2024届高考生物一轮复习第3单元第6课细胞的物质输入和输出学案

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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
[思维培养]

C　解析：由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞的体积增大，说明细胞吸水，则水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，A正确。水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，细胞b体积增大(细胞吸水)，细胞c发生质壁分离(细胞失水)，因此水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c，B正确。由题可知，水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相等；水分交换达到平衡时，虽然细胞内外溶液浓度相同，但细胞c失水后外界蔗糖溶液的浓度减小，因此水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误。在一定的蔗糖溶液中，细胞c发生了质壁分离，水分交换达到平衡时，其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，D正确。
2．(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
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。

1．(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。
2．(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。
课时质量评价(六)
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．(2022·山东济宁一模)植物细胞中的蛋白质等分子会解离为A－与H＋两种离子，A－不能向细胞外扩散，H＋可以被细胞膜上的某些离子泵运到细胞外，使细胞呈现内负外正的电位差。若外界溶液为KCl溶液，则溶液中的K＋在A－的吸引下向细胞内扩散积累。一段时间后，细胞内外离子扩散速度相等，达到平衡状态。下列叙述正确的是(　　)
A．H＋运输到细胞外不需要细胞代谢释放的能量
B．达到平衡时，细胞内外的K＋浓度相等
C．K＋进入细胞内的量与A－的浓度呈正相关
D．达到平衡时，无水分子进入细胞
C　解析：H＋可以被细胞膜上的某些离子泵运到细胞外，为主动运输，需要耗能，需要载体，A错误；由题干信息分析可知，K＋是阳离子，不断向细胞内扩散，使细胞内的K＋浓度大于细胞外的K＋浓度，B错误；溶液中的K＋在A－的吸引下向细胞内扩散积累，K＋进入细胞内的量与A－的浓度呈正相关，C正确；水分子进出细胞的方式是自由扩散，在平衡时，细胞内外会发生水分子的交换，只是水分子进出细胞速率相等，D错误。
2．将紫色洋葱鳞片叶外表皮浸润在一定浓度的甲物质溶液中，在显微镜下观察到细胞发生了质壁分离。下列说法错误的是(　　)
A．甲物质溶液的浓度大于细胞液浓度
B．甲物质不能通过细胞的细胞壁和细胞膜
C．紫色液泡颜色会加深与原生质层的选择透过性有关
D．将发生了质壁分离的细胞浸润在清水中可判断其是否还具有活性
B　解析：细胞发生了质壁分离，表明细胞失水，则甲物质溶液浓度大于细胞液浓度，A正确；细胞壁具有全透性，甲物质可通过细胞壁，但能否通过细胞膜不能确定，B错误；细胞失水导致紫色液泡颜色加深，这与原生质层的选择透过性有关，C正确；只有活细胞才能发生质壁分离复原，故将发生了质壁分离的细胞浸润在清水中，一定时间后观察其是否发生质壁分离复原，可判断细胞是否还具有活性，D正确。
3．(2023·山东济南模拟)柽柳是强耐盐植物，它的根部能够吸收无机盐，叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排出体外。为探究根部对无机盐X的吸收方式，兴趣小组的同学利用生理状况相同的多条柳根、已知浓度的X溶液、X载体抑制剂和呼吸酶抑制剂做了以下实验。下列对实验思路或实验结论的叙述不正确的是(　　)
甲组：6条柽柳根＋X的溶液→一段时间后测溶液中X的浓度，计算X吸收速率
乙组：6条柽柳根＋X的溶液＋X载体抑制剂→一段时间后测溶液中X的浓度，计算X吸收速率
丙组：6条柽柳根＋X的溶液＋呼吸酶抑制剂→一段时间后测溶液中X的浓度，计算X吸收速率
A．甲、乙、丙三组不同的处理方法是自变量，不同处理方法后X的吸收速率是因变量
B．若乙组溶液中X的吸收速率比甲组的低，说明X是通过主动运输被吸收的
C．若丙组溶液中X的吸收速率与甲组的吸收速率相等，说明X是通过被动运输被吸收的
D．若乙、丙两组溶液中X的吸收速率小于甲组的吸收速率，说明X是通过主动运输被吸收的
B　解析：由题干可知，甲组是对照组，乙、丙组是实验组，不同的处理方法是自变量，实验前后X的吸收速率是因变量，A正确；使用X载体抑制剂，乙组溶液中X的吸收速率比甲组的低，说明X是通过主动运输或协助扩散被吸收的，B错误；若丙组溶液中X的吸收速率与甲组的吸收速率相等，说明没有消耗能量，X是通过被动运输被吸收的，C正确；乙、丙两组溶液中X的吸收速率都小于甲组的吸收速率，说明吸收X既需要载体，又消耗能量，X是通过主动运输被吸收的，D正确。
4．取兔体内的甲细胞(有线粒体)和乙细胞(无线粒体)分别置于适宜浓度的A溶液中，甲细胞通入空气组比未通入空气组吸收A的速率大，而乙细胞通入空气组与未通入空气组吸收A的速率相等。综上分析，不能得出的结论是(　　)
A．甲细胞可通过主动运输吸收A
B．乙细胞不再具有增殖、分化能力
C．A溶液的浓度可能与两种细胞自身的浓度相当
D．乙细胞吸收A不消耗能量
D　解析：甲细胞通入空气组比未通入空气组吸收A的速率大，说明甲细胞吸收 A 与有氧呼吸有关，即需要消耗能量，是主动运输，A 正确；乙细胞无线粒体，说明乙细胞是已分化的细胞，故不再具有增殖、分化能力，B 正确；细胞必须生活在等渗环境中，大多数情况下培养细胞时需考虑细胞对渗透压的耐受性，所以A溶液的浓度可能与两种细胞自身的浓度相当，C 正确；乙细胞(无线粒体)通入空气组与未通入空气组吸收A的速率相等，则乙细胞吸收A所需的能量可能由无氧呼吸提供，不能说明乙细胞吸收A不消耗能量，D 错误。
5．右图为人体某细胞对葡萄糖的转运速率与细胞外葡萄糖浓度的关系。实线表示细胞外仅存在葡萄糖的情况，虚线表示细胞外同时存在一定浓度半乳糖的情况。以下说法正确的是(　　)
A．葡萄糖的转运速率随细胞外葡萄糖浓度的升高持续增大
B．半乳糖可水解为2分子葡萄糖
C．该细胞膜上一定存在转运半乳糖的载体
D．半乳糖对葡萄糖的转运有抑制作用
D　解析：由曲线走势可知，随着葡萄糖浓度的升高，葡萄糖的转运速率逐渐升高，当达到一定浓度后，转运速率保持不变，A错误；半乳糖属于单糖，单糖不能水解，B错误；分析题图可知，葡萄糖和一定浓度的半乳糖同时存在时，葡萄糖的转运速率随着葡萄糖浓度的增大而升高，但同样浓度下低于细胞外仅存在葡萄糖时的葡萄糖转运速率，因此半乳糖对葡萄糖的转运有抑制作用，但是不能确定细胞膜能否转运半乳糖，C错误，D正确。
6．主动运输消耗的能量可来自ATP或离子电化学梯度等。下图为Na＋、葡萄糖进出小肠上皮细胞的示意图。下列关于图中物质跨膜运输过程的分析错误的是(　　)

A．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是不需耗能的主动运输
B．Na＋从小肠上皮细胞进入组织液是需要消耗ATP的主动运输
C．葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞相伴随
D．Na＋从肠腔到小肠上皮细胞以及葡萄糖从小肠上皮细胞到组织液均为被动运输
A　解析：由题图可知，葡萄糖从肠腔逆浓度梯度进入小肠上皮细胞，属于主动运输，需要消耗能量，A错误；Na＋从小肠上皮细胞进入组织液是逆浓度梯度进行的，需要载体蛋白协助并需要消耗ATP，属于主动运输，B正确；从题图可看出，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞共用一个载体，C正确；Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞的方式是协助扩散，葡萄糖从小肠上皮细胞进入组织液的方式也是协助扩散，均为被动运输，D正确。
7．用呼吸抑制剂处理哺乳动物的红细胞，下图表示物质吸收量的变化，正确的是(　　)
　
A　　 　　B　　　　C　　　 　D
B　解析：葡萄糖进入哺乳动物红细胞的运输方式是协助扩散，不需要消耗ATP，所以与呼吸强度无关，A错误；B项图中两种物质的运输方式都是主动运输，需要消耗ATP，所以当用呼吸抑制剂处理后，它们的吸收量会受到影响，B正确；C项和D项图中物质的运输方式是被动运输，不需要ATP，所以与呼吸强度无关，C、D错误。
8．右图所示为某植物表层细胞在不同溶液中，一定时间后细胞吸水力与原生质体相对体积之间的关系(正常状态下原生质体相对体积为1.0)。下列相关叙述正确的是(　　)
A．若该植物为洋葱，则该细胞一定为洋葱外表皮细胞
B．a点时的细胞体积显著小于b点时的细胞体积
C．b点之后，随着细胞吸水力的下降，细胞液的渗透压逐渐增大
D．在一定浓度的KNO3溶液中，原生质体相对体积可能会由0.5自动恢复到1.0
D　解析：洋葱内表皮细胞也可发生质壁分离，A错误；据图分析，a点时细胞发生质壁分离，原生质体相对体积缩小，b点时细胞处于正常状态，由于细胞壁的伸缩性很小，a、b点时植物细胞体积与a点基本相同，B错误；b点之后，细胞吸水，原生质体相对体积增大，细胞液的渗透压逐渐减小，细胞吸水力下降，C错误；在一定浓度的KNO3溶液中，细胞发生质壁分离后，随着植物细胞通过主动运输不断吸收K＋和NO3-，细胞液的渗透压逐渐增大，细胞吸水力逐渐升高，植物细胞会发生质壁分离自动复原，原生质体相对体积可能会由0.5自动恢复到1.0，D正确。
9．(2023·广东河源模拟)肾脏每日过滤约180 L的血浆，在正常糖耐量的个体中，每日约180 g的葡萄糖被过滤。葡萄糖在肾小管里的重吸收由葡萄糖转运蛋白(GLUT)和钠—葡萄糖协同转运蛋白(SGLT)完成。葡萄糖通过与Na＋协同进入细胞，细胞内Na＋不断被细胞侧基底膜的Na＋-K＋ATP酶泵出，如下图所示，下列叙述错误的是(　　)

A．Na＋-K＋ATP酶有催化和运输功能
B．葡萄糖从肾近端小管细胞运出是协助扩散
C．Na＋-K＋ATP酶磷酸化导致其空间结构发生变化
D．葡萄糖逆浓度梯度进入肾近端小管细胞因不消耗能量属于协助扩散
D　解析：Na＋-K＋ATP酶能催化ATP水解，有催化功能，也能运输离子，A正确；据题图判断，葡萄糖进入肾近端小管细胞内是从低浓度向高浓度运输，为主动运输，消耗能量，葡萄糖出肾近端小管细胞需要载体的协助，不消耗能量，属于协助扩散，B正确，D错误；被活化的Na＋-K＋ATP酶能够水解ATP，ATP水解释放的磷酸基团使载体蛋白磷酸化，后者的空间结构进而发生变化，活性也被改变，C正确。
二、非选择题
10．(2021·广东卷)人体缺乏尿酸氧化酶，导致体内嘌呤分解代谢的终产物是尿酸(存在形式为尿酸盐)。尿酸盐经肾小球滤过后，部分被肾小管细胞膜上具有尿酸盐转运功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收，最终回到血液。尿酸盐重吸收过量会导致高尿酸血症或痛风。目前，E是针对上述蛋白治疗高尿酸血症或痛风的常用临床药物。为研发新的药物，研究人员对天然化合物F的降尿酸作用进行了研究。给正常实验大鼠(有尿酸氧化酶)灌服尿酸氧化酶抑制剂，获得了若干只高尿酸血症大鼠，并将其随机分成数量相等的两组，一组设为模型组，另一组灌服F设为治疗组，一段时间后检测相关指标，结果见图。

回答下列问题：
(1)与分泌蛋白相似，URAT1和GLUT9在细胞内的合成、加工和转运过程需要____________________及线粒体等细胞器(答出两种即可)共同参与。肾小管细胞通过上述蛋白重吸收——尿酸盐，体现了细胞膜具有____________的功能特性。原尿中还有许多物质也需借助载体蛋白通过肾小管的细胞膜，这类跨膜运输的具体方式有________________________。
(2)URAT1分布于肾小管细胞刷状缘(下图示意图)，该结构有利于尿酸盐的重吸收，原因是__________________________________________________________
___________________________________________________________________。

(3)与空白对照组(灌服生理盐水的正常实验大鼠)相比，模型组的自变量是________________。与其他两组比较，设置模型组的目的是__________________
___________________________________________________________________。
(4)根据尿酸盐转运蛋白检测结果，推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是______________________________，减少尿酸盐重吸收，为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，具体为________________________。
解析：(1)由于URAT1和GLUT9与分泌蛋白相似，因此URAT1和GLUT9在细胞内的合成、加工和转运过程需要核糖体、内质网、高尔基体及线粒体等细胞器共同参与。肾小管细胞通过URAT1和GLUT9蛋白重吸收尿酸盐，体现了细胞膜的选择透过性。借助载体蛋白的跨膜运输方式有协助扩散和主动运输。(2)由题图可知，肾小管细胞刷状缘形成很多突起，增大吸收面积，有利于尿酸盐的重吸收。(3)模型组灌服尿酸氧化酶抑制剂，与空白对照组相比，模型组的自变量是尿酸氧化酶活性低。与空白对照组和灌服F的治疗组比较，设置模型组的目的是排除血清尿酸盐含量降低是由于大鼠体内尿酸氧化酶的作用(或确保血清尿酸盐含量降低是F作用的结果)。(4)根据尿酸盐转运蛋白检测结果，模型组灌服尿酸氧化酶抑制剂后两种转运蛋白增加，灌服F的治疗组两种转运蛋白含量明显减少，可推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是F抑制转运蛋白URAT1和GLUT9基因的表达，减少尿酸盐重吸收。为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，将高尿酸血症大鼠灌服E，与F进行对比，得出两者降尿酸的作用效果。
答案：(1)核糖体、内质网、高尔基体　选择透过性　协助扩散、主动运输　(2)肾小管细胞刷状缘形成很多突起，增大吸收面积　(3)尿酸氧化酶活性低　排除血清尿酸盐含量降低是由于大鼠体内尿酸氧化酶的作用(或确保血清尿酸盐含量降低是F作用的结果)　(4)F抑制转运蛋白URAT1和GLUT9基因的表达　高尿酸血症大鼠灌服E
11．(2022·海南卷)细胞膜上存在的多种蛋白质参与细胞的生命活动。回答下列问题：
(1)细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白，对不同物质的跨膜运输起着决定性作用，这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有的功能特性是________________。
(2)细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道，水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式属于____________。
(3)细胞膜上的H＋-ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的pH______；此过程中，H＋-ATP酶作为载体蛋白在转运H＋时发生的变化是___________________________
________________________________________________。
(4)细胞膜上的受体通常是蛋白质。人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时，会引起靶细胞产生相应的生理变化，这一过程体现的细胞膜的功能是______________________________________________________________。
(5)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐，不同温度下吸收速率的变化趋势如下图。与25 ℃相比，4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因是_____________________________________________________________。

解析：(1)细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白，对不同物质的跨膜运输起着决定性作用，说明细胞膜对物质的运输具有选择透过性。(2)水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式不消耗能量，属于协助扩散。(3)细胞膜上的H＋-ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的H＋增加，pH降低，此过程中，H＋-ATP酶作为载体蛋白在转运H＋时会发生磷酸化，导致其空间结构改变，进而运输H＋。(4)人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时，会引起靶细胞产生相应的生理变化，这一过程体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。(5)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐的方式属于主动运输，需要消耗细胞呼吸提供的能量，而温度降低，酶的活性降低，会导致呼吸速率降低，为主动运输提供的能量减少，因此与25 ℃相比，4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低。
答案：(1)选择透过性　(2)协助扩散　(3)降低　载体蛋白发生磷酸化，导致其空间结构改变　(4)进行细胞间信息交流　(5)温度降低，酶的活性降低，呼吸速率减慢，为主动运输提供的能量减少