必修1 第2单元 第3讲 素养提升课——破译新情境·系统实验知能（课件）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅰ一轮总复习

第3讲 素养提升课——破译新情境•系统实验知能 目录 一、 二、 破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 系统实验知能——观察类实验 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：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：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：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：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：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 续表 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：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：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 $$