第9讲 水进出细胞的原理
[课标要求]
1.阐明质膜具有选择透过性。
2.活动:通过模拟实验探究膜的透性。
3.活动:观察植物细胞的质壁分离和复原。
考点一 渗透作用及细胞的吸水和失水原理
1.渗透作用
(1)原理分析。
(2)分析上图乙可知: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等,蔗糖溶液的浓度仍然大于清水的浓度。
2.动、植物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水。
(2)成熟植物细胞的吸水和失水。
①原理。
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。
1.判断正误
(1)(必修1 P62正文)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。( )
(2)(必修1 P62正文)具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用。( )
(3)(必修1 P63正文)细胞膜和核膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。( )
(4)(必修1 P63正文)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。( )
2.规范表达
(1)(必修1 P63正文拓展)对于动植物细胞来说,单位时间内,水分子进出细胞的数量相等时,细胞内、外液体的浓度 (填“一定”或“不一定”)相等,原因是
。
(2)(必修1 P63图41拓展)如图甲、乙、丙分别是细胞在不同浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图(箭头大小代表水分子数的多少)。
①若将人的成熟红细胞放入清水中,会出现图 所示现象,原因是 。
②若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,会出现图 所示现象,达到平衡时,水分子进出细胞的状况是图 所示。
③若某叶肉细胞正处于图甲所示状态,一段时间内细胞体积增大,最终 (填“会”或“不会”)涨破,原因是
。
能力1 围绕渗透作用的原理及应用,考查理解能力
1.(2024·云南曲靖模拟)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
能力2 结合动植物细胞吸水与失水,考查模型分析能力
2.(2024·河南驻马店月考)如图表示动植物与原生生物细胞避免渗透膨胀的三种机制。下列叙述正确的是( )
[A] 动植物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内、外溶液浓度相等
[B] 三种细胞的边界各不相同,以达到与外界环境分隔开的目的
[C] 动物细胞避免渗透膨胀需要蛋白质协助
[D] 若将原生生物置于低渗溶液中,其收缩泡的伸缩频率减慢
3.(2024·广东汕头模拟)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质a溶液中,发现其原生质体(植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是( )
[A] 0~4 h内物质a没有通过细胞膜进入细胞内
[B] 0~1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等
[C] 2~3 h内物质a溶液的渗透压大于细胞液的渗透压
[D] 0~1 h内液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压
考点二 活动:探究植物细胞的吸水和失水
1.实验原理
2.实验步骤及现象
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。
1.植物细胞的质壁分离和复原涉及的对照类型
实验中涉及的对照类型为自身对照,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(如图)。
2.质壁分离及复原发生的条件
(1)从细胞角度分析。
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)均不发生质壁分离及复原现象。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。
(2)从溶液角度分析。
①在一定浓度(溶质不能透过细胞膜)的溶液中只会发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理,才可复原)。
②在一定浓度(溶质可透过细胞膜)的溶液(如甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离现象,并能自动复原,因为甘油、尿素、乙二醇等可转运到细胞内,使细胞液浓度升高,细胞因渗透吸水而发生自动复原。
③若溶液浓度过高,会使细胞在短时间内因失水过多而死亡,细胞虽然可以发生质壁分离现象,但不会发生质壁分离复原现象。
④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,不适合作质壁分离实验的溶液。
能力3 结合实验原理和步骤,考查科学思维
4.(2022·浙江6月选考,11)“观察洋葱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] 由实验结果推知,甲图细胞是有活性的
[B] 与甲图细胞相比,乙图细胞的细胞液浓度较低
[C] 丙图细胞的体积将持续增大,最终涨破
[D] 若选用根尖分生区细胞为材料,质壁分离现象更明显
5.(2024·重庆质检)某同学用洋葱鳞片叶外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,此细胞不发生渗透
[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,表明细胞中蔗糖溶液浓度大于外界蔗糖溶液浓度
能力4 结合实验拓展应用,考查创新应用能力
6.(2024·贵州黔东南检测)用细胞液浓度相同的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞分别制成5个临时装片,同时滴加甲、乙、丙、丁、戊5种不同浓度的蔗糖溶液,处理相同时间后,观察记录原生质体的体积变化,绘制结果如图所示。下列有关叙述正确的是( )
[A] 甲溶液中紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离程度大于丁溶液中的
[B] 实验后,甲~戊溶液中外表皮细胞的细胞液浓度最低的是乙溶液
[C] 将丙溶液中的外表皮细胞浸润在清水中,可发生质壁分离的复原
[D] 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度与戊蔗糖溶液浓度相当
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)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度。
(3)比较未知浓度溶液的浓度大小。
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。
考向 从科学思维的角度,考查细胞的吸水和失水
1.(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。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
2.(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( )
[A] [B]
[C] [D]
3.(2022·全国甲卷,2)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞,分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中,当水分交换达到平衡时观察到:①细胞a未发生变化;②细胞b体积增大;③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换,下列关于这一实验的叙述,不合理的是( )
[A] 水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度
[B] 水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c
[C] 水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度
[D] 水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
4.(2021·湖南卷,3)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( )
[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 NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
第9讲 水进出细胞的原理
考点一 渗透作用及细胞的吸水和失水原理
必备知识·梳理
1.半透膜 相对含量高 相对含量低 半透膜 浓度差
2.(1)细胞膜 吸水膨胀 失水皱缩 (2)①细胞液 细胞壁
②大于 小于 等于
深挖教材
1.(1)× 当半透膜两侧溶液浓度相等时,在单位时间内经半透膜出入的水分子数相等。
(2)× 渗透作用发生必须具备两个条件:一是必须具有半透膜,二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。
(3)× 细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质,叫作原生质层。
(4)× 植物成熟细胞内有中央大液泡,细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。
2.(1)不一定 对于动物细胞来说,水分子进出细胞的数量相等时,细胞内、外溶液的浓度相等,但植物细胞有细胞壁的支持、保护作用,单位时间内水分子进出植物细胞的数量相等时,有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度 (2)①甲 成熟红细胞发生渗透作用,从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子,因此细胞吸水 ②丙 乙 ③不会 植物细胞的细胞壁有支持和保护作用
关键能力·提升
能力1
1.D 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;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;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。
能力2
2.C 动植物细胞在低浓度溶液中都会发生渗透吸水,吸水到一定程度后均会达到渗透平衡,动物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内、外溶液浓度相等,植物细胞吸水达到渗透平衡时,由于细胞壁的支撑作用,细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度;三种细胞的边界均为细胞膜,细胞膜能够将细胞与外界环境分隔开;动物细胞需要转运蛋白协助将离子转运到细胞外,以减小细胞内溶液的渗透压,避免渗透膨胀;原生生物会通过收缩泡将多余的水排到细胞外,若将原生生物置于低渗溶液中,其收缩泡的伸缩频率会加快。
3.D 由题图可知,该细胞中原生质体的相对体积先减小后增大,这说明该细胞先发生质壁分离后复原,由此可推知,0~4 h 内物质a可通过细胞膜进入细胞内;0~1 h内,原生质体的体积不断缩小,由于原生质体的伸缩性要远大于细胞壁,因此该时间段内细胞体积与原生质体体积的变化量不相等;2~3 h内原生质体的相对体积逐渐增大,这说明细胞正在吸水,由此可推知,该时间段内物质a溶液的渗透压小于细胞液的渗透压;0~1 h内发生质壁分离,细胞失水,液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压。
考点二 活动:探究植物细胞的吸水和失水
实验基础·整合
1.半透膜 大
2.紧贴细胞壁 逐渐变小 变深 清水 逐渐变大 变浅
3.(1)失水 质壁分离 (2)大于 吸水
关键能力·提升
能力3
4.A 能发生质壁分离及复原的细胞应为活的植物细胞,据图分析,从甲到乙发生了质壁分离,由乙到丙为质壁分离复原,说明甲图细胞是活细胞;乙图所示细胞发生质壁分离,该过程中细胞失水,故与甲图细胞相比,乙图细胞的细胞液浓度较高;由于有细胞壁的限制,丙图细胞体积不会持续增大,更不会涨破;根尖分生区细胞无中央大液泡,不能发生质壁分离现象。
5.B 观察“细胞质壁分离和复原”时,细胞需要保持活性,制作该临时装片时,不需要按压装片;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,即细胞不发生渗透;若选洋葱内表皮细胞,该细胞含有大液泡,能发生质壁分离和复原;当质壁分离复原时,表明细胞中细胞液浓度(不是蔗糖溶液浓度,而且外面的蔗糖也不能进入细胞)大于外界蔗糖溶液浓度。
能力4
6.D 据题图可知,甲和丁溶液中细胞均失水,且丁中细胞失水更多,故甲溶液中紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离程度小于丁溶液中的;本实验所用洋葱鳞片叶外表皮细胞液浓度相同,实验后,乙溶液中细胞失水最多,说明乙溶液中细胞的细胞液浓度最高;丙溶液中的原生质体体积增大,说明该浓度下细胞吸水,并未发生质壁分离;戊溶液中细胞原生质体体积不变,说明细胞既不吸水也不失水,推测紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度与戊蔗糖溶液浓度相当。
研练真题·感悟高考
考向
1.B 细胞失水过程中,细胞液水分减少,细胞液浓度增大;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,单糖合成多糖,导致细胞液的渗透压降低,故外层细胞液浓度比内部薄壁细胞的细胞液浓度高;失水条件下,由于原生质层的伸缩性大于细胞壁伸缩性,故出现质壁分离,而内部薄壁细胞细胞壁的伸缩性比外层细胞的细胞壁伸缩性更大,故质壁分离的现象不如外层细胞明显,失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离;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,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。
2.C 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。
3.C 由“①细胞a未发生变化”可推出细胞a在该蔗糖溶液中的吸水量等于失水量,即水分交换前,细胞a的细胞液浓度与外界蔗糖溶液的浓度相等;由“②细胞b体积增大”可推出细胞b在该蔗糖溶液中的吸水量大于失水量,即水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度;由“③细胞c发生了质壁分离”可推出细胞c在该蔗糖溶液中的失水量大于吸水量,即水分交换前,细胞c的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度。综合上述分析可以推出,水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度;水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c;水分交换平衡时,细胞a和细胞c的细胞液浓度都与各自所处的外界蔗糖溶液的浓度相等,由于细胞c发生了质壁分离,有水进入蔗糖溶液中,故水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度。
4.D 对农作物施肥过多,根细胞外液浓度过高,会导致质壁分离,引起“烧苗”;质壁分离过程中,原生质层(由细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成)与细胞壁分离,细胞膜可局部或全部脱离细胞壁;质壁分离复原过程中,细胞液浓度逐渐降低,吸水能力逐渐降低;1 mol/L NaCl溶液中,含1 mol/L的Na+和1 mol/L的Cl-,即溶质微粒浓度为2 mol/L,而1 mol/L蔗糖的溶质为蔗糖分子,不可再拆分,故1 mol/L NaCl溶液的渗透压大于1 mol/L蔗糖溶液的渗透压。(共73张PPT)
第9讲
水进出细胞的原理
[课标要求]
1.阐明质膜具有选择透过性。
2.活动:通过模拟实验探究膜的透性。
3.活动:观察植物细胞的质壁分离和复原。
渗透作用及细胞的
吸水和失水原理
考点一
1.渗透作用
半透膜
相对含
量高
相对含量低
半透膜
浓度差
(1)原理分析。
(2)分析上图乙可知: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等,蔗糖溶液的浓度仍然大于清水的浓度。
2.动、植物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水。
细胞膜
吸水膨胀
失水皱缩
(2)成熟植物细胞的吸水和失水。
①原理。
细胞液
细胞壁
②现象。
大于
小于
等于
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。
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P62正文)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。( )
×
【提示】 当半透膜两侧溶液浓度相等时,在单位时间内经半透膜出入的水分子数相等。
(2)(必修1 P62正文)具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用。( )
×
【提示】 渗透作用发生必须具备两个条件:一是必须具有半透膜,二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。
(3)(必修1 P63正文)细胞膜和核膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。
( )
×
【提示】 细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质,叫作原生质层。
(4)(必修1 P63正文)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。( )
×
【提示】 植物成熟细胞内有中央大液泡,细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。
2.规范表达
(1)(必修1 P63正文拓展)对于动植物细胞来说,单位时间内,水分子进出细胞的数量相等时,细胞内、外液体的浓度 (填“一定”或“不一定”)相等,原因是
。
不一定
对于动物细胞来说,水分子进出细胞的数量相等时,细胞内、外溶液
的浓度相等,但植物细胞有细胞壁的支持、保护作用,单位时间内水分子
进出植物细胞的数量相等时,有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度
(2)(必修1 P63图4-1拓展)如图甲、乙、丙分别是细胞在不同浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图(箭头大小代表水分子数的多少)。
①若将人的成熟红细胞放入清水中,会出现图 所示现象,原因是
。
甲
成熟红细胞发生渗透作用,从细胞外
进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的
水分子,因此细胞吸水
②若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,会出现图 所示现象,达到平衡时,水分子进出细胞的状况是图 所示。
③若某叶肉细胞正处于图甲所示状态,一段时间内细胞体积增大,最终 (填“会”或“不会”)涨破,原因是 。
丙
乙
不会
植物细胞的细胞壁有支持和保护作用
能力1 围绕渗透作用的原理及应用,考查理解能力
1.(2024·云南曲靖模拟)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;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;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。
能力2 结合动植物细胞吸水与失水,考查模型分析能力
2.(2024·河南驻马店月考)如图表示动植物与原生生物细胞避免渗透膨胀的三种机制。下列叙述正确的是( )
[A] 动植物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内、外溶液浓度相等
[B] 三种细胞的边界各不相同,以达到与外界环境分隔开的目的
[C] 动物细胞避免渗透膨胀需要蛋白质协助
[D] 若将原生生物置于低渗溶液中,其收缩泡的伸缩频率减慢
C
【解析】 动植物细胞在低浓度溶液中都会发生渗透吸水,吸水到一定程度后均会达到渗透平衡,动物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内、外溶液浓度相等,植物细胞吸水达到渗透平衡时,由于细胞壁的支撑作用,细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度;三种细胞的边界均为细胞膜,细胞膜能够将细胞与外界环境分隔开;动物细胞需要转运蛋白协助将离子转运到细胞外,以减小细胞内溶液的渗透压,避免渗透膨胀;原生生物会通过收缩泡将多余的水排到细胞外,若将原生生物置于低渗溶液中,其收缩泡的伸缩频率会加快。
3.(2024·广东汕头模拟)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质a溶液中,发现其原生质体(植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是( )
[A] 0～4 h内物质a没有通过细胞膜进入细胞内
[B] 0～1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等
[C] 2～3 h内物质a溶液的渗透压大于细胞液的渗透压
[D] 0～1 h内液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压
D
【解析】 由题图可知,该细胞中原生质体的相对体积先减小后增大,这说明该细胞先发生质壁分离后复原,由此可推知,0～4 h内物质a可通过细胞膜进入细胞内;0～1 h内,原生质体的体积不断缩小,由于原生质体的伸缩性要远大于细胞壁,因此该时间段内细胞体积与原生质体体积的变化量不相等;
2～3 h内原生质体的相对体积逐渐增大,这说明细胞正在吸
水,由此可推知,该时间段内物质a溶液的渗透压小于细胞液
的渗透压;0～1 h内发生质壁分离,细胞失水,液泡中液体的
渗透压小于细胞质基质的渗透压。
考点二
活动:探究植物细胞的
吸水和失水
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
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
1.植物细胞的质壁分离和复原涉及的对照类型
实验中涉及的对照类型为自身对照,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(如图)。
2.质壁分离及复原发生的条件
(1)从细胞角度分析。
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)均不发生质壁分离及复原现象。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。
(2)从溶液角度分析。
①在一定浓度(溶质不能透过细胞膜)的溶液中只会发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理,才可复原)。
②在一定浓度(溶质可透过细胞膜)的溶液(如甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离现象,并能自动复原,因为甘油、尿素、乙二醇等可转运到细胞内,使细胞液浓度升高,细胞因渗透吸水而发生自动复原。
③若溶液浓度过高,会使细胞在短时间内因失水过多而死亡,细胞虽然可以发生质壁分离现象,但不会发生质壁分离复原现象。
④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,不适合作质壁分离实验的溶液。
能力3 结合实验原理和步骤,考查科学思维
4.(2022·浙江6月选考,11)“观察洋葱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] 由实验结果推知,甲图细胞是有活性的
[B] 与甲图细胞相比,乙图细胞的细胞液浓度较低
[C] 丙图细胞的体积将持续增大,最终涨破
[D] 若选用根尖分生区细胞为材料,质壁分离现象更明显
A
【解析】 能发生质壁分离及复原的细胞应为活的植物细胞,据图分析,从甲到乙发生了质壁分离,由乙到丙为质壁分离复原,说明甲图细胞是活细胞;乙图所示细胞发生质壁分离,该过程中细胞失水,故与甲图细胞相比,乙图细胞的细胞液浓度较高;由于有细胞壁的限制,丙图细胞体积不会持续增大,更不会涨破;根尖分生区细胞无中央大液泡,不能发生质壁分离现象。
5.(2024·重庆质检)某同学用洋葱鳞片叶外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,此细胞不发生渗透
[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,表明细胞中蔗糖溶液浓度大于外界蔗糖溶液浓度
B
【解析】 观察“细胞质壁分离和复原”时,细胞需要保持活性,制作该临时装片时,不需要按压装片;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,即细胞不发生渗透;若选洋葱内表皮细胞,该细胞含有大液泡,能发生质壁分离和复原;当质壁分离复原时,表明细胞中细胞液浓度(不是蔗糖溶液浓度,而且外面的蔗糖也不能进入细胞)大于外界蔗糖溶液浓度。
能力4 结合实验拓展应用,考查创新应用能力
6.(2024·贵州黔东南检测)用细胞液浓度相同的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞分别制成5个临时装片,同时滴加甲、乙、丙、丁、戊5种不同浓度的蔗糖溶液,处理相同时间后,观察记录原生质体的体积变化,绘制结果如图所示。下列有关叙述正确的是( )
[A] 甲溶液中紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁
分离程度大于丁溶液中的
[B] 实验后,甲～戊溶液中外表皮细胞的细胞液
浓度最低的是乙溶液
[C] 将丙溶液中的外表皮细胞浸润在清水中,可发生质壁分离的复原
[D] 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度与戊蔗糖溶液浓度相当
D
【解析】 据题图可知,甲和丁溶液中细胞均失水,且丁中细胞失水更多,故甲溶液中紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离程度小于丁溶液中的;本实验所用洋葱鳞片叶外表皮细胞液浓度相同,实验后,乙溶液中细胞失水最多,说明乙溶液中细胞的细胞液浓度最高;丙溶液中的原生质体体积增大,说明该浓度下细胞吸水,并未发生质壁分离;
戊溶液中细胞原生质体体积不变,说明细胞
既不吸水也不失水,推测紫色洋葱鳞片叶
外表皮细胞的细胞液浓度与戊蔗糖溶液浓度相当。
归纳总结
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。
归纳总结
(2)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度。
归纳总结
(3)比较未知浓度溶液的浓度大小。
归纳总结
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。
考向 从科学思维的角度,考查细胞的吸水和失水
1.(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。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
研练真题·感悟高考
B
【解析】 细胞失水过程中,细胞液水分减少,细胞液浓度增大;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,单糖合成多糖,导致细胞液的渗透压降低,故外层细胞液浓度比内部薄壁细胞的细胞液浓度高;失水条件下,由于原生质层的伸缩性大于细胞壁伸缩性,故出现质壁分离,而内部薄壁细胞细胞壁的伸缩性比外层细胞的细胞壁伸缩性更大,故质壁分离的现象不如外层细胞明显,失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离;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,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。
2.(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。
3.(2022·全国甲卷,2)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞,分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中,当水分交换达到平衡时观察到:①细胞a未发生变化;②细胞b体积增大;③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换,下列关于这一实验的叙述,不合理的是( )
[A] 水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度
[B] 水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c
[C] 水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度
[D] 水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
C
【解析】 由“①细胞a未发生变化”可推出细胞a在该蔗糖溶液中的吸水量等于失水量,即水分交换前,细胞a的细胞液浓度与外界蔗糖溶液的浓度相等;由“②细胞b体积增大”可推出细胞b在该蔗糖溶液中的吸水量大于失水量,即水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度;由“③细胞c发生了质壁分离”可推出细胞c在该蔗糖溶液中的失水量大于吸水量,即水分交换前,细胞c的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度。
综合上述分析可以推出,水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度;水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c;水分交换平衡时,细胞a和细胞c的细胞液浓度都与各自所处的外界蔗糖溶液的浓度相等,由于细胞c发生了质壁分离,有水进入蔗糖溶液中,故水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度。
4.(2021·湖南卷,3)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( )
[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 NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
D
【解析】 对农作物施肥过多,根细胞外液浓度过高,会导致质壁分离,引起“烧苗”;质壁分离过程中,原生质层(由细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成)与细胞壁分离,细胞膜可局部或全部脱离细胞壁;质壁分离复原过程中,细胞液浓度逐渐降低,吸水能力逐渐降低;1 mol/L NaCl溶液中,含1 mol/L的Na+和1 mol/L的Cl-,即溶质微粒浓度为2 mol/L,而1 mol/L蔗糖的溶质为蔗糖分子,不可再拆分,故1 mol/L NaCl溶液的渗透压大于1 mol/L蔗糖溶液的渗透压。
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1～6题,每题2分。
1.(细胞的吸水和失水|2024·梅州模拟)用不同浓度的蔗糖溶液分别处理紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞,可估测其细胞液浓度。下列有关叙述错误的是( )
[A] 细胞液浓度介于未质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间
[B] 该估测实验需要制作临时装片并借助显微镜观察
[C] 若配制蔗糖溶液时,未将蔗糖完全溶解,则估测结果会偏大
[D] 若蔗糖溶液浸泡细胞的时间过短,则估测结果会偏小
D
【解析】 将植物细胞放在浓度较高的蔗糖溶液中,细胞失水出现质壁分离现象,将植物细胞放在浓度较低(或与细胞等渗)的蔗糖溶液中,细胞不发生质壁分离,故细胞液浓度介于未质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间;该估测实验需要观察细胞质壁分离情况,故需要制作临时装片并借助显微镜观察;在配制蔗糖溶液时,若未将蔗糖完全溶解,则配制的蔗糖溶液实际浓度比标记值要低,测得的实验结果偏大;若浸泡细胞的时间过短,则会导致部分高于细胞液浓度的蔗糖溶液处理组的细胞质壁分离现象不明显,使实验结果偏大。
2.(细胞的吸水和失水|2024·大理模拟)下列有关细胞吸水和失水叙述正确的是( )
[A] 植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成
[B] 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞一定会发生质壁分离
[C] 渗透实验中,当半透膜两侧溶液浓度相等时,水分子不再通过半透膜
[D] 细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性,但有毒物质仍能进入细胞
D
【解析】 植物细胞的原生质层由细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质组成;当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞不一定会发生质壁分离,如死细胞、动物细胞不会发生质壁分离,根尖分生区细胞不含大液泡,也不会发生质壁分离;渗透实验中,当半透膜两侧溶液浓度相等时,水分子仍然通过半透膜,这时进出的水分子达到动态平衡;细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性,但有毒物质仍能进入细胞,说明细胞膜的控制作用是相对的。
3.(渗透作用|2024·湛江模拟)某实验小组制作了如下渗透装置,在用鱼鳔(半透膜)制成的小球中装入溶液②,在烧杯中加入溶液①,开始现象为图甲,一段时间后出现图乙现象,下列分析正确的是( )
[A] 将鱼鳔换成纱布,实验结果与图中的相同
[B] 若溶液①为清水,则溶液②可为蔗糖溶液
[C] 水分子运动的方向只能由溶液②→溶液①
[D] 在乙的溶液①中加入清水,鱼鳔体积可能会增大
D
【解析】 鱼鳔相当于半透膜,将鱼鳔换成纱布,纱布是全透的,不能出现题图中的结果;据题图可知,开始现象为图甲,一段时间后出现图乙现象,说明水分子由溶液②进入溶液①的较多,根据渗透作用的原理可知,溶液①的浓度大于溶液②的浓度,因此若溶液①为清水,溶液②为蔗糖溶液,不符合题意;水分子运动的方向既有溶液②→溶液①,也有溶液①→溶液②;在乙的溶液①中加入清水,会使溶液浓度降低,此时有可能溶液②浓度大于溶液①,鱼鳔体积可能会增大。
4.(细胞的吸水和失水|2025·福建联考)某实验小组用黑藻叶片和不同浓度的蔗糖溶液进行探究植物细胞质壁分离和复原的实验。下列叙述错误的是
( )
[A] 该实验为观察类实验,没有进行实验对照
[B] 发生质壁分离时,无色液泡的体积缩小,绿色部分颜色加深
[C] 不同浓度的蔗糖溶液可能导致液泡的体积缩小、扩大或不变
[D] 叶片细胞质壁分离后滴加清水可能无法复原
A
【解析】 在实验中,质壁分离的前后可以形成对照,质壁分离的复原过程的前后也可以形成对照,此外,不同浓度的蔗糖溶液处理能相互对照,所以本实验有对照;发生质壁分离时,细胞失水,液泡体积缩小,由于原生质层收缩,绿色部分相对集中,颜色加深;较高浓度的蔗糖溶液会使细胞发生质壁分离(液泡体积缩小),再用较低浓度的蔗糖溶液处理,会使细胞发生质壁分离后复原(液泡体积扩大),当蔗糖溶液渗透压与细胞液渗透压相同时,液泡体积可能不变;如果蔗糖溶液浓度过高,细胞因过度失水而死亡,滴加清水后就无法复原。
5.(质壁分离及复原实验|2024·晋中期中)在适宜条件下,将月季的花瓣细胞置于一定浓度的a溶液中,测得细胞液浓度与a溶液浓度的比值变化如图所示。下列有关分析错误的是( )
[A] t0～t1时,花瓣细胞发生质壁分离
[B] a溶液中溶质能被月季花瓣细胞吸收
[C] t2时,花瓣细胞的体积明显大于初始值
[D] 适当降低温度,t1～t2所需时间可能会延长
C
【解析】 据题图分析,t0～t1时花瓣细胞的细胞液浓度与a溶液浓度的比值始终小于1,细胞逐渐失水,花瓣细胞发生质壁分离;t0～t2时,花瓣细胞先发生质壁分离,又自动发生质壁分离的复原,说明a溶液
中溶质可以进入花瓣细胞;t2时比值稳定不变,
但由于花瓣细胞细胞壁的支撑作用,花瓣细胞
的体积不会明显大于初始值;适当降低温度,
膜的流动性降低,t1～t2所需时间可能会延长。
6.(细胞的吸水和失水|2024·乐山模拟)植物吸水的主要部位是根尖成熟区,成熟区表皮细胞吸收的水分可以通过渗透作用进入内层的细胞,并最终进入导管,通过导管运输到植物体的其他部位。某同学将根尖成熟区表皮细胞及其内层细胞测定初始细胞长度后依次置于相同浓度的蔗糖溶液中,一段时间后测定细胞长度并进行计算,实验结果如下表。
组别 1 2 3 4
实验后长度/实验前长度 0.4 0.8 1 1.2
下列叙述错误的是( )
[A] 可以发生质壁分离的组别有:1组和2组
[B] 实验前细胞液的浓度关系:1组<2组<3组<4组
[C] 细胞吸水、失水达到平衡时,它们的细胞液浓度相等
[D] 第4组细胞为根尖成熟区内层细胞
C
【解析】 1组和2组实验后长度/实验前长度<1,说明发生了渗透失水,即发生了质壁分离;根据表中实验后长度/实验前长度可知,实验前细胞液浓度的大小为1组<2组<3组<4组;细胞吸水、失水达到平衡时,细胞液的浓度关系为
1组<2组<3组<4组;根尖细胞通过渗透吸水供植物体生长发育所需,与表皮细胞相比,内层细胞的细胞液浓度最大,在相同的外界溶液中最可能出现吸水,故第4组细胞为根尖成熟区内层细胞。
选择题:7～9题,每题4分。
7.(质壁分离及复原实验|2024·西安模拟)用物质的量浓度为2 mol·L-1的乙二醇溶液和
2 mol·L-1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞,观察细胞的质壁分离现象,得到其原生质体体积变化情况如图所示。下列叙述错误的是( )
[A] 2 min后,处于蔗糖溶液中的植物细胞其细胞壁与原生质层之间充满了蔗糖溶液
[B] 前2 min,处于蔗糖溶液中的植物细胞吸水能力不断增强
[C] C点的出现是由于乙二醇进入了植物细胞
[D] 所有植物细胞均可发生质壁分离
D
能力提升练
【解析】 细胞壁具有全透性,所以质壁分离时细胞壁与原生质层之间充满了蔗糖溶液;前2 min,细胞失水,细胞液的浓度不断升高,所以吸水能力逐渐增强;C点发生质壁分离的自动复原是由于溶质乙二醇进入细胞,使细胞液的浓度大于外界溶液的浓度;活的有大液泡的植物细胞才能发生质壁分离。
8.(细胞的吸水和失水|2024·滁州模拟)研究表明,植物叶片中气孔导度(即气孔张开的程度)与K+、糖类等含量有关。K+能在保卫细胞中大量积累,保卫细胞吸水后气孔导度增大,气孔张开,保卫细胞和气孔的结构如图所示。下列分析错误的是( )
[A] 水分经原生质层进入液泡增多,气孔导度逐渐变大
[B] 气孔导度增加,有利于促进叶肉细胞中糖类的合成
[C] 细胞膜上参与主动运输K+的载体蛋白也具有催化ATP水解的作用
[D] 随保卫细胞中K+和糖类物质含量升高,细胞吸水能力减弱
D
【解析】 保卫细胞吸水,水分经原生质层进入液泡,气孔导度逐渐变大;气孔导度增加,有利于CO2进入叶片内部,促进叶肉细胞中糖类的合成;细胞膜上参与主动运输(逆浓度梯度、需要载体和ATP供能)K+的载体蛋白具有催化ATP水解的作用;随保卫细胞中K+和糖类物质含量升高,细胞液浓度增大,细胞吸水能力增强。
9.(质壁分离及复原实验的应用|2024·绵阳三模)为探究植物耐寒机制,某研究小组以洋葱鳞片叶外表皮为实验材料,先分别在常温与低温(4 ℃)下处理
24 h,然后在常温下进行质壁分离实验,结果如下表。
组别 初始细胞质壁分离所需时间/s 相同时间质壁分离细胞占比/% 相同时间原生质体长度与细胞长度比值/%
常温处理组 80 100 41
4 ℃低温处理组 166 35 80
下列有关实验的叙述错误的是( )
[A] 质壁分离实验过程需将实验材料置于同种外界溶液中
[B] 初始细胞质壁分离所需时间长短与细胞内外溶液浓度差有关
[C] 原生质体长度与细胞长度比值越大,说明细胞失水越多,质壁分离程度
越大
[D] 由实验结果推测,植物细胞可通过增加细胞液浓度适应低温环境
C
【解析】 该实验的自变量是温度,外界溶液的种类是无关变量,因此质壁分离实验过程需将实验材料置于同种外界溶液中;初始细胞质壁分离所需时间长短与细胞内外溶液浓度差有关,细胞内外溶液浓度差越大,初始细胞质壁分离所需时间越短,反之越长;原生质体长度与细胞长度比值越大,说明细胞失水越少,质壁分离程度越小;题表数据表明,与常温状态相比,4 ℃低温处理的植物细胞的失水速率和质壁分离程度都降低,因此得出推论:植物细胞可能通过增加细胞液的浓度(比如细胞中的自由水大量转化为结合水,使细胞液浓度增大),使细胞失水减少,适应低温环境。
10.(12分)(渗透作用|2024·郑州一模)如图是渗透装置,实验开始时,A、B溶液的液面是齐平的,一段时间后,达到平衡时,液面如图所示。回答下列问题。
(1)平衡时,水分子 (填“能”或“不能”)通过半透膜,平衡时B溶液的物质的量浓度 (填“大于”“等于”或“小于”)A溶液的物质的量浓度。
能
大于
【解析】 (1)平衡时,水分子进出半透膜达到动态平衡。渗透平衡时,液面高的一侧形成的静水压会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散,故平衡时B溶液的物质的量浓度大于A溶液的物质的量浓度。
(2)某同学在观察小型循环流水景观时,发现水流需要靠水泵驱动,于是突发奇想,欲利用渗透作用原理制作流水“永动机”,该同学首先将玻璃漏斗在b点下方截断,并连接橡胶软管,使液体回流到烧杯内,但要保证橡胶管的顶部要
(填“高于”或“低于”)b点的高度,在橡胶管和玻璃管的连接处 (填“需要”或“不需要”)用半透膜封闭,理由是
,若要变水流的速度可以采取的措施是
(从影响渗透作用吸水速度的角度答出一点即可)。
低于
需要
若不用半透膜封闭,B溶液的溶质
会随水流进入A溶液,两种溶液的浓度差会缩小直到水流停止流动,不能达到“永动”的目的
改变A、B溶液的
浓度差
【解析】 (2)橡胶管的顶部要低于b点的高度,才能保证漏斗中的液体能通过橡胶管流入A溶液中,在橡胶管和玻璃管的连接处需要用半透膜封闭,若不用半透膜封闭,B溶液的溶质会随水流进入A溶液,两种溶液的浓度差会缩小直到水停止流动,不能达到“永动”的目的。A、B溶液的浓度差越大,水流的速度越快;A、B溶液的浓度差越小,水流的速度越慢,因此若要改变水流的速度可以采取的措施是改变A、B溶液的浓度差。第9讲 水进出细胞的原理
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1~6题,每题2分。
1.(细胞的吸水和失水|2024·梅州模拟)用不同浓度的蔗糖溶液分别处理紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞,可估测其细胞液浓度。下列有关叙述错误的是( )
[A] 细胞液浓度介于未质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间
[B] 该估测实验需要制作临时装片并借助显微镜观察
[C] 若配制蔗糖溶液时,未将蔗糖完全溶解,则估测结果会偏大
[D] 若蔗糖溶液浸泡细胞的时间过短,则估测结果会偏小
2.(细胞的吸水和失水|2024·大理模拟)下列有关细胞吸水和失水叙述正确的是( )
[A] 植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成
[B] 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞一定会发生质壁分离
[C] 渗透实验中,当半透膜两侧溶液浓度相等时,水分子不再通过半透膜
[D] 细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性,但有毒物质仍能进入细胞
3.(渗透作用|2024·湛江模拟)某实验小组制作了如下渗透装置,在用鱼鳔(半透膜)制成的小球中装入溶液②,在烧杯中加入溶液①,开始现象为图甲,一段时间后出现图乙现象,下列分析正确的是( )
[A] 将鱼鳔换成纱布,实验结果与图中的相同
[B] 若溶液①为清水,则溶液②可为蔗糖溶液
[C] 水分子运动的方向只能由溶液②→溶液①
[D] 在乙的溶液①中加入清水,鱼鳔体积可能会增大
4.(细胞的吸水和失水|2025·福建联考)某实验小组用黑藻叶片和不同浓度的蔗糖溶液进行探究植物细胞质壁分离和复原的实验。下列叙述错误的是( )
[A] 该实验为观察类实验,没有进行实验对照
[B] 发生质壁分离时,无色液泡的体积缩小,绿色部分颜色加深
[C] 不同浓度的蔗糖溶液可能导致液泡的体积缩小、扩大或不变
[D] 叶片细胞质壁分离后滴加清水可能无法复原
5.(质壁分离及复原实验|2024·晋中期中)在适宜条件下,将月季的花瓣细胞置于一定浓度的a溶液中,测得细胞液浓度与a溶液浓度的比值变化如图所示。下列有关分析错误的是( )
[A] t0~t1时,花瓣细胞发生质壁分离
[B] a溶液中溶质能被月季花瓣细胞吸收
[C] t2时,花瓣细胞的体积明显大于初始值
[D] 适当降低温度,t1~t2所需时间可能会延长
6.(细胞的吸水和失水|2024·乐山模拟)植物吸水的主要部位是根尖成熟区,成熟区表皮细胞吸收的水分可以通过渗透作用进入内层的细胞,并最终进入导管,通过导管运输到植物体的其他部位。某同学将根尖成熟区表皮细胞及其内层细胞测定初始细胞长度后依次置于相同浓度的蔗糖溶液中,一段时间后测定细胞长度并进行计算,实验结果如下表。下列叙述错误的是( )
组别 1 2 3 4
实验后长度/实验前长度 0.4 0.8 1 1.2
[A] 可以发生质壁分离的组别有:1组和2组
[B] 实验前细胞液的浓度关系:1组<2组<3组<4组
[C] 细胞吸水、失水达到平衡时,它们的细胞液浓度相等
[D] 第4组细胞为根尖成熟区内层细胞
能力提升练
选择题:7~9题,每题4分。
7.(质壁分离及复原实验|2024·西安模拟)用物质的量浓度为2 mol·L-1的乙二醇溶液和2 mol·L-1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞,观察细胞的质壁分离现象,得到其原生质体体积变化情况如图所示。下列叙述错误的是( )
[A] 2 min后,处于蔗糖溶液中的植物细胞其细胞壁与原生质层之间充满了蔗糖溶液
[B] 前2 min,处于蔗糖溶液中的植物细胞吸水能力不断增强
[C] C点的出现是由于乙二醇进入了植物细胞
[D] 所有植物细胞均可发生质壁分离
8.(细胞的吸水和失水|2024·滁州模拟)研究表明,植物叶片中气孔导度(即气孔张开的程度)与K+、糖类等含量有关。K+能在保卫细胞中大量积累,保卫细胞吸水后气孔导度增大,气孔张开,保卫细胞和气孔的结构如图所示。下列分析错误的是( )
[A] 水分经原生质层进入液泡增多,气孔导度逐渐变大
[B] 气孔导度增加,有利于促进叶肉细胞中糖类的合成
[C] 细胞膜上参与主动运输K+的载体蛋白也具有催化ATP水解的作用
[D] 随保卫细胞中K+和糖类物质含量升高,细胞吸水能力减弱
9.(质壁分离及复原实验的应用|2024·绵阳三模)为探究植物耐寒机制,某研究小组以洋葱鳞片叶外表皮为实验材料,先分别在常温与低温(4 ℃)下处理24 h,然后在常温下进行质壁分离实验,结果如下表。下列有关实验的叙述错误的是( )
组别 初始细胞质壁分离所需时间/s 相同时间质壁分离细胞占比/% 相同时间原生质体长度与细胞长度比值/%
常温处 理组 80 100 41
4 ℃低温 处理组 166 35 80
[A] 质壁分离实验过程需将实验材料置于同种外界溶液中
[B] 初始细胞质壁分离所需时间长短与细胞内外溶液浓度差有关
[C] 原生质体长度与细胞长度比值越大,说明细胞失水越多,质壁分离程度越大
[D] 由实验结果推测,植物细胞可通过增加细胞液浓度适应低温环境
10.(12分)(渗透作用|2024·郑州一模)如图是渗透装置,实验开始时,A、B溶液的液面是齐平的,一段时间后,达到平衡时,液面如图所示。回答下列问题。
(1)平衡时,水分子 (填“能”或“不能”)通过半透膜,平衡时B溶液的物质的量浓度 (填“大于”“等于”或“小于”)A溶液的物质的量浓度。
(2)某同学在观察小型循环流水景观时,发现水流需要靠水泵驱动,于是突发奇想,欲利用渗透作用原理制作流水“永动机”,该同学首先将玻璃漏斗在b点下方截断,并连接橡胶软管,使液体回流到烧杯内,但要保证橡胶管的顶部要 (填“高于”或“低于”)b点的高度,在橡胶管和玻璃管的连接处 (填“需要”或“不需要”)用半透膜封闭,理由是
, 若要变水流的速度可以采取的措施是 (从影响渗透作用吸水速度的角度答出一点即可)。
第9讲 水进出细胞的原理
1.D 将植物细胞放在浓度较高的蔗糖溶液中,细胞失水出现质壁分离现象,将植物细胞放在浓度较低(或与细胞等渗)的蔗糖溶液中,细胞不发生质壁分离,故细胞液浓度介于未质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间;该估测实验需要观察细胞质壁分离情况,故需要制作临时装片并借助显微镜观察;在配制蔗糖溶液时,若未将蔗糖完全溶解,则配制的蔗糖溶液实际浓度比标记值要低,测得的实验结果偏大;若浸泡细胞的时间过短,则会导致部分高于细胞液浓度的蔗糖溶液处理组的细胞质壁分离现象不明显,使实验结果偏大。
2.D 植物细胞的原生质层由细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质组成;当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞不一定会发生质壁分离,如死细胞、动物细胞不会发生质壁分离,根尖分生区细胞不含大液泡,也不会发生质壁分离;渗透实验中,当半透膜两侧溶液浓度相等时,水分子仍然通过半透膜,这时进出的水分子达到动态平衡;细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性,但有毒物质仍能进入细胞,说明细胞膜的控制作用是相对的。
3.D 鱼鳔相当于半透膜,将鱼鳔换成纱布,纱布是全透的,不能出现题图中的结果;据题图可知,开始现象为图甲,一段时间后出现图乙现象,说明水分子由溶液②进入溶液①的较多,根据渗透作用的原理可知,溶液①的浓度大于溶液②的浓度,因此若溶液①为清水,溶液②为蔗糖溶液,不符合题意;水分子运动的方向既有溶液②→溶液①,也有溶液①→溶液②;在乙的溶液①中加入清水,会使溶液浓度降低,此时有可能溶液②浓度大于溶液①,鱼鳔体积可能会增大。
4.A 在实验中,质壁分离的前后可以形成对照,质壁分离的复原过程的前后也可以形成对照,此外,不同浓度的蔗糖溶液处理能相互对照,所以本实验有对照;发生质壁分离时,细胞失水,液泡体积缩小,由于原生质层收缩,绿色部分相对集中,颜色加深;较高浓度的蔗糖溶液会使细胞发生质壁分离(液泡体积缩小),再用较低浓度的蔗糖溶液处理,会使细胞发生质壁分离后复原(液泡体积扩大),当蔗糖溶液渗透压与细胞液渗透压相同时,液泡体积可能不变;如果蔗糖溶液浓度过高,细胞因过度失水而死亡,滴加清水后就无法复原。
5.C 据题图分析,t0~t1时花瓣细胞的细胞液浓度与a溶液浓度的比值始终小于1,细胞逐渐失水,花瓣细胞发生质壁分离;t0~t2时,花瓣细胞先发生质壁分离,又自动发生质壁分离的复原,说明a溶液中溶质可以进入花瓣细胞;t2时比值稳定不变,但由于花瓣细胞细胞壁的支撑作用,花瓣细胞的体积不会明显大于初始值;适当降低温度,膜的流动性降低,t1~t2所需时间可能会延长。
6.C 1组和2组实验后长度/实验前长度<1,说明发生了渗透失水,即发生了质壁分离;根据表中实验后长度/实验前长度可知,实验前细胞液浓度的大小为1组<2组<3组<4组;细胞吸水、失水达到平衡时,细胞液的浓度关系为1组<2组<3组<4组;根尖细胞通过渗透吸水供植物体生长发育所需,与表皮细胞相比,内层细胞的细胞液浓度最大,在相同的外界溶液中最可能出现吸水,故第4组细胞为根尖成熟区内层细胞。
7.D 细胞壁具有全透性,所以质壁分离时细胞壁与原生质层之间充满了蔗糖溶液;前2 min,细胞失水,细胞液的浓度不断升高,所以吸水能力逐渐增强;C点发生质壁分离的自动复原是由于溶质乙二醇进入细胞,使细胞液的浓度大于外界溶液的浓度;活的有大液泡的植物细胞才能发生质壁分离。
8.D 保卫细胞吸水,水分经原生质层进入液泡,气孔导度逐渐变大;气孔导度增加,有利于CO2进入叶片内部,促进叶肉细胞中糖类的合成;细胞膜上参与主动运输(逆浓度梯度、需要载体和ATP供能)K+的载体蛋白具有催化ATP水解的作用;随保卫细胞中K+和糖类物质含量升高,细胞液浓度增大,细胞吸水能力增强。
9.C 该实验的自变量是温度,外界溶液的种类是无关变量,因此质壁分离实验过程需将实验材料置于同种外界溶液中;初始细胞质壁分离所需时间长短与细胞内外溶液浓度差有关,细胞内外溶液浓度差越大,初始细胞质壁分离所需时间越短,反之越长;原生质体长度与细胞长度比值越大,说明细胞失水越少,质壁分离程度越小;题表数据表明,与常温状态相比,4 ℃低温处理的植物细胞的失水速率和质壁分离程度都降低,因此得出推论:植物细胞可能通过增加细胞液的浓度(比如细胞中的自由水大量转化为结合水,使细胞液浓度增大),使细胞失水减少,适应低温环境。
10.【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)能 大于
(2)低于 需要 若不用半透膜封闭,B溶液的溶质会随水流进入A溶液,两种溶液的浓度差会缩小直到水流停止流动,不能达到“永动”的目的(5分) 改变A、B溶液的浓度差
(3分)
【解析】 (1)平衡时,水分子进出半透膜达到动态平衡。渗透平衡时,液面高的一侧形成的静水压会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散,故平衡时B溶液的物质的量浓度大于A溶液的物质的量浓度。(2)橡胶管的顶部要低于b点的高度,才能保证漏斗中的液体能通过橡胶管流入A溶液中,在橡胶管和玻璃管的连接处需要用半透膜封闭,若不用半透膜封闭,B溶液的溶质会随水流进入A溶液,两种溶液的浓度差会缩小直到水停止流动,不能达到“永动”的目的。A、B溶液的浓度差越大,水流的速度越快;A、B溶液的浓度差越小,水流的速度越慢,因此若要改变水流的速度可以采取的措施是改变A、B溶液的浓度差。
