微专题3　深度分析渗透作用装置图

[找规律]

1.溶质不能通过半透膜的渗透装置分析

2.溶质能通过半透膜的渗透装置分析

(1)S1和S2是同种溶质，且能透过半透膜，S1溶液浓度大于S2溶液浓度

(2)S1和S2是两种不同的溶质，且只有水和S1能透过半透膜

①若S1的物质的量浓度大于S2的，则出现的现象是S1液面先升高，随后S1中的溶质透过半透膜进入S2，S2液面逐渐升高，最终高于S1。

②若S1的物质的量浓度小于S2的，则出现的现象是S1液面始终低于S2液面。

3.渗透装置的变式分析

图1为渗透作用的初始状态，其中半透膜只允许水分子通过(图中浓度为质量分数)

(1)往稳定后的图1 U型管的左侧加入少量蔗糖酶：

未加酶时：由于10%的葡萄糖溶液的物质的量浓度大，因此水分子由10%的蔗糖溶液→10%的葡萄糖溶液较多，右侧液面升高。

加蔗糖酶后：蔗糖被水解为两分子单糖(葡萄糖和果糖)，导致左侧浓度升高，水分子由10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液较多，则左侧液面升高，最终大于右侧。

(2)若把稳定后的图1 U型管右侧液面高出的部分吸走，则右侧液面继续升高并达到新的平衡，但抽取次数与液面高低之间呈负相关。

(3)若把图1所示装置放在失重环境中，则右侧液面会升高，但是稳定时两侧物质的量浓度相等，因为没有重力的作用。如果此时把右侧高出的液面吸走，则右侧液面不再升高。

(4)如果把图1装置改为图2装置，容器是密闭的，中间是可以移动的半透膜，则分析方法与图1类似，水分子向右移动的多，半透膜向左移动。

[对点小练]

1.(2020·吉林长春统考)如图为一个渗透装置，假设溶质分子或离子不能通过半透膜，实验开始时，液面a和b平齐。下列判断不正确的是(　　)

A.如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则液面a会下降，液面b会上升

B.如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，则液面a会上升，液面b会下降

C.当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的浓度不一定相等

D.当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的渗透压一定相等

解析　如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则水主要向乙一侧扩散，则液面a会下降，液面b会上升，A正确；如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，因此甲的物质的量浓度大于乙，则液面a会上升，液面b会下降，B正确；当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，由于两侧的液面高度差可能不同，因此甲、乙溶液的浓度不一定相等，甲、乙溶液的渗透压也不一定相等，故C正确、D错误。

答案　D

2.(2020·广东惠州调研)如图1为渗透装置示意图，漏斗内装有蔗糖溶液，开始时倒置漏斗内外液面齐平，其中蔗糖不能透过半透膜，而葡萄糖、果糖可以透过半透膜。请回答下列相关问题：

图1

(1)甲～丁四幅图像中能正确表示漏斗内液面上升速率变化的是________；当倒置漏斗内液面停止上升时，水分子________(填“能”或“不能”)通过半透膜。

(2)若半透膜的面积缩小一半，则最终液柱上升的高度________；每次当倒置漏斗内液面停止上升时，快速将高出的液柱抽出，那么抽取次数与液柱高低之间呈________(填“正”或“负”)相关。

(3)若刚开始，图2装置漏斗内外液面齐平，该装置内液柱的变化过程是_____________________________________________________________。

图2

(4)若向图1中已达到平衡的漏斗中加入少量蔗糖酶(不考虑蔗糖酶对浓度的影响)，则漏斗内的液柱变化情况是__________________________。

解析　(1)蔗糖分子不能透过半透膜，故漏斗内蔗糖溶液浓度高于烧杯中清水，由于存在浓度差，漏斗内渗透吸水，液面上升。刚开始半透膜两侧溶液浓度差较大，水分子通过半透膜进漏斗的速率大于出漏斗的速率，液面高度逐渐上升；随着液面的升高，液柱抑制水分子渗入的作用力逐渐增大，水分子通过半透膜进漏斗的速率逐渐减小，曲线的斜率逐渐减小；当液柱抑制水分子渗入的作用力与浓度差促进水分子渗入的作用力达到平衡时，水分子通过半透膜进漏斗的速率等于出漏斗的速率，液面高度不再上升，故丙图曲线正确。(2)漏斗内液面的高低取决于半透膜两侧的浓度差，浓度差越大，液柱上升的高度就越大，由于液柱的高低只与半透膜两侧的浓度差有关，所以无论半透膜的面积怎么改变，最终液柱上升的高度都不变。每次到达动态平衡时将漏斗中高出的液柱(包括水分子和蔗糖分子)抽出，系统渗透平衡被打破，重新达到平衡时，漏斗内的溶液浓度降低，半透膜两侧的浓度差降低，故每次将高出的液柱抽出后，系统重新达到动态平衡时，液柱上升的高度都比上一次低，所以抽取次数与液柱高低之间呈负相关。

(3)开始时由于半透膜两侧存在浓度差，水分子进入漏斗内，液柱上升；同时葡萄糖分子透过半透膜进入烧杯，一段时间后，半透膜两侧溶液的浓度差逐渐减小，液柱下降，最终漏斗内外液面齐平。故该装置内液柱的变化过程是先上升后下降，最终内外液面齐平。(4)向图1中已达到平衡的漏斗中加入蔗糖酶后蔗糖酶将蔗糖水解为葡萄糖和果糖，漏斗内溶液浓度增大，原平衡被打破，水分子进入漏斗中，液柱上升；与此同时，葡萄糖和果糖透过半透膜，使半透膜两侧溶液浓度差逐渐减小，液柱下降；最终漏斗内外液面齐平。故该装置内液柱的变化过程是先上升后下降，最终内外液面齐平。

答案　(1)丙　能　(2)不变　负　(3)先上升后下降，最终内外液面齐平　(4)先上升后下降，最终内外液面齐平

课后·分层训练

(时间：35分钟)

1.(2018·海南卷，5)在不染色的条件下，下列实验材料中，最适合观察细胞质壁分离现象的是(　　)

A.紫色洋葱鳞片叶叶肉细胞

B.紫色洋葱根尖分生区细胞

C.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞

D.紫色洋葱根尖伸长区细胞

解析　紫色洋葱鳞片叶叶肉细胞会因细胞重叠而难以观察到质壁分离现象，A错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞含有紫色的大液泡，不用染色即可清楚观察到紫色中央液泡的变化现象，最适合作为观察材料，C正确；紫色洋葱根尖分生区细胞和伸长区细胞没有大的液泡，所以不会出现细胞质壁分离现象，B、D错误。

答案　C

2.(2015·全国卷Ⅱ，3)下列过程中，不属于胞吐作用的是(　　)

A.浆细胞分泌抗体到细胞外的过程

B.mRNA从细胞核到细胞质的过程

C.分泌蛋白从胰腺的腺泡细胞到胞外的过程

D.突触小泡中的神经递质释放到突触间隙的过程

解析　抗体、分泌蛋白都是大分子物质，其分泌到细胞外的方式都为胞吐，突触小泡中的神经递质以胞吐的方式释放到突触间隙；mRNA通过核孔从细胞核进入细胞质，不属于胞吐作用。

答案　B

3.(2020·福建厦门阶段检测)关于“探究植物细胞质壁分离和复原实验”的叙述，正确的是(　　)

A.在发生质壁分离的过程中，细胞的吸水能力逐渐增强

B.该实验只是观察了质壁分离和复原现象，没有设计对照实验

C.该实验常选择洋葱鳞片叶的内表皮细胞，是因为有紫色中央液泡

D.在不同浓度蔗糖溶液中发生质壁分离的细胞，滴加清水后均能复原

解析　在发生质壁分离过程中细胞液浓度逐渐增大，细胞的吸水能力逐渐增强，A正确；该实验属于前后自身对照实验，B错误；该实验常选择含有紫色中央液泡的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，而内表皮细胞的液泡无色，不便于对实验现象进行观察，C错误；蔗糖溶液浓度过高会使细胞大量失水而死亡，再滴加清水也不能复原，D错误。

答案　A

4.(2020·云南红河期末)萝卜条质量变化与蔗糖溶液浓度的关系如图所示。把相同的新鲜萝卜条放入A、B、C三个不同浓度的蔗糖溶液中，下列分析正确的是(　　)

A.若溶液浓度为A，萝卜条的质量将会减少

B.若溶液浓度为B，水分子不会进出萝卜细胞

C.若溶液浓度为C，萝卜细胞将发生渗透失水

D.一段时间后，在C浓度溶液中的萝卜细胞液渗透压最小

解析　图中溶液浓度为A时，萝卜条吸水，萝卜条的质量增大，A错误；溶液浓度为B时，水分子进出平衡，萝卜条的质量不变，B错误；溶液浓度为C时，萝卜细胞将发生渗透失水，C正确；一段时间后，在C浓度溶液中的萝卜细胞液渗透压最大，D错误。

答案　C

5.(2020·湖南岳阳一模)如图是物质进出细胞的两种运输方式示意图，以下说法错误的是(　　)

A.吞噬细胞对病原体的摄取和处理经a过程要有细胞表面识别和内部供能才可能完成

B.一般情况下神经递质通过a过程进入细胞发挥作用

C.浆细胞产生的抗体经b过程分泌到细胞外，该过程有膜成分的更新

D.经b过程出细胞的物质不一定都是大分子物质

解析　当病原体侵入人体内发生感染时，吞噬细胞通过胞吞的方式对病原体进行摄取和处理，这个过程要有细胞表面的识别和细胞供能才可能完成，A正确；神经递质一般是通过胞吐的形式(b过程)进入突触间隙的，其作用于突触后膜而不进入突触后神经元细胞，B错误；浆细胞产生的抗体是分泌蛋白，抗体通过胞吐的形式分泌到细胞外，该过程中分泌小泡与细胞膜融合，存在膜成分的更新，C正确；通过胞吐的形式分泌出细胞的物质不一定都是大分子物质，如乙酰胆碱，D正确。

答案　B

6.(2020·辽宁朝阳模拟)下列关于细胞的物质跨膜运输的叙述，正确的是(　　)

A.酵母菌无氧呼吸的终产物是通过自由扩散的方式运出细胞的

B.动作电位产生时，神经细胞才进行Na＋、K＋的跨膜运输

C.细胞通过主动运输方式吸收物质的速率与细胞呼吸强度始终呈正相关

D.浆细胞合成、分泌抗体的过程依靠膜的流动性即可完成，不消耗能量

解析　酵母菌无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，两种物质跨膜运输的方式都是自由扩散，A正确；维持或恢复静息电位时，钾离子外流，B错误；细胞主动运输需要消耗能量，还需要载体的协助，因此细胞通过主动运输方式吸收离子的速率不仅与细胞呼吸强度有关，也与载体数量有关，C错误；浆细胞合成、分泌抗体的过程依靠膜的流动性，并且需要消耗能量，D错误。

答案　A

7.(2019·烟台模拟)主动运输的能量可来自ATP水解或电化学梯度(离子的浓度梯度)，如图是与小肠上皮细胞有关的葡萄糖、Na＋跨膜运输的示意图，其中a、b、c表示载体蛋白，“■”“▲”的个数代表分子(或离子)的浓度。据图分析，下列叙述正确的是(　　)

A.载体蛋白b转运葡萄糖的过程中需要ATP水解供能

B.在载体蛋白c的协助下，小肠上皮细胞内外的Na＋浓度趋于相等

C.肠腔中的Na＋浓度降低，会影响小肠上皮细胞吸收葡萄糖

D.机体短暂的供氧不足，会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液

解析　载体蛋白b转运葡萄糖是从高浓度一侧向低浓度一侧运输，为协助扩散，不需要消耗ATP，A错误；载体蛋白c运输Na＋是由低浓度一侧向高浓度一侧运输，为主动运输，最终会使小肠上皮细胞内外的Na＋浓度差更大，B错误；分析图示可知，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是由低浓度一侧向高浓度一侧运输，为主动运输，所需载体与运载Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞的载体蛋白相同，所需能量来自Na＋的电化学梯度(Na＋的浓度梯度)，所以当肠腔中的Na＋浓度降低时，会影响小肠上皮细胞吸收葡萄糖，C正确；葡萄糖从小肠上皮细胞进入组织液的方式是协助扩散，不消耗能量，机体短暂的供氧不足，不会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液，D错误。

答案　C

8.(2020·西安高新一中质检)细胞中的激素、酶、神经递质等能通过“出芽”的形式运输，这些“芽”在生物学上称为囊泡。囊泡与目标膜融合后可把携带的物质传递到精确的位置。请回答下列问题。

(1)人体内的细胞可以通过“出芽”方式形成囊泡的细胞器有________________________。

(2)囊泡是由单层膜所包裹的膜性结构，它分为转运囊泡、储存囊泡、分泌囊泡三种，突触小泡属于其中的________，突触小泡中的“货物”所起的作用是_________________________________________________________。

(3)科学家詹姆斯·罗斯曼发现了囊泡准确“送货”的联络暗语，你认为这些联络暗语的化学本质是____________________________________________，

囊泡“发货”的过程体现了生物膜具有____________的特点。

(4)一种新的制药工艺是以磷脂分子为基本骨架制成的很小的“人工囊泡”，让这些“人工囊泡”裹着药物运输到患病部位，通过人工囊泡与细胞膜的融合、将药物送入细胞。这种物质运输的方式是________。

解析　(1)人体内细胞中的内质网和高尔基体通过“出芽”的形式形成囊泡，囊泡在不同区域之间的沟通中具有很重要的作用。(2)突触小泡属于分泌囊泡，由于神经递质有兴奋性神经递质和抑制性神经递质，因此当神经递质作用于突触后膜后将使下一个神经元兴奋或抑制。(3)囊泡准确“送货”需要通过信息传递作用完成，囊泡与目标膜上都存在糖蛋白，通过二者的特异性识别，实现精确的物质运输。囊泡“发货”的过程依赖于生物膜的流动性特点。(4)“人工囊泡”是以磷脂分子为基本骨架制成的，“人工囊泡”裹着药物很容易与细胞膜融合，并将药物送入细胞，这种物质运输的方式是胞吞。

答案　(1)高尔基体、内质网

(2)分泌囊泡　使下一个神经元兴奋或抑制

(3)蛋白质(或糖蛋白)　一定的流动性　(4)胞吞

9.(2017·海南卷，6)将生长状态一致的某种植物幼苗分成甲、乙两组，分别移入适宜的营养液中在光下培养，并给甲组的营养液适时通入空气，乙组不进行通气处理。一定时间后测得甲组的根对a离子的吸收速率远大于乙组的。关于这一实验现象，下列说法错误的是(　　)

A.给营养液通入空气有利于该植物的生长

B.根细胞对a离子的吸收过程属于自由扩散

C.根细胞对a离子的吸收过程有能量的消耗

D.根细胞的有氧呼吸有利于根对a离子的吸收

解析　由题意可知，通入空气有利于根对a离子的吸收，其原因是：通入空气有利于根部细胞进行有氧呼吸，为细胞提供充足的能量，进而利于根通过主动运输吸收所需的各种无机盐离子，其中包括a离子，最终有利于植物生长。据分析可判断，A、C、D正确，B错误。

答案　B

10.(2019·陕西西安质检)神经元的离子通道是跨越磷脂双分子层的蛋白质，对特定刺激发生反应时才瞬时开放，促使特定离子顺浓度梯度运输(如图所示)。下列相关叙述错误的是(　　)

A.离子通道与神经信息的传递密切相关

B.离子通道的亲水面有利于水溶性物质通过

C.离子通道跨膜运输速率与细胞呼吸强度呈正相关

D.蛋白质变性剂会降低离子通道转运离子的速率

解析　静息电位的维持需依赖于K＋通过钾离子通道的外流，动作电位的产生需依赖于Na＋通过钠离子通道的内流，A正确；根据相似相溶的原理，离子通道的亲水面有利于水溶性物质通过，B正确；通过该离子通道的跨膜运输方式为协助扩散，因此不消耗能量，与细胞呼吸强度无直接关系，C错误；离子通道的化学本质属于蛋白质，蛋白质变性剂会导致离子通道蛋白变性而影响其功能，从而降低离子通道转运离子的速率，D正确。

答案　C

11.(2020·成都市调研)人红细胞吸收葡萄糖是协助扩散，而小肠吸收葡萄糖是主动运输，下列相关说法错误的是(　　)

A.小肠绒毛上皮细胞有较多线粒体

B.一般来说，小肠肠腔葡萄糖含量低于小肠上皮细胞内含量，所以需要主动运输

C.葡萄糖从高浓度进入低浓度的人红细胞内的时候，在载体帮助下，逆浓度梯度，所以不需要能量，属于协助扩散

D.葡萄糖从高浓度进入低浓度的人红细胞内的时候，在载体帮助下，顺浓度梯度，所以不需要能量，属于协助扩散

解析　主动运输需要载体协助并消耗能量，消耗的能量主要来自有氧呼吸产生的ATP，小肠吸收葡萄糖是主动运输，因此可推测小肠绒毛上皮细胞有较多线粒体，A正确；小肠肠腔葡萄糖含量低于小肠上皮细胞内葡萄糖含量，故小肠吸收葡萄糖是逆浓度梯度进行的，方式为主动运输，B正确；血浆葡萄糖浓度高于人红细胞内葡萄糖浓度，且人红细胞吸收葡萄糖的运输为顺浓度梯度，不需要能量，属于协助扩散，C错误，D正确。

答案　C

12.(2019·吉林模拟)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1是发生质壁分离的植物细胞，请据图回答下列问题：

(1)图1中细胞的质壁分离指的是细胞壁和________的分离；图2细胞在蔗糖溶液中发生质壁分离后，在质壁之间充满的是________。

(2)并不是该植物的所有活细胞均可发生质壁分离，能发生质壁分离的细胞必须具有_________________________________________________；将洋葱细胞放到大于其细胞液浓度的KNO3溶液中，一段时间后用显微镜观察，发现该细胞未发生质壁分离，其原因可能是该细胞________(多选)。

a.是死细胞　b.大量吸水　c.是根尖分生区细胞

d.大量失水　e.质壁分离后又自动复原

(3)图2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)取形状，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3所示。请据图回答下列问题：

图3

①红心萝卜B比红心萝卜A的细胞液浓度________(填“高”或“低”)。

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________(填“升高”“降低”或“不变”)。

解析　(1)图1中细胞的质壁分离指的是细胞壁和原生质层的分离；图2细胞在蔗糖溶液中发生质壁分离后，由于细胞壁具有全透性，因此质壁之间充满的是蔗糖溶液。(2)具有中央大液泡、活的、成熟的植物细胞才能发生质壁分离；植物细胞能通过主动运输的方式吸收K＋、NO，因此若将洋葱细胞放到大于其细胞液浓度的KNO3溶液中，一段时间后用显微镜观察发现该细胞未发生质壁分离，其原因可能是该细胞先发生了质壁分离，然后又自动复原，也可能是该细胞是死细胞或根尖分生区的细胞。(3)根据题意和图示分析可知，图2中的细胞可能处于质壁分离状态，也可能处于质壁分离复原状态，所以此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系有大于、等于或小于三种可能。(4)①由图3中甲、乙、丁中幼根重量减少时，B幼根比A幼根减少的重量多，而丙、戊中幼根重量增加时，B幼根比A幼根增加的重量少，可知红心萝卜B的细胞液浓度低于红心萝卜A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的幼根吸水，其细胞液浓度降低。

答案　(1)原生质层　蔗糖溶液

(2)中央大液泡　a、c、e

(3)大于、等于或小于

(4)①低　②降低

13.(拔高题)(2020·江西金太阳联考)如图是选用蔗糖溶液作为实验材料，用U型管做渗透实验的装置。请回答下列问题：

该图实验结果说明蔗糖分子不能通过半透膜。某同学想继续探究蔗糖水解产物能否通过半透膜，他向b管中滴加了两滴一定浓度的蔗糖酶，并在适宜温度下水浴保温一段时间，观察实验现象并预测实验结果：

(1)一段时间后，若发现a、b两管的液面高度差继续增大，直至最后稳定不变。请分析造成此现象的原因有：_______________________________________

_______________________，_________________________。

(2)一段时间后，若发现b管液面先上升后下降，直至b侧液面仅略高于a侧后不再变化，说明___________________________________________________，为使两侧液面等高，应进行的操作是_____       _________________________。

解析　该图实验结果说明蔗糖分子不能通过半透膜。某同学想继续探究蔗糖水解产物能否通过半透膜，他向b管中滴加了两滴一定浓度的蔗糖酶，并在适宜温度下水浴保温一段时间，观察实验现象并预测实验结果：(1)一段时间后，若发现a、b两管的液面高度差继续增大，直至最后稳定不变，说明滴加蔗糖酶后使b侧溶液浓度(浓度指的是物质的量浓度)升高，蔗糖被水解，其产物不能通过半透膜。(2)一段时间后，若发现b管液面先上升后下降，直至b侧液面仅略高于a侧后不再变化，说明b侧浓度略高于a侧，原因是蔗糖水解产物能通过半透膜，但“b管中滴加了两滴一定浓度的蔗糖酶”，为使两侧液面等高，应进行的操作是在a管中滴加等量的蔗糖酶溶液。

答案　(1)滴加蔗糖酶后使b侧溶液浓度升高　蔗糖的水解产物不能通过半透膜　　(2)蔗糖的水解产物可以通过半透膜　在a管中滴加等量的蔗糖酶溶液