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14 探究植物细胞的吸水和失水与被动运输
一、概念检测
1.判断下列叙述的正误
(1)植物细胞放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中,都能发生质壁分离现象( )
(2)质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行( )
(3)哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖时,需要转运蛋白协助,可以逆浓度梯度进行( )
(4)甘油是极性分子,所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜( )
(5)自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和能量( )
2.(2020·温州高一检测)下列细胞用于质壁分离实验时,能成功的是( )
A.人的口腔上皮细胞
B.洋葱根尖分生区细胞
C.叶的下表皮细胞
D.用开水煮过的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞
3.在物质进出细胞的方式中,自由扩散区别于协助扩散的是( )
A.由高浓度向低浓度扩散
B.需要转运蛋白
C.由低浓度向高浓度扩散
D.不需要转运蛋白
4.关于探究植物细胞质壁分离及复原实验的叙述,正确的是( )
A.该实验观察了质壁分离和复原现象,实验中没有对照
B.该实验中需要使用高倍显微镜才能观察到明显的实验现象
C.滴加清水后,质壁分离的细胞又复原,说明此细胞是活细胞
D.用任何浓度的KNO3溶液代替蔗糖溶液都不能引起细胞质壁分离
5.(2020·临沂高一期末)美国科学家阿格雷和麦金农分别研究发现了水通道蛋白和钾离子通道蛋白,因此共同荣获2003年诺贝尔化学奖。下列说法正确的是( )
A. 磷脂双分子层内部是疏水的,故水分子都要通过水通道蛋白出入细胞
B. 甘油和乙醇的运输与依靠通道蛋白的运输方式不同,需要消耗能量
C. 通道蛋白贯穿于细胞膜,分子或离子通过通道蛋白时需要与其结合
D. 人的肾脏中肾小管细胞水通道蛋白发达,与水分的重吸收直接相关
二、综合迁移
6.如图为一处于质壁分离状态的细胞,M1、M2表示两处溶液浓度,请比较两者大小( )
A.M1>M2 B.M1C.M1=M2 D.上述三者都可能
7.下图甲和乙分别是两种状态下的植物细胞。下列相关叙述错误的是( )
A.图甲→图乙是质壁分离形成的过程,该过程中细胞需要失水
B.图甲状态的出现,说明细胞壁和原生质层的伸缩性不同
C.将成熟的植物细胞置于适宜浓度的KNO3溶液中,会自动发生图甲→图乙过程
D.根尖处只有成熟区的细胞才会发生图甲→图乙的变化
8.(2020·济南期末)利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞和不同浓度的蔗糖溶液以及清水进行渗透实验,下列有关该实验的叙述,正确的是( )
①该实验可用来探究洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度
②质壁分离过程中细胞的吸水能力逐渐减弱
③质壁分离复原过程中液泡的颜色逐渐变浅
④蔗糖溶液浓度越高细胞质壁分离及复原越快
A.①② B.②③
C.③④ D.①③
9.实验表明,K+不能通过磷脂双分子层的人工膜,但如果在人工膜中加入少量缬氨霉素(含12个氨基酸的脂溶性抗菌素)时,则K+能通过膜从高浓度处向低浓度处扩散,则它通过人工膜的方式是( )
A.自由扩散 B.协助扩散
C.渗透作用 D.其他方式
10.如图是在停止能量供应的条件下得出的转运速率随被转运分子的浓度变化的曲线,图中曲线a、b表示物质跨膜运输的两种方式。下列叙述正确的是( )
A.脂溶性小分子物质不能通过方式a运输
B.与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面
C.方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关
D.方式a和b的转运速率均与物质的浓度差成正比
11.(2020·池州高一期末)在用紫色洋葱a及b的外表皮细胞分别制成的5个装片上依次滴加5种不同浓度的蔗糖溶液,相同时间后原生质体的体积变化如图所示。下列叙述错误的是( )
A.紫色洋葱a比b的外表皮细胞的细胞液浓度高
B.两种洋葱外表皮细胞都发生质壁分离的蔗糖溶液浓度是乙和丁
C.将处于乙蔗糖溶液中的洋葱b外表皮细胞的装片置于清水中,一定会发生质壁分离复原
D.实验后丙溶液中洋葱b外表皮细胞的吸水能力小于戊溶液中的洋葱b外表皮细胞
12.将某一洋葱鳞片叶放在某一浓度的蔗糖溶液中,制成装片,放在显微镜下观察,有3种状态的细胞,如图所示。请据图回答下列问题:
(1)图B细胞处于何种生理状态?_______________________________。
(2)这3个细胞在未发生上述情况之前吸水能力的大小关系是__________________________。
(3)图中标号①中的物质是____________________________________________________。
(4)假设将洋葱鳞片叶表皮细胞制成装片并使之处于高渗溶液中而发生质壁分离,用显微镜观察一个细胞的质壁分离发生过程,发现该细胞形态的变化顺序是________________________(用图中字母表示)。
(5)若上述3幅图是同一细胞在不同浓度的外界溶液中发生的现象,则这3种溶液浓度的大小关系是____________________________________________________。
(6)将形状、大小相同的红心萝卜A和红心萝卜B切条各5段,分别放在不同浓度的蔗糖溶液(甲~戊)中,一段时间后,取出红心萝卜的切条称重,结果如图D所示,据图分析:
①红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度________。
②在甲蔗糖溶液中加入适量的清水,一段时间后红心萝卜A的细胞液浓度会________。
三、应用创新
13.(多选)某同学进行“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验时,将观察到的某个细胞大小变化情况绘制成了曲线(如图)。下列叙述错误的是(注:细胞的初始大小相对值记为1)( )
A.b~c段,由于失水过多,细胞可能已经死亡
B.c~d段,水分子的运动方向是从细胞外进入细胞内
C.d~e段,细胞液浓度等于外界溶液浓度
D.e时液泡的颜色比a时浅
14.(多选)同一部位的紫色洋葱外表皮细胞分别浸在甲、乙、丙3种溶液中,测得原生质层的外界面与细胞壁间距离变化如图所示,下列相关分析正确的是( )
A.实验开始时,甲、乙溶液的浓度均大于洋葱表皮细胞的细胞液浓度
B.与t0时相比,t2时乙溶液中洋葱表皮细胞的细胞液浓度未发生变化
C.实验过程中,丙溶液中有水分子进出洋葱表皮细胞
D.实验结束时,甲溶液的浓度有所下降
15.(2020·济南模拟)以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为材料进行相关实验,在显微镜下观察到图甲所示情况。请回答下列问题:
(1)该细胞作为一个渗透系统是由于它的____________相当于一层半透膜。如果该细胞是放入含有少量蓝墨水的0.3 g/mL蔗糖溶液中所观察到的结果,则图中①、②处的颜色分别为____________。
(2)若该细胞正在发生质壁分离的复原过程,请在右面的虚线框内以坐标曲线的形式画出液泡体积大小随时间变化的情况。
(3)若将该细胞分别放置在M、N两种溶液中,对细胞的失水量进行测量和统计,得到图乙所示结果。M、N溶液的浓度大小关系是______________________。在M、N两种溶液中,该细胞所发生的不同现象是___________________________________________________。n点时该细胞的细胞液浓度________(填“大于”“等于”或“小于”)O点时的初始浓度。
参考答案
1答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2解析:选C 人的口腔上皮细胞属于动物细胞,没有中央大液泡和细胞壁,不可能发生质壁分离;洋葱根尖分生区细胞没有中央大液泡,不适合作为质壁分离的实验材料;叶的下表皮细胞既有细胞壁又有中央大液泡,可以发生质壁分离,因此可作为质壁分离实验材料;开水煮过的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞是死细胞,不能发生质壁分离。
3解析:选D 自由扩散与协助扩散的相同之处是物质顺浓度梯度(高浓度→低浓度)跨膜运输,同时均不需要消耗能量;不同之处表现在自由扩散不需要转运蛋白,而协助扩散需要转运蛋白。
4解析:选C 该实验观察了质壁分离和复原现象,形成前后对照,因此有对照实验,A错误;实验中细胞形态的变化使用低倍显微镜即可观察,B错误;滴加清水后,质壁分离的细胞又复原,说明此细胞是活细胞,C正确;用适宜浓度的KNO3溶液代替蔗糖溶液可以发生质壁分离后自动复原,D错误。
5解析:选D 磷脂双分子层内部是疏水的,故水分子主要通过水通道蛋白出入细胞,A错误;甘油和乙醇的运输属于自由扩散,不需要消耗能量,B错误;分子或离子通过通道蛋白时不需要与其结合,C错误;人的肾脏中肾小管细胞水通道蛋白发达,与水分的重吸收直接相关,D正确。
6解析:选D 题图中的细胞处于质壁分离状态,无法判断该状态是发生在什么过程中,所以若处于质壁分离过程中,则M1>M2;若发生在质壁分离复原过程中,则M17解析:选A 图甲细胞处于质壁分离状态,图甲→图乙是质壁分离复原的过程,该过程中细胞要吸水,A错误;植物细胞发生质壁分离,内因是植物细胞的细胞壁伸缩性小于原生质层,B正确;由于植物细胞可以吸收K+和NO,所以在适宜浓度的KNO3溶液中会发生植物细胞质壁分离自动复原的现象,C正确;根尖中只有成熟区的细胞才具有中央大液泡,所以只有该处的细胞才会发生质壁分离及复原的现象,D正确。
8解析:选D 细胞在不同浓度的蔗糖溶液中吸水情况不同,在高渗溶液中失水皱缩,等渗溶液中保持原状,低渗溶液中吸水膨胀,所以该实验可用来探究细胞液的浓度,①正确。在质壁分离的过程中,植物细胞不断失水,细胞液浓度不断增大,故吸水能力逐渐增强,②错误。质壁分离过程中,细胞失水,液泡的颜色逐渐加深;质壁分离复原的过程中,细胞吸水,液泡的颜色逐渐变浅,③正确。洋葱鳞片叶外表皮细胞在一定浓度的蔗糖溶液中能发生质壁分离及复原,但浓度过大时,会引起植物细胞过度失水而死亡,不能再发生复原,④错误。
9解析:选B 由题意可知,K+通过人工膜的运输需要缬氨霉素,从高浓度处向低浓度处扩散,但缬氨霉素不能提供能量,所以K+通过人工膜的方式是协助扩散。
10解析:选C 由于停止能量供应,分析坐标曲线可以看出,方式a为自由扩散,方式b为协助扩散。脂溶性小分子物质通过自由扩散(即方式a)运输,A错误;方式a与载体蛋白无关,只与物质浓度有关,B错误;方式b的最大转运速率与载体的种类和数量有关,C正确;自由扩散(即方式a)与膜两侧物质的浓度差成正比,当协助扩散(即方式b)转运蛋白达到饱和时,物质浓度差再增加,物质的运输速率也不再增加,D错误。
11解析:选C 以一个紫色洋葱外表皮细胞的原生质体体积的变化为标准,判断五种蔗糖溶液浓度的大小依次为丙<戊<甲<丁<乙,浓度为甲的蔗糖溶液为紫色洋葱a外表皮细胞的等渗溶液,浓度为戊的蔗糖溶液为紫色洋葱b外表皮细胞的等渗溶液,因此紫色洋葱a外表皮细胞的细胞液浓度高于紫色洋葱b外表皮细胞的细胞液浓度;在乙和丁浓度的蔗糖溶液中,紫色洋葱a、b的外表皮细胞的原生质体体积相对变化为负值,说明细胞失水,都发生质壁分离;处于乙浓度蔗糖溶液中的紫色洋葱b外表皮细胞失水,但无法据此判断紫色洋葱b外表皮细胞是否已经过度失水死亡,因此无法判断再将其置于清水后能否发生质壁分离复原现象;由于戊中蔗糖溶液的浓度大于丙,且戊溶液中洋葱b外表皮细胞表现为既不吸水也不失水,而丙溶液中洋葱b外表皮细胞表现为吸水,所以对于洋葱b外表皮细胞来说,丙中的细胞液浓度低于戊中的细胞液浓度,因此丙溶液中洋葱b外表皮细胞的吸水能力小于戊溶液中的洋葱b外表皮细胞。
12解析:(1)(2)由于A、B、C 3个细胞处于同一浓度的蔗糖溶液中,根据图示可以看出B、C细胞均处于质壁分离状态,A细胞可能吸水,也可能既不吸水也不失水,因此这3个细胞在未发生上述情况之前细胞液浓度大小关系是A>B>C,细胞吸水能力大小的关系是A>B>C。(3)由于细胞壁是全透性的,因此在①中的液体为蔗糖溶液。(4)植物细胞质壁分离过程中细胞形态的变化顺序是A→B→C。(5)由于细胞的质壁分离程度与外界溶液浓度呈正相关,因此可根据质壁分离程度的差异确定外界溶液浓度的大小关系为C>B>A。(6)①由图中两种红心萝卜的质量变化结果可知,甲~戊五种蔗糖溶液的浓度大小关系为丙<戊<甲<丁<乙,甲为红心萝卜A的等渗溶液,戊为红心萝卜B的等渗溶液,因此红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度高。②在甲蔗糖溶液中加入适量的清水,溶液浓度降低,红心萝卜A吸水一段时间后,细胞液浓度降低。
答案:(1)质壁分离 (2)A>B>C (3)蔗糖溶液
(4)A→B→C (5)C>B>A (6)①高 ②降低
13解析:选ABC 结合题意分析曲线可知,c点后细胞大小相对值变大,说明细胞吸水发生质壁分离复原现象,因此b~c 段细胞是活细胞;图中c~d段水分子的运动方向既有从细胞外进入细胞内,也有从细胞内进入细胞外,但进入细胞内的水分子数多于离开细胞的水分子数;d~e 段,细胞大小相对值大于1,说明细胞吸水,故细胞液浓度大于外界溶液浓度;由于e时细胞大小相对值大于1,说明细胞吸水,故e时液泡内细胞液浓度降低,液泡的颜色比a时浅。
14解析:选ACD 根据分析可知,可知实验开始时,甲、乙溶液的浓度均大于洋葱外表皮细胞的细胞液浓度,A正确;与t0时相比,由于发生质壁分离复原,所以t2时乙溶液中洋葱表皮细胞的细胞液浓度变大,B错误;实验过程中,丙溶液中有水分子进出洋葱表皮细胞,但进入洋葱表皮细胞的水分子多于或等于出洋葱表皮细胞的水分子,C正确;实验结束时,由于洋葱表皮细胞失水,所以甲溶液的浓度有所下降,D正确。
15解析:(1)渗透系统发生渗透作用需要有半透膜,膜两侧有浓度差,植物细胞中的原生质层相当于一层半透膜。图中①处是外界溶液,表现为蓝色,②是液泡,表现为紫色。(2)细胞正在发生质壁分离的复原过程,细胞吸水,液泡体积增大,但是由于细胞壁的存在,液泡体积不能无限增大,据此可画出坐标曲线图(见答案)。 (3)据图乙所示结果可知,M溶液中细胞失水快,所以M 溶液的浓度大于N溶液的浓度。在M、N两种溶液中,该细胞所发生的不同现象是细胞在M溶液中只发生了质壁分离,而在N溶液中先发生了质壁分离,后发生了质壁分离的复原。n点时该细胞的细胞液浓度大于O点时的初始浓度。
答案:
(1)原生质层 蓝色、紫色
(2)如图 (3)M溶液的浓度大于N溶液的浓度 细胞在M溶液中只发生了质壁分离,而在N溶液中先发生了质壁分离,后发生了质壁分离的复原 大于
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