高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第1节 被动运输精品课堂检测

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1.生命观念——细胞的结构决定细胞通过渗透作用吸水或失水。
2.科学思维——阐明渗透作用的条件及原理。
3.科学探究——结合探究实验,分析理解细胞吸水和失水的过程及应用。
目标一、渗透作用
1.渗透作用的概念:是指 水分子 (或其他溶剂分子)通过 半透膜 的扩散。
2.渗透作用发生的条件
3.渗透作用的方向
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。
小提醒:渗透作用必须有半透膜,扩散作用则不一定需要;扩散作用适用于各种物质,渗透作用仅指溶剂分子。
4.判断下列相关表述的正误
(1)渗透作用是扩散的一种特殊形式。( √ )
(2)半透膜是生物膜,具有选择透过性。( × )
(3)达到渗透平衡时,半透膜两侧的水分子进行的是双向运动。( √ )
(4)植物通过渗透作用从溶液中吸收K＋。( × )
探究一：渗透作用发生的条件
根据教材P62“问题探讨”中的渗透现象示意图，回答下列问题：
(1)漏斗管内的液面升高的原因：由于单位体积的清水中水分子数多于蔗糖溶液中的水分子数，因此单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。
(2)漏斗管内的液面不会一直升高的原因：管内的水柱产生的压力会加快漏斗中的水分子向外扩散的速度，最终膜两侧水分子扩散的速度达到平衡，液面不再上升。
(3)渗透装置中，当漏斗内的溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度是否相同？为什么？
提示 不相同。漏斗内溶液浓度仍然高，由于漏斗管内液面升高形成的静水压会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，故半透膜两侧溶液浓度关系仍是漏斗内溶液浓度高于烧杯中清水的浓度。
(4)如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？
提示 不会。原因是纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。
(5)如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？
提示 不会。半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。
1.当液面上升到一定程度时,液面不再升高的原因
分析下图可知:漏斗中的液面高于水槽中的液面,液面差为ΔH,由于水槽中与漏斗中的液体具有浓度差,即渗透压差,所以水分子有进入漏斗的趋势;但是当ΔH产生的压强与渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换速率相同时,液面不再升高。
2.影响渗透作用中液面变化的因素分析
强化训练
1.某科研小组设计如图所示的渗透装置，其中蔗糖不能透过半透膜，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，液面不动(渗透平衡)时液面差为Δh。下列说法正确的是( )
A．渗透平衡后S1和S2浓度的大小关系为S1＝S2
B．渗透平衡后无水分子通过半透膜
C．漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快
D．向漏斗内加适量清水Δh将变小
答案 D
解析 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，渗透平衡时液面差为Δh，此时S1和S2浓度的大小关系为S1＞S2，A错误；渗透平衡后水分子依然进出半透膜，只不过进出半透膜的水分子的量相等，B错误；S1溶液浓度大于S2，所以漏斗中溶液液面上升，但随着液面高度差的增大，液面上升速率逐渐减慢，C错误；向漏斗内加适量清水，S1的浓度会变得更小，则两种蔗糖溶液的浓度差变小，达到渗透平衡后Δh将变小，D正确。
2.如图实验装置中，半透膜只允许水分子和单糖分子透过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图。则下列关于液面的变化及相关叙述正确的是( )
A．a先降后升，b先升后降
B．a先升后降，b先降后升
C．当液面最终停止变化时，半透膜两侧溶液浓度相等
D．当液面最终停止变化时，b侧浓度高于a侧
答案 A
解析 本实验中的半透膜只允许葡萄糖、水分子透过，而蔗糖分子不能透过。相同质量分数的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，由于葡萄糖的摩尔质量较小，其物质的量浓度就较大，水分子和葡萄糖都能透过半透膜，但分子小得多的水分子渗透速率要快得多。刚开始时水分子向物质的量浓度较大的葡萄糖溶液一侧渗透，所以b液面高于a液面。之后葡萄糖也逐渐透过半透膜到达a侧，使a侧浓度升高，水又反向渗透，a液面又高于b液面。因此，a先降后升，b先升后降。由于静水压的作用，当液面最终停止变化时，b侧浓度低于a侧。
题后归纳 (1)渗透系统的溶液浓度
研究渗透作用时溶液浓度是指物质的量浓度而非质量浓度：如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液，质量浓度相同，但葡萄糖溶液的物质的量浓度大，故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
(2)渗透现象中液面变化的判断方法
半透膜两侧分别为浓度不同的溶液A、B，有以下三种情况：
①若A侧溶质(如葡萄糖等)可以通过半透膜，B侧溶质不能通过半透膜，则最终B侧液面升高。
②若A侧和B侧溶质是同种物质且均不能通过半透膜，则浓度高的一侧液面升高。
③若A、B两侧溶液的溶质均能通过半透膜，则两侧不存在高度差。
目标二、水进出细胞的原理
1.动物细胞的吸水和失水
(2)现象
2.植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
①原生质层:细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质,称为原生质层。原生质层具有选择透过性,相当于一层 半透膜 。
②浓度差:成熟植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的 细胞液 ,当它和外界溶液有浓度差时,细胞发生吸水或失水。
(2)植物细胞也是通过 渗透作用 吸水和失水的。
3．探究植物细胞的吸水和失水实验
(1)实验材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，具有中央大液泡，细胞液呈紫色，便于观察。
(2)实验流程
4.判断下列相关表述的正误
(1)动物细胞和植物细胞放在蒸馏水中会吸水涨破。( × )
(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。( × )
(3)红细胞吸水与失水的多少取决于红细胞内外浓度的差值。( √ )
(4)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。( × )
探讨二：探究植物细胞的吸水和失水
1.现象：将放置一段时间的马铃薯切成如图所示形状，凹槽内倒入一定量清水，一段时间后液面下降；再将适量蔗糖加入凹槽清水中，一段时间后液面上升，试解释上述现象。
提示 凹槽内注入清水后，由于马铃薯细胞液浓度大于清水，马铃薯细胞吸水，导致清水液面下降；当向清水中加入适量蔗糖后，蔗糖溶液的浓度大于细胞液浓度，细胞失水，一段时间后导致液面升高。
2．探究植物细胞的吸水和失水
(1)提出问题：水分进出细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？
(2)作出假设：原生质层相当于一层半透膜。
(3)实验设计思路
①如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会失水，液泡体积就会缩小；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会吸水，液泡体积就会增大。所以可以通过液泡体积的大小变化反映水分进出细胞的情况。
②如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？
提示 提供蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，提供清水使细胞外溶液浓度降低。
③如何看到细胞，需要借助到什么材料和用具？
提示 利用显微镜观察临时装片。
④对实验结果作出预测——细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？
提示 由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离；加入清水后，当细胞液浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就会透过原生质层进入细胞液，发生质壁分离的复原。
(4)实验材料的选择
①下列细胞中能发生质壁分离的是CEF。
A．大蒜根尖分生区细胞
B．人的口腔上皮细胞
C．菠菜叶肉细胞
D．蛙的红细胞
E．洋葱鳞片叶外表皮细胞
F．洋葱鳞片叶内表皮细胞
②若该细胞代表紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则有色区域在7(用图中数字表示)；若是黑藻叶肉细胞，则有色区域在5(用图中数字表示)；若是洋葱鳞片叶内表皮细胞做实验材料，为使实验结果方便观察，外界溶液中滴加了胭脂红染色剂，则有色区域在6(用图中数字表示)。
(5)实验结果分析
①将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？
提示 颜色逐渐变深。吸水能力逐渐增强。
②有位同学错取了质量浓度为3 g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？
提示 蔗糖溶液浓度太高，细胞因过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。
③实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？
提示 观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的细胞状态形成对照。
(6)拓展应用
①用物质的量浓度为2 ml·L－1的乙二醇溶液和2 ml·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(即植物细胞中细胞壁以内的部分)体积变化情况如图所示。请回答：
2 min后，不同于处于2 ml·L－1的蔗糖溶液中的细胞，处于2 ml·L－1的乙二醇溶液中的细胞自动发生了质壁分离复原现象，发生该现象的原因是乙二醇分子进入细胞内，引起细胞液的浓度增大，细胞吸水使质壁分离自动复原。当质壁分离复原后，此时细胞液的浓度大于或等于外界溶液浓度。
②细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量浓度的蔗糖溶液。写出你的实验思路。
提示 可以配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液，将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液的浓度应介于这两个浓度之间。
【习题巩固】
3．如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是( )
A．图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力减弱
B．图1所示结果只能在图2中C处观察到
C．增大蔗糖溶液的浓度会使第二次观察(D)和第三次观察(F)实验效果更明显
D．该实验用显微镜主要观察原生质层的位置、液泡的颜色和大小等
答案 D
解析 图1细胞若继续发生质壁分离，细胞失水，则该细胞的吸水能力不断增强，A错误；图1所示结果可能处于质壁分离过程中或者平衡状态，也可能处于质壁分离复原过程中，因此可能在图2的C处或E处观察到，B错误；适当增大蔗糖溶液的浓度，使蔗糖溶液与细胞液的浓度差变大，质壁分离的速度加快，但如果蔗糖浓度过高，会导致细胞因失水过多而死亡，不会发生质壁分离复原现象，C错误。
4．(2023·安徽蚌埠高一检测)用物质的量浓度为2 ml·L－1的乙二醇溶液和同物质的量浓度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(植物细胞除去细胞壁后剩余的部分)体积变化情况，如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．在蔗糖溶液中，植物细胞体积明显逐渐减小
B．在d点时，蔗糖溶液中仍有水分子进出植物细胞
C．在0～240 s内，乙二醇没有通过细胞膜进入细胞内
D．在c点与a点代表体积相等时，推测植物细胞液浓度相同
答案 B
解析 在蔗糖溶液中，由于细胞失水，原生质体的体积明显缩小，但细胞壁伸缩性较小，细胞体积没有明显变化，A错误；水分子进出细胞的行为任何时刻都可发生，d点进出达到平衡，B正确；0～240 s内，乙二醇通过细胞膜进入细胞内，导致细胞液浓度增大，细胞吸水导致质壁分离自动复原，C错误；c点相比a点，有部分乙二醇进入了细胞，c点的原生质体体积和a点的体积相等，但由于细胞壁的限制，二者的细胞液浓度未必相等，D错误。
半透膜表面积的大小
半透膜两侧的浓度差
在溶液浓度NB＝NC＞NA,其他条件都相同的情况下,半透膜的表面积越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显
结果:vB＞vC,ΔhB＝ΔhC
在其他条件相同的情况下,半透膜两侧的浓度差越大,单位时间内进出半透膜的水量越多,液面变化越明显
结果:vB＞vC,ΔhB＞ΔhC