2.3.1 水进出细胞的原理（课件PPT）-【创新方案】2025年高考生物一轮总复习（新教材Ⅰ）

细胞的物质输入和输出 第三讲 学习目标 2.1.1　阐明质膜具有选择透过性 2.1.3　举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞 2.1.2　举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量； 有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白 水进出细胞的原理 第1课时 内容索引 1.自主学习单 基础为主打 · 学生为主体 2.深化学习单 能力为主攻 · 教师为主导 3.发展报告单 创新为主线 · 优化为主调 4.素养提升训练 4 基础为主打 · 学生为主体 自主学习单 01 (一)教材中的主旨语句要“悟透” 1．水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。 (1)半透膜是发生渗透作用的必要条件。 ( ) (2)不同浓度的水溶液间发生渗透作用时，渗透的方向是水分子 从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散。 ( ) (3)在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再 通过半透膜。 ( ) (4)在半透膜两侧分别是淀粉溶液和蔗糖溶液，它们的质量分数 相同，二者间能发生渗透作用吗？请分析原因：______________ ______________________________________________________。 × 能，因为两种溶 液的质量分数相同但物质的量浓度不同，所以会发生渗透作用 × √ 2．细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，植物 细胞的原生质层相当于一层半透膜。 (1)叶片细胞吸水时细胞液渗透压下降。 ( ) (2)可用高浓度蔗糖溶液处理成熟植物细胞观察质壁分离。 ( ) (3)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成，它们相当于一层 半透膜。 ( ) (4)把晒干的种子放入清水中，它们会很快通过渗透作用吸水吗？ 请从渗透作用发生的条件进行解释。__________________________ _____________________________________。 不会。干种子细胞中没有中央 液泡，不会在半透膜两侧形成溶液浓度差 √ √ × 发生条件 现象 (二)知识点间的关系要“融通” 1．一表辨清渗透作用 ①开始时，漏斗内液面上升； ②当水分子进出达到_________时，漏斗内液面停止上升 ①有一层_______； ②半透膜两侧的溶液具有浓度差(物质的量浓度而非质量浓度) 指水分子或其他溶剂分子通过_______的扩散过程 概念 半透膜 半透膜 相对平衡 2．理清动植物细胞的吸水和失水 (1)动物细胞的吸水和失水 细胞膜 细胞质 吸水膨胀 失水皱缩 形态不变 原理及条件 (2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例) ①原生质层相当于半透膜②细胞液与外界溶液存在浓度差 现象 当外界溶液浓度_____细胞液浓度时，细胞发生质壁分离现象，如图 当外界溶液浓度_____细胞液浓度时，细胞吸水膨胀，由于存在细胞壁，细胞不会涨破，如图 当外界溶液浓度_____细胞液浓度时，细胞维持正常形态，如图 大于 小于 等于 (三)一个典型的实验要“内化” 探究植物细胞的吸水和失水 1．实验原理 (1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层_______。 (2)______ 与外界溶液存在浓度差，细胞能渗透吸水和失水。 (3)原生质层比细胞壁的伸缩性___。 半透膜 细胞液 大 2．实验步骤 细胞壁 变小 变大 0.3g/mL 3．实验现象和结论 (四)教材潜在的命题导向要“发掘” (必修1 P63“图4 -1”拓展)如图甲、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： 植物细胞有细胞壁 的支持和保护作用 (1)若将人的成熟红细胞放入清水中，会出现如图___所示的现象， 原因____________________________________________________ _______________________________。 (2)若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，会 出现如图___所示的现象，达到平衡时，水分子进出细胞的状况将 如图___所示。 (3)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态，一段时间内细胞体积增大， 最终_____(填“会”或“不会”)涨破，原因是_________________ _________________。 是从细胞外进入细胞内的水分子数多于从细胞内到细胞外 的水分子数，细胞表现为渗透吸水 丙 乙 不会 甲 能力为主攻 · 教师为主导 深化学习单 02 提能点（一） 渗透作用的深化理解 |小|题|导|学|　 1．(2024·晋中模拟)下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)。下列说法错误的是(　 ) A．图丙中结构③指的是细胞膜，结构①指的是细胞壁 B．图丙中相当于图甲中c结构的是③④⑤，结构②中充满的液体是 外界溶液 C．图丙中细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系无法确定 D．由图乙可知漏斗中溶液吸水速率在下降，当液面静止时，c两侧 液体浓度相等 √ 解析：图丙中结构③指的是细胞膜，结构①指的是细胞壁，A正确； 图丙中相当于图甲中c结构(半透膜)的是③④⑤(原生质层)，结构②中充满的液体是外界溶液，B正确； 图丙细胞处于质壁分离状态，但不知其下一时刻是继续质壁分离、复原还是保持原状，故细胞液和外界溶液浓度大小无法确定，C正确； 由图乙可知，漏斗中溶液吸水速率在下降，当图甲漏斗中液面静止时，c两侧水分子进出处于动态平衡，但b中的溶液浓度依然高于A的浓度，D错误。 2．(2024·菏泽期末)如图为研究渗透作用的实验装置，图中半透膜 允许水分子透过，而蔗糖分子和葡萄糖分子则不能透过，下列说法 正确的是(　 ) A．漏斗内外起始液面高度相同，S1、S2均为蔗糖溶液，若渗透平衡时的 液面内高外低，用Δh表示，说明初始浓度S1＞S2，达到平衡时浓度S1＝S2 B．漏斗内外起始液面高度相同，S1、S2均为蔗糖溶液，若渗透平衡时的 液面内高外低，用Δh表示，Δh产生的压力会阻止液面继续上升 C．若将该装置换为起始液面高度相同的U形管，左侧为蔗糖溶液，右侧 为质量浓度相等的葡萄糖溶液，则两侧液面高度将不会改变 D．漏斗内外起始液面高度相同，S1为蔗糖溶液，S2为清水，达到平衡后， 将漏斗及缚于其上的半透膜适当向上提升，达到新的平衡时，漏斗内的液 面位置相对于上端管口的位置不变 √ 解析：漏斗内外起始液面高度相同，S1、S2均为蔗糖溶液，若渗透平衡时的液面内高外低，用Δh表示，Δh产生的压力会阻止液面继续上升，导致水分子的进出达到平衡，此时溶液浓度依然是S1＞S2，A错误，B正确； U形管左右两侧物质质量浓度相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，因此左侧的物质的量的浓度小于右侧，则右侧液面升高，C错误； 将漏斗及缚于其上的半透膜适当向上提升一段，达到新的平衡时，玻璃管内的液面位置相对于上端管口的位置下降，D错误。 |精|要|点|拨|　 1．分析影响渗透作用中液面变化的因素 半透膜面积的大小 半透膜两侧的浓度差 在其他条件相同的情况下，半透膜的面积越大，单位时间内进出半透膜的水量越多，液面变化越明显 在其他条件相同的情况下，半透膜两侧的浓度差越大，单位时间内进出半透膜的水量越多，液面变化越明显 结果：VB>VC，ΔhB＝ΔhC 结果：VB>VC，ΔhB>ΔhC 注：VB、VC为溶液体积变化速率；ΔhB、ΔhC为平衡状态时， 装置内外液位差。 2．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 (2)比较不同溶液浓度的大小(溶质不能通过半透膜) 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： 烧杯内盛淀粉溶液 漏斗内盛碘液 结论 变蓝 不变蓝 碘能通过半透膜，而淀粉不能 不变蓝 变蓝 淀粉能通过半透膜，而碘不能 变蓝 变蓝 淀粉和碘都能通过半透膜 不变蓝 不变蓝 淀粉和碘都不能通过半透膜 (3)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例) 1．(2024·北海一模)利用反渗透技术进行海水淡化是解决淡水资源 短缺问题的一条重要途径。反渗透是指利用压力使高浓度溶液中的 水分子通过半透膜，但其他物质不能通过的技术，其过程如图所示。 下列说法正确的是(　 ) A．反渗透装置中，水分子在进行跨膜运输时，不需要消耗ATP， 但需要载体的协助 B．若不施加人为压力，则水分子只能从低浓度溶液一侧向高浓度 溶液一侧运输 C．若处于图中液面状态时去掉人为压力，则图中两侧的液面高度 不会发生变化 D．两侧液面持平时，施加的人为压力的作用效果与两侧溶液渗透 压差的作用效果相互抵消 √ 解析：水分子在通过本装置的半透膜时，不需要载体的协助，A错误； 不施加人为压力，水分子可在低浓度溶液与高浓度溶液之间双向运输，但运输速率不同，B错误； 若处于图中液面状态时去掉人为压力，则图中左侧液面下降，右侧液面上升，C错误； 两侧溶液存在渗透压差，若不施加人为压力，两侧溶液会出现液面差，若施加人为压力使两侧液面持平，则说明此时人为压力的作用效果与两侧溶液渗透压差的作用效果相互抵消，D正确。 2．(2024·成都模拟)将等量的红细胞分成两组，分别放在物质的量浓度 相同的NACl溶液和KCl溶液中，一段时间后，前者细胞形态保持不变， 后者却引发溶血现象(血细胞破裂)。下列分析不合理的是(　 ) A．初始状态时，NACl溶液和KCl溶液的渗透压相同 B．NACl溶液与红细胞内的渗透压相等 C．K＋会大量进入红细胞引起红细胞吸水 D．Cl－会大量进入红细胞引起红细胞吸水 √ 解析：初始状态时，因为NACl溶液和KCl溶液的物质的量浓度相同，故二者的渗透压相同，A正确； 放在NACl溶液中，红细胞形态保持不变，说明NACl溶液与红细胞内的渗透压相等，B正确； K＋会大量进入红细胞引起红细胞吸水涨破，C正确； Cl－主要在细胞外维持细胞外的渗透压，不会大量进入红细胞，D错误。 3．成熟植物细胞能通过渗透作用吸水或失水。下列有关叙述正确的是(　 ) A．成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜 B．温度不影响水分子通过成熟植物细胞膜的速率 C．达到渗透平衡时半透膜两侧溶液浓度一定相等 D．成熟植物细胞发生渗透吸水时，水分子不会渗出细胞 √ 解析：温度会影响细胞膜的流动性，从而影响水分子通过成熟植物细胞膜的速率，B错误； 渗透实验中，达到渗透平衡时，水分子进出半透膜的速率相同，半透膜两侧溶液浓度不一定相等，C错误； 发生渗透吸水时，水分子的扩散是双向的，只是扩散速率不同，D错误。 |探|究|导|学| 逐点清(一)　质壁分离发生的条件分析 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， 下图A是发生质壁分离的植物细胞，图b是显微镜下观察到的某一时 刻的图像。请据图回答下列问题： 提能点（二） 植物细胞吸水和失水的探究分析 (1)据图A，用标号和简洁文字说明细胞发生质壁分离的条件： 细胞具有[___] _______和[___] __________；外界溶液浓度_____细胞 液浓度。 (2)图A中相当于一层半透膜的结构称为________ ，包括 ______(填序号) (3)图b观察到质壁分离现象，使用洋葱的_____________细胞作为实验材 料，这些细胞的____中含有紫色的色素。 (4) ____(填“能”或“不能”)根据图b判断此时细胞液浓度与外界溶液 ⑦ 细胞壁 中央大液泡 大于 原生质层 ②④⑤ 鳞片叶外表皮 液泡 ① 不能 此时细胞可能继续质壁分离，也可能质壁分离达到最大限度，还有可能正在发生质壁分离的复原 浓度的大小关系，原因是_______________________________________ ________________________________________________ 。 |精|要|点|拨|　 1．实验材料的选择原因 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液泡中的细胞 液呈紫色，便于观察质壁分离现象。 引发质壁分离的两种原因 细胞 角度 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活细胞可发生质壁分离及复原现象 溶液 角度 ①在一定浓度(溶质不能透过膜)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，方可复原)；②在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象；③当溶液浓度过高时，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，不能用来进行质壁分离实验 3．从不同角度分析质壁分离发生的条件 逐点清(二)　质壁分离和复原实验的拓展应用 |小|题|导|学|　 1．(2022·浙江6月选考)“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图所示。下列叙述正确的是(　 ) A．由实验结果推知，甲图细胞是有活性的 B．与甲图细胞相比，乙图细胞的细胞液浓度较低 C．丙图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：能发生质壁分离的细胞应为成熟的植物活细胞，据图分析，从甲到乙发生了质壁分离现象，说明甲图细胞是活细胞，A正确； 乙图所示细胞发生质壁分离，该过程中细胞失水，故与甲图细胞相比，乙图细胞的细胞液浓度较高，B错误； 由于有细胞壁的限制，丙图细胞体积不会持续增大，且不会涨破，C错误； 根尖分生区细胞无中央大液泡，不能发生质壁分离现象，D错误。 2．(2024·万州模拟)某同学采用藓类小叶为材料，利用植物细胞质 壁分离与复原实验进行葡萄糖溶液和蔗糖溶液的鉴定，相关实验结 果如图所示。下列有关叙述错误的是(　 ) A．图1中结构B为叶绿体，叶绿体的绿色不会干扰实验现象的观察 B．图1的A中充满的是蔗糖或葡萄糖溶液，此时细胞液浓度小于蔗 糖或葡萄糖溶液 C．若在某种溶液中液泡体积如图2所示变化，可推断该溶液很可能 是葡萄糖溶液 D．通过质壁分离与复原实验还可以判断细胞的死活和细胞液浓度 √ 43 解析：图1中结构B为叶绿体，观察质壁分离时，叶绿体可以显示原生质层的位置，方便观察质壁分离，故叶绿体的绿色不会干扰实验现象的观察，A正确。 图1的A中充满的是蔗糖或葡萄糖溶液，此时细胞有可能正在吸水(质壁分离复原)，则细胞液的浓度大于蔗糖或葡萄糖溶液，B错误。 若在某种溶液中液泡体积如图2所示变化，说明植物细胞发生了质壁分离及复原，则说明植物细胞可以吸收该溶液中的溶质，可推断该溶液很可能是葡萄糖溶液，C正确。 通过质壁分离与复原实验可以判断细胞的死活和细胞液浓度，D正确。 |精|要|点|拨|　 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) 题点1　探究植物细胞的吸水和失水 1．(2023·全国甲卷)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(　 ) √ 解析：用30%蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮，细胞失水，随着时间的延长，原生质体和液泡的体积均减小，细胞液浓度升高，用清水处理后，细胞吸水，原生质体和液泡的体积均逐渐恢复，细胞液浓度降低，A、B错误。 当蔗糖溶液浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，细胞吸水，由于有细胞壁的阻碍，原生质体和液泡的体积均略微增加，此时细胞液浓度略微降低；当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，细胞失水，且随着蔗糖溶液浓度的增加，细胞失水增多，原生质体和液泡的体积均逐渐减小，细胞液浓度增加，C正确，D错误。 2．(2024·潍坊模拟)研究植物细胞的吸水和失水时，某同学利用红色 的月季花瓣做实验材料，利用甲、乙、丙三种不同的溶液进行探究， 实验结果如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．选用红色月季花瓣是因其液泡内含色素，易于观察 B．乙处理时，花瓣细胞通过被动运输吸收乙中的溶质 C．据图可判断三种溶液浓度的大小为乙>丙>甲 D．若将丙处理过的花瓣置于甲中体积无变化，说明原 生质层已丧失选择透过性 √ 解析：红色月季花瓣液泡中含有红色色素，易于观察质壁分离，A正确； 乙处理时，细胞在经历失水后，原生质体体积又逐渐变大，说明花瓣细胞可以吸收乙中的溶质，该物质运输方式可能是被动运输或主动运输，B错误； 甲处理后，细胞吸水，说明细胞液浓度大于甲溶液浓度，乙、丙处理时，细胞都失水，并且乙失水更快，说明乙和丙溶液浓度都大于细胞液浓度，且乙溶液浓度更大，可判断三种溶液浓度的大小为乙>丙>甲，C正确； 若将丙处理过的花瓣置于甲中体积无变化，细胞不能吸水，可能是细胞失水过多导致原生质层已丧失选择透过性，D正确。 题点2　植物细胞质壁分离及复原的拓展应用 3．(2024·琼海模拟)为探究植物细胞的质壁分离与复原情况，某研究 小组进行了相关实验，实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　 ) A．在一定范围内，蔗糖溶液浓度越高，发生质壁分离所需的时间越短 B．细胞质壁分离所需的时间越长，在清水中复原所需的时间也越长 C．若蔗糖溶液浓度继续增大，则细胞发生质壁分离后可能不再复原 D．图示细胞质壁分离后置于清水中复原与生物膜的选择透过性有关 √ 解析：由图可知，在一定范围内，蔗糖溶液浓度越高，发生质壁分离所需的时间越短，A正确； 由最后两组可知，0.15 g·mL－1蔗糖溶液中比0.20 g·mL－1蔗糖溶液中质壁分离所需的时间长，但在清水中复原所需的时间相同，B错误； 若蔗糖溶液浓度继续增大，细胞可能失水过多导致死亡，则细胞发生质壁分离后可能不再复原，C正确； 细胞质壁分离后置于清水中，细胞会吸水复原，这与生物膜的选择透过性有关，D正确。 4．(2024·青岛一模)某生物兴趣小组的同学为估测某植物叶片细胞液的平均浓度，取被检测植物的成熟叶片，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、乙两组的溶液浓度，发现甲组中糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和外界溶液之间没有溶质交换。下列有关说法不正确的是(　 ) A．实验结果说明叶片细胞液浓度大于甲糖溶液物质的量浓度 B．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶细胞吸水能力增大 C．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组 D．若使用KNO3溶液代替相应浓度的糖溶液进行实验，会造成较 大实验误差 √ 解析：叶细胞与溶液之间无溶质交换，而甲组的甲糖溶液浓度升高，则可能是叶细胞的细胞液浓度大于甲糖溶液物质的量浓度，引起了细胞吸水，A正确； 若测得乙糖溶液浓度降低，说明乙糖溶液物质的量浓度高于叶细胞的细胞液浓度，细胞失水，乙组叶细胞吸水能力增大，B正确； 若测得乙糖溶液浓度升高，则乙组叶肉细胞吸水，由于甲糖溶液的物质的量浓度小于乙糖溶液，故叶细胞的净吸水量乙组小于甲组，C错误； 若使用KNO3溶液代替相应浓度的糖溶液进行实验，会造成较大实验误差，因为植物细胞可以吸收KNO3，D正确。 创新为主线 · 优化为主调 发展报告单 03 实验知能系统归纳 ——由质壁分离与复原实验掌握实验遵循的原则和对照实验类型 实验探究————感悟经典实验　 [典例]　(2024·大同期末)大蒜是一种常见的药食两用植物，因其取材方 便，常作为生物学实验的材料。以下是某校生物兴趣小组的同学以大蒜 为材料进行的一些生物学实验，回答下列问题： (1)图甲为小组同学利用紫皮大蒜鳞茎叶外表皮细胞探究植物细胞 吸水和失水的实验结果。实验中，在盖玻片一侧滴加0.3 g/mL的蔗 糖溶液后，在另一侧用吸水纸引流，重复几次后，在_______(填 “低倍”或“高倍”)显微镜下即可观察到细胞A正在进行细胞壁 和________的分离。若要将细胞A移到视野中央，可将装片向____ (填“左”或“右”)移动。之后，用清水代替0.3 g/mL的蔗糖溶液， 重复上述操作，若观察到细胞A发生________________，则说明该 细胞仍具有活性。 (2)农作物长期水淹会出现烂根，原因可能是根细胞无氧呼吸产生的 酒精对根细胞有毒害作用。该兴趣小组欲探究不同浓度酒精对大蒜 鳞茎叶外表皮细胞的毒害作用，设计了如下实验： ①分别取0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%的酒精溶液， 置于7个培养皿中； ②撕取大蒜鳞茎叶外表皮分别置于上述7个培养皿中，处理30 min； ③将大蒜鳞茎叶外表皮取出漂洗后，制成临时装片，经0.3 g/mL的 蔗糖溶液处理后，观察并统计细胞的质壁分离情况； ④计算发生质壁分离细胞所占百分比，结果如图乙所示。 该实验的自变量是________，无关变量有_____________________ _________(列举两种)；常见的对照实验类型有空白对照、相互对照、 自身对照等，该实验方案体现了__________________对照，实验结果 表明________________________________________________________ ______________。 [解析]　(1)可用低倍镜观察植物细胞的质壁分离及复原，图甲中 细胞A发生了质壁分离，即细胞壁与原生质层发生了分离，由于 显微镜下形成的是倒立的虚像，所以若要将细胞A移到视野中央， 可将装片向右移动。用清水代替0.3 g/mL的蔗糖溶液，若细胞有 活性，则细胞会发生质壁分离复原。 (2)根据题干可知，该实验的自变量是酒精浓度，因变量是酒精对 根的影响(用质壁分离细胞所占的百分比来表示)，其他的可能影 响实验的变量是无关变量，如处理时间、溶液体积等，应保持一 致。该实验中酒精浓度为0%的组为空白对照组，其余各酒精浓度 组为相互对照。实验结果表明酒精浓度低于20%，对细胞几乎无 毒害作用；浓度高于20%，随着酒精浓度的逐渐增大，对细胞的 毒害作用增强，直至细胞全部死亡。 [答案]　(1)低倍　原生质层　右　质壁分离复原　 (2)酒精浓度处理时间、溶液体积等　空白对照、相互　酒精浓度低 于20%，对细胞几乎无毒害作用；浓度高于20%，随着酒精浓度的 逐渐增大，对细胞的毒害作用增强，直至细胞全部死亡 归纳建模————内化通性通法 1．实验设计遵循的三大基本原则 单一变量 原则 即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。例如：生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等) 对照原则 应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便减小实验误差 平行重复原则 在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性 2.对照实验的类型 空白对照 对照组为不作任何处理的对象组。这里的不作处理，并非 什么因素都不给予，而是针对实验所要研究的因素不给予， 以体现实验因素的有无对实验结果的影响。如“探究影响酶 活性的因素”实验中： 1号试管加1mL蒸馏水(空白对照组) 2号试管加1mL蒸馏水(空白对照组) 3号试管加1mL NaOH溶液(实验组) 69 给对照组施以某种实验处理，但不是所研究的实验因素，以突出实验实施的处理因素与实验所研究因素的差异，从一个侧面衬托实验因素对实验结果所造成的影响。如肺炎链球菌转化实验中以下两组实验：S型细菌DNA＋R型活细菌 S型菌落＋R型菌落(实验组)；S型细菌DNA＋DNA酶＋R型活细菌 R型菌落(条件对照组) 自身对照 条件对照 混合培养 混合培养 实验与对照在同一个对象上进行，不另设对照组。如“探究植物细胞的吸水和失水”实验，是典型的自身对照——蔗糖溶液处理前的对象为对照组，蔗糖溶液处理后的对象为实验组；清水处理前的对象为对照组，清水处理后的对象为实验组 70 相互对照 如果不知道实验中的自变量对实验结果所造成的影响，需要通过实验来进行确定。此时，不单独设对照组，而是几个实验组相互对照，其中每一组既是实验组也是其他组别的对照组，由此得出相应的实验结论。如“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”实验 71 　 1．(2024·株洲期末)生物学实验设计中应遵循单一变量原则和对照原则， 在对照实验中可以采用“加法原理”或“减法原理”实现对自变量的控 制。下列有关叙述正确的是(　 ) 应用体验————迁移创新发展 A．在“探究过氧化氢酶的最适pH”的实验中，应将每一组温度控 制在适宜温度属于对无关变量的控制 B．在“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验中，通入氧气的组别是实 验组，没有通入氧气的组别是对照组 C．在“观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原”的实验中 不存在对照 D．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中利用了“减法原 理”来控制自变量 √ 73 解析：在“探究过氧化氢酶的最适pH”的实验中，自变量是pH的不同，因变量是酶活性的变化，而温度作为无关变量应该控制为相同且适宜，A正确； 在“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验中，通入氧气的组别和没有通入氧气的组别均是实验组，B错误； 在“观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原”的实验中存在自身对照，C错误； 在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中利用了“加法原理”来控制自变量，D错误。 74 2．某研究人员设计了一个简单有效地测定植物细胞液浓度的实验， 基本过程如图所示。请回答下列问题： 75 (1)实验原理：当植物细胞或组织放在外界溶液中时，若植物细胞液 浓度小于外界溶液浓度，则细胞失水而使外界溶液浓度______(填 “减小”或“增大”)；若植物细胞液浓度大于外界溶液浓度，则细 胞吸水而使外界溶液浓度变化与之相反。而这一生理过程可通过亚 甲基蓝蓝色小液滴(在与原溶液浓度相等的无色外界溶液中)的沉浮 来判断。 (2)实验材料：菠菜叶圆片，亚甲基蓝结晶，蔗糖，清水，试管10支， 毛细滴管，烧杯，量筒，天平等。 76 实验思路： ①取10支试管，分5组(每组2支，分为A、b)，编号1～5，分别装入浓 度为0.0125M、0.025M、0.05M、0.1M、0.2M浓度的蔗糖溶液； ②在每组的A试管中加入____________的菠菜叶圆片，放置15分钟； ③向每组的A试管中加入一粒亚甲基蓝结晶，稍等片刻(加入的亚甲基 蓝结晶极小，溶解后使溶液呈蓝色，对溶液浓度的影响忽略不计)； ④用毛细滴管从每组的A试管中取出一滴蓝色溶液置于b试管中部； ⑤观察并记录实验现象。 (3)分析与讨论 ①若第2组蓝色液滴基本不动，第3组蓝色小液滴明显上浮，则取出 第4组的植物组织制成装片放到显微镜下，可观察到细胞形态接近如 下图中______；该植物组织细胞液浓度大约为______。 ②若发现这5组实验结果均为蓝色小液滴上浮，实验应该如何改进： _________________________________________________________。 解析：(1)当植物细胞或组织放在外界溶液中时，若植物细胞液浓度 小于外界溶液浓度，则细胞失水而使外界溶液浓度减小；若植物细 胞液浓度大于外界溶液浓度，则细胞吸水而使外界溶液浓度增大。 (2)实验设计应遵循对照原则和单一变量原则，故在每组的A试管中 加入等量大小相同的菠菜叶圆片，向每组的A试管中加入一粒亚甲基 蓝结晶，稍等片刻，用毛细滴管从每组的A试管中取出一滴蓝色溶液 置于b试管中部，观察并记录实验现象。 (3)①第3组蓝色小液滴明显上浮，说明细胞液浓度小于该组的外界溶 液浓度，发生质壁分离，则可推测第4组质壁分离更明显，低倍镜观 察应如图A。因为第2组蓝色液滴不动，说明细胞液浓度与该组的外界 溶液浓度基本一致，即该植物组织细胞液浓度大约为0.025M。②若发 现这5组的实验结果均为蓝色小液滴上浮，说明细胞液浓度小于各组 的外界溶液浓度，则应增加蔗糖溶液浓度更低的组别。 答案：(1)减小 　 (2)②等量、大小相同　 (3)①A 0．025M　②增加蔗糖溶液浓度更低的组别 素养提升训练 04 　　　　　　　　　　　　　 1．用猪的膀胱膜将一漏斗口封住，在漏斗里装清水，然后把漏斗浸入 盛有浓度为30%蔗糖溶液的烧杯中(水可自由通过膀胱膜，蔗糖不能通 过膀胱膜)，使漏斗管内与烧杯中的起始液面一样高。经过一段时间后， 最可能的实验结果是(　 ) A．漏斗管内的液面等于烧杯中的液面 B．漏斗管内的液面高于烧杯中的液面 C．漏斗管内的液面低于烧杯中的液面 D．无法判断漏斗管和烧杯液面的高低 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 82 解析：漏斗中是清水，烧杯中是浓度为30%的蔗糖溶液，漏斗中水分子能够通过渗透作用进入烧杯内，故漏斗管内的液面低于烧杯中的液面，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2．(2024·沈阳模拟)U形管左右两侧分别装入0.1 g/mL的葡萄糖溶液 (左侧)和麦芽糖溶液(右侧)，初始时两侧液面相平。 下列说法正确的是(　 ) A．半透膜控制物质通过的原理与细胞膜相同 B．若半透膜只允许水分子通过，一段时间后，左侧液面低于右侧 C．若半透膜允许水分子和葡萄糖通过，一段时间后，两侧液面相 平，质量浓度相等 D．若半透膜只允许水分子通过，同时向两侧添加等量的麦芽糖酶， 当U形管液面稳定时右侧液面更高 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：半透膜与细胞膜都具有选择透过性，但是细胞膜的选择性，是一种化学特性和生物识别的过程，是否能通过由物质的化学性质和膜上的蛋白质决定，与物质的大小没有直接关系，而物质是否通过半透膜主要是由物质大小决定的，两者原理并不相同，A错误； 渗透作用发生的条件是有半透膜和膜两侧有浓度差(物质的量浓度的差)，若半透膜只允许水分子通过，葡萄糖溶液物质的量浓度较大，因此一段时间后，左侧液面高于右侧，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 若半透膜允许水分子和葡萄糖通过，一段时间后，两侧液面相平，物质的量浓度相等，右侧质量浓度较高，C错误； 若半透膜只允许水分子通过，同时向两侧添加等量的麦芽糖酶，麦芽糖可以水解为葡萄糖，水解后右侧溶液物质的量浓度高，因此当U形管液面稳定时右侧液面更高，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3．(2024·济宁模拟)市场上新鲜的蔬菜叶片表面常残留水溶性有机农药， 现取同一种新鲜蔬菜若干，浸入一定量纯水中，每隔一段时间，取出一 小片菜叶，测定其细胞液浓度，并将结果绘制成如图曲线，下列叙述 正确的是(　 ) A．从A到b，细胞的吸水能力逐渐增强 B．从b到c，细胞失水出现质壁分离现象 C．该种蔬菜在纯水中浸泡较长时间方可清除残留农药 D．从曲线可知表面残留的水溶性有机农药可被植物细胞吸收 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：ab段，细胞液浓度下降，表明植物细胞吸水，细胞的渗透压下降，吸水能力逐渐降低，A错误； bc段，细胞液浓度增大，原因是外界的农药被植物细胞吸收，该过程中不发生质壁分离现象，B错误； 该种蔬菜较长时间浸泡在纯水中，蔬菜叶片表面的农药会溶解在水中，然后被植物细胞吸收，C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4．一位同学设计如图装置验证酶的专一性。透析袋是由半透膜制成的 袋状容器，A组透析袋加入淀粉、碘液和蔗糖酶，B组透析袋加入等量 的淀粉、碘液和淀粉酶。下列叙述正确的是(　 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A．酶的催化机理是为化学反应提供活化能 B．实验显示A组蓝色变浅，B组蓝色褪去 C．实验结束透析袋均增重，且B组等于A组 D．实验结束后A组和B组的溶液质量浓度相等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：酶的催化机理是降低化学反应所需的活化能，A错误； 由于酶具有专一性，淀粉只能被淀粉酶水解，不能被蔗糖酶水解，A组蓝色变浅(被清水稀释)，B组蓝色褪去(淀粉被淀粉酶水解)，B正确； 因为透析袋是由半透膜制成的，当半透膜两侧存在浓度差时，会发生渗透吸水，所以实验结束透析袋均增重，但由于B组中淀粉被水解成小分子，半透膜两侧浓度差更大，所以吸水更多，故B组增重更多，C错误； 实验结束后两组的溶液质量浓度不相等，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5．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，如图 为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是(　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：由题图分析，滴加蔗糖溶液①后一段时间，保卫细胞气孔 张开一定程度，说明保卫细胞在蔗糖溶液①中吸收一定水分；滴 加蔗糖溶液②后一段时间，保卫细胞气孔关闭，说明保卫细胞在 蔗糖溶液②中失去一定水分；滴加蔗糖溶液③后一段时间，保卫 细胞气孔张开程度较大，说明保卫细胞在蔗糖溶液③中吸收较多 水分，且多于蔗糖溶液①，由此推断3种蔗糖溶液浓度大小为②> ①>③。由分析可知，①处理后细胞吸水量少于③处理后细胞， 说明保卫细胞细胞液浓度①处理后>③处理后，A错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 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； 由分析可知，3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6．(2024·西安模拟)某同学利用洋葱外表皮在硝酸钾溶液中进行“观 察植物细胞质壁分离及其复原现象”实验时，观察到某时期实验结 果如图所示。下列叙述正确的是(　 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A．A区域是细胞质基质，该状态细胞B区域颜色将逐渐加深 B．滴加硝酸钾溶液时需将装片取下，以防污染载物台 C．与实验前相比，该状态细胞的吸水能力增强 D．如需测定细胞液浓度，需设置以本实验硝酸钾溶液浓度为 中间浓度的系列梯度浓度组 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：A区域是外界溶液，该细胞处于质壁分离的状态，但是可能正在发生质壁分离(B区域的颜色将逐渐加深)，也可能正在发生质壁分离的复原(B区域颜色将逐渐变浅)，A错误； 滴加硝酸钾溶液时不需要将装片取下，B错误； 与实验前相比，该状态下发生了质壁分离，则细胞失水，故此时细胞的吸水能力增强，C正确； 因为植物细胞能够吸收硝酸钾，故如需测定细胞液浓度，使用硝酸钾溶液无法达到实验目的，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7．如图为紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离及复原实验模式图， 据图分析，下列说法正确的是(　 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A．整个实验过程中，①是对照组，②是实验组 B．紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞可通过细胞呼吸为其内的核DNA 复制供能 C．进行质壁分离复原实验时，若观察到b处变为紫色，说明细胞 膜破裂 D．用黑藻叶肉细胞进行质壁分离实验，可观察到a、b、c处分别 为无色、绿色、无色 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：本实验为自身对照实验，蔗糖溶液处理前的对象为对照组，蔗糖溶液处理后的对象为实验组；清水处理前的对象为对照组，清水处理后的对象为实验组，A错误。 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞是成熟细胞，不再分裂，不能进行核DNA复制，B错误。 用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离复原实验，若观察到b处变为紫色，说明液泡膜破裂，C错误。 黑藻叶肉细胞内有大而清晰的叶绿体，液泡无色，因此用黑藻叶肉细胞进行质壁分离实验，可观察到A、b、c处分别为无色、绿色、无色，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8．(2023·重庆高考)某兴趣小组利用图示装置和表中试剂探究了透析袋 的透性。当A为①、b为⑤，袋内溶液逐渐变为蓝色；当A为②、b为③， 水浴(55 ℃)后透析袋内、外均不出现砖红色。下列叙述正确的是(　 ) 编号 试剂 ① 质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 ② 质量分数为5%的葡萄糖溶液 ③ 斐林试剂 ④ 淀粉酶溶液 ⑤ 碘溶液(棕红色) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A．亲核蛋白可自由进入细胞核 B．DNA聚合酶、RNA聚合酶、解旋酶、ATP合成酶均属于亲核蛋白 C．用一定的方法破坏细胞核的核仁，会影响亲核蛋白的合成 D．GTP中的G代表鸟嘌呤，GDP在细胞 吧质中可用于重新合成GTP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：由题干“当a为①、b为⑤，袋内溶液逐渐变为蓝色”可推知，碘可以通过透析袋，淀粉不能通过透析袋；由题干“当a为②、b为③，水浴(55 ℃)后透析袋内、外均不出现砖红色”可推出，斐林试剂和葡萄糖都不能通过透析袋。因为淀粉、葡萄糖和斐林试剂都不能通过透析袋，所以A、D项描述的实验结果为水浴后透析袋内外都不会出现砖红色，A、D错误。 因为碘可以通过透析袋，所以B项描述的实验结果为透析袋内出现蓝色，透析袋外不出现蓝色，B错误。 若a为①＋④、b为⑤，由于碘可以通过透析袋，淀粉最终会被淀粉酶完全水解，故C项描述的实验结果是透析袋内外均出现棕红色，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 9．为探究细胞吸水能力与液泡相对体积的关系，科研人员利用紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞和不同浓度的蔗糖溶液进行了实验，结果如图所示。下列相关叙述不正确的是(　 ) A．A点细胞失去的水多于b点 B．与b点相比，A点细胞原生质体的体积较小 C．c→d过程，细胞体积显著增加 D．d点细胞液的渗透压低于A、b点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：a点液泡相对体积小于b点且二者均小于1.0，说明处于a、b点的细胞失水，发生质壁分离，原生质体的体积减小，且A点细胞失水多于b点，原生质体体积也小于b点，A、B正确； c→d过程，液泡相对体积从1.0逐渐增大，说明在此过程中细胞吸水，但由于细胞壁的存在，植物细胞的体积不会显著增加，C错误； 细胞液的渗透压越高，细胞吸水能力越强，故d点细胞液的渗透压低于a、b点，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10．图甲是某动物细胞长时间处在不同浓度的NACl溶液中，体积(V)与初始体积(V0)之比的变化曲线；图乙是某植物细胞在一定量的250mmol·L－1的KNO3溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析正确的是(　 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A．从图甲可见细胞内的NACl浓度是150mmol·L－1 B．图乙中A点细胞失水量最大，此时细胞的体积最小，细胞吸水 能力也最小 C．图乙中B点细胞中液泡体积和细胞液浓度均与O点时状态相同 D．若该动物细胞长时间处在图甲中300mmol·L－1的NACl溶液中 可能会因失水过多而死亡 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：图甲中，150mmol·L－1NACl溶液中细胞体积与初始体积之比等于1，说明该溶液浓度与细胞液的渗透压相等，不能说明细胞内的NACl浓度是150mmol·L－1，A错误； 图乙中A点细胞失水量最大，此时细胞的体积最小，细胞液的浓度最大，细胞吸水能力最强，B错误； 图乙中植物细胞失水量先变大后变小，B点后细胞吸水，说明植物细胞可以吸收KNO3，则B点时细胞液浓度比初始浓度(O点)增大，C错误； 该动物细胞处在图甲中300mmol·L－1的NACl溶液中细胞失水，故若该动物细胞长时间处在该浓度溶液中可能会因失水过多而死亡，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11．为了探究浸泡时间对紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离的 影响，某学校生物兴趣小组按照以下步骤进行了实验。请分析并 回答相关问题。 ①取一定浓度的蔗糖溶液各10mL，分别加到培养皿中，盖上皿盖； ②从洋葱鳞片叶相同部位撕取3mm2的外表皮若干，迅速分别投入装 有蔗糖溶液的培养皿中，使其完全浸入，浸泡时间分别是2min、 4min、6min、8min、10min、1min、14min； ③从1号培养皿开始，依次取出紫色洋葱鳞片叶外表皮，放在干燥的 载玻片上，盖上盖玻片，制成临时装片； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ④将装片置于显微镜下观察，找到合适的视野拍照保留实验现象； ⑤在照片中计数视野内总细胞个数及质壁分离细胞个数，计算质壁分 离细胞所占比例，记录实验数据。 (1)该实验中使用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料的好处是 ____________________________________________________。 (2)不同处理时间的实验组必须在同一时间、同一地点进行，目的是 ___________________________________________________________。 (3)实验步骤③中，不将洋葱表皮置于清水中的原因是_____________ ___________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (4)海水稻适合在海边滩涂等盐碱地生长。有人提出，海水稻根部细胞 的细胞液浓度比一般水稻品种(生长在普通土壤上)的高。请利用质壁分 离实验方法设计实验进行验证(简要写出实验设计思路)： _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ ______________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析：(1)该实验中使用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料 的好处是紫色洋葱鱗片叶外表皮细胞中有紫色的大液泡，便于观 察到质壁分离现象。 (2)实验设计要遵循单一变量原则，实验中要排除无关变量对实 验结果的影响，因此不同处理时间的实验组必须控制好无关量， 即在同一时间、同一地点进行，目的是排除温度、大气压等无 关变量对实验结果的干扰。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (4)实验设计思路见答案。 (3)实验步骤③中，若将浸泡过蔗糖溶液后的洋葱表皮细胞放在清 水中，可能会导致细胞发生质壁分离复原现象。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案：(1)有紫色的大液泡，便于观察到质壁分离现象　 (2)排除温度、大气压等无关变量对实验结果的干扰 (3)防止细胞在清水中发生质壁分离复原现象　 (4)分别取海水稻和普通水稻根部成熟区细胞，制成临 时装片；配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液进行处理， 观察对比两种植物细胞发生质壁分离的情况 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 $$