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(共43张PPT)
第6讲　水进出细胞的原理
课标
要求 1.活动:通过模拟实验探究膜的透性。
2.活动:观察植物细胞的质壁分离和复原。
考情
分析 1.渗透作用及其细胞的吸水和失水原理
2.活动:探究植物细胞的吸水和失水
考点一
渗透作用及细胞的吸水
和失水原理
1.渗透作用
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
半透膜
浓度差
多
少
低
高
2.动物细胞的吸水和失水
(1)原理。
吸水膨胀
(2)现象。
失水皱缩
形态不变
细胞液
3.成熟植物细胞的吸水和失水
(1)原理。
细胞壁
大于
小于
等于
(2)现象。
提醒　习惯上说的半透膜是无生命的物理性薄膜,物质能否通过取决于微粒的大小;选择透过性膜是具有活性的生物膜,其对不同物质的透过性不仅取决于分子大小,还与细胞的需求有关。
考向1　结合渗透作用的原理及应用,考查科学思维
1.(2025·重庆卷,10)某兴趣小组利用图1装置,分别使用等体积2.5 mol/L葡萄糖溶液和1.2 mol/L蔗糖溶液,室温下观察渗透现象。图2是两种溶液在垂直管中,一段时间内溶液高度变化,下列说法正确的是(　　)
A.X表示葡萄糖溶液在垂直管中的高度变化
B.t1~t3由X液面快速上升推测水分子不会从漏斗进入烧杯
C.t2~t5取Y对应烧杯中液体能检测到还原糖
D.t5后两种溶液在垂直管中液面高度将不变
C
核心考向·突破
把握方向·训练到位
【解析】 葡萄糖分子能通过玻璃纸,蔗糖分子不能通过。开始时葡萄糖溶液和蔗糖溶液的浓度分别为2.5 mol/L和1.2 mol/L,由于葡萄糖能通过玻璃纸,所以开始时葡萄糖溶液一侧浓度高,水分子较快进入漏斗,但随着葡萄糖通过玻璃纸进入烧杯,玻璃纸两侧浓度差快速缩小,垂直管中液面上升较慢。蔗糖溶液一侧由于蔗糖不能通过玻璃纸,开始时,低浓度的蔗糖溶液渗透吸水能力弱,较晚记录到液面上升,但水分子持续进入漏斗,液面持续上升。所以X表示蔗糖溶液在垂直管中的高度变化。
t1~t3时X液面快速上升,这只能说明单位时间内从烧杯进入漏斗的水分子数量多于从漏斗进入烧杯的水分子数量,并不是水分子不会从漏斗进入烧杯;因为葡萄糖能通过玻璃纸进入烧杯,葡萄糖是还原糖,所以在t2~t5取Y对应烧杯中液体能检测到还原糖;由于葡萄糖能通过玻璃纸,最终两侧葡萄糖浓度会相等,故t5后的某个时间段葡萄糖溶液在垂直管中液面高度会下降。
2.(不定项)(2025·河北廊坊三模)将相同体积的稀溶液(纯水)和浓溶液分别置于一容器的两侧,中间用半透膜阻隔,达到渗透平衡状态后,在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时,浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动,这一过程称为反渗透,原理如图所示。下列叙述正确的是(　　 )
A.渗透装置中渗透平衡后,纯水一侧的液面升高
B.渗透装置在渗透平衡过程中浓溶液吸水力降低
C.反渗透时,随浓溶液液面下降施加压力将增大
D.反渗透时,纯水中的水分子总体上向浓溶液一侧流动
BC
【解析】 渗透装置中达到渗透平衡后,浓溶液一侧的液面升高;反渗透时,浓溶液中的水分子总体上向纯水一侧流动。
考向2　围绕动物、植物细胞的吸水和失水,考查科学思维
3.(2025·河南郑州期中)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】 水分子以被动运输的方式进出红细胞,而Na+和Cl-以主动运输的方式进出红细胞。被动运输比主动运输更容易,故细胞膜对水分子的通透性远高于Na+和Cl-。被动运输是顺浓度梯度运输,主动运输是逆浓度梯度运输,故水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液。
4.(2025·广东深圳二模)某兴趣小组将植物叶片表皮细胞依次置于甲、乙、丙三种浓度的蔗糖溶液中,一段时间后进行观察,整个实验过程植物细胞都有活性,实验结果如图。下列分析正确的是(　　)
A.甲溶液中植物细胞的失水速率逐渐加快
B.转移到乙溶液中的植物细胞会发生吸水过程
C.转移到丙溶液中的植物细胞细胞液浓度与丙溶液浓度相等
D.该实验无法确定甲、乙、丙起始浓度的相对大小
B
【解析】 在甲溶液中,植物细胞发生质壁分离,随着细胞失水,细胞液浓度逐渐增大,与外界溶液浓度差逐渐减小,所以植物细胞的失水速率应逐渐减慢;从甲溶液转移到乙溶液中,植物细胞少部分处于质壁分离状态,说明有部分细胞从失水状态转变为吸水或水分进出平衡状态;转移到丙溶液中的植物细胞未发生质壁分离,此时细胞液浓度大于或等于丙溶液浓度,而不是一定相等;根据植物细胞在三种溶液中的质壁分离情况,在甲溶液中绝大部分细胞发生质壁分离,在乙溶液中少部分细胞发生质壁分离,在丙溶液中细胞未发生质壁分离,可确定蔗糖溶液起始浓度为甲>乙>丙。
考点二
活动:探究植物细胞的
吸水和失水
实验基础·整合
落实基础·训练到位
1.实验原理
半透膜
大
2.实验步骤及现象
紧贴细胞壁
逐渐变小
变深
清水
逐渐变大
变浅
提醒　①本实验中存在两组对照实验,对照组和实验组在同一装片中先后进行,属于自身前后对照。②本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高,质壁分离速度虽快,但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡,质壁分离后不能复原;若质量浓度过低则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
3.实验结论
(1)当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时,细胞 ,发生 。
(2)发生质壁分离的细胞,当细胞液的浓度 外界溶液的浓度时,细胞
,发生质壁分离复原。
失水
质壁分离
大于
吸水
【判断正误】
(1)(2024·北京卷,12改编)不能用月季花瓣细胞观察质壁分离现象。(　　)
×
【提示】 花瓣细胞含有中央大液泡,液泡中含有花青素,因此可用花瓣细胞观察质壁分离现象。
(2)(2024·山东卷,4)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。失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离。(　　)
√
(3)(2023·北京卷,13)用高浓度蔗糖溶液处理成熟植物细胞观察质壁分离。
(　　)
(4)(2022·浙江6月选考,11)与洋葱的表皮细胞相比,若选用根尖分生区细胞为材料,质壁分离现象更明显。(　　)
×
【提示】 根尖分生区细胞无中央大液泡,不能发生质壁分离现象。
√
考向3　结合实验原理、步骤和结果分析,考查科学探究
5.(2025·北京卷,15)“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,在清水和0.3 g/mL蔗糖溶液中处于稳定状态的细胞如图。以下叙述错误的是(　　)
A.图1,水分子通过渗透作用进出细胞
B.图1,细胞壁限制过多的水进入细胞
C.图2,细胞失去的水分子是自由水
D.与图1相比,图2中细胞液浓度小
D
核心考向·突破
把握方向·训练到位
【解析】 图1中,水分子通过渗透作用进出细胞;细胞壁有保护和支持细胞的作用,会限制过多的水进入细胞,以维持细胞形态;图2细胞发生质壁分离,此时失去的水分子是自由水;与图1相比,图2中细胞发生质壁分离,此时细胞失去了水,所以图2细胞液浓度更大。
6.(2025·浙江1月选考,9)某同学利用幼嫩的黑藻叶片完成“观察叶绿体和细胞质流动”实验后,继续进行“质壁分离”实验,示意图如下。
下列叙述正确的是(　　)
A.实验过程中叶肉细胞处于失活状态
B.①与②的分离,与①的选择透过性无关
C.与图甲相比,图乙细胞吸水能力更强
D.与图甲相比,图乙细胞体积明显变小
C
【解析】 如果叶肉细胞处于失活状态,则不会发生质壁分离等过程;①与②的分离和细胞失水有关,和①的选择透过性有关;与图甲相比,图乙细胞的细胞液浓度高,吸水能力更强;图乙细胞失水,但整体体积基本不变。
考向4　围绕实验拓展应用,考查科学探究
7.(2025·贵州铜仁二模)如图为不同浓度蔗糖溶液中西葫芦条的质量变化百分比(西葫芦条的质量变化百分比=西葫芦条质量变化量/西葫芦条初始质
量×100%),分别对应实验第1~7组。正常情况下,西葫芦细胞的原生质体长度/细胞长度=1。下列叙述正确的是(　　)
A.由实验1~5组数据可知,西葫芦细胞在发生渗透失水
B.实验结束后,第7组细胞的细胞液浓度最低
C.由实验结果可知,本实验西葫芦细胞的细胞液浓度在0.4~0.5 mol·L-1之间
D.将第6组西葫芦细胞放在蔗糖溶液中,细胞失水或吸水所耗ATP大于第7组
C
【解析】 1~5组实验中西葫芦条的质量变化百分比大于0,西葫芦细胞在发生渗透吸水;实验结束后,第7组西葫芦条的质量变化百分比小于0,失水最多,细胞的细胞液浓度最高;由实验结果可知,第5组西葫芦条的质量变化百分比大于0,细胞吸水,第6组西葫芦条的质量变化百分比小于0,细胞失水,本实验西葫芦细胞的细胞液浓度在0.4~0.5 mol·L-1之间;水进出细胞为自由扩散或协助扩散,不消耗能量。
8.(2025·重庆一模)为研究植物的抗寒机制及渗透吸水和失水的原理及现象,某生物兴趣小组进行了以下实验。图1中S1为蔗糖溶液,S2为清水,半透膜只允许水分子通过,初始时两液面平齐。将洋葱鳞片叶外表皮均分为两组,分别在常温与低温(4℃)下处理适宜时间后,再在常温下用0.3 g/mL的蔗糖溶液进行质壁分离实验,实验结果如图2。下列分析正确
的是(　　)
A.图1初始液面上升稳定后,将上升部分液体移除,液面将继续上升并维持原高度
B.洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞膜相当于图1的半透膜,能发生渗透作用
C.造成图2现象的原因可能是低温导致膜流动性和细胞代谢下降
D.洋葱植株可能通过降低细胞液浓度或增多自由水含量适应寒冷环境
C
【解析】 图1初始液面上升稳定后,将上升部分液体移除,半透膜两侧仍然有浓度差,液面将继续上升,但浓度差变小,不能维持原高度;洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层相当于图1的半透膜,能发生渗透作用;低温会影响酶活性以及分子的运动,因此造成图2现象的原因可能是低温导致膜流动性和细胞代谢下降;根据图2结果可知,与常温相比,低温条件下质壁分离细胞占比更小,而且原生质体与细胞长度比更大,说明低温条件下,失水的细胞数目更少以及细胞失去的水更少,可推测其细胞液浓度更高,即洋葱植株通过升高细胞液浓度或减少自由水含量来适应寒冷环境。
演练真题·感悟高考
1.(2024·江苏卷,7)有同学以紫色洋葱为实验材料,进行“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验。下列相关叙述合理的是(　　)
A.制作临时装片时,先将撕下的表皮放在载玻片上,再滴一滴清水,盖上盖玻片
B.用低倍镜观察刚制成的临时装片,可见细胞多呈长条形,细胞核位于细胞中央
C.用吸水纸引流使0.3 g/mL蔗糖溶液替换清水,可先后观察到质壁分离和复原现象
D.通过观察紫色中央液泡体积大小变化,可推测表皮细胞是处于吸水还是失水状态
D
【解析】 制作临时装片时,通常是先滴一滴清水在载玻片上,然后将撕下的表皮放在清水中,再盖上盖玻片;用低倍镜观察刚制成的临时装片时,细胞核通常位于细胞的一侧,而不是中央;用吸水纸引流使蔗糖溶液替换清水,可以观察到质壁分离现象,但要观察复原现象需要重新用清水替换蔗糖溶液;当液泡体积变大,说明细胞吸水,液泡体积变小,说明细胞失水,所以通过观察紫色中央液泡体积大小变化,可推测表皮细胞是处于吸水还是失水状态。
2.(2023·重庆卷,7)某兴趣小组利用图示装置和表中试剂探究了透析袋的透性。当a为①、b为⑤,袋内溶液逐渐变为蓝色;当a为②、b为③,水浴(55 ℃)后透析袋内、外均不出现砖红色。
编号 试剂
① 质量分数为3%的可溶性淀粉溶液
② 质量分数为5%的葡萄糖溶液
③ 斐林试剂
④ 淀粉酶溶液
⑤ 碘溶液(棕红色)
下列叙述正确的是(　　)
A.若a为①+②、b为③,水浴后透析袋外最终会出现砖红色
B.若a为①+②、b为⑤,透析袋外的溶液最终会出现蓝色
C.若a为①+④、b为⑤,透析袋内的溶液最终会出现棕红色
D.若a为①+④、b为③,水浴后透析袋内最终会出现砖红色
C
【解析】 若a为①+②、b为③,由于葡萄糖和斐林试剂均不能通过透析袋,水浴后透析袋外不会出现砖红色;若a为①+②、b为⑤,由于淀粉不能通过透析袋,而碘液可进入透析袋内,故透析袋内的溶液变为蓝色而透析袋外的溶液不会出现蓝色;若a为①+④、b为⑤,淀粉酶会水解淀粉,使透析袋内不含淀粉,同时由于碘液可进入透析袋内,故透析袋内的溶液最终会出现棕红色;若a为①+④、b为③,由于斐林试剂不能进入透析袋内,故透析袋内不会出现砖红色。
3.(2023·全国甲卷,4)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(　　)
C
A B C D
【解析】 用30%蔗糖溶液处理之后,细胞失水,原生质体和液泡的体积都会减小,细胞液浓度上升;用清水处理之后,细胞吸水,原生质体和液泡体积会扩大,细胞液浓度下降;随着所用蔗糖溶液浓度上升,当蔗糖溶液浓度超过细胞液浓度之后,细胞就会开始失水,原生质体和液泡的体积减小,细胞液浓度上升。
4.(不定项)(2024·湖南卷,14)缢蛏是我国传统养殖的广盐性贝类之一,自身存在抵抗外界盐度胁迫的渗透调节机制。缢蛏体内游离氨基酸含量随盐度的不同而变化,图为缢蛏在不同盐度下鲜重随培养时间的
变化曲线。下列叙述错误的是(　 　)
A.缢蛏在低盐度条件下先吸水,后失水直至趋于动态平衡
B.低盐度培养8~48 h,缢蛏通过自我调节以增加组织中的溶质含量
C.相同盐度下,游离氨基酸含量高的组织渗透压也高
D.缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关
BC
【解析】 分析图中曲线,缢蛏在低盐度条件下鲜重先增大后减小,说明其先吸水后失水,最后趋于动态平衡;低盐度培养时,缢蛏组织渗透压大于外界环境,导致缢蛏吸水,为恢复正常状态,缢蛏应通过自我调节使组织中的溶质含量减少,从而降低组织渗透压,引起组织失水;组织渗透压取决于单位体积内溶质微粒的数目,游离氨基酸只是溶质微粒的组成成分之一,游离氨基酸含量高并不一定渗透压就高;细胞呼吸过程中产生的中间产物可转化为氨基酸、甘油等非糖物质,由此推测缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关。

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