史话”素材挖掘)2003年诺贝尔化学奖授予了对水通道蛋白研究的科学家——阿格雷，以下是阿格雷的部分研究内容：(1)将非洲爪蟾的卵细胞置于低渗溶液中，细胞不吸水涨破；(2)阿格雷在克隆得到CHIP28(一种蛋白质)的基因后，将CHIP28基因转录得到的mRNA注射到爪蟾的卵细胞；结果发现如果将表达了CHIP28的爪蟾卵细胞放入低渗溶液中，细胞吸水膨大，没有表达CHIP28的爪蟾卵细胞无明显变化。以下说法错误的是(　 ) A．研究内容(1)的现象说明水分子不容易通过爪蟾卵细胞膜 B．由材料可以推断CHIP28属于一种水通道蛋白 C．水通道蛋白仅允许水分子通过说明该蛋白质有一定的特异性 D．若破坏人成熟红细胞膜上的水通道蛋白，水分子则不能进入红细胞 解析：选D　由题意可知，水分子主要通过水通道蛋白进入细胞，若破坏人成熟红细胞膜上的水通道蛋白，水分子也能通过自由扩散进入红细胞，只不过速率较慢，D错误。 (二)科学思维“融会通” 3．(必修1 P68“科学史话”拓展分析)非洲爪蟾卵母细胞几乎对水不通透，是进行水通道蛋白研究的良好材料。阿格雷等人将CHIP28蛋白的mRNA注入非洲爪蟾卵母细胞。72 h后，CHIP28蛋白大量表达。把卵母细胞移到低渗溶液中，显微观察发现卵母细胞迅速吸水膨胀。阿格雷由此确定CHIP28蛋白是一种水通道蛋白。 (1)有人对此实验提出质疑，请说明质疑的理由可能是什么。 (2)请再补充实验以证明CHIP28蛋白就是一种水通道蛋白。 提示：(1)CHIP28并非水通道蛋白本身，可能是调节水通道开闭的蛋白。 (2)将CHIP28蛋白构建于仅含磷脂双分子层的脂质体膜上，脂质体对水的通透性显著增加。 4．(必修1 P72“拓展应用T2”深化应用)柽柳是一种强耐盐植物，叶子和嫩枝可以将吸收的盐分排出。柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输？请设计实验加以证明(实验材料：形态及生理状况相似的柽柳幼苗若干，适宜浓度的含Ca2＋和K＋的完全培养液，细胞呼吸抑制剂，蒸馏水)，写出实验步骤，并预测实验结果。 提示：(1)实验步骤：①将柽柳幼苗随机均分为甲、乙两组，分别培养在适宜浓度的含Ca2＋和K＋的完全培养液中；②甲组柽柳幼苗的培养液中加入一定量的细胞呼吸抑制剂，乙组柽柳幼苗的培养液中加入等量的蒸馏水，在适宜的条件下培养；③分别测定两组柽柳幼苗吸收Ca2＋和K＋的速率，并进行比较。 (2)预期实验结果：若两组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率相同，则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是被动运输；若甲组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率明显小于乙组植株对Ca2＋和K＋的吸收速率，则柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．(2024·白城期末)为了提高苹果的品质和产量，果农经常在苹果园中施用大量钾肥，但这种处理会加剧钾肥对苹果造成的盐胁迫。研究发现，褪黑素(MT)处理可以促进K＋外排以及液泡对K＋的区隔化(储存)，进一步保持细胞质中的K＋稳态，从而增强苹果植株对KCl的耐受性。如图为褪黑素缓解苹果KCl胁迫的分子机制模式图。下列相关叙述错误的是(　 ) A．K＋进出该细胞的运输方式均为主动运输 B．MT可降低K＋过量积累对胞内代谢的影响 C．抑制细胞呼吸强度将会影响K＋外排的速率 D．K＋以主动运输进入液泡可提高细胞的吸水能力 解析：选A　由题图可知，K＋进入该细胞是从高浓度一侧向低浓度一侧跨膜运输，需要蛋白1的协助，因此属于协助扩散，K＋运出细胞是由低浓度一侧向高浓度一侧跨膜运输，需要消耗ATP，属于主动运输，故抑制细胞呼吸强度，则ATP的合成将减少，会影响K＋外排的速率，A错误，C正确；褪黑素(MT)处理可以促进K＋外排以及液泡对K＋的区隔化，通过外排或将K＋区隔化在液泡中可降低K＋过量积累对胞内代谢的影响，B正确；K＋进入液泡进行储存时逆浓度梯度进行，需要蛋白2的协助，需要消耗ATP，因此属于主动运输，当K＋进入液泡后，溶质分子增多导致液泡内渗透压提高，故细胞吸水能力提高，D正确。 2．网格蛋白介导的胞吞作用是大多数细胞最主要的胞吞途径，当被转运的大分子物质与膜受体结合后，网格蛋白聚集在膜下，使细胞膜逐渐向内凹陷，形成网格蛋白包被小窝。小窝出芽，颈部缢缩，最终与细胞膜脱离，由网格蛋白包被的小泡进入细胞内。下列相关叙述错误的是(　 ) A．该种运输过程对大分子物质的运输具有选择性，不消耗能量 B．该运输方式形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解 C．大分子物质通过胞吞进入细胞，是通过受体分子介导的 D．网格蛋白向膜下聚集的过程中引起细胞内生理变化等一系列信号传递 解析：选A　胞吞既具有选择性也需要消耗能量，A错误。 3．(2024·贵阳模拟)为探究某植物对镉(Cd2＋)的跨膜运输方式，在一定Cd2＋浓度的培养液中水培，设置4组实验：对照组(Ⅰ)、加入Ca2＋通道抑制剂(Ⅱ)、加入ATP水解酶抑制剂(Ⅲ)、加入K＋通道抑制剂(Ⅳ)，培养一段时间后，测定叶组织中的Cd2＋含量，结果如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．由图中Ⅰ、Ⅲ可知，细胞吸收Cd2＋存在主动运输 B．由图中Ⅰ、Ⅳ可知，K＋通道蛋白不参与吸收Cd2＋ C．细胞吸收Cd2＋过程中，Cd2＋要与Ca2＋通道蛋白结合 D．增加Ⅰ组培养液的Ca2＋含量，可能降低Cd2＋吸收量 解析：选C　由图中Ⅰ、Ⅲ可知，加入ATP水解酶抑制剂，叶组织中Cd2＋相对含量下降，说明细胞吸收Cd2＋存在主动运输，A正确；由图中Ⅰ、Ⅳ可知，加入K＋通道抑制剂，叶组织中Cd2＋相对含量基本未发生改变，说明K＋通道蛋白不参与吸收Cd2＋，B正确；由图中Ⅰ、Ⅱ可知，加入Ca2＋通道抑制剂，叶组织中Cd2＋相对含量下降，说明Ca2＋通道蛋白参与吸收Cd2＋，但通过通道蛋白进行跨膜转运，无需与通道蛋白结合，且Ca2＋与Cd2＋在跨膜转运时可能竞争Ca2＋通道蛋白，增加Ⅰ组培养液的Ca2＋含量，可能降低Cd2＋吸收量，C错误，D正确。 [课时跟踪检测] 　一、选择题 1．假如将甲、乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液的浓度均比细胞液的浓度高，在显微镜下连续观察甲、乙两细胞的变化(不考虑致死)，会出现的现象是(　 ) A．甲、乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原 B．甲、乙两细胞都发生质壁分离，但乙细胞很快发生质壁分离复原 C．只有乙细胞发生质壁分离，但不会发生质壁分离复原 D．甲、乙两细胞发生质壁分离，随后都很快发生质壁分离复原 解析：选B　由于蔗糖溶液和甘油溶液浓度均比细胞液的浓度高，所以甲、乙两细胞都能发生质壁分离。因蔗糖分子不能透过细胞膜，甘油分子可以较快地透过细胞膜，所以放入蔗糖溶液中的细胞不发生质壁分离复原现象，而放入甘油溶液中的细胞质壁分离后又发生质壁分离复原现象。 2．(2024·重庆万州区模拟)某同学采用藓类小叶为材料，利用植物细胞质壁分离与复原实验进行葡萄糖溶液和蔗糖溶液的鉴定，相关实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是(　 ) A．图1中结构B为叶绿体，叶绿体的绿色不会干扰实验现象的观察 B．图1的A中充满的是蔗糖或葡萄糖溶液，此时细胞液浓度小于蔗糖或葡萄糖溶液 C．若在某种溶液中液泡体积如图2所示，可推断该溶液很可能是葡萄糖溶液 D．通过质壁分离与复原实验还可以判断细胞的死活和细胞液浓度 解析：选B　图1中结构B为叶绿体，可以显示原生质层的位置，方便观察质壁分离，所以叶绿体的绿色不会干扰实验现象的观察，A正确。若图1的A中充满的是蔗糖溶液，此时细胞液浓度小于或等于蔗糖溶液浓度；若图1的A中充满的是葡萄糖溶液，此时细胞液浓度小于、等于或大于葡萄糖溶液浓度，B错误。若在某种溶液中液泡体积如图2所示，说明细胞发生了质壁分离复原，可推断该溶液很可能是葡萄糖溶液，C正确。通过质壁分离与复原实验可以判断细胞的死活和细胞液浓度，D正确。 3．(2024·天津二模)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。高等动物、高等植物与原生生物细胞以三种不同的机制(如图所示)避免细胞渗透膨胀。下列相关叙述错误的是(　 ) 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．三种细胞的细胞膜均具有选择透过性 D．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 解析：选B　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，由于细胞壁的支持、保护作用，吸水到一定程度后达到平衡，但此时细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度，B错误；三种细胞的细胞膜结构类似，都能选择性的吸收和排出物质，都具有选择透过性，C正确；原生动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，若将原生动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，D正确。 4．(2024·长春模拟)二氢吡啶类降压药属于钙通道阻滞剂，主要通过阻断动脉血管平滑肌细胞膜上的钙通道，抑制细胞外Ca2＋内流，引起全身外周动脉血管扩张而产生降压作用。下列分析错误的是(　 ) A．二氢吡啶类降压药能特异性作用于钙通道蛋白 B．细胞外Ca2＋内流的跨膜运输可能属于协助扩散 C．钙通道蛋白属于载体蛋白，转运时会发生自身构象改变 D．多数水分子进出细胞的方式与上述Ca2＋运输方式相同 解析：选C　二氢吡啶类降压药属于钙通道阻滞剂，说明能特异性作用于钙通道蛋白，A正确；细胞外Ca2＋内流需通过钙通道蛋白，属于协助扩散，B正确；钙通道蛋白属于通道蛋白，C错误；多数水分子进出细胞通过水通道蛋白，属于协助扩散，与题述Ca2＋运输方式相同，D正确。 5．(2024·沈阳模拟)一种金属离子能够通过细胞膜进入细胞内部。将活细胞放入不同浓度的含该金属离子的溶液中，1 h后测量细胞内该金属离子的浓度，得到如图所示曲线。下列叙述错误的是(　 ) A．该金属离子进入细胞的方式是主动运输 B．该金属离子的转运速率与溶液中离子浓度有关 C．a点之后转运速率不再增加，可能是受通道蛋白数量的限制 D．该金属离子的转运过程中需要消耗能量 解析：选C　由题图可知，细胞能够将该金属离子逆浓度梯度运输到细胞中，因此该金属离子进入细胞的方式是主动运输，A正确；分析曲线图可知，在一定范围内，随外界溶液中金属离子浓度的增大，细胞内金属离子浓度也增大，可见该金属离子转运速率受溶液中离子浓度的影响，B正确；由于该金属离子进入细胞的方式是主动运输，需要载体蛋白的协助，故a点之后金属离子转运速率不再增加，可能是受载体蛋白数量的限制，C错误；该金属离子进入细胞的方式是主动运输，需要消耗能量，D正确。 6．(2024·深圳模拟)将成熟的植物细胞去除细胞壁后便得到原生质体。某实验小组将相同的完整成熟植物细胞放在不同浓度的蔗糖溶液中一段时间后测得数据如下表(初始原生质体体积/初始细胞体积＝1)，下列分析不正确的是(　 ) 蔗糖浓度 浓度A 浓度B 浓度C 原生质体积/细胞体积 0.7 0.8 1.0 A.浓度C一定与细胞液浓度相等 B．三种蔗糖溶液浓度大小关系是A>B>C C．经处理后，处于浓度A的细胞液浓度最大 D．原生质层允许水分子自由通过，蔗糖分子不能通过 解析：选A　浓度C原生质体体积/细胞体积＝1，说明原生质体的体积没有发生变化，但由于有细胞壁的限制(也可能细胞吸水)，浓度C不一定与细胞液浓度相等，A错误；分析表格数据可知，浓度A和B的原生质体体积变小，且A变小的程度更大，说明两者均失水，且A失水程度大于B，而浓度C原生质体体积不变，据此推测三种蔗糖溶液浓度大小关系是A>B>C，B正确；经处理后，处于浓度A的细胞失水最多，故细胞液浓度最大，C正确；原生质层相当于一层半透膜，允许水分子自由通过，蔗糖分子不能通过，D正确。 7．(2024年1月·甘肃高考适应性演练)Ca2＋在维持肌肉兴奋、收缩和骨骼生长等生命活动中发挥着重要作用，血液中Ca2＋含量低会出现抽搐等症状。下图是Ca2＋在小肠内的吸收过程。下列叙述错误的是(　 ) A．钙在离子态下易被吸收，维生素D可促进Ca2＋的吸收 B．Ca2＋通过肠上皮细胞腔侧膜Ca2＋通道进入细胞的方式属于被动运输 C．Ca2＋通过Ca2＋­ATP酶从基底侧膜转出细胞的方式属于主动运输 D．Na＋­Ca2＋交换的动力来自Na＋的浓度差，属于被动运输 解析：选D　维生素D可以促进肠道对钙的吸收，钙在离子态下可通过细胞膜上的Ca2＋通道进出细胞，A正确；Ca2＋通过肠上皮细胞腔侧膜上的Ca2＋通道进入细胞不需要能量，属于被动运输，B正确；Ca2＋通过Ca2＋­ATP酶从基底侧膜转出细胞，需要能量，属于主动运输，C正确；Na＋­Ca2＋交换的动力来自Na＋的浓度差，属于主动运输，D错误。 二、非选择题 8．如图1是生物膜的流动镶嵌模型及物质跨膜运输示意图，其中组成离子通道的通道蛋白是横跨生物膜的亲水性通道，允许相应的离子通过，①②③④代表不同的运输方式。图2表示物质通过膜的运输速率(纵坐标)随O2浓度变化的情况。请仔细观察图示并回答有关问题。 (1)图1生物膜的功能与其化学组成密切相关，功能越复杂的生物膜，________的种类与数目越多。一般来说，细胞在吸收培养液中的离子时，主要是通过 __________方式进行的，蛋白质分泌出细胞的方式是 ________。鲨鱼体内能积累大量的盐，盐分过高时就要及时将多余的盐分排出，经研究，鲨鱼体内多余的盐分是经②途径排出的，那么其跨膜运输的方式是 __________。 (2)图2与图1中的______(填序号)代表的物质运输方式一致。若需跨膜运输的物质充足，图2中曲线出现BC段的主要原因是 __________________________________________。 解析：(1)生物膜的主要成分是蛋白质和磷脂，其功能主要由蛋白质来体现，功能越复杂的生物膜，蛋白质的种类与数目越多。一般来说，细胞在吸收培养液中的离子时，需要转运蛋白协助并消耗能量，所以是通过主动运输方式进行的，而蛋白质是大分子物质，其分泌出细胞的方式是胞吐。鲨鱼体内多余的盐分是经②途径排出的，其跨膜运输时需要通道蛋白协助，但不消耗能量，所以运输方式是协助扩散。(2)由于图2中的物质运输方式在一定范围内与O2浓度呈正相关，所以其运输方式为主动运输，因而与图1中的④代表的物质运输方式一致；若跨膜运输的物质足够，但细胞膜上载体蛋白的数量有限，故图2中曲线BC段运输速率不再增加。 答案：(1)蛋白质　主动运输　胞吐　协助扩散 (2)④　载体蛋白的数量有限 9．(2024·保定联考)将某种植物的成熟细胞置于一定浓度的物质甲溶液中，发现其体积变化趋势如曲线AD所示。据图和所给信息回答下列问题： (1)曲线图中纵坐标是指____________(填“原生质体”或“细胞”)的相对体积，理由是______________________________________________。影响植物细胞吸收物质甲速率的因素有__________________________________(写出3个)。 (2)理论上，细菌细胞________(填“能”或“不能”)发生类似曲线BC段的__________现象。曲线AB段____________(填“发生了”或“没有发生”)渗透吸水或失水。比较P、Q两点所在时刻的植物细胞液浓度，其大小关系是P________(填“等于”“大于”或“小于”)Q。 (3)用物质乙替代物质甲重复实验，得到曲线AE，其中AC段与物质甲曲线完全重合，则实验刚开始时，溶液甲的渗透压________________(填“等于”“大于”或“小于”)溶液乙的渗透压。若在C点加入清水，其曲线变化与CD类似，有人认为t2＝2t1，请判断该说法的对错，并说明理由______________________________________________(提示：渗透失水的量＝渗透速率×半透膜面积×渗透时间)。 解析：(1)由于细胞壁的伸缩性明显小于原生质体，故植物细胞失水或吸水后发生变化的是植物的原生质体，因而图中纵坐标指的是原生质体的相对体积。AC段，原生质体的相对体积不断缩小，说明此时期细胞因失水而发生质壁分离；CD段，原生质体的相对体积不断增大，说明此时期细胞吸水发生质壁分离的自动复原，因此植物吸收物质甲的方式是主动运输，故影响植物细胞吸收物质甲速率的因素有载体蛋白的数量、细胞呼吸强度(或氧气浓度)、温度、pH等。(2)细菌细胞也含有细胞膜和细胞壁，故也能发生类似曲线BC段的质壁分离现象。将植物细胞置于比细胞液浓度高的物质甲溶液中，水分子能透过细胞膜，故曲线AB段发生了渗透吸水或失水。BC段，细胞外液浓度大于细胞液浓度，细胞失水，同时由于物质甲能以主动运输的方式进入到细胞内，使细胞液的浓度逐渐升高，细胞吸水能力逐渐增强；到C点时，细胞液浓度和细胞外液浓度相等；C点后，物质甲继续进入细胞，此时细胞液浓度大于细胞外液浓度，细胞吸水，故P点时的细胞液浓度小于Q点。(3)分析曲线可知，实验刚开始时，溶液甲的渗透压等于溶液乙的渗透压。若在C点加入清水，其曲线变化与CD类似，由于渗透速率取决于浓度差，质壁分离与质壁分离复原时浓度差不同，原生质体大小亦不同，故t2＝2t1的说法是错误的。 答案：(1)原生质体　细胞壁的伸缩性明显小于原生质体　载体蛋白的数量、细胞呼吸强度(或氧气浓度)、温度、pH　(2)能　质壁分离　发生了　小于　(3)等于　错误，渗透速率取决于浓度差，质壁分离与质壁分离复原时浓度差不同，原生质体大小亦不同 第3讲　素养提升课——破译新情境·系统实验知能 一、破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 新情境问题(一)　 运用信号肽假说解释细胞识别与囊泡运输 [科普科研材料] 蛋白质合成过程中细胞器的识别 1．核糖体与内质网之间的识别 信号肽假说认为，经典的蛋白分泌可通过内质网—高尔基体途径进行。核糖体—新生肽被引导至内质网后(如图所示)，继续合成肽链，结束后其信号肽被切除，核糖体脱落；肽链在内质网中加工后被转运到高尔基体，最后经细胞膜分泌到细胞外。 2．内质网和高尔基体之间的识别 细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡形成囊泡，囊泡被分成披网格蛋白小泡、COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡三种类型。三种囊泡介导不同途径的运输(如图1所示)，其中COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡的识别和运输过程如图2所示。 [内蕴知识解读] (1)信号肽假说认为，分泌蛋白首先在____________上起始合成，当多肽链延伸一段序列后，肽链一端的________与信号识别颗粒(SRP)结合，SRP通过与内质网上的DP结合，将核糖体新生肽引导至内质网。根据假说可推测，细胞内的两种核糖体______(填“能”或“不能”)相互转化；内质网膜上的易位子属于一种____________。 (2)COPⅡ被膜小泡负责从________向__________运输“货物”(均填细胞器名称)。若定位在甲中的某些蛋白质偶然掺入到乙中，则图中的____________可以帮助实现这些蛋白质的回收。 (3)为确定两种参与某经典分泌蛋白囊泡运输的基因的功能，科学家筛选了两种酵母菌突变体。与野生型酵母菌电镜照片相比，Sec12基因突变体细胞中内质网特别大；Sec17基因突变体细胞中内质网和高尔基体间积累大量的未融合小泡。据此推测，Sec12基因编码的蛋白质和Sec17基因所编码蛋白质的功能分别是_____________________________________ _____________________________________________________________________。 答案：(1)(细胞质基质的)游离核糖体　信号肽　能　通道蛋白　 (2)内质网　 高尔基体　COPⅠ被膜小泡　(3)Sec12基因编码的蛋白质参与内质网上囊泡的形成，Sec17基因所编码的蛋白质参与囊泡与高尔基体的融合 [迁移创新训练] 1．(2024·南宁一模)科学家用离心技术分离得到了有核糖体结合的微粒体，即膜结合核糖体，其核糖体上最初合成的多肽链含有信号肽(SP)以及信号识别颗粒(SRP)。研究发现，SRP与SP结合是引导新合成的多肽链进入内质网腔进行加工的前提，经囊泡包裹离开内质网的蛋白质均不含SP，此时的蛋白质一般无活性。下列相关推测正确的是(　 ) A．微粒体中的膜是高尔基体膜结构的一部分 B．细胞中每个基因都有控制SP合成的脱氧核苷酸序列 C．SP合成缺陷的浆细胞中，抗体会在内质网腔中聚集 D．内质网腔中含有能够在特定位点催化肽键水解的酶 解析：选D　由题意推测，微粒体中的膜是内质网膜结构的一部分，A错误；基因是有遗传效应的核酸片段，SP是由控制SP合成的脱氧核苷酸序列合成的，所以分泌蛋白基因中有控制SP合成的脱氧核苷酸序列，细胞中每个基因不一定都有控制SP合成的脱氧核苷酸序列，B错误；SRP与SP结合可引导新合成的多肽链进入内质网腔进行加工，SP合成缺陷的细胞中，不会合成SP，因此新合成的多肽链不会进入内质网中，故相应抗体不会在内质网腔中聚集，C错误；经囊泡包裹离开内质网的蛋白质上均不含SP，说明在内质网腔内SP被切除，进而说明内质网腔内含有能在特定位点催化肽键水解的酶，D正确。 2．(2024·武汉模拟)信号肽假说认为，翻译时，编码分泌蛋白的mRNA首先合成信号肽，信号肽与信号识别颗粒(SRP)结合，SRP再通过与内质网上的SRP受体结合，将新生肽引导至内质网，肽链在内质网腔中继续合成并被初步加工，同时核糖体发生解聚，如图所示。下列相关叙述正确的是(　 ) A．图中分泌蛋白的合成及在内质网中的初步加工只有ATP供能 B．过程③在信号肽酶的作用下肽链的信号肽被切除后即为成熟的分泌蛋白 C．若基因中编码信号肽的序列发生改变，可能导致内质网无法对多肽进行加工 D．信号肽借助信号识别颗粒将信息传至内质网膜上，体现了生物膜具有流动性 解析：选C　如图GTP参与了分泌蛋白(多肽)进入内质网加工的过程，图中分泌蛋白的合成及在内质网中的加工需要GTP供能，A错误；过程③在信号肽酶的作用下肽链的信号肽被切除后，还需高尔基体进行加工，才能得到成熟的分泌蛋白，B错误；若基因中编码信号肽的序列发生改变，导致信号肽无法合成，多肽链可能无法进入内质网中进行加工，C正确；信号肽借助信号识别颗粒将信息传至内质网膜上，体现了生物膜的信息交流功能，D错误。 新情境问题(二)　 载体蛋白的功能及主动运输的能量来源 [科普科研材料] 1．载体蛋白并非只有运输功能　 (1)离子泵：属于复合蛋白，既具有酶的催化功能(催化ATP水解)，又具有运输离子的功能，通过主动运输的方式对特定离子进行跨膜运输，如Na＋K＋泵、Ca2＋泵、H＋K＋ATP酶(位于胃表皮细胞，分泌胃酸)；以Na＋K＋泵为例图示如下： (2)质子泵：有的位于溶酶体、液泡等膜上(如图类型Ⅰ)，有的位于线粒体内膜、叶绿体中类囊体等膜上(如图类型Ⅱ)。 2．主动运输消耗的能量并不都由ATP直接提供 (1)主动运输的能量来源分为三类(如图1)：ATP直接提供能量——ATP驱动泵(ATP酶)、势能——协同转运蛋白、光能——光驱动泵。 (2)协同运输是一种物质的逆浓度跨膜运输，依赖于另一种物质的顺浓度跨膜运输，该过程消耗的能量来自离子电化学梯度(如图2)。 [迁移创新训练] 1．(2023·山东高考)溶酶体膜上的H＋载体蛋白和Cl－/H＋转运蛋白都能运输H＋，溶酶体内H＋浓度由H＋载体蛋白维持，Cl－/H＋转运蛋白在H＋浓度梯度驱动下，运出H＋的同时把Cl－逆浓度梯度运入溶酶体。Cl－/H＋转运蛋白缺失突变体的细胞中，因Cl－转运受阻导致溶酶体内的吞噬物积累，严重时可导致溶酶体破裂。下列说法错误的是(　 ) A．H＋进入溶酶体的方式属于主动运输 B．H＋载体蛋白失活可引起溶酶体内的吞噬物积累 C．该突变体的细胞中损伤和衰老的细胞器无法得到及时清除 D．溶酶体破裂后，释放到细胞质基质中的水解酶活性增强 解析：选D　Cl－/H＋转运蛋白在H＋浓度梯度驱动下，运出H＋的同时把Cl－逆浓度梯度运入溶酶体，说明溶酶体内H＋浓度较高，因此H＋进入溶酶体为逆浓度梯度运输，属于主动运输，A正确；溶酶体内H＋浓度由H＋载体蛋白维持，若H＋载体蛋白失活，溶酶体内H＋浓度降低，则Cl－/H＋转运蛋白在H＋浓度梯度驱动下转运Cl－的过程受阻，Cl－转运受阻导致溶酶体内的吞噬物积累，B正确；Cl－/H＋转运蛋白缺失突变体的细胞中，因Cl－转运受阻导致溶酶体内的吞噬物积累，严重时可导致溶酶体破裂，则该突变体的细胞中损伤和衰老的细胞器无法得到及时清除，C正确；细胞质基质中的pH与溶酶体内不同，溶酶体破裂后，释放到细胞质基质中的水解酶可能失活，D错误。 2．(2024·天津一模)质子泵是生物膜上特异性转运H＋的蛋白质，对维持细胞局部环境以及能量代谢的正常进行起着重要作用。下图是常见的两种质子泵，相关叙述正确的是(　 ) A．叶肉细胞中的类囊体膜和线粒体内膜可能分布有F型质子泵 B．生物膜上有质子泵体现了生物膜在结构上具有一定的流动性 C．核糖体膜上可能分布有V型质子泵 D．V型质子泵转运H＋的方式为协助扩散 解析：选A　F型质子泵可以将H＋由膜内转运到膜外，同时还能催化ATP合成，在类囊体膜和线粒体内膜上能进行ATP合成，推测含有F型质子泵，A正确；生物膜上有质子泵体现了生物膜的功能特性，即生物膜的选择透过性，B错误；核糖体无膜结构，C错误；V型质子泵转运H＋的同时，还能催化ATP水解，因此推测这种转运方式耗能，可能为主动运输，不是协助扩散，D错误。 3．(2024·东莞一模)嗜盐细菌是一种厌氧菌，图示为H＋进出细胞的过程图解；适宜光照下，细菌视紫红质吸收一个光量子后，改变其空间结构，将2个H＋由细胞内转运至细胞外；H＋在ATP合成酶的协助下进入细胞。下列叙述错误的是(　 ) A．细菌通过视紫红质运输H＋过程所需能量来自光能 B．细菌通过视紫红质转运H＋时，视紫红质发生空间结构的改变 C．随着氧气浓度的增加，H＋运输速率加快，ATP的合成速率加快 D．ATP合成酶具有物质运输和催化功能，将H＋势能转化为ATP中的化学能 解析：选C　细菌视紫红质吸收一个光量子后，改变其空间结构，将2个H＋由细胞内转运至细胞外，说明2个H＋运出细胞需要能量，并且来自光能，且视紫红质发生空间结构的改变，A、B正确；嗜盐细菌是一种厌氧菌，只进行无氧呼吸，故氧气浓度的增加不会影响ATP的合成速率，并且视紫红质转运H＋的能量来自光能，不受氧气浓度的影响，C错误；由图可知，ATP合成酶能转运H＋并且能催化合成ATP，能将H＋势能转化为ATP中的化学能，D正确。 二、系统实验知能——观察类实验 1．归纳比较四个观察类实验 实验名称 观察对象 细胞状态 染色剂 常用实验材料 观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂 染色体 死细胞 甲紫溶液(或醋酸洋红液) 洋葱根尖 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 染色体 死细胞 甲紫溶液 蒜(或洋葱)根尖 观察叶绿体和细胞质的流动 叶绿体 活细胞 无 菠菜叶(稍带叶肉的下表皮)、藓类的小叶 观察植物细胞的质壁分离与复原 紫色大液泡 活细胞 成熟植物细胞，如紫色洋葱鳞片叶外表皮 2．观察类实验一般操作流程 [专题提能训练] 1．显微观察法是生物学实验常用的方法。下列有关实验中“观察”的叙述，错误的是(　 ) A．用光学显微镜观察成熟植物细胞，其中体积最大的细胞结构是细胞核 B．用花生子叶切片制成临时装片，在显微镜下可观察到脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色 C．黑藻叶肉细胞中含有叶绿体，可用黑藻叶片作为实验材料制片观察细胞质的流动 D．利用高倍镜观察植物叶肉细胞中的叶绿体，叶绿体通常呈绿色、扁平的椭球或球形 解析：选A　用光学显微镜观察成熟植物细胞，其中体积最大的细胞结构是液泡，A错误；花生子叶富含脂肪，脂肪可被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，B正确；黑藻叶肉细胞中含有叶绿体，可用黑藻叶片作为实验材料制片观察细胞质的流动，观察时以叶绿体作为参照物，C正确；叶绿体内含有色素，在高倍镜下观察植物叶肉细胞中的叶绿体，叶绿体呈绿色、扁平的椭球或球形，D正确。 2．(2024·贵阳一模)现有新配制的同浓度的葡萄糖溶液和蔗糖溶液各一瓶(未贴标签)。为了对两瓶溶液进行区分，某同学用黑藻为材料进行了植物细胞的吸水和失水实验，相关实验结果如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．图示状态下的细胞比实验前的细胞胞质环流速度慢 B．叶肉细胞中的叶绿体不会对实验现象的观察造成干扰 C．图示A处表示原生质层，包括了细胞膜、液泡膜及两膜间的细胞质 D．若观察到原生质体的体积先缩小后变大可推测使用的是葡萄糖溶液 解析：选C　图示状态下的细胞处于质壁分离状态，细胞已经失水，则比实验前的细胞胞质环流速度慢，A正确；叶肉细胞中的叶绿体的颜色有利于观察实验，不会对实验现象的观察造成干扰，B正确；图示A处表示细胞壁与原生质层之间的间隙，C错误；葡萄糖是单糖，可被细胞直接吸收，所以若观察到原生质体的体积先缩小后变大可推测使用的是葡萄糖溶液，D正确。 3．大蒜是一种常见的药食两用植物，因其取材方便，常作为生物学实验的材料。以下是某校生物兴趣小组的同学以大蒜为材料进行的一些生物学实验，回答下列问题： (1)图甲为小组同学利用紫皮大蒜鳞茎叶外表皮细胞探究植物细胞吸水和失水的实验结果。实验中，在盖玻片一侧滴加0.3 g/mL的蔗糖溶液后，在另一侧用吸水纸引流，重复几次后，在________(填“低倍”或“高倍”)显微镜下即可观察到细胞A正在进行细胞壁和______________的分离。若要将细胞A移到视野中央，可将装片向______(填“左”或“右”)移动。之后，用清水代替0.3 g/mL的蔗糖溶液，重复上述操作，若观察到细胞A发生____________，则说明该细胞仍具有活性。 (2)农作物长期水淹会出现烂根，原因可能是根细胞无氧呼吸产生的酒精有毒害作用。该兴趣小组欲探究不同浓度酒精对大蒜鳞茎叶外表皮细胞的毒害作用，设计了如下实验： ①分别取浓度为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%的酒精溶液，置于7个培养皿中； ②撕取大蒜鳞茎叶外表皮分别置于上述7个培养皿中，处理30 min； ③将大蒜鳞茎叶外表皮取出漂洗后，制成临时装片，经0.3 g/mL的蔗糖溶液处理后，观察并统计细胞的质壁分离情况； ④计算发生质壁分离细胞所占百分比，结果如图乙所示。 该实验的自变量是________________，无关变量有__________________(列举两种)；常见的对照实验类型有空白对照、相互对照、自身对照等，该实验方案体现了________________，实验结果表明______________________________________________________________。 解析：(1)可用低倍镜观察植物细胞的质壁分离及复原，图甲中细胞A发生了质壁分离，即细胞壁与原生质层发生了分离，由于显微镜下形成的是倒立的虚像，细胞A在视野右方，故若要将细胞A移到视野中央，可将装片向右移动。若细胞有活性，用清水代替0.3 g/mL的蔗糖溶液，则细胞可以发生质壁分离复原。(2)根据题干可知，该实验的自变量是酒精浓度，因变量是酒精对大蒜鳞茎叶外表皮细胞的毒害作用，其他的可能影响实验的变量是无关变量，如处理时间、溶液体积等应保持一致。该实验中酒精浓度为0%组为空白对照组，其余各酒精浓度组为相互对照。实验结果表明酒精浓度低于20%，对细胞几乎无毒害作用；浓度高于20%，随着酒精浓度的逐渐增大，对细胞的毒害作用增强，直至细胞全部死亡。 答案：(1)低倍　原生质层　右　质壁分离复原 (2)④酒精浓度　处理时间、溶液体积　空白对照、相互对照　酒精浓度低于20%，对细胞几乎无毒害作用；浓度高于20%，随着酒精浓度的逐渐增大，对细胞的毒害作用增强，直至细胞全部死亡 学科网（北京）股份有限公司 $$