考点12 渗透作用的原理及应用-备战2021年高考生物一轮复习考点一遍过 学案

考点12 渗透作用的原理及应用
高考频度：★★★☆☆ 难易程度：★★★☆☆

1．渗透作用原理
（1）发生渗透作用的条件
①具有半透膜。
②膜两侧溶液具有浓度差。
（2）渗透作用的实质：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数，导致蔗糖溶液液面上升。
2．动植物细胞的渗透吸水和失水
（1）

（2）成熟植物细胞的吸水和失水

①当外界溶液浓度＞细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。
②当外界溶液浓度＜细胞液浓度时，细胞吸水，失水的细胞发生质壁分离复原现象。
3．观察植物细胞的质壁分离和复原
（1）实验原理
①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
②细胞液具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。
③原生质层比细胞壁的伸缩性大得多。
（2）实验步骤


考向一 渗透作用的发生

1．某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置，实验开始时长颈漏斗内外液面平齐，记为零液面。实验开始后，长颈漏斗内部液面的变化趋势为



【答案】B
【解析】仔细观察图示，长颈漏斗内为蔗糖溶液，实验开始后长颈漏斗内部液面将上升，由于实验初始阶段半透膜内外溶液浓度差较大，所以液面上升速率较大。随着液面高度的增大，液柱抑制水分渗入的作用力逐渐增大，当与浓度差促进水分渗入的作用力达到平衡时，液面不再上升。此时，水分子通过半透膜的渗入与渗出达到平衡。
易错警示
走出渗透作用发生的“4”个误区
（1）水分子的移动方向是双向移动，但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数多。
（2）实验中观察指标为漏斗内液面变化，但不能用烧杯液面变化作描述指标，因为现象不明显。
（3）渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压。
（4）如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，因为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。

2．下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，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。下列叙述正确的是

A．渗透平衡时，溶液S1的浓度等于溶液S2的浓度
B．若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时m变小
C．达到渗透平衡时，仍有水分子通过半透膜进出
D．若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时m将增大
【答案】C
【解析】渗透平衡时，溶液S1的浓度大于溶液S2的浓度，A项错误；向漏斗中加入蔗糖分子，半透膜两侧浓度差变大，平衡时m变大，B项错误；达到渗透平衡时，水分子通过半透膜进出的速率相等，C项正确；吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时m将减小，D项错误。

考向二 细胞吸水与失水的实验结果分析

3．如图曲线表示完全相同的两个植物细胞分别放置在A、B溶液中，细胞失水量的变化情况。相关叙述不正确的是

A．该实验可选取绿色植物成熟的叶肉细胞来进行
B．若B溶液的浓度稍减小，则曲线中b点左移
C．两条曲线的差异是由于A、B溶液浓度不同导致的
D．6 min时取出两个细胞用显微镜观察，均可看到质壁分离现象
【答案】C
【试题解析】该实验可选取绿色植物成熟的叶肉细胞来进行，有大液泡，故A正确；若B溶液的浓度稍减小，细胞失水变慢变少，a点下降，质壁分离越慢，复原就越快，所以b点应左移，故B正确；两条曲线的差异可能是由于两种溶液溶质的差异导致的，A溶液溶质不能被细胞吸收，细胞一直处于失水状态，B溶液溶质可能为小分子溶质如KNO3，可被细胞吸收造成质壁分离复原，故C错误；6 min时两个细胞都处于失水状态，均可看到质壁分离现象，故D正确。
规律总结
细胞吸水和失水的特点
（1）运输方向：细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量梯度的跨膜运输过程。
（2）运输特点：细胞吸水时，水分子也有从细胞出来的，细胞失水时，水分子也有进入细胞的，即无论细胞吸水还是失水，水分子通过原生质层的扩散都是双向进行的。

4．将两个完全相同的洋葱根尖成熟区细胞分别放置在甲、乙溶液中，对原生质体体积进行观察后绘制出如下曲线（A为甲曲线最低点）。下列叙述错误的是

A．乙溶液中的溶质可能不能被根尖细胞吸收
B．0~1 h内，乙溶液中的细胞失水量比甲多
C．A点时，甲溶液的渗透压大于细胞液的渗透压
D．2~3 h内，处于甲溶液中的细胞，细胞液的渗透压大于细胞质基质的渗透压
【答案】C
【解析】溶液浓度越高，渗透压越大。洋葱根尖成熟区细胞有中央液泡，当其处于高于细胞液浓度的外界溶液中时，细胞会因失水而导致原生质体体积减小；当其处于低于细胞液浓度的外界溶液中时，细胞会因吸水而导致原生质体体积增大。乙溶液中的原生质体体积一直在减小，说明细胞一直处于失水状态，进而推知：乙溶液中的溶质可能不能被根尖细胞吸收，A正确；0~1 h内，乙溶液中的原生质体体积减小的速度比甲溶液中的快，表明乙溶液中的细胞失水量比甲多，B正确；A点之前原生质体体积逐渐减小，表明细胞在不断失水，甲溶液的浓度大于细胞液的浓度，A点之后原生质体体积逐渐增大，表明细胞在不断吸水，甲溶液的浓度小于细胞液的浓度，因此A点时，水分子进出细胞处于动态平衡，甲溶液的渗透压等于细胞液的渗透压，C错误；2~3 h内，处于甲溶液中的细胞，其原生质体体积逐渐增大，说明细胞在不断吸水，因此其细胞液的渗透压大于细胞质基质的渗透压，D正确。

考向三 探究膜的透性

5．某渗透装置如图所示，烧杯中盛有蒸馏水，已知图中猪膀胱膜允许单糖透过。在倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，一段时间后再加入蔗糖酶。从理论上分析，该实验过程中最可能出现的实验现象是

A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后即下降
B．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后开始下降
C．加酶前后，在烧杯中都可以检测出蔗糖
D．加酶后，可以在烧杯中检测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶
【答案】B
【解析】开始时，因烧杯中水分子通过半透膜进入漏斗内的速度大于漏斗内水分子进入烧杯中的速度，漏斗中液面上升，加酶后漏斗内液面继续上升，A错误；加酶后漏斗内液面继续上升，但一段时间后因蔗糖酶催化蔗糖水解形成单糖，而单糖能通过猪膀胱膜进入烧杯中，故会引起水分子进入烧杯中，漏斗内的液面下降，B正确；加酶前后，烧杯中都不能检测出蔗糖，因为蔗糖是二糖，不能通过半透膜，C错误；蔗糖能在蔗糖酶的作用下水解为可通过半透膜的葡萄糖和果糖，但蔗糖酶不能通过半透膜进入烧杯中，D错误。
解题必备
验证渗透作用发生条件的方法
（1）具有半透膜

（2）半透膜两侧溶液具有浓度差


6．如图为常见的两套渗透装置图（图中S1为30%蔗糖溶液、S2为蒸馏水、S3为30%葡萄糖溶液；已知葡萄糖能通过半透膜，但蔗糖不能通过半透膜），有关叙述错误的是

A．装置A漏斗中溶液液面上升速率逐渐下降
B．装置A渗透过程中水分子通过半透膜的方向是S2→S1
C．装置A达到渗透平衡后，S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度
D．装置B的现象是S3溶液液面先上升后下降，最终S3和S2溶液液面持平
【答案】B
【解析】据题意和图示分析可知：渗透作用是指水分通过半透膜，从溶质浓度低的溶液向溶质浓度高的溶液转移的现象。图A中S1为30%蔗糖溶液、S2为蒸馏水，所以漏斗内液面上升。图B中S2为蒸馏水、S3为30%葡萄糖溶液，而葡萄糖能通过半透膜，所以右侧液面先上升，后下降。装置A中，S130%蔗糖溶液＞S2蒸馏水，所以漏斗中溶液液面上升，但随着液面差的增大，液面上升速率逐渐下降，A正确；装置A渗透过程中水分子通过半透膜的方向是双向的，但S2→S1的明显多于S1→S2的，B错误；装置A达到渗透平衡后，由于漏斗中溶液存在势能，所以S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度，C正确；由于葡萄糖能通过半透膜，所以装置B的现象是S3溶液液面先上升后下降，最终S3和S2溶液液面持平，D正确。

考向四 质壁分离实验的选材、原理与操作

7．在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察(如图所示)。下列有关叙述正确的是

A．第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域
B．第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处
C．吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头
D．为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤
【答案】B
【解析】第一次观察时由于未滴加蔗糖溶液，细胞还没有发生质壁分离，较易观察到的是紫色的大液泡，由于此时液泡占整个细胞体积的比例较大，因此观察到的无色的细胞质基质区域应较小，A错误。第二次观察时已经通过引流法使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中，可以发现首先从细胞的角隅处开始发生质壁分离，B正确。吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水，使溶液浸润整个标本，C错误。第一次显微观察是为了获得实验前的现象，以便于和实验中的现象变化进行前后对照，因此不能省略，D错误。
解题必备
关于细胞质壁分离和复原实验的注意点
（1）本实验存在两组对照实验

（2）引发质壁分离的两种原因

（3）本实验是教材中涉及“显微观察”实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察(不曾换“高倍镜”)的实验。

8．以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离和复原实验的材料，下列有关说法正确的是
A．正在发生质壁分离的细胞，其吸水能力逐渐减弱
B．正在发生质壁分离的细胞，其紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深
C．发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同
D．该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞不能发生质壁分离
【答案】B
【解析】紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液呈现紫色。正在发生质壁分离的细胞，因不断失水导致细胞液的浓度逐渐增大，紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深，其吸水能力逐渐增强，A错误，B正确；因具有支持和保护作用的细胞壁也有一定程度的伸缩性，实验发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同或大于外界溶液浓度，C错误；该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞的细胞液无色，不易观察质壁分离及其复原现象，D错误。

考向五 质壁分离与复原的应用

9．取生理状态相同的某植物新鲜叶片若干，去除主脉后剪成大小相同的小块，随机分成三等份，分别放入甲、乙、丙三种不同浓度的蔗糖溶液中，一段时间后，甲的浓度变小，乙的浓度不变，丙的浓度变大。有关推测错误的是
A．实验前，甲的浓度＞乙的浓度＞丙的浓度
B．实验后，丙的浓度＞乙的浓度＞甲的浓度
C．实验中，水分进出细胞不需要载体和能量
D．实验中，甲中叶片细胞吸水能力逐渐增强
【答案】B
【解析】根据试题分析，生理状态相同的叶片的细胞液浓度是相同的，放入甲、乙、丙三种不同浓度的蔗糖溶液中，甲的浓度变小，细胞失水，则甲浓度＞细胞液浓度，乙的浓度不变，则乙浓度=细胞液浓度，丙的浓度变大，说明细胞吸水，则丙浓度＜细胞液浓度，则实验前甲的浓度＞乙的浓度＞丙的浓度，A项正确；实验后，甲的浓度变小，乙的浓度不变，丙的浓度增大，但不能确定三者浓度之间的关系是丙的浓度＞乙的浓度＞甲的浓度，B项错误；水分进出细胞属于自由扩散，进出细胞不需要载体和能量，C项正确；甲的浓度变小，所以甲中叶片细胞在失水，细胞液浓度增大，因此细胞的吸水能力逐渐增强，D项正确。
解题必备
植物细胞质壁分离及质壁分离复原的拓展应用
（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）比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度

（4）鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)


10．下列有关质壁分离及复原实验的实验材料及外界溶液的叙述，正确的是(　　)
①实验材料必须是成熟的植物活组织细胞　②细胞液必须有颜色　③细胞液最好有颜色　④外界溶液必须对细胞无毒害作用　⑤外界溶液浓度适中，不能过高或过低　⑥外界溶液的浓度无特殊要求，任何浓度均可
A．①③④⑤　　　　　　 B．①②④⑤
C．①③④⑥ D．①②④⑥
【答案】A
【解析】只有保持细胞生活状态，才能保持原生质层具有选择透过性，使细胞失水而发生质壁分离，再吸水复原。细胞液无颜色的植物细胞在相同的条件下也可以发生质壁分离和复原。外界溶液如果对细胞有毒害作用，可能会损伤或杀死细胞，使其失去选择透过性，也不能发生质壁分离和复原。外界溶液浓度要适中，不能过高或过低。


1．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．M1①>③
C．可判断实验1的细胞正在吸水还是失水
D．可判断甲、乙、丙三种溶液的浓度
5．将新鲜的苔藓植物叶片放入其中加有少量红墨水的质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，在显微镜下观察，你会看到苔藓细胞的状态如图所示。此时，部位①和②的颜色分别是(　　)

A．无色、绿色 B．红色、绿色
C．红色、无色 D．红色、红色
6．将同一新鲜马铃薯块茎切成4根粗细相同、长为5 cm的条，再将这4根马铃薯条分别放在不同浓度的KNO3溶液中，依次在30 min和4 h后测量每一根的长度，结果如图所示。下列结论错误的是(　　)

A．a马铃薯条细胞通过渗透作用吸水
B．b马铃薯条细胞质壁分离逐渐复原
C．c马铃薯条细胞发生质壁分离
D．d马铃薯条细胞所处的KNO3溶液浓度增加
7．将蚕豆植株放在湿润的空气中光照一段时间后，取蚕豆叶下表皮制作临时装片。先在清水中观察到气孔开放，然后用0.3 g/mL蔗糖溶液取代清水，继续观察，结果气孔关闭。下列有关叙述正确的是

A．在清水中，保卫细胞发生渗透失水而导致气孔开放
B．蔗糖分子扩散进入保卫细胞后，细胞渗透吸水导致气孔关闭
C．只有将保卫细胞置于0.3 g/mL蔗糖溶液中时，才存在渗透作用
D．当从清水转入0.3 g/mL蔗糖溶液中时，保卫细胞细胞液浓度将增加
8．如图为用玻璃纸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，渗透平衡时的液面差为△h。下列相关叙述错误的是

A．实验开始时S1浓度大于S2
B．渗透平衡时S1浓度大于S2
C．渗透平衡时无物质通过半透膜
D．如果将S2浓度适当降低，则渗透平衡时△h更大
9．将一萝卜去皮后切成大小相同的数个小条，测定长度后随机分成数量相等的几组，然后放在不同浓度的蔗糖溶液中进行实验，一定时间后取出，再次测定每组萝卜条的长度并取平均值，得到关系图。下列有关叙述正确的是

A．a浓度之前蔗糖进入了细胞
B．a浓度之后原生质层紧贴细胞壁
C．a浓度时，细胞内的蔗糖浓度与外界蔗糖溶液浓度相等
D．图中萝卜条长度的变化说明细胞壁具有一定的伸缩性
11．下列关于渗透作用的应用，叙述正确的是
A．将红细胞、变形虫细胞放在清水中会出现破裂现象
B．果脯在腌制中慢慢变甜，是细胞主动吸收糖分的结果
C．腌制的蔬菜之所以不容易变质是因为蔬菜脱水后含水量少，从而代谢缓慢
D．质壁分离的过程中植物细胞吸收水分的能力逐渐增强
12．某同学用形态和生理状况相似的某植物叶片下表皮细胞为材料，进行了如下实验，实验过程中相关细胞都保持生理活性，结果如表所示。下列分析错误的是
实验组别
a
b
c
d
e
f
蔗糖溶液浓度（g/mL）
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
实验前细胞长度/实验后细胞长度
0.70
0.80
0.90
1.06
1.10
1.15
A．6组实验中，表皮细胞都能发生渗透作用，出现吸水或失水现象
B．随着蔗糖溶液浓度的提高，表皮细胞长度先增长再保持不变最后变短
C．实验后，c组液泡中的溶质浓度大于b组
D．细胞在实验前后长度不变的蔗糖浓度介于0.35~0.40g/mL之间
13．下图中甲、乙为两个渗透装置。甲图是发生渗透作用时的初始状态，乙图是较长时间之后，通过漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。下列有关叙述不正确的是

A．甲图③为半透膜，水分子能自由通过
B．图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度
C．图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等
D．图甲中溶液①和②浓度差越大，则图乙中的水柱越高
14．在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中，显微镜同一视野下可依次观察到如图所示的甲、乙、丙三种细胞状态。下列叙述错误的是

A．由视野甲到视野乙需将低倍物镜转换成高倍物镜
B．甲、乙、丙三种状态可以在一个细胞内依次发生
C．与甲状态的细胞相比，乙状态下细胞液浓度更高
D．乙状态细胞滴加清水引流后可变化为丙状态细胞
15．在“探究植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系”实验中，小明利用测微尺对图中高倍镜视野下的细胞进行了测量。若要分析细胞质壁分离的程度，他需要测量并计算的数据是

A．e/b的比值 B．c/d的比值 C．a/d的比值 D．a/c的比值
16．将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸入低浓度的KNO3溶液中，显微镜观察发现细胞吸水膨胀。每隔一段时间测定KNO3的浓度，结果如下图所示。下列有关叙述错误的是

A．AB段变化是细胞吸水速率大于吸收离子速率的结果
B．A点时可观察到细胞中紫色区域比B点小
C．BC段发生质壁分离复原，原生质层逐渐恢复原状
D．B点时细胞液浓度可以大于或等于外界溶液浓度
17．成熟的植物细胞在较高浓度的外界溶液中，会发生质壁分离现象，如图a是发生质壁分离的植物细胞，图b是显微镜下观察到的某一时刻的图像。请据图回答下列问题：

(1)图a中细胞的质壁分离指的是细胞壁和________________的分离，后者的结构包括[　]和[　]以及二者之间的细胞质。
(2)植物细胞发生质壁分离所需的外界条件是________________________，植物细胞自身应具备的结构特点是________________________________。
(3)图b是某同学观察植物细胞质壁分离与复原实验时拍下的显微照片，此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是______________________________。
(4)将形状、大小相同的红心萝卜A和红心萝卜B幼根各5段，分别放在不同浓度的蔗糖溶液(甲～戊)中，一段时间后，取出红心萝卜的幼根称重，结果如图c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________。
18．植物细胞可以渗透吸水或失水，将带“皮”的细嫩的茎纵切后插入两烧杯中，如图所示。

(1)已知b侧的细胞壁比a侧的细胞壁薄，易伸展，判断30 min后可能呈现的形状是(　　)

(2)将同一植物细胞依次浸于蒸馏水、0.3 mol/L蔗糖溶液和0.5 mol/L尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化，结果如甲图所示：

①图甲a、b、c曲线中，表示在0.3 mol/L蔗糖溶液中的是________，由于细胞壁的伸缩性非常小，植物细胞会发生________________现象，生物膜与半透膜的根本区别在于生物膜具有________________(特性)。
②图甲，若曲线c中AF段的细胞如乙图，Ⅰ部位的物质是________________，若曲线b中BC段的细胞如乙图，则Ⅰ、Ⅱ两处的溶液渗透压的大小比较为：Ⅰ________Ⅱ。
③试简要分析图甲中b、c曲线差异的原因：____________________
___________________________________________________________。
19．如图为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题：

(1)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。渗透平衡时的液面差为Δh，此时S1和S2浓度大小关系为________。
(2)图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的________，两者在物质透过功能上的差异是________________________________。
(3)为进一步探究两种膜的特性，某兴趣小组做了以下实验。
实验材料：紫色洋葱。
实验器具：如图所示的渗透装置(不含溶液)，光学显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，刀片，吸水纸，擦镜纸，滴管，记号笔等。
实验试剂：蒸馏水，0.3 g/mL的蔗糖溶液和与其等渗的KNO3溶液。
部分实验步骤和结果如下：
①选两套渗透装置，标上代号X和Y。在两个烧杯里均加入一定量的蒸馏水，分别在装置X和Y的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和KNO3溶液，均调节漏斗内外液面高度一致。渗透平衡时出现液面差的装置有________(填代号)。
②选两片洁净的载玻片，________，在载玻片中央分别滴加________，制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片并分别观察装片中细胞的初始状态。
③观察临时装片中浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生的变化，两者都能出现的现象是________________。
(4)上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是______________。
20．成熟的植物细胞具有中央大液泡，可与外界溶液构成渗透系统进行渗透吸水或渗透失水。图甲表示渗透装置吸水示意图，图乙表示图甲中液面上升的高度与时间的关系，图丙表示成熟植物细胞在某外界溶液中的一种状态(此时细胞有活性)。请回答下列问题：

（1）由图甲漏斗液面上升可知，实验初始c两侧浓度大小关系是a_______b。当液面不再上升时，c两侧浓度大小关系是a_______b。
（2）图丙中相当于图甲中c结构的是________（填序号），此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是______________。
A．细胞液>外界溶液 B．细胞液M2；若发生在质壁分离复原过程中，则M1