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备战2025届新高考生物一轮总复习第2单元细胞的基本结构及物质运输第8讲水进出细胞的原理课件
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这是一份备战2025届新高考生物一轮总复习第2单元细胞的基本结构及物质运输第8讲水进出细胞的原理课件，共54页。PPT课件主要包含了素养目标，半透膜，3现象分析，②现象，吸水膨胀，失水皱缩，形态不变，先升高后下降，实验原理，细胞液等内容，欢迎下载使用。
考点一 渗透作用与细胞的吸水和失水
1.渗透作用(1)概念:水分子(或其他溶剂分子)通过 的扩散,称为渗透作用。 (2)发生条件
2.动植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水①
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)①原理
教材深挖[必修1第63页图4-1拓展]下图甲、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)。请回答下列问题。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,会出现如 图所示现象;达到平衡时,水分子进出细胞的状况如 图所示。
链高考·前挂后连(1)红细胞在高渗NaCl溶液中体积缩小,在低渗NaCl溶液中体积增大的原因是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。[2021·湖北卷]( )(2)质壁分离复原过程中,细胞的吸水能力逐渐降低。[2021·湖南卷]( )(3)探究人体红细胞因失水而发生的形态变化时,可用肉眼直接观察。[2020·全国Ⅱ卷]( )(4)在蔗糖溶液中加入适量红墨水,可用于观察白洋葱鳞片叶表皮细胞的质壁分离。( )(5)1 ml/L NaCl溶液和1 ml/L蔗糖溶液的渗透压大小相等。[2021·湖南卷]( )
练思维·考教衔接1.A、B分别表示渗透作用装置,据图分析并回答下列问题。
(1)溶液的浓度大小判断:Δh不变时,S1、S2的大小关系为S1 S2(填“>” “<”或“=”,S1、S2中溶质不能透过半透膜)。据此分析,对于植物细胞来说,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一定相等吗?为什么?
提示 不一定。植物细胞有细胞壁的支持、保护作用,当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时,有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。
(2)在图B所示的U形玻璃管中,左、右管内分别注入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。初始时两管中液面相平,假设溶质分子不能透过半透膜。①一段时间后,两管中液面的变化为:左管液面 ,右管液面 。(填“升高”“降低”或“不变”) ②若初始时同时向两管内加入等量的麦芽糖酶,两管中液面的变化分别为:左管液面 ,右管液面 。
先下降,再升高,最后稳定在一定高度
2.有研究表明,部分耐盐作物可通过提高液泡中可溶性溶质(如脯氨酸、糖类等)的含量以适应高盐环境,请解释相关的作用机理: 。
提示 在高盐环境下,外界溶液浓度较高,液泡中可溶性溶质含量增加可提高细胞液的浓度,有利于减少水的流失
考向一 结合渗透作用的原理及应用,考查科学思维1.(2022·全国甲卷)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
解析 由题干信息可知,水分交换达到平衡时,细胞a未发生变化,则其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度;细胞b体积增大,则其细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度;细胞c发生了质壁分离,则其细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度。因此水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c,A、B两项合理。由题意可知,水分交换达到平衡时,细胞a未发生变化,说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液的浓度相等。水分交换达到平衡时,细胞内外溶液浓度相等,但细胞c失水导致外界蔗糖溶液的浓度减小,因此,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,C项不合理。细胞c发生了质壁分离,水分交换达到平衡时,其细胞液浓度与外界蔗糖溶液的浓度相等,D项合理。
2.(2023·广东六校联考)某兴趣小组用图甲研究渗透作用,a和b均为蔗糖溶液,c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是( )A.烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度B.若t2时刻向烧杯中加入蔗糖酶,则Δh最终将变小C.t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同D.若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶,则Δh将先变大后变小
解析 漏斗液面高于烧杯液面,说明漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中蔗糖溶液浓度,A项错误;若t2时刻向烧杯中加入蔗糖酶,蔗糖分解为单糖,烧杯内溶液浓度会先上升,由于c允许单糖通过,继而烧杯内溶液浓度会下降,漏斗中溶液浓度进一步上升,则Δh将先变小后变大并最终变大,B项错误;t2时刻半透膜两侧水分子进出速率相等,但是由于漏斗与烧杯的液面不一样高,因此膜两侧溶液浓度不可能相同,C项错误;若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶,蔗糖分解为单糖,漏斗内溶液浓度会先上升,由于c允许单糖通过,继而漏斗内溶液浓度会下降,则Δh将先变大后变小,D项正确。
考向二 结合动植物细胞吸水与失水实验,考查科学思维3.(2022·湖北卷)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白,硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是( )A.经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀B.经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小C.未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀D.未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小
解析 经AgNO3处理的红细胞,水通道蛋白失去活性,但水可以通过自由扩散方式进出细胞,故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀,在高渗蔗糖溶液中会失水变小,A项正确,B项错误;未经AgNO3处理的红细胞,水可通过水通道蛋白快速进出细胞,也可通过自由扩散方式进出细胞,故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀,在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小,C、D两项正确。
考点二 实验:植物细胞的质壁分离及其复原
3.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)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)比较未知浓度溶液的浓度大小
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
教材深挖[必修1第64页“探究·实践”]在本实验中存在哪些对照?
提示 本实验存在的两组实验均为自身对照,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。
链高考·前挂后连(1)观察植物细胞吸水和失水时,可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮。[2021·全国乙卷]( )(2)用黑藻叶片进行质壁分离实验时,质壁分离过程中,黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小。[2020·山东卷]( )(3)需要在高倍显微镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离。[2019·海南卷]( )(4)用黑藻叶片进行质壁分离实验时,叶绿体的存在会干扰实验现象的观察。[2014·全国Ⅰ卷]( )
质壁分离及复原实验分析(1)从细胞角度分析①死细胞、动物细胞不发生质壁分离及复原现象。②细菌细胞一般也能发生质壁分离,但现象不明显。③未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不能用来做该实验。
(2)从溶液角度分析①在一定浓度(溶质不能透过半透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有再用清水或低渗溶液处理,方可复原)。②在一定浓度(溶质可透过半透膜)的溶液(如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离,并能自动复原,因为K+、 、尿素、乙二醇等可转运到细胞内,使细胞液浓度升高,细胞渗透吸水而发生自动复原。③本实验选用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高,质壁分离速度虽快,但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡,质壁分离后不能复原;若质量浓度过低则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
练思维·考教衔接[根据2022全国甲卷、2020全国Ⅱ卷情境设计]将若干生理状况基本相同、长度为4 cm的鲜萝卜条分为四组,分别置于清水(对照组)和浓度相同的三种溶液中(实验组),尿素溶液、KNO3溶液和蔗糖溶液分别编号为1、2、3组。测量每组萝卜条的平均长度,结果如下图。据图分析下列问题。
(1)实验组中是否都发生了质壁分离和复原现象?说出判断依据。
提示 3组只发生质壁分离。据图分析,在尿素溶液中,萝卜条长度先变短,再变长,最后基本保持原来的长度,说明细胞先失水,后来由于尿素分子以自由扩散的方式进入细胞内,细胞吸水复原;在KNO3溶液中,萝卜条长度先变短,再变长,最后基本保持原来的长度,说明细胞先失水,后来由于K+、 以主动运输的方式进入细胞内,细胞吸水复原;在蔗糖溶液中,萝卜条长度失水变短,细胞只能发生质壁分离。
(2)1组中的尿素分子和2组中的K+、 都进入了细胞,进入的方式一样吗?
(3)3组中,如果一直增大蔗糖溶液浓度,萝卜条会不会一直缩短?
提示 不一样。尿素分子进入细胞的方式是自由扩散,而K+、 进入细胞的方式是主动运输。
提示 不会。如果一直增大蔗糖溶液浓度,萝卜条会缩短,但由于细胞壁的支持和保护作用,不可能无限缩短。
考向一 考查实验原理和操作步骤1.(2021·江苏卷)采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验,下列相关叙述正确的是( )A.用镊子撕取的外表皮,若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验B.将外表皮平铺在洁净的载玻片上,直接用高倍镜观察细胞状态C.为尽快观察到质壁分离现象,应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液D.实验观察到许多无色细胞,说明紫色外表皮中有大量细胞含无色液泡
解析 叶肉细胞有原生质层和大液泡,所以可以发生质壁分离,且细胞质中还含有叶绿体,而洋葱鳞片叶外表皮细胞呈紫色,所以即使洋葱鳞片叶外表皮上带有少量叶肉细胞,也不影响实验结果,A项正确;该实验只在低倍镜下观察,无需使用高倍镜,B项错误;为尽快观察到质壁分离现象,应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液,在另一侧用吸水纸引流,重复几次,洋葱细胞就浸润在蔗糖溶液中,C项错误;紫色外表皮细胞中有一个紫色大液泡,故那些无色细胞不是鳞片叶外表皮细胞,D项错误。
考向二 围绕实验拓展应用,考查科学思维2.某兴趣小组用不同浓度(0~0.6 ml/L)的蔗糖溶液处理同一批生理状况相同的黄瓜条,按照蔗糖溶液浓度由低到高的顺序分成1~7组,一定时间后测定黄瓜条的质量变化,得到处理数据如下图所示。下列叙述错误的是( )A.每组实验中黄瓜条浸泡时间属于无关变量B.实验后第1~7组黄瓜条细胞液浓度依次增大C.黄瓜条细胞液的浓度为0.4~0.5 ml/L的某个浓度D.实验后第1~7组黄瓜条细胞的吸水能力依次降低
解析 该实验的无关变量包括黄瓜条浸泡时间、黄瓜条长度、蔗糖溶液体积等,无关变量必须保持相同且适宜,A项正确;1、2、3、4、5组黄瓜条细胞吸水,且吸收的水分依次减少,6组和7组黄瓜条细胞失水,故推测1~7组黄瓜条细胞液浓度依次增大,细胞吸水能力依次增强,B项正确,D项错误;蔗糖溶液浓度为0.4 ml/L时,黄瓜条细胞吸水,蔗糖溶液浓度为0.5 ml/L时,黄瓜条细胞失水,故黄瓜条细胞液浓度为0.4~0.5 ml/L的某个浓度,C项正确。
3.(2023·广东广州模拟)耐盐碱水稻是指能在盐浓度为0.3%以上的盐碱地生长的水稻品种。现有普通水稻和耐盐碱水稻若干,由于标签损坏无法辨认类型,某生物兴趣小组使用质量浓度为0.3 g/mL的KNO3溶液分别处理两组水稻细胞,结果如下图所示,下列叙述正确的是( )A.Ⅱ组水稻原生质体的体积增加,说明Ⅱ组水稻为耐盐碱水稻B.Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升仅受限于细胞壁的伸缩性C.A→B段,Ⅰ组水稻细胞的吸水能力逐渐减弱D.B→C段是由于添加清水
解析 结合题图可知,在质量浓度为0.3 g/mL的KNO3溶液中,Ⅱ组水稻的原生质体体积增加,说明Ⅱ组水稻可以从外界环境中吸收水分,属于耐盐碱水稻,A项正确;Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升除受限于细胞壁的伸缩性外,还受到细胞内外溶液浓度差的影响,B项错误;A→B段,Ⅰ组水稻的原生质体体积减小,说明细胞失水,细胞液浓度增加,吸水能力逐渐增强,C项错误;由于细胞能通过主动运输吸收K+和 ,B→C段细胞液浓度高于外界溶液浓度,细胞吸水,发生质壁分离的复原,D项错误。
角度1 细胞的吸水和失水1.(2020·全国Ⅱ卷)取某植物的成熟叶片,用打孔器获取叶圆片,等分成两份,分别放入质量浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中,得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时,检测甲、乙两组溶液的质量浓度,发现甲组中甲糖溶液的质量浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是( )A.甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液的质量浓度升高B.若测得乙糖溶液的质量浓度不变,则乙组叶细胞的净吸水量为零C.若测得乙糖溶液的质量浓度降低,则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离D.若测得乙糖溶液的质量浓度升高,则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组
解析 由题干可知,甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍,且甲、乙两组溶液的质量浓度相等,故甲糖溶液的物质的量浓度低于乙糖溶液,即甲糖溶液的渗透压小于乙糖溶液。甲糖溶液的质量浓度升高,说明叶细胞吸收了甲糖溶液中的水分,A项正确;若测得乙糖溶液的质量浓度不变,则说明乙糖溶液和叶细胞的水分进出达到平衡,B项正确;若测得乙糖溶液的质量浓度降低,则说明乙糖溶液的浓度高于细胞液浓度,叶肉细胞失水,发生质壁分离,C项正确;若测得乙糖溶液的质量浓度升高,则说明乙糖溶液的浓度低于细胞液浓度,叶细胞吸水,但由于甲糖溶液的渗透压低于乙糖溶液,故叶细胞的净吸水量乙组小于甲组,D项错误。
2.(2021·广东卷)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下,制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响,下图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是( )A.比较保卫细胞细胞液浓度,③处理后>①处理后B.质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中C.滴加③后有较多水分子进入保卫细胞D.推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
解析 由题图可知,蔗糖溶液①处理保卫细胞后,细胞的气孔开度变化不大,说明蔗糖溶液①的浓度与保卫细胞的细胞液浓度接近,保卫细胞由初始状态经过蔗糖溶液③处理后,细胞的气孔开度变大,说明细胞吸水,保卫细胞的细胞液浓度下降,因此③处理后保卫细胞细胞液浓度<①处理后保卫细胞细胞液浓度,A项错误,C项正确。用蔗糖溶液②处理细胞后,细胞的气孔开度变小,说明细胞失水,可观察到质壁分离现象,B项正确。由以上分析可知,蔗糖溶液①可以近似为保卫细胞的等渗溶液,蔗糖溶液②为保卫细胞的高渗溶液,蔗糖溶液③为保卫细胞的低渗溶液,故三种蔗糖溶液的浓度高低为②>①>③,D项正确。
角度2 植物细胞质壁分离与复原实验3.(2019·海南卷)下列关于实验中使用普通光学显微镜的说法,错误的是( )A.用高倍镜观察菠菜细胞叶绿体形态时,临时装片需要保持有水状态B.需要在高倍镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离C.在低倍镜下可以观察到洋葱根尖分生区细胞的形态及大小D.用显微镜观察洋葱根尖细胞核时,可用甲紫进行染色
解析 用高倍镜观察菠菜细胞叶绿体形态时,临时装片需要保持有水状态,以保持细胞处于生活状态,A项正确;低倍镜即可观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离,B项错误;在低倍镜下可以观察到洋葱根尖分生区细胞呈正方形、排列紧密,C项正确;用显微镜观察洋葱根尖细胞核时,可用甲紫对染色体进行染色,D项正确。
4.(2022·湖南卷)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下图所示。
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/LB.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
解析 根据甲组中原生质体的表面积随培养时间的增加而增大,说明甲组细胞吸水,细胞质浓度大于0.3 ml/L NaCl溶液的浓度,但细胞中NaCl浓度不确定,A项错误;乙、丙两组中原生质体的体积缩小,细胞失水,所以会发生质壁分离现象,解除处理后由于细胞能吸收葡萄糖,所以会发生质壁分离复原,B项正确;该菌正常生长,细胞由小变大,可导致原生质体表面积增加,该菌吸水也会导致原生质体表面积增加,C项正确;若将该菌先65 ℃水浴灭活,细胞膜失去选择透过性,再用NaCl溶液处理,原生质体表面积无变化,D项正确。
5.(2022·浙江卷)“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下图所示。下列叙述正确的是( )A.由实验结果推知,甲细胞是有活性的B.与甲细胞相比,乙细胞的细胞液浓度较低C.丙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
解析 由题图可知,甲→乙→丙的过程分别是质壁分离和质壁分离复原。能发生质壁分离的细胞具有活性,A项正确;乙细胞失水,与甲细胞相比,其细胞液浓度较高,B项错误;植物细胞的细胞壁起支持、保护作用,因此植物细胞不会涨破,C项错误;根尖分生区细胞没有大液泡,质壁分离现象不明显, D项错误。
1.为什么咸瓜子吃多了更易使人口干舌燥?为什么盐渍食品暴露在空气中也能保存很长时间?
提示 咸瓜子吃多了更易使人口干舌燥,是因为与细胞内溶液相比,外界溶液浓度高,口腔上皮细胞失水。盐渍食品内外盐浓度太高,微生物无法存活。
2.浓度低的饮料可以用来 ,浓度高的饮料不能很好地起到补充体内水分的作用,是因为 。
过高浓度的饮料反而会导致细胞失水
考点一 渗透作用与细胞的吸水和失水
1.渗透作用(1)概念:水分子(或其他溶剂分子)通过 的扩散,称为渗透作用。 (2)发生条件
2.动植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水①
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)①原理
教材深挖[必修1第63页图4-1拓展]下图甲、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)。请回答下列问题。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,会出现如 图所示现象;达到平衡时,水分子进出细胞的状况如 图所示。
链高考·前挂后连(1)红细胞在高渗NaCl溶液中体积缩小,在低渗NaCl溶液中体积增大的原因是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。[2021·湖北卷]( )(2)质壁分离复原过程中,细胞的吸水能力逐渐降低。[2021·湖南卷]( )(3)探究人体红细胞因失水而发生的形态变化时,可用肉眼直接观察。[2020·全国Ⅱ卷]( )(4)在蔗糖溶液中加入适量红墨水,可用于观察白洋葱鳞片叶表皮细胞的质壁分离。( )(5)1 ml/L NaCl溶液和1 ml/L蔗糖溶液的渗透压大小相等。[2021·湖南卷]( )
练思维·考教衔接1.A、B分别表示渗透作用装置,据图分析并回答下列问题。
(1)溶液的浓度大小判断:Δh不变时,S1、S2的大小关系为S1 S2(填“>” “<”或“=”,S1、S2中溶质不能透过半透膜)。据此分析,对于植物细胞来说,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一定相等吗?为什么?
提示 不一定。植物细胞有细胞壁的支持、保护作用,当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时,有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。
(2)在图B所示的U形玻璃管中,左、右管内分别注入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。初始时两管中液面相平,假设溶质分子不能透过半透膜。①一段时间后,两管中液面的变化为:左管液面 ,右管液面 。(填“升高”“降低”或“不变”) ②若初始时同时向两管内加入等量的麦芽糖酶,两管中液面的变化分别为:左管液面 ,右管液面 。
先下降,再升高,最后稳定在一定高度
2.有研究表明,部分耐盐作物可通过提高液泡中可溶性溶质(如脯氨酸、糖类等)的含量以适应高盐环境,请解释相关的作用机理: 。
提示 在高盐环境下,外界溶液浓度较高,液泡中可溶性溶质含量增加可提高细胞液的浓度,有利于减少水的流失
考向一 结合渗透作用的原理及应用,考查科学思维1.(2022·全国甲卷)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
解析 由题干信息可知,水分交换达到平衡时,细胞a未发生变化,则其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度;细胞b体积增大,则其细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度;细胞c发生了质壁分离,则其细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度。因此水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c,A、B两项合理。由题意可知,水分交换达到平衡时,细胞a未发生变化,说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液的浓度相等。水分交换达到平衡时,细胞内外溶液浓度相等,但细胞c失水导致外界蔗糖溶液的浓度减小,因此,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,C项不合理。细胞c发生了质壁分离,水分交换达到平衡时,其细胞液浓度与外界蔗糖溶液的浓度相等,D项合理。
2.(2023·广东六校联考)某兴趣小组用图甲研究渗透作用,a和b均为蔗糖溶液,c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是( )A.烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度B.若t2时刻向烧杯中加入蔗糖酶,则Δh最终将变小C.t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同D.若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶,则Δh将先变大后变小
解析 漏斗液面高于烧杯液面,说明漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中蔗糖溶液浓度,A项错误;若t2时刻向烧杯中加入蔗糖酶,蔗糖分解为单糖,烧杯内溶液浓度会先上升,由于c允许单糖通过,继而烧杯内溶液浓度会下降,漏斗中溶液浓度进一步上升,则Δh将先变小后变大并最终变大,B项错误;t2时刻半透膜两侧水分子进出速率相等,但是由于漏斗与烧杯的液面不一样高,因此膜两侧溶液浓度不可能相同,C项错误;若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶,蔗糖分解为单糖,漏斗内溶液浓度会先上升,由于c允许单糖通过,继而漏斗内溶液浓度会下降,则Δh将先变大后变小,D项正确。
考向二 结合动植物细胞吸水与失水实验,考查科学思维3.(2022·湖北卷)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白,硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是( )A.经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀B.经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小C.未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀D.未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小
解析 经AgNO3处理的红细胞,水通道蛋白失去活性,但水可以通过自由扩散方式进出细胞,故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀,在高渗蔗糖溶液中会失水变小,A项正确,B项错误;未经AgNO3处理的红细胞,水可通过水通道蛋白快速进出细胞,也可通过自由扩散方式进出细胞,故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀,在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小,C、D两项正确。
考点二 实验:植物细胞的质壁分离及其复原
3.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)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)比较未知浓度溶液的浓度大小
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
教材深挖[必修1第64页“探究·实践”]在本实验中存在哪些对照?
提示 本实验存在的两组实验均为自身对照,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。
链高考·前挂后连(1)观察植物细胞吸水和失水时,可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮。[2021·全国乙卷]( )(2)用黑藻叶片进行质壁分离实验时,质壁分离过程中,黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小。[2020·山东卷]( )(3)需要在高倍显微镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离。[2019·海南卷]( )(4)用黑藻叶片进行质壁分离实验时,叶绿体的存在会干扰实验现象的观察。[2014·全国Ⅰ卷]( )
质壁分离及复原实验分析(1)从细胞角度分析①死细胞、动物细胞不发生质壁分离及复原现象。②细菌细胞一般也能发生质壁分离,但现象不明显。③未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不能用来做该实验。
(2)从溶液角度分析①在一定浓度(溶质不能透过半透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象(只有再用清水或低渗溶液处理,方可复原)。②在一定浓度(溶质可透过半透膜)的溶液(如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离,并能自动复原,因为K+、 、尿素、乙二醇等可转运到细胞内,使细胞液浓度升高,细胞渗透吸水而发生自动复原。③本实验选用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高,质壁分离速度虽快,但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡,质壁分离后不能复原;若质量浓度过低则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
练思维·考教衔接[根据2022全国甲卷、2020全国Ⅱ卷情境设计]将若干生理状况基本相同、长度为4 cm的鲜萝卜条分为四组,分别置于清水(对照组)和浓度相同的三种溶液中(实验组),尿素溶液、KNO3溶液和蔗糖溶液分别编号为1、2、3组。测量每组萝卜条的平均长度,结果如下图。据图分析下列问题。
(1)实验组中是否都发生了质壁分离和复原现象?说出判断依据。
提示 3组只发生质壁分离。据图分析,在尿素溶液中,萝卜条长度先变短,再变长,最后基本保持原来的长度,说明细胞先失水,后来由于尿素分子以自由扩散的方式进入细胞内,细胞吸水复原;在KNO3溶液中,萝卜条长度先变短,再变长,最后基本保持原来的长度,说明细胞先失水,后来由于K+、 以主动运输的方式进入细胞内,细胞吸水复原;在蔗糖溶液中,萝卜条长度失水变短,细胞只能发生质壁分离。
(2)1组中的尿素分子和2组中的K+、 都进入了细胞,进入的方式一样吗?
(3)3组中,如果一直增大蔗糖溶液浓度,萝卜条会不会一直缩短?
提示 不一样。尿素分子进入细胞的方式是自由扩散,而K+、 进入细胞的方式是主动运输。
提示 不会。如果一直增大蔗糖溶液浓度,萝卜条会缩短,但由于细胞壁的支持和保护作用,不可能无限缩短。
考向一 考查实验原理和操作步骤1.(2021·江苏卷)采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验,下列相关叙述正确的是( )A.用镊子撕取的外表皮,若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验B.将外表皮平铺在洁净的载玻片上,直接用高倍镜观察细胞状态C.为尽快观察到质壁分离现象,应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液D.实验观察到许多无色细胞,说明紫色外表皮中有大量细胞含无色液泡
解析 叶肉细胞有原生质层和大液泡,所以可以发生质壁分离,且细胞质中还含有叶绿体,而洋葱鳞片叶外表皮细胞呈紫色,所以即使洋葱鳞片叶外表皮上带有少量叶肉细胞,也不影响实验结果,A项正确;该实验只在低倍镜下观察,无需使用高倍镜,B项错误;为尽快观察到质壁分离现象,应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液,在另一侧用吸水纸引流,重复几次,洋葱细胞就浸润在蔗糖溶液中,C项错误;紫色外表皮细胞中有一个紫色大液泡,故那些无色细胞不是鳞片叶外表皮细胞,D项错误。
考向二 围绕实验拓展应用,考查科学思维2.某兴趣小组用不同浓度(0~0.6 ml/L)的蔗糖溶液处理同一批生理状况相同的黄瓜条,按照蔗糖溶液浓度由低到高的顺序分成1~7组,一定时间后测定黄瓜条的质量变化,得到处理数据如下图所示。下列叙述错误的是( )A.每组实验中黄瓜条浸泡时间属于无关变量B.实验后第1~7组黄瓜条细胞液浓度依次增大C.黄瓜条细胞液的浓度为0.4~0.5 ml/L的某个浓度D.实验后第1~7组黄瓜条细胞的吸水能力依次降低
解析 该实验的无关变量包括黄瓜条浸泡时间、黄瓜条长度、蔗糖溶液体积等,无关变量必须保持相同且适宜,A项正确;1、2、3、4、5组黄瓜条细胞吸水,且吸收的水分依次减少,6组和7组黄瓜条细胞失水,故推测1~7组黄瓜条细胞液浓度依次增大,细胞吸水能力依次增强,B项正确,D项错误;蔗糖溶液浓度为0.4 ml/L时,黄瓜条细胞吸水,蔗糖溶液浓度为0.5 ml/L时,黄瓜条细胞失水,故黄瓜条细胞液浓度为0.4~0.5 ml/L的某个浓度,C项正确。
3.(2023·广东广州模拟)耐盐碱水稻是指能在盐浓度为0.3%以上的盐碱地生长的水稻品种。现有普通水稻和耐盐碱水稻若干,由于标签损坏无法辨认类型,某生物兴趣小组使用质量浓度为0.3 g/mL的KNO3溶液分别处理两组水稻细胞,结果如下图所示,下列叙述正确的是( )A.Ⅱ组水稻原生质体的体积增加,说明Ⅱ组水稻为耐盐碱水稻B.Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升仅受限于细胞壁的伸缩性C.A→B段,Ⅰ组水稻细胞的吸水能力逐渐减弱D.B→C段是由于添加清水
解析 结合题图可知,在质量浓度为0.3 g/mL的KNO3溶液中,Ⅱ组水稻的原生质体体积增加,说明Ⅱ组水稻可以从外界环境中吸收水分,属于耐盐碱水稻,A项正确;Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升除受限于细胞壁的伸缩性外,还受到细胞内外溶液浓度差的影响,B项错误;A→B段,Ⅰ组水稻的原生质体体积减小,说明细胞失水,细胞液浓度增加,吸水能力逐渐增强,C项错误;由于细胞能通过主动运输吸收K+和 ,B→C段细胞液浓度高于外界溶液浓度,细胞吸水,发生质壁分离的复原,D项错误。
角度1 细胞的吸水和失水1.(2020·全国Ⅱ卷)取某植物的成熟叶片,用打孔器获取叶圆片,等分成两份,分别放入质量浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中,得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时,检测甲、乙两组溶液的质量浓度,发现甲组中甲糖溶液的质量浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是( )A.甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液的质量浓度升高B.若测得乙糖溶液的质量浓度不变,则乙组叶细胞的净吸水量为零C.若测得乙糖溶液的质量浓度降低,则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离D.若测得乙糖溶液的质量浓度升高,则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组
解析 由题干可知,甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍,且甲、乙两组溶液的质量浓度相等,故甲糖溶液的物质的量浓度低于乙糖溶液,即甲糖溶液的渗透压小于乙糖溶液。甲糖溶液的质量浓度升高,说明叶细胞吸收了甲糖溶液中的水分,A项正确;若测得乙糖溶液的质量浓度不变,则说明乙糖溶液和叶细胞的水分进出达到平衡,B项正确;若测得乙糖溶液的质量浓度降低,则说明乙糖溶液的浓度高于细胞液浓度,叶肉细胞失水,发生质壁分离,C项正确;若测得乙糖溶液的质量浓度升高,则说明乙糖溶液的浓度低于细胞液浓度,叶细胞吸水,但由于甲糖溶液的渗透压低于乙糖溶液,故叶细胞的净吸水量乙组小于甲组,D项错误。
2.(2021·广东卷)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下,制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响,下图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是( )A.比较保卫细胞细胞液浓度,③处理后>①处理后B.质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中C.滴加③后有较多水分子进入保卫细胞D.推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
解析 由题图可知,蔗糖溶液①处理保卫细胞后,细胞的气孔开度变化不大,说明蔗糖溶液①的浓度与保卫细胞的细胞液浓度接近,保卫细胞由初始状态经过蔗糖溶液③处理后,细胞的气孔开度变大,说明细胞吸水,保卫细胞的细胞液浓度下降,因此③处理后保卫细胞细胞液浓度<①处理后保卫细胞细胞液浓度,A项错误,C项正确。用蔗糖溶液②处理细胞后,细胞的气孔开度变小,说明细胞失水,可观察到质壁分离现象,B项正确。由以上分析可知,蔗糖溶液①可以近似为保卫细胞的等渗溶液,蔗糖溶液②为保卫细胞的高渗溶液,蔗糖溶液③为保卫细胞的低渗溶液,故三种蔗糖溶液的浓度高低为②>①>③,D项正确。
角度2 植物细胞质壁分离与复原实验3.(2019·海南卷)下列关于实验中使用普通光学显微镜的说法,错误的是( )A.用高倍镜观察菠菜细胞叶绿体形态时,临时装片需要保持有水状态B.需要在高倍镜下才能观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离C.在低倍镜下可以观察到洋葱根尖分生区细胞的形态及大小D.用显微镜观察洋葱根尖细胞核时,可用甲紫进行染色
解析 用高倍镜观察菠菜细胞叶绿体形态时,临时装片需要保持有水状态,以保持细胞处于生活状态,A项正确;低倍镜即可观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离,B项错误;在低倍镜下可以观察到洋葱根尖分生区细胞呈正方形、排列紧密,C项正确;用显微镜观察洋葱根尖细胞核时,可用甲紫对染色体进行染色,D项正确。
4.(2022·湖南卷)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下图所示。
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/LB.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
解析 根据甲组中原生质体的表面积随培养时间的增加而增大,说明甲组细胞吸水,细胞质浓度大于0.3 ml/L NaCl溶液的浓度,但细胞中NaCl浓度不确定,A项错误;乙、丙两组中原生质体的体积缩小,细胞失水,所以会发生质壁分离现象,解除处理后由于细胞能吸收葡萄糖,所以会发生质壁分离复原,B项正确;该菌正常生长,细胞由小变大,可导致原生质体表面积增加,该菌吸水也会导致原生质体表面积增加,C项正确;若将该菌先65 ℃水浴灭活,细胞膜失去选择透过性,再用NaCl溶液处理,原生质体表面积无变化,D项正确。
5.(2022·浙江卷)“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下图所示。下列叙述正确的是( )A.由实验结果推知,甲细胞是有活性的B.与甲细胞相比,乙细胞的细胞液浓度较低C.丙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
解析 由题图可知,甲→乙→丙的过程分别是质壁分离和质壁分离复原。能发生质壁分离的细胞具有活性,A项正确;乙细胞失水,与甲细胞相比,其细胞液浓度较高,B项错误;植物细胞的细胞壁起支持、保护作用,因此植物细胞不会涨破,C项错误;根尖分生区细胞没有大液泡,质壁分离现象不明显, D项错误。
1.为什么咸瓜子吃多了更易使人口干舌燥?为什么盐渍食品暴露在空气中也能保存很长时间?
提示 咸瓜子吃多了更易使人口干舌燥,是因为与细胞内溶液相比,外界溶液浓度高,口腔上皮细胞失水。盐渍食品内外盐浓度太高,微生物无法存活。
2.浓度低的饮料可以用来 ,浓度高的饮料不能很好地起到补充体内水分的作用,是因为 。
过高浓度的饮料反而会导致细胞失水
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