第2单元 第4课时 水进出细胞的原理（Word教参）-【优化指导】2025年高考生物一轮复习高中总复习·第1轮（人教不定项版）

第4课时　水进出细胞的原理 目标导航 1．通过对渗透作用及动植物细胞失水与吸水现象的分析，理解细胞膜具有选择透过性的原因。(生命观念) 2．选择合适的实验材料，观察植物细胞的质壁分离与复原，分析实验结果，得出实验结论。(科学探究) 考点一　渗透作用与细胞的吸水和失水 [对应学生用书P44] 1．渗透作用及其现象分析 (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)渗透装置 ①液面上升的原因：单位时间由烧杯中通过半透膜进入漏斗中的水分子数多于单位时间由漏斗中通过半透膜进入烧杯中的水分子数。 ②液面不会一直上升的原因：液面上升到一定程度就会产生一个静水压，当该压力和漏斗中的吸水能力相等时液面不再上升。 (3)渗透作用发生的条件 ①具有半透膜。 ②半透膜两侧的溶液存在浓度差。 提醒：①渗透与扩散既有区别又有联系，渗透作用必须通过半透膜，扩散则不一定需要。 ②扩散适用于各种物质，渗透仅指溶剂分子。 ③渗透是一种特殊的扩散。 2．动植物细胞的吸水和失水 (1)动物细胞的吸水和失水 (2)成熟植物细胞的吸水和失水 ①原理 ②现象 1．易错辨析——规避高频误区(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度。(　　×　　) (2)当外界溶液浓度低时，哺乳动物成熟红细胞一定会吸水涨破。(　　×　　) (3)红细胞吸水与失水的多少取决于红细胞内外浓度的差值。(　　√　　) (4)植物细胞内的液体环境主要指的是细胞质基质中的细胞液。(　　×　　) (5)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。(　　×　　) 2．思维延伸——长句表达专练 (1)(必修1 P67“拓展应用2”)温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设。 提示：温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率(或在一定温度范围内，提高温度会加快水分子通过半透膜的速率；而降低温度则减缓水分子通过半透膜的速率)。 (2)对于动植物细胞来说，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。对于动物细胞来说，单位时间内水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外溶液的浓度相等；但植物细胞有细胞壁的支持和保护作用，单位时间内水分子进出植物细胞的数量相等时，有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。 1．(2024·云南大理期末)下图为渗透作用的实验装置，下列相关叙述错误的是(　　) A．若S1和S2为相同浓度的蔗糖溶液，则漏斗液面不会升高 B．若S1是蔗糖溶液，S2是清水，将半透膜换成纱布，漏斗液面不会升高 C．若S1是蔗糖溶液，S2是清水，渗透达到平衡时，仍有水分子通过半透膜 D．若S1是蔗糖溶液，S2是清水，渗透达到平衡时，漏斗内外溶液浓度相等 D　解析：若S1和S2为相同浓度的蔗糖溶液，半透膜两侧的溶液无浓度差，则漏斗液面不会升高，A正确；渗透作用发生的条件之一是具有半透膜，若S1是蔗糖溶液，S2是清水，将半透膜换成纱布，由于无半透膜，渗透作用不能发生，故漏斗液面不会升高，B正确；若S1是蔗糖溶液，S2是清水，渗透达到平衡时，仍有水分子通过半透膜，只是水分子进出达到平衡，C正确；若S1是蔗糖溶液，S2是清水，渗透达到平衡时，漏斗内外溶液仍存在浓度差，D错误。 渗透作用实验装置的拓展应用 (1)验证渗透作用发生的条件 ①具有半透膜 ②半透膜两侧溶液具有浓度差 (2)比较不同溶液浓度的大小 漏斗内溶液浓度为M，烧杯内溶液浓度为N，以下为各种现象及对应的结论： 2．哺乳动物细胞在0.9% NaCl溶液中能保持其正常形态。将兔的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(　　) 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渗透 C　解析：兔的红细胞没有细胞壁，不会发生质壁分离，A错误；在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于水分子进出细胞达到平衡，B错误；在低于0.9%NaCl溶液中，进入红细胞的水分子多于流出红细胞的水分子，红细胞会因渗透作用吸水膨胀甚至破裂，C正确；渗透作用是水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，其中水分子是从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透，即从溶液浓度较低处向溶液浓度较高处渗透，D错误。 3．(不定项)为研究成熟植物细胞的渗透现象，设计简易渗透装置如图甲所示。将洋葱表皮细胞浸入某种浓度的蔗糖溶液或清水中所发生的变化如图乙所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．图甲中，达到渗透平衡时，S1和S2溶液浓度的大小关系是S1>S2 B．图乙中左侧细胞的吸水能力比右侧细胞强 C．图乙中相当于图甲中半透膜的是③④⑤ D．图乙所示细胞中②处的液体是清水 BD　解析：渗透平衡时，Δh会产生压力，与溶液浓度差产生的压力大小相等，因此S1溶液的浓度仍然大于S2溶液的浓度，A正确；图乙中左侧细胞到右侧细胞表示质壁分离过程，质壁分离过程中，细胞逐渐失水，细胞液浓度逐渐变大，细胞吸水能力逐渐变强，因此左侧细胞的吸水能力比右侧细胞弱，B错误；图乙中相当于图甲中半透膜结构的是原生质层，由③细胞质、④液泡膜和⑤细胞膜构成，C正确；细胞壁具有全透性，图乙中②表示外界溶液，即蔗糖溶液或清水，D错误。 判断细胞的吸水和失水的两种方法 (1)通过比较细胞外溶液和细胞内溶液的浓度大小来判断：当细胞外溶液浓度大于细胞内溶液浓度时，细胞失水；当细胞外溶液浓度小于细胞内溶液浓度时，细胞吸水；当细胞外溶液浓度与细胞内溶液的浓度相等时，细胞失水量和吸水量相等，水分进出细胞处于动态平衡。 (2)根据重量或长度变化(如萝卜条)来判断：若重量增加或长度变长，则细胞吸水；反之则细胞失水。 考点二　观察植物细胞的质壁分离和复原 [对应学生用书P46] 1．实验原理 (1)内因 (2)外因：细胞液和外界溶液存在浓度差，细胞能渗透吸水和失水。 2．实验材料：紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞。 3．实验步骤及现象 4．实验结论 (1)当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞失水，发生质壁分离。 (2)发生质壁分离的细胞，当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。 5．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(如乙二醇溶液和蔗糖溶液) 思维延伸——长句表达专练 (2021·湖南卷，T3改编)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。 (1)施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有(填“有”或“无”)关，理由是施肥过多使外界溶液浓度过高，大于细胞液的浓度，导致细胞发生质壁分离，植物过度失水而死亡，引起“烧苗”现象。 (2)质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低(填“降低”或“升高”)，理由是植物细胞在发生质壁分离复原的过程中，因不断吸水导致细胞液的浓度逐渐降低，与外界溶液浓度差减小，细胞的吸水能力逐渐降低。 (3)1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小不相等(填“相等”或“不相等”)，判断的依据是渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，1_mol/L的NaCl溶液和1_mol/L的蔗糖溶液的渗透压不相同，因为NaCl溶液中含有Na＋和Cl－，故其渗透压高于蔗糖溶液。 1．(2024·广东佛山校考)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．甲、乙、丙不能在同一个装片内依次发生 B．与图甲细胞相比，图乙细胞的细胞液浓度较低 C．由实验结果推知，图甲细胞是有活性的 D．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　解析：据图分析，甲到乙的过程中，细胞发生质壁分离，乙到丙的过程中，细胞发生质壁分离的复原，甲、乙、丙可以在同一个装片内依次发生，A错误；图乙所示细胞发生质壁分离，该过程中细胞失水，故与图甲细胞相比，图乙细胞的细胞液浓度较高，B错误；能发生质壁分离的细胞应为活的植物细胞，据图分析，从甲到乙发生了质壁分离现象，说明图甲细胞是活细胞，C正确；该实验除了观察质壁分离与复原的现象，还观察了正常状态下的细胞，该实验存在自身前后对照，D错误。 实验存在两组对照实验 2．用2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液分别浸泡取自同一部位的植物表皮。每隔相同时间在显微镜下测量视野中若干个细胞的长度x和原生质体长度y(如图1)，并计算x/y的平均值，得到图2所示结果。下列对结果曲线的分析，正确的是(　　) A．2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等 B．a点之前比值不变说明表皮细胞水分子进出平衡 C．b点前表皮细胞的吸水能力逐渐减小 D．c点时乙二醇开始进入细胞，细胞开始发生质壁分离复原 A　解析：渗透压由单位体积溶液中溶质微粒的数目决定，2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液的渗透压相等，A正确；a点之前比值不变是因为失水较少，外界溶液浓度比细胞液浓度高，水分子进出不平衡，B错误；b点前表皮细胞失水增加，渗透压增大，吸水能力逐渐增大，C错误；c点前乙二醇就已经开始进入细胞，D错误。 质壁分离及复原发生的条件 (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(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(只有用清水或低渗溶液处理，才可复原)。 ②在一定浓度(溶质可透过半透膜)的溶液(如甘油、尿素、乙二醇等)中可发生质壁分离，并能自动复原，因为甘油、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在高浓度溶液中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象。 ④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适合作为质壁分离实验的溶液。 [对应学生用书P48] 1．(2023·全国甲卷，T4)探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是(　　) C　解析：用30%蔗糖溶液处理之后，细胞失水，原生质体和液泡的体积都会减小，细胞液浓度上升；用清水处理之后，细胞吸水，原生质体和液泡体积都会增大，细胞液浓度下降，A、B错误。随着所用蔗糖溶液浓度上升，当蔗糖溶液浓度超过细胞液浓度之后，细胞就会开始失水，原生质体和液泡体积都会减小，细胞液浓度上升，C正确、D错误。 2．(2022·湖南卷，T10)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 mol/L B．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 A　解析：分析甲组结果可知，随着培养时间延长，与0时(原生质体表面积大约为0.5 μm2)相比，原生质体表面积逐渐增大，说明细胞吸水，甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离，细胞中浓度>0.3 mol/L，但不一定是细胞内NaCl浓度≥0.3 mol/L，A错误；分析乙、丙组结果可知，与0时(原生质体表面积大约分别为0.6 μm2、0.75 μm2)相比，NaCl处理时乙、丙组原生质体表面积均略有下降，说明乙、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，B正确；该菌的正常生长，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正确；若将该菌先65 ℃水浴灭活，细胞死亡，原生质层失去选择透过性，再用NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化，D正确。 3．(2022·全国甲卷，T2)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 C　解析：由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞的体积增大，说明细胞吸水，则水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，A正确。分析题意可知，水分交换前，细胞a的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，细胞c的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，B正确。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浓度相等；水分交换达到平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，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，C错误、D正确。 4．(2021·重庆卷，T20)在相同条件下，分别用不同浓度的蔗糖溶液处理洋葱鳞片叶表皮细胞，观察其质壁分离，再用清水处理后观察其质壁分离复原，实验结果见下图。下列叙述错误的是(　　) A．T1组经蔗糖溶液处理后，有52%的细胞原生质层的收缩程度大于细胞壁 B．各组蔗糖溶液中，水分子不能从蔗糖溶液进入细胞液 C．T1和T2组经清水处理后，发生质壁分离的细胞均复原 D．T3和T4组若持续用清水处理，质壁分离的细胞比例可能下降 B　解析：由柱形图可知，T1组经蔗糖溶液处理后，有52%的细胞发生质壁分离，即有52%的细胞原生质层的收缩程度大于细胞壁，A正确；各组蔗糖溶液中，水分子可以从蔗糖溶液进入细胞液，只是少于水分子从细胞液进入蔗糖溶液，B错误；T1和T2组部分细胞能发生质壁分离，经清水处理后发生质壁分离的细胞比例为0，说明质壁分离的细胞均复原，是活细胞，C正确；T3和T4组若持续用清水处理，质壁分离复原的细胞可能逐渐增多，质壁分离的细胞比例可能下降，D正确。 5．(2021·广东卷，T13)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 A　解析：分析题图可知，①处理后细胞吸水量少于③处理后细胞吸水量，说明保卫细胞细胞液浓度①处理后>③处理后，A错误；②处理后细胞失水，故质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中，B正确；滴加③后细胞大量吸水，故滴加③后有较多水分子进入保卫细胞，C正确；分析题图可知，3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③，D正确。 6．洋葱是绿色开花植物，其鳞茎粗大，近球形，贮藏着大量的营养物质，是我国主要栽培的蔬菜品种。某同学进行“探究植物细胞的吸水和失水”实验。所用材料为紫色的洋葱鳞片叶外表皮，试剂是蔗糖溶液和清水。实验步骤如图1所示，图2是在蔗糖溶液中观察到的洋葱鳞片叶外表皮细胞的结构示意图。 [设问1] 围绕质壁分离的条件，考查理解能力 (1)成熟植物细胞发生质壁分离的条件是____________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 [设问2] 围绕质壁分离的实验步骤，考查识图及原因分析能力 (2)图1步骤B主要观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中__________的大小以及原生质层的位置，原生质层对应图2中的____________(填数字)。图1步骤F观察时发现质壁分离不能复原，原因可能是___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [设问3] 围绕质壁分离的条件，考查发散思维能力 (3)若外界溶液浓度相同，用紫色洋葱鳞片叶外表皮的不同部位观察到的质壁分离程度可能不同，原因是__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性；原生质层相当于一层半透膜；细胞液的浓度小于外界溶液的浓度 (2)(紫色)大液泡　2、4、5　蔗糖溶液浓度过高，细胞失水过多而死亡 (3)紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位细胞的细胞液浓度不一定相同 解析：(1)成熟植物细胞发生质壁分离的内因是细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性并且原生质层相当于一层半透膜，外因是细胞液的浓度小于外界溶液的浓度。(2)探究植物细胞的吸水和失水，用低倍显微镜观察紫色大液泡的大小以及原生质层的位置。原生质层由2细胞膜、4液泡膜以及两层膜之间的5细胞质组成。图1步骤F观察时发现质壁分离不能复原，原因可能是蔗糖溶液浓度过高，细胞失水过多而死亡。(3)若外界溶液浓度相同，用紫色洋葱鳞片叶外表皮的不同部位观察到的质壁分离程度可能不同，原因是细胞液浓度不一定相同，导致外界溶液浓度与细胞液浓度差不同，失水程度不同，质壁分离程度不同。 学科网（北京）股份有限公司 $$