高考生物总复习第3单元第6课细胞的物质输入和输出学案

第6课　细胞的物质输入和输出

►学业质量水平要求◄

1．基于对不同物质跨膜运输实例的分析，理解细胞内物质运输与能量供应的关系，并归纳跨膜运输的方式与特点。(生命观念、科学思维)

2．基于对不同物质跨膜运输发生条件的比较，认同不同运输方式需要的条件不同。(科学思维)

3．设计实验探究细胞膜的透性；分析植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验。(科学探究)

4．依据渗透作用原理指导灌溉和施肥。(社会责任)

考点一　细胞的吸水和失水

1．渗透作用

(1)概念：指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散过程。

(2)渗透作用产生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。

2．动物细胞的吸水和失水

(1)条件。

①细胞膜：相当于半透膜。

②细胞质：有一定浓度，和外界溶液发生渗透作用。

(2)原理。

①当外界溶液的浓度<细胞质的浓度时，细胞吸水膨胀。

②当外界溶液的浓度＞细胞质的浓度时，细胞失水皱缩。

③当外界溶液的浓度＝细胞质的浓度时，细胞形态不变。

3．植物细胞的吸水和失水

(1)成熟植物细胞的结构。

(2)原理和现象。

①当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。

②当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离的复原现象。

1．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。              (　×　)

2．植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。 (　×　)

3．渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量分数。 (　×　)

4．虽然红细胞没有具膜细胞器，但将其放入一定浓度的外界溶液中，也能发生渗透作用。              (　√　)

1．半透膜和选择透过性膜的区别

2．深度分析渗透作用装置图

(1)溶质不能通过半透膜的渗透装置分析。

①渗透系统的溶液浓度指的是物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压。

如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液相比，质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。

②水分子是双向移动的。

水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液是表观现象，实际是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。

③漏斗内液面上升的原因。

单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。

④漏斗内液面停止上升的原因。

随着液面的不断上升，漏斗内液体的压强越来越大，从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速率加快，水分子进出漏斗的速率越来越接近，直至完全相等，漏斗内液面不再升高，此时水分子的进出达到相对平衡。

⑤渗透平衡后，半透膜两侧溶液浓度不一定相等。

若半透膜两侧液面仍存在液面高度差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度高。

(2)溶质能通过半透膜的渗透装置分析。

①S1和S2是同种溶质，且能透过半透膜，S1溶液浓度大于S2溶液浓度。

开始时，由于半透膜两侧存在浓度差，由S2→S1的水分子数多于S1→S2的，随后S1中的溶质透过半透膜进入S2。

一段时间后，半透膜两侧的浓度差逐渐减小，S1和S2的溶液浓度相等。

外观表现：S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平。

②S1和S2是两种不同的溶质，且只有水和S1能透过半透膜。

a：若S1的物质的量浓度大于S2的，则出现的现象是S1液面先升高，随后S1中的溶质透过半透膜进入S2，S2液面逐渐升高，最终高于S1。

b：若S1的物质的量浓度小于S2的，则出现的现象是S1液面始终低于S2液面。

(3)渗透装置的变式分析。

图1为渗透作用的初始状态，其中半透膜只允许水分子通过(图中浓度为质量分数)。

①往稳定后的图1 U形管的左侧加入少量蔗糖酶。

未加酶时：由于10%的葡萄糖溶液的物质的量浓度大，因此水分子由10%的蔗糖溶液→10%的葡萄糖溶液较多，右侧液面升高。

加蔗糖酶后：蔗糖被水解为两分子单糖(葡萄糖和果糖)，导致左侧浓度升高，水分子由10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液较多，则左侧液面升高，最终高于右侧。

②若把稳定后的图1 U形管右侧液面高出的部分吸走，则右侧液面继续升高并达到新的平衡，但抽取次数与液面高低之间呈负相关。

③若把图1所示装置放在失重环境中，则右侧液面会升高，但是稳定时两侧物质的量浓度相等，因为没有重力的作用。如果此时把右侧高出的液面吸走，则右侧液面不再升高。

④如果把图1装置改为图2装置，容器是密闭的，中间是可以移动的半透膜，则分析方法与图1类似，水分子向右移动的多，半透膜向左移动。

3．渗透作用实验装置的拓展应用

(1)验证渗透作用发生的条件。

(2)比较不同溶液浓度的大小。

漏斗内溶液浓度为M，烧杯内溶液浓度为N，以下为各种现象及对应的结论：

(3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)。

考向1| 渗透作用的原理及应用分析

1．(2021·福建重点高中联考)将生鸡蛋的大头保持壳膜(蔗糖分子不能通过，小分子和离子可以通过)完好去掉蛋壳，小头开个小孔让蛋清和蛋黄流出，往蛋壳内灌入质量分数为15%的蔗糖溶液，然后放在盛有清水的烧杯中并用铅笔标上吃水线(如图所示)。下列分析错误的是(　　)

A．发生渗透作用需要有半透膜，壳膜相当于半透膜

B．水分子以扩散的方式进出壳膜，当稳定后仍然可以进出

C．若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，则蛋壳先下沉后上浮

D．若将正常的线粒体放入清水中，则线粒体外膜先涨破

C　解析：分析题意及题图可知，该实验中相当于渗透装置中半透膜的是壳膜，A正确。水分子可以一直进出半透膜，稳定后保持动态平衡，B正确。若将烧杯中的清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，壳膜内的溶液渗透压小于NaCl溶液的渗透压，单位时间内进入壳膜的水分子少于从壳膜流出的水分子，先导致蛋壳上浮；由于Na＋和Cl－都可以通过半透膜，因此半透膜两侧溶液的浓度差逐渐减小，最后逆转，单位时间内进入壳膜的水分子多于从壳膜流出的水分子，后导致蛋壳下沉，C错误。若将正常线粒体放在清水中，由于内膜向内折叠增大了膜面积，故外膜先破裂，内膜后破裂，D正确。

2．下图表示一中间隔以半透膜(只允许水分子通过)的水槽，两侧分别加入等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液。然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶，在加入麦芽糖酶前后M、N两侧液面的变化是(　　)

A．加酶前M侧液面上升，加酶后N侧液面上升并高于M侧液面

B．加酶前M侧液面上升，加酶后N侧液面上升并等于M侧液面

C．加酶前后M、N两侧液面不变

D．加酶前M、N两侧液面不变，加酶后N侧液面上升并高于M侧液面

D　解析：M侧和N侧分别加入等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液，所以加酶前M、N两侧液面不变；麦芽糖酶将可以1分子的麦芽糖分解为2分子的葡萄糖，在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶，麦芽糖水解，N侧的葡萄糖溶液浓度大于M侧，进入N侧水分子的数目多于流出N侧的水分子数目，故N侧液面上升且高于M侧液面。

3．(2021·湖北卷)红细胞在高渗NaCl溶液(浓度高于生理盐水)中体积缩小，在低渗NaCl溶液(浓度低于生理盐水)中体积增大。下列有关该渗透作用机制的叙述，正确的是(　　)

A．细胞膜对Na＋和Cl－的通透性远高于水分子，水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液

B．细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－，水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液

C．细胞膜对Na＋和Cl－的通透性远高于水分子，Na＋和Cl－从高渗溶液扩散至低渗溶液

D．细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－，Na＋和Cl－从高渗溶液扩散至低渗溶液

B　解析：大多数水分子以协助扩散的方式进出细胞，少数水分子以自由扩散的方式进出细胞，而Na＋和Cl－以主动运输的方式进出红细胞。自由扩散和协助扩散比主动运输更容易，故细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl－。由于自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度进行的，而主动运输是逆浓度梯度进行的，故水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液，Na＋和Cl－从低渗溶液扩散至高渗溶液，B正确，A、C、D错误。

考向2| 动植物细胞的吸水与失水

4．(2021·山东济宁模拟)在无任何相反压力时，渗透吸水会使细胞膨胀甚至破裂，不同的细胞用不同的机制解决这种危机。下图表示高等动物、高等植物与原生生物细胞以三种不同的机制避免渗透膨胀，据此推断下列说法正确的是(　　)

A．动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白的协助

B．植物细胞吸水达到渗透平衡时，细胞内外溶液浓度相等

C．若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会升高

D．三种细胞发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜

A　解析：动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白将离子转运到细胞外，以减小细胞内液的渗透压，防止细胞渗透吸水涨破，A正确；植物细胞在低浓度溶液中会发生吸水，但是由于细胞壁的支撑作用，吸水到一定程度后达到平衡，故此时细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度，B错误；原生生物生活在低渗溶液中，会通过收缩泡将多余的水排到细胞外，若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会降低，C错误；动物细胞和原生生物发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜，而植物细胞发生渗透吸水的原理是原生质层相当于半透膜，D错误。

5．(2021·海南海口二模)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下图1所示，液泡直径的变化如下图2所示。下列叙述正确的是(　　)

A．图1中的曲线甲、乙分别对应图2中的曲线Ⅰ、Ⅱ

B．4 min后乙溶液中细胞由于失水过多而死亡

C．曲线Ⅰ的变化是细胞通过主动运输吸收溶质的结果

D．4 min后曲线Ⅱ中液泡直径不变，可能是因为水分子进出平衡

D　解析：分析题图可知，图1中的曲线甲对应图2中的曲线Ⅱ，图1中的曲线乙对应图2中的曲线Ⅰ，A错误；4 min后，乙溶液中的细胞开始吸水，即乙溶液中细胞发生质壁分离复原，B错误；曲线Ⅰ的变化是细胞通过主动运输(如K＋、NO)或自由扩散(如甘油)吸收溶质后质壁分离复原的结果，C错误；4 min后曲线Ⅱ中液泡直径不变，可能是因为此时细胞处于水分子进出平衡的状态，D正确。

考点二　物质跨膜运输的方式

1．物质进出细胞的方式

2．物质跨膜运输的方式和影响因素

(1)图示表示的跨膜运输方式中，甲为主动运输，乙为自由扩散，丙为协助扩散，丁为协助扩散。

(2)图中物质a为载体蛋白，b为通道蛋白，c为载体蛋白。它们都属于转运蛋白。

(3)影响跨膜运输方式的因素：

甲为载体蛋白和能量，乙为浓度差，丙、丁为浓度差和转运蛋白。

1．主动运输都是逆浓度梯度进行的。 (　√　)

2．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。 (　×　)

3．大分子有机物要通过转运蛋白的作用才能进入细胞内，并且要消耗能量。              (　×　)

4．低温不影响矿质离子的吸收速率。 (　×　)

5．新生儿从乳汁中获得抗体需要消耗能量。 (　√　)

6．同种物质进出同一细胞的方式一定相同。 (　×　)

7．以胞吐的方式排出细胞的物质不一定都是生物大分子。 (　√　)

1．膜上的两种转运蛋白比较

2.模式图中物质跨膜运输方式的判断

3．不同因素对物质跨膜运输的影响

(1)影响因素。

(2)曲线分析。

4．探究物质跨膜运输方式的实验设计思路

(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。

5．归纳概括同一物质的不同运输方式

考向1| 物质跨膜运输方式的判断

1．下图为动物细胞的细胞膜转运部分物质的示意图，下列分析不正确的是(　　)

A．根据乙侧耗能的情况可知，甲侧为细胞外，乙侧为细胞内

B．图示中葡萄糖的跨膜运输方式与细胞吸收水分的方式相同

C．图中a和b不是静止的，其运动的特性有利于物质的跨膜运输

D．用胰蛋白酶处理细胞膜，会影响葡萄糖、Na＋等物质的运输

B　解析：动物细胞内的K＋浓度远高于细胞外，会通过主动运输将K＋运到细胞内(图中K＋进细胞耗能)，而Na＋正好相反，细胞通过主动运输的方式将Na＋运输到细胞外(图中Na＋出细胞耗能)，据此可判断甲侧是细胞外，乙侧是细胞内，A正确；图中细胞吸收水的方式是自由扩散，与图中葡萄糖的跨膜运输方式不同，B错误；图中的a是磷脂双分子层，b为蛋白质，组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质大都可以运动，细胞膜的流动性有利于物质的跨膜运输，C正确；葡萄糖、Na＋等物质的跨膜运输需要载体蛋白，用胰蛋白酶处理细胞膜，会破坏细胞膜上的载体蛋白，进而影响到葡萄糖、Na＋等物质的运输，D正确。

2．(2021·安徽五校联考)下图所示是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

C　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，B正确；通过通道蛋白的跨膜运输属于协助扩散，且水通道蛋白具有专一性，一般不能允许其他离子或小分子通过，C错误；水通道蛋白跨膜运输水分子的过程不需要细胞代谢供能，D正确。

考向2| 影响物质跨膜运输的因素分析

3．(2021·广东广州模拟)下图是几种物质进出细胞方式中运输速率与影响因素间的关系曲线图，下列叙述中正确的是(　　)

A．与氧气进出细胞相符的图有①③⑤

B．与葡萄糖进入红细胞相符的图有①④⑥

C．与K＋进入神经细胞相符的图有②④⑤

D．与蛋白质类物质进出细胞相符的图有②③⑥

A　解析：题图中①～⑥分别表示自由扩散、协助扩散或主动运输、被动运输或由无氧呼吸供能的主动运输、主动运输、自由扩散、协助扩散或主动运输。氧气通过自由扩散的方式进出细胞，与此相符的是①③⑤，A正确；葡萄糖通过协助扩散的方式进入红细胞，与此相符的是②③⑥，B错误；K＋进入神经细胞的方式是主动运输，与图中②④⑥相符，C错误；蛋白质类物质通过胞吞或胞吐进出细胞，D错误。

【易错提醒】有关物质出入细胞方式的六个“不要漏掉”

(1)需要转运蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。

(2)消耗能量的运输方式除主动运输外，不要漏掉胞吞和胞吐。

(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。

(4)影响协助扩散运输速率的因素除转运蛋白数量外，不要漏掉浓度差。

(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。

(6)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞，但不要漏掉也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。

4．(2021·全国甲卷)植物的根细胞可以通过不同方式吸收外界溶液中的K＋。回答下列问题：

(1)细胞外的K＋可以跨膜进入植物的根细胞。细胞膜和核膜等共同构成了细胞的生物膜系统，生物膜的结构特点是________________。

(2)细胞外的K＋能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由________复合物构成的，其运输的特点是_________________(答出1点即可)。

(3)细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下，根细胞对K＋的吸收速率降低，原因是_____________________

____________________________________________________________________

_________________________________________________________________。

解析：(1)生物膜的结构特点是具有流动性。(2)离子通道是由蛋白质复合物构成的，一种通道只能让某种离子通过，而另一些离子则不容易通过，即离子通道具有选择性。(3)细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。该过程是主动运输过程，主动运输需要消耗能量，而细胞中的能量由细胞呼吸提供，因此呼吸抑制剂会影响细胞对K＋的吸收速率。

答案：(1)具有流动性　(2)蛋白质　顺浓度梯度或具有选择性　(3)细胞逆浓度梯度吸收K＋是主动运输过程，需要能量，呼吸抑制剂会影响细胞呼吸供能，故使细胞主动运输速率降低

考向3| 物质跨膜运输的有关实验

5．在适宜条件下，测得的某植物根细胞对a、b两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示(a、b两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度a、b两种物质的吸收速率)。回答下列问题。

(1)根据实验结果发现a是通过自由扩散方式跨膜运输的。自由扩散的含义是____________________________________________。

(2)实验结果表明：当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。可能的原因是________________________

__________________________________________________________________。

(3)王同学据图认为b的跨膜运输方式是主动运输，李同学认为是协助扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。

答案：(1)物质通过简单的扩散方式进出细胞　(2)细胞膜上运输b的转运蛋白数量是有限的，当所有转运蛋白都参加运输时，运输速率达到最大，此后b浓度再增加，运输速率也不会增加　(3)实验思路：设置甲、乙两组，甲组在适宜条件下测定根细胞对外界溶液中b的吸收速率；乙组在外界溶液中加入呼吸抑制剂，在相同条件下测定根细胞对外界溶液中b的吸收速率。预期结果和结论：若乙组的吸收速率低于甲组，说明b的跨膜运输需要能量，属于主动运输，则王同学的判断是正确的；若乙组的吸收速率与甲组相同，说明b的跨膜运输不需要能量，不属于主动运输，则王同学的判断是错误的。

考点三　(探究·实践)探究植物细胞的吸水和失水

1．实验原理

(1)成熟的植物细胞构成渗透系统，可发生渗透作用。

(2)原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。

2．实验步骤

3．实验结论

(1)成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统并发生渗透作用。

(2)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，出现质壁分离现象。

(3)当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，出现质壁分离复原现象。

1．质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。 (　×　)

2．低倍镜观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离时，随中央液泡变小紫色变深。              (　√　)

3．用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度相同。 (　×　)

4．大蒜根尖分生区细胞可用于观察细胞的质壁分离与复原。 (　×　)

5．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。 (　×　)

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，自身对照是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．质壁分离及复原发生的条件

3．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)比较未知浓度溶液的浓度大小。

(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。

考向1| 实验原理和基本步骤分析

1．下图表示紫色洋葱鳞片叶同一部位的外表皮细胞在蔗糖或氯化钠溶液中质壁分离的情况。下列分析正确的是(　　)

A．制作临时装片时都需要在载玻片上滴1～2滴生理盐水

B．当两种溶液浓度为1.0 mol·L－1时，细胞均失水死亡

C．洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度可能与0.2 mol·L－1的蔗糖溶液的相当

D．宜选择浓度为0.8 mol·L－1的氯化钠溶液用于观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离与复原实验

C　解析：制作洋葱鳞片叶表皮细胞的临时装片时，需要在载玻片上滴加清水，A错误。当两种溶液浓度为1.0 mol·L－1时，氯化钠溶液中发生质壁分离的细胞达到100%，说明细胞均失水；而蔗糖溶液中发生质壁分离的细胞达到60%，说明至少有60%的细胞失水，但都不能说明细胞均失水死亡，B错误。当两种溶液的浓度为0.2 mol·L－1时，两种溶液中都没有发生质壁分离的细胞，而浓度高于0.2 mol·L－1时都有细胞开始发生质壁分离，说明洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度可能与0.2 mol·L－1的蔗糖溶液的相当，C正确。因氯化钠溶液中的Na＋、Cl－都可以通过主动运输方式被细胞吸收，可能导致细胞发生质壁分离后又自动复原，对实验现象的观察有影响，所以观察洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离与复原实验时，不宜选择氯化钠溶液，D错误。

2．利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞和不同浓度的蔗糖溶液，可以探究细胞发生质壁分离和复原的情况。下列有关该实验的叙述正确的是(　　)

A．在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞的吸水能力逐渐增强

B．该实验利用同一块植物组织探究了质壁分离和复原的情况，没有设计对照

C．将装片在酒精灯上加热后再观察，质壁分离及复原现象会更明显

D．不同浓度蔗糖溶液下发生质壁分离的细胞滴加清水后都能复原

A　解析：质壁分离过程中随着细胞逐渐失水，细胞液浓度增大，细胞的吸水能力逐渐增强，A正确；清水中的细胞生活状态与加入蔗糖溶液后的细胞状态形成对照，即质壁分离前后形成对照，质壁分离和复原形成对照，B错误；质壁分离与复原实验必须用活的成熟的植物细胞作材料，将装片在酒精灯上加热会使细胞死亡，而死细胞不会再发生质壁分离及复原，C错误；蔗糖溶液浓度过高，会使细胞失水过多、过快而死亡，加入清水后细胞不会发生质壁分离复原，D错误。

考向2| 实验的拓展和应用

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，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

A　解析：由题图可知，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。

4．(2021·辽宁沈阳一模)某同学为观察植物细胞的质壁分离和复原，将同一植物相同部位的细胞分别置于物质的量浓度一定且相等的物质A溶液和物质B溶液中，发生质壁分离后再置于蒸馏水中，实验过程中两组细胞的液泡体积随时间的变化曲线Ⅰ、Ⅱ如下图所示。相关推测正确的是(　　)

A．a点前，有物质A和水分子通过细胞膜进出细胞

B．a点前，细胞体积与原生质体体积变化量相等

C．b点前，液泡中的渗透压大于外界的渗透压

D．c点前，两组实验中细胞的细胞液浓度相等

A　解析：分析题图可知，两种溶液的物质的量浓度相同，而两条曲线失水速率不同，可推测a点前，有水分子和物质A分子通过细胞膜进出细胞，导致A溶液中细胞的细胞液浓度增大，失水速率减慢，A正确；由于细胞壁的伸缩性和原生质体的伸缩性不同，所以a点前失水过程中细胞的体积变化量小于原生质体的体积变化量，B错误；b点前，细胞处于失水状态，液泡中的渗透压小于外界的渗透压，C错误；置于蒸馏水中后，细胞渗透吸水，但由于细胞壁的限制，至c点时，液泡体积均达到最大，但在a点前有物质A进入细胞内，故到达平衡时两组细胞液浓度不相等，D错误。

5．(2022·山东烟台模拟)某研究小组用5种植物材料进行质壁分离实验。在相同的放大倍数下，记录视野中的细胞数目，然后滴加蔗糖溶液，记录从滴加蔗糖溶液到发生“初始质壁分离”的平均时间，绘制成下图。下列说法正确的是(　　)

A．据图分析可知，5种植物材料中山茶细胞最小

B．该实验在观察质壁分离现象时，没有设计对照实验

C．若在发生质壁分离后滴加清水，则5种材料复原时间都不同

D．5种材料中，红花檵木发生质壁分离的速度最快

D　解析：在相同的放大倍数下，视野中山茶的细胞数目最少，说明其细胞最大，观察到的红花檵木细胞数目最多，说明其细胞最小，A错误；蔗糖溶液滴加之前和之后形成前后自身对照，B错误；若在发生质壁分离后滴加清水，则不能确定5种材料复原时间，C错误；5种材料中，红花檵木从滴加蔗糖溶液到发生“初始质壁分离”的平均时间最短，发生质壁分离的速度最快，D正确。

【命题动态】理解细胞吸水和失水的原理，掌握植物细胞质壁分离与复原的实验技能，是高考常考的能力层次。考题大多以实验题或分析说明题的形式出现，渗透作用装置的设计、渗透作用的条件及相关内容的拓展性研究，均可设题进行考查。关于物质跨膜运输的方式，高考主要集中在“物质出入细胞的方式”和“影响物质跨膜运输的因素”两个方面，常以图示、曲线、表格数据等为情境命题，考查对相关知识的理解能力及进行综合分析、判断和推理的能力。

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

[思维培养]

A　解析：Ca2＋通过 CAX 的跨膜运输方式为主动运输，所需要的能量由H＋顺浓度梯度产生的势能提供，A错误；Ca2＋通过 CAX 的运输进入液泡增加细胞液的浓度，有利于植物细胞保持坚挺，B正确；加入 H＋焦磷酸酶抑制剂，则液泡中的H＋浓度降低，液泡膜两侧的 H＋浓度梯度差减小，为Ca2＋通过 CAX 的运输提供的能量减少，C正确；H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式需要水解无机焦磷酸释放的能量来提供，为主动运输，D正确。

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

[思维培养]

D　解析：施肥过多使外界溶液浓度过高，大于细胞液的浓度，细胞发生质壁分离导致植物过度失水而死亡，引起“烧苗”现象，A正确；发生质壁分离的内因是细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性，质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部与细胞壁分开，B正确；植物细胞在发生质壁分离复原的过程中，因不断吸水导致细胞液的浓度逐渐降低，与外界溶液浓度差减小，细胞的吸水能力逐渐降低，C正确；溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，1 mol/L的NaCl溶液和1 mol/L的蔗糖溶液的渗透压不相同，是因为NaCl溶液中含有Na＋和Cl－，其渗透压高于蔗糖溶液，D错误。

1．(生活、学习和实践情境)寄生在人体肠道内的原生动物痢疾内变形虫无线粒体，能通过胞吐分泌蛋白酶，溶解人的肠壁组织，通过胞吞将肠壁细胞消化，并引发阿米巴痢疾。下列叙述正确的是(　　)

A．痢疾内变形虫体内无双层膜的细胞结构

B．痢疾内变形虫细胞膜上具有蛋白酶的载体

C．痢疾内变形虫胞吞肠壁细胞不需要消耗能量

D．痢疾内变形虫蛋白酶的合成和加工需要内质网和高尔基体参与

D　解析：痢疾内变形虫虽无线粒体，但其为原生动物，属于真核生物，因此，其体内存在双层膜的细胞结构，如细胞核，A错误；痢疾内变形虫分泌蛋白酶的方式是胞吐，因此细胞膜上不具有蛋白酶的载体，B错误；痢疾内变形虫胞吞肠壁细胞需要消耗能量，C错误；痢疾内变形虫中的蛋白酶属于分泌蛋白，因此其合成和加工需要内质网和高尔基体参与，D正确。

2．(科学实验和探究情境)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

D　解析：由题干信息可知，叶细胞与溶液之间无溶质交换，而甲组的甲糖溶液浓度升高，则可能是由于叶细胞的细胞液浓度大于甲糖溶液物质的量浓度，引起了细胞吸水，A正确；若乙糖溶液浓度不变，说明乙糖溶液物质的量浓度与叶细胞的细胞液浓度相等，叶细胞净吸水量为零，B正确；若乙糖溶液浓度降低，说明细胞失水，叶肉细胞可能发生了质壁分离，C正确；若乙糖溶液浓度升高，说明乙糖溶液物质的量浓度低于叶细胞的细胞液浓度，细胞吸水，而乙糖溶液的物质的量浓度约为甲糖溶液的2倍，因此叶细胞的净吸水量应是乙组小于甲组，D错误。

3．(生命科学史情境)诺贝尔化学奖曾经授予研究细胞膜通道蛋白的科学家。通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，它包含离子通道蛋白和水通道蛋白。下列相关叙述错误的是(　　)

A．肾小管上皮细胞膜上可能存在水通道蛋白，有利于对原尿中水的重吸收

B．磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子的运输都需要水通道蛋白

C．神经细胞在静息状态下K＋外流的过程是通过K＋通道来完成的被动运输

D．离子通道一般具有特异性，在特定信息的作用下才会开放，能实现相应物质的快速运输

B　解析：肾小管上皮细胞膜上可能存在水通道蛋白，有利于对原尿中水的重吸收，A正确；磷脂双分子层内部是疏水的，磷脂双分子层是可以运动的，水分子可以通过自由扩散的方式跨膜运输，也可以通过水通道蛋白以协助扩散的方式跨膜运输， B错误；神经细胞在静息状态下钾离子外流的过程是通过钾离子通道来完成的被动运输，C正确；离子通道一般具有特异性，在特定信息的作用下才会开放，能实现相应物质的快速运输，D正确。