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实验专题三 ——探究植物细胞的吸水和失水
一、植物细胞的质壁分离和复原实验：
1.实验原理：
2.实验材料的选择：
（1）选择的细胞：具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象，如：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，与无色透明的细胞壁易区分；
（2）不能选择的细胞：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；
（3）一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显；
3.实验步骤：
4.试剂的使用：
（1）0.3g/mL的蔗糖溶液，清水；
（2）溶质不能透过半透膜：在一定浓度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）。
（3）溶质可透过半透膜：在一定浓度的溶液（如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等）中可发生质壁分离，并能自动复原，因为K＋、NO、尿素、乙二醇等可转运到细胞内，使细胞液浓度升高，细胞渗透吸水而发生自动复原。
（4）浓度过高的蔗糖溶液：如：0.8 g/mL，质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，使细胞因过度失水而死亡。
（5）盐酸、酒精、醋酸等溶液：能杀死细胞，不适合做质壁分离实验的溶液。
5.实验注意事项：
（1）发生质壁分离时在细胞壁和细胞膜之间充满的是外界溶液，原因是细胞壁具有全透性。
（2）“质”指原生质层；“壁”指细胞壁；
（3）质壁分离不久就得做复原实验，因为细胞过度失水会导致细胞死亡；
6.本实验存在两组对照实验：本实验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。
二、实验拓展应用：
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)：
课后·限时训练
(时间：20分钟)
1.水通道蛋白位于部分细胞的细胞膜上，能介导水分子跨膜运输，提高水分子的运输效率。如图是猪的红细胞在不同浓度的NaCl溶液中，红细胞体积和初始体积之比的变化曲线(O点对应的浓度为红细胞吸水涨破时的NaCl浓度)。请回答下列问题：
(1)哺乳动物成熟的红细胞是提取细胞膜的良好材料，原因是___________________
_______________________。根据图示可知，稀释猪的红细胞时应选用浓度为________mmol/L的NaCl溶液。在低渗溶液中，红细胞吸水涨破并释放内容物后，剩余的部分称为“血影”，则“血影”的主要成分是____________。
(2)分析上图，将相同的猪的红细胞甲、乙分别放置在A点和B点对应浓度的NaCl溶液中，一段时间后，红细胞甲的吸水能力________(填“大于”“小于”或“等于”)红细胞乙，原因是________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)将猪的红细胞和肝细胞置于蒸馏水中，发现红细胞吸水涨破所需的时间少于肝细胞，结合以上信息分析，其原因可能是
_____________________________________________________________。
2.(科学探究)某校生物兴趣小组利用“小液流法”估测黑藻叶片细胞的细胞液浓度，实验步骤和结果如下：
实验步骤：
①配制具有一定浓度梯度的蔗糖溶液。
②取12支干燥洁净的带塞试管，分成甲、乙两组，每组试管依次编为1～6号。向甲、乙两组相同编号的试管中加入相同浓度的蔗糖溶液4 mL，迅速塞紧试管，备用。
③取大小相似的黑藻叶片60片，随机均分为6组，分别加入甲组的6支试管中，并塞紧试管。放置20 min，期间多次摇动试管。再向甲组每支试管中均加入微量甲晞蓝粉末(忽略对蔗糖浓度的影响)，充分摇匀。
④将乙组蔗糖溶液摇匀，用弯头毛细吸管从甲组试管中吸取少量蓝色溶液，插入乙组相同编号试管内的溶液中部，从毛细吸管一端轻轻挤出1小滴蓝色溶液(如下图)。观察蓝色小滴的升降情况，并做好记录。
实验结果：
乙组试管编号 1 2 3 4 5 6
加入的蔗糖溶液/(mol·L－1) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
蓝色小滴升降情况 ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑
请回答下列问题：
(1)步骤②中，装有不同浓度蔗糖溶液的试管要及时塞紧的目的是
____________________________________________________________________。
步骤③不同试管中加入的黑藻叶片的大小和数量要相同，这属于对实验________变量的控制。
(2)乙组试管1、2、3中蓝色小滴均下降，原因是
__________________________________________________________________，
其中下降最慢的是试管________中的蓝色小滴。
(3)取出甲组6支试管中的黑藻叶片进行显微观察，可发现试管________中的黑藻叶片细胞内叶绿体分布最密集。
(4)根据实验结果可估测黑藻叶片细胞的细胞液浓度介于________之间。若要使估测结果更准确，则实验思路是
____________________________________________________________________。
课后·限时训练—答案
(时间：20分钟)
1.答案　(1)哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和众多的细胞器　150　蛋白质和磷脂　(2)小于　 红细胞甲失水量小，细胞渗透压较低，细胞吸水能力较弱　
(3)红细胞膜上存在水通道蛋白，肝细胞膜上无水通道蛋白
解析　(1)哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和众多的细胞器，只有细胞膜一种生物膜；由图示知，猪的红细胞在浓度为150 mmoL/L的NaCl溶液中时，细胞体积与初始体积之比为1，细胞的体积不变，说明浓度为150 mmol/L的NaCl溶液为猪红细胞的等渗溶液；在低渗溶液中，猪红细胞吸水涨破并释放内容物后，剩余的部分主要是细胞膜，其主要成分是蛋白质和磷脂。(2)将相同的猪的红细胞甲、乙分别放置在A点和B点对应浓度的NaCl溶液中，一段时间后，红细胞甲的体积与初始体积之比大于红细胞乙的体积与初始体积之比，说明红细胞甲的失水量小于红细胞乙，细胞渗透压较低，细胞吸水能力较弱，所以红细胞甲的吸水能力小于红细胞乙。(3)水通道蛋白位于部分细胞的细胞膜上，能介导水分子跨膜运输，提高水分子的运输效率。由此可推知红细胞吸水涨破所需的时间少于肝细胞，其原因可能是红细胞膜上存在水通道蛋白，肝细胞膜上无水通道蛋白。
2.答案　(1)防止因水分蒸发而导致蔗糖溶液浓度发生改变　无关
(2)甲组1、2、3试管中黑藻叶片的细胞液浓度大于蔗糖溶液浓度，细胞吸水，导致试管中蔗糖溶液浓度上升，蓝色小滴浓度大于乙组相同编号试管内溶液的浓度　3
(3)6
(4)0.15～0.20(mol·L－1 )　在0.15～0.20(mol·L－1)之间缩小浓度梯度，继续进行上述实验，蓝色小滴不移动时试管中的蔗糖溶液浓度与黑藻叶片细胞液浓度相当
解析　(1)本实验的目的是透过渗透失水或吸水估测黑藻叶片细胞的细胞液浓度，因此要控制好无关变量对溶液浓度的影响，因此装有不同浓度蔗糖溶液的试管要及时塞紧的目的是防止因水分蒸发而导致蔗糖溶液浓度发生改变。步骤③不同试管中加入的黑藻叶片的大小和数量要相同，这属于对实验无关变量的控制。
(2)蓝色小滴下降或上升与液滴浓度与蔗糖溶液浓度的大小有关，当蓝色小滴的浓度大于蔗糖溶液的浓度时，蓝色小滴下降，反之蓝色小滴就上升。因此乙组试管1、2、3中蓝色小滴均下降，原因是甲组1、2、3试管中黑藻叶片的细胞液浓度大于蔗糖溶液浓度，细胞吸水，导致试管中蔗糖溶液浓度上升，蓝色小滴浓度大于乙组相同编号试管内溶液的浓度，且浓度相差越小，下降越慢，故3号下降最慢。
(3)由于乙组4、5、6号试管中的蓝色小滴上升，说明其浓度小于乙试管内的蔗糖溶液浓度，进一步可知甲组的4、5、6号试管的黑藻叶片细胞发生了渗透失水，导致蔗糖溶液浓度降低，进而蓝色小滴的浓度也降低。由于乙组6号的蔗糖溶液浓度最大，因此对应的甲组刚开始的蔗糖溶液浓度最大，导致其中的黑藻叶片细胞失水最多，其中的叶绿体分布最密集。
(4)分析表格可知，在0.15(mol·L－1)时，蓝色小滴下降，说明黑藻叶片吸水，此时黑藻叶片细胞液浓度大于外界蔗糖溶液浓度；而在0.20(mol·L－1)时，蓝色小滴上升，说明黑藻叶片失水，此时黑藻叶片的细胞液浓度小于外界的蔗糖溶液浓度，因此可估测黑藻叶片细胞的细胞液浓度介于0.15～0.20(mol·L－1 )之间。若要使估测结果更准确，则实验思路是在0.15～0.20(mol·L－1)之间缩小浓度梯度，继续进行上述实验，蓝色小滴不移动时试管中的蔗糖溶液浓度与黑藻叶片细胞液浓度相当。

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