物质跨膜运输的实例和方式
一、选择题
1．(2019·吉林高三月考)将已发生质壁分离的细胞再置于较低浓度的蔗糖溶液中，观察到质壁分离复原，直到细胞体积稳定下来，这时对恢复原状的细胞来说，可以肯定的情况是( )
A．细胞液和外界溶液浓度相同
B．细胞液浓度高于外界溶液浓度
C．水分子不再出入细胞
D．水分子出入细胞处于动态平衡状态
答案 D
解析 此时处于质壁分离复原平衡状态的细胞，水分子进出细胞处于动态平衡，但是细胞液的浓度不一定与外界溶液浓度相同，也可能大于外界溶液浓度，因为细胞壁的保护作用，不能继续吸收水分而已，A、B、C错误，D正确。
2．(2018·湖南郴州一模)某同学取三个生理状态相同的洋葱鳞片叶外表皮细胞，经过处理后，出现如图所示的现象。下列分析错误的是( )
A．A细胞处于质壁分离状态
B．各细胞的细胞液浓度依次是：C>A>B
C．A、B、C三细胞处于不同浓度的溶液中，则A与B细胞所处的外界溶液浓度是A>B
D．标号①指的物质是细胞质
答案 D
解析 细胞A、C的原生质层与细胞壁分离，处于质壁分离状态，A正确；细胞A发生轻度质壁分离，细胞B未发生质壁分离，细胞C质壁分离的程度大，三者失水量由多到少为C>A>B，各细胞的细胞液浓度由高到低依次是C>A>B，B正确；A、B、C三细胞所处的外界溶液浓度由大到小为C>A>B，C正确；标号①指的是原生质层与细胞壁的间隙，充满的是外界溶液，D错误。
3．(2018·山东青岛二模)下列关于物质跨膜运输的叙述，正确的是( )
A．磷脂是构成细胞膜的重要成分，但与物质的跨膜运输无关
B．神经递质的释放过程需要消耗能量，但不需要载体蛋白
C．在质壁分离的过程中，植物细胞液的浓度逐渐降低
D．神经元细胞处于静息状态时不进行葡萄糖的跨膜运输
答案 B
解析 磷脂与物质的跨膜运输方式自由扩散密切相关，A错误；神经递质的释放方式为胞吐，消耗能量，不需要载体，B正确；在质壁分离的过程中，细胞液的浓度逐渐升高，C错误；在静息状态下，神经元细胞需进行呼吸作用，产生能量，所以仍需进行葡萄糖的跨膜运输，D错误。
4．(2018·天津河西一模)以紫色洋葱鳞片叶为材料进行细胞质壁分离和复原的实验，细胞长度和原生质体长度分别用X和Y表示(如图)，在处理时间相同的前提下( )
A．同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越小，则紫色越浅
B．不同细胞用相同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越小，则越不易复原
C．同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越大，则所用蔗糖溶液浓度越低
D．不同细胞用相同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越大，则细胞的正常细胞液浓度越高
答案 A
解析 同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越小，质壁分离越不明显，紫色越浅，A正确；不同细胞用相同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越小，质壁分离越不明显，说明该细胞细胞液与外界溶液浓度差越小，越容易复原，B错误；同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越大，质壁分离越明显，所用蔗糖溶液浓度越高，C错误；不同细胞用相同浓度蔗糖溶液处理，X/Y值越大，质壁分离越明显，细胞的正常细胞液浓度越低，D错误。
5．如图为小肠上皮细胞转运葡萄糖过程示意图，下列有关叙述正确的是( )
A．葡萄糖进出小肠上皮细胞均为协助扩散
B．Na＋进出小肠上皮细胞的过程均消耗ATP
C．抑制细胞呼吸影响K＋通过Na＋－K＋泵的转运
D．能同时转运葡萄糖和Na＋的载体蛋白不具特异性
答案 C
解析 葡萄糖进入小肠上皮细胞时，是由低浓度向高浓度一侧运输，属于主动运输，而运出细胞时，是从高浓度向低浓度一侧运输，属于协助扩散，A错误；Na＋进入小肠上皮细胞的方式是协助扩散，不需要消耗ATP，Na＋运出细胞，是从低浓度向高浓度一侧运输，属于主动运输，需要消耗ATP，B错误；根据图示分析，K＋通过Na＋－K＋泵的转运需要消耗ATP，故抑制细胞呼吸影响K＋通过Na＋－K＋泵的转运，C正确；能同时转运葡萄糖和Na＋的载体蛋白具特异性，D错误。
6．如图甲是渗透装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间，下列叙述中不正确的是( )
A．半透膜内溶液A的浓度变化可用曲线丙表示
B．水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线乙表示
C．玻璃管内的液面高度变化可用曲线丙表示
D．半透膜内外浓度差的变化可用曲线乙表示
答案 A
解析 图甲中漏斗内蔗糖溶液浓度大于蒸馏水，所以水分子通过半透膜进入漏斗，则半透膜内溶液A的浓度越来越低，直至平衡，可用曲线乙表示，水分子进入半透膜的速度也越来越低，直至平衡，可用曲线乙表示，A错误，B正确；根据以上分析可知水分子进入半透膜，则漏斗内的液面越来越高，直至达到最高液面不再变化，可以用图丙表示，C正确；根据题意分析可知半透膜内溶液A的浓度越来越低，所以半透膜内外浓度差越来越小，直至平衡，可用曲线乙表示，D正确。
7．(2017·海南高考)将生长状态一致的某种植物幼苗分成甲、乙两组，分别移入适宜的营养液中在光下培养，并给甲组的营养液适时通入空气，乙组不进行通气处理。一定时间后测得甲组的根对a离子的吸收速率远大于乙组的。关于这一实验现象。下列说法错误的是( )
A．给营养液通入空气有利于该植物的生长
B．根细胞对a离子的吸收过程属于自由扩散
C．根细胞对a离子的吸收过程有能量的消耗
D．根细胞的有氧呼吸有利于根对a离子的吸收
答案 B
解析 由题意可知，通入空气有利于根对a离子的吸收，其原因是：通入空气有利于根部细胞进行有氧呼吸，为细胞提供充足的能量，进而利于根通过主动运输吸收所需的各种无机盐离子，其中包括a离子，最终有利于植物生长。据分析可判断，A、C、D正确，B错误。
8．(2016·江苏高考)如图为一种溶质分子跨膜运输的示意图。下列相关叙述错误的是( )
A．载体①逆浓度运输溶质分子
B．载体②具有ATP酶活性
C．载体①和②转运方式不同
D．载体②转运溶质分子的速率比自由扩散快
答案 B
解析 载体①是从低浓度到高浓度运输溶质分子的，方式为主动运输，A正确；载体②是顺浓度梯度运输物质的，方式为协助扩散，不消耗ATP，B错误；载体①和②转运方式不同，C正确；协助扩散有载体蛋白的协助，所以扩散速率比自由扩散快，D正确。
9．(2019·吉林统考)下列有关物质出入细胞的叙述，正确的是( )
A．被动运输需要载体蛋白协助，但不消耗ATP
B．在质壁分离的复原过程中，细胞液浓度逐渐降低
C．肝细胞通过主动运输吸收葡萄糖和甘油
D．胞吐过程体现了细胞膜上载体蛋白的专一性
答案 B
解析 被动运输包括自由扩散和协助扩散，其中自由扩散不需要载体蛋白协助，也不消耗ATP，A错误；在质壁分离的复原过程中，细胞吸水，导致细胞液浓度降低，B正确；肝细胞通过主动运输吸收葡萄糖，通过自由扩散吸收甘油，C错误；胞吐过程充分体现了细胞膜的流动性，与载体蛋白无关，D错误。
10．某学生将7%的尿素滴加在载玻片上的蚕豆叶表皮上，观察到植物细胞的质壁分离，2小时后再次观察时发现质壁分离的细胞找不到了。其可能的原因是( )
①错拿了对照样品 ②时间过长，细胞壁收缩 ③溶质被缓慢吸收，使水分再度进入细胞 ④2小时后细胞可能死亡
A．①②③④ B．①②③
C．①③④ D．②④
答案 C
解析 尿素可以通过自由扩散的方式进入植物细胞液中，因此久置在尿素溶液中的蚕豆表皮细胞可发生质壁分离复原现象；而7%的尿素对植物细胞来说，也是高浓度，可能会引起过量失水而死亡，故其可能原因为①③④。
二、非选择题
11．图1是物质出入细胞的示意图，图2中曲线甲、乙分别代表物质进出细胞的两种方式。
(1)图2中曲线甲代表____________，影响曲线乙所示物质进出细胞方式的因素主要有____________、__________________。
(2)K＋、O2和葡萄糖这三种物质中，通过d方式进入红细胞的是________，这体现了细胞膜的__________性。
(3)柽柳是泌盐植物，其叶子和嫩枝可以将植物体内的盐分排出，是强耐盐植物。为探究柽柳从土壤中吸收盐分的方式是主动运输还是被动运输，设计了如下实验。
①实验步骤：
a．取甲、乙两组生长发育基本相同的柽柳幼苗植株，放入适宜浓度的含有Ca2＋、K＋、C6H12O6的溶液中进行培养。
b．甲组给予正常的呼吸条件，乙组________________________________。
c．___________________________________________________________。
②实验结果及结论：
答案 (1)自由扩散 载体的数量 能量(或ATP)的供应
(2)葡萄糖 选择透过
(3)①b.完全抑制呼吸 c．一段时间后测定两组植株根系对K＋、Ca2＋、C6H12O6的吸收速率
②柽柳从土壤中吸收盐分的方式是主动运输
两组植株对K＋、Ca2＋、C6H12O6的吸收速率相同
柽柳从土壤中吸收盐分的方式是被动运输
解析 (1)图2中甲表示自由扩散，乙表示主动运输，主动运输需要载体和细胞呼吸产生的能量(ATP)协助。
(2)图1中d表示协助扩散，K＋是通过主动运输方式进入红细胞的，O2通过自由扩散的方式进入红细胞，葡萄糖通过协助扩散的方式进入红细胞，这体现了细胞膜的选择透过性。
(3)①b.根据实验目的，主动运输和被动运输的区别是是否需要ATP，故ATP(细胞呼吸条件)为自变量，吸收速率为因变量。故甲组给予正常呼吸条件，乙组完全抑制细胞呼吸。
c．一段时间后测定两组植株根系对K＋、Ca2＋、C6H12O6的吸收速率。
②若吸收速率相同，说明都不需要ATP，为被动运输；若甲组吸收速率明显大于乙组，则说明需要ATP，为主动运输。
12．如图所示为某学生进行某实验的基本操作步骤，请回答以下问题。
(1)你认为他做该实验的目的是_________________________________。
(2)B步骤主要观察紫色洋葱鳞片叶表皮细胞中紫色________的大小以及________的位置。
(3)请描述C步骤的操作方法：_____________________________。
(4)该实验在B、D、F三者之间形成了自身对照，其中B、D中属于实验组的是________组，在D、F中属于对照组的是________组。
(5)该同学通过多次实验，得出的经验是在B、D之间不宜停留时间过长，否则会导致实验失败。你认为最合理的原因是___________________________。
(6)若改用小麦的根毛细胞进行上述实验，由于观察的细胞无色透明，为了取得更好的观察效果，调节显微镜的措施是___________________________。
(7)通过实验发现，蔗糖溶液浓度不适宜会造成实验失败。请据此拟定一个相关的研究课题：__________________________________________________
_____________________________________________________________。
答案 (1)观察植物细胞的质壁分离与复原
(2)液泡 原生质层
(3)从盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引，重复几次
(4)D D
(5)质壁分离时间过长，细胞失水过多而死亡
(6)凹面镜改为平面镜，并缩小光圈
(7)探究蔗糖溶液浓度对洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离与复原的影响
解析 (1)据图分析实验过程可知，C和E步骤是改变植物细胞外溶液浓度的大小，从而观察对植物细胞的影响，可推知该实验的目的是观察植物细胞的质壁分离与复原。
(2)B步骤还没有发生质壁分离，此时主要观察紫色液泡的大小，同时观察原生质层的位置，以便与D步骤比较。
(3)步骤C的操作方法：在盖玻片的右侧滴入蔗糖溶液，左侧用吸水纸吸引，重复几次，使洋葱细胞浸润在蔗糖溶液中，使之发生质壁分离。
(4)该实验中B、D、F三者之间在实验中前后对照，即B、D对照，其中D为实验组，D、F对照，D为对照组。
(5)若在B、D质壁分离过程中停留时间过长，细胞会因过度失水而死亡，无法再做质壁分离复原实验。
(6)若改用小麦的根毛细胞进行上述实验，为了取得更好的观察效果，显微镜应由凹面镜改为平面镜并缩小光圈。
(7)分析题中信息，洋葱质壁分离与复原实验中，自变量是蔗糖溶液的浓度不同，则研究课题应为探究蔗糖溶液浓度对洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离和复原的影响。
13．(2018·河南普高毕业班适应性考试)图1表示渗透作用装置，最终液面上升的高度为h，MA、Ma分别表示装置中相应溶液的浓度。图2表示一个洋葱鳞片叶表皮细胞在蔗糖溶液中发生的质壁分离过程示意图，MB、Mb分别表示外界溶液和细胞液的浓度。请据图回答下列问题：
(1)图1中，如果A、a均为蔗糖溶液，且开始时Ma＞MA，则液柱停止上升时，Ma________(填“＞”“＝”或“＜”)MA。
(2)图2中，当液泡体积不再变化时，MB________(填“＞”“＝”或“＜”)Mb。
(3)把图2中已经质壁分离的细胞放入清水中，当质壁分离复原后，MB________(填“＞”“＝”或“＜”)Mb。此时，细胞________(填“能”或“不能”)持续吸水，请解释原因：_____________________________________
_________________________________________________________________。
答案 (1)＞ (2)＝
(3)＜ 不能 因为此时细胞壁对原生质层产生的压力限制了细胞吸水
解析 (1)图1中渗透作用达到动态平衡时，漏斗内外液面差产生的压力与半透膜两侧浓度差产生的压力达到平衡状态，此时Ma＞MA。
(2)当水分子在细胞液和外界溶液间的扩散达到动态平衡时，细胞液与外界溶液浓度相等。
(3)由图2分析，把已经质壁分离的细胞放入清水中，其发生渗透吸水，直到细胞质壁分离复原后，外界清水的浓度虽然仍小于细胞液的浓度，但是由于受细胞壁的限制，植物细胞不再吸收水分。
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考点1 物质跨膜运输的实例
实验5 探究植物细胞的失水和吸水
考点2 物质跨膜运输的方式
高考热点突破
第7讲 物质跨膜运输的实例和方式
[考纲明细] 1.物质出入细胞的方式(Ⅱ) 2.实验：通过模拟实验探究膜的透性 3.实验：观察植物细胞的质壁分离与复原
考点1 物质跨膜运输的实例
1．渗透系统
(1)渗透作用：水(或其他溶剂)分子通过半透膜的扩散，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，是一种自由扩散。
(2)渗透作用产生的条件
[特别提醒] (1)达到平衡时还是存在水分子透过半透膜，这时的水由烧杯扩散到漏斗一侧与由漏斗扩散到烧杯一侧的数目是相等的。
(2)若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面差，则半透膜两侧溶液就还存在浓度差。
(3)溶液浓度指物质的量浓度。
2．动、植物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水
a．外界溶液浓度＜细胞质浓度?细胞吸水膨胀。
b．外界溶液浓度＞细胞质浓度?细胞失水皱缩。
c．外界溶液浓度＝细胞质浓度?水分进出平衡。
(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
a．当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过渗透作用失水，植物细胞就发生质壁分离现象。
b．将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度高于外界清水，植物细胞就吸水，发生质壁分离复原现象。
[特别提醒] (1)能发生质壁分离的细胞是成熟的含有中央液泡的植物细胞，并且液泡中有颜色便于观察。动物细胞无细胞壁，不可能发生质壁分离。
(2)由于细胞壁是全透性的，质壁分离时，细胞壁与细胞膜之间充满的是外界溶液。
(3)蔗糖溶液浓度不能过高(如0.5 g/mL)，否则会因为失水过多而死亡。
(4)如果用可穿膜的物质(尿素、脂肪酸、甘油、乙二醇、KNO3等)溶液实验时，会出现质壁分离并自动复原(因为细胞失水质壁分离的同时，会通过自由扩散或主动运输吸收该类物质；当细胞液浓度大于外界溶液时，细胞开始吸水，质壁分离复原)。
(5)细胞液浓度越大，细胞吸水能力越强(细胞随着质壁分离的进行，吸水能力不断增强)。部分植物为抵抗外界高浓度的不良环境，细胞会通过增加细胞液浓度，从而增加吸水能力。
(6)当植物吸水时，由于外面有细胞壁，不会因吸水而涨破。
[拓展辨析]
原生质：a.泛指细胞内的全部生命物质，不包括细胞壁；
b．包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分，其主要成分为核酸、蛋白质和脂类；
c．动物细胞可以看作一团原生质。
细胞质：指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部物质。
原生质层：成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，可看作一层半透膜。
3．(1)植物对无机盐离子的吸收
科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2＋、Mg2＋和SiO的培养液中培养，结果及分析如下：
①实验结果
a．不同植物对同种无机盐离子的吸收有差异。
b．同种植物对不同无机盐离子的吸收也有差异。
②实验结论：植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。
(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收是逆(填“逆”或“顺”)浓度梯度进行的。
(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异性。
4．生物膜的功能特性
(1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，水分子、一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
(2)生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征。
1．(必修1 P61与生活的联系)当你吃比较咸的食物时，你的口腔和唇的黏膜会比较干，因为吃过咸的食物，口腔和唇的黏膜细胞会失水过多。
2．(必修1 P64与社会的联系)浓度低的饮料可以用来补充体内水分，浓度高的饮料不能很好地起到补充体内水分的作用，因为过高浓度的饮料反而会导致细胞失水。
(必修1 P76技能应用改编)温度的高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。
材料及用具：有如图所示相同的渗透装置三个，酒精灯(或水浴锅)、冰块及用具若干。
(1)你的假设是_________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)实验方法步骤：
①取上述三个相同的渗透装置编号分别为甲、乙、丙。
②___________________________________________________________。
③过相同一段时间后，观察_____________________________________。
(3)预期结果：如果出现____________________的现象，则你的假设是正确的。
答案 (1)一定温度范围内，随温度的升高水分子扩散速率加快
(2)②甲装置烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温，乙装置的烧杯外加适量的冰块降温，丙装置不作处理作为对照 ③移液管中液面上升的高度
(3)移液管中的液面高度甲>丙>乙
解析 (1)该实验是一个探究性实验，实验的目的是探究温度的高低会不会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率，因此我们可以假设一定温度范围内，随温度的升高水分子扩散速率加快。
(2)②实验设计要遵循对照原则和单一变量原则，因此三个装置的处理方式为：对甲装置进行加热，乙装置的烧杯外加适量的冰块，丙装置不作处理作为对照。③过相同一段时间后，观察移液管中液面上升的高度，进而判断温度的高低与水分通过半透膜的扩散速率的关系。
(3)预期结果：如果出现移液管中的液面高度甲>丙>乙的现象，则假设是正确的。
不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化
注：S1、S2表示两种不同浓度的同一物质的溶液。
(1)溶质不能通过半透膜的情况
①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，外观上表现为S1溶液液面上升；若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反，外观上表现为S1溶液液面下降。
②在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度。因为液面高的一侧形成的压强，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。
(2)溶质能通过半透膜的情况
若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则最初单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，随着溶质的扩散，最终S1和S2溶液浓度相等，外观上表现为S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平；若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反。
题组 渗透作用的原理及应用
1．(2018·河南豫北精英赛一联)某同学设计的实验如图所示，实验开始时，U形管两侧液面相等，图中半透膜允许单糖通过。据图分析，下列说法错误的是( )
A．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，当液面停止上升时，半透膜两侧溶液浓度一定是相等的
B．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，则实验现象为高浓度一侧的液面上升
C．若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液，则实验现象为高浓度一侧液面先上升，随后另一侧液面上升，最后两侧液面持平
D．若U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液，当液面停止上升时，半透膜两侧水分子移动达到平衡状态
答案 A
解析 由题干可知，实验开始时，U形管两侧液面等高，当U形管中加入两种浓度不等的蔗糖溶液时，水分子从低浓度一侧流向高浓度一侧的较多，即高浓度一侧的液面上升，低浓度一侧的液面下降，直至液面不再变化，此时半透膜两侧浓度差产生的渗透压力与液面差产生的压力达到平衡，所以半透膜两侧溶液浓度不会相等，A错误，B正确；当液面停止上升时，半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，D正确；若U形管中加入两种浓度不等的葡萄糖溶液，开始时水分子总体表现为由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，因此高浓度一侧液面先上升，但随着葡萄糖分子通过半透膜进入低浓度一侧，最后两侧液面会持平，C正确。
技法提升
渗透装置中溶液中水分子渗透方向与溶液浓度的判断
变式训练
[1－1] (2019·四川眉山中学月考) 如图为渗透平衡时的装置(糖类不能通过半透膜)，烧杯的液面高度为a，漏斗的液面高度为b，液面差m＝b－a。在此基础上继续实验，以渗透平衡时的液面差为观测指标，正确的是( )
A．若向漏斗中滴入清水，平衡时m将增大
B．若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时m不变
C．若向漏斗中加入蔗糖酶，则平衡时m不变
D．达到新的平衡时，水分子进出半透膜的速率相等
答案 D
解析 若向漏斗中滴入清水，漏斗中的渗透压降低，吸水能力减弱，则平衡时m将减小，A错误；若向漏斗中加入蔗糖分子或蔗糖酶，漏斗中的渗透压增大，则平衡时m值将增大，B、C错误；达到新的平衡时，水分子进出半透膜的速率相等，液面不再升高，D正确。
[1－2] 某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中( )
A．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定
B．水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢
C．当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散
D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高
答案 D
解析 液面上升的过程中，漏斗两侧浓度差减小，则液面上升速率起始最快，之后减慢最终变为0，A错误；随着水分子进入漏斗内量的增多，蔗糖溶液浓度下降，同时由于漏斗液面升高与烧杯中液体形成的压力差增加，水分子扩散进入漏斗内的速率下降，而反方向水分子扩散速率升高，B错误；由于半透膜不让蔗糖分子通过，所以半透膜两侧液体浓度不可能相等，C错误；当水分子在半透膜两侧进出速率相等时，漏斗内液面达到最高并停止上升，D正确。
题组 细胞失水和吸水
2. (2017·全国卷Ⅱ)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是( )
A．0～4 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内
B．0～1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等
C．2～3 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压
D．0～1 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压
答案 C
解析 0～4 h内，开始一段时间内，原生质体的相对体积逐渐减小，说明细胞液浓度小于物质A溶液的浓度，当原生质体相对体积达到最小后又逐渐增大，说明部分物质A通过细胞膜进入细胞内，使细胞液浓度增大，从而使细胞吸水，表现为原生质体相对体积逐渐增大，A错误；因细胞壁的伸缩性较小，而原生质体的伸缩性较大，故0～1 h内细胞体积的变化量小于原生质体体积的变化量，B错误；据图可知，2～3 h内，原生质体的相对体积增大，表明细胞吸水，此时物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C正确；0～1 h内，原生质体的相对体积减小，表明细胞失水，此时液泡中液体(细胞液)的渗透压小于细胞质基质的渗透压，细胞质基质的渗透压又小于物质A溶液的渗透压，D错误。
3．(2015·海南高考)取生理状态相同的某种植物新鲜叶片若干，去除主脉后剪成大小相同的小块，随机分成三等份，之后分别放入三种浓度的蔗糖溶液(甲、乙、丙)中，一定时间后测得甲的浓度变小，乙的浓度不变，丙的浓度变大。假设蔗糖分子不进出细胞，则关于这一实验结果，下列说法正确的是( )
A．实验前，丙的浓度>乙的浓度>甲的浓度
B．乙的浓度不变是因为细胞内蔗糖浓度与乙的浓度相等
C．实验中，细胞与蔗糖溶液间的水分移动属于协助扩散
D．甲、丙的浓度变化是由水分在细胞与蔗糖溶液间移动引起的
答案 D
解析 根据题干信息可推断一定时间后“甲的浓度变小”是因为叶片失水，“乙的浓度不变”说明乙的浓度与叶片细胞的细胞液浓度相等，“丙的浓度变大”是因为细胞吸水，由此推断，实验前，丙的浓度<乙的浓度<甲的浓度，A、B错误，D正确；实验中，细胞与蔗糖溶液间的水分移动属于自由扩散，C错误。
实验5 探究植物细胞的失水和吸水
1．实验原理
(2)观察指标：中央液泡大小、原生质层的位置、细胞大小。
2．实验步骤
3．现象与结论
深挖教材
(1)实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？
提示 不一定。但紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中含有色素，使液泡呈现紫色，更有利于观察，还可选择无色的洋葱鳞片叶内表皮细胞，配合有色溶液进行观察或是在用显微镜观察时改用平面反光镜，缩小光圈；或选择植物叶肉细胞，因含叶绿体，使原生质层呈现绿色，而液泡无色，从而进行观察。
(2)假如细胞壁相当于半透膜，是否会出现质壁分离？
提示 不会，质壁分离是指原生质层和细胞壁的分离。
(3)清水中，植物细胞会一直吸水吗？为什么？
提示 不会。植物细胞有细胞壁，细胞壁的收缩性是有限度的，植物细胞因吸水产生的膨压作用于细胞壁，细胞壁产生壁压，最后达到动态平衡。
(4)为什么当部分细胞发生了质壁分离时，也有部分区域的细胞没发生质壁分离？
提示 不同部位的细胞的细胞液浓度有差异。
(5)把实验试剂改成0.8 g/mL的蔗糖溶液，结果会怎样？为什么？
提示 只能观察到质壁分离现象，不能观察到质壁分离复原现象。因为蔗糖溶液浓度过高，植物细胞因失水过多而死亡。
(6)把实验试剂改为0.3 g/mL的葡萄糖溶液，结果会怎样？为什么？
提示 质壁分离的细胞自动复原。因为葡萄糖是植物细胞选择吸收的物质，可以进入植物细胞，直至发生浓度逆转，当细胞液浓度大于外界溶液浓度，细胞由失水变为吸水，从而发生质壁分离自动复原现象。
(7)该实验无独立的对照组，为什么还叫对照实验？
提示 该实验中，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于自身对照。
1．细胞能否发生质壁分离和复原的判断方法
(1)从细胞角度分析
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离和复原现象。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离和复原现象。
(2)从溶液角度分析
①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，不能发生质壁分离后自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。
②在一定浓度的溶液(如KNO3、甘油等)中因为溶质可透过膜进入细胞，使细胞液浓度增大，可发生质壁分离后自动复原现象。
③在较高浓度溶液中发生质壁分离现象，因过度失水而不会发生质壁分离复原现象。
④在过高浓度的溶液中或使用1 mol/L的醋酸溶液，细胞不发生质壁分离及复原现象，因为细胞死亡失去选择透过性。
2．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)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
1．下列有关“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验操作，叙述正确的是( )
A．在步骤C中只需滴加1滴的蔗糖溶液
B．整个实验现象的观察应维持在低倍镜下
C．步骤A具体操作过程为“解离→染色→漂洗→制片”
D．步骤F观察实验结果和步骤D相比，液泡颜色变深
答案 B
解析 在步骤C引流操作中需滴加多滴蔗糖溶液，用吸水纸在对侧吸引，A错误；在高倍镜下引流易污染镜头，该实验应全程在低倍镜下观察，B正确；步骤A制片时不需要进行解离，C错误；质壁分离复原的细胞液泡吸水，颜色变浅，D错误。
2．(2019·黑龙江高三月考)用2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞，观察质壁分离现象，得到其原生质体体积的变化情况如图所示。下列表述中，不正确的是( )
A．该细胞不可能是根尖分生区细胞
B．AB段曲线表明细胞液浓度在逐渐增大
C．BC段表示该细胞开始因失水过多而逐渐死亡
D．用一定浓度的KNO3溶液代替乙二醇，可得到类似的结果
答案 C
解析 植物根尖分生区的细胞无大液泡，质壁分离现象不明显，A正确；AB段原生质层的相对体积减少，说明细胞失水，细胞液浓度在逐渐增大，B正确；由于乙二醇通过自由扩散进入细胞，使细胞发生质壁分离复原，因此BC段表示该细胞开始吸水而自动复原，C错误；KNO3溶液的离子可以进入细胞，发生的现象是先质壁分离再复原，与乙二醇的效果相同，D正确。
3．将甲、乙、丙三个未发生质壁分离的成熟植物细胞置于同一蔗糖溶液中，在显微镜下持续观察它们的状态，直到细胞形态不再发生变化时，三个细胞的状态如表所示：
细胞种类 细胞状态
甲细胞 刚发生质壁分离
乙细胞 没有发生质壁分离
丙细胞 质壁分离现象明显
下列判断正确的是( )
A．细胞形态不再发生变化是因为细胞已经死亡
B．实验前甲、乙、丙三个细胞的细胞液浓度关系是乙>甲>丙
C．实验后甲、乙、丙三个细胞的细胞液浓度关系是乙<甲<丙
D．细胞形态不再发生变化时三个细胞的细胞液浓度相等
答案 B
解析 细胞形态不再发生变化并不代表细胞已经死亡，可能正处于水分子进出细胞的动态平衡状态，A错误；细胞内外浓度差越大，质壁分离现象越明显，而实验所用蔗糖溶液浓度相同，故实验前丙细胞的细胞液浓度最小，乙细胞的细胞液浓度最大，B正确；达到动态平衡时，三个细胞的细胞液浓度与外界溶液浓度分别相等，三个细胞的细胞液浓度不相等，质壁分离越明显的细胞失水越多，外界溶液浓度越小，故实验后丙细胞的细胞液浓度最小，C、D错误。
4．与质壁分离及复原实验的实验材料及外界溶液有关的正确叙述是( )
①实验材料必须是成熟的植物活组织细胞 ②细胞液最好有颜色，便于观察和判断细胞质壁分离和复原的程度 ③细胞液必须有颜色，否则不能发生质壁分离和复原现象 ④外界溶液的浓度应适中，不能过低或过高 ⑤外界溶液必须对细胞无毒害 ⑥外界溶液的浓度无特殊要求，任何浓度均可以
A．①②④⑤ B．①③④⑤
C．①②⑤⑥ D．①③⑤⑥
答案 A
解析 质壁分离的前提条件是实验材料必须是成熟的植物活细胞，①正确；所选细胞的细胞液最好有颜色，这样便于观察和判断细胞质壁分离和复原的程度，②正确；细胞液有无颜色不能决定质壁分离和复原是否发生，③错误；外界溶液的浓度要适中，不能过高或过低，否则使细胞失水过多或现象不明显，④正确，⑥错误；外界溶液必须对细胞无毒害，因为该实验需要细胞保持活性，⑤正确。
考点2 物质跨膜运输的方式
1．物质出入细胞的方式
[特别提醒]
(1)归纳记忆同一物质的不同运输方式
①
②Na＋：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，Na＋—K＋泵。
③K＋：进入神经细胞：主动运输，Na＋—K＋泵。
运出神经细胞：协助扩散，靠离子通道。
(2)关于物质运输的易错点
①小分子物质的运输方式不一定都是被动运输和主动运输，如神经递质的释放是胞吐(外排)作用。
②生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。
③消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。
④小分子跨膜运输体现了膜的功能特点——选择透过性；胞吞和胞吐体现了膜的结构特点——流动性。
⑤大分子胞吞、胞吐过程中穿过的生物膜层数为0层。
2．影响物质跨膜运输因素的模型分析
(1)浓度差对物质跨膜运输的影响
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受载体数量的限制。
(2)载体数量对跨膜运输的影响
载体蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，载体蛋白数量越多，运输速率越大。自由扩散不受载体蛋白数量的影响。
(3)氧气含量对跨膜运输的影响
通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。
①P点时，无氧呼吸为主动运输提供能量。
②PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率也越大。
③Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他的因素限制，运输速率不再增加。
(4)温度
1．(必修1 P73与社会的联系)囊性纤维病是由于有的细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na＋和Cl－的跨膜运输。1996年，研究人员发现，肺部细胞外侧Na＋的聚积会使肺易受细菌伤害。
2．(必修1 P74科学前沿)通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，它包含两大类：水通道蛋白和离子通道蛋白。
1．(必修1 P76知识迁移改编)小肠绒毛上皮细胞能够吸收葡萄糖，却很难吸收相对分子质量比葡萄糖小的木糖。这个事实说明细胞膜对物质进入细胞具有选择透过性，这与细胞生活的关系是细胞尽可能地只吸收自身需要的物质，细胞不需要或对细胞有害的物质常被阻挡在细胞外。
2．(必修1 P76思维拓展改编)在顺浓度梯度的情况下，葡萄糖、氨基酸等营养物质可以进入细胞且不消耗能量；当细胞外葡萄糖或氨基酸的浓度低于细胞内时，这些营养物质也可以进入细胞但需要消耗能量。对该现象的分析不正确的是( )
A．前者为被动运输，后者为主动运输
B．该现象说明同一种物质可通过不同的方式进入细胞
C．该现象依赖于细胞膜控制物质进出细胞的功能
D．该现象说明细胞不需要的物质不能进入细胞
答案 D
解析 由于前者表示进入细胞不消耗能量，所以为被动运输，后者表示进入细胞需要消耗能量，所以为主动运输，A正确；葡萄糖、氨基酸既可以通过被动运输进入细胞，又可以通过主动运输进入细胞，该现象说明同一种物质可通过不同的方式进入细胞，B正确；葡萄糖、氨基酸等分子进出细胞运输方式与浓度差有关，说明该现象依赖于细胞膜控制物质进出细胞的功能，C正确；葡萄糖、氨基酸在顺浓度梯度和逆浓度梯度的情况下都能进入细胞，因而不能说明细胞不需要的物质不能进入细胞，D错误。
题组 物质出入细胞方式的判断
1．(2018·全国卷Ⅱ)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( )
A．巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散
B．固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输
C．神经细胞受到刺激时产生的Na＋内流属于被动运输
D．护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
答案 C
解析 巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞，不属于协助扩散，A错误；固醇类激素的化学本质是脂质，脂溶性物质以自由扩散的方式进入靶细胞，属于被动运输，B错误；神经细胞内的Na＋浓度比细胞膜外低，受刺激时，产生的Na＋内流是顺浓度梯度进行的，属于被动运输，C正确；甘油是脂溶性小分子物质，以自由扩散的方式进入细胞，属于被动运输，D错误。
2．(2016·全国卷Ⅰ)离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是( )
A．离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B．离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的
C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
答案 C
解析 由题意知，离子泵参与的跨膜运输方式属于主动运输，需要载体蛋白协助，需要消耗能量，是逆浓度梯度进行的，A、B错误；动物一氧化碳中毒会影响血液中氧气的运输，影响有氧呼吸产生ATP，从而降低离子泵跨膜运输离子的速率，C正确；蛋白质变性剂可使离子泵变性失活，会降低离子泵跨膜运输离子的速率，D错误。
3．(2017·江苏高考改编)下图为植物中蔗糖在不同细胞间运输、转化过程的示意图。下列相关叙述正确的是( )
A．蔗糖的水解有利于蔗糖顺浓度梯度运输
B．单糖逆浓度梯度转运至薄壁细胞
C．ATP生成抑制剂会直接抑制图中蔗糖的运输
D．蔗糖可通过单糖转运载体转运至薄壁细胞
答案 A
解析 由题中信息可知，蔗糖在筛管细胞中被蔗糖水解酶水解，从而使筛管细胞中的蔗糖浓度降低，有利于伴胞中的蔗糖从胞间连丝顺浓度梯度流入筛管中，A正确；由题中信息可知，蔗糖在筛管细胞中降解为单糖，所以筛管细胞中的单糖浓度大于薄壁细胞，所以单糖顺浓度梯度转运至薄壁细胞，B错误；蔗糖是顺浓度梯度通过胞间连丝进入筛管的，该过程不需要消耗能量，所以ATP生成抑制剂不会直接抑制图中蔗糖的运输，C错误；蔗糖水解产生的单糖通过单糖转运载体转运至薄壁细胞，载体具有专一性，蔗糖不能依靠单糖转运载体运输，D错误。
题组 影响物质跨膜运输的因素及实验探究
4．(2015·全国卷Ⅱ)将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，一段时间后，测定根吸收某一矿质元素离子的量。培养条件及实验结果见下表：
培养瓶中气体 温度(℃) 离子相对吸收量(%)
空气 17 100
氮气 17 10
空气 3 28
下列分析正确的是( )
A．有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收
B．该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关
C．氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗ATP
D．与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收
答案 A
解析 题中实验的自变量有两个：有无氧气和温度。在17 ℃时，培养瓶中气体为空气的培养条件下离子相对吸收量比氮气大，可以得出结论：有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收，A正确；培养瓶中气体均为空气时，3 ℃条件下离子相对吸收量远远小于17 ℃条件下离子相对吸收量，可以得出结论：该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化有关，B错误；该植物幼根吸收该离子的过程是主动运输，需要载体和ATP水解释放的能量，C错误；从实验结果可知，与空气相比，氮气环境不利于该植物幼根对该离子的吸收，D错误。
5．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，下列与此图相关的叙述中，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
答案 A
解析 图中①③④⑤分别表示自由扩散、被动运输、主动运输、自由扩散，②⑥为协助扩散或主动运输。氧气通过自由扩散方式进出细胞，与此相符的是①③⑤，A正确；葡萄糖通过协助扩散方式进入红细胞，与此相符的是②③⑥，B错误；K＋进入神经细胞是主动运输，与图中②④⑥相符，C错误；蛋白质通过胞吞或胞吐进出细胞，是不需载体(⑤)，消耗能量(④)的过程，D错误。
6．有人认为小肠上皮细胞是以主动运输而不是协助扩散的方式吸收葡萄糖，请设计实验加以研究确定。
(1)实验步骤：
第一步：取甲、乙两组生理状况相同的小肠上皮细胞，放入适宜浓度的含有葡萄糖的培养液中。
第二步：甲组细胞给予正常的呼吸条件，__________________________
__________________________________________________________________。
第三步：______________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)预测实验结果并分析：
①若甲、乙两组细胞对葡萄糖的吸收速率基本相同，则
________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)第二步：乙组细胞抑制细胞呼吸，其他条件都相同
第三步：一段时间后测定两组细胞对葡萄糖的吸收速率
(2)①说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式不是主动运输
②若甲组细胞对葡萄糖的吸收速率高于乙组，则说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输
解析 (1)协助扩散和主动运输的差别在于是否需要消耗细胞呼吸所释放的能量，因此设置对照实验的自变量为有无正常呼吸条件，因变量为细胞对葡萄糖的吸收速率。第一步：取甲、乙两组生理状况相同的小肠上皮细胞，放入适宜浓度的含有葡萄糖的培养液中；第二步：甲组细胞给予正常的呼吸条件，乙组细胞抑制细胞呼吸，其他条件都相同；第三步：一段时间后测定两组细胞对葡萄糖的吸收速率。
(2)若甲、乙两组细胞对葡萄糖的吸收速率基本相同，则说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式不需要能量，不是主动运输；若乙组细胞的吸收速率明显小于甲组细胞，或者完全不吸收，说明小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式需要能量，是主动运输。
技法提升
物质跨膜运输方式的实验探究
(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
高考热点突破
1．(2018·全国卷Ⅰ)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是( )
A．在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的N2和NO
B．农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C．土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D．给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象
答案 A
解析 植物根细胞从土壤中能吸收无机盐，但无机盐需以离子形式存在，所以N2不能被直接吸收利用，A错误；根细胞吸收矿质元素的方式是主动运输，主动运输需要消耗能量，农田适时松土能促进根系的有氧呼吸，为根细胞吸收矿质元素提供更多的能量，因此农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收，B正确；土壤中微生物可以分解植物秸秆中的有机物，产生无机盐离子，从而可以被根系吸收，C正确；给玉米施肥过多时，会使土壤溶液浓度过高，大于根系细胞细胞液的浓度，植物细胞失水，导致植物因失水而萎蔫，引起“烧苗”现象，D正确。
2．(2018·北京高考)细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。下列物质中，以(自由)扩散方式通过细胞膜的是( )
A．Na＋ B．二氧化碳 C．RNA D．胰岛素
答案 B
解析 一般Na＋内流时属于协助扩散，Na＋外流时为主动运输，A错误；二氧化碳的运输属于自由扩散，B正确；RNA通过核孔进入细胞质，需要消耗能量，不是自由扩散，C错误；胰岛素是通过胞吐被分泌出细胞的，D错误。
3．(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
答案 B
解析 能发生质壁分离的细胞，一般都是具有大液泡的成熟植物活细胞，A正确；细胞发生质壁分离说明细胞液浓度小于细胞外溶液浓度(甲物质的浓度)，B错误；在质壁分离过程中，水是通过自由扩散的方式进出细胞的，C正确；细胞壁是全透性的，D正确。
4．(2015·全国卷Ⅱ)下列过程中，不属于胞吐作用的是( )
A．浆细胞分泌抗体到细胞外的过程
B．mRNA从细胞核到细胞质的过程
C．分泌蛋白从胰腺的腺泡细胞到胞外的过程
D．突触小泡中的神经递质释放到突触间隙的过程
答案 B
解析 抗体、分泌蛋白都是大分子物质，其分泌到细胞外的方式都为胞吐，突触小泡中的神经递质以胞吐的方式释放到突触间隙，A、C、D不符合题意；mRNA通过核孔从细胞核进入细胞质，不属于胞吐作用，B符合题意。
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