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水进出细胞的原理
一、扩散
物质分子从高浓度向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。
如：神经递质在突触间隙的扩散。
扩散
二、渗透作用
1.渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。
①具有半透膜；②半透膜两侧具有浓度差
从水分子相对含量高的地方向相对含量低的地方
清水
半透膜
蔗糖溶液
一段时间后
液面上升
发生条件：
2.渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
水
水
决定因素：取决于溶液中溶质微粒的数目，溶质微粒越多，即溶液浓度越高，对水的吸引力越大，溶液渗透压越高；反之，溶液渗透压越低。
注意：
①水分子都是从相对含量多的到相对含量少的方向净扩散；水分子都是从渗透压低的地方净流向渗透压高的地方。
②液面上升的原因：单位时间内通过半透膜进入漏斗内的水分子数大于通过半透膜进入烧杯内的水分子数。
③达到平衡时，通过半透膜进出的水分子数是相等的，液面高度不变。（液面上升到一定高度就会产生一个静水压，当这个压力和漏斗内的渗透压对水分子的作用效果相等时，即通过半透膜进出的水分子数是相等的，液面高度不变。 ）
④蔗糖分子不能透过半透膜，达到平衡时，漏斗内的渗透压还是大于烧杯内的渗透压 。
10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大，因此水分子由10%蔗糖溶液→10%葡萄糖溶液较多，右侧液面升高
（1）半透膜只允许水分子通过
渗透装置的变式分析：
（1）半透膜只允许水分子通过
渗透装置的变式分析：
蔗糖被水解为两分子单糖，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
液面稳定后，将右侧液面高出部分吸走
右侧液面继续升高并达到新的平衡
加蔗糖酶
例.下图表示渗透作用装置图，其中半透膜为膀胱膜，甲、丙装置中A、B、a、b溶液浓度分别用MA、MB、Ma、Mb表示，乙、丁装置分别表示一段时间后甲、丙装置的状态，液面上升的高度分别为h1、h2。如果A、B、a、b均为蔗糖溶液，且MA>MB，Ma＝Mb>MA，则达到平衡后(　　)
A.h1>h2、Ma>Mb
B.h1>h2、MaC.h1D.h1Mb
D
（2）半透膜允许溶质分子通过
S1和S2是两种不同的溶质且只有水和S1能透过半透膜
S1溶液
S2溶液
半透膜
S1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
S1溶液
S2溶液
半透膜
① S1的物质的量浓度大于S2的物质的量浓度
S1液面升高
S1中的溶质透过半透膜进入S2
S2液面升高，最终高于S1
② S1的物质的量浓度小于S2的物质的量浓度
S1液面始终低于S2液面
①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。导致S1液面上升。
②随后S1中的溶质透过半透膜进入S2 ，浓度差逐渐减小，S1和S2的溶液浓度相等，液面持平。
例.如图为渗透作用实验装置。其中半透膜只允许水分子和单糖分子通过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图所示，则刚开始的短时间内和最终的液面高低分别为（ ）
A.a高于b，a高于b
B.a高于b，a低于b
C.a低于b，a高于b
D.a低于b，a低于b
C
例.如图实验装置，玻璃槽中是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，一段时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是（ ）
A.漏斗中液面开始时先上升，加酶后，上升后又下降
B.在玻璃槽中能测到蔗糖和蔗糖酶
C.漏斗中液面开始时先下降，加酶后一直上升
D.在玻璃槽中能测到葡萄糖、果糖和蔗糖酶
A
（3）半透膜的面积不同
A、B两个漏斗中液体
体积和浓度相同
最终液面高度相同，但是A漏斗的半透膜面积大，吸水快。
溶液体积大，吸收水多，液面高度大
（4）漏斗的体积不同
例.如图A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，漏斗口均封以半透膜，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不同，如下表所示。图B中曲线1、2、3表示漏斗液面高度随时间的变化情况。曲线1、2、3 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 S S/2 S
蔗糖溶液体积 T T 2T
A.1—乙；2—甲；3—丙
B.1—丙；2—甲；3—乙
C.1—甲；2—乙；3—丙
D.1—丙；2—乙；3—甲
B
（5）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：
烧杯内盛淀粉溶液 漏斗内盛碘液 结论
变蓝 不变蓝 碘能通过半透膜，而淀粉不能
不变蓝 变蓝
淀粉和碘都能通过半透膜
不变蓝 不变蓝 淀粉和碘都不能通过半透膜
（6）探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例)
淀粉能通过半透膜，而碘不能
变蓝 变蓝
例.某实验小组为探究蔗糖分子能否透过某种半透膜，制作了如图所示的渗透装置，将该渗透装置放置3 h，观察到漏斗液面明显上升，3 h 时取烧杯内液体加入试管甲和试管乙中，再分别加入蔗糖酶和等量蒸馏水，适宜条件下处理一定时间后用斐林试剂检测，试管中甲出现砖红色沉淀，试管乙中无砖红色沉淀。下列叙述错误的是(　 )
A．放置3 h时，漏斗内溶液浓度大于烧杯内溶液浓度
B．试管乙作为对照可排除无关变量对实验结果的影响
C．当液面高度不再变化时，漏斗内液面仍高于烧杯内液面
D．将实验中的蔗糖溶液换成淀粉溶液，甲试管内无砖红色沉淀
C
例.下图装置中，甲、乙、丙中分别放置了相等物质的量浓度的蔗糖溶液、麦芽糖溶液和乳糖溶液(溶液体积关系：V甲＝V丙A.若向甲、丙中分别加入等体积相同物质的量浓度的
　蔗糖酶和乳糖酶，稳定后液面高度：乙>甲>丙
B.若向乙中加入一定量麦芽糖酶溶液，稳定后液面高
　度：乙<甲＝丙
C.若向丙中加入一定量的半乳糖后，稳定后液面高度：甲＝乙＝丙，并且甲、乙、
　丙中半乳糖含量相同
D.本实验中半乳糖等单糖分子从浓度高的一侧向浓度低的一侧通过半透膜的扩散称
　为渗透作用
B
蔗糖
麦芽糖
乳糖
例.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．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
D
三、细胞的吸水和失水
电子显微镜下的细胞膜
①将细胞与外界环境分隔开
②控制物质进出细胞
③细胞间的信息交流
清水中
低渗溶液
生理盐水
等渗溶液
浓盐水
高渗溶液
动物细胞吸水和失水时也要具备以下两个条件
1.具有半透膜—细胞膜
2.细胞质与具外界溶液具有浓度差
1.动物细胞的吸水和失水
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
细胞壁
液泡
细胞液
注意：成熟的植物细胞由于中央大液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。
细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层（原生质层≠原生质体）。水进出细胞，主要是指水通过原生质层进出液泡。
2.植物细胞的吸水和失水
低渗环境
高渗环境
吸水膨胀
失水质壁分离
2.植物细胞的吸水和失水
例.科研人员将人的成熟红细胞分别置于蒸馏水和几种等渗溶液中，测定红细胞溶血(溶血是指红细胞破裂后血红蛋白渗出的现象)所需时间，实验结果如图所示。以下叙述错误的是( )
A.红细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成
B.处于等渗溶液中的红细胞吸水涨破是由于
　溶质分子进入细胞导致细胞质浓度升高
C.氯化铵、甘油、乙醇、丙酮进入红细胞的
　速度依次减小
D.上述实验可以证明脂溶性物质更易通过细胞膜
C
四、观察植物细胞的质壁分离和复原
半透膜
(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
(2)原生质层比细胞壁的伸缩性大。
(3)细胞液和外界液存在浓度差，细胞能渗透吸水和失水。
内因
外因
1.实验原理
2.实验选材
紫色洋葱鳞片叶
活细胞、有细胞壁、有大液泡（颜色差异）
3.实验步骤
盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片
1
2
3
4
滴清水
撕取洋葱鳞片叶细胞
低倍镜观察
5
6
7
8
低倍镜观察
在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引
低倍镜观察
在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引
4.结果结论
植物细胞的质壁分离
植物细胞的质壁分离复原
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞是通过渗透作用吸水和失水的。
知识拓展
第一次对照
第二次对照
对照组
对照组
滴加蔗糖溶液
质壁分离
滴加清水
质壁分离复原
实验组
实验组
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。
知识拓展
实验注意事项
植物细胞的质壁分离与复原实验
1
滴加蔗糖溶液和清水，要在载玻片上进行，否则不容易对比观察某个细胞的失水和吸水情况
2
引流时要重复几次，目的是使盖玻片下面的洋葱鳞片叶表皮细胞完全浸入在加入的液体
3
加入蔗糖溶液后不宜停留过长时间，防止细胞长时间处于高渗溶液中，因过度失水而死亡
知识拓展
植物细胞的质壁分离与复原实验
1.蔗糖溶液浓度不能太高（如：0.5g/ml蔗糖溶液），细胞会失水过多而死亡，失去选择透过性。由于细胞壁的支持和保护作用，植物细胞不会吸水涨破。
判断植物细胞的死活的常用方法：①是否能否发生质壁分离与复原；②细胞质是否流动（观察叶绿体的运动）；③细胞膜是否有选择透过性（台盼蓝染色法）。
2.若所用溶液中的溶质为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
例.如图表示以紫色洋葱表皮细胞为实验材料，用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液、质量浓度为0.3 g/mL的尿素溶液及清水进行相关实验(时间m表示开始用四种溶液分别处理洋葱表皮；时间n表示开始用清水处理洋葱表皮)，测得的该细胞原生质体体积的变化，图中代表尿素溶液处理结果的是(　　)
A．a
B．b
C．c
D．d
清水：细胞吸水，细胞壁支撑保护作用
0.5 g/mL蔗糖：细胞质壁分离，蔗糖浓度过高，细胞失活，滴加清水后不能复原
0.3g/mL蔗糖：细胞质壁分离，滴加清水后质壁分离复原
0.3g/mL尿素：细胞质壁分离，能发生自动质壁分离复原
B
知识拓展
其他实验材料
1
①紫色洋葱鳞片叶内表皮
紫色洋葱鳞片叶内表皮是成熟的植物细胞，含有大液泡，能发生质壁分离及复原，但液泡无色，直接观察现象不
明显
鳞片叶
内表皮细胞
①使用小光圈和平面镜调低显微镜视野亮度
②在蔗糖溶液中加入对细胞无毒害作用的色素
③用专一给液泡染色的活体染色剂，如中性红染液能把液泡染成红色，而细胞质不被染色
知识拓展
2
②黑藻叶片
黑藻是高等植物细胞，含有大液泡和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象
放入高浓度溶液中发生质壁分离
看到一团绿色的结构（含叶绿体）向内收缩，能观察到液泡体积的变化，但不能观察到液泡颜色的变化
其他实验材料
1
知识拓展
不能选用的实验材
2
动物细胞没有细胞壁，不会在失水时发生质壁分离现象，故不能作为质壁分离及复原的实验材料
未成熟的植物，如根尖分生区细胞没有大液泡，故不能作为质壁分离及复原的实验材料
例.质壁分离和复原实验可以说明或证明下列中的(　　)
①植物细胞的死活　
②原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大　
③当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞渗透失水；反之，细胞则渗透吸水
④原生质层具有选择透过性　
⑤细胞壁的主要成分是纤维素
A．①③④⑤ B．①②③④
C．②③④⑤ D．①④⑤
B
1.判断成熟植物细胞的死活
判断细胞死活的方法：染色排除法、细胞质的流动、质壁分离和复原
例.持续观察在0.3 g/mL蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明( )
A.细胞壁是一层半透膜 B.洋葱表皮细胞已经死亡
C.蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度 D.细胞液的浓度逐渐增大
D
四、观察植物细胞的质壁分离和复原的应用
待测成熟植物细胞
一定浓度的蔗糖溶液
镜检
发生质壁分离
不发生质壁分离
活细胞
死细胞
2.测定植物细胞的细胞液浓度范围
例.将洋葱鳞片叶放在0.45 mol/L蔗糖溶液中，细胞发生质壁分离；放在0.35 mol/L的蔗糖溶液中，细胞有胀大趋势，放在0.4 mol/L的蔗糖溶液中，细胞几乎不发生变化，这表明( )
A.洋葱表皮细胞已经死亡
B.细胞膜不允许水分子自由通过
C.蔗糖分子进入细胞导致渗透平衡
D.细胞液浓度为0.4 mol/L左右
D
待测成熟植物细胞
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
镜检
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两蔗糖溶液浓度之间
3.比较不同植物细胞的细胞液浓度
例：将不同植物的三个未发生质壁分离的细胞置于同一蔗糖溶液中，形态不再变化后的细胞图像如下图。则有关各细胞实验前细胞液浓度的判断，正确的是( )
A.甲>乙>丙　　　　　　
B.乙>甲>丙
C.乙>丙>甲　　　　　　
D.丙>甲>乙
B
不同的植物细胞
同一浓度的蔗糖溶液
镜检
发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大
4.比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的相同成熟细胞
未知浓度
的溶液
镜检
发生质壁分离所需时间越短，未知溶液的浓度越大，反之则未知溶液的浓度越小
例.将同一部位的紫色洋葱外表皮细胞分别浸在甲、乙、丙3种溶液中，测得原生质层的外界面与细胞壁间距离变化如图所示，则甲、乙、丙3种溶液以及细胞液的初始浓度大小关系为：
甲＞乙＞细胞液＞丙
例.将细胞液浓度相同的某种植物细胞(如下图所示)，置于不同浓度的蔗糖溶液中，出现如图a～d四种细胞状态，则细胞液浓度位于下列哪两个细胞之间（ ）
A．c～b B．a～c
C．a～d D．d～c
根据质壁分离状态判断浓度大小
a 液泡变大，细胞吸水
d 液泡变小，刚刚失水
c 已经发生质壁分离
b 质壁分离特别明显
C
蔗糖溶液浓度大小
a < d < c 5.鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液）
成熟植
物细胞
不同种
类溶液
镜检
只发生
质壁分离
质壁分离后自动复原
溶质不能透过半透膜
（如蔗糖溶液）
溶质不能透过半透膜
（如KNO3溶液）
例.下图表示以洋葱表皮为材料及清水、0.3 g/mL蔗糖溶液、0.5 g/mL蔗糖溶液、0.3 g/mL尿素溶液进行相关实验（时间1表示开始用四种溶液分别处理洋葱表皮；时间2表示开始用清水处理洋
葱表皮），测得该细胞原生质体体积变化，
图中代表尿素溶液处理结果的是（ ）
A.a B.b C.c D.d
B
6.其他生活实践应用
（1）农业生产中的水肥管理
【合理施肥：施肥要适度】
【合理灌溉】
（2）生活中杀菌、防腐、腌制食品（盐、糖）
【过高浓度杀死细胞】
能够解释教材中相关的生物学现象：
① 当吃咸的食物时，你的口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？
② 白菜剁馅时，常常要放一些盐，为什么稍后有水渗？
③ 对农作物施肥过多，为什么会造成“烧苗”？
④ 说出萎蔫的菜叶浸泡在清水中能够变得硬挺的原因。
⑤ 解释果脯在腌制过程中慢慢变甜。
⑥不同饮料的浓度不同，浓度低的饮料可以用来补充体内水分，浓度高的饮料能起这样的作用吗？生产高浓度饮料的厂家能够宣传他们的产品很解渴吗？
⑦ 囊性纤维病的发生主因是肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常，患者支气管中因Cl-含量减少导致黏稠的黏液增多，造成细菌感染。尝试分析患者支气管中黏液积累的原因。
教材P74复习与提高：用物质的量浓度为2 mol L-1的乙二醇溶液和2 mol L-1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体体积变化情况如下图所示。回答问题。
（1）原生质体体积A-B段的变化说明：在该段时间内水从原生质体__________，细胞液的浓度_________ 。（2）在1min后，处于2 mol L-1蔗糖溶液中细胞的细胞液的浓度将__________________，此时，在细胞壁与原生质层之间充满了___________溶液。要使该细胞快速复原，应将其置于_______中。（3）在2 min后，处于2mol L-1乙二醇溶液中细胞的原生质体体积的变化是由于_______ 逐渐进入细胞内，引起细胞液的浓度__________。（4）并不是该植物的所有活细胞都能发生质壁分离，能发生质壁分离的细胞还必须具有___________等结构特点。
渗出
增大
缓慢增大后趋于稳定
蔗糖
清水
乙二醇
增大
大液泡

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