2023版创新设计高考生物（新教材人教版）总复习一轮讲义第6讲 细胞内物质输入和输出

第6讲　细胞内物质输入和输出考点一　被动运输1.渗透作用(1)概念：指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。(2)发生条件(3)现象分析2.植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)(1)原理(2)现象3.被动运输(1)概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要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。(2)类型：分为自由扩散和协助扩散两类。(1)葡萄糖分子通过渗透作用进入细胞(×)(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成(×)(3)在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜(×)(4)少数水分子借助水通道蛋白进出细胞，更多的水分子以自由扩散方式进出细胞(×)(5)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度(×)(6)无机盐离子都是逆浓度梯度跨膜运输的(×)(7)分子或离子通过通道蛋白时，需要与通道蛋白结合(×)(8)自由扩散只能顺浓度梯度，而协助扩散既可以顺浓度梯度也可以逆浓度梯度(×)1.(科学思维)成熟植物细胞发生质壁分离的原因是外界溶液的浓度大于细胞液浓度，且原生质层比细胞壁伸缩性大。2.(健康生活)浓度低的饮料可以用来补充体内水分，浓度高的饮料不能很好地起到补充体内水分的作用，因为过高浓度的饮料反而会导致细胞失水。1.半透膜和选择透过性膜的区别2.转运蛋白　包括载体蛋白和通道蛋白(1)概念：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助物质顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。(2)通道蛋白与载体蛋白的异同考向1　结合渗透作用的原理及应用考查科学思维1.(不定项)(2022·济南市高三模拟)如图所示为平衡时的渗透装置，烧杯内的液面高度为a，漏斗内的液面高度为b，液面高度差m＝b－a。在此基础上继续实验，以渗透平衡时的液面差为观测指标，正确的是(　　)A.若吸出漏斗中高出烧杯内的液面的溶液，则平衡时m增大B.若向漏斗中加入少量蔗糖，平衡时m将增大C.若向漏斗中加入适量且与漏斗内的蔗糖溶液浓度相等的蔗糖溶液，则平衡时m不变D.向烧杯中加入适量清水，平衡时m将增大答案　B解析　若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，则其中溶质也被吸出，其漏斗中溶质减少，渗透压减弱，吸水能力也减弱，则平衡时m将减小，A错误；若向漏斗中加入少量蔗糖，则漏斗中溶质变多，渗透压增加，吸水能力也增强，则平衡时m将增大，B正确；若向漏斗中加入适量等浓度的蔗糖溶液，则漏斗中溶质增多，渗透压增大，则平衡时m将增大，C错误；向烧杯中加入适量清水，使a液面高，而漏斗中溶质的量没变，渗透压也没改变，则吸收的水量也将保持不变，b的高度就不变，平衡时m将减小，D错误。2.(2022·山东高三模拟)利用反渗透法可以淡化海水。反渗透法指的是在半透膜的原水一侧施加适当强度的外界压力，原水透过半透膜时，只允许水透过，其他物质不能透过而被截留在原水一侧半透膜表面的过程。下列相关叙述错误的是(　　)A.渗透作用发生的必备条件是有半透膜和膜两侧有浓度差B.反渗透法淡化海水时，施加的外界压力应大于海水渗透压C.植物的原生质层相当于一种具有选择透过性的半透膜D.反渗透法淡化海水时，所用半透膜上含有多种载体蛋白答案　D解析　渗透作用发生的必备条件是有半透膜和膜两侧有浓度差，A正确；根据题干信息“在半透膜的原水一侧施加适当强度的外界压力，原水透过半透膜时，只允许水透过”，可以推测，施加的外界压力应大于海水渗透压才能迫使海水通过半透膜，B正确；植物的原生质层由细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质组成，细胞膜和液泡膜都具有选择透过性，所以整个原生质层相当于一种具有选择透过性的半透膜，C正确；反渗透法淡化海水时，所用的是人工合成的半透膜，不含有载体蛋白，D错误。考向2　结合被动运输，考查科学思维3.(2017·浙江4月选考，14)将家兔红细胞置于不同浓度的溶液中，水分子的跨膜运输示意图如下(箭头方向表示水分子的进出，箭头粗细表示水分子进出的多少)。下列叙述正确的是(　　)A.一段时间后，甲细胞会发生质壁分离B.能发生渗透作用的是甲细胞和丙细胞C.光学显微镜下可观察到乙细胞有水分子的进出D.若将甲、乙和丙细胞同时分别置于蒸馏水中，甲细胞先破裂答案　B解析　家兔红细胞没有细胞壁，不会发生质壁分离，A错误；分析示意图，甲和丙细胞与外界溶液都存在浓度差，能发生渗透作用，B正确；光学显微镜下看不到乙细胞有水分子的进出，C错误；若将实验前的甲、乙、丙细胞同时分别置于蒸馏水中，由于甲、乙和丙细胞来自同一只家兔，细胞内液的浓度几乎相同，将其置于蒸馏水中，应该同时破裂；若将实验后的甲、乙、丙细胞同时分别置于蒸馏水中，由于丙细胞开始时已经吸水膨胀，则其在蒸馏水中应先破裂，D错误。4.(2021·1月八省联考河北卷，3)植物细胞膜磷脂双分子层对水有一定的通透性，但研究发现大量的水通过细胞膜上的水通道蛋白进出细胞。下列关于水通道蛋白与植物体内水分代谢关系的叙述，错误的是(　　)A.水通道蛋白活性增强的植物叶片气孔更易开放B.水通道蛋白活性减弱的植物细胞在高渗溶液中不发生质壁分离C.水通道蛋白活性增强的植物在缺水条件下更易发生萎蔫D.水通道蛋白活性减弱的植物细胞伸长生长速率降低答案　B解析　水通道蛋白活性增强，保卫细胞更容易吸水，叶片气孔更易开放，A正确；水通道蛋白活性减弱的植物细胞在高渗溶液中仍然可以通过水通道蛋白和自由扩散的方式失水，所以能发生质壁分离，B错误；水通道蛋白活性增强，缺水条件下失水更快，更易发生萎蔫，C正确；水通道蛋白活性减弱，吸水速度减慢，伸长生长速率降低，D正确。5.(不定项)(2021·河北衡水调研)图甲、乙分别表示载体蛋白介导和通道蛋白介导的两种协助扩散方式，其中通道蛋白介导的扩散比载体蛋白介导的快1 000倍。下列叙述正确的是(　　)A.参与协助扩散的转运蛋白可以是载体蛋白或通道蛋白B.协助扩散时，不消耗能量，载体蛋白会发生构象改变C.只有图甲所示的物质跨膜运输方式属于被动运输D.红细胞吸收葡萄糖的方式可用图乙表示答案　AB解析　参与协助扩散的转运蛋白可以是载体蛋白或通道蛋白，A正确；协助扩散时，不消耗能量，载体蛋白会发生构象改变，B正确；图甲、乙所示的两种物质跨膜运输方式都属于被动运输，C错误；红细胞吸收葡萄糖需要借助载体蛋白，应用图甲表示，D错误。考点二　实验：探究植物细胞的吸水和失水1.实验原理2.实验步骤1.本实验存在的两组对照实验本实验存在的两组实验均为自身对照，自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照。2.质壁分离及复原实验分析(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(溶质可透过半透膜)的溶液(如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离，并能自动复原，因为K＋、NOeq \o\al(－,3)、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。3.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)考向　结合细胞的吸水和失水，考查生命观念1.(2021·湖南卷，3)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答案　D解析　对农作物施肥过多，根细胞外土壤溶液浓度过高，会导致质壁分离，引起“烧苗”，A正确；质壁分离过程中，原生质层(由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成)与细胞壁分离，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁，B正确；质壁分离复原过程中，细胞液浓度逐渐降低，吸水能力逐渐降低，C正确；1 mol/L NaCl溶液中，含1 mol/L的Na＋和1 mol/L的Cl－，即溶质微粒浓度为2 mol/L，而1 mol/L蔗糖溶液中，溶质为蔗糖分子，不可再拆分，故1 mol/L NaCl溶液的渗透压大于1 mol/L蔗糖溶液的渗透压，D错误。2.(2021·广东卷，13)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，下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答案　A解析　蔗糖分子属于二糖，不能进入保卫细胞，在清水中，保卫细胞因渗透吸水导致气孔开放，据题图可知，滴加蔗糖溶液①，保卫细胞气孔张开程度几乎与初始状态一样，推测蔗糖溶液①的浓度近似等于保卫细胞细胞液浓度，滴加蔗糖溶液②，保卫细胞气孔关闭，推测蔗糖溶液②的浓度高于保卫细胞细胞液浓度，故质壁分离最可能出现在滴加蔗糖溶液②后观察的视野中，B正确；滴加蔗糖溶液③，保卫细胞气孔张开比初始状态更大，推测蔗糖溶液③的浓度低于保卫细胞的细胞液浓度，滴加蔗糖溶液③后有更多的水分子进入保卫细胞，故蔗糖溶液③处理后的保卫细胞细胞液浓度①>③，D正确。考点三　主动运输与胞吞、胞吐1.主动运输2.胞吞和胞吐提醒　①小分子物质的运输方式不一定都是被动运输或主动运输，如神经递质的释放方式是胞吐。②生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。③无机盐离子的运输方式不一定是主动运输，如兴奋产生过程中的K＋外流和Na＋内流的方式均为协助扩散。(1)日常生活中，手上涂抹的护肤甘油进入皮肤细胞的过程属于自由扩散(√)(2)消化酶需要细胞膜上相应的载体协助，才能被分泌到细胞外(×)(3)人体不同细胞吸收葡萄糖的方式都是协助扩散(×)(4)物质通过通道蛋白的运输速率与细胞的能量供应有关(×)(5)主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢(×)(6)人红细胞吸收胆固醇与吸收葡萄糖的相同点是均需要载体蛋白的协助(×)(7)同种物质进出同一细胞的方式一定相同(×)eq \x(必修1 P72“练习与应用”)淡水中生活的原生动物，如草履虫，能通过伸缩泡排出细胞内过多的水，以防止细胞涨破。如果将草履虫放入蒸馏水或海水中，推测其伸缩泡的伸缩情况，分别会发生什么变化？提示　放入蒸馏水中的草履虫，其伸缩泡的伸缩频率加快，放入海水中的则伸缩频率减慢。1.(高考真题)主动运输的意义：主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。2.(高考真题)免疫细胞行使免疫功能时，会涉及胞吞和胞吐这两种物质跨膜运输方式，这两种方式的共同点有哪些？提示　能运输生物大分子等；运输过程中形成囊泡；需要消耗能量。1.三看法快速判断物质出入细胞的方式2.探究物质跨膜运输的实验设计(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考向1　结合物质出入细胞方式的判断，考查科学思维能力1.(2021·1月联考广东卷，8)如图所示，质子泵跨膜运输H＋的过程。质子泵抑制剂可与胃壁细胞膜上的质子泵共价结合，使其不可逆地失活，从而抑制胃酸的分泌。下列叙述错误的是(　　)A.质子泵以主动运输的方式将H＋运出细胞B.质子泵参与细胞及其微环境的pH调控C.质子泵本质上是一种生物膜上的载体蛋白D.呼吸抑制剂使质子泵失活而抑制胃酸分泌答案　D解析　由题图可知，H＋从膜内逆浓度运输到膜外，需要质子泵的协助，并消耗ATP，其运输方式为主动运输，A正确；质子泵通过跨膜运输H＋，而改变了细胞内外的H＋浓度，参与细胞及其微环境pH的调控，B正确；由题图可知，质子泵是细胞膜上的载体蛋白，C正确；呼吸抑制剂通过抑制ATP的生成而抑制胃酸分泌，并不能使质子泵失活，D错误。2.(2021·河北卷，4)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O2B.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答案　D解析　血液流经肌肉组织时，进入红细胞的是CO2，运出红细胞的是O2，A正确；题图中①②是气体的运输过程，运输方式为自由扩散，④和⑤过程均是顺浓度梯度运输且需要转运蛋白的协助，运输方式为协助扩散，B正确；成熟的红细胞中没有线粒体，只能进行无氧呼吸，产生的ATP可为③主动运输提供能量，C正确；成熟的红细胞内没有细胞核和核糖体等细胞器，不能合成蛋白质，因此成熟红细胞表面的糖蛋白不能更新，D错误。考向2　根据物质运输在生产生活实际中的应用，考查社会责任3.(2022·南京调研)沙拐枣耐盐碱，可用来保持水土、防风固沙、改良生态。研究发现，沙拐枣细胞的液泡膜上的载体蛋白可将细胞质基质中的Na＋逆浓度积累于液泡中，从而减轻Na＋对细胞质基质中多种酶(化学本质为蛋白质)的损伤。下列叙述错误的是(　　)A.液泡中积累Na＋能增强沙拐枣细胞的吸水能力B.该载体蛋白特异性识别Na＋主要取决于组成其氨基酸的特异性C.液泡大量吸收Na＋的过程属于主动运输，需要线粒体供能D.细胞质基质中的Na＋可能破坏酶的空间结构而干扰细胞代谢答案　B解析　该载体蛋白特异性识别Na＋是由于该载体蛋白具有特异性，氨基酸无特异性，B错误。4.(不定项)(2022·山东模拟)与土壤栽培相比，无土栽培营养均衡、条件可控、易于吸收，但技术要求较严格、管理难度大。为探究无土栽培问题，有人用相同的完全培养液分别培养水稻幼苗和番茄幼苗，一段时间后，分别测定培养液中各种离子的浓度变化，结果如图1所示；图2表示植物根细胞对离子的吸收速率与氧气浓度之间的关系。据图分析，下列说法正确的是(　　)A.据图1可知，植物根细胞吸收离子和吸收水分是两个相对独立过程B.据图1可知，水稻根细胞膜上运输SiOeq \o\al(2－,3)的载体平均数量比番茄少C.图2中A点时，离子吸收由无氧呼吸供能D.图1中水稻培养液里的Mg2＋浓度高于SiOeq \o\al(2－,3)浓度，说明细胞膜是选择透过性膜答案　ACD解析　根据图1可知，实验后培养液的浓度变大，说明植物对该种离子的吸收量少，反之，则吸收量大，图示中同种植物对同一离子的吸收量不同，说明植物对无机盐离子的吸收具有选择性，而根细胞对水分的吸收不具有选择性，所以植物根细胞吸收离子和吸收水分是两个相对独立过程，A正确；根据图1可知，水稻对SiOeq \o\al(2－,3)吸收量大，导致实验后其培养液中离子浓度小于初始浓度，而番茄对SiOeq \o\al(2－,3)吸收量小，导致实验后其培养液中离子浓度高于初始浓度，不同细胞吸收同一离子的速率与细胞膜上运输该离子的载体蛋白的数量有关，所以水稻根细胞膜上运输SiOeq \o\al(2－,3)的载体平均数量可能比番茄多，B错误；图2中A点时，氧气浓度为0，细胞只能进行无氧呼吸提供能量，故离子吸收由无氧呼吸供能，C正确；图1中水稻培养液里的Mg2＋浓度高于SiOeq \o\al(2－,3)浓度，说明同一植物对不同离子的吸收量不同，体现了细胞膜是选择透过性膜，D正确。重温真题　经典再现1.经典重组　判断正误(1)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(2021·全国乙卷，2D)(　　)(2)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(2020·全国卷Ⅰ，4A)(　　)(3)新冠病毒进入宿主细胞的跨膜运输方式属于被动运输(2020·全国卷Ⅱ，1A)(　　)(4)需要高倍显微镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离(2019·海南卷，7C)(　　)(5)α­淀粉酶从糊粉层细胞排到细胞外的方式是逆浓度梯度经协助扩散排出(2018·海南卷，7B)(　　)(6)用黑藻叶片进行质壁分离实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察(2014·全国卷Ⅰ，4B)(　　)提示　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×(5)×　α­淀粉酶的化学本质是蛋白质，从糊粉层细胞排到细胞外的方式是胞吐。(6)×2.(2021·山东卷，2)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答案　A解析　Ca2＋主要储存在液泡中，而Ca2＋在载体蛋白CAX的作用下可以进入液泡，判断为逆浓度梯度运输，所以为消耗能量的主动运输，A错误；Ca2＋通过CAX进入液泡维持细胞液的渗透压有利于细胞的坚挺，B正确；加入H＋焦磷酸酶抑制剂则无机焦磷酸水解释放的能量减少，H＋的跨膜运输受抑制进而影响Ca2＋的跨膜运输速率，C正确；液泡膜两侧的H＋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，说明H＋是从液泡内顺浓度梯度进入细胞质基质的，故H＋从细胞质基质转运到液泡是逆浓度的主动运输，D正确。3.(2020·全国卷Ⅱ，5)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答案　D解析　甲、乙两组糖溶液的质量浓度(单位为g/mL)相同，但甲糖的相对分子质量大于乙糖，所以甲、乙两组糖溶液的物质的量浓度不同(甲