高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第1节 被动运输习题

探究植物细胞的吸水和失水实验与被动运输

题组一　探究植物细胞吸水和失水

1．(2022·北京一零一中学高一期末)在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察(如下图所示)。下列有关叙述正确的是(　　)

A．第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域

B．第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处

C．吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头

D．为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤

答案　B

解析　第一次观察不能观察到较大的细胞质基质，可观察到紫色大液泡；第二次观察时发生质壁分离，首先发生在细胞的角隅处；吸水纸的目的是使蔗糖溶液或清水通过洋葱鳞片叶，使其发生质壁分离或质壁分离复原；第一次显微镜观察是为了对照。

2. (2022·北京丰台高一期末)某学生用紫色洋葱鳞片叶外表皮为实验材料，制成临时装片后，利用质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液和清水，进行植物细胞吸水和失水的观察。下列叙述不正确的是(　　)

A．图乙所示细胞出现质壁分离，b处充满蔗糖溶液

B．图甲到乙的变化是由于细胞周围溶液浓度低于细胞液浓度

C．发生质壁分离和复原，说明原生质层伸缩性大于细胞壁

D．原生质层相当于半透膜，植物细胞通过渗透作用吸水和失水

答案　B

解析　图像乙是细胞的质壁分离现象，此时细胞壁以内，原生质层以外的部分充满了蔗糖溶液，A正确；图像从甲到乙发生了细胞的渗透失水，是由于细胞液浓度低于细胞周围溶液浓度导致的，B错误；发生质壁分离和复原的内因是原生质层伸缩性大于细胞壁，C正确；原生质层是由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成，相当于渗透装置的半透膜，植物细胞的吸水和失水是通过渗透作用实现的，D正确。

3.在探究植物细胞质壁分离及复原实验中，某同学绘制的显微镜下紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞示意图如图。下列叙述错误的是(　　)

A．图中阴影部分不呈现紫色

B．a/b值可作为细胞失水程度的指标

C．实验初始浓度大小：外界溶液浓度大于细胞液浓度

D．图示时刻浓度大小：外界溶液浓度等于细胞液浓度

答案　D

解析　题图为处于质壁分离状态的细胞，此时无法判断外界溶液浓度与细胞液浓度之间的大小关系。如果液泡继续变小，则外界溶液浓度大于细胞液浓度；如果液泡大小不变，则外界溶液浓度等于细胞液浓度；如果液泡逐渐变大，则外界溶液浓度小于细胞液浓度，D错误。

4．(2022·辽河油田第二高级中学高一期末)假定将甲、乙两个同种植物的成熟细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液均比细胞液的浓度高，蔗糖分子不能透过原生质层，甘油分子可以较快地透过原生质层。在显微镜下连续观察，甲、乙两细胞的变化是(　　)

A．甲、乙两细胞发生质壁分离后，不再发生质壁分离复原

B．甲、乙两细胞发生质壁分离，随后乙细胞又发生质壁分离复原

C．甲、乙两细胞发生质壁分离，随后甲细胞又发生质壁分离复原

D．甲、乙两细胞均发生质壁分离，后又均发生质壁分离复原

答案　B

解析　甲细胞放入较高浓度的蔗糖溶液中，细胞失水发生质壁分离，且发生质壁分离后不能复原，原因是蔗糖分子不能透过半透膜改变细胞液的浓度；乙细胞放入较高浓度的甘油溶液中，开始时细胞失水发生质壁分离，在发生质壁分离的过程中有甘油分子进入细胞，使细胞液浓度逐渐增大，当细胞液浓度大于甘油溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。

5．下列各项中通过质壁分离的实验不能证明的是(　　)

A．成熟细胞的死活

B．能发生渗透作用

C．原生质层和细胞壁的伸缩性大小

D．原生质层的组成

答案　D

解析　只有活细胞才能发生质壁分离，死细胞是不会发生质壁分离的，所以通过质壁分离实验可以判断成熟植物细胞的死活，A不符合题意；质壁分离和质壁分离复原实验的原理是渗透作用，B不符合题意；质壁分离实验无法探究出原生质层的组成，探究原生质层组成需要使用显微技术，D符合题意。

题组二　自由扩散和协助扩散

6．下列关于被动运输的叙述，错误的是(　　)

A．包括自由扩散和协助扩散

B．只能顺浓度梯度进行运输

C．都不需要转运蛋白

D．都不需要消耗能量

答案　C

解析　被动运输包括自由扩散和协助扩散，自由扩散不需要转运蛋白，不需要消耗能量；协助扩散需要转运蛋白，不需要消耗能量，C错误。

7．美国科学家阿格雷和麦金农分别研究发现了水通道蛋白和钾离子通道蛋白，因此共同荣获2003年诺贝尔化学奖。下列说法正确的是(　　)

A．磷脂双分子层内部是疏水的，故水分子都要通过水通道蛋白出入细胞

B．甘油和酒精的运输与依靠通道蛋白的运输方式不同，需要消耗能量

C．通道蛋白贯穿于细胞膜，分子或离子通过通道蛋白时需要与其结合

D．人的肾脏中肾小管细胞水通道蛋白发达，与水分的重吸收直接相关

答案　D

解析　磷脂双分子层内部是疏水的，故水分子主要通过水通道蛋白出入细胞，也可通过自由扩散出入细胞，A错误；甘油和酒精的运输属于自由扩散，不需要消耗能量，B错误；分子或离子通过通道蛋白时不需要与其结合，C错误。

8．如图所示为物质跨膜运输的一种方式，下列相关叙述正确的是(　　)

A．甘油以该方式进入小肠绒毛上皮细胞

B．该过程需要消耗能量

C．运输该物质的蛋白质难以运输其他物质

D．该过程的运输速率与膜两侧浓度差完全成正比

答案　C

9．取某一红色花冠的两个大小相同、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，下列叙述错误的是(　　)

A．图2中曲线Ⅰ和图1中乙溶液中细胞失水量曲线对应

B．甲、乙溶液的溶质不同

C．第2 min前乙溶液中花瓣细胞的失水速率小于甲溶液

D．第4 min后乙溶液中细胞由于失水过多而死亡

答案　D

解析　分析题图1可知，植物细胞放在甲溶液中，植物细胞的失水量逐渐增加，当达到一定的时间后，失水速率减慢，所以甲溶液是高渗溶液；放在乙溶液中，植物细胞失水量随时间延长而逐渐增加，达到一定时间后，细胞的失水量逐渐减少，超过4 min后细胞失水量为负值，即细胞吸水，逐渐发生质壁分离复原，因此乙溶液的溶质可以进入细胞。分析题图2可知，Ⅰ液泡先变小后恢复到原样，为乙溶液中的细胞变化曲线，Ⅱ液泡先变小后维持不变，为甲溶液中的细胞变化曲线。第4 min后乙溶液中细胞由于吸水发生了质壁分离复原，细胞并未死亡，D错误。

10．(2022·天津耀华中学高一期中)小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡呈紫色，是观察质壁分离与复原现象的良好材料。下表是某实验小组利用小蚌兰叶片下表皮细胞在不同浓度的蔗糖溶液中观察质壁分离和复原现象的结果。据表分析，下列叙述中不合理的是(　　)

注：“－”表示不发生，“＋”表示发生，且“＋”越多表示发生程度越大。

A．该细胞的细胞液浓度约相当于0.35～0.40 g/mL的蔗糖溶液浓度

B．质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原现象

C．当蔗糖溶液质量浓度为0.30 g/mL时，细胞内外无水分子的进出

D．质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡颜色逐渐变深

答案　C

解析　质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液，细胞发生质壁分离的程度明显，在清水中也能发生质壁分离的复原，则浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原，B合理；蔗糖溶液质量浓度为0.30 g/mL时，细胞吸水，此时进入细胞的水分子多于排出细胞的水分子，C不合理；质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞失水，液泡颜色加深，D合理。

11．(2022·江苏南通高一期中)某同学将红色杜鹃花瓣外表皮细胞置于一定浓度的某种溶液中，测得细胞液浓度与该溶液浓度的比值(P值)随时间的变化曲线如图所示。下列相关叙述正确的是(　　 )

A．该溶液是适宜浓度的蔗糖溶液

B．细胞在t1时刻开始吸收外界溶液中的溶质

C．t0～t1时间内，细胞体积变化量小于原生质体体积变化量

D．t1～t2时间内，细胞吸水能力逐渐减弱

答案　C

解析　该细胞失水(t0～t1)后又主动吸水(t1～t2)，说明植物细胞在该溶液中可以主动吸收溶质分子，而植物细胞不会吸收蔗糖，故该溶液不是蔗糖溶液，A错误；细胞从一开始就吸收外界溶液中的溶质，B错误；t0～t1时间内，细胞失水，但细胞壁的伸缩性小于原生质体的伸缩性，所以细胞体积变化量小于原生质体体积变化量，C正确；t1～t2时间内，细胞液浓度和外界溶液浓度的比值逐渐上升，且大于1，所以吸水能力逐渐上升，D错误。

12．协助扩散需要细胞膜上载体蛋白或通道蛋白的协助。如图甲、乙分别表示载体介导和通道介导的两种协助扩散方式，其中通道介导的扩散速率比载体介导的快得多。下列有关叙述正确的是(　　)

A．该过程的运输速率与膜两侧浓度差完全呈正相关

B．载体蛋白和通道蛋白均具有一定的特异性

C．甲、乙两种方式均存在溶质分子与相应蛋白质的结合过程

D．该过程需要消耗能量

答案　B

13．如图表示被动运输中溶质浓度与扩散速度的关系，下列叙述不正确的是(　　)

A．自由扩散中溶质扩散的速度随溶质浓度增加而增加

B．协助扩散中溶质扩散的速度随溶质浓度增加而增加

C．协助扩散的速度受到膜上转运蛋白数量的限制

D．相同溶质浓度时，协助扩散的速度远大于自由扩散

答案　B

解析　在一定的范围内，协助扩散中溶质扩散的速度随溶质浓度的增加而增加，而超过一定的浓度后，溶质扩散的速度不再随着溶质浓度的增加而增加，B错误；协助扩散需要转运蛋白的协助，其扩散速度受膜上转运蛋白数量的限制，C正确。

14．成熟的植物细胞在较高浓度的外界溶液中，会发生质壁分离现象，如图a是发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞。请回答下列问题：

(1)图a中细胞的质壁分离指的是细胞壁和____________________________________________

的分离，后者的结构包括______(填编号)、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。

(2)植物细胞发生质壁分离所需的外界条件是________________________________________，植物细胞自身应具备的结构特点是_________________________________________________。

(3)如图b是某同学在观察植物细胞质壁分离与复原实验时拍下的显微照片，此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是_________________________________________________________。

(4)将形状、大小相同的红心萝卜A和红心萝卜B幼根各5段，分别放在不同浓度的蔗糖溶液(甲～戊)中，一段时间后，取出红心萝卜的幼根称重，结果如图c所示，据图分析：

①红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度__________(填“高”或“低”)。

②在甲蔗糖溶液中加入适量的清水，一段时间后红心萝卜A的细胞液浓度会________(填“升高”或“降低”)。

③甲～戊蔗糖溶液中，浓度最大的是_______________________________________________。

答案　(1)原生质层　2　(2)外界溶液浓度高于细胞液浓度　原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性　(3)细胞液浓度大于、等于或小于外界溶液浓度　(4)①高　②降低　③乙

解析　(1)图a中细胞的质壁分离指的是细胞壁和原生质层的分离；原生质层包括2细胞膜、4液泡膜及两层膜之间的细胞质。(2)发生质壁分离的外界条件是外界溶液浓度大于细胞液浓度，而植物自身具备的结构特点是原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。(3)根据题意和图示分析可知，图b中的细胞可能处于正在发生质壁分离的状态，也可能处于质壁分离平衡状态，还可能处于质壁分离复原状态，所以此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系有小于、等于或大于三种可能。(4)①根据柱状图数据可知，在甲浓度的蔗糖溶液中，红心萝卜A的质量没有变化，甲溶液是红心萝卜A细胞液的等渗溶液，而红心萝卜B的质量减小，说明红心萝卜B细胞失水，所以红心萝卜A的细胞液浓度大于红心萝卜B的细胞液浓度。②在甲蔗糖溶液中加入适量的清水，一段时间后红心萝卜A吸水，其细胞液浓度降低。③据图可知，红心萝卜A和B在乙浓度的蔗糖溶液中质量均为最小，说明在此蔗糖溶液中两者失水均最多，可推测乙蔗糖溶液的浓度最高。

15．科学家研究发现，细胞膜的跨膜蛋白中，有一种与水的跨膜运输有关的水通道蛋白。请回答下列问题：

(1)细胞膜上跨膜蛋白的合成类似于分泌蛋白，核糖体上合成的肽链，需要在________________________中加工和修饰后，再运输到细胞膜上。

(2)从细胞膜的结构分析，由于____________________________，水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍。现在研究确认，细胞膜上的水通道蛋白能帮助水分子从低渗溶液向高渗溶液跨膜运输，这种水分子跨膜运输的方式是____________。

(3)哺乳动物成熟的红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破，有人推测这可能与水通道蛋白有关。请设计实验，验证这个推测是正确的。(要求：写出实验思路、预期实验结果)

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

答案　(1)内质网和高尔基体　(2)磷脂双分子层内部具有疏水性　协助扩散　(3)实验思路：将哺乳动物成熟的红细胞分成等量的两份，编号为甲组、乙组，将甲组红细胞膜中的蛋白质破坏，乙组红细胞不做处理，然后将两组细胞同时置于蒸馏水中，测定两组细胞吸水涨破所需的时间。预期实验结果：乙组吸水涨破所需时间较甲组短，说明推测正确。

解析　(1)根据蛋白质的合成与分泌过程可知，核糖体合成的肽链需要先后经过内质网和高尔基体的加工和修饰，才能成为成熟的蛋白质分泌到细胞外或运输到细胞膜上。(2)细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，其内部具有疏水性，所以水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍。根据题意可知，水分子通过水通道蛋白的运输是从低渗溶液向高渗溶液运输的，因此该运输方式为协助扩散。(3)根据题意可知，要验证哺乳动物成熟的红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破与水通道蛋白有关，则根据实验的单一变量原则和对照性原则，设计实验思路：将哺乳动物成熟的红细胞分成等量的两份，编号为甲组、乙组，将甲组红细胞膜中的蛋白质破坏，乙组红细胞不做处理，然后将两组细胞同时置于蒸馏水中，测定两组细胞吸水涨破所需的时间。若乙组吸水涨破所需时间较甲组短，说明推测正确。