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高中生物浙科版 (2019)必修1《分子与细胞》第三章 细胞的代谢第三节 物质通过多种方式出入细胞第1课时学案设计
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第1课时 扩散和渗透、质壁分离及质壁分离复原实验
知识点一 扩散和渗透
1．扩散和渗透
(1)扩散
①含义：分子或离子从__高__浓度处向__低__浓度处运动的现象。
②结果：分子或离子分布均匀，直到__平衡__。此后分子或离子仍在继续运动，维持着平衡的状态。
(2)渗透
①含义：一般来说，__水分子____通过半透膜的扩散。
②方向：从水分子数相对较多(溶液浓度__低__)的一侧进入水分子数相对较少(溶液浓度__高__)的一侧。
【提醒】扩散使扩散分子分布均匀，此后通过分子继续运动维持平衡状态；但渗透平衡时，膜两侧不一定能够实现浓度平衡。
2．动、植物细胞的吸水和失水
小思考：没有膜，渗透作用能否发生？膜两侧没有浓度差，渗透作用能否发生？渗透作用发生必须具备的两个条件是什么？
【答案】不能。不能。有半透膜；膜两侧存在浓度差。
知识点二 活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
1．实验原理
(1)成熟的植物细胞的细胞膜和液泡膜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。
(2)__细胞液__具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。
(3)细胞壁和细胞膜及其以内部分都有一定的伸缩性，且细胞膜及其以内部分的伸缩性较大。
2．实验步骤
3．实验结论
成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水。
【提醒】植物细胞不会吸水涨破，是因为细胞壁限制了植物细胞的过度膨胀。质壁分离中的“质”指的是原生质层，“壁”指的是细胞壁，原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。
小思考：当洋葱表皮细胞发生质壁分离时，细胞壁和原生质层之间充满的是什么液体？
【答案】蔗糖溶液(外界溶液)。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)渗透属于扩散，扩散也属于渗透。( × )
(2)因为动物细胞不能发生质壁分离，所以动物细胞不能发生渗透作用。( × )
(3)只要细胞液的浓度大于外界溶液的浓度，细胞就能渗透吸水。( × )
(4)当分子扩散达到平衡状态时，分子便不再继续运动。( × )
(5)渗透作用方向是溶液中的水分子从溶液浓度低的一侧，进入溶液浓度高的一侧。( √ )
(6)当膜外溶液浓度高于膜内时，水分子只能从膜内向膜外运动。( × )
(7)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验”缺乏实验对照。( × )
(8)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验”中吸水纸是为了吸除多余液体。( × )
2．为什么选用紫色洋葱鳞片叶的外表皮？紫色洋葱内表皮或根尖分生区的细胞能否作为该实验的材料？
【答案】紫色洋葱鳞片叶外表皮具有紫色的大液泡，便于观察。根尖分生区的细胞无大液泡，不发生质壁分离，不能作为该实验的材料；紫色洋葱内表皮细胞虽有大液泡，但液泡内不含色素，不易观察，不宜作为该实验的材料。
3．选择试剂时，为什么选用0.3 g/mL的蔗糖溶液而不用0.5 g/mL的蔗糖溶液？
【答案】使用浓度过高的蔗糖溶液(0.5 g/mL)观察质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高会导致细胞过度失水而死亡。
4．适宜浓度的KNO3溶液或尿素、甘油、乙二醇等能否作为该实验的试剂？为什么？盐酸、酒精、醋酸等可以吗？为什么？
【答案】K＋和NOeq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))可被细胞吸收，从而使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原，不适于作为该实验的试剂(尿素、甘油、乙二醇等现象同上)。盐酸、酒精、醋酸能杀死细胞，不能作为质壁分离实验的试剂。
5．该实验是否需要设置对照？试说明原因。
【答案】不需要。质壁分离前后、质壁分离复原前后分别构成了自身对照。
6．某同学观察到洋葱表皮细胞的质壁分离，但没有观察到质壁分离复原，试分析可能的原因。
【答案】(1)外界溶液浓度过高，细胞过度失水而死亡。(2)质壁分离时间过长，质膜及其以内部分脱水变性。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 利用渗透装置图分析渗透现象))
1．渗透装置图分析
(1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。
(2)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。因为液面高的一侧形成的压强，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。
2．如图甲是一个典型的渗透装置，图乙是一个成熟的植物细胞与外界构成的渗透系统。
(1)⑤是细胞壁，具有全透性(即水分子和溶解在水里的物质均能通过)，伸缩性小。⑥是原生质层，包括②细胞膜、③两层膜之间的细胞质、④液泡膜，其特点是伸缩性大，相当于半透膜。
(2)图乙中，与图甲中a相对应的为①细胞液，与b相对应的为⑥原生质层，与c相对应的是“外界溶液”。
(3)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。
【提醒】有关渗透作用的五个误区
(1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向水分子运动的差别所导致的液面改变。
(2)当半透膜两侧的溶液达到平衡时，是指两侧的水分子运动达到平衡，而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。如透析袋内蔗糖溶液与透析袋外的清水可达到渗透平衡，但浓度总不会相等。
(3)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度指的是物质的量浓度，是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。
(4)生物膜与人工膜不同，生物膜具有选择透过性；人工膜具有半透性，物质能否通过取决于孔径大小。
(5)摩尔浓度和质量浓度不同，溶液浓度指摩尔浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相同，但摩尔浓度是10%蔗糖溶液的小，故水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
eq \a\vs4\al(典例) 某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中( D )
A.液面上升的速率先加快后减慢，最终维持稳定
B．水分子通过半透膜从清水向蔗糖溶液扩散的速率逐渐增大
C．当液面不再上升时，半透膜两侧没有水分子进出
D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高
【解析】分析题图可知：烧杯内是清水，漏斗内是蔗糖溶液，半透膜只允许水分子透过，不允许蔗糖分子通过，漏斗内渗透压高于烧杯，因此从烧杯进入漏斗中的水分子多于由漏斗进入烧杯中的水分子。长颈漏斗内液面上升的过程中，半透膜两侧溶液浓度差逐渐减小，则液面上升的速率起始最快，之后逐渐减慢，最终维持稳定，A错误；从烧杯进入漏斗中的水分子多于由漏斗进入烧杯中的水分子，所以水分子运输方向表现为通过半透膜从清水向蔗糖溶液扩散，且速率逐渐减慢，B错误；当半透膜两侧液体浓度相等时，仍然存在水分子的进出，只是进出达到动态平衡，C错误；由于起始时内外浓度差最大，通过渗透作用扩散到漏斗内的速率最大，随着液面升高，蔗糖溶液浓度降低，内外浓度差减小，水分子通过渗透作用扩散到漏斗内的速率逐渐降低，当进入漏斗的水分子与从漏斗进入清水中的水分子速率达到平衡，液面不再升高时，此时长颈漏斗内液面最高，D正确。
1．图1表示两种物质扩散的图解，图2是为了验证图1物质扩散成立的实验装置，实验结果应是( D )
A.甲中水柱a将持续上升
B．甲中水柱a将先上升后下降
C．乙中水柱b上升到一定高度后维持不变
D．乙中水柱b将先上升后下降最后稳定不变
【解析】图甲中a液面上升，但不会持续上升，A错误；图甲中a液面先上升，然后停止，不会下降，B错误；图乙中b上升到一定高度后会下降，C错误；由于葡萄糖能穿过半透膜，图乙中b将先上升后下降最后稳定不变，D正确。
2．水分子之所以能从低浓度的溶液中进入高浓度的溶液中，是因为存在渗透压。为了证明这一渗透压的存在，并且也能测定渗透压的大小，有人设计了以下三个实验。假设三个实验中水分子进入半透膜的速度是V1，出来的速度是V2。下列对a到b的过程中V1的变化情况和b到c的过程中V2的变化情况描述正确的选项是( D )
A. V2由快变慢，V1由慢变快
B. V1和V2都是由慢变快
C. V1和V2都是由快变慢
D. V1由快变慢，V2由慢变快
【解析】由于蔗糖溶液的浓度大于蒸馏水的浓度，由a到b的过程中，a中水分子进入半透膜的速度很快，b中由于水柱的压强作用，水分子进入半透膜的速度变慢，由b到c的过程中，由于c中施加了压力，水从半透膜出来的速度比较快，D正确。
3．下图中甲是渗透装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间，下列叙述不正确的是( A )
A.半透膜内溶液a的浓度变化可用曲线丙表示
B．水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线乙表示
C．玻璃管内的液面高度变化可用曲线丙表示
D．半透膜内外浓度差的变化可用曲线乙表示
【解析】由于半透膜内为30%的蔗糖溶液，膜外为蒸馏水，膜内浓度高于膜外浓度，水分子由膜外进入膜内的量大于由膜内进入膜外的量。蔗糖溶液浓度降低，可用曲线乙表示，A错误；水分子进入半透膜的速率由膜内外两侧的浓度差决定，由于水分子不断进入膜内，水分子进入半透膜的速率也逐渐下降，可用曲线乙表示，B正确；随着水分子的进入，玻璃管内的液面逐渐上升，在达到渗透平衡时停止，可用曲线丙表示，C正确；由于水分子不断进入膜内，两侧的浓度差越来越小，可用曲线乙表示，D正确。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 植物细胞质壁分离与复原实验的分析))
(1)质壁分离的原因
①内因：原生质层具有半透性，细胞渗透失水，细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。
②外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度。
(2)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象”活动分析
①本实验成功的关键
注意材料的选择：必须选用活的，且含有大液泡的成熟植物细胞。洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液为紫色，易于观察，是最佳的实验材料。
使用蔗糖溶液的浓度要适宜：浓度过小，质壁分离现象不明显，影响观察；浓度过大，会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，无法观察质壁分离复原。
②质壁分离及质壁分离复原实验的应用
a．判断成熟植物细胞的死活
待测成熟植物细胞＋一定浓度的蔗糖溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(发生质壁分离―→活细胞,不发生质壁分离―→死细胞))
b．测定成熟植物细胞液浓度
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 细胞液浓度就是能引起约50%的细胞发生初始质壁分离的蔗糖溶液浓度。
c．比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
不同成熟植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 刚刚发生质壁分离时所需时间的比较―→比较细胞液浓度(判断质壁分离速率)。
d．比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的相同成熟细胞＋未知浓度的溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 镜检记录刚刚发生质壁分离所需时间―→比较所用时间长短―→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)。
e．验证原生质层和细胞壁伸缩性大小
成熟植物细胞＋蔗糖溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 发生质壁分离→细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性。
f.鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
同一植物的相同成熟细胞＋不同种类溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 若只发生质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液(如蔗糖溶液)；若质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液(如KNO3溶液)。
g．质壁分离复原需要将发生质壁分离的植物细胞再置于低浓度的溶液或清水中，但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
eq \a\vs4\al(典例) 下列关于观察洋葱表皮细胞质壁分离及质壁分离复原活动的叙述，正确的是( A )
A．可选用黑藻叶肉细胞代替洋葱表皮细胞作为实验材料
B．质壁分离过程中，水分子单方向地从胞内运动到胞外
C．操作过程中，吸水纸的主要作用是吸除多余液体，防止镜头被污染
D．质壁分离复原过程中，细胞液的紫色逐渐变深
【解析】黑藻叶肉细胞具有大液泡，有细胞壁，故可选用黑藻叶肉细胞代替洋葱表皮细胞作为实验材料，通过叶绿体的分布来观察质壁分离及其质壁分离复原，A正确；质壁分离过程中水分子既有进入细胞的，也有出细胞的，B错误；吸水纸的作用是促进引流，C错误；质壁分离复原过程中，细胞液的紫色逐渐变浅，D错误。
1．将紫色洋葱外表皮放在某低浓度(浓度低于细胞液)溶液中，下列有关叙述错误的是( D )
A．细胞的吸水能力逐渐减弱
B．渗透作用的方向是从细胞外向细胞内
C．细胞体积不再发生变化时仍有水分子进入细胞
D．细胞体积不再发生变化时细胞液浓度和外界溶液浓度相等
【解析】将紫色洋葱外表皮放在低浓度溶液中，细胞发生渗透吸水，吸水导致膜两侧浓度差减小，因此细胞的吸水能力越来越弱，A正确；渗透作用的方向是从低浓度到高浓度，即从细胞外向细胞内，B正确；细胞体积不再发生变化时仍有水分子进入细胞，C正确；由于紫色洋葱外表皮细胞有细胞壁，细胞体积不再发生变化时细胞液浓度可能大于或等于外界溶液浓度，D错误。
2．某研究小组将相同生理状况的洋葱表皮细胞分别用甲、乙、丙、丁、戊五种浓度依次改变的尿素溶液制成临时装片，然后在显微镜下进行首次观察，5分钟后进行二次观察，部分实验结果如下表所示，下列相关叙述正确的是( C )
A.丁处实验结果一定是细胞体积无变化
B．甲、乙、丙、丁、戊五种尿素溶液浓度依次增大
C．再过一段时间后观察，乙组可能会出现质壁分离复原
D．再过一段时间后观察，甲组不可能质壁分离复原，因细胞失水过多而死亡
【解析】依题意，丁处尿素浓度介于丙、戊之间，细胞介于质壁分离与吸水膨胀之间，体积增大、无变化、缩小都有可能，A错误。戊中细胞吸水膨胀，说明尿素溶液浓度小于细胞液的浓度；甲中质壁分离现象明显，细胞失水，尿素浓度大于细胞液的浓度，甲、乙、丙、丁、戊五种尿素溶液浓度依次减小，B错误。尿素分子可以通过原生质层进入细胞液，使原生质层两边的浓度差逐渐减小，过一段时间观察，乙组可能发生质壁分离复原现象，C正确。如果尿素溶液的浓度没有远远大于细胞液的浓度，细胞不会因过度失水而死亡，尿素分子可以进入细胞液导致质壁分离自动复原，D错误。
3．将紫色洋葱外表皮细胞置于一定浓度的蔗糖溶液中，实验开始后的4个时间点a～d测得细胞液相对浓度(P值)如图所示，实验期间细胞均存活。下列叙述正确的是( D )
A.a～b时间内，液泡体积逐渐增大
B．c～d时间内，P值不再增大主要受细胞壁的限制
C．b～c时间内，光学显微镜下可看到水分子运出细胞
D．c～d时间内，洋葱表皮细胞可能并未继续发生质壁分离
【解析】a～b时间内，细胞液浓度增大，说明细胞失水，液泡体积逐渐减小，A错误；c～d时间内，P值不再增大，说明此时进出细胞的水分子数一样多，此过程中P值变化不受细胞壁的限制，B错误；b～c时间内，光学显微镜下不能看到水分子运出细胞，C错误；c～d时间内，P值不再变化，说明此时进出细胞的水分子数一样多，洋葱表皮细胞可能并未继续发生质壁分离，D正确。
1．如图所示，溶液甲为清水，乙为0.1 g/mL的蔗糖溶液(蔗糖不能透过半透膜)，F、G为两个半透膜袋，G体积大于F体积，上端分别接上口径相同的小玻璃管。最初时两个小玻璃管内液面与烧杯液面相平，当F和G中液面均不再变化时，下列有关说法正确的是( C )
A.F与G溶液浓度相等
B．F中液面高于G
C．F、G两个半透膜袋中的水分子仍在进出半透膜
D．通过渗透进入F、G两个半透膜袋的水相对分子质量相同
【解析】当F和G中液面均不再变化时，由于G体积大于F体积，所以G的高度大于F，浓度小于F，通过渗透进入G的水相对分子质量大于F的量。
2．植物体内有三个相邻的细胞a、b、c，已知它们的细胞液浓度大小关系是a＞b>c，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是( C )
A. B. C. D.
【解析】细胞液的浓度高，则吸水能力强，a细胞液浓度最高，c细胞液浓度最低，b介于a、c之间，因此选C。
3．哺乳动物细胞在0.9%NaCl溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度NaCl溶液中，一段时间后制作临时装片，用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是( C )
A．在高于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离
B．在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞
C．在低于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂
D．渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散
【解析】兔的细胞没有细胞壁，所以不会发生质壁分离现象，A错误；在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是水分子进出达到平衡，B错误；在低于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂，C正确；渗透作用是水分子由溶液浓度低处向溶液浓度高处的跨膜的扩散，D错误。
4．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，且S1>S2，漏斗内外起始液面一致(半透膜允许水分子和葡萄糖通过，不允许蔗糖分子通过)。有关说法正确的是( B )
A.渗透平衡时S1和S2浓度的大小关系为S1＝S2
B．液面不再上升时，相同时间内从漏斗进入烧杯中的水与从烧杯进入漏斗内的水的量相同
C．前期漏斗内液面能不断上升是因为水分子只能从烧杯进入漏斗，而不能从漏斗内进入烧杯
D．若将S1和S2换成两种与以上蔗糖质量浓度相同的葡萄糖溶液，则Δh不变
【解析】Δh形成的静水压阻止水分子进入S1，故平衡后，S1浓度仍然大于S2浓度，A错误；液面不再上升时，相同时间内从漏斗进入烧杯中的水与从烧杯进入漏斗内的水的量相同，从而达到动态平衡，B正确；水分子既可以从S1→S2，也可以从S2→S1，在形成Δh的过程中，水分子从S2→S1的速度大于从S1→S2的速度，达到平衡时，二者速度相等，C错误；由于葡萄糖分子可以通过半透膜，故若将S1和S2换成两种与以上蔗糖质量浓度相同的葡萄糖溶液，最终Δh＝0，D错误。
5．将植物细胞分别置于X溶液和Y溶液中，已知X溶液和Y溶液的浓度均高于细胞液浓度，实验所用细胞的细胞液浓度相等。在光学显微镜下观察细胞形态的变化，下图为细胞形态不再变化的情况。
下列叙述错误的是( D )
A．植物细胞在X溶液和Y溶液中均有水分子进出细胞
B．植物细胞在X溶液和Y溶液中均发生过渗透失水
C．实验后与实验前相比，植物细胞在X溶液中细胞液浓度变大
D．植物细胞在X溶液和Y溶液中平衡后，细胞液浓度和外界溶液浓度均相等
【解析】植物细胞在X溶液和Y溶液中均有水分子进出细胞的现象发生，A正确；由A项可知植物细胞在X溶液和Y溶液中均发生过渗透失水和吸水过程，只不过在X溶液中最终表现为失水量大于吸水量，进而表现为质壁分离状态，在Y溶液中最终表现为细胞吸水，是因为细胞吸水量大于失水量，因此细胞表现为体积略增大，B正确；实验后与实验前相比，植物细胞在X溶液中因为失水量大于吸水量而表现为细胞液浓度变大，C正确；植物细胞在X溶液和Y溶液中平衡后，细胞液浓度和外界溶液浓度均不相等，X溶液的浓度依然大于细胞液浓度，Y溶液的浓度依然小于细胞液浓度，D错误。
知识目标
核心素养
1.结合实例，阐明扩散和渗透的概念及原理。
2．结合细胞的结构特点，阐明动、植物细胞的吸水和失水原理。
3．通过“活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象”，进一步理解植物细胞的渗透现象。
4．举例说明物质的被动转运和主动转运。
5．描述胞吞、胞吐的过程
从结构与功能相适应的角度，解释组成细胞的分子是细胞执行各项生命活动的物质基础，阐明物质运输离不开细胞各部分结构分工合作、协调配合
条件
实例
细胞吸水
动物细胞内液(或植物细胞液)浓度>外界溶液浓度
红细胞在蒸馏水中吸水而__涨破__；植物细胞在水中吸水而__膨胀__，但不破裂
进出细胞的水分子数相等
动物细胞内液(或植物细胞液)浓度__＝__外界溶液浓度
红细胞无变化；植物细胞无变化
细胞失水
动物细胞内液(或植物细胞液)浓度__＜__外界溶液浓度
红细胞失水__皱缩__；植物细胞发生__质壁分离__
尿素溶液浓度
甲
乙
丙
丁
戊
首次观察结果
无变化
无变化
无变化
无变化
无变化
二次观察结果
质壁分
离显著
质壁分
离显著
初始分
离明显
？
细胞膨胀
第1课时 扩散和渗透、质壁分离及质壁分离复原实验
知识点一 扩散和渗透
1．扩散和渗透
(1)扩散
①含义：分子或离子从__高__浓度处向__低__浓度处运动的现象。
②结果：分子或离子分布均匀，直到__平衡__。此后分子或离子仍在继续运动，维持着平衡的状态。
(2)渗透
①含义：一般来说，__水分子____通过半透膜的扩散。
②方向：从水分子数相对较多(溶液浓度__低__)的一侧进入水分子数相对较少(溶液浓度__高__)的一侧。
【提醒】扩散使扩散分子分布均匀，此后通过分子继续运动维持平衡状态；但渗透平衡时，膜两侧不一定能够实现浓度平衡。
2．动、植物细胞的吸水和失水
小思考：没有膜，渗透作用能否发生？膜两侧没有浓度差，渗透作用能否发生？渗透作用发生必须具备的两个条件是什么？
【答案】不能。不能。有半透膜；膜两侧存在浓度差。
知识点二 活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
1．实验原理
(1)成熟的植物细胞的细胞膜和液泡膜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。
(2)__细胞液__具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。
(3)细胞壁和细胞膜及其以内部分都有一定的伸缩性，且细胞膜及其以内部分的伸缩性较大。
2．实验步骤
3．实验结论
成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水。
【提醒】植物细胞不会吸水涨破，是因为细胞壁限制了植物细胞的过度膨胀。质壁分离中的“质”指的是原生质层，“壁”指的是细胞壁，原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。
小思考：当洋葱表皮细胞发生质壁分离时，细胞壁和原生质层之间充满的是什么液体？
【答案】蔗糖溶液(外界溶液)。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)渗透属于扩散，扩散也属于渗透。( × )
(2)因为动物细胞不能发生质壁分离，所以动物细胞不能发生渗透作用。( × )
(3)只要细胞液的浓度大于外界溶液的浓度，细胞就能渗透吸水。( × )
(4)当分子扩散达到平衡状态时，分子便不再继续运动。( × )
(5)渗透作用方向是溶液中的水分子从溶液浓度低的一侧，进入溶液浓度高的一侧。( √ )
(6)当膜外溶液浓度高于膜内时，水分子只能从膜内向膜外运动。( × )
(7)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验”缺乏实验对照。( × )
(8)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验”中吸水纸是为了吸除多余液体。( × )
2．为什么选用紫色洋葱鳞片叶的外表皮？紫色洋葱内表皮或根尖分生区的细胞能否作为该实验的材料？
【答案】紫色洋葱鳞片叶外表皮具有紫色的大液泡，便于观察。根尖分生区的细胞无大液泡，不发生质壁分离，不能作为该实验的材料；紫色洋葱内表皮细胞虽有大液泡，但液泡内不含色素，不易观察，不宜作为该实验的材料。
3．选择试剂时，为什么选用0.3 g/mL的蔗糖溶液而不用0.5 g/mL的蔗糖溶液？
【答案】使用浓度过高的蔗糖溶液(0.5 g/mL)观察质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高会导致细胞过度失水而死亡。
4．适宜浓度的KNO3溶液或尿素、甘油、乙二醇等能否作为该实验的试剂？为什么？盐酸、酒精、醋酸等可以吗？为什么？
【答案】K＋和NOeq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))可被细胞吸收，从而使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原，不适于作为该实验的试剂(尿素、甘油、乙二醇等现象同上)。盐酸、酒精、醋酸能杀死细胞，不能作为质壁分离实验的试剂。
5．该实验是否需要设置对照？试说明原因。
【答案】不需要。质壁分离前后、质壁分离复原前后分别构成了自身对照。
6．某同学观察到洋葱表皮细胞的质壁分离，但没有观察到质壁分离复原，试分析可能的原因。
【答案】(1)外界溶液浓度过高，细胞过度失水而死亡。(2)质壁分离时间过长，质膜及其以内部分脱水变性。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 利用渗透装置图分析渗透现象))
1．渗透装置图分析
(1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。
(2)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。因为液面高的一侧形成的压强，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。
2．如图甲是一个典型的渗透装置，图乙是一个成熟的植物细胞与外界构成的渗透系统。
(1)⑤是细胞壁，具有全透性(即水分子和溶解在水里的物质均能通过)，伸缩性小。⑥是原生质层，包括②细胞膜、③两层膜之间的细胞质、④液泡膜，其特点是伸缩性大，相当于半透膜。
(2)图乙中，与图甲中a相对应的为①细胞液，与b相对应的为⑥原生质层，与c相对应的是“外界溶液”。
(3)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。
【提醒】有关渗透作用的五个误区
(1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向水分子运动的差别所导致的液面改变。
(2)当半透膜两侧的溶液达到平衡时，是指两侧的水分子运动达到平衡，而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。如透析袋内蔗糖溶液与透析袋外的清水可达到渗透平衡，但浓度总不会相等。
(3)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度指的是物质的量浓度，是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。
(4)生物膜与人工膜不同，生物膜具有选择透过性；人工膜具有半透性，物质能否通过取决于孔径大小。
(5)摩尔浓度和质量浓度不同，溶液浓度指摩尔浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相同，但摩尔浓度是10%蔗糖溶液的小，故水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
eq \a\vs4\al(典例) 某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中( D )
A.液面上升的速率先加快后减慢，最终维持稳定
B．水分子通过半透膜从清水向蔗糖溶液扩散的速率逐渐增大
C．当液面不再上升时，半透膜两侧没有水分子进出
D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高
【解析】分析题图可知：烧杯内是清水，漏斗内是蔗糖溶液，半透膜只允许水分子透过，不允许蔗糖分子通过，漏斗内渗透压高于烧杯，因此从烧杯进入漏斗中的水分子多于由漏斗进入烧杯中的水分子。长颈漏斗内液面上升的过程中，半透膜两侧溶液浓度差逐渐减小，则液面上升的速率起始最快，之后逐渐减慢，最终维持稳定，A错误；从烧杯进入漏斗中的水分子多于由漏斗进入烧杯中的水分子，所以水分子运输方向表现为通过半透膜从清水向蔗糖溶液扩散，且速率逐渐减慢，B错误；当半透膜两侧液体浓度相等时，仍然存在水分子的进出，只是进出达到动态平衡，C错误；由于起始时内外浓度差最大，通过渗透作用扩散到漏斗内的速率最大，随着液面升高，蔗糖溶液浓度降低，内外浓度差减小，水分子通过渗透作用扩散到漏斗内的速率逐渐降低，当进入漏斗的水分子与从漏斗进入清水中的水分子速率达到平衡，液面不再升高时，此时长颈漏斗内液面最高，D正确。
1．图1表示两种物质扩散的图解，图2是为了验证图1物质扩散成立的实验装置，实验结果应是( D )
A.甲中水柱a将持续上升
B．甲中水柱a将先上升后下降
C．乙中水柱b上升到一定高度后维持不变
D．乙中水柱b将先上升后下降最后稳定不变
【解析】图甲中a液面上升，但不会持续上升，A错误；图甲中a液面先上升，然后停止，不会下降，B错误；图乙中b上升到一定高度后会下降，C错误；由于葡萄糖能穿过半透膜，图乙中b将先上升后下降最后稳定不变，D正确。
2．水分子之所以能从低浓度的溶液中进入高浓度的溶液中，是因为存在渗透压。为了证明这一渗透压的存在，并且也能测定渗透压的大小，有人设计了以下三个实验。假设三个实验中水分子进入半透膜的速度是V1，出来的速度是V2。下列对a到b的过程中V1的变化情况和b到c的过程中V2的变化情况描述正确的选项是( D )
A. V2由快变慢，V1由慢变快
B. V1和V2都是由慢变快
C. V1和V2都是由快变慢
D. V1由快变慢，V2由慢变快
【解析】由于蔗糖溶液的浓度大于蒸馏水的浓度，由a到b的过程中，a中水分子进入半透膜的速度很快，b中由于水柱的压强作用，水分子进入半透膜的速度变慢，由b到c的过程中，由于c中施加了压力，水从半透膜出来的速度比较快，D正确。
3．下图中甲是渗透装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间，下列叙述不正确的是( A )
A.半透膜内溶液a的浓度变化可用曲线丙表示
B．水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线乙表示
C．玻璃管内的液面高度变化可用曲线丙表示
D．半透膜内外浓度差的变化可用曲线乙表示
【解析】由于半透膜内为30%的蔗糖溶液，膜外为蒸馏水，膜内浓度高于膜外浓度，水分子由膜外进入膜内的量大于由膜内进入膜外的量。蔗糖溶液浓度降低，可用曲线乙表示，A错误；水分子进入半透膜的速率由膜内外两侧的浓度差决定，由于水分子不断进入膜内，水分子进入半透膜的速率也逐渐下降，可用曲线乙表示，B正确；随着水分子的进入，玻璃管内的液面逐渐上升，在达到渗透平衡时停止，可用曲线丙表示，C正确；由于水分子不断进入膜内，两侧的浓度差越来越小，可用曲线乙表示，D正确。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 植物细胞质壁分离与复原实验的分析))
(1)质壁分离的原因
①内因：原生质层具有半透性，细胞渗透失水，细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。
②外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度。
(2)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象”活动分析
①本实验成功的关键
注意材料的选择：必须选用活的，且含有大液泡的成熟植物细胞。洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液为紫色，易于观察，是最佳的实验材料。
使用蔗糖溶液的浓度要适宜：浓度过小，质壁分离现象不明显，影响观察；浓度过大，会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，无法观察质壁分离复原。
②质壁分离及质壁分离复原实验的应用
a．判断成熟植物细胞的死活
待测成熟植物细胞＋一定浓度的蔗糖溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(发生质壁分离―→活细胞,不发生质壁分离―→死细胞))
b．测定成熟植物细胞液浓度
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 细胞液浓度就是能引起约50%的细胞发生初始质壁分离的蔗糖溶液浓度。
c．比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
不同成熟植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 刚刚发生质壁分离时所需时间的比较―→比较细胞液浓度(判断质壁分离速率)。
d．比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的相同成熟细胞＋未知浓度的溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 镜检记录刚刚发生质壁分离所需时间―→比较所用时间长短―→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)。
e．验证原生质层和细胞壁伸缩性大小
成熟植物细胞＋蔗糖溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 发生质壁分离→细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性。
f.鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
同一植物的相同成熟细胞＋不同种类溶液 eq \(――→,\s\up7(镜检)) 若只发生质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液(如蔗糖溶液)；若质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液(如KNO3溶液)。
g．质壁分离复原需要将发生质壁分离的植物细胞再置于低浓度的溶液或清水中，但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
eq \a\vs4\al(典例) 下列关于观察洋葱表皮细胞质壁分离及质壁分离复原活动的叙述，正确的是( A )
A．可选用黑藻叶肉细胞代替洋葱表皮细胞作为实验材料
B．质壁分离过程中，水分子单方向地从胞内运动到胞外
C．操作过程中，吸水纸的主要作用是吸除多余液体，防止镜头被污染
D．质壁分离复原过程中，细胞液的紫色逐渐变深
【解析】黑藻叶肉细胞具有大液泡，有细胞壁，故可选用黑藻叶肉细胞代替洋葱表皮细胞作为实验材料，通过叶绿体的分布来观察质壁分离及其质壁分离复原，A正确；质壁分离过程中水分子既有进入细胞的，也有出细胞的，B错误；吸水纸的作用是促进引流，C错误；质壁分离复原过程中，细胞液的紫色逐渐变浅，D错误。
1．将紫色洋葱外表皮放在某低浓度(浓度低于细胞液)溶液中，下列有关叙述错误的是( D )
A．细胞的吸水能力逐渐减弱
B．渗透作用的方向是从细胞外向细胞内
C．细胞体积不再发生变化时仍有水分子进入细胞
D．细胞体积不再发生变化时细胞液浓度和外界溶液浓度相等
【解析】将紫色洋葱外表皮放在低浓度溶液中，细胞发生渗透吸水，吸水导致膜两侧浓度差减小，因此细胞的吸水能力越来越弱，A正确；渗透作用的方向是从低浓度到高浓度，即从细胞外向细胞内，B正确；细胞体积不再发生变化时仍有水分子进入细胞，C正确；由于紫色洋葱外表皮细胞有细胞壁，细胞体积不再发生变化时细胞液浓度可能大于或等于外界溶液浓度，D错误。
2．某研究小组将相同生理状况的洋葱表皮细胞分别用甲、乙、丙、丁、戊五种浓度依次改变的尿素溶液制成临时装片，然后在显微镜下进行首次观察，5分钟后进行二次观察，部分实验结果如下表所示，下列相关叙述正确的是( C )
A.丁处实验结果一定是细胞体积无变化
B．甲、乙、丙、丁、戊五种尿素溶液浓度依次增大
C．再过一段时间后观察，乙组可能会出现质壁分离复原
D．再过一段时间后观察，甲组不可能质壁分离复原，因细胞失水过多而死亡
【解析】依题意，丁处尿素浓度介于丙、戊之间，细胞介于质壁分离与吸水膨胀之间，体积增大、无变化、缩小都有可能，A错误。戊中细胞吸水膨胀，说明尿素溶液浓度小于细胞液的浓度；甲中质壁分离现象明显，细胞失水，尿素浓度大于细胞液的浓度，甲、乙、丙、丁、戊五种尿素溶液浓度依次减小，B错误。尿素分子可以通过原生质层进入细胞液，使原生质层两边的浓度差逐渐减小，过一段时间观察，乙组可能发生质壁分离复原现象，C正确。如果尿素溶液的浓度没有远远大于细胞液的浓度，细胞不会因过度失水而死亡，尿素分子可以进入细胞液导致质壁分离自动复原，D错误。
3．将紫色洋葱外表皮细胞置于一定浓度的蔗糖溶液中，实验开始后的4个时间点a～d测得细胞液相对浓度(P值)如图所示，实验期间细胞均存活。下列叙述正确的是( D )
A.a～b时间内，液泡体积逐渐增大
B．c～d时间内，P值不再增大主要受细胞壁的限制
C．b～c时间内，光学显微镜下可看到水分子运出细胞
D．c～d时间内，洋葱表皮细胞可能并未继续发生质壁分离
【解析】a～b时间内，细胞液浓度增大，说明细胞失水，液泡体积逐渐减小，A错误；c～d时间内，P值不再增大，说明此时进出细胞的水分子数一样多，此过程中P值变化不受细胞壁的限制，B错误；b～c时间内，光学显微镜下不能看到水分子运出细胞，C错误；c～d时间内，P值不再变化，说明此时进出细胞的水分子数一样多，洋葱表皮细胞可能并未继续发生质壁分离，D正确。
1．如图所示，溶液甲为清水，乙为0.1 g/mL的蔗糖溶液(蔗糖不能透过半透膜)，F、G为两个半透膜袋，G体积大于F体积，上端分别接上口径相同的小玻璃管。最初时两个小玻璃管内液面与烧杯液面相平，当F和G中液面均不再变化时，下列有关说法正确的是( C )
A.F与G溶液浓度相等
B．F中液面高于G
C．F、G两个半透膜袋中的水分子仍在进出半透膜
D．通过渗透进入F、G两个半透膜袋的水相对分子质量相同
【解析】当F和G中液面均不再变化时，由于G体积大于F体积，所以G的高度大于F，浓度小于F，通过渗透进入G的水相对分子质量大于F的量。
2．植物体内有三个相邻的细胞a、b、c，已知它们的细胞液浓度大小关系是a＞b>c，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是( C )
A. B. C. D.
【解析】细胞液的浓度高，则吸水能力强，a细胞液浓度最高，c细胞液浓度最低，b介于a、c之间，因此选C。
3．哺乳动物细胞在0.9%NaCl溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度NaCl溶液中，一段时间后制作临时装片，用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是( C )
A．在高于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离
B．在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞
C．在低于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂
D．渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散
【解析】兔的细胞没有细胞壁，所以不会发生质壁分离现象，A错误；在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是水分子进出达到平衡，B错误；在低于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂，C正确；渗透作用是水分子由溶液浓度低处向溶液浓度高处的跨膜的扩散，D错误。
4．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，且S1>S2，漏斗内外起始液面一致(半透膜允许水分子和葡萄糖通过，不允许蔗糖分子通过)。有关说法正确的是( B )
A.渗透平衡时S1和S2浓度的大小关系为S1＝S2
B．液面不再上升时，相同时间内从漏斗进入烧杯中的水与从烧杯进入漏斗内的水的量相同
C．前期漏斗内液面能不断上升是因为水分子只能从烧杯进入漏斗，而不能从漏斗内进入烧杯
D．若将S1和S2换成两种与以上蔗糖质量浓度相同的葡萄糖溶液，则Δh不变
【解析】Δh形成的静水压阻止水分子进入S1，故平衡后，S1浓度仍然大于S2浓度，A错误；液面不再上升时，相同时间内从漏斗进入烧杯中的水与从烧杯进入漏斗内的水的量相同，从而达到动态平衡，B正确；水分子既可以从S1→S2，也可以从S2→S1，在形成Δh的过程中，水分子从S2→S1的速度大于从S1→S2的速度，达到平衡时，二者速度相等，C错误；由于葡萄糖分子可以通过半透膜，故若将S1和S2换成两种与以上蔗糖质量浓度相同的葡萄糖溶液，最终Δh＝0，D错误。
5．将植物细胞分别置于X溶液和Y溶液中，已知X溶液和Y溶液的浓度均高于细胞液浓度，实验所用细胞的细胞液浓度相等。在光学显微镜下观察细胞形态的变化，下图为细胞形态不再变化的情况。
下列叙述错误的是( D )
A．植物细胞在X溶液和Y溶液中均有水分子进出细胞
B．植物细胞在X溶液和Y溶液中均发生过渗透失水
C．实验后与实验前相比，植物细胞在X溶液中细胞液浓度变大
D．植物细胞在X溶液和Y溶液中平衡后，细胞液浓度和外界溶液浓度均相等
【解析】植物细胞在X溶液和Y溶液中均有水分子进出细胞的现象发生，A正确；由A项可知植物细胞在X溶液和Y溶液中均发生过渗透失水和吸水过程，只不过在X溶液中最终表现为失水量大于吸水量，进而表现为质壁分离状态，在Y溶液中最终表现为细胞吸水，是因为细胞吸水量大于失水量，因此细胞表现为体积略增大，B正确；实验后与实验前相比，植物细胞在X溶液中因为失水量大于吸水量而表现为细胞液浓度变大，C正确；植物细胞在X溶液和Y溶液中平衡后，细胞液浓度和外界溶液浓度均不相等，X溶液的浓度依然大于细胞液浓度，Y溶液的浓度依然小于细胞液浓度，D错误。
知识目标
核心素养
1.结合实例，阐明扩散和渗透的概念及原理。
2．结合细胞的结构特点，阐明动、植物细胞的吸水和失水原理。
3．通过“活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象”，进一步理解植物细胞的渗透现象。
4．举例说明物质的被动转运和主动转运。
5．描述胞吞、胞吐的过程
从结构与功能相适应的角度，解释组成细胞的分子是细胞执行各项生命活动的物质基础，阐明物质运输离不开细胞各部分结构分工合作、协调配合
条件
实例
细胞吸水
动物细胞内液(或植物细胞液)浓度>外界溶液浓度
红细胞在蒸馏水中吸水而__涨破__；植物细胞在水中吸水而__膨胀__，但不破裂
进出细胞的水分子数相等
动物细胞内液(或植物细胞液)浓度__＝__外界溶液浓度
红细胞无变化；植物细胞无变化
细胞失水
动物细胞内液(或植物细胞液)浓度__＜__外界溶液浓度
红细胞失水__皱缩__；植物细胞发生__质壁分离__
尿素溶液浓度
甲
乙
丙
丁
戊
首次观察结果
无变化
无变化
无变化
无变化
无变化
二次观察结果
质壁分
离显著
质壁分
离显著
初始分
离明显
？
细胞膨胀
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