2023届高三生物一轮专题复习课件：细胞的吸水和失水

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考法一 细胞吸水和失水情况的判断考法二 探究植物细胞的吸水和失水实验
考法一　细胞吸水和失水情况的判断
1．渗透作用(1)概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。(2)方向：如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
如图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时液面差为Δh。(1)漏斗内液面上升的原因：S1溶液浓度大于S2溶液浓度，单位时间内由S2溶液进入S1溶液的水分子数多于由S1溶液进入S2溶液的水分子数，导致S1溶液液面上升。即水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。(2)漏斗内液面停止升高的原因：随着液面差Δh不断增大，漏斗内液体压强不断增大，使水分子流出漏斗的速度加快，同时半透膜两侧溶液的浓度差不断减小，使水分子流入漏斗的速度减慢，最终导致水分子进出漏斗的运动达到平衡，漏斗内液面停止升高。
①当漏斗内液面停止升高时，S1溶液的浓度仍大于S2溶液的浓度，此时渗透压差与液面差产生的压强平衡。②渗透平衡≠浓度相等。发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度相等。③水分子是双向移动的，但由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。
2．渗透系统的组成及分析(1)渗透系统模型和成熟植物细胞与外界溶液形成的渗透系统比较
(2)物理性的过滤膜与选择透过性膜①区别：物理性的过滤膜是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于直径的大小；选择透过性膜多指生物膜，载体的存在决定了其对不同物质的吸收具有选择性。细胞死亡或膜上载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。②共性：都允许水分子自由通过，而不允许大分子物质通过。
1 [湖北2021·11，2分]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
【答案】B【解析】由题干可知，无论在高渗溶液中还是在低渗溶液中，都只有水分子进出红细胞，Na＋和Cl－几乎没有进行跨膜运输，所以细胞膜对水分子的通透性高于Na＋和Cl－；又因为渗透作用是指水分子(或溶剂分子)通过半透膜的扩散，如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透，所以水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液。综上分析，B正确。
题型一 细胞吸水和失水情况的判断
1．如图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液(S1)、漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，水分子可以透过半透膜，而蔗糖分子则不能。当渗透达到平衡时，液面差为m。下列有关叙述正确的是(　　)
A．渗透平衡时S1溶液的渗透压等于S2溶液的渗透压B．若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时m将变小C．当漏斗内外的高度差稳定时，没有水分子进出半透膜D．若向S2溶液中加入蔗糖分子，则平衡时m变大
【答案】B　【解析】由于S1溶液的液面高于S2溶液的液面，高出的液柱会产生压强，所以渗透平衡时S1溶液的渗透压大于S2溶液的渗透压，A错误；吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，S1溶液会继续吸水，液面上升，由于漏斗内溶液的浓度减小，故再次平衡时m将变小，B正确；当漏斗内外的高度差稳定时，说明进出半透膜的水分子达到动态平衡，C错误；若向S2溶液中加入蔗糖分子，其渗透压增大，则通过渗透作用进入漏斗中的水分子减少，平衡时m变小，D错误。
2．向鱼鳔内注入适量质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液，扎紧口并称重，然后将其浸入质量浓度为0.05 g/mL的蔗糖溶液中，每隔10分钟称重一次，鱼鳔重量逐渐增加，1小时后，鱼鳔重量不再增加。下列说法错误的是(　　)A．鱼鳔重量增加是因为外界水分子进入鱼鳔B．鱼鳔重量不再增加时，外界的水分子不再进入鱼鳔C．鱼鳔重量不再增加时，鱼鳔内外蔗糖溶液的浓度可能相等D．若实验开始时，在鱼鳔外的蔗糖溶液中加入蔗糖酶，鱼鳔重量增加的速率减慢
【答案】B　【解析】鱼鳔属于半透膜，能够允许水分子自由通过，而蔗糖分子不能进出鱼鳔。鱼鳔重量增加是因为外界溶液中水分子相对含量高，因而水分子可通过自由扩散进入鱼鳔，A正确；鱼鳔重量不再增加时，说明进、出鱼鳔的水分子相等，B错误；鱼鳔重量不再增加时，鱼鳔内外蔗糖溶液的浓度可能相等，C正确；若实验开始时，在鱼鳔外的蔗糖溶液中加入蔗糖酶，则鱼鳔外溶液中溶质分子数增多，溶液渗透压增大，使鱼鳔内外溶液渗透压差减小，因此鱼鳔重量增加的速率减慢，D正确。
考法二　探究植物细胞的吸水和失水实验
1．实验原理成熟植物活细胞的原生质层(指细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质)具有选择透过性，相当于一层半透膜，细胞壁和原生质层具有一定的伸缩性，但原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。2．判断细胞能否发生质壁分离及复原(1)从细胞角度分析：活的、有大液泡和细胞壁的细胞能发生质壁分离及复原现象，而死细胞或动物细胞不能发生质壁分离及复原现象。
成熟且有中央大液泡的植物细胞更容易发生质壁分离及复原现象，未成熟的植物细胞因没有大液泡而不能发生质壁分离现象，例如根尖分生区细胞。(2)从溶液角度分析：细胞放入能保持细胞活性且与细胞液存在浓度差但溶质不能被细胞吸收的溶液中，只能发生质壁分离现象；细胞放入能保持细胞活性、与细胞液存在浓度差且溶质能被细胞吸收的溶液中，则能发生质壁分离及自动复原，例如溶质为葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇等的溶液。
溶液浓度过高会导致细胞因失水过多而死亡，不能发生质壁分离复原；盐酸、酒精、醋酸等能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性，不能作为探究植物细胞吸水和失水实验的溶液。
当给出某细胞的质壁分离状态图时，不能直接认定该细胞一定处于质壁分离状态，因为此时细胞可能处于质壁分离状态或质壁分离复原状态，还可能处于水分子进出平衡的状态。
3．植物细胞吸水与失水实验的应用(1)判断细胞的死活
(2)测定细胞液浓度范围待测成熟植物细胞＋一系列浓度的蔗糖溶液 细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度或不同溶液浓度的大小①不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液 比较刚发生质壁分离时所需的时间―→判断细胞液浓度(时间越短，细胞液浓度越小)②同一植物的相同成熟细胞＋未知浓度的溶液 比较刚发生质壁分离时所需的时间―→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
2 [湖南2021·3，2分]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 ml/L NaCl溶液和1 ml/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
【答案】D【解析】本题考查质壁分离与复原及溶液渗透压。施肥过多，土壤溶液的渗透压增大，植物根细胞失水发生质壁分离而造成植株萎蔫，引起“烧苗”现象，A正确；质壁分离过程中，由于原生质体体积逐渐缩小，会导致细胞膜局部或全部脱离细胞壁，B正确；质壁分离复原过程中，随着细胞吸水，细胞液渗透压逐渐下降，吸水能力逐渐降低，C正确；溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，溶质微粒越多，即溶液浓度越高，对水的吸引力越大，1 ml/L的NaCl溶液中，NaCl电离出的离子浓度为2 ml/L，而1 ml/L的蔗糖溶液中，蔗糖分子几乎不电离，即蔗糖分子浓度为1 ml/L，比较它们溶质微粒数就可以判断出1 ml/L的NaCl溶液的渗透压更大，D错误。
题型二 探究植物细胞的吸水和失水实验
3．[福建福州2021月考]如图为某植物表层细胞在不同溶液中，细胞吸水力与原生质体相对体积之间的关系(正常相对体积为1.0)。下列相关叙述正确的是(　　)
A．若该植物为洋葱，则一定为洋葱外表皮细胞B．A点时的细胞体积显著小于B点时的细胞体积C．B点之后，随着细胞吸水力的降低，细胞液的渗透压逐渐增大D．在一定浓度的KNO3溶液中，相对体积可能会由0.5自动恢复到1.0
【答案】D　【解析】洋葱鳞片叶外表皮和内表皮细胞都会发生失水与吸水的现象，故无法判断，A错误；从横坐标看，正常状态下原生质体相对体积为1.0，A点时原生质体的相对体积小于B点时原生质体的相对体积，但由于细胞壁的存在，A、B点时的细胞体积几乎相同，B错误；B点之后，细胞原生质体相对体积增大，细胞吸水，细胞液的渗透压逐渐减小，C错误；在一定浓度的KNO3溶液中，植物细胞可能会出现先失水后吸水的现象，故原生质体相对体积可能会由0.5自动恢复到1.0，D正确。
4．[辽宁锦州2021月考]用2 ml·L－1的乙二醇溶液和2 ml·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(如图1)，并计算平均值，得到图2所示结果。对结果曲线的分析，错误的是(　　)
A．2 ml·L－1的乙二醇溶液和2 ml·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等B．a点前比值不变，说明水分子进出表皮细胞达到平衡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
【答案】B　【解析】2 ml·L－1的乙二醇溶液和2 ml·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等，A正确；a点前比值不变且等于1，说明细胞的长度x和原生质体长度y相等，但并不能说明水分子进出表皮细胞达到平衡，B错误；b点前曲线上升，表明表皮细胞在蔗糖溶液中不断失水，其吸水能力逐渐增大，C正确；c点后，曲线下降，表明乙二醇可以进入细胞内部，表皮细胞发生质壁分离复原现象，D正确。
1．[全国甲2022·2，6分]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cC．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
【答案】C　【解析】本题考查对植物细胞的失水和吸水原理的理解。本题假设水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，即只有水分子通过了原生质层。水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明水分交换前，细胞a的细胞液浓度与蔗糖溶液浓度比较接近；细胞b体积增大，即细胞b明显吸水，说明水分交换前，细胞b的细胞液浓度明显高于蔗糖溶液浓度；细胞c发生质壁分离，说明水分交换前，细胞c的细胞液浓度明显低于蔗糖溶液浓度，A、B正确。在水分交换平衡时，细胞液浓度等于外界蔗糖溶液浓度，综上分析可知，细胞a的细胞液浓度近似等于初始蔗糖溶液浓度，细胞c失水，使细胞c所处的外界蔗糖溶液浓度有所下降，故在水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于下降后的蔗糖溶液浓度，则细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误，D正确。
6．[浙江2022年6月·11，2分]“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，最终胀破 D．若选用根尖分生区细胞为材料，质壁分离现象更明显
【答案】A　【解析】本题考查质壁分离及质壁分离复原实验。由实验结果可知，乙图出现质壁分离现象，丙图出现细胞质壁分离复原现象，说明甲图细胞是有活性的，A正确；与甲图相比，乙图细胞出现质壁分离现象，细胞失水，故乙图细胞的细胞液浓度较高，B错误；丙图细胞出现质壁分离复原现象，细胞吸水，与甲、乙图细胞相比，细胞体积增大，但是植物细胞外面有一层细胞壁起支持和保护作用，故细胞体积不会持续增大，也不会胀破，C错误；根尖分生区细胞排列紧密，呈正方形，细胞分裂旺盛，可用于观察细胞的有丝分裂，但是没有大液泡，不适合用于质壁分离实验的观察，D错误。
8．[湖南2022·10，2分]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(　　)
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 ml/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　【解析】本题考查质壁分离的相关知识。甲组葡萄糖基本培养基和NaCl溶液交替处理，原生质体积的表面积在一直增加，未引起细胞的质壁分离，表明此时细胞内的溶质的浓度≥0.3 ml/L，而非细胞中NaCl浓度≥0.3 ml/L，A错误；乙、丙组中处于葡萄糖基本培养基中时原生质体表面积增加，换用NaCl溶液处理后，原生质体表面积减少，说明发生了质壁分离，再次换用葡萄糖基本培养基时原生质体表面积增加，说明乙、丙组细胞仍具活性，处理解除后细胞可发生质壁分离复原，B正确；该菌的正常生长和吸水都可导致原生质体体积增大，原生质体表面积也会随之增加，C正确；若将该菌先65 ℃水浴灭活，细胞膜失去了选择透过性，不能发生质壁分离与复原，再用 NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化，D正确。