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【备考2023】高中生物新教材一轮复习学案
第6讲　细胞的物质输入和输出
[素养目标]
1．基于不同生物膜上蛋白质的种类和数量不同，理解生物膜的功能特性——选择透过性。(生命观念)
2．通过学习观察植物细胞的吸水和失水实验，掌握与植物细胞质壁分离和复原实验有关的实验设计方法。(科学探究)
　水分进出细胞的原理
1．渗透作用的原理
2．动物细胞的吸水和失水
[提醒]　渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，平衡状态下，水分子向两侧移动的速率相等，不可看作没有水分子移动，此时半透膜两侧溶液浓度也不一定相等。
3．植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
[提醒]　(1)原生质层≠原生质体
原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜。由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成。原生质体是去除了植物细胞壁以后所剩下的植物细胞结构。
(2)半透膜≠选择透过性膜
半透膜是无生物活性的物理性膜，物质能否通过取决于分子的大小。选择透过性膜是具有生物活性的生物膜，转运蛋白的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。
1．(必修1 P62“问题探讨”)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度。(×)
2．(必修1 P63“思考·讨论”)红细胞吸水与失水的多少取决于红细胞内外溶液浓度的差值。(√)
3．(必修1 P63正文)植物细胞内的液体环境主要指的是细胞质基质中的细胞液。(×)
4．(必修1 P64“探究·实践”)在不染色的条件下，最适合观察细胞质壁分离现象的是紫色洋葱根尖分生区细胞。(×)
5．为研究植物细胞质壁分离现象，某同学将某植物的叶表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象。细胞内甲物质的浓度高于细胞外甲物质的浓度。(×)
1．必修1 P62“问题探讨”拓展：玻璃纸是一种半透膜，细胞膜能够控制物质进出细胞，有人说细胞膜与半透膜类似，又有所不同，你能说出其中的原因吗？
提示：半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于微粒的大小；细胞膜属于选择透过性膜，选择透过性膜是具有活性的生物膜，不同物质的通过性不仅取决于分子大小，还与细胞的需求有关。因此细胞膜和半透膜类似，又有所不同。
2．必修1 P67“拓展应用”拓展：温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？请提出假设，并设计检验该假设的实验方案。
提示：温度会影响水分通过半透膜的扩散速率。在一定温度范围内，提高温度会加快水分通过半透膜的速率；而降低温度则减缓水分通过半透膜的速率。实验方案设计如下：按教材第62页中的“渗透现象示意图”组装好三组装置。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，记录液面变化及时间。
1．溶质不能透过半透膜的渗透装置分析[科学思维]
(1)水分子的流动方向判断：图中当溶液浓度S1＞S2时，流向S1的水分子多于流向S2的水分子，水分子总体趋势是通过半透膜由S2流向S1；当溶液浓度S1＜S2时，流向S2的水分子多于流向S1的水分子，水分子总体趋势是通过半透膜由S1流向S2。渗透达到平衡时，Δh不再变化，半透膜两侧的水分子运动速度相同，此时水分子不是静止不动的。
(2)溶液的浓度大小判断：Δh不变时，S1、S2浓度的大小关系为：S1＞S2，原因是液面高的一侧形成的压强会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。
(3)如果将半透膜换成纱布：不会产生渗透现象。
2．渗透作用实验装置的拓展应用[科学探究]
(1)验证渗透作用发生的条件
(2)比较不同溶液浓度的大小
比较项目 漏斗内 烧杯内
溶液浓度 M N
现象及结论 ①若漏斗内液面上升，则M＞N ②若漏斗内液面不变，则M＝N ③若漏斗内液面下降，则M＜N
(3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)
烧杯内盛淀粉溶液 漏斗内盛碘液 结论
变蓝 不变蓝 碘能通过半透膜，而淀粉不能
不变蓝 变蓝 淀粉能通过半透膜，而碘不能
变蓝 变蓝 淀粉和碘都能通过半透膜
不变蓝 不变蓝 淀粉和碘都不能通过半透膜
[探究意图：以水分子跨膜运输为情境考查科学思维]
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)。
(1)若将人的成熟红细胞放入清水中，会出现图________所示现象，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，会出现图________所示现象，达到平衡时，水分子进出细胞的状况是图________所示。
(3)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态，一段时间内细胞体积增大，最终________(填“会”或“不会”)涨破，原因是________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：(1)甲　成熟红细胞发生渗透作用，从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子，因此细胞吸水　(2)丙　乙　(3)不会　植物细胞的细胞壁有支持和保护作用
突破点1　围绕渗透作用的原理及应用，考查科学思维能力
1．如图为一个渗透装置，假设溶质分子或离子不能通过半透膜，实验开始时，液面a和b平齐。下列判断不正确的是(　　)
A．如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则液面a会下降，液面b会上升
B．如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，则液面a会上升，液面b会下降
C．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的浓度不一定相等
D．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的渗透压一定相等
解析：当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，由于两侧的液面高度可能不同，因此甲、乙溶液的渗透压不一定相等，D项错误。
答案：D
2．(2022·湖北四地七校联考)某兴趣小组用图甲研究渗透作用，a和b均为蔗糖溶液，c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是(　　)
A．烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度
B．若t2时刻在烧杯中加入蔗糖酶，则Δh最终将变小
C．t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同
D．若t2时刻在漏斗中加入蔗糖酶，则Δh将先变大后变小
解析：分析图乙，Δh先增加后趋于稳定，说明漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中蔗糖溶液浓度，A错误；若t2时刻在烧杯中加入蔗糖酶，蔗糖分解为单糖，烧杯内溶液浓度会升高，由于c允许单糖通过，继而烧杯内溶液浓度会下降，则Δh将先变小后变大，B错误；t2时刻半透膜两侧水分子进出速度相等，但是由于漏斗与烧杯的液面不一样高，所以膜两侧溶液浓度不相等，C错误。
答案：D
渗透装置中溶液渗透方向与浓度的判断
突破点2　围绕动植物细胞吸水与失水分析，考查科学思维能力
3．为研究成熟植物细胞的渗透吸水，设计简易渗透吸水装置如图甲所示，图甲中漏斗液面上升的高度与时间的关系如图乙所示。一成熟植物细胞放在某外界溶液中发生的一种状态(此时细胞有活性)如图丙所示。下列相关叙述错误的是(　　)
A．由图甲中漏斗液面上升可知，实验开始时b液体的浓度大于a液体的浓度
B．由图乙可知，图甲中漏斗里溶液的吸水速率会一直下降
C．图丙中相当于图甲中c结构的是③④⑤
D．把图丙所示状态的细胞放在蒸馏水中，会发生质壁分离复原
解析：据图甲分析，漏斗液面上升，水分从低浓度溶液流向高浓度溶液，故溶液浓度b大于a，A正确；由图乙可知，图甲中漏斗里液面上升的高度与时间在开始时呈正相关，但随着时间的推移，上升幅度减小直至不再上升，说明溶液的吸水速率在不断下降，直到为0，B错误；图丙中相当于图甲中c结构的是③④⑤，即原生质层，C正确；把图丙所示状态的细胞放在蒸馏水中，细胞吸水，会发生质壁分离复原，D正确。
答案：B
4．(多选) (2022·山东潍坊模拟)取某一红色花冠的2个大小相同、生理状态相似的花瓣细胞，将它们分别放置在甲、乙两种溶液中，测得细胞失水量的变化如图1，液泡直径的变化如图2，下列叙述正确的是(　　)
A．第4 min后乙溶液中细胞由于失水过多而死亡
B．甲、乙两种溶液的浓度不同，溶质也不可能相同
C．第2 min前乙溶液中花瓣细胞的失水速率小于甲溶液
D．图2中曲线Ⅰ和图1中乙溶液细胞失水量曲线对应
解析：第4 min后乙溶液中细胞吸水，发生了质壁分离复原，A错误；图1中两条曲线的差异是甲、乙溶液溶质不同造成的，甲溶液中的溶质不能被细胞吸收，乙溶液中的溶质可以被细胞通过主动运输的方式吸收，但两种溶液的浓度可能相同，B错误；据图1中第2 min 前两曲线的变化趋势可知，处于甲溶液中的花瓣细胞的失水速率大于乙溶液，C正确；分析图2可知，曲线Ⅰ中液泡先变小后恢复到原样，与乙溶液中细胞失水量曲线对应，曲线Ⅱ中液泡先变小后维持不变，与甲溶液中细胞失水量曲线对应，D正确。
答案：CD
1．对于植物细胞来说，单位时间内，水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外液体的浓度不一定相等，理由是_______________________________________________________。
提示：植物细胞有细胞壁的支持、保护作用，当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时，有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度
2．将若干生理状况基本相同，长度为4 cm的鲜萝卜条分为四组，分别置于清水(对照组)和浓度相同的三种溶液中(实验组)，尿素溶液、KNO3溶液和蔗糖溶液分别编号为1、2、3组。测量每组萝卜条的平均长度，结果如图。据图分析回答下列问题。
(1)1组中的尿素分子和2组中的K＋、NO都进入了细胞，尿素分子进入细胞的方式为________，K＋、NO进入细胞的方式为________。
(2)3组中，如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条会不会一直缩短？________，理由是
________________________________________________________________________。
提示：(1)自由扩散　主动运输
(2)不会　如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条就会缩短，但由于细胞壁的支持和保护作用，不可能无限缩短
　物质进出细胞的方式
1．被动运输
2．主动运输
[提醒]　同种物质跨膜运输的方式不一定相同
某物质进出细胞的方式并非固定一种。如葡萄糖进入红细胞是协助扩散，而葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输，要视具体情况而定。再如静息电位形成时K＋外流与动作电位形成时Na＋内流均为协助扩散；但K＋、Na＋在其他细胞中的跨膜运输一般为主动运输。
3．胞吞与胞吐
[提醒]　影响物质跨膜运输的四点提醒
(1)运输速率与O2浓度无关的除自由扩散外，还有协助扩散。
(2)影响协助扩散运输速率的因素除转运蛋白数量外，还有浓度差。
(3)抑制某转运蛋白的活性，只会导致该转运蛋白转运的物质运输受到影响，对其他物质的运输无影响。
(4)抑制细胞呼吸，所有以主动运输方式跨膜的物质运输都会受到影响。
1．(必修1 P66正文)水分子和脂溶性小分子有机物都可以通过自由扩散进入细胞。(√)
2．(必修1 P67正文)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。(√)
3．(必修1 P69正文)一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。(√)
4．(必修1 P69正文)轮藻细胞中K＋浓度比它们生活的水环境高63倍，说明轮藻吸收K＋的方式为主动运输。(√)
5．(必修1 P72正文)胞吞、胞吐依赖于膜的流动性，主动运输、协助扩散与膜的流动性无关。(×)
1．必修1 P70 “与社会的联系”拓展：囊性纤维化是细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na＋和Cl－的跨膜运输，这一事例说明这种蛋白质属于细胞膜上的哪种蛋白？也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是怎样通过细胞膜来实现的？引起囊性纤维化疾病的直接原因和根本原因分别是什么？
提示：载体蛋白。细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上的转运蛋白的种类和数量或转运蛋白空间结构的变化来实现的。直接原因是转运氯离子的载体蛋白功能发生异常，根本原因是由于三个碱基缺失造成基因突变。
2．必修1 P72“与社会的联系”拓展：引发阿米巴痢疾的原因是什么？
提示：在人体肠道内寄生的一种变形虫——痢疾内变形虫，能通过胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞，并引发阿米巴痢疾。
1．比较物质进出细胞的方式[科学思维]
(1)小分子物质进出细胞的方式
物质出入细 胞的方式 被动运输 主动运输
自由扩散 协助扩散
图例
续表
物质出入 细胞的方式 被动运输 主动运输
自由扩散 协助扩散
运输方向 高浓度→低浓度 低浓度→高浓度
是否需要 转运蛋白　 不需要 需要 需要(载体蛋白)
是否消耗能量 不消耗 不消耗 消耗
举例 O2、CO2、甘油、乙醇等 人的红细胞吸收葡萄糖、肾小管细胞吸收水 小肠上皮细胞吸收氨基酸
(2)大分子物质进出细胞的方式
物质出入细胞的方式 胞吞 胞吐
图例
运输方向 胞外→胞内 胞内→胞外
是否需要转运蛋白 不需要转运蛋白，但需要与特定的膜蛋白结合
是否消耗能量 消耗 消耗
举例 变形虫摄取食物 分泌蛋白的分泌
[提醒]　物质进出细胞方式的3点提醒
(1)RNA和蛋白质等大分子物质通过核孔进出细胞核，而不是通过胞吞、胞吐作用。
(2)通过胞吐运输的不一定都是大分子物质，也可能是小分子物质，如某些神经递质的释放。
(3)自由扩散、协助扩散、主动运输体现了生物膜的选择透过性；胞吞、胞吐体现了生物膜的流动性。
2．被动运输和主动运输影响因素的分析[科学思维]
(1)浓度差对物质跨膜运输的影响
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受转运蛋白数量的限制。
(2)转运蛋白数量对跨膜运输的影响
转运蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，协助扩散中转运蛋白数量越多，运输速率越大；主动运输中载体蛋白数量达到一定程度后运输速率不再增加，原因可能是受能量供应限制。自由扩散不受转运蛋白数量的影响。
(3)氧气含量对跨膜运输的影响：通过影响细胞呼吸进而影响主动运输的速率。
①P点时：无氧呼吸为物质的运输提供能量。
②PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率越大。
③Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他限制因素的影响，运输速率不再增加。
(4)温度
3．探究物质跨膜运输方式的实验设计思路[科学探究]
(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
[探究意图：以物质出入细胞为情境信息考查科学思维]
　根据下图回答相关问题：
(1)完成图中填空。
(2)分析物质进出细胞的有关图像。
①图示物质进出细胞的方式是____________________________________________，
判断的依据是___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②图示的运输方式可以逆浓度梯度进行吗？________________________________
________________________________________________________________________。
③只要是消耗能量的运输方式就是主动运输吗？______________________________
________________________________________________________________________。
提示：(1)主动运输　协助扩散　(2)①协助扩散　图中物质顺浓度梯度运输，需要载体蛋白协助，但不消耗能量，为协助扩散　②不能，逆浓度梯度运输一定消耗能量　③不一定，消耗能量的运输方式除了主动运输外，还有胞吞和胞吐
突破点1　结合物质进出细胞方式的判断，考查生命观念与科学思维能力
1．下列关于人体内物质出入细胞方式的叙述，错误的是(　　)
A．水盐平衡的调节过程中，肾小管上皮细胞对水的重吸收属于被动运输
B．肌肉细胞中的葡萄糖彻底氧化分解的产物可以通过自由扩散运出细胞
C．血液中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞的方式为主动运输
D．神经细胞产生的小分子物质是以主动运输或者被动运输的方式被运出细胞的
解析：水盐平衡的调节过程中，肾小管上皮细胞对水的重吸收属于被动运输，A正确；肌肉细胞中的葡萄糖彻底氧化分解的产物是CO2和H2O，二者进出细胞的方式都可以是自由扩散，B正确；血液中的碘浓度低于甲状腺滤泡上皮细胞中的碘浓度，因此血液中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞的方式为主动运输，C正确；神经细胞产生的某些小分子物质如神经递质通过胞吐方式被运出细胞，D错误。
答案：D
2．如图为水分子进入细胞的两种方式，下列有关叙述错误的是(　　)
A．通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质
B．肾小管和集合管对水分的重吸收主要与水通道蛋白有关
C．水通道蛋白还能允许一部分离子通过，该过程属于主动运输
D．水分子通过水通道蛋白的运输属于被动运输，不需要细胞代谢供能
解析：水通道蛋白属于贯穿类蛋白质，A正确；肾小管和集合管对水分的重吸收主要依赖于水通道蛋白的协助扩散，B正确；水通道蛋白的作用具有专一性，其跨膜运输水分子的过程不需要细胞代谢供能，C错误，D正确。
答案：C
“三看法”判断物质出入细胞的方式
突破点2　借助物质跨膜运输的影响因素及分析，考查科学思维与科学探究能力
3．如图表示对某种细胞使用呼吸抑制剂后，该细胞对某物质的吸收速率与细胞内外该物质浓度差的关系。下列有关叙述错误的是(　　)
A．这种物质进入该细胞的方式与O2进入该细胞的方式相同
B．该细胞吸收这种物质与ATP的水解无直接关系
C．该物质不能直接通过细胞膜上的磷脂分子间隙进入该细胞
D．该细胞对这种物质的吸收与核糖体的功能有关
解析：分析图示可知，对细胞使用呼吸抑制剂后，细胞的能量供给不足，图中前面一段随着细胞内外该物质浓度差的持续增大，细胞对该物质的吸收速率也在增大，说明该物质的跨膜运输不需要细胞代谢供能，但是当该物质浓度差达到一定值后，吸收速率不再增加，说明受到载体蛋白数量的限制，可判断此运输方式为协助扩散。细胞吸收O2的方式是自由扩散，与这种物质进入该细胞的方式不同，A错误；协助扩散不需要细胞代谢供能，与ATP的水解无直接关系，B正确；协助扩散需要载体蛋白协助，通过协助扩散运输的物质不能直接通过细胞膜上的磷脂分子间隙进入细胞，C正确；协助扩散需要载体蛋白协助，而载体蛋白的化学本质是蛋白质，需要在核糖体上合成，因此该细胞对这种物质的吸收与核糖体的功能有关，D正确。
答案：A
4．为探究不同类型的高盐分(NaCl、混合钠盐和混合氯盐)胁迫下的豌豆幼苗对离子的吸收情况，某研究小组进行了相关实验，结果如表所示。下列有关说法错误的是(　　)
A.盐分胁迫下，细胞对K＋的吸收作用明显增强
B．对照组的豌豆幼苗需放在清水中培养
C．不同类型的盐分胁迫下，细胞对离子的吸收具有选择性
D．盐分胁迫下，细胞通过增加对离子的吸收总量来提高抗盐能力
解析：由表中数据可知，与对照组相比，盐分胁迫下细胞对K＋的吸收作用增强，A项正确；本实验的目的是探究不同类型的高盐分胁迫下豌豆幼苗对不同离子的吸收情况，对照组不能在清水中培养，而应该在完全培养液中培养，B项错误；由题表可知，在不同类型的盐分胁迫下，细胞对不同离子的吸收总量不同，说明细胞吸收离子具有选择性，C项正确；在盐分胁迫下，细胞可通过吸收离子使细胞的渗透压增加，以提高抗盐能力，D项正确。
答案：B
突破点3　围绕物质跨膜运输的有关探究实验分析，考查科学探究能力
5．(多选) (2022·河北承德模拟)科学家将番茄和水稻幼苗分别放在等量培养液中培养(Mg2＋和SiO起始浓度相同)，一段时间后，培养液中的离子浓度变化如图所示，下列相关叙述正确的是(　　)
A．番茄吸收水的相对速率快于Mg2＋
B．水稻运输SiO的载体数量多于Mg2＋
C．番茄吸收Mg2＋通常需要细胞代谢供能
D．水稻和番茄对离子的吸收具有选择性
解析：分析图示可知，番茄培养液中Mg2＋的浓度低于起始浓度，说明番茄吸收水的相对速率慢于Mg2＋，A错误；分析图示可知，经过一段时间，水稻培养液中Mg2＋浓度高于起始浓度，SiO浓度低于起始浓度，故水稻吸收SiO的量多于Mg2＋，而细胞能量供应基本一致，推测水稻运输SiO的载体数量多于Mg2＋，B正确；Mg2＋是矿质元素离子，植物细胞通常通过主动运输的方式吸收矿质元素离子，吸收过程需要消耗能量，C正确；由图示可知，水稻和番茄对Mg2＋和SiO的吸收有差异，说明细胞对离子的吸收具有选择性，D正确。
答案：BCD
6．研究人员在土壤含钾量偏低的菜园中连续两年进行了相同的实验，实验结果记录如下表所示，据此回答下列问题：
组别 KCl使用量 [kg/亩·年] 大白菜产量(kg/亩)
第1年 第2年
A 0 3 770 2 253
B 5 4 009 3 106
C 10 4 560 3 807
D 15 4 274 3 610
(1)该实验课题为____________________________________________________。
(2)大白菜细胞以________的方式从土壤中吸收K＋，满足此方式的必需条件是________________________________________________________________________。
(3)上述实验中，A组实验的作用是________；与C组相比，D组实验数据偏低的原因最可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据表格可以判断，该实验的自变量为KCl使用量，因变量为大白菜的产量，课题为研究KCl使用量对大白菜产量的影响。(2)大白菜根尖细胞吸收K＋的方式是主动运输，需要载体和能量。(3)A组实验没使用KCl，起对照作用。D组的KCl使用量比C组多，但是大白菜的产量偏低，最可能的原因是施肥过多，影响了大白菜对水的吸收。
答案：(1)研究KCl使用量对大白菜产量的影响
(2)主动运输　有载体蛋白和ATP(能量)供应
(3)对照　使用KCl过多，影响了大白菜对水的吸收
1．主动运输、协助扩散和自由扩散都会改变细胞膜内外物质的浓度差，试分析三种运输方式对物质浓度差的影响：
________________________________________________________________________。
提示：协助扩散和自由扩散使细胞膜内外物质的浓度差减小，主动运输可以增大细胞膜内外物质的浓度差
2．影响离子泵运输离子的主要外界因素有O2浓度、温度，其依据是
________________________________________________________________________。
提示：离子泵运输离子消耗ATP，细胞内产生ATP的过程为细胞呼吸，O2浓度可以影响有氧呼吸，进而影响ATP的产生，最终影响离子泵运输离子；温度通过影响载体蛋白的运动和酶的活性影响离子泵运输离子
3．若苦马豆幼苗所处的土壤环境中盐浓度过高，会造成“烧苗”现象，原因是
________________________________________________________________________。
提示：盐浓度过高使植物细胞渗透失水过多，从而使植物萎蔫甚至死亡
　实验：观察植物细胞的质壁分离和复原
1．实验原理
(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
(2)细胞液具有一定的浓度，细胞能渗透吸水和失水。
(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大。
2．实验步骤
3．现象与结论
1．实验分析
(1)本实验存在两组对照实验
(2)不同外界溶液中植物细胞的变化分析
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(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积随时间变化如图，分析如下：
①A曲线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。
②B曲线表示细胞在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，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原。细胞在KNO3、甘油、乙二醇等溶液中也可发生质壁分离后自动复原现象。
③C曲线表示细胞在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。
2．质壁分离和复原实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞的死活
(2)测定细胞液浓度范围
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
(4)鉴别不同种类的溶液(如乙二醇溶液和蔗糖溶液)
3．质壁分离和复原实验的四个关键点
(1)选材时应注意选用细胞液与原生质层的颜色对比度较大的材料，以便观察。
(2)单独观察处于质壁分离的静态图像，不能判断细胞是正在发生质壁分离还是质壁分离复原。
(3)质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，质壁分离程度越大，植物细胞吸水能力越强；质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度。
(4)质壁分离与复原过程中水分子的移动是双向的，表现为进比出的水分子多。
突破点1　围绕探究植物细胞的吸水和失水实验原理、步骤和结果观察，考查科学探究能力
1．在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中，显微镜下可依次观察到甲、乙、丙三种细胞状态。下列叙述错误的是(　　)
A．甲、乙、丙可能在同一个细胞内依次发生
B．与乙相比，丙所示细胞的细胞液浓度较低
C．由甲到乙的内因是细胞液浓度小于外界溶液浓度
D．由乙到丙的过程中，有水分子从细胞内扩散到细胞外
解析：据图分析，由甲到乙，细胞失水导致原生质层收缩，细胞发生了质壁分离，由乙到丙细胞发生了质壁分离复原，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在质壁分离及复原过程中有活性，因此甲、乙、丙可能在同一细胞内依次发生，A正确；由题图可知，乙所示细胞的失水量最多，因此乙所示细胞的细胞液浓度大于丙所示细胞，B正确；由甲到乙的过程中细胞壁与原生质层发生了逐步分离现象，说明外界溶液浓度大于细胞液浓度，由甲到乙的内因是原生质层的伸缩性大于细胞壁，C错误；由乙到丙的过程中细胞正在发生质壁分离复原，水分子从细胞外进入细胞内的量大于从细胞内扩散到细胞外的量，D正确。
答案：C
2．下列有关“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验操作，叙述正确的是(　　)
A．在步骤C中只需滴加1滴蔗糖溶液
B．整个实验现象的观察应维持在低倍镜下
C．步骤A具体操作过程为“解离→染色→漂洗→制片”
D．步骤F观察实验结果和步骤D相比，液泡颜色变深
解析：步骤C引流操作为从盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，用吸水纸在另一侧吸引，需重复几次，使洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中，A错误；步骤A制片时不需要进行解离、漂洗和染色，C错误；质壁分离复原的细胞，细胞吸水，液泡颜色变浅，D错误。
答案：B
突破点2　借助探究植物细胞的吸水和失水实验拓展应用，考查科学探究能力
3．某农科所用含K＋和Mg2＋的培养液培养番茄幼苗，每天K＋和Mg2＋初始状态均为500 mg/L，定时测定培养液中K＋和Mg2＋的剩余量，实验结果如图所示，据图分析正确的是(　　)
A．该实验的自变量是离子浓度和生长发育时间
B．番茄对K＋和Mg2＋的需求量在授粉期均大于营养生长期，二者的运输与氧分压有关
C．番茄在营养生长期的前期及坐果期后对K＋几乎不吸收，在授粉期和坐果期吸收量增大
D．番茄对K＋和Mg2＋吸收量的差异可能与细胞膜上相应载体的数量有关，其根本原因是吸收Mg2＋和K＋的细胞中遗传物质不同
解析：分析曲线可知，该实验的自变量是离子种类和生长发育时间，A错误；由题干知每天K＋和Mg2＋初始状态均为500 mg/L，由图中培养液中K＋和Mg2＋的剩余量可知，番茄在不同的生长发育时期均吸收K＋，在授粉期和坐果期K＋剩余量小于营养生长期，说明在授粉期和坐果期K＋吸收量增大，C错误；番茄以主动运输的方式吸收K＋和Mg2＋，因此，番茄对K＋和Mg2＋吸收量的差异可能与细胞膜上相应载体的数量有关，但同种植物的不同细胞中遗传物质相同，番茄对K＋和Mg2＋吸收量的差异的根本原因是基因的选择性表达，D错误。
答案：B
4．图甲是某同学观察植物细胞质壁分离与复原的基本操作步骤。图乙是根据该实验中观察到的某个细胞的原生质体大小变化情况绘制成的曲线(原生质体的初始大小相对值记为1)。回答下列问题：
(1)本实验的实验材料通常选用________________，图甲所示的实验只有一组，但并不违反对照原则，该对照方法是________。
(2)在④环节中，显微镜下看到的细胞变化对应图乙中的________段(用字母表示)。图乙曲线中ab段下降和cd段上升的原因是___________________________________________。
(3)如果用适宜浓度的KNO3溶液替代蔗糖溶液，则可以省略图甲中的________(用图中序号表示)环节，仍可看到质壁分离复原现象，其原因是______________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)本实验的实验材料通常选用紫色洋葱鳞片叶外表皮，本实验所用的对照方法是自身对照。(2)结合图乙分析可知在④环节中看到的细胞会逐渐发生质壁分离，直至相对稳定，对应图乙中的ac段。ab段原生质体体积变小，是因为植物细胞失水，cd段原生质体体积变大，是因为植物细胞吸水。(3)植物细胞在失水的同时可从KNO3溶液中吸收无机盐离子，使得细胞液浓度逐渐升高，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，植物细胞开始吸水，发生质壁分离复原，所以省略图甲中的⑤(和⑥)环节，也可看到质壁分离复原现象。
答案：(1)紫色洋葱鳞片叶外表皮(不可只答“紫色洋葱”)　自身对照　(2)ac　ab段植物细胞失水，cd段植物细胞吸水(其他合理答案也可)　(3)⑤(和⑥)　植物细胞在失水的同时吸收KNO3溶液中的无机盐离子，细胞液浓度逐渐升高，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，植物细胞吸水，自动发生质壁分离复原(其他合理答案也可，必须提及“细胞吸收无机盐离子”)
[构建知识网络]
[强化生命观念]
1．如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
2．当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来。
3．转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两类，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。分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。而载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变。
4．一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。
5．通过胞吞或胞吐进出细胞，需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。
真题再现　感悟考情
1．(2021·山东卷)液泡是植物细胞中储存Ca2＋的主要细胞器。液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存。下列说法错误的是(　　)
A．Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散
B．Ca2＋通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺
C．加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢
D．H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
解析：根据题意可知，整个运输过程中，首先H＋通过主动运输从细胞质基质进入液泡，从而建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度，然后H＋顺浓度梯度通过载体蛋白CAX经协助扩散运出液泡，同时H＋浓度梯度驱动Ca2＋通过主动运输进入液泡，A错误，D正确；Ca2＋通过CAX运输进入液泡后，增大了细胞液的渗透压，有利于植物细胞从外界吸水，使植物细胞保持坚挺，B正确；加入H＋焦磷酸酶抑制剂后，用于H＋主动运输的能量减少，液泡膜两侧的H＋浓度梯度不易建立，而Ca2＋通过CAX运输进入液泡需要H＋浓度梯度来驱动，故加入H＋焦磷酸酶抑制剂后，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢，C正确。
答案：A
2．(2021·湖南卷)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是(　　)
A．施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关
B．质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁
C．质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低
D．1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
解析：施肥过多，外界溶液浓度大于植物根细胞的细胞液浓度，根细胞会失水发生质壁分离，若细胞失水过多则会导致“烧苗”现象，A正确；质壁分离过程中，因失水的多少不同，质壁分离的程度也不同，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁，B正确；在质壁分离复原过程中，细胞吸水，细胞液浓度逐渐下降，因此细胞的吸水能力逐渐降低，C正确；渗透压是溶液中溶质微粒对水的吸引力，溶质微粒数越多，渗透压越大，因为NaCl在水中会电离而蔗糖不会，所以NaCl溶液中的溶质微粒是2 mol/L，其渗透压大于1 mol/L蔗糖溶液，D错误。
答案：D
3．(2021·广东卷)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，如图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是(　　)
A．比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后
B．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
C．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
D．推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
解析：由图示可知，经①②③处理后气孔变化分别为基本不变、关闭、张开，说明①②③处理后保卫细胞的变化分别为①形态几乎不变，细胞液浓度基本不变；②失水，细胞液浓度变大；③吸水，细胞液浓度变小，C正确。保卫细胞经③处理后的细胞液浓度小于①处理后，A错误。②处理后保卫细胞失水，最可能发生质壁分离，B正确。推测3种蔗糖溶液浓度的高低为②>①>③，D正确。
答案：A
4．(2021·河北卷)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2，其部分结构和功能如图，①～⑤表示相关过程。下列叙述错误的是(　　)
A．血液流经肌肉组织时，气体A和B分别是CO2和O2
B．①和②是自由扩散，④和⑤是协助扩散
C．成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量
D．成熟红细胞表面的糖蛋白处于不断流动和更新中
解析：人体成熟红细胞能运输O2和CO2，当血液流经肌肉组织时，红细胞可通过②释放O2供肌肉组织细胞利用，同时CO2通过①进入红细胞并被携带到肺部进行气体交换，A正确；O2和CO2跨膜运输方式是自由扩散，④为葡萄糖顺浓度梯度运输进入红细胞，⑤是水分子经水通道蛋白运输进入红细胞，运输方式均为协助扩散，B正确；成熟红细胞没有线粒体，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③无机盐离子的主动运输提供能量，C正确；成熟红细胞没有细胞核和细胞器，无法合成和运输糖蛋白等蛋白质，膜蛋白无法更新，D错误。
答案：D
5．(2020·全国Ⅱ卷)取某植物的成熟叶片，用打孔器获取叶圆片，等分成两份，分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中，得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时，检测甲、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是(　　)
A．甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高
B．若测得乙糖溶液浓度不变，则乙组叶细胞的净吸水量为零
C．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离
D．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组
解析：在实验期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换，而甲组中甲糖溶液浓度升高，说明甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水分，A项正确；若测得乙糖溶液浓度不变，说明乙组叶细胞的细胞液浓度与乙糖溶液浓度相同，乙组叶细胞表现为既不吸水也不失水，即乙组叶细胞的净吸水量为零，B项正确；若测得乙糖溶液浓度降低，说明乙组叶细胞失水，叶肉细胞可能发生了质壁分离，C项正确；甲、乙两组溶液的质量浓度相同，甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍，说明单位体积的甲糖溶液中溶质微粒数少，而单位体积的乙糖溶液中溶质微粒数多，乙糖溶液中溶质微粒对水的吸引力大，甲糖溶液中溶质微粒对水的吸引力小，若测得乙糖溶液浓度也升高，说明叶细胞吸水，并且叶细胞的净吸水量乙组小于甲组，D项错误。
答案：D

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