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(Word教参)-【新高考方案】2027年高考生物一轮总复习（鲁、辽、湘、冀、苏、吉、黑、赣、内蒙古）

该高中生物学讲义聚焦细胞结构与功能、物质跨膜运输及观察类实验等高考核心考点，以新情境问题结合科研材料构建知识网络，通过内蕴知识融通梳理考点，迁移创新训练指导方法，真题演练强化应用，形成系统且针对性的复习路径。 资料突出新情境破译与实验系统整合特色，如核仁与核糖体部分结合高考题分析原核真核差异培养科学思维，离子泵通过材料解析主动运输机制强化结构与功能观，设置分层练习与即时反馈，助力学生高效突破难点，为教师把控复习节奏提供实用指导。

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)　核仁与核糖体的形成 [科普科研材料] 　　核仁是核糖体形成的工厂,含有rDNA,即转录rRNA的基因,rDNA是位于部分染色体上的DNA。核糖体的合成是由RNA聚合酶介导rDNA转录,产生的rRNA前体经加工,并与蛋白质组装成核糖体的两个亚基,然后经过核孔进入细胞质,与mRNA结合形成具有翻译能力的核糖体,翻译完成后核糖体又解聚为两个亚基,如图所示。 [内蕴知识融通] (1)核糖体的组成成分有______________________;代谢旺盛的细胞中核仁较大,其意义是______________ ________________________________________________________________________________________。 (2)核糖体小亚基和大亚基是在___________中合成的,是在______________________组装成核糖体的。  (3)细胞质中合成的核糖体蛋白经过________________运输进入细胞核。  (4)rRNA前体是由rRNA与核糖体蛋白组成的一种核酸—蛋白质复合物,请再举两例核酸—蛋白质复合物: 　。 答案:(1)rRNA 和蛋白质　便于形成更多的核糖体参与蛋白质的合成　(2)细胞核(或核仁)　细胞质基质　(3)核孔　(4)染色质(体)、DNA⁃DNA聚合酶、DNA⁃RNA聚合酶、RNA⁃逆转录酶、RNA⁃RNA复制酶、DNA⁃解旋酶等 [迁移创新训练] 1.(2023·山东高考)细胞中的核糖体由大、小2个亚基组成。在真核细胞的核仁中,由核rDNA转录形成的rRNA与相关蛋白组装成核糖体亚基。下列说法正确的是 (　　) A.原核细胞无核仁,不能合成rRNA B.真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成 C.rRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子 D.细胞在有丝分裂各时期都进行核DNA的转录 解析:选B　原核细胞无核仁,但有核糖体,核糖体由rRNA和蛋白质组成,因此原核细胞能合成rRNA,A错误;核糖体是蛋白质合成的场所,真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成,B正确;mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基构成一个密码子,C错误;在有丝分裂的分裂期,细胞中的染色质高度螺旋化变成染色体,此时无法进行转录,D错误。 2.细胞核是遗传物质储存和复制的主要场所,也是细胞代谢的控制中心,核糖体是蛋白质合成的场所。下图是细胞核调控核糖体合成的示意图,相关叙述正确的是 (　　) A.核糖体蛋白质可自由通过核孔复合体,不需要消耗能量 B.核仁是合成rRNA和蛋白质的场所 C.大亚基与小亚基组装成核糖体是在细胞质中完成的 D.图中有关核糖体的增殖发生在细胞分裂期 解析:选C　核孔复合体具有选择透过性,物质不能自由通过,核糖体蛋白质在细胞质中合成后进入细胞核是需要消耗能量的,A错误;蛋白质不在细胞核中合成,而是在细胞质中的核糖体上合成的,B错误;从图中可知核糖体大亚基和小亚基在细胞核中合成,在细胞质中组装成核糖体,C正确;核糖体增殖发生在细胞分裂前的间期,D错误。 3.(2026·福州模拟)沉降系数(S)是离心时每单位重力的物质或结构的沉降速度。真核细胞的核糖体沉降系数大约为80S,若降低溶液中Mg2+浓度,核糖体可解离为60S与40S的大、小亚基。下列叙述正确的是 (　　) A.直接将真核细胞裂解液高速离心后即可获得核糖体 B.80S的核糖体解离为60S、40S两个亚基与其空间结构改变有关 C.线粒体、叶绿体和细胞核的沉降系数均小于80S D.降低Mg2+浓度后,核糖体蛋白质中肽键被破坏从而解离 解析:选B　离心时主要是采取逐渐提高离心速率分离不同大小颗粒的方法,若细胞裂解液中含有比核糖体大的颗粒时,直接将真核细胞裂解液高速离心后不一定能获得核糖体,A错误;由题意可知,80S的核糖体解离为60S、40S两个亚基与其空间结构改变有关,B正确;由题意可知,物质的质量和密度越大,其沉降系数就越大,线粒体、叶绿体和细胞核的质量均大于核糖体,它们的沉降系数均大于80S,C错误;降低Mg2+浓度后,核糖体可解离为60S与40S的大、小亚基,此时,核糖体蛋白质中的肽键没有被破坏,D错误。 新情境问题(二)　离子泵、质子泵与特殊跨膜运输 Ⅰ.离子泵、质子泵与物质跨膜运输 [科普科研材料] 　　材料1　钠钾泵是动物细胞膜上一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白,能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子,其对离子的循环转运依赖磷酸化和去磷酸化过程,具体过程如甲图所示,钠钾泵的存在对于维持细胞内外钠钾离子浓度具有重要意义。而胃壁细胞膜上具有另外一种物质运输的载体蛋白——质子泵(H+⁃K+⁃ATP 酶),对胃酸的分泌及胃的消化功能具有重要的生理意义,其作用机理如乙图所示。 　　材料2　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。图丙是常见的两种质子泵。 [内蕴知识融通] (1)生物膜的基本支架是___________,生物膜上有质子泵体现了生物膜有______________________的功能。 (2)钠钾泵的化学本质是______________________,其功能是______________________。动物一氧化碳中毒 _________(填“会”或“不会”)降低离子泵跨膜运输离子的速率,加入蛋白质变性剂_____________________(填“会”或“不会”)降低离子泵跨膜运输离子的速率。  (3)在膜内侧,钠离子同钠钾泵结合激活了其作为ATP水解酶的活性,催化ATP分子末端的磷酸基团脱离下来与钠钾泵结合,从而使钠钾泵发生磷酸化。在此过程中ATP的主要作用是___________________________ ___________________________________________。 (4)图乙中,K+通过质子泵的跨膜运输方式属于______________________,判断理由是____________________________________________。空腹时,胃壁细胞分泌到胃腔中的H+过多,易引起胃溃疡。奥美拉唑对胃溃疡有一定的治疗作用,请结合图乙推测出奥美拉唑治疗胃溃疡的机理:_____________ ______________________________________________。 (5)据图丙分析,V型质子泵转运 H+的方式为______________________, 判断依据是______________________ _______________。溶酶体膜上分布着大量的V型质子泵,推测这些V型质子泵的作用___________________________________________________________________________________。 (6)H+顺浓度梯度跨过F型质子泵,从而驱动ATP的合成,据此推测植物叶肉细胞中,F型质子泵分布在____________________________________________膜上(写出2种即可)。  答案:(1)磷脂双分子层　控制物质进出、进行能量转化　(2)蛋白质　运输和催化　会　会　(3)水解提供能量,提供磷酸基团,使钠钾泵发生磷酸化反应　(4)主动运输　消耗ATP,由低浓度到高浓度运输,需要载体蛋白　奥美拉唑通过抑制质子泵活性,降低胃腔中H+的含量　(5)主动运输　转运过程是逆浓度运输,且消耗能量　逆浓度转运H+进入溶酶体,调节溶酶体的pH,进而影响溶酶体内水解酶的活性　(6)线粒体内膜、叶绿体类囊体 Ⅱ.特殊跨膜运输及其能量供应机制 [科普科研材料] 　　材料1　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(所需能量由H+顺浓度梯度运输产生的势能提供)并储存,如图1所示。 　　材料2　氮素是植物需求量较大的矿质元素,也是植物生长发育的主要限制因子之一。N和N是植物利用的主要无机氮源,二者的相关转运机制如图2所示。当N作为主要氮源时,会引起细胞内N积累和细胞外酸化,进而抑制植物生长,这种现象被称为铵毒。已知 AMTs、H+泵、NRT1.1和SLAH3是膜上的转运蛋白。 [内蕴知识融通] (1)若加入H+焦磷酸酶抑制剂,则Ca2+通过CAX跨膜运输的速率将会__________(填“加快”或“减慢”),原因是_____________________________________________________________________________________。  (2)氮元素是农作物生长所需的大量元素,根细胞吸收的氮元素可用来合成的有机大分子是_________________________________(答出2点)。  (3)由图2分析,N通过AMTs进入细胞的方式是______________________。N通过 NRT1.1 进入细胞的方式是______________________,判断依据是 　。  (4)结合以上信息分析,引起细胞外酸化的分子机制是_______________________________________________。在农业生产上,为缓解铵毒可采取的施肥措施是_______________________________________________。 (5)研究发现,拟南芥 NRT1.1 和SLAH3参与了解铵毒的过程,据图2可知其解铵毒的机制:一方面,当过量N的吸收造成了植物根周围的显著酸化,植物感知这种胁迫信号后,______________________________ __________________________________________,缓解了铵毒。另一方面,由于外界N浓度较低,植物抑制根周围酸化的能力很有限,此时植物调用SLAH3,使其介导 N的外流,在胞外维持一定浓度的N以供NRT1.1继续转运,从而使N发生持续的跨膜流动,进而达到解铵毒的作用。  (6)现有拟南芥的NRT1.1基因单突变体、SLAH3 基因单突变体、NRT1.1 ⁃SLAH3 基因双突变体及正常的拟南芥若干,请设计实验证明在解铵毒的过程中,NRT1.1和SLAH3共同起作用,缺一不可。要求简要写出实验思路并预期实验结果。 实验思路:__________________________________________________________________________________。 预期实验结果:_____________________________________________________________________________。 答案:(1)减慢　H+焦磷酸酶抑制剂会抑制H+进入液泡,使液泡内H+浓度降低,液泡膜两侧H+浓度差减小,为运输Ca2+提供的能量减少　(2)蛋白质、核酸　(3)协助扩散　主动运输　N逆浓度梯度运输,需要能量　(4)N作为主要氮源,使细胞内N积累,导致细胞内H+增多,H+外流增多引起细胞外酸化　施加硝态氮(N)肥　(5)调用NRT1.1来加速对胞外N/H+的同向转运,从而降低了胞外H+浓度　(6)取相同数量、生理状态一致的拟南芥的NRT1.1基因单突变体、SLAH3基因单突变体、NRT1.1⁃SLAH3基因双突变体及正常拟南芥分成四组,分别培养到过量施用N造成酸化的土壤中,一段时间后,观察这四组拟南芥的生长情况　NRT1.1⁃SLAH3基因双突变体组拟南芥的生长被抑制最严重 [迁移创新训练] 1.下图表示海水稻(耐盐碱水稻)与抗逆性相关的生理过程,SOS1和NHX的活性受磷酸化和去磷酸化的调控。下列叙述错误的是 (　　) A.Na+外排和液泡区隔化可降低细胞质基质中Na+浓度以减轻Na+毒害 B.H+运入细胞可建立H+浓度梯度,为SOS1提供驱动力,促进Na+排出 C.SOS1和NHX磷酸化和去磷酸化的动态平衡参与维持细胞内离子稳态 D.海水稻通过胞吐分泌抗菌蛋白抵御病原体的侵染是其适应环境的表现 解析:选B　结合图示可知,Na+可以通过SOS1运出细胞,也可以通过NHX运入液泡(液泡区隔化),从而降低细胞质基质中Na+浓度以减轻Na+毒害,A正确;H+运出细胞和运入液泡时,可以建立H+浓度梯度,为SOS1提供驱动力,促进Na+排出,B错误;据图所示,SOS1和NHX参与Na+和H+的运输,物质通过两种载体蛋白运输时,载体蛋白会发生磷酸化和去磷酸化过程,因此SOS1和NHX磷酸化和去磷酸化的动态平衡参与维持细胞内离子稳态,C正确;图示表明海水稻分泌抗菌蛋白的方式是胞吐,抗菌蛋白可用于抵御病原体的侵染,这是其适应环境的表现,D正确。 2.[多选]下图为人体成熟红细胞相关物质跨膜运输方式,a、b、c和 d表示不同的转运蛋白,a是载体蛋白,b是转运HC的转运蛋白。下列相关叙述正确的是 (　　) A.蛋白a转运葡萄糖进入红细胞时自身构象会发生改变 B.蛋白b转运HC跨膜时需消耗膜两侧Cl-浓度差形成的化学势能 C.蛋白c转运 K+所需的 ATP 主要来自红细胞的有氧呼吸 D.蛋白d介导的 H2O分子进出红细胞的速率低于自由扩散 解析:选AB　蛋白a是载体蛋白,转运葡萄糖进入红细胞时与葡萄糖结合,自身构象发生改变,A正确;细胞外Cl-的浓度更高,蛋白b转运 HC跨膜时需消耗Cl-顺浓度梯度跨膜运输产生的化学势能,为主动运输,B正确;人体成熟红细胞细胞器退化消失,蛋白c转运K+所需的 ATP 主要来自红细胞的无氧呼吸,C错误;蛋白d介导的 H2O分子进出红细胞的运输方式为协助扩散,速率高于自由扩散,D错误。 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细胞 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 2.观察类实验一般操作流程 [专题提能训练] 1.(2025·陕晋宁青高考)对下列关于中学生物学实验的描述,错误的是 (　　) ①探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用　②观察植物细胞的质壁分离现象　③探究培养液中酵母菌种群数量的变化　④观察植物细胞的有丝分裂 ⑤观察叶绿体和细胞质的流动　⑥DNA的粗提取与鉴定 A.①⑥通过观察颜色判断实验结果 B.③⑥均须进行离心操作 C.②④均可使用洋葱作为实验材料 D.②⑤实验过程均须保持细胞活性 解析:选B　①⑥要通过观察颜色变化,判断实验结果;⑥可以进行离心处理,而③不须离心处理;②④均可选用洋葱作为实验材料;②⑤实验过程均须保持实验材料的活性。B符合题意。 2.(2025·浙江1月选考)某同学利用幼嫩的黑藻叶片完成“观察叶绿体和细胞质流动”实验后,继续进行“质壁分离”实验,示意图如下。 下列叙述正确的是 (　　) A.实验过程中叶肉细胞处于失活状态 B.①与②的分离,与①的选择透过性无关 C.与图甲相比,图乙细胞吸水能力更强 D.与图甲相比,图乙细胞体积明显变小 解析:选C　实验过程中叶肉细胞需具有活性,否则无法完成实验,A错误;细胞膜能控制物质进出细胞,是选择透过性膜,在质壁分离过程中,①与②的分离与①(细胞膜)的选择透过性有关,B错误;与图甲相比,图乙的细胞液的浓度更大,细胞吸水能力更强,C正确;细胞壁的伸缩性有限,与图甲相比,图乙细胞体积没有明显变小,D错误。 3.[多选]为探究重金属Cr6+对蚕豆根尖细胞有丝分裂的影响,将萌发的蚕豆种子在胚根长到1 cm时,转入盛有一定浓度Cr6+溶液的培养皿中浸泡处理,每隔24 h更换溶液,处理72 h后,制作有丝分裂装片,镜检、观察,拍摄到如甲、乙所示的两幅图片,相关叙述正确的是 (　　) A.制作有丝分裂装片时解离的时间要适当,确保根尖组织细胞分散 B.装片中单层细胞区比多层细胞区更容易找到理想的分裂期细胞 C.图甲所示细胞中姐妹染色单体正在分离,部分染色体出现断裂现象 D.图乙所示细胞处于分裂末期,箭头所指微核是由断裂的染色体形成的　 解析:选ABD　制作洋葱根尖分生区组织细胞有丝分裂装片时,解离的时间不能过短或过长,否则会导致根尖细胞重叠或过于酥软,不利于后续操作,A正确;如果解离不充分或压片不充分,会使细胞多层重叠影响观察效果,装片中单层细胞区比多层细胞区更易找到理想的分裂期细胞,B正确;图甲细胞中姐妹染色单体并未出现分离现象,但部分染色体出现了断裂,C错误;图乙细胞一分为二,处于分裂末期,箭头所指为细胞中断裂的染色体片段由于在细胞分裂末期不能进入子细胞核,而成了细胞核外的团块,称为微核,D正确。 $