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第7讲　细胞膜具有选择透过性
【课标要求】 1．阐明细胞膜具有选择透过性； 2．实验：观察植物细胞的质壁分离和复原。
考点　通过模拟实验探究膜的透性
考 点 剖 析
知识1　水通过渗透作用进出细胞
1．渗透作用的概念
水分子(或其他溶剂分子)通过__半透膜__从__相对含量高__的一侧向__相对含量低__的一侧扩散。
2．渗透的条件
具有__半透膜__；膜两侧具有__浓度差__。
3．渗透装置
? 解 疑 释 惑
渗透装置中，漏斗内液面升高的原因
Δh产生的压强与水和蔗糖溶液产生的渗透压达到平衡，使半透膜两侧水分子的交换速率__相等__时，液面不再升高，但此时半透膜两侧溶液浓度仍然不相同，蔗糖溶液的浓度仍然__大于__清水的浓度。
知识2　水进出动植物细胞
1．动物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的细胞膜相当于__半透膜__。
(2)条件及现象
过程 条件 现象
吸水 外界溶液的浓度__＜__细胞质的浓度 膨胀
失水 外界溶液的浓度__＞__细胞质的浓度 皱缩
平衡 外界溶液的浓度__＝__细胞质的浓度 无明显变化
2．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
(2)原理和现象
①外界溶液浓度__＞__细胞液浓度时，发生__质壁分离__现象。
②外界溶液浓度__＜__细胞液浓度时，发生__质壁分离复原__现象。
? 深 度 指 津
原生质层这一概念只限于成熟的植物细胞，要区别于“原生质体”，后者指细胞膜、细胞质和细胞核构成的系统，比如一个动物细胞，以及植物细胞除去细胞壁剩下的结构。
思辨小练
1．判断下列说法的正误：
(1)渗透作用中膜两侧的溶液比较的是它们物质的量浓度。(　√　)
(2)在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜。(　×　)
(3)将成熟的哺乳动物红细胞放入一定浓度的外界溶液中，也能发生渗透作用和质壁分离。(　×　)
(4)渗透作用过程中水分移动是单向的。(　×　)
提示：渗透作用过程中，水分子移动是双向的，总结果是单向的。
(5)1 mol·L-1的蔗糖溶液与1 mol·L-1的NaCl溶液渗透压相同。(　×　)
2．临床上输液为什么要用生理盐水？
提示：因为生理盐水的渗透压与血浆的渗透压基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。
3．生物膜的研究具有广泛的应用价值，海水淡化、血液透析等模拟了生物膜的什么特性？
提示：模拟了生物膜的选择透过性。
典 题 精 析
考向　 水分进出细胞的原理
(2025·海安中学)用2 mol·L-1的乙二醇溶液和2 mol·L-1的蔗糖溶液分别浸泡取自同一部位的植物表皮，每隔相同时间在显微镜下测量视野中若干个细胞的长度x和原生质体长度y(见图1)，并计算x/y的平均值，得到图2所示结果。对结果曲线的分析错误的是(　B　)
图1 图2
A．2 mol·L-1的乙二醇溶液和2 mol·L-1的蔗糖溶液的渗透压相等
B．a点前比值不变说明表皮细胞水分子进出平衡
C．b点前表皮细胞的吸水能力逐渐增大
D．c点后表皮细胞发生质壁分离复原
解析：a点之前x/y＝1，可能是渗透作用刚开始，原生质层和细胞壁同步收缩，也可能是质壁分离刚开始发生在细胞的角隅处，随着渗透作用的不断发生，a点往后开始出现明显的质壁分离现象，即b点和c点之前都在不断发生渗透失水，a点之后渗透失水导致细胞出现明显的质壁分离现象，b点前细胞失水，细胞液浓度逐渐增大，细胞吸水能力逐渐增大，c点之后由于细胞液的浓度大于外界溶液浓度，发生质壁分离的自动复原。
(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(　B　)
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
解析：细胞失水过程中，水从细胞液流出，细胞液浓度增大，A正确；依题意，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，则外层细胞的细胞液单糖多，且外层细胞还能进行光合作用合成糖，故外层细胞液浓度比内部薄壁细胞的细胞液浓度高，B错误；内部薄壁细胞细胞壁的伸缩性比外层细胞大，失水比例相同的情况下，外层细胞更易发生质壁分离，C正确；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，有利于外层细胞光合作用产物向内部薄壁细胞转移，可促进外层细胞的光合作用，D正确。
实验4　观察植物细胞的质壁分离和复原
实 验 基 础
1．实验原理
2．实验材料
(1)选择材料必须是活细胞，原因是活细胞的原生质层才具有__选择透过性__，否则将不会出现质壁分离及质壁分离复原现象。
(2)要用具有__中央液泡__的成熟植物细胞。
(3)紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡是__紫色__的，易于观察。
注：理论上有大液泡的植物活细胞均可发生质壁分离，但是实际选材还需要考虑单层活细胞或很薄的植物组织的获得是否容易，比如洋葱鳞片叶的外表皮和内表皮、黑藻叶片等都是很好的材料，而植物根尖成熟区细胞就不太适合(实际上也有学者用植物根尖成熟区细胞做过质壁分离和复原实验并成功了。因此比较材料的优劣是可以的，但是不能随便判定一个材料不能用于某个实验)。
3．实验过程及现象
4．实验结论
成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统并发生渗透作用：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞__失水__；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞__吸水__。
实 验 延 伸
1．质壁分离和复原实验的注意点
(1)并非所有细胞都可以发生质壁分离。具有中央液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。死细胞、动物细胞及刚形成的幼嫩植物细胞不发生质壁分离及复原现象。
(2)滴加蔗糖溶液或清水时，应在实验台上操作。该实验一般在低倍镜下观察即可，可有效防止蔗糖溶液污染物镜镜头。
(3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡。
(4)质壁分离和复原的过程中，单细胞的大小是基本不变的，因为细胞壁的伸缩性很小，即单个细胞体积变化很小。
(5)洋葱鳞片叶外表皮细胞因为体积大，可以在低倍镜下观察质壁分离和复原，但实际上也可以先用低倍镜观察，再换高倍镜进一步观察(苏教版)。而换成有些品种的黑藻叶片做该实验的时候，由于黑藻叶片较小，就必须先低倍镜找到质壁分离的细胞，再换成高倍镜进一步放大观察。
(6)同一植株的不同器官或不同组织细胞的渗透压可以不同，因为渗透压是植物吸水的主要动力。而大多数情况下，动物细胞的细胞外液和细胞内液的渗透压是平衡的、稳定的，否则会导致组织水肿。
2．质壁分离及复原实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞是活细胞还是死细胞
(2)测定细胞液浓度范围
(3)比较不同植物成熟细胞的细胞液浓度
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
实验素养
一、 实验基本理论——对照思想
(1)本实验用显微镜观察了三次，存在__两__组对照实验，均为__自身__对照。
(2)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、 实验结果的异常分析
1．从溶液角度分析，为什么有的细胞发生质壁分离后不能复原？
提示：①在较高浓度溶液中发生质壁分离，因细胞过度失水死亡而不会发生质壁分离复原现象。②在对细胞有害的溶液(如1 mol·L-1的醋酸溶液)中，细胞不发生质壁分离及复原现象，因为细胞死亡而失去了选择透过性。
2．从溶液角度分析，发生质壁分离自动复原的原因是什么？
提示：在一定浓度(溶质不能透过膜或通过速度很慢)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能发生质壁分离后自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。但在一定浓度的某些溶液(如KNO3溶液、甘油等)中，若因溶质可快速透过膜进入细胞，使细胞液浓度增大，则可发生质壁分离后自动复原现象。
题 组 运 用
1．(2024·江苏卷)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(　D　)
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-1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
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上，再盖上盖玻片，A不合理；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，B不合理；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，C不合理；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，D合理。
2．(2025·浙江1月卷)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(　C　)
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
解析：“观察叶绿体和细胞质流动”和“观察质壁分离”，均需保持细胞活性，A错误；①与②的分离，与①的选择透过性有关，其原因是蔗糖可通过全透性的细胞壁，但不易通过具有选择透过性的细胞膜，B错误；与图甲相比，图乙细胞处于失水状态，细胞液渗透压升高，吸水能力更强，C正确；植物细胞的体积通过观察细胞壁大小确定，质壁分离的植物细胞细胞壁变化不大，故与图甲相比，图乙细胞体积几乎不变，D错误。
3．采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验，下列相关叙述正确的是(　A　)
A．用镊子撕取的外表皮，若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验
B．将外表皮平铺在洁净的载玻片上，直接用高倍镜观察细胞状态
C．为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液
D．实验观察到许多无色细胞，说明紫色外表皮中有大量细胞含无色液泡
解析：叶肉细胞是成熟植物细胞，可进行质壁分离，不影响实验，A正确；在洁净的载玻片上滴一滴清水，将外表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片后一般先用低倍镜观察，B错误；观察质壁分离时，应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液并用吸水纸在另一侧引流，C错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液应为紫色，实验观察到许多无色细胞，可能是取材有误，D错误。
一、 单项选择题
1．下图表示青菜叶下表皮在不同浓度蔗糖溶液中，保卫细胞(含叶绿体)构成的气孔开闭情况(图中a、b、c分别表示用蔗糖溶液①②③浸润后的保卫细胞)。相关叙述错误的是(　B　)
A．蔗糖溶液的浓度，②>①>③
B．保卫细胞的细胞液浓度，a>b
C．保卫细胞吸水能力，b>c
D．保卫细胞原生质层的颜色，a>c
解析：保卫细胞壁外侧较薄而内侧较厚，其吸水时，细胞膨胀，据分析可知，①时细胞形态不变，为保卫细胞的等渗溶液，②时细胞失水，为保卫细胞的高渗溶液，③时细胞吸水，为保卫细胞的低渗溶液，3种蔗糖溶液浓度高低为②＞①>③，A正确；据图可知，b细胞发生了渗透失水，因此b细胞细胞液浓度大于a细胞细胞液浓度，B错误；保卫细胞的吸水能力大小与其细胞液浓度呈正相关，b细胞发生渗透失水，细胞液浓度增大，c细胞发生渗透吸水，细胞液浓度减小，b细胞细胞液浓度＞c细胞细胞液浓度，因此b细胞的吸水能力＞c细胞的吸水能力，C正确；c细胞液发生渗透吸水，原生质层表面积增大，因此a细胞原生质层面积＜c细胞原生质层表面积，a细胞中物质和结构分布相对c细胞来说更集中，因此a细胞中原生质层颜色＞c细胞原生质层颜色，D正确。
2．(2025·海安中学)“观察洋葱鳞片叶表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验中，用显微镜观察到的结果如图所示。下列叙述正确的是(　A　)
A．由实验结果推知，甲图细胞有活性
B．与甲图细胞相比，乙图细胞的细胞液浓度较低
C．丙图细胞的体积将明显增大，但不会涨破
D．同一株植物的不同细胞的细胞液渗透压是一致的
解析：乙图所示细胞发生质壁分离，该过程中细胞失水，故与甲图相比，乙图细胞的细胞液浓度较高，B错误；由于有细胞壁的限制，丙图细胞不会涨破，细胞体积也不会明显增大，因为细胞壁的伸缩性是有限的，C错误；植物渗透吸水的主要动力是细胞间的渗透压差异，不同细胞间细胞液浓度是存在差异的，水分从细胞液浓度低的细胞向细胞液浓度高的细胞运输，D错误。
3．(2025·北京卷)“探究植物细胞的吸水和失水”实验中，在清水和0.3 g·mL-1蔗糖溶液中处于稳定状态的细胞如图。以下叙述错误的是(　D　)
图1　清水 图2　蔗糖溶液
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
解析：与图1相比，图2中细胞发生质壁分离，此时细胞失水，所以图2细胞液浓度更大，D错误。
4．(2026·高邮开学考)有关“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验的叙述，正确的是(　C　)
A．滴加 KNO3溶液时不能在载物台上操作，以防止 KNO3溶液污染载物台和镜头
B．撕取的表皮如果稍带叶肉细胞应重新撕取，因为显微镜只能观察单层细胞的标本
C．洋葱鳞片叶表皮细胞有中央大液泡，因此可以只用低倍镜观察质壁分离和复原
D．体积分数为 70%的乙醇能使洋葱鳞片叶表皮细胞迅速质壁分离后自动复原
解析：滴加KNO3溶液时可以在载物台上操作，以方便观察质壁分离和质壁分离复原过程，A错误；用镊子撕取的表皮，若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验，但应避免细胞间的重叠，B错误；洋葱鳞片叶表皮细胞有中央大液泡，质壁分离和复原现象在低倍镜下即可清晰观察(液泡大小、原生质层位置变化易分辨)，无需高倍镜，C正确；体积分数为70%的乙醇浓度过高，会使洋葱鳞片叶细胞失水过多而死亡，不会发生质壁分离复原，D错误。
5．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。下列叙述错误的是(　D　)
A．施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关
B．质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁
C．质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低
D．1 mol·L-1 NaCl溶液和1 mol·L-1蔗糖溶液的渗透压大小相等
解析：1 mol·L-1的NaCl溶液和1 mol·L-1的蔗糖溶液的渗透压不相同，因NaCl溶液中含有Na＋和Cl－，故其渗透压高于蔗糖溶液，D错误。
6．(2025·重庆卷)某兴趣小组利用图1装置，分别使用等体积2.5 mol·L-1葡萄糖溶液和1.2 mol·L-1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(　C　)
图1 图2
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
解析：葡萄糖分子能通过玻璃纸，蔗糖分子不能通过，当漏斗内是葡萄糖溶液时，水分子进出玻璃纸的同时，漏斗内的葡萄糖分子进入烧杯中，玻璃纸两侧溶液的浓度差缩小，因此垂直管内液面高度变化较蔗糖溶液小，推出Y表示葡萄糖溶液，X表示蔗糖溶液，A错误；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，B错误；因为葡萄糖分子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，C正确；由于葡萄糖分子能通过玻璃纸，t5后Y液面会下降并稳定，但蔗糖不能通过玻璃纸，X液面可能上升后稳定，D错误。
7．(2026·扬州七校联考)为探究植物细胞质壁分离与复原情况，某研究小组用图1所示细胞进行了相关实验，实验结果如图2所示。下列相关叙述正确的是(　C　)
图1
图2
A．图1中的1、4及它们之间的所有结构构成了该细胞的原生质层
B．细胞质壁分离所需的时间越长，在清水中复原所需的时间也越长
C．可配制一系列浓度小于0.05 g·mL-1的蔗糖溶液进一步探究细胞液浓度
D．图示细胞质壁分离后复原的过程中，细胞吸水能力越来越强
解析：图1中1是液泡膜、2是细胞质，4是细胞膜，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，A错误。由图2最后两组可知，0.15 g·mL-1蔗糖溶液比0.20 g·mL-1蔗糖溶液中质壁分离所需的时间长，但在清水中复原所需的时间相同，B错误。从图2可知，0.05 g·mL-1蔗糖溶液处理细胞，细胞会发生质壁分离，说明细胞液浓度小于0.05 g·mL-1，所以可配制一系列浓度小于0.05 g·mL-1的蔗糖溶液进一步探究细胞液浓度，C正确。质壁分离后复原的过程中，细胞吸水，细胞液浓度减小，细胞吸水能力越来越弱，D错误。
二、 多项选择题
8．研究发现，砷(As)可以富集在植物体内，转化为毒性很强的金属有机物，影响水稻的株高、根长和干重；加P(与As原子结构相似)处理后，水稻茎叶和根中P含量增加、As含量相对减少，水稻生长加快，干重增加。对此现象合理的解释有(　BCD　)
A．As在水稻细胞内富集，由细胞膜的结构特点决定
B．As进入水稻细胞，导致有关酶失去活性，影响细胞代谢
C．P影响As的吸收，与细胞膜上的载体种类和数量有关
D．P是构成磷脂、核酸和ATP的重要元素，能促进水稻生长发育
解析：据题干信息，毒性很强的含砷有机物，影响水稻的株高、根长和干重，推测砷会影响酶的活性；加P(与As原子结构相似)处理后水稻茎叶和根中P含量增加、As含量相对减少，推测P和As的吸收存在竞争性抑制(要关注“与As原子结构相似”这一信息)；而As进入水稻细胞，则应由细胞膜的功能特性(选择透过性)所决定，A错误。
9．耐盐碱水稻是指能在盐浓度0.3%以上的盐碱地生长的水稻品种。现有普通水稻和耐盐碱水稻若干，由于标签损坏无法辨认类型，某生物兴趣小组使用质量浓度为0.3 g·mL-1的KNO3溶液分别处理两组水稻细胞，结果如下图。下列叙述错误的有(　BCD　)
A．Ⅱ组水稻原生质体的体积增加，说明Ⅱ组水稻为耐盐碱水稻
B．Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升仅受限于细胞壁的伸缩性
C．A→B段，Ⅰ组水稻细胞的吸水能力逐渐减弱
D．B→C段是由于Ⅰ组细胞在B点开始主动吸收K＋、
解析：在0.3 g·mL-1的KNO3溶液中，Ⅱ组水稻的原生质体体积增加，说明Ⅱ组水稻可以从外界环境中吸收水分，属于耐盐碱水稻，A正确；Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升除受限于细胞壁的伸缩性外，还受到细胞内外浓度差等的影响，B错误；A→B段，Ⅰ组水稻的原生质体体积减小，说明细胞失水，细胞液浓度增加，吸水能力逐渐增强，C错误；细胞能主动吸收K＋和，使B→C段细胞液浓度高于外界溶液浓度，细胞吸水，因此细胞会发生质壁分离的复原，细胞主动吸收K＋和从B点之前开始，D错误。
三、 非选择题
10．回答下列与细胞有关的实验问题：
(1) 下列4项实验中，需保持细胞生理活性的有__①③__(填序号)。
①观察叶绿体和原生质的流动
②观察洋葱鳞片叶内表皮细胞中DNA的分布
③探究酵母菌细胞的呼吸方式
④红细胞中血红蛋白的提取和分离
(2) 按下面步骤进行质壁分离实验。
步骤一：在洁净的载玻片中央加一滴清水，取一片藓类小叶，盖上盖玻片。
步骤二：从盖玻片一侧滴入0.3 g·mL-1的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。
这样重复几次，使盖玻片下面的藓类小叶浸润在0.3 g·mL-1的蔗糖溶液中。
步骤三：在显微镜下观察，结果如图所示。
①图中A、B处的颜色分别是__无色、绿色__。
②如果上述实验步骤二中从盖玻片的一侧滴入的是加有伊红(植物细胞不吸收的红色染料)的0.3 g·mL-1的蔗糖溶液，则在显微镜下观察到A、B处颜色分别是__红色、绿色__。
③如果将步骤二中浸润在0.3 g·mL-1的蔗糖溶液中的藓类小叶的装片，放在80 ℃条件下处理一段时间(装片中的藓类小叶保持在0.3 g·mL-1的蔗糖溶液中)。在显微镜下清晰地观察到细胞结构后，为更准确地判断A处颜色，对显微镜的操作方法是__改变光圈大小和调节反光镜(电光源亮度)__。如果A处呈绿色，可能的原因是__高温下细胞膜、叶绿体膜失去选择透过性，叶绿素等色素进入A处__。

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