内容正文:
细胞的物质输入和输出
第2讲
明确目标
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
目录
主题研习(一)
主题研习(二)
水进出细胞的原理与植物细胞的吸水和失水
物质进出细胞的方式
作业验收评价[对应主题研习(一)]
作业验收评价[对应主题研习(二)]
主题研习(一)水进出细胞的原理与植物细胞的吸水和失水
厚基础
(一)渗透作用与细胞的吸水和失水
1.渗透作用发生的条件
(1)渗透作用是指____________________________________________。
(2)渗透作用发生的条件:①要有_______;②半透膜两侧溶液要有_______。
水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散
半透膜
浓度差
(3)一段时间后,漏斗内液面上升的原因是S1溶液浓度______ (填“大于”
“等于”或“小于”)S2溶液浓度,单位时间内由烧杯通过半透膜向漏斗扩散的水分子数______ (填“多于”“等于”或“少于”)由漏斗通过半透膜向烧杯扩散的水分子数。
(4)在达到渗透平衡后,存在如图所示的液面差Δh,则S1溶液浓度________ (填“大于”“等于”或“小于”)S2溶液浓度。
(5)若溶液中的溶质能通过半透膜,则最终S1和S2溶液液面_____________ (填“存在”或“不存在”)高度差。
大于
多于
大于
不存在
2.动物细胞和植物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水
①b为_______,相当于半透膜。当a_______与外界溶液之间存在_______,就会发生渗透吸水或失水。
②当外界溶液浓度_____a的浓度时,细胞吸水膨胀;当外界溶液浓度_____a的浓度时,细胞失水皱缩;当外界溶液浓度______a的浓度时,细胞形态不变。
细胞膜
细胞质
浓度差
小于
大于
等于
(2)植物细胞的吸水和失水
①d为____________,相当于半透膜。当c________与外界溶液之间存在浓度差,就会发生渗透吸水或失水。
②当外界溶液浓度________c的浓度时,细胞失水发生______________;当外界溶液浓度________c的浓度时,细胞吸水膨胀,由于存在_________,不会涨破;当外界溶液浓度______c的浓度时,细胞形态不变。
原生质层
细胞液
大于
质壁分离
小于
细胞壁
等于
(二)探究植物细胞的吸水和失水
1.实验原理
大
2.实验步骤
细胞壁
逐渐变小
变深
清水
逐渐变大
变浅
3.现象与结论
(1)当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时,细胞______,发生____________。
(2)发生质壁分离的细胞,当细胞液的浓度______外界溶液的浓度时,细胞______,发生质壁分离复原。
失水
质壁分离
大于
吸水
1.微点判断——落实基本生命观念
(1)1 mol·L-1NaCl溶液和1 mol·L-1蔗糖溶液的渗透压大小相等。 ( )
(2)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。 ( )
(3)观察植物细胞吸水和失水时,可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮。 ( )
(4)质壁分离过程中,黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小。 ( )
(5)可以用大蒜根尖分生区细胞作实验材料来观察细胞的质壁分离与复原。 ( )
基础盘查
×
×
√
×
×
2.发掘教材——提升科学思维能力
(1)(人教版必修1 P63正文拓展思考)对于动植物细胞来说,单位时间内,
水分子进出细胞的数量相等时,细胞内外溶液的浓度一定相等吗?为什么?
提示:不一定。对于动物细胞来说,单位时间内水分子进出细胞的数量相等时,细胞内外溶液的浓度相等。但植物细胞有细胞壁的支持和保护,单位时间内水分子进出植物细胞的数量相等时,有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。
(2)(人教版必修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,会出现如图所示哪种现象?请分析原因。
提示:会出现图甲所示现象。将人的成熟红细胞放入清水中,由于发生渗透作用,从细胞外进入细胞内的水分子数多于从细胞内到细胞外的水分子数,因此细胞吸水。
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,会出现如图所示哪种现象?达到平衡时,水分子进出细胞的状况是图中哪一种?
提示:将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,细胞外溶液浓度较大,细胞失水,如图丙所示。达到平衡状态时,水分子进出细胞的速率相等,如图乙所示。
(3)(人教版必修1 P67“拓展应用T2”解读)温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率。请简要说明检验该结论的实验设计思路。
提示:准备三组如图所示的渗透装置,在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温,第二组烧杯外加冰块降温,第三组留作对照。三组装置同时开始实验,并记录液面变化及时间。
析重难
重难点(一) 渗透作用实验装置的拓展应用及液面变化影响因素分析
1.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(溶质不能通过半透膜)
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:
2.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
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
注:v表示单位时间内进出半透膜的水量;Δh为液面变化高度。
[例1] (2025·重庆高考)某兴趣小组利用图1装置,分别使用等体积的2.5 mol/L葡萄糖溶液和1.2 mol/L蔗糖溶液,室温下观察渗透现象。图2是两种溶液在垂直管中,一段时间内溶液高度变化,下列说法正确的是 ( )
A.X表示葡萄糖溶液在垂直管中的高度变化
B.t1~t3由X液面快速上升推测水分子不会从漏斗进入烧杯
C.t2~t5取Y对应烧杯中液体能检测到还原糖
D.t5后两种溶液在垂直管中液面高度将不变
√
[解析] 开始时葡萄糖溶液和蔗糖溶液的浓度分别为2.5 mol/L和1.2 mol/L,由于葡萄糖溶液与烧杯中的纯水浓度差更大,故垂直管内为葡萄糖溶液时先出现高度变化;已知葡萄糖能通过玻璃纸,蔗糖不能通过玻璃纸,当垂直管中是葡萄糖溶液时,水分子进出玻璃纸的同时,葡萄糖分子会进入烧杯内,则玻璃纸两侧的溶度差大大减小,因此垂直管内液面的高度变化较蔗糖溶液的小,综上分析,推测X表示蔗糖溶液在垂直管中的高度变化,Y表示葡萄糖溶液在垂直管中的高度变化,A错误。t1~t3时X液面快速上升,这只能说明单位时间内从烧杯进入漏斗的水分子数量多于从漏斗进入烧杯的水分子数量,并不是水分子不会从漏斗进入烧杯,B错误。因为葡萄糖能通过玻璃纸进入烧杯,葡萄糖是还原糖,所以在t2~t5取Y对应烧杯中液体能检测到还原糖,C正确。由于葡萄糖能通过玻璃纸,最终玻璃纸两侧葡萄糖浓度会相等,即垂直管与烧杯液面基本平齐;但蔗糖不能通过玻璃纸,所以当垂直管中液柱产生的势能与玻璃纸两侧的渗透压差相等时,液面高度才会不变,D错误。
重难点(二) 细胞的吸水和失水的判断
[例2] (2025·全国二卷)将某植物叶肉细胞放入一定浓度的KCl溶液中,起初细胞失水发生质壁分离,一定时间(t)后细胞开始吸水,并逐渐复原。回答下列问题:
(1)植物细胞与外界溶液进行水分交换时,水分子跨膜运输的两种方式是_____________________________。
[解析] 水分子跨膜运输的方式有自由扩散、协助扩散,水分子更多的是借助膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。
自由扩散、协助扩散
(2)细胞失水发生质壁分离,原生质层与细胞壁分离的原因是______________________________________________________。
[解析] 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞发生失水导致原生质体体积缩小,且原生质层比细胞壁的伸缩性大,细胞会发生质壁分离现象。
(3)一定时间(t)后细胞开始吸水的原因是_________________________________________________。
[解析] KCl会电离出K+和Cl-,K+和Cl-进入细胞,使细胞液渗透压高于外界溶液,细胞吸水。
细胞失水原生质体体积缩小,原生质层比细胞壁的伸缩性大
K+和Cl-进入细胞,使细胞液渗透压高于外界溶液
|认|知|生|成| 判断细胞吸水和失水的主要依据
(与正常状态相比)
依据 分析
细胞液浓度变化 细胞液浓度增大,表明细胞渗透失水;细胞液浓度减小,表明细胞渗透吸水
原生质体体积变化 原生质体体积增大,表明细胞渗透吸水;原生质体体积减小,表明细胞渗透失水
细胞液中色素颜色深浅变化(细胞液中含有色素的细胞) 细胞液中色素颜色变深,表明细胞渗透失水;细胞液中色素颜色变浅,表明细胞渗透吸水
液泡直径与细胞壁直径比值变化 液泡直径与细胞壁直径比值减小,细胞渗透失水;液泡直径与细胞壁直径比值增大,细胞渗透吸水
重难点(三) 探究植物细胞的吸水和失水实验的拓展应用
|情|境|探|究|
现有普通植物和耐盐碱植物若干,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溶液分别处理两组植物细胞,结果如图1所示。请回答下列有关问题:
(1)应选择根尖的________ (填“成熟区”或“分生区”)细胞进行上述实验。图1中A→B段,Ⅰ组植物的吸水能力逐渐______,此时,在细胞壁和原生质体之间充满了____________。A→C段Ⅰ组植物细胞发生了什么现象?在这个过程中细胞大小如何变化?
成熟区
升高
KNO3溶液
提示:A→C段Ⅰ组植物细胞发生了质壁分离与质壁分离的复原。在这个过程中细胞大小基本不变。
(2)实验过程中并未添加清水,Ⅱ组植物原生质体体积稍微增大的原因可能是什么?
提示:Ⅱ组植物细胞液浓度大于外界溶液浓度,水分子透过原生质层进入细胞液,细胞发生渗透吸水。
(3)该兴趣小组继续探究了该耐盐碱植物的细胞液浓度,实验结果如图2,请你根据实验结果尝试写出他们的实验思路。
提示:配制浓度范围在0.3~0.6 g·mL-1的等浓度梯度蔗糖溶液,将Ⅱ组植物细胞进行合理分组,分别置于不同浓度的蔗糖溶液中,其他条件相同且适宜,培养一段时间后观察现象并记录。
|认|知|生|成|
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(如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等)可透过半透膜的溶液中可发生质壁分离,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)
研考向
题点(一) 渗透作用的原理及应用分析
1.为研究成熟植物细胞的渗透现象,设计简易渗透装置如图甲所示。将洋葱表皮细胞浸入某种浓度的蔗糖溶液或清水中所发生的变化如图乙所示。下列相关叙述错误的是( )
A.若图甲表示达到渗透平衡状态,
则S1和S2溶液浓度的大小关系是S1>S2
B.图乙中左侧细胞的吸水能力比右侧细胞弱
C.图乙中相当于图甲中半透膜的是③④⑤
D.图乙所示细胞中②处的液体是清水
√
解析:渗透平衡时,半透膜两侧液面存在Δh,液面高的一侧溶液浓度高,即S1溶液的浓度大于S2,A正确;图乙中左侧细胞到右侧细胞表示质壁分离过程,质壁分离过程中,细胞逐渐失水,细胞液浓度逐渐变大,细胞吸水能力逐渐变强,因此左侧细胞的吸水能力比右侧细胞弱,B正确;图乙中相当于图甲中半透膜结构的是原生质层,由③(细胞膜)、④(细胞质)和⑤(液泡膜)构成,C正确;细胞壁具有全透性,图乙中②表示外界溶液,即蔗糖溶液或清水,D错误。
2.(2023·重庆高考)某兴趣小组利用图示装置和表中试剂探究了透析袋的透性。当a为①、b为⑤,袋内溶液逐渐变为蓝色;当a为②、b为③,水浴(55 ℃)后透析袋内、外均不出现砖红色。下列叙述正确的是 ( )
编号 ① ② ③ ④ ⑤
试剂 质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 质量分数为5%的葡萄糖溶液 斐林试剂 淀粉酶溶液 碘溶液
(棕红色)
A.若a为①+②、b为③,水浴后透析袋外最终会出现砖红色
B.若a为①+②、b为⑤,透析袋外的溶液最终会出现蓝色
C.若a为①+④、b为⑤,透析袋内的溶液最终会出现棕红色
D.若a为①+④、b为③,水浴后透析袋内最终会出现砖红色
√
解析:由题干“当a为①、b为⑤,袋内溶液逐渐变为蓝色”可推出,碘可以通过透析袋,淀粉不能通过透析袋;由题干“当a为②、b为③,水浴(55 ℃)后透析袋内、外均不出现砖红色”可推出,斐林试剂和葡萄糖都不能通过透析袋。因为淀粉、葡萄糖和斐林试剂都不能通过透析袋,所以A、D选项描述的实验结果为水浴后透析袋内外都不会出现砖红色,A、D错误。因为碘可以通过透析袋,而淀粉不能通过透析袋,所以B选项描述的实验结果为透析袋内出现蓝色,透析袋外不出现蓝色,B错误。若a为①+④,b为⑤,由于碘可以通过透析袋,淀粉最终会被淀粉酶完全水解,故透析袋内外均出现棕红色,C正确。
[易错提醒] 分析渗透作用时的关注点
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若渗透平衡后,半透膜两侧液面仍存在高度差,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渗透装置中溶液的浓度一般指物质的量的浓度,即溶质微粒的数量浓度。若为质量浓度,则需要分析相对分子质量的大小。
④在分析时要特别注意半透膜和透析袋与溶质的关系,半透膜或透析袋是否允许溶质通过。
题点(二) 动植物细胞吸水与失水的分析
3.(2024·湖南高考)缢蛏是我国传统养殖的广盐性贝类之一,自身存在抵抗外界盐度胁迫的渗透调节机制。缢蛏体内游离氨基酸含量随盐度的不同而变化,如图为缢蛏在不同盐度下鲜重随培养时间的变化曲线。下列叙述错误的是( )
A.缢蛏在低盐度条件下先吸水,后失水直至趋于动态平衡
B.低盐度培养8~48 h,缢蛏通过自我调节以增加组织中的溶质含量
C.相同盐度下,游离氨基酸含量高的组织渗透压也高
D.缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关
√
解析:由题图可知,缢蛏在低盐度条件下鲜重先增大后减小至相对稳定,说明其先吸水后失水直至趋于动态平衡,A正确;低盐度培养时,缢蛏组织渗透压大于外界环境,导致缢蛏吸水,为恢复正常状态,缢蛏应通过自我调节使组织中的溶质含量减少,从而降低组织渗透压,引起组织失水,B错误;组织渗透压的高低与其中的溶质含量有关,溶质越多,渗透压相对越高,结合题干信息可知,缢蛏体内游离氨基酸含量随盐度的不同而变化,因此,相同盐度下,游离氨基酸含量高的组织渗透压也高,C正确;细胞呼吸过程中产生的中间产物可转化为氨基酸、甘油等非糖物质,由此推测缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关,D正确。
4.仙人掌的茎由内部薄壁细胞和进行光合作用的外层细胞等组成,内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大。水分充足时,内部薄壁细胞和外层细胞的渗透压保持相等;干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快。下列说法错误的是 ( )
A.细胞失水过程中,细胞液浓度增大
B.干旱环境下,外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的低
C.失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离
D.干旱环境下内部薄壁细胞合成多糖的速率更快,有利于外层细胞的光合作用
√
解析:细胞失水过程中,水从细胞液流出,细胞液浓度增大,A正确;依题意,干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快,则同一时刻外层细胞的细胞液单糖多,且外层细胞还能进行光合作用合成单糖,故外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的细胞液浓度高,B错误;依题意,内部薄壁细胞细胞壁的伸缩性比外层细胞的细胞壁伸缩性更大,失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离,C正确;依题意,干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快,有利于外层细胞光合作用产物向内部薄壁细胞转移,可促进外层细胞的光合作用,D正确。
题点(三) 质壁分离与复原实验及其应用
5.(2025·北京高考)“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,在清水和0.3 g/mL蔗糖溶液中处于稳定状态的细胞如图。以下叙述错误的是( )
A.图1,水分子通过渗透作用进出细胞
B.图1,细胞壁限制过多的水进入细胞
C.图2,细胞失去的水分子是自由水
D.与图1相比,图2中细胞液浓度小
√
解析:“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,当细胞处于清水环境时,水分子通过渗透作用进出细胞,细胞壁的存在可限制过多的水进入细胞,以防细胞吸水过多涨破,A、B正确。图2细胞处于质壁分离状态,细胞失去的水分子是自由水,C正确。与图1相比,图2中细胞液浓度大,D错误。
6.某研究性学习小组为了测定某植物组织细胞液浓度设计了如下实验:取相同试管分为甲、乙两组,依次编号为1~6号,相同的试管编号中加入相同浓度的蔗糖溶液。在甲试管中放入待测植物材料一段时间后,从中取小液滴滴入乙试管(如图所示),结果如表所示(注:甲试管内加入适量的亚甲蓝,亚甲蓝可使蔗糖溶液变蓝,忽略亚甲蓝对蔗糖浓度的影响)。下列相关叙述错误的是 ( )
乙组试管编号 1 2 3 4 5 6
乙组试管蔗糖浓度/(mol·L-1) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
蓝色小液滴升降情况 下降 下降 下降 上升 上升 上升
注:液滴下降表明液滴的浓度大于试管内溶液浓度,反之则小于试管内溶液浓度。
A.若上述实验中蓝色小液滴均上升,则需适当降低外界溶液浓度
B.分析表格数据可知待测植物的细胞液浓度相当于1.5~2.0 mol·L-1的蔗糖溶液
C.上述实验可以用适宜浓度的硝酸钾溶液代替蔗糖溶液
D.蓝色小液滴在1~3号试管中均下降,下降速度最快的是在1号试管中
√
解析:实验中蓝色小液滴均上升,说明植物细胞均失水,即所有外界溶液浓度均高于细胞液浓度,则需适当降低外界溶液浓度,A正确;由题表知,乙组1~6号试管中蔗糖溶液的浓度逐渐升高,由于3号试管中,蓝色小液滴移动方向向下,4号试管中,蓝色小液滴移动方向向上,推知植物的细胞液浓度相当于1.5~2.0 mol·L-1的蔗糖溶液,B正确;硝酸钾可进入植物细胞,最后外界溶液浓度都低于细胞液浓度,无法判断细胞液浓度,C错误;蓝色小液滴在1~3号试管中均下降,外界溶液浓度越低,植物细胞吸水越多,蓝色小液滴浓度越大,下降速度越快,故下降最快的是1号试管,D正确。
作业验收评价[对应主题研习(一)]
(标 的题目为推荐讲评题目,配有精品课件)
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一、选择题
1.(2025·廊坊三模)将相同体积的稀溶液(纯水)和浓溶液分别置于一容器的两侧,中间用半透膜阻隔,达到渗透平衡状态后,在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时,浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动(溶质不能通过半透膜),这一过程称为反渗透,原理如图所示。下列叙述正确的是( )
A.渗透装置中渗透平衡后,纯水一侧的液面升高
B.渗透装置在渗透平衡过程中浓溶液吸水力增强
C.反渗透时,随浓溶液液面下降施加压力将增大
D.反渗透时,最终纯水中的水分将向浓溶液一侧流动
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解析:渗透装置中达到渗透平衡后,由于溶质不能通过半透膜,所以浓溶液一侧的液面升高,A错误;渗透装置在渗透平衡过程中,浓溶液浓度下降,吸水力降低,B错误;反渗透过程中,随着浓溶液液面下降,浓溶液的渗透压逐渐增大,纯水一侧液柱升高,产生的势能也逐渐增大,则需要施加的压力会相应增大,以维持整个装置的平衡,C正确;反渗透时,浓溶液中的水分最终会向纯水一侧流动,D错误。
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2.(2026·武汉模拟)将萝卜切成多根细条,彼此之间长度、宽度和厚度均相同,测定其长度并记录,再将其分成a、b、c、d、e五组,分别置于不同浓度的蔗糖溶液中,一段时间后,测量各组萝卜条的长度,实验前与实验后的长度比值:a组1.4,b组1.2,c组1.0,d组0.8,e组0.6。下列叙述正确的是 ( )
A.a组萝卜条实验前与实验后的长度比值大于1,所以表现为吸水
B.e组萝卜条实验后吸水达到平衡时,细胞液浓度一定等于外界蔗糖溶液浓度
C.萝卜条失水过程中,原生质层相当于半透膜,且细胞的吸水能力逐渐变强
D.c组萝卜条实验前与实验后的长度比值等于1,浸泡期间水分子不进出细胞
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解析:a组萝卜条实验前与实验后的长度比值大于1,说明实验过程中长度变短了,表现为失水,A错误;由于细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性,当萝卜条实验后吸水达到平衡时,细胞液浓度可能依然大于外界蔗糖溶液浓度,B错误;萝卜条失水过程中,原生质层相当于半透膜,细胞液浓度逐渐增大,细胞的吸水能力逐渐变强,C正确;c组萝卜条实验前与实验后的长度比值等于1,浸泡期间水分子进出细胞的量相等,D错误。
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3.(2026·德州模拟)探究植物细胞的吸水和失水实验时,可以选择紫色的洋葱鳞片叶外表皮、黑藻的成熟叶片等作为实验材料。下列关于该实验的叙述,正确的是 ( )
A.洋葱鳞片叶内表皮细胞不能发生质壁分离,因此不能用其作为实验材料
B.黑藻的成熟叶肉细胞内有叶绿体,该结构利于质壁分离和复原现象的观察
C.紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离的过程中,细胞的吸水能力在减弱
D.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离复原过程中,液泡的颜色逐渐变深
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解析:洋葱鳞片叶内表皮细胞也能发生质壁分离,只是其颜色较浅或无色,不易观察,对其染色后也可作为该实验的材料,A错误;黑藻成熟叶片的叶肉细胞中液泡呈无色,叶绿体的存在使原生质层呈绿色,有利于实验现象的观察,B正确;细胞在失水的过程中,细胞液浓度逐渐增大,其吸水能力逐渐增强,C错误;紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离复原过程中,细胞吸水,细胞液逐渐增多,液泡的颜色逐渐变浅,D错误。
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4.(2026·汕头模拟)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下,制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片,观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响,有关操作及观察结果如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.处于A状态的保卫细胞的吸水能力大于处于B状态的
B.质壁分离现象最可能出现在A的观察视野中
C.处于B状态的保卫细胞的细胞液浓度大于处于A状态的
D.推测蔗糖溶液甲的浓度高于蔗糖溶液乙
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解析:分析题图:滴加蔗糖溶液甲一段时间后,保卫细胞气孔关闭,说明保卫细胞在蔗糖溶液甲中失去一定水分;滴加蔗糖溶液乙一段时间后,保卫细胞气孔张开程度变大,说明保卫细胞在蔗糖溶液乙中吸收水分。由分析可知,保卫细胞失水后处于A状态,保卫细胞吸水后处于B状态,因此二者的细胞液浓度大小为A>B,吸水能力大小为A>B,A正确,C错误;保卫细胞失水后处于A状态,故质壁分离现象最可能出现在A的观察视野中,B正确;由分析可推断两种蔗糖溶液浓度的大小关系为甲>乙,D正确。
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5.(2026·乐山模拟)将紫色洋葱外表皮细胞放于某种无机盐溶液中,其质壁分离程度随时间的变化情况如图所示。下列推测正确的是 ( )
A.t1~t3时刻,洋葱外表皮细胞的失水能力先增加再减小
B.t2时刻,洋葱外表皮细胞开始吸收溶液中的无机盐离子
C.在实验过程中,洋葱外表皮细胞液泡的颜色先变深后变浅
D.t4时刻之后,洋葱外表皮细胞继续吸水直至细胞涨破
√
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解析:t1~t2时刻,细胞发生质壁分离,细胞液浓度增大,细胞失水能力减弱;t2~t3时刻,细胞发生质壁分离复原,细胞液浓度逐渐减小,细胞失水能力增强。故t1~t3时刻,洋葱外表皮细胞的失水能力先减小再增加,A错误。t2时刻细胞开始发生质壁分离复原,所以在这之前,洋葱外表皮细胞已经开始吸收溶液中的无机盐离子,B错误。该实验过程中,细胞先失水,然后吸水,所以洋葱外表皮细胞液泡的颜色先变深后变浅,C正确。洋葱外表皮细胞具有细胞壁,会限制过多的水进入细胞不会使细胞吸水涨破,D错误。
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6.(2026·邢台模拟)下面是浸润在蔗糖溶液中的萝卜组织切条在实验前后长度之比随蔗糖溶液浓度变化的柱形图,实验中各组萝卜组织切条的初始状况一致,且蔗糖一般不能进入活细胞。下列相关叙述不正确的是 ( )
A.第②组的实验中,萝卜细胞的液泡颜色越来越浅,其吸水能力在逐渐减弱
B.第④组的萝卜细胞在此时状态下,用清水处理可以使之发生质壁分离复原
C.第⑥组实验中,可能有蔗糖分子进入细胞
D.由图可分析出,萝卜细胞中初始蔗糖浓度在0.4 mol/L与0.5 mol/L之间
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解析:第②组细胞实验前长度与实验后长度的比值小于1,细胞吸水,细胞液浓度变小,液泡颜色变浅,其吸水能力减弱,A正确;第④组细胞实验前长度与实验后长度的比值大于1,细胞失水,发生了质壁分离,由第⑤组可知,第④组细胞保持活性,此时用清水处理,外界溶液浓度小于细胞液浓度,会导致细胞吸水而发生质壁分离复原,B正确;第⑤组与第⑥组的实验前后长度之比相同,故第⑥组细胞可能因为失水过多而死亡,此时细胞膜失去了选择透过性,所以可能有蔗糖分子进入细胞,C正确;由图可以看出,萝卜细胞的细胞液初始浓度在0.4 mol/L与0.5 mol/L之间,但分析不出萝卜细胞中初始蔗糖浓度,D错误。
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7.[多选](2025·徐州一模)某生物兴趣小组为探究植物细胞质壁分离与复原现象, 选用三种不同的植物材料进行实验并记录相关数据, 结果如表所示。下列相关说法不正确的是 ( )
实验材料 细胞液初始浓度/(mol/L) 蔗糖溶液浓度/(mol/L) 质壁分离现象 质壁分离复原情况
紫色洋葱鳞片叶外表皮 0.3 0.45 明显 滴加清水后能复原
紫色洋葱鳞片叶内表皮 0.25 0.35 较不
明显
菠菜叶肉细胞 0.2 0.3 有
A.三种材料中, 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离速度最快
B.蔗糖溶液浓度为0.3 mol/L时菠菜叶肉细胞不发生渗透作用
C.可先用台盼蓝染液对紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞染色后,再观察其在蔗糖溶液中的质壁分离现象
D.若质壁分离后滴加清水不能复原说明细胞液浓度大于外界溶液浓度
√
√
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解析:紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液初始浓度(0.3 mol/L)与蔗糖溶液浓度(0.45 mol/L)的差值为0.15 mol/L,在三组实验材料中浓度差最大,浓度差越大,渗透失水速度越快,质壁分离现象越明显,A正确;菠菜叶肉细胞的细胞液初始浓度为0.2 mol/L,蔗糖溶液浓度为0.3 mol/L时,细胞液浓度小于外界溶液浓度,会发生渗透作用(细胞失水),B错误;台盼蓝染液用于鉴别死细胞(可被染成蓝色),而用于实验的紫色洋葱磷片叶内表皮细胞是活细胞,台盼蓝无法进入,故观察质壁分离时不能用台盼蓝对紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞进行染色,C错误;质壁分离后滴加清水不能复原,说明细胞可能因过度失水死亡,D错误。
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8.[多选](2026·沧州模拟)原生质体长度与细胞长度的比值(M值)可在一定程度上反映细胞质壁分离程度。常温下洋葱鳞片叶细胞M值约为41%,而4 ℃低温处理的洋葱鳞片叶细胞M值为80%,常温下和4 ℃低温处理的葫芦藓叶片细胞M值分别为40%和87%。下列相关叙述正确的是 ( )
A.M值越大说明细胞失水越多,细胞质壁分离程度越大
B.两种细胞在4 ℃低温处理下的细胞质壁分离程度均显著低于常温下的处理
C.常温处理的植物细胞失水明显多于低温处理,导致细胞质壁分离程度增大而死亡
D.低温处理植物细胞后,细胞中的自由水可能大量转化为结合水,使细胞液浓度增大,以适应低温环境
√
√
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解析:由于原生质层的伸缩性大于细胞壁,因此,原生质体体积越大,M值越大,细胞失水越少,细胞质壁分离程度越小,A错误;实验中4 ℃低温处理的细胞M值均显著高于常温下处理的细胞,故两种细胞4 ℃低温处理下的细胞质壁分离程度均显著低于常温下的处理,B正确;常温处理的植物细胞失水明显多于低温处理,细胞质壁分离程度增大,但不一定会导致细胞死亡,C错误;低温处理下植物细胞质壁分离程度降低,可能是细胞中的自由水大量转化为结合水,使细胞液浓度增大,进而适应低温环境,D正确。
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二、非选择题
9.(11分)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图曲线ABCD所示,物质甲能以主动运输的方式进入细胞。据图和所给信息回答下列问题:
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(1)影响植物细胞吸收物质甲速率的因素有_________________________
_____________(写出3个)。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__________________________________。(5分)
载体的数量、氧气浓度、
温度、pH等
原生质体
细胞壁的伸缩性显著小于原生质体
解析:物质甲能以主动运输的方式进入细胞,故影响植物细胞吸收物质甲速率的因素有载体的数量、氧气浓度、温度、pH等。由于细胞壁的伸缩性显著小于原生质体,故植物细胞失水或吸水后发生显著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。
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(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两点所对应时刻的植物细胞液浓度,其大小关系是P___________(填“大于”“等于”或“小于”)Q。(4分)
能
质壁分离
发生了
小于
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解析: 部分细菌细胞也含有细胞膜和细胞壁,故理论上也能发生类似曲线BC段的质壁分离现象。由题图可知,原生质层两侧存在浓度差,故曲线AB段水分子通过原生质层时发生了渗透吸水或失水。BC段,细胞外溶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,失水速率逐渐降低;到C点时,细胞液浓度和细胞外溶液浓度相等;大于C点后,物质甲继续进入细胞,此时细胞液浓度大于细胞外溶液浓度,细胞吸水,故P点时的植物细胞液浓度小于Q点。
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(3)用物质乙替代物质甲重复实验,得到曲线ABCE,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“大于”“等于”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)。(2分)
解析: 分析曲线可知,实验刚开始时,溶液甲与溶液乙处理植物细胞的效果相同,故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可能不同,原生质体大小也不同,故t2=2t1是错误的。
质壁分离与质壁分离复原时浓度差可能不同,原生质体大小也不同
等于
错误,渗透速率取决于浓度差,
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10.(13分)(2026·新余模拟)某科研小组利用洋葱鳞片叶进行“探究植物细胞的吸水和失水”实验后,尝试对实验进行改进,改用黑藻叶片取代紫色洋葱鳞片叶进行实验。回答下列问题:
(1)一般选用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料,原因是_______________________________________________________________
____________________。
黑藻叶片能取代紫色洋葱鳞片叶的原因是__________________________
____________________________________________。(4分)
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为成熟的植物细胞,有中央液泡且细胞液呈紫色,便于观察
黑藻叶片为成熟的植物细胞,有中央液泡且原生质体因叶绿体存在而有颜色
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(2)质壁分离指的是___________和细胞壁的分离。将黑藻叶片细胞置于0.3 g/mL蔗糖溶液后,视野中细胞壁与细胞膜之间的无色区域内的物质是__________。(2分)
原生质层
蔗糖溶液
解析:质壁分离的“质”表示原生质层,“壁”表示细胞壁。细胞壁具有全透性,蔗糖可以通过细胞壁,但是细胞膜具有选择透过性,因此视野中细胞壁与细胞膜之间的无色区域内的物质是蔗糖溶液。
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(3)若将已经发生质壁分离的黑藻叶片置于清水中,观察到绿色区域逐渐变大,此过程中细胞的吸水能力__________(填“逐渐增强”“逐渐减弱”或“不变”);若将已经发生质壁分离的黑藻叶片置于清水中,但不能发生质壁分离复原,最可能的原因是______________________。(3分)
逐渐减弱
细胞失水过多而死亡
解析: 将已发生质壁分离的黑藻叶片置于清水中,细胞液浓度大于清水浓度,细胞会吸水,且吸水能力逐渐减弱,绿色区域逐渐变大。若将已经发生质壁分离的黑藻叶片置于清水中,但不能发生质壁分离复原,最可能的原因是黑藻叶片在质壁分离时,外界溶液浓度较大,细胞失水过多而死亡。
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(4)若要探究紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度范围,写出实验的基本思路。(4分)
设置一系列等浓度梯度的蔗糖溶液,将生理状况相同的细胞分别置于不同浓度的蔗糖溶液中,当细胞外溶液的浓度大于细胞液的浓度时,细胞失水;当细胞外溶液的浓度小于细胞液的浓度时,细胞吸水;细胞液的浓度介于未发生质壁分离的一组和刚刚发生质壁分离的一组对应的浓度之间。
10
主题研习(二)物质进出细胞的方式
厚基础
(一)被动运输
1.概念:物质以扩散方式进出细胞,_______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。
不需要
2.类型:分为自由扩散和协助扩散两类。
75
项目 自由扩散 协助扩散
概念 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式 借助膜上的_____________进出细胞的物质扩散方式
运输方向 _____浓度→_____浓度 ______浓度→______浓度
转运蛋白 _________ 需要
能量 不消耗 ________
影响因素 浓度差大小 浓度差大小;转运蛋白的数量
转运蛋白
高
低
高
低
不需要
不消耗
3.通道蛋白与载体蛋白的异同
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协助扩散
主动运输
特异
(二)主动运输
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蛋白
载体
逆
需要
载体蛋白
(三)大分子进出细胞的方式——胞吞和胞吐
1.图示分析
78
项目 胞吞 胞吐
图例
运输方向 胞外→胞内 胞内→胞外
举例 巨噬细胞吞噬抗原、变形虫摄食 胰岛素、消化酶、抗体等分泌
2.特点
(1)主要运输______________,如蛋白质、多糖。
(2) _______消耗能量。
(3)不需要转运蛋白协助,但需要特定的膜蛋白参与。
(4)依赖膜的_________。
79
流动性
需要
生物大分子
1.微点判断——落实基本生命观念
(1)(2025·云南卷)主动运输转运物质时需要通道蛋白协助。 ( )
(2)(2024·贵州卷)硒蛋白从细胞内转运到细胞壁需转运蛋白。 ( )
(3)(2024·全国甲卷)小麦根细胞吸收离子消耗的ATP主要由叶绿体产生。 ( )
(4)(2023·全国甲卷)葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞。 ( )
(5)(2023·全国乙卷)植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP。 ( )
(6)(2022·浙江卷)神经元细胞膜上存在与K+、Na+主动运输有关的通道蛋白。 ( )
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基础盘查
×
×
×
×
√
×
2.发掘教材——提升科学思维能力
(1)(人教版必修1 P67“图4⁃5”发掘)细胞外的K+能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由_____________复合物构成的,其运输的特点是__________________________________________________________________________________________________________________(答出1点即可)。
(2)(人教版必修1 P69正文发掘)Na+、K+、Ca2+等物质在逆浓度跨膜运输时,首先要与膜上的载体蛋白的特定部位结合,然后进行运输,请说明此过程中载体蛋白发生的变化:_____________________________________________
_______________________________________________。
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蛋白质
一种离子通道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离子通过;离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合
离子或分子与载体蛋白结合后,载体蛋白的空间结构发生变化,运输完成后载体蛋白又恢复原状
(3)(人教版必修1 P68“生物科学史话”探究)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,请说明合理的质疑理由:_________________
_________________________________________________。
②请再补充实验以证明CHIP28蛋白就是一种水通道蛋白:__________
_________________________________________________________________________。
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并非水通道蛋白本身,可能是调节水通道开闭的蛋白
将CHIP28蛋白构建于仅含磷脂双分子层的脂质体膜上,观察脂质体对水的通透性是否增加
CHIP28蛋白
析重难
重难点(一) 物质运输方式的判断
|情|境|探|究|
小肠上皮细胞靠近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。图1为氨基酸从肠腔进入组织液的简要过程。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转运至组织液是什么运输方式?
84
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+顺浓度梯度运输产生的电化学势能。氨基酸通过协助扩散的方式从小肠上皮细胞转运至组织液。
(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,属于主动运输,需要载体蛋白,载体蛋白在转运Na+的过程中空间构象发生改变。
85
(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| “三看法”快速判断物质进出细胞的方式
86
重难点(二) 设计实验探究物质跨膜运输的方式
[例1] (人教版必修1 P72“拓展应用T2”改编)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( )
87
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的吸收方式为协助扩散
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既需要载体蛋白,也消耗能量,故柽柳根对X的吸收方式为主动运输,D正确。
88
|认|知|生|成| 探究物质跨膜运输方式的思路
(1)探究是主动运输还是被动运输
89
(2)探究是自由扩散还是协助扩散
重难点(三) 影响物质进出细胞因素的曲线分析
1.物质浓度
90
2.O2浓度
91
3.温度
[例2] 农业生产中,农作物生长所需的氮素可以N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N的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题:
92
(1)由图可判断N进入根细胞的运输方式是主动运输,判断的依据是__________________________________________________________________________________________。
主动运输需要细胞呼吸提供能量,在一定范围内,根细胞对N的吸收速率与O2浓度呈正相关
[解析] 主动运输是物质逆浓度梯度进行跨膜运输,需要能量的供应、
载体蛋白协助,由图可知,在一定范围内,随着O2浓度的增加,根细胞对N
的吸收速率也增加,说明根细胞吸收N需要能量的供应,为主动运输。
93
(2)O2浓度大于a时作物乙吸收N速率不再增加,推测其原因是____________________________________________________________。
94
[解析] 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N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N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。
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)作物甲和作物乙各自在N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____________________________________
________________________________。
95
[解析] 由曲线图分析可知,当作物甲和作物乙根细胞均达到最大的N吸收速率时,作物甲的N最大吸收速率大于作物乙,说明作物甲需要能量多,消耗O2多,作物甲根部细胞的呼吸速率大于作物乙。
作物甲的N最大吸收速率大于作物乙,作物甲需要能量多,消耗O2多
(4)据图可知,在农业生产中,为促进农作物对N的吸收利用,可以采取的措施是______________。
96
[解析] 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。
定期松土
研考向
题点(一) 转运蛋白的种类和功能
1.(2025·长沙一模)小分子溶质或者离子通过载体蛋白或通道蛋白进行跨膜运输的过程如下图所示。下列叙述错误的是( )
√
A.载体蛋白和通道蛋白都属于转运蛋白,在细胞膜、核膜和细胞器膜中广泛分布
B.载体蛋白介导的物质运输方式是主动运输或协助扩散,而通道蛋白介导的是协助扩散
C.有些载体蛋白空间结构和活性的变化与其磷酸化和去磷酸化有关
D.载体蛋白每次转运时都会发生自身构象的改变,分子或离子通过时不需与其结合
解析:载体蛋白转运时需要与被转运的分子或离子结合,结合后载体蛋白自身构象改变完成运输,D错误。
98
2.(2026·南宁模拟)跨膜蛋白可通过疏水相互作用与磷脂分子连接。ABC转运蛋白不仅可转运单糖、氨基酸、脂质等小分子物质,而且可将药物转运出细胞。ABC转运蛋白含2个T区域和2个A区域,结构如图所示。下列叙述正确的是 ( )
99
A.ABC转运蛋白参与的运输方式是主动运输或协助扩散
B.ABC转运蛋白中T区域的亲水性氨基酸数目多于A区域的
C.ABC转运蛋白只容许与自身通道直径和形状适配的分子或离子通过
D.推测与耐药性低的肿瘤细胞相比,耐药性高的细胞膜上有更多的ABC转运蛋白
√
解析:ABC转运蛋白为跨膜蛋白,据图可知,ABC转运蛋白可促进ATP水解,说明该运输方式需要消耗能量,因此其参与的运输方式是主动运输,协助扩散不消耗能量,A错误;磷脂双分子层中磷脂的头部是亲水端,尾部是疏水端,图中ABC转运蛋白中T区域部分埋在磷脂双分子层的内部,说明其具有亲水性和疏水性氨基酸;而A区域分布在磷脂分子头部的一侧,说明其为亲水性蛋白质,但据图无法判断T、A区域亲水性氨基酸数目多少,B错误;只容许与自身通道直径和形状适配的分子或离子通过是通道蛋白的特点,ABC转运蛋白属于载体蛋白,C错误;ABC转运蛋白可以将细胞内的药物转运至细胞外,从而提高细胞的耐药性,因此推测与耐药性低的肿瘤细胞相比,耐药性高的肿瘤细胞的细胞膜上有更多的ABC转运蛋白,D正确。
100
题点(二) 物质进出细胞的方式及其判断
3.细胞运输物质有多种方式,如自由扩散(甲)、协助扩散(乙)、主动运输(丙)、胞吞和胞吐(丁),不同运输方式有不同的特点。①不需要细胞提供能量,没有膜蛋白协助;②被转运物质可不与转运蛋白结合,具有高度选择性;③逆浓度梯度跨膜运输,ATP直接或间接提供能量;④物质包裹在磷脂双分子层中运输;⑤可涉及内质网和高尔基体的膜融合;⑥顺浓度梯度运输,需特异性膜蛋白协助;⑦光能驱动H+跨膜泵入叶绿体类囊体的运输;⑧神经递质在突触间隙的运输方式。下列运输方式与特点或实例对应错误的是( )
A.丙—③⑦ B.乙—②⑥ C.甲—①⑧ D.丁—④⑤
101
解析:神经递质在突触间隙的运输方式为扩散,不涉及跨膜运输,而自由扩散(甲)需跨膜,C符合题意。
√
4.(2025·重庆高考)骨关节炎是一种难以治愈的常见疾病,研究发现患者软骨细胞膜上的Na+通道蛋白明显多于正常人,从而影响NCX载体蛋白对Ca2+的运输,据图分析,下列叙述错误的是 ( )
102
A.Na+通道运输Na+不需要消耗ATP
B.运输Na+时,Na+通道和NCX载体均需与Na+结合
C.患者软骨细胞的Ca2+内流增多
D.与NCX载体相比,Na+通道更适合作为研究药物的靶点
√
解析:Na+通道运输Na+属于协助扩散,协助扩散不需要消耗能量(ATP),A正确;Na+通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,B错误;因为患者软骨细胞膜上Na+通道蛋白增多,会使Na+内流增多,胞内Na+会积累,NCX载体会将胞内过多的Na+逆浓度排到胞外,该过程中使得Ca2+内流增多,C正确;因为患者的Na+通道蛋白明显多于正常人,所以与NCX载体相比,Na+通道更适合作为研究药物的靶点,D正确。
103
[易错提醒]
关注物质进出细胞方式的几个“不一定”
①同一种物质进出细胞的运输方式不一定相同,如人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散,小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输。
②消耗能量的运输方式不一定是主动运输,也可能是胞吞或胞吐;需要载体蛋白的运输方式不一定是主动运输,也可能是协助扩散。
③通过胞吞、胞吐运输的不一定是大分子物质,如神经递质通过胞吐释放;顺浓度运输的方式不一定是自由扩散,也可能是协助扩散。
104
题点(三) 影响物质跨膜运输的因素和实验探究
5.(2026·海东模拟)通透系数是一种衡量物质穿膜能力的指标。一定浓度的某物质以自由扩散的方式穿越生物膜时,其通透系数为10-7cm·s-1;以协助扩散的方式穿越生物膜时,其通透系数为10-2cm·s-1。图中A、B曲线表示该物质的两种跨膜转运方式。下列叙述错误的是( )
105
A.图中A曲线表示自由扩散,B曲线表示协助扩散
B.在B曲线所示运输方式的过程中,被转运物可能会与转运蛋白结合
C.协助扩散中特异的膜蛋白“协助”物质转运,使其通透系数大于自由扩散的
D.改变转运该物质的载体数目,该物质的vmax不会受影响
√
解析:图中A曲线的转运速率与物质浓度成正比,故表示自由扩散;B曲线表示协助扩散,因为其转运速率受到转运蛋白数量的制约,A正确。转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白,在B曲线所示运输方式,即协助扩散过程中,被转运物可能会与载体蛋白结合,B正确;由题干信息可知,协助扩散中特异的膜蛋白“协助”物质转运,使其通透系数大于自由扩散的,C正确;题图中vmax受到转运蛋白数量的限制,因此,改变转运该物质的载体数目,该物质的vmax会受影响,D错误。
106
6.柽柳等耐盐植物能够在盐胁迫逆境中正常生长,如图是其根细胞参与抵抗盐胁迫的部分结构示意图,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重要作用。
107
(1)细胞膜和液泡膜的基本支架是_______________,液泡中能维持较高浓度的某些特定物质,这体现了液泡膜_____________的特点,该特点的结构基础是____________________________________。
108
磷脂双分子层
选择透过性
液泡膜上的载体蛋白具有特异性
解析:细胞膜和液泡膜均属于生物膜,生物膜的基本支架是磷脂双分子层。液泡中能储存较高浓度的某些特定物质,这些特定物质(如Na+)是通过主动运输进入液泡中的,这体现了液泡膜具有选择透过性的特性,该特点的结构基础是液泡膜上的载体蛋白具有特异性。
(2)据图分析,盐胁迫条件下,Na+通过转运蛋白SOS1运出细胞的方式是____________。液泡与细胞质基质中的H+浓度差主要由液泡膜上H+⁃ATP泵来维持,该结构的具体作用是__________________________
____________________________________。
109
主动运输
催化ATP水解提供能量
和作为转运蛋白协助运输H+
解析: 分析题图,Na+通过转运蛋白SOS1运出细胞需要转运蛋白协助,需要H+的浓度差提供能量,属于主动运输。液泡与细胞质基质中的H+浓度差主要由液泡膜上H+⁃ATP泵来维持,该结构的作用是催化ATP水解提供能量和作为转运蛋白协助运输H+。
(3)进一步研究发现,在盐胁迫下大量的Na+持续进入植物根部细胞,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。图中H+的分布差异使Na+在NHX的作用下进入液泡,其意义是_______________________________________________
_________________________________________________ (答出2点)。
110
降低细胞质基质中Na+的浓度,降低其对细胞的伤害,
同时还能提高细胞液的渗透压,增加细胞对水的吸收
解析: 将Na+转运到液泡内的意义是降低细胞质基质中Na+的浓度,降低其对细胞的伤害,同时还能提高细胞液的渗透压,增加细胞对水的吸收。
(4)某研究小组提出:脯氨酸可通过调节柽柳细胞内Na+和K+浓度来增强其应对盐胁迫的能力。据此完善相关实验进行验证。
材料选择:对照组(略);实验组应选取的植株是________(填序号)。
①野生型柽柳植株 ②脯氨酸转运蛋白基因敲除的突变体柽柳植株
培养环境:用一定浓度的NaCl溶液模拟盐胁迫环境。
检测指标:_________________________________________。
实验结果及结论:对照组与实验组的检测结果存在明显差异。
111
②
两组植株细胞内Na+和K+浓度
解析: 要验证脯氨酸可通过调节柽柳细胞内Na+和K+浓度来增强其应对盐胁迫的能力,自变量应该为植株是否含有脯氨酸,因变量为细胞内Na+和K+浓度,外界环境为盐胁迫环境。所以实验组选择②脯氨酸转运蛋白基因敲除的突变体柽柳植株,对照组选择①野生型柽柳植株,在相同盐胁迫条件下培养,检测两组植株细胞内Na+和K+浓度。
112
[归纳拓展] 影响物质运输的因素
①浓度差:主要影响自由扩散和协助扩散。
②转运蛋白数量:影响协助扩散和主动运输。
③能量:影响主动运输和胞吞、胞吐。
④温度:通过影响膜的流动性和酶活性间接影响物质运输速率。
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作业验收评价[对应主题研习(二)]
标 的题目为推荐讲评题目,配有精品课件)
(本作业电子文档配有难度升维题目,供学优生选用;
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一、选择题
1.下列物质进出细胞需要转运蛋白参与的是( )
A.二氧化碳 B.甘油
C.乙醇 D.氨基酸
解析:二氧化碳、甘油、乙醇都是以自由扩散的方式进行跨膜运输,都不需要转运蛋白参与,A、B、C不符合题意;氨基酸可以通过主动运输或协助扩散的方式进行跨膜运输,需要转运蛋白参与,D符合题意。
√
2.下列关于物质跨膜运输的说法,正确的是 ( )
A.肾小管和集合管各区段对Na+具有主动重吸收作用
B.分布于线粒体内膜上的H+转运蛋白只作为H+运输通道
C.相对分子质量小的物质或离子都以自由扩散的方式进出细胞
D.低密度脂蛋白通过转运蛋白介导的胞吞作用进入细胞且消耗能量
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解析:肾小管和集合管对Na+的重吸收主要通过Na+⁃K+泵进行,属于主动运输,各区段均存在主动重吸收过程,A正确;线粒体内膜上的H+转运蛋白可作为H+运输通道也可催化ATP生成,B错误;相对分子质量小的物质或离子可能通过自由扩散、主动运输、协助扩散等方式进出细胞,C错误;低密度脂蛋白通过受体介导的胞吞作用进入细胞,依赖细胞膜上的蛋白质,但不是转运蛋白,且胞吞需消耗能量,D错误。
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3.离子的跨膜运输需转运蛋白的协助,如图为钾离子通道模式图,相关叙述正确的是 ( )
A.通道蛋白对转运的离子具有选择性
B.钾离子通过钾离子通道运输消耗ATP
C.钾离子只能借助钾离子通道进出细胞
D.通道蛋白协助离子运输属于自由扩散
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解析:通道蛋白对离子的转运具有选择性,只允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,A正确;钾离子通过钾离子通道运输时属于协助扩散,该过程不消耗ATP,B、D错误;钾离子也可以通过其他转运蛋白的协助进行跨膜运输,如Na+⁃K+泵,C错误。
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4.(2026·西安模拟)柽柳是强耐盐植物,它的叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排到体外。下列关于物质运输的说法,正确的是 ( )
A.水分子多数通过自由扩散进出细胞,少数以协助扩散方式进出细胞
B.物质通过载体蛋白运输时不需要与其结合
C.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
D.胞吞或胞吐运输的都是生物大分子,离子和较小的有机分子必须借助转运蛋白进出细胞
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解析:水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的,A错误;物质通过载体蛋白运输时需要与其结合,B错误;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,C正确;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,D错误。
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5.研究人员分别用不同浓度的物质X溶液、
物质Y溶液和蔗糖溶液处理大豆叶肉细胞,
绘制的外界溶液浓度对细胞吸收各物质速率的
影响曲线如图。下列叙述错误的是 ( )
A.用物质X溶液处理大豆成熟叶肉细胞时,不会出现质壁分离现象
B.若细胞吸收物质Y的方式为主动运输,则限制吸收速率上升的因素可能是载体蛋白的数量
C.蔗糖溶液浓度低于a时,细胞吸收蔗糖的方式可能是载体蛋白介导的主动运输
D.蔗糖溶液浓度高于a时的曲线变化说明细胞膜上可能存在顺浓度梯度运输蔗糖的转运蛋白
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解析:由细胞吸收物质X的速率曲线可知,其运输方式为自由扩散,故用物质X溶液处理大豆成熟叶肉细胞时,可能会出现质壁分离现象,A错误;若细胞吸收物质Y的方式为主动运输,则限制吸收速率上升的因素可能是载体蛋白的数量,B正确;蔗糖溶液浓度低于a时,细胞吸收蔗糖的速率先迅速增加,然后保持相对稳定,推测此时细胞吸收蔗糖的方式可能是载体蛋白介导的主动运输,C正确;蔗糖溶液浓度高于a时的曲线变化为细胞吸收蔗糖的速率随着蔗糖溶液浓度的升高而升高,说明细胞膜上可能存在顺浓度梯度运输的转运蛋白,D正确。
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6.[多选]细胞内Ca2+与多种生理活动密切相关,而线粒体在细胞钙稳态调节中居核心地位,其参与的部分Ca2+运输过程如图所示。下列有关叙述正确的是 ( )
A.人体内钙元素只能以离子形式存在,钙稳态可保障肌肉的正常功能
B.MCU转移Ca2+至线粒体时,不需要与Ca2+结合,且不需要消耗ATP
C.线粒体基质中的Ca2+通过NCLX进入细胞质基质的方式为主动运输
D.NCLX在运输物质的过程中不具有专一性
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√
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解析:人体内钙元素除了能以离子形式存在,还能以化合态形式存在,如磷酸钙,A错误;据题干信息知,MCU是通道蛋白,MCU转移Ca2+至线粒体时,不需要与Ca2+结合,不需要消耗ATP,B正确;据题干信息知,Ca2+通过通道蛋白由细胞质基质进入线粒体,该过程属于协助扩散,可见细胞质基质Ca2+浓度高于线粒体内,因此,线粒体基质中的Ca2+通过NCLX进入细胞质基质的方式为主动运输,C正确;据题干信息知,转运蛋白NCLX是Na+/Ca2+交换体,即从线粒体运出1个Ca2+的同时,运入3~4个Na+,NCLX在运输物质的过程中具有专一性,D错误。
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7.[多选](2026·大连模拟)研究发现红细胞在清水中容易涨破与其细胞膜上的水通道蛋白(CHIP28)密切相关。为进一步研究该水通道蛋白的功能及影响因素,科研人员对脂质体做了不同的处理,并比较脂质体在清水中涨破的时间,实验结果如下表。下列叙述正确的是 ( )
组别 处理 实验结果
甲 不含CHIP28的脂质体 涨破所需时间较长
乙 插入CHIP28的脂质体 短时间内涨破
丙 插入CHIP28的脂质体+Hg2+ 涨破所需时间较长
丁 插入CHIP28的脂质体+Hg2++物质X 短时间内涨破
注:脂质体为人工合成的仅由磷脂双分子层构成的封闭球状结构。
A.乙组的自变量处理利用了“加法原理”
B.CHIP28提高了水分子自由扩散和协助扩散的速率
C.Hg2+可能对CHIP28的功能具有抑制作用
D.物质X可能与恢复CHIP28的空间结构及功能相关
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解析:分析表格可知,甲、乙两组的区别在于有无水通道蛋白CHIP28,乙组的自变量处理利用了“加法原理”,A正确;有水通道蛋白的乙组脂质体涨破所花时间短于无水通道蛋白CHIP28的甲组,说明CHIP28提高了水分子协助扩散的速率,B错误;乙、丙两组的区别在于Hg2+的有无,丙组加了Hg2+,涨破所需时间长于乙组,说明Hg2+可能对水通道蛋白CHIP28的功能有抑制作用,C正确;丙、丁两组的区别在于物质X的有无,丁组加了物质X,涨破所需时间短于丙组,说明物质X可能与恢复水通道蛋白CHIP28的空间结构及功能有关,D正确。
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8.[多选](2025·烟台三模)拟南芥吸收氮素主要通过细胞膜上的硝酸盐转运蛋白(NRT1.1)来完成。当外界N浓度低时,磷酸化后的NRT1.1借助细胞膜上质子泵形成的H+浓度差转运N;当外界N浓度高时,去磷酸化后的NRT1.1可被动转运N。下列说法正确的是( )
A.与去磷酸化状态相比,NRT1.1磷酸化后空间结构和活性都会发生改变
B.当外界N浓度高时,NRT1.1转运N的速率与N浓度成正比
C.当外界N浓度低时,NRT1.1转运N过程中需要与N结合
D.拟南芥根细胞吸收N的方式有主动运输和协助扩散
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解析:磷酸化会改变蛋白质的空间结构,从而影响其活性,A正确;由题干信息可知,外界N浓度高时,NRT1.1转运N的方式为协助扩散,协助扩散的速率在一定浓度范围内与浓度成正比,但转运蛋白饱和后速率不再增加,B错误;外界N浓度低时NRT1.1主动转运N过程中需要与N结合,C正确;由以上分析可知,当外界N浓度低时,拟南芥根细胞吸收N的方式为主动运输(依赖H+浓度差),浓度高时为协助扩散,D正确。
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二、非选择题
9.(8分)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______________。(1分)
选择透过性
解析: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。
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(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_____________。(1分)
协助扩散
解析: 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。
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(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________
_________________________________。(3分)
降低
发生磷酸化,导致其自身构象改变
载体蛋白
解析: 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,导致其自身构象改变,进而运输H+。
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(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____________________________。(1分)
解析: 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。
进行细胞间信息交流
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(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图。
与25 ℃相比,4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低的
主要原因是________________________________________________
_________________________________________。(2分)
磷酸盐的吸收为主动运输,温度较低时,酶的活性较低,呼吸速率较慢,为主动运输提供的能量较少
解析: 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属于主动运输,需要消耗细胞呼吸提供的能量,而与25 ℃相比,4 ℃温度较低,酶的活性较低,会导致呼吸速率较低,为主动运输提供的能量较少,因此与25 ℃相比,4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低。
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10.(9分)(2026·开封模拟)高盐环境下粮食作物会大量减产。在盐化土壤中,大量Na+顺浓度梯度迅速流入细胞,形成胁迫,影响植物正常生长。耐盐植物可通过Ca2+介导的离子跨膜运输,减少Na+在细胞内的积累,从而提高抗盐胁迫的能力,其主要机制如图所示。请回答问题:
注:H+泵可将胞内H+排到胞外,形成膜内外H+浓度梯度。膜外H+顺浓度梯度经转运蛋白C流入胞内的同时,可驱动转运蛋白C将Na+排到胞外。
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(1)在盐胁迫下,Na+进入细胞的方式和H+进入细胞的方式__________
(填“相同”或“不同”)。(1分)
解析:根据题图分析可知,在盐胁迫下,Na+进入细胞的方式和H+进入细胞的方式相同,均为协助扩散。
相同
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(2)若使用ATP抑制剂处理细胞,Na+的排出量会明显减少,其原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3分)
解析: 由题图可知,胞内H+排到胞外的过程需要H+泵协助和ATP供能,从而形成膜内外H+浓度梯度,膜外H+顺浓度梯度经转运蛋白C流入胞内,同时驱动转运蛋白C将Na+排到胞外,若使用ATP合成抑制剂处理细胞,则会使H+排出细胞的量减少,膜内外H+浓度差降低,膜外H+顺浓度梯度经转运蛋白C流入胞内的量减少,进而导致经转运蛋白C外流的Na+量减少。
使用ATP抑制剂处理细胞会导致细胞经H+泵主动运输到胞外的H+量减少,膜内外H+浓度差降低,胞外H+顺浓度梯度经转运蛋白C流入胞内的量减少,进而导致经转运蛋白C外流的Na+量减少(合理即可)
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(3)据图分析,在高盐胁迫下,耐盐植物的根细胞会借助Ca2+调节相关离子转运蛋白的功能:一方面胞外Ca2+直接_________________,减少Na+进入细胞;另一方面,胞外Ca2+促进转运蛋白B将Ca2+转运到细胞内,以及通过__________________________________________,间接促进转运蛋白B将Ca2+转运到细胞内,从而促进转运蛋白C将Na+排到胞外,以降低细胞内Na+浓度。(3分)
抑制转运蛋白A
胞外Na+与受体结合,促进胞内H2O2浓度上升
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解析: 据图分析,在高盐胁迫下,耐盐植物的根细胞会借助Ca2+调节相关离子转运蛋白的功能:一方面胞外Ca2+直接抑制转运蛋白A,从而使经转运蛋白A进入胞内的Na+量减少;另一方面,胞外Ca2+促进转运蛋白B将Ca2+转运到细胞内,以及通过胞外Na+与受体结合,促进胞内H2O2浓度上升,间接促进转运蛋白B将Ca2+转运到细胞内,从而促进转运蛋白C将Na+排到胞外,以降低细胞内Na+浓度。
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(4)根据植物抗盐胁迫的机制,提出农业生产上促进盐化土壤中耐盐作物增产的措施:__________________________________________________
_____________________(答出一点即可)。(2分)
增施钙肥(或增加土壤中Ca2+浓度);通过灌溉稀释土壤盐浓度(答出一点即可)
本课结束
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