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专题3　细胞的物质输入和输出
五年高考
1.(2020北京,14,2分)下列高中生物学实验中,用紫色的洋葱鳞片叶和黑藻叶片作为实验材料均可完成的是(C)
A.观察叶绿体和细胞质流动　　
B.提取和分离叶绿素
C.观察细胞质壁分离及复原　　
D.观察细胞的有丝分裂
2.(2021北京,19,12分)学习以下材料,回答(1)~(4)题。
光合产物如何进入叶脉中的筛管
高等植物体内的维管束负责物质的长距离运输,其中的韧皮部包括韧皮薄壁细胞、筛管及其伴胞等。筛管是光合产物的运输通道。光合产物以蔗糖的形式从叶肉细胞的细胞质移动到邻近的小叶脉,进入其中的筛管-伴胞复合体(SE-CC),再逐步汇入主叶脉运输到植物体其他部位。
蔗糖进入SE-CC有甲、乙两种方式。在甲方式中,叶肉细胞中的蔗糖通过不同细胞间的胞间连丝即可进入SE-CC。胞间连丝是相邻细胞间穿过细胞壁的细胞质通道。在乙方式中,蔗糖自叶肉细胞至SE-CC的运输(图1)可以分为3个阶段:①叶肉细胞中的蔗糖通过胞间连丝运输到韧皮薄壁细胞;②韧皮薄壁细胞中的蔗糖由膜上的单向载体W顺浓度梯度转运到SE-CC附近的细胞外空间(包括细胞壁)中;③蔗糖从细胞外空间进入SE-CC中,如图2所示。SE-CC的质膜上有“蔗糖-H+共运输载体”(SU载体),SU载体与H+泵相伴存在。胞内H+通过H+泵运输到细胞外空间,在此形成较高的H+浓度,SU载体将H+和蔗糖同向转运进SE-CC中。采用乙方式的植物,筛管中的蔗糖浓度远高于叶肉细胞。
图1
图2
　　研究发现,叶片中SU载体含量受昼夜节律、蔗糖浓度等因素的影响,呈动态变化。随着蔗糖浓度的提高,叶片中SU载体减少,反之则增加。研究SU载体含量的动态变化及调控机制,对于了解光合产物在植物体内的分配规律,进一步提高作物产量具有重要意义。
(1)在乙方式中,蔗糖经W载体由韧皮薄壁细胞运输到细胞外空间的方式属于　协助扩散/易化扩散　。由H+泵形成的　(跨膜)H+浓度差　有助于将蔗糖从细胞外空间转运进SE-CC中。
(2)与乙方式比,甲方式中蔗糖运输到SE-CC的过程都是通过　胞间连丝　这一结构完成的。
(3)下列实验结果支持某种植物存在乙运输方式的有　A、B、D　。
A.叶片吸收14CO2后,放射性蔗糖很快出现在SE-CC附近的细胞外空间中
B.用蔗糖跨膜运输抑制剂处理叶片,蔗糖进入SE-CC的速率降低
C.将不能通过细胞膜的荧光物质注射到叶肉细胞,SE-CC中出现荧光
D.与野生型相比,SU功能缺陷突变体的叶肉细胞中积累更多的蔗糖和淀粉
(4)除了具有为生物合成提供原料、为生命活动供能等作用之外,本文还介绍了蔗糖能调节SU载体的含量,体现了蔗糖的　信息传递　功能。
全真全练
考点1　细胞的吸水和失水
1.(2023全国甲,4,6分)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(C)
2.(2022全国甲,2,6分)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　　(C)
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
3.(2021广东,13,4分)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)
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
4.(2021湖南,3,2分)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(D)
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
5.(2021重庆,20,2分)在相同条件下,分别用不同浓度的蔗糖溶液处理洋葱鳞片叶表皮细胞,观察其质壁分离,再用清水处理后观察其质壁分离复原,实验结果如图。下列叙述错误的是(B)
A.T1组经蔗糖溶液处理后,有52%的细胞原生质层的收缩程度大于细胞壁
B.各组蔗糖溶液中,水分子不能从蔗糖溶液进入细胞液
C.T1和T2组经清水处理后,发生质壁分离的细胞均复原
D.T3和T4组若持续用清水处理,质壁分离的细胞比例可能下降
6.(2020山东,3,2分)黑藻是一种叶片薄且叶绿体较大的水生植物,分布广泛、易于取材,可用作生物学实验材料。下列说法错误的是(C)
A.在高倍光学显微镜下,观察不到黑藻叶绿体的双层膜结构
B.观察植物细胞的有丝分裂不宜选用黑藻成熟叶片
C.质壁分离过程中,黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小
D.探究黑藻叶片中光合色素的种类时,可用无水乙醇作提取液
考点2　物质进出细胞的方式
7.(2023辽宁,4,2分)血脑屏障的生物膜体系在控制物质运输方式上与细胞膜类似。表中相关物质不可能存在的运输方式是　(C)
选项 通过血脑屏障生物膜体系的物质 运输方式
A 神经生长因子蛋白 胞吞、胞吐
B 葡萄糖 协助扩散
C 谷氨酸 自由扩散
D 钙离子 主动运输
8.(2023全国甲,1,6分)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(B)
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
9.(2023浙江1月选考,4,2分)缬氨霉素是一种脂溶性抗生素,可结合在微生物的细胞膜上,将K+运输到细胞外(如图所示),降低细胞内外的K+浓度差,使微生物无法维持细胞内离子的正常浓度而死亡。下列叙述正确的是(A)
A.缬氨霉素顺浓度梯度运输K+到膜外
B.缬氨霉素为运输K+提供ATP
C.缬氨霉素运输K+与质膜的结构无关
D.缬氨霉素可致噬菌体失去侵染能力
10.(2023福建,14,4分)肌细胞质基质中Ca2+浓度升高将引起肌收缩。静息状态下,肌细胞质基质Ca2+浓度极低,此时胞内Ca2+主要存储于肌质网中(一种特殊的内质网)。肌质网膜上存在一种Ca2+载体,能催化水解ATP实现Ca2+逆浓度跨膜运输。该载体转运过程中的两个状态(E1和E2)如图所示。
下列相关叙述错误的是(B)
A.该载体对Ca2+的转运过程利用了ATP水解所释放的能量
B.E2中该载体通过构象变化向细胞质基质运输Ca2+导致肌收缩
C.若该载体数量不足或功能减弱可导致肌收缩的停止发生异常
D.随着待转运Ca2+浓度的增加,该载体的运输速率先增加后稳定
11.(2023湖北,15,2分)心肌细胞上广泛存在Na+-K+泵和Na+-Ca2+交换体(转入Na+的同时排出Ca2+),两者的工作模式如图所示。已知细胞质中钙离子浓度升高可引起心肌收缩。某种药物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵。关于该药物对心肌细胞的作用。下列叙述正确的是(C)
A.心肌收缩力下降
B.细胞内液的钾离子浓度升高
C.动作电位期间钠离子的内流量减少
D.细胞膜上Na+-Ca2+交换体的活动加强
12.(2023湖南,8,2分)盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平,影响H2O2的跨膜转运,如图所示。下列叙述错误的是(B)
A.细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的
B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制,促进H2O2外排,从而减轻其对细胞的毒害
C.敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力
D.从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径
13.(2022天津,2,4分)下列生理过程的完成不需要两者结合的是　(D)
A.神经递质作用于突触后膜上的受体
B.抗体作用于相应的抗原
C.Ca2+载体蛋白运输Ca2+
D.K+通道蛋白运输K+
14.(2022湖北,4,2分)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白,硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是(B)
A.经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀
B.经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小
C.未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀
D.未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小
15.(2022辽宁,9,2分)水通道蛋白(AQP)是一类细胞膜通道蛋白。检测人唾液腺正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量,发现AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化,而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍。下列叙述正确的是(D)
A.人唾液腺正常组织细胞中AQP蛋白的氨基酸序列相同
B.AQP蛋白与水分子可逆结合,转运水进出细胞不需要消耗ATP
C.检测结果表明,只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成
D.正常组织与水肿组织的水转运速率不同,与AQP蛋白的数量有关
16.(2022山东,3,2分)N和N是植物利用的主要无机氮源,N的吸收由根细胞膜两侧的电位差驱动,N的吸收由H+浓度梯度驱动,相关转运机制如图。铵肥施用过多时,细胞内N的浓度增加和细胞外酸化等因素引起植物生长受到严重抑制的现象称为铵毒。下列说法正确的是(B)
A.N通过AMTs进入细胞消耗的能量直接来自ATP
B.N通过SLAH3转运到细胞外的方式属于被动运输
C.铵毒发生后,增加细胞外的N会加重铵毒
D.载体蛋白NRT1.1转运N和H+的速度与二者在膜外的浓度呈正相关
17.(2021河北,4,2分)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(D)
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
18.(2021山东,2,2分)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)
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
三年模拟
综合基础练
选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.(2024东城一模,15)下列实验中不需要植物细胞保持活性的是　(B)
A.观察洋葱细胞的质壁分离与复原
B.观察低温处理后细胞中染色体数目
C.探究环境因素对光合作用强度的影响
D.以菊花茎段为外植体进行组织培养
2.(2024西城期末,2)如图为动物细胞内某些物质运输方式模式图,下列说法正确的是(C)
A.方式1所示转运不具有特异性
B.溶酶体内pH高于细胞质基质
C.方式3转运溶质属于主动运输
D.三种运输方式体现膜的流动性
3.(2024东城二模,2)如图表示H+和蔗糖进出植物细胞的方式。据图分析,下列实验处理中,可使蔗糖进入细胞速率加快的是(B)
A.降低细胞外蔗糖浓度　　
B.降低细胞质H+浓度
C.降低ATP合成酶活性　　
D.降低膜上协同转运蛋白数量
4.(2023房山一模,2)1988年科研人员得到一种新蛋白——CHIP28,推测其可能是水通道蛋白。为探究该蛋白的作用,利用非洲爪蟾卵母细胞进行实验,结果如下图。
相关说法错误的是(C)
A.作出此推测的依据可能是CHIP28蛋白为跨膜蛋白
B.所选用的实验细胞理论上对水的通透性较低
C.该实验应将非洲爪蟾卵母细胞置于高渗溶液中
D.实验结果可初步证明“CHIP28蛋白是水通道蛋白”
5.(2023东城一模,2)ABC转运蛋白是一类跨膜转运蛋白,参与细胞吸收多种营养物质,每种ABC转运蛋白均具有物质运输的特异性。ABC转运蛋白的结构及转运过程如下图所示。下列相关推测合理的是(D)
A.ABC转运蛋白可提高CO2的跨膜运输速率
B.ABC转运蛋白参与的跨膜运输方式属于协助扩散
C.Cl-和葡萄糖依赖同一种ABC转运蛋白跨膜运输
D.若ATP水解受阻,ABC转运蛋白不能完成转运过程
综合拔高练
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.(2023大兴三模,2)在出芽酵母中,溶酶体样液泡和线粒体之间存在功能上的联系,具体机制如图所示(Cys为半胱氨酸)。下列叙述错误的是(D)
A.H+以主动运输的方式从细胞质基质进入液泡
B.液泡是一种酸性细胞器,能促进蛋白质降解
C.添加ATP水解酶抑制剂可使有氧呼吸受抑制
D.液泡酸化异常可导致线粒体中积累大量铁
2.(2024昌平期末,2)盐碱地中含大量的NaCl、Na2CO3等钠盐,会威胁海水稻的生存。同时一些病原菌也会感染水稻植株,影响其正常生长。如图为海水稻抵抗逆境的生理过程示意图,相关叙述不正确的是(D)
A.H2O可以通过自由扩散和协助扩散两种方式进入海水稻细胞
B.海水稻细胞通过胞吐方式分泌抗菌蛋白抵御病原菌的侵染
C.液泡逆浓度梯度吸收Na+增大细胞液的浓度以适应高浓度环境
D.H+以协助扩散的方式从细胞质基质运入液泡或运出细胞
二、非选择题
3.(2024朝阳二模,17)学习以下材料,回答(1)~(5)题。
细胞体积的调节
有些细胞的体积可自身进行调节。这些细胞的吸水和失水不仅仅只涉及水分的流入和流出,还主要涉及细胞内外的Na+、K+、H+、Cl-、HC五种无机盐离子流入、流出的调节过程(溶液中HC增加会升高溶液pH,而H+反之)。
细胞急性膨胀后,通过调节使细胞体积收缩称为调节性体积减小(RVD)。将细胞置于低渗溶液中,加入酪氨酸激酶抑制剂后细胞体积的变化如图1。研究发现酪氨酸激酶活性提高后可激活Cl-、K+通道,RVD过程中Cl-、K+流出均增加,Cl-流出量是K+的两倍多,但此时细胞膜电位没有发生改变。
细胞急性收缩后,通过调节使细胞体积膨胀称为调节性体积增加(RVI)。RVI期间细胞有离子出入,细胞膜电位没有发生变化。NKCC是将Na+、K+、Cl-以1∶1∶2的比例共转运进细胞的转运蛋白。将细胞置于高渗溶液中,并用NKCC抑制剂处理,细胞体积的变化如图2。RVI期间激活Cl-/HC交换转运蛋白(两种离子1∶1反向运输,HC运出细胞)。测定在不同处理条件下,胞外pH的变化(图3),DIDS是Cl-/HC交换转运蛋白的抑制剂。RVI期间引发离子出入的原因涉及细胞中多种酶活性的改变及细胞骨架的更新。
细胞通过调节,维持体积的相对稳定。细胞增殖、细胞凋亡、细胞运动等也与细胞调节性的体积改变有关,如分裂间期细胞体积的增加。
(1)图1实验开始时细胞吸水体积增加的原因是　细胞内渗透压高于细胞外渗透压　。
(2)图1结果说明RVD过程中有　酪氨酸激酶　的参与。依据材料中画线部分推测:在此过程中有其他　阳　(填“阳”或“阴”)离子的流出,导致膜电位不发生变化。
(3)RVI期间,存在运出细胞的阳离子,此阳离子与Na+利用其他膜蛋白反向共转运。根据图3结果可推知此离子是　H+　,理由是　与高渗溶液处理相比,高渗溶液+DIDS处理,抑制HC运出细胞,胞外pH降低,可知胞外H+浓度提高,表明与Na+反向共转运的离子是H+　。
(4)综合以上信息,请在图中标出参与RVI过程的转运蛋白(用表示)及其运输的物质,并用箭头标明运输方向。
答案　
(5)请概括当外界溶液浓度改变后,细胞体积维持基本稳定的机制。　外界渗透压改变后,细胞通过体积改变诱发细胞代谢改变,进而诱发离子出入细胞,细胞吸水或失水,进而使细胞体积趋近于原体积　。
4.(2023朝阳二模,21)盐渍土是限制苹果树生长的环境因素之一,研究者通过实验探究苹果耐盐机制。
(1)糖类是植物的主要　能源　物质,也可作为信号调节植物对盐胁迫的响应。
(2)己糖激酶K是葡萄糖感受器。为验证葡萄糖通过己糖激酶K提高苹果幼苗耐盐性,用不同试剂处理苹果幼苗,14天后检测叶片脂质过氧化物MDA的含量(细胞损伤指标),1、2组结果如图1,补充3、4组结果以支持该结论。(请直接在图1中作答)
答案　
(3)H蛋白是位于苹果细胞液泡膜上的Na+转运蛋白。制备过表达H蛋白的拟南芥并将其播种到高盐培养基上,检测幼苗的根长,结果如图2。
本实验的目的是探究　H蛋白与植物耐盐性的关系　。
(4)己糖激酶K可与H蛋白相互作用,推测己糖激酶K在苹果耐盐性中的作用部分依赖H蛋白。为验证该推测,研究者构建过表达己糖激酶K的苹果愈伤组织,同时干扰细胞内H蛋白的表达,检测MDA含量。完善该实验方案并预期结果　补充野生型、过表达己糖激酶K的苹果愈伤组织两组对照;将各组置于高盐培养基中培养。预期实验组愈伤组织MDA含量显著高于过表达己糖激酶K的愈伤组织,但低于野生型　。
(5)研究表明己糖激酶K响应糖信号后,催化H蛋白的磷酸化提高其活性,H蛋白将Na+　转运进液泡　,以保证高盐环境下苹果细胞质渗透压的相对稳定。依据本研究,提出一个耐盐苹果的育种思路:　提高苹果己糖激酶K的表达量、促进H蛋白的磷酸化等　。
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