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人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第4章 细胞的物质输入和输出第1节 被动运输第1课时学案
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这是一份人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第4章 细胞的物质输入和输出第1节 被动运输第1课时学案，共16页。
第1课时 水进出细胞的原理
[学习目标] 1.阐明渗透作用的条件及原理。2.结合探究实验，分析理解细胞吸水和失水的过程及应用。
一、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：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。
任务一：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．渗透作用具备的两个条件
(1)具有半透膜；(2)膜两侧溶液存在浓度差。
2．水分子的运动规律
(1)水的运输方向：从含水量高的一侧向含水量低的一侧运输。
(2)半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。
(3)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。
3．渗透平衡≠浓度相等
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绝对相等。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。
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。
二、水进出细胞的原理
1．动物细胞的吸水和失水
(1)条件及现象
(2)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。
2．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的细胞液。水进出细胞主要是指水经过原生质层进出液泡。
(2)成熟植物细胞吸水和失水的方式
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
(3)植物细胞发生质壁分离与复原的原因
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
判断正误
(1)当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破( )
(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成( )
(3)在“探究植物细胞的吸水和失水”实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜观察，第二、三次用高倍镜观察( )
答案 (1)× (2)× (3)×
解析 (1)不一定；因为红细胞吸水膨胀后细胞内的溶液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内的溶液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。
(2)植物细胞的原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质组成。
(3)在该实验操作中，三次都是用低倍镜进行观察。
任务二：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。
1．质壁分离及复原现象发生的条件
(1)从细胞角度分析
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。
(2)从溶液角度分析
①在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜)中只发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。
②在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。
③在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。
④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
2．质壁分离及复原现象的拓展应用
(1)判断细胞的活性
待测细胞＋蔗糖溶液eq \(――→,\s\up7(镜检))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(发生质壁分离和复原→活细胞,不发生质壁分离→死细胞))
(2)测定细胞液浓度的范围
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。
(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度
不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短→判断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
成熟植物细胞＋不同种类溶液eq \(――→,\s\up7(镜),\s\d5(检))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(只发生质壁分离→蔗糖溶液,质壁分离后自动复原→KNO3溶液))
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。
题组一 渗透现象及原理分析
1．图甲是发生渗透作用时的初始状态，图乙是较长时间之后，漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。下列有关叙述错误的是( )
A．图甲中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
答案 C
解析 在图乙中，高出液面的水柱所产生的压力与渗透压达到平衡，此时漏斗内溶液②的浓度应比溶液①的浓度高。
2．(2023·广东珠海高一期末)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( )
A．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定
B．水分子只能透过半透膜从清水进入蔗糖溶液
C．当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散
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
答案 D
解析 在长颈漏斗内液面上升的过程中，漏斗内蔗糖溶液的浓度逐渐减小，液面上升的速率逐渐减慢，最终维持稳定，A错误；在长颈漏斗内液面上升的过程中，有水分子透过半透膜从清水进入蔗糖溶液，也有水分子透过半透膜从蔗糖溶液进入清水，只是水分子进入蔗糖溶液的多，出来的少，B错误；由于蔗糖分子不能透过半透膜，半透膜两侧液体浓度不会相等，C错误。
3．将生鸡蛋的大头保持壳膜完好去掉蛋壳，小头开个小孔让蛋清和蛋黄流出。将蛋壳内灌入质量分数为15%的蔗糖溶液，然后放在烧杯的清水中并用铅笔标上吃水线。下列分析错误的是( )
A．壳膜相当于渗透装置中的半透膜
B．半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳所致
C．若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，则蛋壳先上浮后下沉
D．达到平衡后，水分子将不再发生移动
答案 D
解析 本实验中相当于渗透装置中的半透膜的是壳膜，A正确；由于壳膜内的浓度大于外界溶液的浓度，外界清水透过壳膜进入到壳膜内的蔗糖溶液中，导致蛋壳下沉，吃水线低于烧杯的水面，B正确；若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，由于壳膜内的浓度小于外界溶液的浓度，壳膜内的水就透过壳膜进入到壳膜外，导致蛋壳上浮，由于Na＋和Cl－都可以通过半透膜，因此半透膜两侧的浓度差很快消失，壳膜外的水就透过壳膜进入到壳膜内，导致蛋壳下沉，C正确；水分子进出壳膜达到平衡时，水分子仍进出壳膜，D错误。
题组二 水进出细胞的原理
4．将家兔红细胞甲、乙、丙(细胞内部溶液浓度相等)分别置于三种不同浓度(a、b、c)的溶液中，水分子的跨膜运输示意图如下(箭头方向表示水分子的进出，箭头粗细表示水分子出入的多少)。下列说法正确的是( )
A．据图可知，三种溶液浓度c＜b＜a
B．甲细胞发生了渗透吸水现象
C．光学显微镜下可以观察到乙细胞有水分子进出
D．如果把丙细胞换成洋葱表皮细胞，则其会涨破
答案 A
解析 由图分析可知，甲细胞处于高浓度溶液中，细胞失水量大于吸水量，甲细胞发生了渗透失水现象，B错误；光学显微镜下可观察到细胞体积的变化，不能观察到水分子的进出，C错误；若把丙细胞换成洋葱表皮细胞，植物细胞膜外有细胞壁，对细胞起支持和保护作用，则该细胞不会涨破，D错误。
5．下列有关植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是( )
A．与白色花瓣相比，采用红色花瓣有利于实验现象的观察
B．若用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察
C．用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同
D．若用紫色洋葱鳞片叶外表皮做实验，只要用低倍镜观察，可不必用高倍镜
答案 B
解析 红色花瓣细胞的液泡呈现红色，比白色花瓣更便于观察质壁分离现象，A正确；黑藻叶片的叶肉细胞中，液泡无色，叶绿体的存在使原生质层呈现绿色，有利于实验现象的观察，B错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位的细胞，其细胞液浓度不一定相同，用相同浓度的外界溶液进行质壁分离实验时，观察到的质壁分离程度可能不同，C正确；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞体积较大，低倍镜下即可观察到质壁分离现象，不需要用高倍显微镜，D正确。
6．(2023·河北唐山高一检测)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镜观察步骤
答案 B
解析 第一次观察时不能观察到较大的细胞质基质，可观察到紫色大液泡；吸水纸的作用是引流，目的是使蔗糖溶液或清水通过洋葱鳞片叶，使其发生质壁分离或质壁分离复原；第一次显微镜观察是为了对照。
7．将紫色洋葱鳞片叶外表皮浸润在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，1 min后进行显微观察，结果如图。下列有关叙述错误的是( )
A．图中L是细胞壁，M是液泡，N中充满的是蔗糖溶液
B．外界溶液浓度与细胞液浓度的大小此时无法确定
C．实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异
D．未成熟的植物细胞不发生渗透失水或吸水
答案 D
解析 L是细胞壁，M是液泡，N是原生质层与细胞壁中间的部分，由于细胞壁具有全透性，而原生质层相当于一层半透膜，因此N中充满的是蔗糖溶液，A、C正确；根据图示无法判断细胞处于质壁分离加强还是质壁分离已达到平衡的状态，所以外界溶液浓度与细胞液浓度的大小此时无法确定， B正确；未成熟的植物细胞没有大液泡，细胞膜相当于半透膜，当细胞质基质与外界溶液存在浓度差时，也能发生渗透吸水或失水，D错误。
8．(2023·天津河北区高一期末)下列各项中通过质壁分离的实验不能证明的是( )
A．成熟细胞的死活
B．能否发生渗透作用
C．原生质层和细胞壁的伸缩性大小
D．原生质层的组成
答案 D
解析 只有活细胞才能发生质壁分离，死细胞是不能发生质壁分离的，所以通过质壁分离实验可以判断成熟植物细胞的死活，A不符合题意；质壁分离和质壁分离复原实验的原理是渗透作用，B不符合题意；质壁分离实验无法探究出原生质层的组成，D符合题意。
9.如图所示，容器甲中含0.02 ml ·L－1蔗糖，0.03 ml ·L－1尿素；容器乙中含0.01 ml ·L－1蔗糖，0.05 ml ·L－1尿素。甲、乙间隔一层半透膜。第一种情况：半透膜只允许水分子通过；第二种情况：半透膜允许水分子和尿素分子通过。当达到动态平衡时，这两种情况下的液面高度分别是( )
A．一样高，甲高于乙 B．乙高于甲，不能确定
C．乙高于甲，甲高于乙 D．一样高，不能确定
答案 C
解析 第一种情况：半透膜只允许水分子通过，则甲溶液中总的物质的量浓度为0.05 ml ·L－1，乙溶液中总的物质的量浓度为0.06 ml ·L－1，乙溶液的渗透压高于甲的，故最终乙液面高于甲。第二种情况：半透膜允许水分子和尿素分子通过，那么最终半透膜两侧的尿素浓度相等，但是甲溶液中的蔗糖浓度大于乙的，故最终甲液面高于乙。
10．(2023·辽宁丹东高一月考)某植物根毛细胞间隙液的浓度为a，细胞质基质的浓度为b，细胞液的浓度为c，正常状态下，三处液体浓度间的关系是( )
A．a>b>c B．b>c>a
C．a>c>b D．c>b>a
答案 D
解析 水分子由浓度低的溶液向浓度高的溶液渗透，正常情况下细胞处于吸水的状态，所以浓度高低依次是细胞液浓度>细胞质基质浓度>细胞间隙液浓度，即c>b>a。
11．(2022·全国甲，2)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c
C．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 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浓度相等；水分交换达到平衡时，虽然细胞内外溶液浓度相同，但细胞c失水后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，故C错误。
12．(2022·江苏连云港高一期中)将相同的两个植物细胞分别放置在甲、乙两种溶液中，对细胞失水量进行统计后绘制出如图曲线。下列有关叙述正确的是( )
A．甲、乙两溶液的溶质相同
B．a点之前，乙溶液中的溶质已经进入细胞
C．在0～4 min内两条曲线有差异，说明甲溶液浓度低于乙溶液
D．处理到10 min时，两溶液中的细胞液浓度都等于外界溶液浓度
答案 B
解析 在乙溶液中可以发生质壁分离复原过程，在甲溶液中只有质壁分离，故两者的溶质不同，A错误；a点时细胞失水量开始减少，说明a点之前，乙溶液中的溶质已经进入细胞，B正确。
13．小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡呈紫色，是观察质壁分离与复原现象的良好材料。下表是某实验小组利用小蚌兰叶片下表皮细胞在不同浓度的蔗糖溶液中观察质壁分离和复原现象的结果。据表分析，下列叙述中错误的是( )
注：“－”表示不发生，“＋”表示发生，且“＋”越多表示发生程度越大。
A．该细胞的细胞液浓度约相当于0.35～0.40 g/mL的蔗糖溶液浓度
B．质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原现象
C．当蔗糖溶液质量浓度为0.30 g/mL时，细胞内外无水分子的进出
D．质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡颜色逐渐变深
答案 C
解析 蔗糖溶液质量浓度为0.35 g/mL时，细胞未发生质壁分离现象，0.40 g/mL时细胞发生质壁分离现象，则该细胞液浓度与0.35～0.40 g/mL的蔗糖溶液浓度相当，A正确；质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液，细胞发生质壁分离的程度明显，在清水中也能发生质壁分离的复原现象，则质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原现象，B正确；当蔗糖溶液质量浓度为0.30 g/mL时，细胞吸水，此时进入细胞的水分子多于排出细胞的水分子，C错误；质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞失水，液泡颜色加深，D正确。
14．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。如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，实验初始时c两侧浓度大小是a________b。由图乙可知，漏斗中溶液吸水速率在________，最终液面不再上升。当液面不再上升时，因为漏斗内液柱有压力作用，c两侧浓度大小是a________b。
(2)图丙中的③④⑤组成的结构名称是______________，该结构相当于图甲中的结构________(填字母)。结构②中充满着外界溶液，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＜外界溶液
C．细胞液＝外界溶液 D．都有可能
(3)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当中，发现细胞液泡体积增大，说明细胞在渗透吸水，细胞能否无限吸水？______，原因是____________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中，发现细胞没有发生质壁分离复原现象，可能的原因是____________________________________________________________。
答案 (1)小于(或<) 下降(或减慢) 小于(或<) (2)原生质层 c D (3)不能 细胞壁对原生质层有支持和保护的作用 (4)质壁分离过程中，细胞过度失水，已经死亡
15．某实验小组要对“低温是否会影响渗透作用”进行探究，假如你是实验小组的成员，请分析回答下列问题：
材料用具：1 000 mL烧杯，带刻度的长颈漏斗、新鲜的猪膀胱膜、蒸馏水、蔗糖溶液、水浴锅、冰块等。
(1)实验步骤：
①组装渗透装置两套如图，分别编号为1、2。
②在两组烧杯中分别加入等量的蒸馏水，在长颈漏斗中分别加入_______________，保持管内外液面高度相等。
③对两组装置进行不同处理：1组用水浴锅加热至37 ℃，2组的烧杯外加冰块降温。
④两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗的液面刻度变化。
(2)分析回答：
①本实验是通过测定水分子通过膜的扩散，即________作用速率来进行探究。
②此实验的自变量是____________________________________；为了直观地表示相对速率，用______________________________________________________________________________
__________________作为因变量。
(3)预测实验结果及结论：
答案 (1)②等量同一浓度的蔗糖溶液
(2)①渗透 ②(渗透系统所处的)不同温度环境 单位时间(长颈)漏斗液面高度的变化 (3)①低温会影响渗透作用，且使渗透速率减慢 ②若1组漏斗液面比2组低 ③低温不会影响渗透作用过程
条件
现象
吸水
外界溶液的浓度＜细胞质的浓度
失水
外界溶液的浓度＞细胞质的浓度
平衡
外界溶液的浓度＝细胞质的浓度
项目
蔗糖溶液质量浓度(g/mL)
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
是否发生质壁分离现象
－
－
＋
＋ ＋＋
＋ ＋＋ ＋
滴入清水后是否复原
－
－
是
是
－
实验结果
实验结论
若1组漏斗液面比2组高
①________________________________________________________________________
②________________________________
低温会影响渗透作用，且使渗透速率加快
若1、2两组漏斗的液面高度相同
③________________________________________________________________________
第1课时 水进出细胞的原理
[学习目标] 1.阐明渗透作用的条件及原理。2.结合探究实验，分析理解细胞吸水和失水的过程及应用。
一、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：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。
任务一：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．渗透作用具备的两个条件
(1)具有半透膜；(2)膜两侧溶液存在浓度差。
2．水分子的运动规律
(1)水的运输方向：从含水量高的一侧向含水量低的一侧运输。
(2)半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。
(3)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。
3．渗透平衡≠浓度相等
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绝对相等。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。
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。
二、水进出细胞的原理
1．动物细胞的吸水和失水
(1)条件及现象
(2)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。
2．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的细胞液。水进出细胞主要是指水经过原生质层进出液泡。
(2)成熟植物细胞吸水和失水的方式
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
(3)植物细胞发生质壁分离与复原的原因
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
判断正误
(1)当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破( )
(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成( )
(3)在“探究植物细胞的吸水和失水”实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜观察，第二、三次用高倍镜观察( )
答案 (1)× (2)× (3)×
解析 (1)不一定；因为红细胞吸水膨胀后细胞内的溶液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内的溶液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。
(2)植物细胞的原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质组成。
(3)在该实验操作中，三次都是用低倍镜进行观察。
任务二：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。
1．质壁分离及复原现象发生的条件
(1)从细胞角度分析
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。
(2)从溶液角度分析
①在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜)中只发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。
②在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。
③在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。
④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
2．质壁分离及复原现象的拓展应用
(1)判断细胞的活性
待测细胞＋蔗糖溶液eq \(――→,\s\up7(镜检))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(发生质壁分离和复原→活细胞,不发生质壁分离→死细胞))
(2)测定细胞液浓度的范围
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。
(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度
不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短→判断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
成熟植物细胞＋不同种类溶液eq \(――→,\s\up7(镜),\s\d5(检))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(只发生质壁分离→蔗糖溶液,质壁分离后自动复原→KNO3溶液))
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。
题组一 渗透现象及原理分析
1．图甲是发生渗透作用时的初始状态，图乙是较长时间之后，漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。下列有关叙述错误的是( )
A．图甲中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
答案 C
解析 在图乙中，高出液面的水柱所产生的压力与渗透压达到平衡，此时漏斗内溶液②的浓度应比溶液①的浓度高。
2．(2023·广东珠海高一期末)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( )
A．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定
B．水分子只能透过半透膜从清水进入蔗糖溶液
C．当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散
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
答案 D
解析 在长颈漏斗内液面上升的过程中，漏斗内蔗糖溶液的浓度逐渐减小，液面上升的速率逐渐减慢，最终维持稳定，A错误；在长颈漏斗内液面上升的过程中，有水分子透过半透膜从清水进入蔗糖溶液，也有水分子透过半透膜从蔗糖溶液进入清水，只是水分子进入蔗糖溶液的多，出来的少，B错误；由于蔗糖分子不能透过半透膜，半透膜两侧液体浓度不会相等，C错误。
3．将生鸡蛋的大头保持壳膜完好去掉蛋壳，小头开个小孔让蛋清和蛋黄流出。将蛋壳内灌入质量分数为15%的蔗糖溶液，然后放在烧杯的清水中并用铅笔标上吃水线。下列分析错误的是( )
A．壳膜相当于渗透装置中的半透膜
B．半小时后吃水线低于烧杯的水面是由于清水渗入蛋壳所致
C．若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，则蛋壳先上浮后下沉
D．达到平衡后，水分子将不再发生移动
答案 D
解析 本实验中相当于渗透装置中的半透膜的是壳膜，A正确；由于壳膜内的浓度大于外界溶液的浓度，外界清水透过壳膜进入到壳膜内的蔗糖溶液中，导致蛋壳下沉，吃水线低于烧杯的水面，B正确；若将清水换为质量分数为15%的NaCl溶液，由于壳膜内的浓度小于外界溶液的浓度，壳膜内的水就透过壳膜进入到壳膜外，导致蛋壳上浮，由于Na＋和Cl－都可以通过半透膜，因此半透膜两侧的浓度差很快消失，壳膜外的水就透过壳膜进入到壳膜内，导致蛋壳下沉，C正确；水分子进出壳膜达到平衡时，水分子仍进出壳膜，D错误。
题组二 水进出细胞的原理
4．将家兔红细胞甲、乙、丙(细胞内部溶液浓度相等)分别置于三种不同浓度(a、b、c)的溶液中，水分子的跨膜运输示意图如下(箭头方向表示水分子的进出，箭头粗细表示水分子出入的多少)。下列说法正确的是( )
A．据图可知，三种溶液浓度c＜b＜a
B．甲细胞发生了渗透吸水现象
C．光学显微镜下可以观察到乙细胞有水分子进出
D．如果把丙细胞换成洋葱表皮细胞，则其会涨破
答案 A
解析 由图分析可知，甲细胞处于高浓度溶液中，细胞失水量大于吸水量，甲细胞发生了渗透失水现象，B错误；光学显微镜下可观察到细胞体积的变化，不能观察到水分子的进出，C错误；若把丙细胞换成洋葱表皮细胞，植物细胞膜外有细胞壁，对细胞起支持和保护作用，则该细胞不会涨破，D错误。
5．下列有关植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是( )
A．与白色花瓣相比，采用红色花瓣有利于实验现象的观察
B．若用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察
C．用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同
D．若用紫色洋葱鳞片叶外表皮做实验，只要用低倍镜观察，可不必用高倍镜
答案 B
解析 红色花瓣细胞的液泡呈现红色，比白色花瓣更便于观察质壁分离现象，A正确；黑藻叶片的叶肉细胞中，液泡无色，叶绿体的存在使原生质层呈现绿色，有利于实验现象的观察，B错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位的细胞，其细胞液浓度不一定相同，用相同浓度的外界溶液进行质壁分离实验时，观察到的质壁分离程度可能不同，C正确；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞体积较大，低倍镜下即可观察到质壁分离现象，不需要用高倍显微镜，D正确。
6．(2023·河北唐山高一检测)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镜观察步骤
答案 B
解析 第一次观察时不能观察到较大的细胞质基质，可观察到紫色大液泡；吸水纸的作用是引流，目的是使蔗糖溶液或清水通过洋葱鳞片叶，使其发生质壁分离或质壁分离复原；第一次显微镜观察是为了对照。
7．将紫色洋葱鳞片叶外表皮浸润在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，1 min后进行显微观察，结果如图。下列有关叙述错误的是( )
A．图中L是细胞壁，M是液泡，N中充满的是蔗糖溶液
B．外界溶液浓度与细胞液浓度的大小此时无法确定
C．实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异
D．未成熟的植物细胞不发生渗透失水或吸水
答案 D
解析 L是细胞壁，M是液泡，N是原生质层与细胞壁中间的部分，由于细胞壁具有全透性，而原生质层相当于一层半透膜，因此N中充满的是蔗糖溶液，A、C正确；根据图示无法判断细胞处于质壁分离加强还是质壁分离已达到平衡的状态，所以外界溶液浓度与细胞液浓度的大小此时无法确定， B正确；未成熟的植物细胞没有大液泡，细胞膜相当于半透膜，当细胞质基质与外界溶液存在浓度差时，也能发生渗透吸水或失水，D错误。
8．(2023·天津河北区高一期末)下列各项中通过质壁分离的实验不能证明的是( )
A．成熟细胞的死活
B．能否发生渗透作用
C．原生质层和细胞壁的伸缩性大小
D．原生质层的组成
答案 D
解析 只有活细胞才能发生质壁分离，死细胞是不能发生质壁分离的，所以通过质壁分离实验可以判断成熟植物细胞的死活，A不符合题意；质壁分离和质壁分离复原实验的原理是渗透作用，B不符合题意；质壁分离实验无法探究出原生质层的组成，D符合题意。
9.如图所示，容器甲中含0.02 ml ·L－1蔗糖，0.03 ml ·L－1尿素；容器乙中含0.01 ml ·L－1蔗糖，0.05 ml ·L－1尿素。甲、乙间隔一层半透膜。第一种情况：半透膜只允许水分子通过；第二种情况：半透膜允许水分子和尿素分子通过。当达到动态平衡时，这两种情况下的液面高度分别是( )
A．一样高，甲高于乙 B．乙高于甲，不能确定
C．乙高于甲，甲高于乙 D．一样高，不能确定
答案 C
解析 第一种情况：半透膜只允许水分子通过，则甲溶液中总的物质的量浓度为0.05 ml ·L－1，乙溶液中总的物质的量浓度为0.06 ml ·L－1，乙溶液的渗透压高于甲的，故最终乙液面高于甲。第二种情况：半透膜允许水分子和尿素分子通过，那么最终半透膜两侧的尿素浓度相等，但是甲溶液中的蔗糖浓度大于乙的，故最终甲液面高于乙。
10．(2023·辽宁丹东高一月考)某植物根毛细胞间隙液的浓度为a，细胞质基质的浓度为b，细胞液的浓度为c，正常状态下，三处液体浓度间的关系是( )
A．a>b>c B．b>c>a
C．a>c>b D．c>b>a
答案 D
解析 水分子由浓度低的溶液向浓度高的溶液渗透，正常情况下细胞处于吸水的状态，所以浓度高低依次是细胞液浓度>细胞质基质浓度>细胞间隙液浓度，即c>b>a。
11．(2022·全国甲，2)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c
C．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 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浓度相等；水分交换达到平衡时，虽然细胞内外溶液浓度相同，但细胞c失水后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，故C错误。
12．(2022·江苏连云港高一期中)将相同的两个植物细胞分别放置在甲、乙两种溶液中，对细胞失水量进行统计后绘制出如图曲线。下列有关叙述正确的是( )
A．甲、乙两溶液的溶质相同
B．a点之前，乙溶液中的溶质已经进入细胞
C．在0～4 min内两条曲线有差异，说明甲溶液浓度低于乙溶液
D．处理到10 min时，两溶液中的细胞液浓度都等于外界溶液浓度
答案 B
解析 在乙溶液中可以发生质壁分离复原过程，在甲溶液中只有质壁分离，故两者的溶质不同，A错误；a点时细胞失水量开始减少，说明a点之前，乙溶液中的溶质已经进入细胞，B正确。
13．小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡呈紫色，是观察质壁分离与复原现象的良好材料。下表是某实验小组利用小蚌兰叶片下表皮细胞在不同浓度的蔗糖溶液中观察质壁分离和复原现象的结果。据表分析，下列叙述中错误的是( )
注：“－”表示不发生，“＋”表示发生，且“＋”越多表示发生程度越大。
A．该细胞的细胞液浓度约相当于0.35～0.40 g/mL的蔗糖溶液浓度
B．质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原现象
C．当蔗糖溶液质量浓度为0.30 g/mL时，细胞内外无水分子的进出
D．质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡颜色逐渐变深
答案 C
解析 蔗糖溶液质量浓度为0.35 g/mL时，细胞未发生质壁分离现象，0.40 g/mL时细胞发生质壁分离现象，则该细胞液浓度与0.35～0.40 g/mL的蔗糖溶液浓度相当，A正确；质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液，细胞发生质壁分离的程度明显，在清水中也能发生质壁分离的复原现象，则质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原现象，B正确；当蔗糖溶液质量浓度为0.30 g/mL时，细胞吸水，此时进入细胞的水分子多于排出细胞的水分子，C错误；质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞失水，液泡颜色加深，D正确。
14．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。如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，实验初始时c两侧浓度大小是a________b。由图乙可知，漏斗中溶液吸水速率在________，最终液面不再上升。当液面不再上升时，因为漏斗内液柱有压力作用，c两侧浓度大小是a________b。
(2)图丙中的③④⑤组成的结构名称是______________，该结构相当于图甲中的结构________(填字母)。结构②中充满着外界溶液，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＜外界溶液
C．细胞液＝外界溶液 D．都有可能
(3)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当中，发现细胞液泡体积增大，说明细胞在渗透吸水，细胞能否无限吸水？______，原因是____________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中，发现细胞没有发生质壁分离复原现象，可能的原因是____________________________________________________________。
答案 (1)小于(或<) 下降(或减慢) 小于(或<) (2)原生质层 c D (3)不能 细胞壁对原生质层有支持和保护的作用 (4)质壁分离过程中，细胞过度失水，已经死亡
15．某实验小组要对“低温是否会影响渗透作用”进行探究，假如你是实验小组的成员，请分析回答下列问题：
材料用具：1 000 mL烧杯，带刻度的长颈漏斗、新鲜的猪膀胱膜、蒸馏水、蔗糖溶液、水浴锅、冰块等。
(1)实验步骤：
①组装渗透装置两套如图，分别编号为1、2。
②在两组烧杯中分别加入等量的蒸馏水，在长颈漏斗中分别加入_______________，保持管内外液面高度相等。
③对两组装置进行不同处理：1组用水浴锅加热至37 ℃，2组的烧杯外加冰块降温。
④两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗的液面刻度变化。
(2)分析回答：
①本实验是通过测定水分子通过膜的扩散，即________作用速率来进行探究。
②此实验的自变量是____________________________________；为了直观地表示相对速率，用______________________________________________________________________________
__________________作为因变量。
(3)预测实验结果及结论：
答案 (1)②等量同一浓度的蔗糖溶液
(2)①渗透 ②(渗透系统所处的)不同温度环境 单位时间(长颈)漏斗液面高度的变化 (3)①低温会影响渗透作用，且使渗透速率减慢 ②若1组漏斗液面比2组低 ③低温不会影响渗透作用过程
条件
现象
吸水
外界溶液的浓度＜细胞质的浓度
失水
外界溶液的浓度＞细胞质的浓度
平衡
外界溶液的浓度＝细胞质的浓度
项目
蔗糖溶液质量浓度(g/mL)
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
是否发生质壁分离现象
－
－
＋
＋ ＋＋
＋ ＋＋ ＋
滴入清水后是否复原
－
－
是
是
－
实验结果
实验结论
若1组漏斗液面比2组高
①________________________________________________________________________
②________________________________
低温会影响渗透作用，且使渗透速率加快
若1、2两组漏斗的液面高度相同
③________________________________________________________________________
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