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(共33张PPT)
课时规范练8　水进出细胞的原理
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必备知识基础练
考点一　渗透作用与细胞的吸水和失水
1.(2024·江西南昌模拟)下列有关渗透作用的说法,错误的是(　　)
A.将完整的成熟植物活细胞放在清水中,当不再吸水时细胞内、外浓度不一定相等
B.根尖成熟区表皮细胞主要通过渗透作用吸水
C.成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜,没有选择透过性
D.一定范围内的温度改变能影响水分子通过半透膜的速率
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解析 将成熟植物活细胞放在清水中,当细胞不再吸水时,细胞内、外溶液浓度不一定相等,可能因为细胞壁的束缚导致细胞液浓度仍高于外界溶液浓度,A项正确;根尖成熟区表皮细胞有大液泡,主要通过渗透作用吸水,B项正确;成熟植物细胞的原生质层具有选择透过性,相当于一层半透膜,C项错误;一定范围内的温度改变能影响水分子通过半透膜的速率,如低温能影响分子的运动,D项正确。
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2.(2025·重庆模拟)反渗透技术通过施加适当强度的外界压力,使溶剂逆着自然渗透的方向从半透膜一侧向另一侧反向渗透。反渗透技术常用于海水淡化、家庭净水等,下列叙述正确的是(　　)
A.自然渗透作用下,水分子从淡水侧向海水侧单向运动
B.海水淡化过程中,应对淡水侧施加压力
C.半透膜的筛选机理与细胞膜、原生质层等一致
D.及时移走淡水有利于反渗透作用的持续进行
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解析 自然渗透作用下,水分子从浓度低的一侧向浓度高的一侧扩散,但并非单向运动,而是双向的,A项错误;海水淡化过程中,应对高浓度的海水侧施加压力,以实现反渗透,B项错误;半透膜的筛选机理为孔径大小筛选,与有活性的生物膜具有选择透过性不同,C项错误;及时移走淡水可避免淡水侧液面过高带来压力,利于反渗透作用的持续进行,D项正确。
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3.(2025·江苏扬州模拟)透析袋是一种半透膜,水、葡萄糖等小分子和离子可以通过,而蔗糖、淀粉、蛋白质等无法通过。某实验小组搭建了如图所示的实验装置验证上述结论。A是袋内溶液,烧杯中B是蒸馏水。下列叙述错误的是(　　)
A.若A是蛋白质溶液,B中加入苏丹Ⅲ染液,则透析袋内不会发生紫色反应
B.若A是淀粉溶液,B中加入碘液,则A会变蓝
C.若A是葡萄糖溶液,则透析袋的体积会先增大后减小
D.若A是质量分数为10%的蔗糖溶液,B中加入质量分数为10%的葡萄糖溶液,则透析袋体积不变
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解析 苏丹Ⅲ染液不能检测蛋白质,蛋白质和双缩脲试剂发生紫色反应,且苏丹Ⅲ染液为大分子不能透过半透膜,所以若A是蛋白质溶液,B中加入苏丹Ⅲ染液,则透析袋内不会发生紫色反应,A项正确;若A是淀粉溶液,B中加入碘液,碘可透过半透膜,与淀粉发生反应,则A会变蓝,B项正确;若A是葡萄糖溶液,B中为蒸馏水,刚开始时A浓度>B浓度,因此水分子更多进入A中,即透析袋的体积会增大,葡萄糖会透过半透膜,一段时间后A中浓度下降,B中浓度上升,水分子又会更多进入B中,即透析袋的体积会减小,C项正确;若A是质量分数为10%的蔗糖溶液,B中为蒸馏水,再加入质量分数为10%的葡萄糖溶液,葡萄糖会通过半透膜,而蔗糖分子不能通过半透膜,最终透析袋两侧出现浓度差,则透析袋体积会发生改变,D项错误。
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4.(2024·山东青岛模拟)某生物兴趣小组的同学为估测某植物叶片细胞液的平均浓度,取被检测植物的成熟叶片,用打孔器获取叶圆片,等分成两份,分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中,得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时,检测甲、乙两组的溶液浓度,发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶片细胞和外界溶液之间没有溶质交换。下列有关说法错误的是(　　)
A.实验结果说明叶片细胞液浓度大于甲糖溶液物质的量浓度
B.若测得乙糖溶液浓度降低,则乙组叶片细胞吸水能力增大
C.若测得乙糖溶液浓度升高,则叶片细胞的净吸水量乙组大于甲组
D.若使用乙二醇溶液代替相应浓度的糖溶液进行实验,会造成较大实验误差
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解析 由题干信息可知,叶片细胞与外界溶液之间无溶质交换,而甲组的甲糖溶液浓度升高,则可能是由叶片细胞的细胞液浓度大于甲糖溶液物质的量浓度,引起了细胞吸水,A项正确;若测得乙糖溶液浓度降低,说明乙糖溶液物质的量浓度高于叶片细胞的细胞液浓度,细胞失水,乙组叶片细胞吸水能力增大,B项正确;若测得乙糖溶液浓度升高,则乙组叶片细胞吸水,由于甲糖相对分子质量约为乙糖的2倍,故叶片细胞的净吸水量乙组小于甲组,C项错误;若使用乙二醇溶液代替相应浓度的糖溶液进行实验,会造成较大实验误差,因为植物细胞可以吸收乙二醇,D项正确。
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考点二　植物细胞的质壁分离及其复原
5.(2024·湖北武汉模拟改编)某同学用洋葱鳞片叶表皮作为材料制作临时装片,用于观察“细胞质壁分离和复原”。下列相关说法正确的是(　　)
A.制作临时装片,最后需要按压使细胞分散,便于观察
B.当细胞达到质壁分离的最终状态时,此时水分子进出细胞达到动态平衡
C.若选洋葱内表皮细胞,则该细胞不能发生质壁分离和复原
D.当质壁分离复原时,表明细胞中蔗糖浓度大于外界蔗糖浓度
B
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解析 制作洋葱鳞片叶表皮临时装片时,不需要按压装片,而且即使按压装片也不会使细胞分散,A项错误;当细胞达到质壁分离的最终状态时,此时水分子进出细胞达到动态平衡,B项正确;若选洋葱内表皮细胞,该细胞也含有大液泡,也能发生质壁分离和复原,C项错误;当质壁分离复原时,表明细胞中细胞液浓度(不是蔗糖浓度,而且外面的蔗糖也不能通过细胞膜)大于外界蔗糖浓度,D项错误。
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6.(2023·全国甲卷)探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验,探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后,外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是(　　)
A
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解析 用30%蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮,细胞失水,随着时间的延长,原生质体和液泡的体积均减小,用清水处理后,细胞吸水,原生质体和液泡的体积均逐渐恢复,A项错误;用30%蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮,细胞失水,随着时间的延长,细胞液浓度升高,用清水处理后,细胞吸水,细胞液浓度降低,B项错误;当蔗糖溶液浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时,随着蔗糖溶液浓度的增加,细胞吸水,由于有细胞壁的阻碍,原生质体和液泡的体积均略微增加;当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时,随着蔗糖溶液浓度的增加,细胞失水,原生质体和液泡的体积均逐渐减小,C项正确;当蔗糖溶液浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时,随着蔗糖溶液浓度的增加,细胞吸水,细胞液浓度略微降低;当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时,随着蔗糖溶液浓度的增加,细胞失水,细胞液浓度增加,D项错误。
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7.(2024·山东济南模拟)某兴趣小组用不同浓度(0~0.6 mol/L)的蔗糖溶液处理了一批黄瓜条,按照蔗糖溶液浓度由低到高的顺序分成7组,一定时间后测定黄瓜条的质量变化,处理数据后得到如图所示的结果。下列叙述错误的是(　　)
注:黄瓜条的质量变化百分比(%)=黄瓜条质量变化/黄瓜条初始质量×100%。
A.每组实验中黄瓜条的浸泡时间属于无关变量
B.实验后,第1~7组黄瓜细胞的细胞液浓度依次升高
C.本实验所用的黄瓜细胞的细胞液浓度在0.4~0.5 mol/L之间
D.实验后,第1~7组黄瓜细胞的吸水能力依次降低
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解析 每组实验中黄瓜条的浸泡时间如果不一样,可能会影响实验结果的准确性,浸泡时间属于无关变量,必须相同且适宜,A项正确;由题图可知,1~5组黄瓜细胞吸水量依次下降,6~7组细胞失水,7组失水量多于6组,则实验后第1~7组黄瓜细胞的细胞液浓度依次升高,B项正确;蔗糖溶液浓度为0.4 mol/L时,黄瓜细胞吸水,浓度为0.5 mol/L时,黄瓜细胞失水,故本实验所用的黄瓜细胞的细胞液浓度在0.4~0.5 mol/L之间,C项正确;实验后,第1~7组黄瓜细胞的细胞液浓度依次升高,所以在黄瓜细胞未死亡的情况下,实验后第1~7组黄瓜细胞的吸水能力依次升高,D项错误。
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8.(2025·广东东莞模拟)某研究小组用溶液Ⅰ和溶液Ⅱ分别浸泡某种植物细胞,测得细胞失水量变化如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.原生质层相当于半透膜,其伸缩性大于细胞壁
B.t2之前溶液Ⅰ中的溶质已经开始进入细胞
C.t3后溶液Ⅱ中细胞失水量没有变化,说明无水分子进出细胞
D.实验过程中,溶液Ⅱ与细胞液的浓度差先变小后稳定
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解析 原生质层相当于半透膜,其伸缩性大于细胞壁,因而植物细胞失水后会表现出质壁分离现象,A项正确;t2之前溶液Ⅰ中的溶质已经开始进入细胞,并在该时刻达到外界溶液渗透压和细胞外液渗透压相等,随后由于溶质不断被吸收,因而表现为吸水,细胞表现为质壁分离自动复原,B项正确;t3后溶液Ⅱ中细胞失水量没有变化,说明水分子进出达到平衡,C项错误;实验过程中,溶液Ⅱ中的植物细胞不断失水,细胞液浓度逐渐增加,最后达到平衡,因而该过程中溶液Ⅱ与细胞液的浓度差先变小后稳定,D项正确。
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9.某实验小组利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行实验,探究不同种类外界溶液对细胞的影响,实验结果如下表所示。下列相关叙述错误的是(　　)
实验组 5 min 再过5 min 滴加清水5 min
① 0.3 g/mL蔗糖溶液 质壁分离 无变化 质壁分离复原
② 0.5 g/mL蔗糖溶液 质壁分离 无变化 无变化
③ 0.3 g/mL乙二醇溶液 质壁分离 质壁分离复原 无变化
④ 0.5 g/mL盐酸溶液 无变化 无变化 无变化
A.实验组①中滴加清水后质壁分离复原是由水分进入细胞导致的
B.实验组②前5 min紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡颜色逐渐加深
C.实验组③在5 min之后随着吸水能力的增大细胞发生质壁分离复原
D.实验组④实验过程中细胞始终无变化可能是盐酸破坏了细胞膜结构
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解析 实验组①中滴加清水后质壁分离复原是由水分通过渗透作用进入细胞导致的,A项正确;实验组②前5 min出现了质壁分离的现象,细胞失水,紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡颜色逐渐加深,B项正确;实验组③在前5 min发生质壁分离,此时吸水能力最强,5 min后吸水能力逐渐减弱,C项错误;实验组④实验过程中细胞始终无变化可能是盐酸破坏了细胞膜结构,导致细胞死亡,D项正确。
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关键能力提升练
10.(2024·重庆三模)植物细胞液泡中的花青素是一种天然酸碱指示剂,钼酸钠遇花青素会发生反应呈现绿色。科研人员以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞和钼酸钠溶液作为实验材料,探究钼酸钠跨膜运输的方式,获得如下实验结果。下列有关实验分析正确的是(　　)
实验处理 液泡出现绿色的时间/s
甲组:呼吸酶抑制剂 50
乙组:自然状态下 23
A.向甲组中加入适量的呼吸酶抑制剂体现了“加法原理”
B.当甲、乙两组的表皮细胞呈现绿色后即可进行光合作用
C.钼酸钠进入液泡需要通道蛋白的协助
D.实验中有可能观察到细胞质壁分离及自动复原现象
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解析 向甲组中加入适量的呼吸酶抑制剂可抑制细胞呼吸减少ATP的生成,属于“减法原理”,A项错误;花青素不能吸收光能用于光合作用,在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中没有叶绿体,不能进行光合作用,B项错误;甲组加入呼吸酶抑制剂,出现绿色的时间变长,说明钼酸钠进入液泡需要消耗能量,因此该跨膜运输过程为主动运输,需要载体蛋白的协助,C项错误;将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞放在浓度较高的钼酸钠溶液中时可能会观察到质壁分离现象,由于细胞可以通过主动运输吸收钼酸钠,所以也可能观察到质壁分离自动复原现象,D项正确。
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11.(2024·安徽模拟)为探究低温对植物细胞质壁分离的影响,某生物兴趣小组分别取经常温(25 ℃)和低温(4 ℃)处理24 h的葫芦藓叶片,将其浸润在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,观察并记录葫芦藓叶片细胞的初始质壁分离平均时间、相同时间内发生质壁分离的细胞所占比例及原生质体长度与细胞长度的比值,结果如图1、图2所示。下列有关实验的分析,正确的是(　　)
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A.实验中细胞的质壁分离现象需在高倍显微镜下观察
B.与常温相比,低温处理后葫芦藓叶片细胞失水速率增加
C.推测低温可使细胞内的自由水减少,引起细胞液浓度升高
D.实验结果可直接说明低温导致细胞膜流动性降低
答案 C　
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解析 植物细胞的质壁分离现象在低倍显微镜下就可观察到,A项错误;葫芦藓叶片在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中会发生质壁分离,与常温相比,低温处理后葫芦藓叶片细胞的初始质壁分离平均时间变长,说明低温处理后葫芦藓叶片细胞失水速率降低,B项错误;低温处理相同时间后发生质壁分离的葫芦藓叶片细胞所占比例远低于常温处理的,且低温处理后质壁分离的细胞原生质体长度与细胞长度的比值大于常温处理的,说明低温处理的叶片细胞质壁分离程度显著低于常温处理下的,因此低温处理后叶片细胞失水减少,而细胞失水能力与细胞液浓度大小呈负相关,再结合植物细胞中自由水比例降低可避免气温下降导致结冰而损害自身可推测,低温处理导致植物细胞中自由水减少,细胞液浓度升高,C项正确;实验结果只能说明温度会影响植物细胞的质壁分离,并不能直接说明低温对细胞膜流动性的影响,D项错误。
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12.(2024·河北模拟)研究人员用某种植物细胞作为材料进行了两组实验:甲组将细胞置于物质a(蔗糖或KNO3)配制的一系列不同浓度的溶液中,10 min后测定细胞原生质体的相对体积;乙组将细胞置于某种浓度的b(蔗糖或KNO3)溶液中,每隔2 min用显微镜观察、记录细胞原生质体的体积,甲、乙两组实验结果分别如图1和图2所示。下列有关说法正确的是(　　)
图1
图2
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A.本实验的选材不可选用黑藻叶肉细胞
B.乙组实验过程中,4 min时细胞吸水能力比2 min时弱
C.甲组实验用的是KNO3溶液,乙组实验用的是蔗糖溶液
D.乙组实验过程中,8 min时细胞液的浓度应大于初始细胞液浓度
答案 D　
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解析 黑藻叶肉细胞内有中央大液泡,置于高浓度溶液中可发生质壁分离,因此该实验可以用黑藻叶肉细胞,A项错误;分析图2可知,4 min时乙组植物细胞原生质体体积较2 min时小,细胞液浓度更大,因此吸水能力更强,B项错误;分析图1可知,物质浓度越高,甲组植物细胞原生质体体积越小,说明甲组细胞用的是蔗糖溶液,分析图2可知,随时间的延长,乙组植物细胞原生质体的体积先变小,之后逐渐恢复甚至变大,说明乙组细胞用的是KNO3溶液,C项错误;乙组实验过程中,8 min时细胞体积虽基本等于初始体积,但由于该过程细胞通过主动运输吸收了K+和N,因此这时细胞液的浓度大于初始的细胞液浓度,D项正确。
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13.(2022·湖南卷)原生质体(细胞除细胞壁以外的部分)表面积大小的变化可作为质壁分离实验的检测指标。用葡萄糖基本培养基和NaCl溶液交替处理某假单孢菌,其原生质体表面积的测定结果如图所示。下列叙述错误的是(　　)
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A.甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离,表明细胞中NaCl浓度≥0.3 mol/L
B.乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离,处理解除后细胞即可发生质壁分离复原
C.该菌的正常生长和吸水都可导致原生质体表面积增加
D.若将该菌先65 ℃水浴灭活后,再用NaCl溶液处理,原生质体表面积无变化
答案 A　
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解析 根据甲组中原生质体的表面积随培养时间的增加而增大,说明甲组细胞吸水,细胞质浓度大于0.3 mol/L NaCl溶液的浓度,但细胞中NaCl浓度不确定,A项错误;乙、丙两组中原生质体的体积缩小,细胞失水,所以会发生质壁分离现象,解除处理后由于细胞能吸收葡萄糖,所以会发生质壁分离复原,B项正确;该菌正常生长,细胞由小变大,可导致原生质体表面积增加,该菌吸水也会导致原生质体表面积增加,C项正确;若将该菌先65 ℃水浴灭活,细胞膜失去选择透过性,再用NaCl溶液处理,原生质体表面积无变化,D项正确。
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14.(14分)(2024·广东广州期末)某科研小组利用洋葱鳞片叶进行“探究植物细胞的吸水和失水”实验后,尝试对实验进行改进,改用黑藻叶片取代紫色洋葱鳞片叶进行实验。回答下列问题。
(1)一般选用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料,原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。
(2)质壁分离指的是　　　　　　　　和细胞壁的分离。将黑藻叶片细胞置于质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液后,视野中细胞壁与细胞膜之间的无色区域内的物质是　　 　　。
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为成熟的植物细胞,有大液泡且细胞液呈紫色,便于观察
原生质层　
蔗糖溶液
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(3)若将已经发生质壁分离的黑藻叶片置于清水中,观察到绿色区域逐渐变大,此过程中细胞的吸水能力　　　　(填“逐渐增强”“逐渐减弱”或“不变”);若将已经发生质壁分离的黑藻叶片置于清水中,但不能发生质壁分离复原,最可能的原因是　　　　　　 　　　　　。
(4)若要探究紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度范围,实验的基本思路是
　　　　　 　 　　　　　。
逐渐减弱
细胞失水过多死亡
设置一系列浓度梯度的蔗糖溶液,将生理状况相同的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞分别置于系列浓度梯度的蔗糖溶液中,当外界溶液的浓度大于细胞液的浓度时,细胞失水;当外界溶液的浓度小于细胞液的浓度时,细胞吸水,细胞液的浓度介于未发生质壁分离的一组和刚刚发生质壁分离的一组对应的蔗糖溶液浓度之间
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解析 (2)质壁分离指的是原生质层与细胞壁的分离。细胞壁具有全透性,蔗糖溶液可以通过细胞壁,但是细胞膜具有选择透过性,因此视野中细胞壁与细胞膜之间的无色区域内的物质是蔗糖溶液。
(3)若将已经发生质壁分离的黑藻叶片置于清水中,细胞液浓度大于清水浓度,细胞会吸水,且吸水能力逐渐减弱,绿色区域逐渐变大。若将已经发生质壁分离的黑藻叶片置于清水中,但不能发生质壁分离复原,最可能的原因是黑藻叶片在质壁分离时,外界溶液浓度过大,细胞失水过多死亡,故在清水中不能发生质壁分离复原。
(4)测定细胞液浓度的大致范围,常用浓度梯度法,具体实验思路见答案。

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