第三单元 细胞代谢

PAGE第6页共143页第三单元eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(细胞代谢))第一讲物质跨膜运输的实例和方式知识点一物质跨膜运输的实例[系统主干知识]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，是自由扩散的一种形式。(2)发生条件(3)现象分析①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。②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度加快，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。2．动、植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水②现象当外界溶液浓度小于细胞质浓度时，细胞吸水膨胀当外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞失水皱缩当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，细胞维持正常形态(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)①条件：成熟植物细胞具有中央大液泡。②原理③现象当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞发生质壁分离现象当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水膨胀，由于存在细胞壁，细胞不会涨破当外界溶液浓度等于细胞液浓度时，细胞维持正常形态[聚焦关键微点]一、澄清概念——教材关键语句理解透1．细胞可通过渗透作用吸水和失水。(1)渗透作用的实质是扩散作用。(√)(2)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度。(×)(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)将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，不能发生渗透作用。(×)2．细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。(1)细胞膜选择透过性的结构基础是膜上载体蛋白的种类和数量。(√)(2)只有活细胞的细胞膜才具有选择透过性。(√)(3)农作物的轮作与细胞膜的选择透过性有关。(√)二、科学思维——教材活动、基本原理发掘好1．现有一成熟植物叶肉细胞，如何判断是活细胞还是死细胞？提示：(1)利用质壁分离实验判断，在一定浓度的蔗糖溶液中能发生质壁分离的是活细胞，否则为死细胞。(2)根据细胞质流动现象判断，能发生细胞质流动的为活细胞，否则为死细胞。2．如图甲、乙、丙分别是细胞在不同浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图(箭头大小代表水分子数的多少)。请回答下列问题：(1)若将人的成熟红细胞放入清水中，会出现如图所示哪种现象？请分析原因。提示：会出现如图甲所示现象。将人的成熟红细胞放入清水中，由于发生渗透作用，从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子，因此细胞吸水。(2)若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，会出现如图所示哪种现象？达到平衡时，水分子进出细胞的状况是图中哪一种？提示：将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，细胞外界溶液浓度较大，细胞失水，如图丙所示；达到平衡状态时，水分子进出细胞的速率相等，如图乙所示。(3)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态，一段时间内细胞体积增大，最终会不会涨破？为什么？提示：细胞不会涨破，因为植物细胞有细胞壁的保护。[深化拓展提能]1．影响渗透作用中液面变化的因素分析半透膜表面积的大小半透膜两侧的浓度差在浓度NB＝NC>NA，其他条件相同的情况下，半透膜的表面积越大，单位时间内进出半透膜的水量越多，液面变化越明显在其他条件相同的情况下，半透膜两侧的浓度差越大，单位时间内进出半透膜的水量越多，液面变化越明显结果：VB>VC，ΔhB＝ΔhC结果：VB>VC，ΔhB>ΔhC2.观察植物细胞的质壁分离与复原(1)实验的操作过程及观察指标(2)质壁分离发生的条件①从细胞角度分析a．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。b．具有中央大液泡的成熟植物活细胞可发生质壁分离及复原现象。②从溶液角度分析a．在一定浓度(溶质不能透过膜)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)。b．在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象。c．在高浓度溶液中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象。[题点全训过关]题点(一)渗透作用与细胞的吸水和失水[典例1](2020·全国卷Ⅱ)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[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<乙)，将相同的叶圆片浸入两种不同物质的量浓度的溶液中，在吸水和失水的表现上可能不同。据题意可知，水分交换达到平衡时，甲糖溶液浓度升高，推测甲糖溶液浓度低于叶细胞的细胞液浓度，叶细胞吸水导致甲糖溶液浓度升高，A正确；若测得乙糖溶液浓度不变，则乙糖溶液浓度等于叶细胞的细胞液浓度，水分子进出乙组叶细胞的量相等，净吸水量为零，B正确；若测得乙糖溶液浓度降低，则乙糖溶液浓度高于叶细胞的细胞液浓度，乙组叶肉细胞可能会发生渗透失水而表现为质壁分离，C正确；若测得乙糖溶液浓度升高，则甲、乙两组溶液浓度均小于叶细胞的细胞液浓度，两组细胞均吸水，但由于甲糖溶液的物质的量浓度小于乙糖溶液，所以乙组叶细胞的净吸水量小于甲组叶细胞，D错误。[答案]Deq\a\vs4\al([规律方法])判断细胞的吸水、失水的两种方法(1)通过比较细胞外溶液和细胞液的浓度大小来判断：当细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水；当细胞外溶液浓度与细胞液的浓度相等时，细胞失水量和吸水量相等，水分进出细胞处于动态平衡。(2)根据重量或长度变化(如萝卜条)来判断：若重量增加或长度变长，则吸水；反之则失水。[对点训练]1．(2021·三亚一模)将生鸡蛋的大头保持壳膜完好去掉蛋壳，小头开个小孔让蛋清和蛋黄流出。将蛋壳内灌入15%的蔗糖溶液，然后放在烧杯的清水中并用铅笔标上吃水线。下列分析错误的是()A．卵壳膜相当于渗透装置中的半透膜B．半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳所致C．若将清水换为15%的NaCl溶液，则蛋壳先上浮后下沉D．若将正常的线粒体放入清水中，则线粒体内膜先涨破解析：选D本实验中相当于渗透装置中的半透膜的是壳膜，A正确；蛋壳内为15%的蔗糖溶液，单位时间内进入蛋壳膜的水分子多于从蛋壳膜出去的水分子，导致蛋壳下沉，半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳所致，B正确；若将清水换为15%的NaCl溶液，则NaCl溶液的摩尔浓度大于蔗糖，单位时间内进入蛋壳膜的水分子少于从蛋壳膜出去的水分子，导致蛋壳上浮，随着Cl－和Na＋进入卵壳膜，导致卵壳膜内溶液的摩尔浓度大于卵壳膜外溶液的摩尔浓度，单位时间内进入蛋壳膜的水分子多于从蛋壳膜出去的水分子，导致蛋壳下沉，C正确；线粒体内膜内折，形成嵴，内膜面积远大于外膜，若将正常的线粒体放入清水中，则线粒体外膜先涨破，D错误。2．如图1所示的甲、乙、丙三个渗透装置中，三个漏斗颈的内径相等，漏斗内盛有浓度相同的蔗糖溶液，且漏斗内液面高度相同，漏斗底部均封以半透膜，置于同一个水槽的清水中。三个渗透装置半透膜的面积和所盛蔗糖溶液的体积如下表所示。图2中曲线①②③表示漏斗液面高度随时间的变化情况。则曲线①②③与甲、乙、丙三个装置的对应关系应是()装置编号甲乙丙半透膜面积SS/2S蔗糖溶液体积TT2TA．①—丙；②—甲；③—乙 B．①—乙；②—甲；③—丙C．①—甲；②—乙；③—丙 D．①—丙；②—乙；③—甲解析：选A丙内蔗糖溶液的体积最大，吸水的量最大，漏斗液面高度最高，相对应的是图2中曲线①；甲、乙的体积相等，但是甲漏斗口的半透膜面积比乙的大，吸水的速度快，故甲漏斗液面高度变化要比乙的快些，对应图2中曲线②。题点(二)以探究植物细胞的吸水和失水实验为载体，考查实验分析能力[典例2]某同学用不同浓度的蔗糖溶液分别处理红山茶花的花瓣表皮临时装片，观察花瓣表皮细胞的吸水和失水。图1为0.35g·mL－1蔗糖溶液的处理结果。该同学用显微镜连接计算机并通过相关软件分别计算不同蔗糖溶液浓度下花瓣表皮细胞和液泡的面积，求出液泡面积与细胞面积比值，得到平均值H，相关数据如图2所示。下列叙述正确的是()A．图1丙区域表示细胞质基质，该面积可作为质壁分离的观察指标B．图1甲区域为蔗糖溶液，乙区域和丙区域的溶液几乎不含蔗糖C．用0.45g·mL－1蔗糖溶液处理的装片，细胞失水量更大，图1乙区域平均面积更大D．H值可反映细胞的质壁分离程度，H值越小，细胞液的渗透压越小[解析]图1丙区域表示原生质体，乙区域是细胞壁与原生质层之间的蔗糖溶液，A、B错误；由图2柱形图可知，用0.45g·mL－1蔗糖溶液处理的装片，细胞失水量更大，图1乙区域平均面积更大，丙区域平均面积更小，C正确；H值可反映细胞的质壁分离程度，H值越小，细胞液浓度越高，渗透压越大，D错误。[答案]Ceq\a\vs4\al([归纳拓展])植物细胞吸水和失水实验存在的两组对照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。[对点训练]3．用2mol·L－1的乙二醇溶液和2mol·L－1的蔗糖溶液分别浸泡取自同一部位的植物表皮。每隔相同时间在显微镜下测量视野中若干个细胞的长度x和原生质体长度y(如图1)，并计算x/y的平均值，得到图2所示结果。对结果曲线分析中错误的是()A．2mol·L－1的乙二醇溶液和2mol·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等B．a点前比值不变说明表皮细胞水分子进出平衡C．b点前表皮细胞的吸水能力逐渐增大D．c点后表皮细胞发生质壁分离复原解析：选B渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，2mol·L－1的乙二醇溶液和2mol·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等，A正确；a点前比值不变且等于1，说明一开始细胞失水较少，原生质体与细胞壁还未分离，B错误；b点前曲线上升，表明表皮细胞在蔗糖溶液中发生质壁分离现象，其吸水能力逐渐增大，C正确；c点后，曲线下降，表明乙二醇(属于脂类小分子物质)，可以进入细胞内部从而引起表皮细胞发生质壁分离复原现象，D正确。4.(2021届·沈阳期中)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一定浓度的KNO3溶液和蔗糖溶液中，发生质壁分离后再置于清水中。实验过程中两组细胞的液泡体积随时间的变化曲线如右图所示。下列相关叙述正确的是()A．曲线Ⅰ表示蔗糖组细胞的液泡体积的变化B．植物细胞自a点开始从外界溶液中吸收溶质分子C．b点时，水分子进出植物细胞达到动态平衡D．c点时，液泡体积不变，两组实验中细胞的细胞液浓度相等解析：选C分析题图可知：曲线Ⅰ先发生质壁分离的复原，Ⅱ后发生质壁分离的复原，说明曲线Ⅰ细胞能够主动吸收溶液中的物质，使得细胞液浓度增加，表示KNO3溶液组细胞的液泡体积的变化，A错误；曲线Ⅰ植物细胞在a点开始发生质壁分离的复原，说明细胞液浓度大于外界溶液的浓度，即a点之前细胞就从外界溶液中吸收溶质分子，B错误；b点前，处于失水状态，b点之后，细胞吸水，说明b点时，水分子进出植物细胞达到动态平衡，C正确；置于清水中后，细胞渗透吸水，但由于细胞壁的限制，至c点时，液泡体积达到最大，但在a点前有K＋和NOeq\o\al(－,3)进入细胞内，故到达平衡时两组细胞液浓度不相等，D错误。知识点二物质跨膜运输的方式及影响因素[系统主干知识]1．物质进出细胞的方式2．模式图中物质跨膜运输方式的判断(1)图中eq\a\vs4\al(Ⅰ)是载体蛋白，每次转运都会发生自身构象的改变；图中eq\a\vs4\al(Ⅱ)是通道蛋白，只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适应的分子或离子通过。(2)判断相应物质运输方式：①属于主动运输的是a、e，原因是逆浓度梯度运输，需要载体蛋白协助和消耗能量。②属于自由扩散的是b。③属于协助扩散的是c、d。[聚焦关键微点]一、澄清概念——教材关键语句理解透1．自由扩散是物质通过简单的扩散作用进出细胞的运输方式；物质进出细胞借助转运蛋白的扩散，叫作协助扩散。(1)细胞质中的氢离子可以通过扩散作用进入液泡内。(×)(2)细胞外液中的K＋进入神经细胞属于自由扩散。(×)(3)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。(2014·全国卷Ⅰ，T1C)(×)(4)自由扩散和协助扩散都属于被动运输。(√)2．主动运输是物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的物质运输方式。(1)主动运输一般是从低浓度一侧运输到高浓度一侧。(√)(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)激素都必须通过主动运输进入细胞内才能完成对细胞代谢的调节。(×)(4)Na＋与有关载体蛋白结合排出细胞属于主动运输。(√)二、科学思维——教材活动、基本原理发掘好1．(教材必修1P67)水是极性分子，而磷脂分子的尾部是疏水的。水分子是否只能以自由扩散方式运输？提示：不是。水分子可以通过自由扩散进出细胞，但更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞的。2．(教材必修1P72)举例说明物质跨膜运输的方式与细胞膜结构的关系。提示：①协助扩散和主动运输依赖细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。②胞吞和胞吐也需要膜上蛋白质的参与，更离不开磷脂双分子层的流动性。[深化拓展提能]1．归纳概括同一物质的不同运输方式物质相应过程运输方式葡萄糖进入红细胞协助扩散进入小肠绒毛上皮细胞、肾小管重吸收葡萄糖主动运输Na＋进入神经细胞协助扩散(靠离子通道)运出神经细胞主动运输(钠­钾泵)K＋进入神经细胞主动运输(钠­钾泵)运出神经细胞协助扩散(靠离子通道)2．影响物质出入细胞的因素的曲线分析(1)物质浓度(在一定的范围内)(2)氧气浓度[题点全训过关]题点(一)结合实例考查物质运输方式的判断[典例1](2020·江苏高考)如图①～⑤表示物质进、出小肠上皮细胞的几种方式，下列叙述正确的是()A．葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同B．Na＋主要以方式③运出小肠上皮细胞C．多肽以方式⑤进入细胞，以方式②离开细胞D．口服维生素D通过方式⑤被吸收[解析]由图示可知，葡萄糖进入小肠上皮细胞时逆浓度梯度运输，该运输方式属于主动运输，葡萄糖运出小肠上皮细胞时顺浓度梯度运输且需要载体，该运输方式为协助扩散，A正确；据图可知，Na＋主要以方式②(主动运输)运出小肠上皮细胞，B错误；多肽以方式⑤(胞吞)进入细胞，以胞吐方式离开细胞，C错误；维生素D为固醇类物质，口服维生素D通过方式④(自由扩散)被吸收，D错误。[答案]Aeq\a\vs4\al([规律方法])“两看法”快速判定物质出入细胞的方式[对点训练]1．(2021·南京质检)红细胞膜对水的快速通透能力可以被Hg2＋(Hg2＋能使蛋白质结构改变)抑制，而Hg2＋并不影响仅由两层磷脂分子构成的人造膜对水的通透。据此推测，下列说法正确的是()A．Hg2＋改变了磷脂分子在膜中的排列方式B．水分子的跨膜运输方式只能是自由扩散C．细胞膜中某些蛋白质参与水的跨膜运输D．溶液的pH不会影响细胞膜对水的通透性解析：选C由题意可知，Hg2＋能使蛋白质结构改变，不影响仅由两层磷脂分子构成的人造膜对水的通透，A错误；水分子的跨膜运输方式既有自由扩散，也有协助扩散(通过水通道蛋白运输)，B错误；细胞膜中某些蛋白质参与水的跨膜运输，C正确；溶液的pH会影响细胞膜上蛋白质的活性，即影响细胞膜对水的通透性，D错误。2．(2020·海南高考)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，每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性。ABC转运蛋白的结构及转运过程如图所示下列有关叙述正确的是()A．ABC转运蛋白可提高O2的跨膜运输速度B．ABC转动蛋白可协助葡萄糖顺浓度梯度进入细胞C．Cl－和氨基酸依赖同一种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解析：选DO2的跨膜运输方式为自由扩散，不需要载体蛋白协助，A错误；据图可知，ABC转运蛋白发挥作用的过程伴随着ATP水解并释放能量，而葡萄糖顺浓度梯度进入细胞不需要消耗能量，因此ABC转运蛋白不能协助葡萄糖顺浓度梯度进入细胞，B错误；据题中信息可知，每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性，故Cl－和氨基酸跨膜运输依赖的ABC转运蛋白不同，C错误；ABC转运蛋白发挥作用的过程伴随着ATP的水解，若ATP水解受阻，ABC转动蛋白不能完成转运过程，D正确。题点(二)结合影响物质跨膜运输的因素，考查信息获取能力和识图能力[典例2](2021·琼海月考)如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同O2浓度及不同底物浓度情况下(其他条件适宜)，从含硝酸钾的全营养液中吸收NOeq\o\al(－,3)的速率曲线图。下列相关叙述错误的是()A．a点时影响离子吸收速率的主要因素是能量B．b点时离子吸收速率不再增大是因为载体的数量有限C．c点时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度D．d点时离子吸收速率不再增大是因为底物浓度太高，细胞发生质壁分离[解析]洋葱根尖吸收NOeq\o\al(－,3)的方式是主动运输，吸收速率受能量、载体和底物浓度的影响。a点时离子吸收速率未达到最大，限制因素是O2浓度，而O2浓度通过影响呼吸作用产生的能量影响吸收速率，故此时主要影响因素是能量，A正确；b点时离子吸收速率不再随O2浓度增大而增大，此时的限制因素是载体的数量，B正确；c点时离子吸收速率未达到最大，此时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度，C正确；d点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大，主要是因为载体数量有限，D错误。[答案]Deq\a\vs4\al([规律方法])物质出入细胞曲线题的解题关键(1)分析此类曲线题时，要注意区分横坐标表示的意义，曲线横坐标不同，表示的物质运输方式不完全相同。(2)解答此类问题时，要明确自由扩散、协助扩散和主动运输三种跨膜运输方式的区别和联系，主要从是否需要能量和载体蛋白两个方面考虑。[对点训练]3．(2019·全国卷Ⅱ)某种H＋­ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H＋。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外)，置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H＋­ATPase的抑制剂(抑制ATP水解)，再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是()A．H＋­ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H＋转运到细胞外B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H＋­ATPase发挥作用导致H＋逆浓度梯度跨膜运输C．H＋­ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量可由蓝光直接提供D．溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞解析：选C由题干信息可知，用蓝光照射保卫细胞的悬浮液，溶液的pH明显降低，说明细胞内的H＋被转运到细胞外，A正确。H＋运出保卫细胞是逆浓度梯度的跨膜运输，需要能量，因H＋­ATPase具有水解酶活性，故运输所需能量由H＋­ATPase水解ATP提供，不由蓝光直接提供，B正确、C错误。由题干可知，H＋的运输需要载体蛋白和能量，说明H＋是通过主动运输的方式透过细胞质膜进入保卫细胞的，D正确。4.某种细胞的体外培养过程中，细胞膜对Zn2＋的转运速率随培养时间的变化如图。下列叙述正确的是()A．在0～60min和60～120min，Zn2＋分别以主动运输和协助扩散进入细胞B．在60～120min，曲线变缓说明该动物细胞内外Zn2＋浓度逐渐相等C．在0～60min内，参与Zn2＋转运的载体蛋白可能在不断增加D．若横坐标为O2浓度，其他条件不变，曲线形状将保持不变解析：选C根据题意和曲线图可知，在0～60min和60～120min，Zn2＋都是以主动运输方式进入细胞的，A错误；在60～120min，曲线变缓可能受该生物细胞膜上载体蛋白数量的限制，B错误；在0～60min内，细胞膜对Zn2＋的转运速率随培养时间延长而逐渐增大，说明参与Zn2＋转运的载体蛋白可能在不断增加，C正确；若横坐标为O2浓度，其他条件不变，曲线形状可能改变，因为在0min时细胞膜对Zn2＋的转运速率应是0，而在O2浓度是0时，细胞膜对Zn2＋的转运速率不是0，D错误。一、科学探究——探究物质跨膜运输的方式[内化于心—思维建模]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[外化于用]1．科学家在研究Na＋通过细胞膜的运输方式时，做了下述实验：先向枪乌贼神经纤维里注入微量的放射性同位素24Na＋，不久可测得神经纤维周围溶液中存在24Na＋，如果在神经纤维膜外溶液中先后加入某药物和ATP，测得周围溶液中24Na＋的量如图所示。据图作出的下列推断，错误的是()A．加入某药物后，溶液中24Na＋的量不再增加B．加入ATP后，细胞中24Na＋的量减少C．“某药物”的作用机理是抑制ATP水解D．“某药物”的作用机理是抑制细胞呼吸解析：选C由题图知，在神经纤维膜外溶液中先加入某药物后，测得周围溶液中24Na＋的量停止增加；加入ATP后，周围溶液中24Na＋的量迅速增加，说明Na＋从神经细胞排出需要消耗能量，属于主动运输，而该药物的作用是抑制呼吸作用的进行。2．红树林分布于热带亚热带海岸潮间带，通常受到盐胁迫。红树林植物为抵抗盐胁迫，通过叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的盐分排出，是强耐盐植物。为探究红树林植株从海水及土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输，设计以下实验进行探究。(1)实验步骤：①取生长发育相同的某红树林植株，分成A、B两组，放入适宜浓度的含有K＋、Ca2＋的溶液中；②A组给予正常的呼吸条件，B组______________________________________；③________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)实验结论：①若两组植株对K＋、Ca2＋的吸收速率相同，说明_________________________________________________________________________________________________________；②__________________________________，说明红树林植株从海水及土壤中吸收无机盐的方式是主动运输。解析：主动运输和被动运输最主要的区别在于是否需要消耗能量，而能量主要是通过细胞的呼吸作用提供的，因此实验组和对照组的自变量应为是否进行呼吸作用，因变量是无机盐离子的吸收速率。答案：(1)②加入呼吸抑制剂③一段时间后测定两组植株根系对K＋、Ca2＋等无机盐的吸收速率(2)①红树林植株从海水及土壤中吸收无机盐的方式是被动运输②若B组吸收速率明显小于A组吸收速率3.(2019·海南高考)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。解析：(1)物质通过简单的扩散作用进出细胞即自由扩散，该过程不需要载体和能量，受细胞内外浓度差的影响。(2)由图可知，b可能是协助扩散或主动运输，b需要载体协助，当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，载体数目饱和，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。(3)协助扩散与主动运输的区别在于前者不需要消耗能量，后者需要消耗能量。有氧呼吸产生的能量较多，无氧呼吸产生的能量较少，故实验设计的自变量是有无氧气，因变量是细胞对b的吸收速率。设计实验时要注意等量原则和单一变量原则。实验思路及预期结果和结论参见答案。答案：(1)物质通过简单的扩散作用进出细胞(2)载体数量饱和(3)实验思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲、乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对b物质的吸收速率。预期结果和结论：若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组，则说明b物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同，则说明b物质的跨膜运输方式为协助扩散。二、科学探究——植物细胞的吸水和失水实验的拓展应用[内化于心—思维建模]1．判断成熟植物细胞的死活2．测定细胞液浓度范围3．比较不同植物细胞的细胞液浓度大小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)[外化于用]1．(2017·海南高考)为研究植物细胞质壁分离现象，某同学将某植物的叶表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象。下列说法错误的是()A．该植物的叶表皮细胞是具有液泡的活细胞B．细胞内甲物质的浓度高于细胞外甲物质的浓度C．细胞液中的H2O可以经扩散进入甲物质溶液中D．甲物质和H2O能自由通过该叶表皮细胞的细胞壁解析：选B具有大液泡的活细胞才能发生质壁分离；质壁分离过程中，细胞失水，此时，细胞外甲物质的浓度高于细胞内细胞液的浓度；细胞液中的H2O可以经扩散进入甲物质溶液中；细胞壁是全透的，甲物质和H2O能自由通过。2．在质壁分离与复原实验中，显微镜下依次观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的三种状态，如图所示。分别测量甲、乙、丙细胞的长度a和原生质体长度b，下列相关叙述正确的是()A．细胞液浓度：甲＞乙＞丙B．细胞液浓度：丙＞乙＞甲C．由甲到乙，b/a(%)值变大D．丙的b/a(%)值最大解析：选D由图可知，质壁分离程度：丙＜甲＜乙，则细胞液浓度乙＞甲＞丙，A、B错误；由甲到乙原生质体减小，b/a(%)的值减小，C错误；甲、乙、丙中，质壁分离程度最小的是丙，则丙的b/a(%)的值最大，D正确。3．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解析：选D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，红花檵木观察到的细胞数目最多，则细胞最小，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5种材料复原时间不能确定，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。4．用不同浓度的NaCl溶液处理洋葱鳞片叶外表皮细胞，研究其发生质壁分离与复原的快慢，结果如下表所示，下列说法正确的是()不同浓度NaCl溶液处理细胞质壁分离与复原的时间(s)注：“＋”表示质壁分离与复原的程度。A．处理的NaCl溶液浓度越高，质壁分离发生越快，质壁分离程度越大B．实验观察细胞质壁分离与复原的NaCl溶液浓度最好在4%～6%之间选择C．洋葱鳞片叶外表皮细胞的浓度与约7%的NaCl溶液浓度相等D．若某浓度蔗糖溶液与浓度为4%的NaCl溶液渗透压相当，则在两种溶液中细胞的质壁分离与复原程度应大致相同解析：选B处理的NaCl溶液浓度越高，质壁分离发生越快，质壁分离程度逐渐增大，到达一定程度将不再变化；当NaCl溶液浓度为0.8%时不发生质壁分离与复原现象，当NaCl溶液浓度≥7%时质壁分离后将不再复原，实验观察细胞质壁分离与复原的NaCl溶液浓度最好在4%～6%之间选择；当NaCl溶液浓度为0.8%时不发生质壁分离与复原现象，当NaCl溶液浓度在0.9%～1%时细胞刚发生质壁分离与复原，所以洋葱鳞片叶外表皮细胞的浓度与约0.8%的NaCl溶液浓度相等；若某浓度蔗糖溶液与浓度为4%的NaCl溶液渗透压相当，则在两种溶液中细胞的质壁分离程度应大致相同，但在蔗糖溶液中不会发生质壁分离复原。一、立足主干知识，注重基础性和综合性1.将萝卜条放在不同浓度的蔗糖溶液中进行实验，在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条细胞液的浓度变化的关系图如右，其中b点代表实验前细胞液的浓度，且a＝b。假设实验前所选的各组萝卜条的细胞液的浓度均相同。下列有关叙述正确的是()A．蔗糖溶液浓度小于a时，萝卜条细胞失水，发生质壁分离现象B．蔗糖溶液浓度为a时，萝卜条细胞内外的水分无跨膜运输C．蔗糖溶液浓度大于a点时，萝卜条细胞失水，质量将减少D．将处于a浓度蔗糖溶液中的萝卜条移入清水中，则该萝卜条细胞会发生吸水涨破解析：选C胡萝卜细胞液浓度为b，与a相等，当蔗糖溶液浓度小于a时，萝卜条细胞吸水，略微膨胀，A错误；蔗糖溶液浓度为a时，与细胞液渗透压相等，萝卜条细胞内外水分子进出速率相等，B错误；胡萝卜细胞液浓度为b，与a相等，当蔗糖溶液浓度大于a时，萝卜条细胞失水，质量将减少，C正确；由于萝卜条细胞有细胞壁，所以该细胞吸水后不会涨破，D错误。2．将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞放入一定浓度的KNO3溶液中，发现细胞原生质体体积在最初的0～t1时间内不断减小，在随后的t1～t2时间内不断增大并恢复到原来水平。下列叙述正确的是()A．0～t1时间内水从细胞液进入外界溶液，t1～t2时间内K＋、NOeq\o\al(－,3)开始从外界进入细胞液B．0～t1时间内细胞液中紫色程度逐渐变深，t1～t2时间内细胞液中紫色程度逐渐变浅C．0～t1时间内细胞液渗透压高于KNO3溶液的渗透压，而t1～t2时间内两者正好相反D．0～t1时间内细胞出现质壁分离并复原的现象，表明生物膜具有一定的流动性解析：选B0～t1时间内，原生质体的体积不断缩小，说明水从细胞液进入外界溶液，K＋、NOeq\o\al(－,3)一开始就从外界进入细胞液，A错误；0～t1时间内，细胞失水，细胞液中紫色程度逐渐变深，t1～t2时间内，细胞吸水，细胞液中紫色程度逐渐变浅，B正确；0～t1时间内，细胞失水，细胞液渗透压低于KNO3溶液的渗透压，而t1～t2时间内两者正好相反，C错误；0～t1时间内发生质壁分离，t1～t2时间内出现质壁分离的复原，表明生物膜具有一定的流动性，D错误。3．水分子存在两种跨膜运输机制，一种是通过磷脂双分子层的自由扩散，另一种是通过水通道蛋白跨膜运输。研究者为探究哺乳动物成熟红细胞的吸水方式，进行了如下实验，将甲组红细胞用生理盐水配制的蛋白酶溶液处理，乙组红细胞用等量的生理盐水处理。将甲、乙两组制成装片，在盖玻片一侧滴加清水，另一侧用吸水纸吸引，显微镜下观察在相同时间内两组细胞发生破裂的情况。下列分析不合理的是()A．水分子的上述两种跨膜运输方式，都是顺浓度梯度进行的B．磷脂双分子层内部具有疏水性，水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定阻碍C．若甲、乙两组细胞破裂数差异不大，则说明水分子主要以自由扩散进入红细胞D．若甲组细胞破裂的数量比乙组少，则说明水分子仅通过通道蛋白进入红细胞解析：选D水分子的上述两种跨膜运输方式都是被动运输，都是顺浓度梯度进行的，A正确；从细胞膜的结构分析，由于磷脂双分子层内部具有疏水性的原因，水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍，B正确；若甲和乙两组细胞破裂数差异不大，破裂的细胞数目基本相同，说明水跨膜不需要通道蛋白，进而可知水分子主要以自由扩散进入红细胞，C正确；若水分子仅通过通道蛋白进入红细胞，则甲组细胞膜上的水通道蛋白被蛋白酶破坏，则水不能进入甲组细胞，甲组细胞不会破裂，D错误。4．如图是在不同情况下，成熟植物细胞的细胞液浓度随时间变化而变化的曲线图。下列关于甲、乙、丙、丁四图的叙述，错误的是()A．图甲中c点时细胞液浓度最低B．图乙中mn时间段，细胞吸水能力逐渐增强C．图丙中b点之后，细胞液浓度下降速度减慢可能与细胞壁有关D．图丁中c点时原生质体体积最大、吸水能力最强解析：选D由图甲可知，细胞液浓度在c点最小，A正确；图乙中mn时间段内，细胞液浓度逐渐增大，细胞吸水能力逐渐增强，B正确；图丙中a到b时间内细胞液浓度逐渐变小，细胞吸水，b点后细胞液浓度下降缓慢，最可能的原因是受细胞壁的限制，C正确；图丁中，c点时细胞液浓度最大，细胞失水最多，原生质体最小，但细胞吸水能力最强，D错误。5．(2021·琼海检测)钙泵是一种存在于细胞膜及细胞器膜上的运输Ca2＋的ATP水解酶，其能驱动细胞质中的Ca2＋泵出细胞或泵入细胞内的钙库(内质网等储存Ca2＋的细胞器)，以维持细胞质基质内低浓度的Ca2＋。当细胞受到刺激时，Ca2＋又会从细胞外或钙库中借助通道蛋白进入细胞质基质。下列相关说法错误的是()A．一氧化碳中毒时钙泵的活性会降低B．Ca2＋泵出细胞或泵入内质网腔内的过程属于主动运输C．Ca2＋从细胞外或钙库中借助通道蛋白进入细胞质基质的过程属于协助扩散D．钙泵参与运输Ca2＋的过程属于放能反应解析：选D一氧化碳中毒，则氧气运输速率下降，影响能量供应，则钙泵的活性会降低，A正确；Ca2＋泵出细胞或泵入内质网腔内，需要钙泵，钙泵能运输Ca2＋，而且能将ATP水解提供能量，属于主动运输，B正确；Ca2＋从细胞外或钙库中借助通道蛋白进入细胞质基质，是从高浓度运输到低浓度，属于协助扩散，C正确；钙泵参与运输Ca2＋的过程属于吸能反应，D错误。6．现有甲、乙、丙、丁、戊五种浓度依次升高或降低的KNO3溶液，将生理状况相同的萝卜条分别浸泡其中，萝卜条的长度随时间推移变化如下表所示。下列相关叙述正确的是()KNO3溶液浓度甲乙丙丁戊刚开始时无变化无变化无变化无变化无变化紧接着长度明显变短长度变短长度稍微变短？长度变长A．表格中“？”处的实验结果一定是长度无变化B．甲、乙、丙、丁、戊五种KNO3溶液浓度依次增大C．继续观察，甲组萝卜条的长度不可能复原D．继续观察，乙组萝卜条的长度可能会复原解析：选D据题干信息“甲、乙、丙、丁、戊五种浓度依次升高或降低”，丙组萝卜条紧接着观察结果为长度稍微变短，说明丙溶液浓度大于细胞液浓度；戊组萝卜条细胞长度变长，说明戊溶液浓度小于细胞液浓度，则丁介于二者之间，实验结果有可能是细胞长度无变化，还可能是长度略有变长，或长度稍微变短，A错误。据紧接着观察结果分析，甲、乙、丙、丁、戊五种KNO3溶液浓度依次减小，B错误。K＋、NOeq\o\al(－,3)可以通过主动运输方式进入到细胞液中，因此甲组和乙组萝卜条的长度可能会复原，C错误、D正确。7.大型胞饮作用是一种特殊的胞吞作用，内吞物与质膜上的受体结合后，质膜形成皱褶包裹内吞物形成囊泡，囊泡与溶酶体融合并被水解酶降解，过程如图所示。下列叙述错误的是()A．大型胞饮作用依赖于细胞膜的流动性B．内吞物被降解后的产物都能被细胞回收利用C．质膜形成皱褶的过程需要细胞骨架发挥作用D．细胞通过大型胞饮作用摄入物质具有选择性解析：选B大型胞饮作用有膜的融合过程，依赖于细胞膜的流动性，A正确；内吞物被降解后的只有部分产物能被细胞回收利用，B错误；质膜形成皱褶的过程需要细胞骨架发挥作用，C正确；该过程需要细胞识别，因此通过大型胞饮作用摄入物质具有选择性，D正确。8．分析有关磷酸盐的资料1和资料2，回答下列问题。资料1：为开展用大蒜治理水体富营养化的研究，研究人员配制了浓度为0.01mmol/L、0.025mmol/L、0.05mmol/L、0.075mmol/L、0.1mmol/L、0.25mmol/L、0.5mmol/L、0.75mmol/L、1.00mmol/L的9种不同浓度的KH2PO4溶液，将大蒜的根系分别全部浸入200mL的9种溶液中，其他培养条件均相同且适宜。4h后取出植株，测定并得到如图所示的磷酸盐吸收速率曲线(图1)。资料2：观察真核细胞膜上磷酸盐载体结构(图2)，其中圈定的分子为磷酸盐。当能量作用于磷酸盐载体时，载体蛋白空间结构发生改变，把磷酸盐从细胞外转运到细胞内。(1)大蒜根细胞吸收磷酸盐可用于合成________(至少写一个)等重要有机物。(2)在图1中，磷酸盐浓度超过0.8mmol/L以后，大蒜根系对磷酸盐的吸收速率不再随磷酸盐溶液浓度的增加而增加的原因是__________________________________________。由此可判断大蒜根系细胞吸收磷酸盐的运输方式可能是________________。(3)在浓度为0.01mmol/L和0.025mmol/L的KH2PO4溶液中，大蒜根细胞中磷酸盐的浓度为0.04～0.12mmol/L，这种________(填“逆”或“顺”)浓度梯度进行的运输符合________(填运输方式)的特点。(4)根据资料2分析，磷酸盐载体因为具有____________________，所以能特异性识别并结合磷酸盐，组成该载体的基本单位是__________。解析：(1)细胞中含有磷元素的有机物主要有核酸、磷脂等。(2)图1中，由于载体蛋白的数量或能量供应的限制，大蒜根系对磷酸盐的吸收速率达到一定值后不再增加；根据该吸收方式需要载体协助，也可能需要消耗能量，可推测大蒜根系细胞吸收磷酸盐的运输方式可能是协助扩散或主动运输。(3)由题干信息可知，大蒜根细胞可逆浓度梯度吸收磷酸盐，从而确定大蒜根细胞通过主动运输方式吸收磷酸盐。(4)磷酸盐载体具有特定的空间结构，能特异性识别并结合磷酸盐。该载体是蛋白质，组成蛋白质的基本单位是氨基酸。答案：(1)核酸、磷脂(合理即可)(2)载体蛋白的数量(或能量供应)限制了吸收速率协助扩散或主动运输(3)逆主动运输(4)特定的空间结构氨基酸9．(2021·青岛一模)细胞中的少部分ATP会在酶的催化下形成cAMP，cAMP在调节细胞代谢方面发挥重要作用。如图甲是肾小管上皮细胞部分生理过程图解，图乙是该细胞膜局部亚显微结构图解，请回答相关问题：(1)ATP合成酶主要存在于各种细胞的膜结构上。具体而言，ATP合成酶在植物细胞中主要存在于______________________膜上，在原核细胞中主要存在于________膜上。(2)图甲中cAMP的增多改变了细胞中某些酶的活性，这些酶活性改变后，通过促进____________________________，促进细胞对水的重吸收。请写出该过程的遗传信息传递途径：_________________________________________________________________。(3)图甲中cAMP在细胞中被称为“第二信使”，则该过程中的“第一信使”指的是________激素。图甲所示生理过程体现了细胞膜____________________________功能。(4)图乙①～⑤过程中，需要消耗ATP的有____________，判断的依据是_________。解析：(1)在植物细胞的线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上均能合成ATP，均分布有ATP合成酶。原核细胞没有具膜细胞器，ATP合成酶主要存在于细胞膜上。(2)图甲中cAMP的增多改变了细胞中某些酶的活性，这些酶活性改变后，通过促进水通道蛋白的合成，进而促进细胞对水的重吸收。该过程的遗传信息传递途径为DNAeq\o(→,\s\up7(转录))mRNAeq\o(→,\s\up7(翻译))水通道蛋白。(3)抗利尿激素能促进肾小管和集合管对水分的重吸收，图甲中cAMP在细胞中被称为“第二信使”，则该过程中的“第一信使”指的是垂体释放的抗利尿激素。图甲所示生理过程包括信号分子与受体的识别和水分子进入细胞，故体现了细胞膜控制物质进出细胞、进行细胞间的信息交流功能。(4)图乙①～⑤过程中，①⑤逆浓度梯度运输，为主动运输，需要载体、消耗ATP。答案：(1)线粒体内膜和叶绿体类囊体细胞(2)水通道蛋白的合成DNAeq\o(→,\s\up7(转录))mRNAeq\o(→,\s\up7(翻译))水通道蛋白(3)抗利尿控制物质进出细胞、进行细胞间的信息交流(4)①和⑤它们是逆浓度梯度运输二、强化迁移能力，突出创新性和应用性10．细菌紫膜质是一种膜蛋白，ATP合成酶能将H＋势能转化为ATP中的化学能。科学家分别将细菌紫膜质和ATP合成酶重组到脂质体(一种由磷脂双分子层组成的人工膜)上，在光照条件下，观察到如图所示的结果。下列叙述正确的是()A．甲图中H＋跨膜运输的方式是协助扩散B．ATP合成酶不能将光能直接转化为ATP中的化学能C．破坏跨膜H＋浓度梯度对ATP的合成无影响D．ATP合成酶只具有催化作用，不具有运输作用解析：选B甲图中在光照条件下，H＋能逆浓度跨膜运输，则跨膜运输的方式是主动运输，A错误；由图可知，ATP合成酶能将H＋势能转化为ATP中的化学能，ATP合成酶不能将光能直接转化为ATP中的化学能，B正确；由图可知，破坏跨膜H＋浓度梯度会抑制ATP的合成，C错误；由图可知，ATP合成酶既具有催化ATP合成的功能，也具有运输H＋的作用，D错误。11．氰化物是一种剧毒物质，其通过抑制[H]与O2的结合，使得组织细胞不能利用氧气而陷入内窒息。如图为研究植物根尖细胞吸收K＋的相关实验。下列分析错误的是()A．通过实验甲可以判断植物根尖细胞吸收K＋属于主动运输B．植物根尖细胞膜上载体蛋白的数量会限制K＋的吸收C．实验乙加入氰化物后能量逐渐被消耗，最终将无法吸收K＋D．氰化物起作用的部位可能是线粒体内膜解析：选C由实验甲可知，加入KCl后，氧气的消耗速率增加，说明植物根尖细胞吸收K＋需要消耗能量，属于主动运输，A正确；植物根尖细胞吸收K＋的方式属于主动运输，需要载体和能量，则植物根尖细胞膜上载体蛋白的数量会限制K＋的吸收，B正确；实验乙中4h后组织细胞吸收K＋的速率不再降低，说明吸收K＋的能量还可来自无氧呼吸，C错误；氰化物能抑制[H]与O2的结合，作用的部位可能是线粒体内膜，D正确。12．某同学为探究不同物质及浓度对洋葱表皮细胞失水的影响，设计了如下实验。请回答下列问题：步骤1：配制具有一定浓度梯度的蔗糖和氯化钠溶液各10mL，分别加入培养皿中，加盖、编号。步骤2：从同一紫色洋葱鳞片叶的相同部位撕取外表皮若干，迅速分别投入到上述培养皿中，使其完全浸入溶液，浸泡10min。步骤3：依次取出洋葱鳞片叶外表皮，制成临时装片，用显微镜观察并拍照。步骤4：统计照片中细胞总数及质壁分离细胞数，计算质壁分离细胞占比，结果如图。(1)步骤1中培养皿加盖的目的是____________________________________。步骤3中制作临时装片时，需在载玻片中央滴加1～2滴________________________。(2)实验表明，当两种溶液的浓度低于0.2mol·L－1时，洋葱表皮细胞几乎不发生质壁分离，原因是________________________________。在0.4mol·L－1蔗糖溶液中大约只有20%的细胞发生了质壁分离，同一表皮的细胞质壁分离不同步的原因是___________________。(3)根据实验结果分析，0.6mol·L－1NaCl溶液的渗透压比0.6mol·L－1蔗糖溶液的渗透压________。(4)在“观察植物细胞质壁分离及复原实验”中，一般认为使材料中50%左右的细胞发生质壁分离的溶液浓度为理想实验浓度，因为用该浓度溶液进行实验________________，不宜选用0.35mol·L－1NaCl溶液进行实验的理由是_______________________________________________________________________________________________________。解析：(1)步骤1中培养皿加盖的目的是防止水分蒸发，引起溶液浓度改变。步骤3中制作临时装片时，需在载玻片中央滴加1～2滴相应培养皿中的溶液，把洋葱表皮细胞浸润在溶液中。(2)实验表明，当两种溶液的浓度低于0.2mol·L－1时，洋葱表皮细胞几乎不发生质壁分离，原因是外界溶液的浓度低于洋葱表皮细胞的细胞液浓度；在0.4mol·L－1蔗糖溶液中大约只有20%的细胞发生了质壁分离，同一表皮的细胞质壁分离不同步的原因是不同细胞的细胞液浓度存在差异。(3)根据实验结果分析，0.6mol·L－1NaCl溶液的渗透压比0.6mol·L－1蔗糖溶液的渗透压高，因此NaCl溶液中细胞质壁分离的比例也高。(4)在“观察植物细胞质壁分离及复原实验”中，一般认为使材料中50%左右的细胞发生质壁分离的溶液浓度为理想实验浓度，因为用该浓度溶液进行实验既能保证观察到质壁分离现象，又不至于细胞内失水过多而影响其复原；不宜选用0.35mol·L－1NaCl溶液进行实验的理由是实验操作中NaCl溶液浓度难免发生改变，从而导致质壁分离细胞占比发生较大改变。答案：(1)防止水分蒸发，引起溶液浓度改变相应培养皿中的溶液(2)外界溶液的浓度低于洋葱表皮细胞的细胞液浓度不同细胞的细胞液浓度存在差异(3)高(4)既能保证观察到质壁分离现象，又不至于细胞内失水过多而影响其复原实验操作中NaCl溶液浓度难免发生改变，从而导致质壁分离细胞占比发生较大改变第二讲降低化学反应活化能的酶知识点一酶的作用和本质[系统主干知识]1．比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验过程(2)变量分析2．酶本质的探索历程(连线)3．酶的本质和功能[聚焦关键微点]一、澄清概念——教材关键语句理解透1．同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。(1)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。(√)(2)活化能是分子从常态转变为活跃状态所需要的能量。(√)(3)酶提供了反应过程中所必需的活化能。(×)(4)随着温度降低，酶促反应的活化能下降。(×)2．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。(1)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。(×)(2)酶都会与双缩脲试剂发生紫色反应。(×)(3)酶能为反应提供能量。(×)(4)酶是在活细胞的核糖体中合成的。(×)二、科学思维——教材活动、基本原理发掘好1．(教材必修1P77“探究·实践”拓展)在比较过氧化氢在不同条件下的分解实验中，有同学在原有实验的基础上增加了5号和6号试管，向其中分别加入2mL过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入2滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸馏水。请说出这样做的目的。提示：在比较过氧化氢在不同条件下的分解实验中的自变量并非只有一个，而是包括温度和催化剂两个变量，1号试管中仅放置了过氧化氢溶液，可以起到对照作用。2号试管与1号试管的区别在于温度，3号试管和4号试管与1号试管的区别在于比1号试管多了催化剂。3号试管与4号试管之间也可以起相互对照作用。加入2滴煮沸过的肝脏研磨液的5号试管，可以与加入新鲜的肝脏研磨液的4号试管做对照；同理，加入2滴蒸馏水的6号试管可以作为3号试管和4号试管的对照组。2．(教材必修1P80“拓展应用”T3延伸思考)如图表示A、B两种酶用同一种蛋白酶处理后酶活性与处理时间的关系，据图分析：(1)A、B两种酶的化学本质是否相同？提示：不相同。A酶能抵抗该种蛋白酶的降解，其化学本质不是蛋白质而是RNA；B酶能被蛋白酶破坏，活性降低，化学本质为蛋白质。(2)B酶活性改变的原因是什么？提示：B酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而使其活性丧失。(3)欲让A、B两种酶的变化趋势换位，应用哪种酶处理？提示：应用RNA水解酶处理。[深化拓展提能]1．对比分析酶与动物激素的“一同三不同”相同都具有微量、高效的特点，也具有一定特异性不同产生部位几乎所有活细胞都产生酶；而只有内分泌细胞才能产生激素化学本质酶绝大多数是蛋白质，少数为RNA；激素的化学本质则为蛋白质、脂质、氨基酸衍生物等作用机制酶是催化剂，在化学反应前后，质量和性质不变；激素作为信号分子，在发挥完作用后被灭活2．酶的作用机理分析(1)表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是AC段。(2)表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是BC段。(3)酶降低的活化能是AB段。(4)若将酶变为无机催化剂，则B点在纵轴上应向上移动。[题点全训过关]题点(一)考查酶的概念和本质[典例1](2017·全国卷Ⅱ)下列关于生物体中酶的叙述，正确的是()A．在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37[解析]真核细胞中的DNA主要分布于细胞核中，细胞质中的线粒体和叶绿体中也有少量DNA分布，所以参与DNA合成的酶也可分布于线粒体和叶绿体中；酶作为生物催化剂可以在生物体内发挥作用，也可以在生物体外发挥作用；盐析法主要用于蛋白质的分离、纯化，胃蛋白酶的化学本质是蛋白质，因而可用盐析法进行沉淀；唾液淀粉酶催化反应的最适温度为37℃[答案]Ceq\a\vs4\al([易错提醒])有关酶的几个易错点(1)酶并不都是蛋白质，少部分是RNA。(2)酶并不只在细胞内起催化作用，酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用。(3)酶不具有调节作用，酶只起催化作用。(4)酶不会从食物中获得，是在活细胞中合成的。(5)酶的结构并不是始终不变的，酶在催化过程中会发生可逆性的结构变化。[对点训练]1．关于生物体产生的酶的叙述，错误的是()A．酶的化学本质是蛋白质或RNAB．脲酶能够将尿素分解成氨和CO2C．蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类D．纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁解析：选D酶的化学本质是蛋白质或RNA；脲酶能够将尿素分解成氨和CO2；蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类；纤维素酶能够降解植物细胞壁，细菌细胞壁的成分是肽聚糖，需用肽聚糖酶降解。2．(2021·黄冈模拟)在蛋白质合成过程中，肽酰转移酶催化核糖体上一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基间形成肽键。该酶对核糖核酸酶敏感，但对蛋白酶不敏感。下列关于肽酰转移酶的叙述错误的是()A．肽酰转移酶在核糖体上合成B．肽酰转移酶在核糖体中起作用C．肽酰转移酶催化氨基酸脱水缩合D．肽酰转移酶能降低反应的活化能解析：选A肽酰转移酶对核糖核酸酶敏感，但对蛋白酶不敏感，说明该酶的化学本质是RNA，不是在核糖体上合成的，A错误；肽酰转移酶催化核糖体上一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基间形成肽键，而肽键的合成场所是核糖体，由此可见肽酰转移酶在核糖体中起作用，并能催化氨基酸脱水缩合，B、C正确；酶能降低化学反应的活化能，D正确。题点(二)考查酶的作用及其作用原理[典例2]为使反应物A→产物P，采取了酶催化(最适温度和pH)和无机催化剂催化两种催化方法，其能量变化过程用图甲中两条曲线表示；图乙表示某酶促反应过程的示意图，下列有关分析不合理的是()A．距离b可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因B．适当升高温度，酶催化的曲线Ⅱ对应的距离a将上升C．图乙中②可代表蔗糖，那么③④可代表葡萄糖和果糖D．图乙中若①代表胰蛋白酶，当pH稍低于最适值时，③④的生成速率不变[解析]曲线Ⅰ可代表无机催化剂催化的反应，曲线Ⅱ可代表酶催化的反应，距离b表示酶催化时降低的活化能(与无机催化剂催化的反应相比)，故距离b可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因，A正确；图甲中该酶所处的环境条件为最适条件，故将酶催化的反应温度升高，酶活性下降，导致其降低化学反应活化能的能力下降，a将上升，B正确；蔗糖由一分子果糖和一分子葡萄糖组成，C正确；pH会影响酶活性，pH低于最适值时，酶活性降低，③④的生成速率也会下降，D错误。[答案]Deq\a\vs4\al([易错提醒])正确理解有关酶的作用及原理(1)酶的作用原理是降低反应的活化能。(2)加热不能降低化学反应的活化能，但是可以为反应提供活化能。(3)酶和无机催化剂一样，在反应前后性质和数量保持不变，但酶并非能终生发挥作用，酶和其他物质一样也需要更新。[对点训练]3．(2021·泰安模拟)细胞的生命活动能高效、有序地进行，与酶的功能特点密切相关。如图是酶降低化学反应活化能的示意图，下列叙述正确的是()A．图中ab段表示酶所降低的活化能B．酶具有高效性，细胞代谢可在任何条件下进行C．若图中的底物是蛋白质，则酶可以是唾液淀粉酶D．酶在化学反应中不能重复利用解析：选A由图分析可知ab段表示酶所降低的活化能，A正确；酶促反应需要适宜的条件，细胞代谢需要在适宜的温度和pH条件下进行，B错误；酶具有专一性，蛋白质可以被蛋白酶水解，唾液淀粉酶不能水解蛋白质，若图中的底物是蛋白质，则酶是蛋白酶，C错误；酶在化学反应前后，质和量不变，在化学反应中能重复利用，D错误。4．下图表示某酶的作用模式图，有关叙述正确的是()A．该酶的基本组成单位是氨基酸B．酶提供底物RNA活化所需的能量C．pH影响酶的空间结构从而影响催化效率D．酶与底物结合后会失去催化活性解析：选C根据题图分析，该酶的化学本质是RNA，RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，A正确；酶能降低化学反应的活化能，不能为化学反应提供能量，B错误；pH(过酸或者过碱)影响酶的空间结构从而影响催化效率，C错误；酶与底物结合后没有失去催化活性，可循环使用，D错误。知识点二酶的特性和影响酶活性的因素[系统主干知识]1．酶的特性(1)高效性：与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用更显著，催化效率更高。(2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。①物理模型——“锁和钥匙学说”图中A表示酶，B表示被A催化的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示不能被A催化的物质。②曲线分析酶A只能催化底物A参与的反应，说明酶具有专一性。(3)酶的作用条件“较温和”①在最适温度和pH条件下，酶的活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会降低。②过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。2．探究影响酶活性的条件(1)探究温度对酶活性的影响试管编号试管1试管1′试管2试管2′试管3试管3′实验步骤一1mL淀粉酶溶液2mL淀粉溶液1mL淀粉酶溶液2mL淀粉溶液1mL淀粉酶溶液2mL淀粉溶液二放入0℃放入60℃放入100℃三将1与1′试管内的液体混合后继续在0℃将2与2′试管内的液体混合后继续在60℃将3与3′试管内的液体混合后继续在100℃四取出试管各加入两滴碘液，振荡实验现象蓝色无明显现象蓝色实验结论淀粉酶在60℃时催化淀粉水解，在100℃和(2)探究pH对酶活性的影响试管编号试管1试管2试管3实验步骤一2滴过氧化氢酶溶液二1mL蒸馏水1mL0.01mol/L的盐酸溶液1mL0．01mol/L的NaOH溶液三2mL体积分数为3%的过氧化氢溶液实验现象有大量气泡产生无气泡产生无气泡产生实验结论pH会影响酶的活性，酶的活性有适宜的pH范围[聚焦关键微点]一、澄清概念——教材关键语句理解透酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。(1)温度和pH会影响酶的空间结构，进而影响酶的活性。(√)(2)酶活性的发挥离不开其特定的结构。(√)(3)不同酶的最适温度可能相同。(√)(4)低温只是抑制酶的活性，不会破坏酶的空间结构，温度升高后酶可恢复活性。(√)二、科学思维——教材活动、基本原理发掘好1．(教材必修1P84)举例说明细胞中的各类化学反应有序进行，与酶在细胞中的分布有关。提示：拿植物叶肉细胞来说，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，这样，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，就可以互不干扰了。2．(教材必修1P85“概念检测”3题拓展)将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85℃提示：破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性[深化拓展提能]1．验证酶的高效性和专一性(1)验证酶的高效性[实验方案]项目实验组对照组材料等量的同一种底物试剂与底物相对应的酶溶液等量的无机催化剂现象反应速率很快，或反应用时短反应速率缓慢，或反应用时长结论酶具有高效性[操作示例]2H2O2eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(过氧化氢酶),\s\do5()))2H2O＋O2比较O2产生的快慢eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(FeCl3),\s\do5()))2H2O＋O2(2)验证酶的专一性[实验方案]项目方案一方案二实验组对照组实验组对照组材料底物相同(等量)与酶相对应的底物另外一种底物试剂与底物相对应的酶另外一种酶同一种酶(等量)现象发生反应不发生反应发生反应不发生反应结论酶具有专一性[操作示例]2．探究酶的最适温度或pH[实验方案]组别编号12…n实验材料等量的同种底物温度(pH)T1(a1)T2(a2)…Tn(an)衡量指标相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩余量的多少实验结论生成物量最多的一组，或底物剩余量最少的一组所处温度(或pH)为最适温度(或pH)[操作示例](1)探究酶的最适温度(2)探究酶的最适pH说明：探究温度(pH)对酶活性影响的实验设计思路与探究酶的最适温度(pH)基本相同，只是无需设置一系列温度(pH)梯度，设置几组温度(pH)做自变量即可，其他操作过程基本相同。[题点全训过关]题点(一)借助模式图、曲线图考查酶的特性[典例1](2021·海口模拟)温度会影响酶促反应速率，其作用机理可用坐标曲线表示(如图)。其中a表示底物分子具有的能量，b表示温度对酶空间结构的影响，c表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是()A．随着温度的升高，底物分子具有的活化能增加B．处于曲线c中1、2位点酶分子活性是相同的C．酶促反应速率是底物分子的能量与酶空间结构共同作用的结果D．酶适于低温保存，原因是底物分子的能量低[解析]由图可知，随着温度的升高，底物分子具有的能量增加，A错误；处于曲线c中1、2位点酶促反应速率相等，但酶分子活性不一定相同，B错误；由图可知，底物分子的能量与酶空间结构都会影响酶促反应速率，C正确；由图可知，酶适于低温保存，原因是低温只是抑制酶活性，不会使酶变性失活，D错误。[答案]C[对点训练]1．细胞代谢中某种酶与其底物、产物的关系如图所示，下列有关叙述错误的是()A．酶1与产物b结合后失活，说明酶的功能由其空间结构决定B．酶1的变构位点和活性位点的结构取决于特定的氨基酸序列C．酶1有两种底物且能与产物b结合，因此酶1不具有专一性D．酶1与产物b的相互作用可以防止细胞生产过多的产物a解析：选C由图中关系可知，酶1与产物b结合后失活，酶1失活后与有活性时相比空间结构发生了改变，说明酶的功能由其空间结构决定，A正确；同一种酶，氨基酸种类和数目相同，故酶1的变构位点和活性位点的结构不同是因为氨基酸的序列不同，B正确；从图中可知，酶1只催化两种底物合成产物a的反应，具有专一性，C错误；酶1与产物b结合使酶1无活性，合成产物a的反应会中断，这样可以防止细胞生产过多的产物a，D正确。2．某些蛋白酶在生产和使用前需要测定酶活性。如图表示科研人员选用酪蛋白对多种蛋白酶的活性进行测定的实验结果(注：实验在30℃A．在上述实验条件下，蛋白酶K和α­胰凝乳蛋白酶的活性最高B．在实验过程中，部分菠萝蛋白酶和胰蛋白酶可能失活C．这几种蛋白酶均能分解酪蛋白，说明这些酶不具有专一性D．可用盐析的方法从各种蛋白酶的提取液中沉淀出蛋白酶解析：选C由图可知，在上述实验条件下，蛋白酶K和α­胰凝乳蛋白酶的活性最高，A正确；该实验是在pH＝9.0的条件下进行的，pH较高，木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶和胰蛋白酶的活性较低，部分酶可能失活，B正确；酶的专一性是指一种酶能催化一种或一类化学反应，酪蛋白的化学本质是蛋白质，因此不同蛋白酶都能分解酪蛋白，这能体现酶的专一性，C错误；题中几种酶的化学本质都是蛋白质，可用盐析的方法把这几种酶从各自的提取液中沉淀出来，D正确。题点(二)设计实验探究影响酶活性的因素[典例2]已知玉米子粒在萌发过程中产生淀粉酶促进淀粉分解。某研究小组的同学将某种玉米的子粒浸种发芽后研磨匀浆、过滤，得到提取液，分装在编号为A1、B1、C1三支试管中，分别置于20℃、40℃、100℃环境中保存。另取三支试管编号为A2、B2、C2，分别加入等量的淀粉溶液后，分别置于20℃、40℃、100℃环境中保存。适当时间后，分别向A2、B2、C2中加入对应温度下保存的少许等量的玉米子粒提取液，保持各组温度(1)实验中分别将提取液和淀粉溶液置于不同温度下保存，再将其对应混合，这样做的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)向混合后并保温处理30分钟的A2、B2、C2三支试管中分别加入等量的碘液，观察三支试管中溶液颜色变化，发现三支试管中溶液都变蓝，但深浅不同，颜色最深的试管编号是________，原因是__________________________。有人提出可用斐林试剂代替碘液，通过比较试管中溶液颜色的深浅可得出同样结论，你认为此方案________(填“合理”或“不合理”)，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)以上实验的三组处理温度不一定是玉米子粒提取液促使淀粉分解的最适温度。请设计实验确定最适温度。要求：写出设计思路即可。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)为了排除酶在实验过程中受到环境温度的影响而导致实验结果出现偏差，所以在实验中需要分别将提取液和淀粉溶液置于不同温度下保存，再将其对应混合。(2)向混合后并保温处理30分钟的A2、B2、C2三支试管中分别加入等量的碘液，观察三支试管中溶液颜色变化，发现三支试管中溶液都变蓝，但深浅不同，由于高温使酶失活，淀粉未被分解，所以颜色最深的试管编号是C2。由于斐林试剂需要水浴加热ｵ能呈现颜色变化，因此会改变原设定的温度，导致实验结果出现偏差，所以该实验中，不宜用斐林试剂代替碘液。(3)以上实验的三组处理温度不一定是玉米子粒提取液促使淀粉分解的最适温度。要确定最适温度，则实验设计思路为在20℃到100[答案](