专题09 细胞大小与物质运输的关系-2021年高考生物必考实验专题突破（解析版）

实验九：细胞大小与物质运输的关系 一.实验原理 ①酚酞遇 NaOH 呈紫红色。 ②琼脂块大小模拟细胞大小。 ③物质扩散体积与总体积之比表示物质运输效率。 二．实验过程 三．结果分析 ①从琼脂块的颜色变化可知 NaOH 扩散的深度。 ②在相同时间内，NaOH 在每一琼脂块内扩散的深度基本相同，说明 NaOH 在每一琼脂块内扩散的速率是 相同的。 ③NaOH 扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随琼脂块的增大而减小。 四.易错提醒 实验结论：细胞体积越大，其相对表面积越小，物质运输的效率越低 1.细胞表面积与体积的关系: 相对表面积：S(表面积 S=4πr2 )/V(体积 V=4/3πr3 ) 细胞越大，S/V 越小，物质交换与运输效率越低（实验：模拟探究细胞表面积与体积的关系） 2.核质比 细胞核与质之间有一定的比例关系，一个核内所含的遗传信息是有一定限度的，控制细胞活动也就有一 定限度，使细胞不可能太大。 例 1．细胞相对表面积、细胞对外的物质交换速率和细胞新陈代谢强度之间的关系，正确的是 A．细胞的相对表面积越大，物质交换效率越高，细胞新陈代谢越旺盛 B．细胞的相对表面积越大，物质交换效率越高，细胞新陈代谢越缓慢 C．细胞的相对表面积越小，物质交换效率越高，细胞新陈代谢越缓慢 D．细胞的相对表面积越小，物质交换效率越低，细胞新陈代谢越旺盛 【答案】A 【解析】 细胞要通过它的表面不断地和周围环境或邻近的细胞进行物质交换，这样它就必须有足够的表面积，否则 它的代谢作用就很难进行。当细胞生长，体积逐步增大时，细胞的表面积和体积的比例（即相对表面积） 会变得越来越小，导致表面积相对不足，使细胞内部和外界的物质交换适应不了细胞的需要，代谢缓慢。 因此，细胞相对表面积越大，物质交换速率越快，有充足的原料，细胞新陈代谢越旺盛,综上分析，A 符合 题意。 故选 A。 例 2．下列有关生物膜及跨膜运输的叙述，错误的是 A．卵细胞运输营养和代谢废物的效率比白细胞的运输效率低 B．改变细胞膜上蛋白质的种类和数量，可能会影响物质跨膜运输的速率 C．温度能影响物质跨膜运输的速率一定是因为温度影响了酶的活性 D．物质能否进出细胞核与物质的分子大小无关 【答案】C 【解析】 【解析】 A、卵细胞的体积大于白细胞的体积，卵细胞的相对表面积低于白细胞，故卵细胞运输营养和代谢废物的效 率比白细胞的运输效率低，A 正确； B、主动运输和协助扩散均需载体蛋白的协助，故改变细胞膜上蛋白质的种类和数量，可能会影响物质跨膜 运输的速率，B 正确； C、温度可以影响到组成膜的磷脂和蛋白质的流动性,可以说在一定范围内随温度升高，磷脂和蛋白质的流动 性加快，物质交换效率提高，也可以影响与细胞呼吸有关的酶的活性，从而影响主动运输，C 错误； D、一般来说大分子物质通过核孔进出细胞核，小分子物质通过核膜进出细胞核，构成细胞核的核膜与核孔 均具有选择透过性，这是根据自身代谢活动的需要选择性的吸收一些物质分子，与分子大小无关，D 正确。 故选 C。 细胞大小与物质运输的关系 1．下列有关教材实验的说法中错误的是 A．“探究细胞大小与物质运输的关系”的实验中需要设置空白对照 B．“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”需要用到显微镜 C．“调查人群中遗传病的发病率”获得的结果是估计值 D．“观察植物细胞的质壁分离和复原”需要细胞保持活性 【答案】A 【解析】 “探究细胞大小与物质运输的关系”的实验中不需要设置空白对照，而是不同大小琼脂块之间相互比较，A 错 误。“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”需要用到显微镜观察、统计、记录酵母菌的数量，B 正确。“调 查人群中遗传病的发病率”是在人群中随机调查，计算发病率，计算结果是一个大致的估计值，C 正确。只 有保持细胞活性的成熟的植物细胞才能发生细胞的质壁分离和复原，D 正确。 2．将一块 3 cm×3 cm×6 cm 的含酚酞的琼脂块切成三块边长分别为 1 cm、2 cm、3 cm 的正方体。将 3 块琼 脂块放在装有 NaOH 的烧杯内，淹没浸泡 10 分钟。下列说法正确的是（ ） A．随琼脂块增大，NaOH 扩散速率减小 B．随琼脂块增大，琼脂块的表面积与体积之比增大 C．随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积增大 D．随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积所占的比例增大 【答案】C 【解析】 不同大小的琼脂块上 NaOH 扩散的深度相同，即 NaOH 扩散速率相同，A 项错误；随琼脂块增大，琼脂块 的表面积与体积之比减小，B 项错误；不同大小的琼脂块上 NaOH 扩散的深度相同，那么随琼脂块的增大， 琼脂块中变红的体积增大，C 项正确；随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积所占的比例减小，物质运输的效 率降低，D 项错误。 3．草履虫细胞中有两个细胞核，并有用于收集和排泄废物的伸缩泡。下列关于草履虫的叙述错误的是（ ） A．细胞核是草履虫遗传和代谢的控制中心 B．两个细胞核有利于保证细胞正常的核质比 C．伸缩泡能增大胞内膜面积与细胞体积的比值 D．草履虫生长过程中与外界物质交换的效率不断提高 【答案】D 【解析】 A、细胞核是遗传信息库，是遗传和代谢的控制中心，A 正确； B、两个细胞核有利于保证细胞正常的核质比，从而使生命活动正常进行，B 正确； C、伸缩泡能增大胞内膜面积与细胞体积的比值，有利于物质运输，C 正确； D、草履虫生长过程中细胞体积增大，但细胞的相对表面积减小，细胞与外界进行物质交换的效率逐渐降低， D 错误。 故选 D。 4．有关酸碱等物质在生物实验中的应用，下列表述不准确的一项是 （ ） A．在“酵母菌细胞呼吸的方式”探究实验中，NaOH 用于吸收空气中的 CO2 B．在“观察 DNA 和 RNA 在细胞中的分布”实验中，盐酸用于加速健那绿进入细胞，并将 DNA 染色 C．在“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”实验中，盐酸参与根尖分生区组织细胞的解离 D．在模拟“细胞大小与物质运输的关系”实验中，NaOH 用于模拟细胞运输的物质 【答案】B 【解析】 在“酵母菌细胞呼吸的方式”探究实验中，装有 NaOH 溶液的锥形瓶连接在含有酵母菌培养液的锥形瓶之前， NaOH 溶液的作用是吸收空气中的 CO2，以保证澄清石灰水变浑浊是由酵母菌有氧呼吸产生的 CO2 所致，A 正确；在“观察 DNA 和 RNA 在细胞中的分布”实验中，盐酸的作用是改变细胞膜的通透性，加速染色剂进 入细胞，同时使染色质中的 DNA 与蛋白质分离，有利于 DNA 与染色剂结合，B 错误；在“观察根尖分生区 组织细胞的有丝分裂”实验中，用 95%的酒精与 15%盐酸按 1:1 混合配制解离液，用于根尖分生区组织细胞 的解离，C 正确；在模拟“细胞大小与物质运输的关系”实验中，当 NaOH 与含酚酞的琼脂块相遇时，其中的 酚酞变成紫红色，从琼脂块的颜色变化就知道 NaOH 扩散的距离，因此 NaOH 用于模拟细胞运输的物质， D 正确。 5．科学家通过模拟实验探究细胞大小与物质运输的关系。实验过程：将三个边长分别为 1cm、2cm、3cm 含有酚酞的琼脂块，浸泡在 NaOH 溶液 10min 后取出，切成两半，每块 NaOH 扩散的深度如图中阴影所示(琼 脂块中数据表示未被扩散部分的长度)。关于该实验及相关推论叙述正确的是 A．本实验自变量是不同大小的琼脂块，因变量是 NaOH 进入琼脂块“细胞”的深度 B．NaOH 在边长 1cm 的琼脂块内扩散的速率最大 C．通过本模拟实验可说明，细胞体积越小，其相对表面积小，物质运输的效率就越高 D．NaOH 扩散进琼脂块的体积与琼脂块总体积之比可以反映细胞的物质运输效率 【答案】D 【解析】 本实验自变量是不同大小的琼脂块，因变量是 NaOH 扩散进琼脂块的体积与琼脂块总体积之比，NaOH 进 入琼脂块“细胞”扩散的深度相同，A 错误；NaOH 在不同边长的琼脂块内扩散的速率相同，B 错误；通过本 模拟实验可说明，细胞体积越小，其相对表面积越大，物质运输的效率就越高，C 错误；本实验中，NaOH 扩散进琼脂块的体积与琼脂块总体积之比可以反映细胞的物质运输效率，D 正确。 6．下列关于原核细胞的叙述，错误的是 A．原核细胞的遗传物质主要是 DNA B．蓝细菌没有叶绿体也能进行光合作用 C．原核细胞的 DNA 与周围的核糖体直接接触,并通过 RNA 传递信息 D．大多数原核细胞体积小，体积与表面积之比也小，利于各项生命活动的完成 【答案】A 【解析】 原核细胞的遗传物质就是 DNA，A 错误； 蓝细菌属于原核生物，没有叶绿体，但能进行光合作用，B 正确； 原核细胞中没有核膜，其 DNA 与周围的核糖体直接接触，并通过 RNA 传递信息，C 正确； 大多数原核细胞体积小，体积与表面积之比也小，利于各项生命活动的完成，D 正确。 7．在探究细胞大小与物质运输关系的实验中，用 NaOH 溶液浸泡不同边长的含酚酞的琼脂立方块一定时间 后，取出立方块切成两半．其剖面如图所示，其中 x 为 NaOH 扩散的深度，y 为立方块的边长，阴影代表红 色，则下列选项正确的是（ ） A．该实验的自变量为 y，因变量为 x B．x 的值随 y 值的增大而增大 C．NaOH 扩散的体积为(y-x)2 D．y 值越小，扩散体积的比例越大 【答案】D 【解析】本实验的目的是探究细胞大小与物质运输关系，故该实验的自变量为 y，因变量为 y/x，A 错误； 实验中测量不同大小的琼脂块上 NaOH 扩散的深度相同，x 的值保持不变，B 错误；NaOH 扩散的体积为 y3- （y-2x）3，C 错误；从实验的结果来说，细胞体积越小，其相对表面积越大，细胞的物质运输效率就越高， 即 y 值越小，扩散体积的比例越大，D 正确。 8．细胞体积大小与其代谢活动的要求相适应，不同的细胞适应方式不同，下列有关说法错误的是（ ） A．细胞长大到一定程度都要分裂，所以细胞都有细胞周期 B．草履虫体积较大，出现两个细胞核，有利于控制细胞 C．变形虫的伸缩泡能增大细胞的膜表面积，有利于物质交换 D．卵细胞的卵黄中储存了大量的营养物质，卵细胞可以长得比较大 【答案】A 【解析】 A、高度分化的细胞一般不在分裂，也不再具有细胞周期，A 错误； B、草履虫体积较大，出现两个细胞核，有利于控制细胞，B 正确； C、变形虫的伸缩泡能增大细胞的膜表面积，有利于物质交换，C 正确； D、卵细胞的卵黄中储存了大量的营养物质，因此卵细胞可以长得比较大，D 正确。 故选 A。 9．在“探究细胞大小与物质运输的关系（琼脂块模拟细胞）”的实验过程中，测量结果及计算结果如表格所 示。下列说法不正确的是（ ） 琼脂的边长 （cm） 比值 （ 表面积 体积 ） NaOH 扩散深度（cm） 比值 （ NaOH扩散的体积 整个琼脂块体积 ） 1 6 X a 2 3 Y b 3 2 Z c A．实验中制作琼脂块时需要加入少量酚酞作为检验试剂 B． 该实验结论可说明细胞体积越大，物质运输的效率越高 C．该表格中的测量结果及计算结果应为：X=Y=Z， a>b>c D．实验中不同体积的琼脂块需在 NaOH 溶液中放置相同时间 【答案】B 【解析】 A、实验中制作琼脂块时需要加入少量酚酞作为检验试剂，酚酞遇到 NaOH 变红，可观察 NaOH 进入琼脂 块的情况，A 正确； B、该实验结论可说明细胞体积越小，物质运输的效率越高，B 错误； 、NaOH 在每块琼脂块中扩散速率是相同的，细胞体积越大，相对表面积越小，故 X=Y=Z，a>b>c，C 正确； D、实验中不同体积的琼脂块需在 NaOH 溶液中放置相同时间，D 正确。 故选 B。 10．探究细胞表面积与体积的关系的实验原理不包括（ ） A．NaOH 与酚酞相遇， 呈现紫红色 B．以琼脂块的大小表示细胞大小 C．NaOH 的扩散深度表示吸收速率 D．NaOH 的扩散体积与整个琼脂块的体积比表示细胞物质运输的效率 【答案】C 【解析】 A、NaOH 与酚酞相遇，呈现紫红色，故可以根据紫红色区域判断 NaOH 扩散的区域，A 正确； B、琼脂块的大小模拟细胞大小，来探究细胞大小与物质运输效率之间的关系，B 正确； C、不同大小的琼脂块中 NaOH 的扩散深度相同，深度不能表示吸收速率，C 错误； D、NaOH 的扩散体积与整个琼脂块的体积比表示细胞物质运输的效率，琼脂块越大该比值越小，物质运输 效率越低，D 正确。 故选 C。 11．下列有关“细胞大小与物质运输关系的模拟实验”的叙述中，正确的是（ ） A．NaOH 在大小不同的琼脂块中扩散的速度不同 B．本实验用 NaOH 扩散的深度模拟物质运输效率 C．琼脂块体积越小，相对表面积也越小 D．NaOH 扩散的体积和整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而减小 【答案】D 【解析】 A、NaOH 扩散的速度与琼脂块大小无关，NaOH 在大小不同的琼脂块中扩散的速度相同，A 错误； B、本实验用 NaOH 扩散的体积与琼脂块总体积的比值来模拟物质运输效率，B 错误； C、相对表面积指表面积与体积之比，琼脂块体积越小，其相对表面积越大，C 错误； D、NaOH 扩散的体积和整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而减小，D 正确。 故选 D。 12．真核细胞直径一般为 10~100 μm，下列不属于生物体细胞的体积趋向于小的原因是（ ） ①受细胞所能容纳的物质制约 ②受细胞核所能控制的范围制约 ③相对表面积大，有利于物质的迅速转运和交换 ④相对表面积小，有利于物质的迅速转运和交换 A．①② B．③④ C．①④ D．②③ 【答案】C 【解析】 ①、细胞大小受细胞所能容纳的物质制约，表明细胞不是越小越好，这不是细胞体积趋于小的原因，①错 误； ②、受细胞核所能控制的范围制约，这是细胞体积趋向于小的原因之一，②正确； ③、细胞越小，其相对面积越大，有利于物质的迅速转运和交换,③正确； ④、细胞越小，其相对表面积越大，越有利于物质的迅速转运和交换，④错误。 因此①④不属于细胞体积趋向于小的原因。 故选 C。 13．下列有关细胞体积与物质运输的关系的模拟实验 说法错误的是（ ） A．随着细胞体积增大，细胞的相对表面积减小，细胞的物质运输速率也减少 B．该实验中可用含酚酞的琼脂块遇氢氧化钠变红模拟物质进入细胞的情况 C．细胞体积不能无限增大也不能无限缩小，这与细胞内的各细胞器与酶需要一定空间相关 D．细胞之所以不能无限增大，还与细胞的核质比有关 【答案】A 【解析】 A、随着细胞体积增大，细胞的相对表面积减小，细胞的物质转运效率减少， A 错误； B、该实验中可用含酚酞的琼脂块表示细胞的大小，氢氧化钠遇酚酞变红的体积模拟物质进入细胞的情况， B 正确； C、细胞内的各细胞器的协调性以及酶催化反应需要一定空间的条件决定了细胞体积不能无限增大也不能无 限缩小，C 正确； D、细胞的核质比也决定了细胞不能无限增大， D 正确。 故选 A。