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第8讲　第一课时　水进出细胞的原理
素养目标
考点一 渗透作用与细胞的吸水和失水
夯实基础 精研教材
1.渗透作用
(1)概念:水分子(或其他溶剂分子)通过　　　　　　的扩散,称为渗透作用。
(2)发生条件
半透膜
半透膜
(3)现象分析
2.动植物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水
①
②现象
吸水
膨胀
失水
皱缩
形态
不变
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
①原理
②现象
大于
小于
等于
易错排查
1.发生渗透作用的装置中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度。(　　)
2.当外界溶液浓度低时,哺乳动物成熟红细胞一定会吸水涨破。(　　)
3.红细胞吸水与失水的多少取决于红细胞内、外液体浓度的差值。(　　)
4.植物细胞内的液体环境主要指的是细胞质基质中的细胞液。(　　)
5.植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。(　　)
×
×
√
×
×
思维探究 考教衔接
利用渗透现象探究膜的透性
(根据2023·重庆卷情境设计)某兴趣小组为探究透析袋的透性提出以下实验思路:在透析袋中装入甲溶液后,将透析袋放入含有乙溶液的烧杯中进行透析处理,如图所示(水分子可以自由通过透析袋),观察透析袋内、外的颜色变化。回答下列问题。
(1)若甲为可溶性淀粉溶液、乙为碘溶液,袋内溶液逐渐变为蓝色,袋外溶液不变蓝,则实验结论是 　。
(2)若甲为可溶性淀粉和少量物质a的混合溶液、乙为碘溶液,透析袋内的溶液最终不呈现蓝色,结合(1)中的实验结论,推测物质a是　　　　　。
碘可通过透析袋,可溶性淀粉不能通过透析袋
淀粉酶
(3)若甲为葡萄糖溶液、乙为斐林试剂,50~65 ℃水浴加热一段时间后透析袋内、外均不出现砖红色,则实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若甲为麦芽糖溶液、乙为斐林试剂,结合(3)中的实验结论,推测50~65 ℃水浴加热一段时间后的实验结果是　 　　　　　　　　　　　。
葡萄糖和斐林试剂都不能通过透析袋
透析袋内、外均不出现砖红色
考法练透 素养提升
考法一　渗透作用的原理及应用分析
1.(2024·广东梅州模拟)如图为一个渗透装置,假设溶质分子或离子不能通过半透膜,实验开始时,液面a和b平齐。下列判断错误的是(　　)
A.如果甲、乙都是蔗糖溶液,甲的浓度低于乙,
则液面a会下降,液面b会上升
B.如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液,
两者的质量分数相同,则液面a会上升,液面b会下降
C.当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时,甲、乙溶液的浓度不一定相等
D.当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时,甲、乙溶液的渗透压一定相等
D
解析 如果甲、乙都是蔗糖溶液,甲的浓度低于乙,则水分子运动的总趋势是由甲流向乙,液面a会下降,液面b会上升,A项正确;如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液,两者的质量分数相同,由于蔗糖是二糖,葡萄糖是单糖,因此甲的物质的量浓度大于乙,则液面a会上升,液面b会下降,B项正确;当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时,由于两侧的液面高度可能不同,因此甲、乙溶液的浓度不一定相等,甲、乙溶液的渗透压也不一定相等,C项正确,D项错误。
考法二　动、植物细胞吸水与失水的分析
2.红细胞在高渗NaCl溶液(浓度高于生理盐水)中体积缩小,在低渗NaCl溶液(浓度低于生理盐水)中体积增大。下列有关该渗透作用机制的叙述,正确的是(　　)
A.细胞膜对Na+和Cl-的通透性远高于水分子,水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液
B.细胞膜对水分子的通透性远高于Na+和Cl-,水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液
C.细胞膜对Na+和Cl-的通透性远高于水分子,Na+和Cl-从高渗溶液扩散至低渗溶液
D.细胞膜对水分子的通透性远高于Na+和Cl-,Na+和Cl-从高渗溶液扩散至低渗溶液
B
解析 渗透压指的是溶液中溶质微粒对水的吸引力,渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目,水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散叫渗透作用,水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液,细胞膜对水分子的通透性远高于Na+和Cl-,B项正确。
3.(2024·陕西汉中二模)将萝卜切成长度、宽度和厚度相同的细条,测定其长度并记录,再将其均分成a、b、c、d、e五组,分别置于不同浓度的蔗糖溶液中,一段时间后,测量各组萝卜条的长度,实验前与实验后的长度比值为:a组1.4,b组1.2,c组1.0,d组0.8,e组0.6。下列叙述正确的是 (　　)
A.a组萝卜条实验前与实验后的长度比值大于1,所以表现为吸水
B.e组萝卜条实验后吸水达到平衡时,细胞液浓度一定等于外界蔗糖溶液浓度
C.萝卜条失水过程中,原生质层相当于半透膜,且细胞的吸水能力逐渐变强
D.c组萝卜条实验前与实验后的长度比值等于1,浸泡期间水分子不进出细胞
C
解析 a组萝卜条实验前与实验后的长度比值大于1,表现为失水,A项错误;e组萝卜条实验后吸水达到平衡时,细胞液浓度不一定等于外界蔗糖溶液浓度,由于细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性,当萝卜条实验后吸水达到平衡时,细胞液浓度也可能大于外界蔗糖溶液浓度,B项错误;萝卜条失水过程中,原生质层相当于半透膜,外界溶液与细胞液的浓度差逐渐增大,细胞的吸水能力逐渐变强,C项正确;c组萝卜条实验前与实验后的长度比值等于1,浸泡期间水分子仍可进出细胞,且进出细胞的量相等,D项错误。
考点二 实验:植物细胞的质壁分离及其复原
夯实基础 精研教材
1.实验原理
半透膜
大
细胞液
2.实验步骤
紫色
紧贴
逐渐变小
加深
逐渐变大
3.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
活细胞
死细胞
一系列浓度梯度
未发生质壁分离
和刚发生质壁分离
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
(4)比较未知浓度溶液的浓度大小
同一浓度
越小
越大
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
质壁分离后自动复原
教材深挖
1.(必修1 P64探究·实践拓展)成熟的植物细胞在较高浓度的外界溶液中会发生质壁分离现象,图a是发生质壁分离的植物细胞模式图,图b是在显微镜下观察到的某一时刻的图像。请据图回答下列问题。
(1)细胞的质壁分离指的是细胞壁和　　　　的分离,后者的结构包括2和4以及两者之间的细胞质。
(2)植物细胞发生质壁分离所需的外界条件是　　　　　　　　　　　　　　。植物细胞自身应具备的结构特点是　　　　　　　　　　　　　　　　 。
原生质层
外界溶液浓度大于细胞液浓度
原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性
(3)图b是某同学观察到的植物细胞质壁分离与复原实验的某一时刻的图像,此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。
细胞液浓度可能大于、等于或小于外界溶液浓度
2.(必修1 P64探究·实践)将质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液换成一定浓度的KNO3溶液,细胞发生质壁分离与自动复原,自动复原的原因是什么
K+、N都可转运到细胞内,使细胞液浓度升高,细胞渗透吸水而发生自动复原。
易错排查
1.观察植物细胞吸水和失水时,可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮。
(　　)
2.质壁分离过程中,黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小。(　　)
3.可以用大蒜根尖分生区细胞作为实验材料来观察细胞的质壁分离与复原。(　　)
4.需要在高倍显微镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离。
(　　)
5.用黑藻叶片进行质壁分离实验时,叶绿体的存在会干扰实验现象的观察。
(　　)
√
×
×
×
×
思维探究 考教衔接
1.质壁分离现象的分析和判断
(根据2022·全国甲卷、2020·全国Ⅱ卷情境设计)将若干生理状况基本相同、长度为4 cm的鲜萝卜条均分为四组,分别置于清水(对照组)和浓度相同的三种溶液中(实验组),尿素溶液、KNO3溶液和蔗糖溶液分别编号为1、2、3组。测量每组萝卜条的平均长度,结果如下图。据图分析下列问题。
(1)实验组中是否都发生了质壁分离和复原现象 判断依据是
　。
(2)1组中的尿素分子和2组中的K+、N都进入了细胞,进入的方式一样吗
不是,3组只发生了质壁分离。据图分析,在尿素溶液中,萝卜条长度先变短,再变长,最后基本保持原来的长度,说明细胞先失水,后来由于尿素分子以自由扩散的方式进入细胞内,细胞吸水复原;在KNO3溶液中,萝卜条长度先变短,再变长,最后基本保持原来的长度,说明细胞先失水,后来由于K+、N以主动运输的方式进入细胞内,细胞吸水复原;在蔗糖溶液中,萝卜条长度失水变短,细胞只能发生质壁分离
不一样。尿素分子进入细胞的方式是自由扩散,而K+、N进入细胞的方式是主动运输。
(3)3组中,如果一直增大蔗糖溶液浓度,萝卜条会不会一直缩短 请说明理由。
不会。如果一直增大蔗糖溶液浓度,萝卜条会缩短,但由于细胞壁的支持和保护作用,不可能无限缩短。
2.质壁分离的应用
(根据2021·湖南卷情境设计)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。
(1)施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离　　(填“有”或“无”)关,理由是
　 　。
(2)质壁分离复原过程中,细胞的吸水能力逐渐　　　　(填“降低”或“升高”),理由是
　 　。
有
施肥过多使外界溶液浓度过高,大于细胞液的浓度,细胞发生质壁分离导致植物过度失水而萎蔫,引起“烧苗”现象
降低　
植物细胞在发生质壁分离复原的过程中,因不断吸水导致细胞液的浓度逐渐降低,与外界溶液浓度差减小,细胞的吸水能力逐渐降低
考法练透 素养提升
考法一　实验原理、操作步骤和实验结果分析
1.(2024·广东惠州模拟)在观察某植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验中,依次观察到的结果示意图如下,其中①②指细胞结构。下列叙述正确的是(　　)
A.甲状态时不存在水分子跨膜运输进出细胞的现象
B.甲→乙变化的原因之一是结构①的伸缩性比结构②的伸缩性大
C.乙→丙的变化是由外界溶液浓度小于细胞液浓度所致
D.细胞发生渗透作用至丙状态,一段时间后该细胞会破裂
C
解析 甲状态时,水分子仍然通过跨膜运输进出细胞,A项错误;甲→乙变化表明细胞发生质壁分离,其内在的原因是结构①所示的细胞壁的伸缩性比结构②所示的原生质层的伸缩性小,B项错误;乙→丙变化表示细胞发生质壁分离复原,其变化的原因是外界溶液浓度小于细胞液浓度,细胞吸水,C项正确;细胞发生渗透作用至丙状态,由于细胞壁的支持和保护作用,一段时间后该细胞不会破裂,D项错误。
考法二　质壁分离与复原实验的拓展应用
2.(2024·山东卷)仙人掌的茎由内部薄壁细胞和进行光合作用的外层细胞等组成,内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大。水分充足时,内部薄壁细胞和外层细胞的渗透压保持相等;干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快。下列说法错误的是(　　)
A.细胞失水过程中,细胞液浓度增大
B.干旱环境下,外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的低
C.失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离
D.干旱环境下内部薄壁细胞合成多糖的速率更快,有利于外层细胞的光合作用
B
解析 细胞失水过程中,细胞液浓度增大,渗透压升高,A项正确;干旱环境下进行光合作用的外层细胞主要合成的是单糖,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快,一方面可以使外层细胞的光合产物迅速转移到内部薄壁细胞,减少外层细胞单糖的积累,减弱产物对光合作用的抑制,另一方面内部薄壁细胞中单糖合成多糖的过程产生水,使外层细胞的细胞液浓度高于内部薄壁细胞,外层细胞可以从内部薄壁细胞中获得水分,有利于外层细胞的光合作用,B项错误,D项正确;失水比例相同的情况下,由于内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大,不易发生质壁分离,外层细胞更易发生质壁分离,C项正确。
3.(2021·广东卷)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下,制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响,下图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是(　　)
A.比较保卫细胞细胞液浓度,③处理后>①处理后
B.质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
C.滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
D.推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
A
解析 由题图可知,蔗糖溶液①处理保卫细胞后,细胞的气孔开度变化不大,说明蔗糖溶液①的浓度与保卫细胞的细胞液浓度接近,保卫细胞由初始状态经过蔗糖溶液③处理后,细胞的气孔开度变大,说明细胞吸水,保卫细胞的细胞液浓度下降,因此③处理后保卫细胞细胞液浓度<①处理后保卫细胞细胞液浓度,A项错误,C项正确。用蔗糖溶液②处理细胞后,细胞的气孔开度变小,说明细胞失水,可观察到质壁分离现象,B项正确。由以上分析可知,蔗糖溶液①可以近似为保卫细胞的等渗溶液,蔗糖溶液②为保卫细胞的高渗溶液,蔗糖溶液③则为保卫细胞的低渗溶液,故三种蔗糖溶液的浓度高低为②>①>③,D项正确。
聚焦表达 回扣落实
1.(原理分析类)物质的量浓度为1 mol/L的NaCl溶液和1 mol/L的蔗糖溶液的渗透压大小相等吗 　　　　　。判断的依据是
　 　。
不相等
溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目,物质的量浓度为1 mol/L的NaCl溶液和1 mol/L的蔗糖溶液的渗透压不相等,因NaCl溶液中含有钠离子和氯离子,故其渗透压高于蔗糖溶液
2.(曲线解读类)将成熟的植物细胞依次浸于蒸馏水、质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液和0.5 g/mL的尿素溶液中,原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积随时间变化如图,分析各曲线变化的原因。
①A曲线表示细胞在蒸馏水中:________________
　 　　　　　　　　　　 　。
②B曲线表示细胞在0.5 g/mL的尿素溶液中:
　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。
③C曲线表示细胞在0.3 g/mL的蔗糖溶液中:
　　　　　　　　　　　　　　　　。
细胞略膨胀,但是由于
细胞壁的存在,原生质体的体积不能无限增大　
细胞先因渗透失水而发生质壁分离,后由于尿素能进入细胞,使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原
质壁分离后细胞不能发生自动复原

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