第2单元 第4课时 水进出细胞的原理（word教师用书）-【高考领航】2025年高考生物大一轮复习

第4课时　水进出细胞的原理 　1.基于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　水分子进出细胞的原理 1.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。 (2)发生条件 ①有一层半透膜。 ②半透膜两侧的溶液具有浓度(物质的量浓度而非质量浓度)差。 (3)渗透作用的实质：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子，导致蔗糖溶液液面上升。 　关于渗透装置的两个“≠” ①渗透≠扩散：渗透作用必须通过半透膜，扩散则不一定需要；扩散适用于各种物质，渗透仅指溶剂分子。渗透是一种特殊的扩散。②渗透平衡≠两侧溶液浓度相等：渗透平衡时半透膜两侧液面仍存在液面高度差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度高。 　(必修1 P62问题探讨，改编)图A、图B分别表示渗透作用装置，据图回答下列问题： ①图A中渗透达到平衡，半透膜两侧有(填“有”或“没有”)水分子的进出。 ②图A中，若S1、S2中溶质不能通过半透膜，则Δh不变时，S1、S2溶液浓度的大小关系为S1>S2(填“>”“<”或“＝”)。 ③在图B所示的U型玻璃管内，左右管内分别装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。 a.一段时间后，两管中液面的变化为左管液面升高，右管液面降低(均填“升高”“降低”或“不变”)。 b.液面高度稳定后再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降低，右管液面升高(均填“升高”“降低”或“不变”)。 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 　(必修1 P63正文，拓展)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，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、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。 高考情境探究 1.如图甲、乙、丙分别表示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： (1)若将人的成熟红细胞放入清水中，会出现哪幅图中的现象？并分析原因。 提示：会出现图甲所示的现象。将人的成熟红细胞放入清水中，由于发生渗透作用，从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子，因此细胞吸水。 (2)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，会出现哪幅图中的现象？达到平衡时，水分子进出细胞的状况又与哪幅相同？ 提示：将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，细胞外界溶液浓度较大，细胞失水，如图丙所示；达到平衡状态时，水分子进出细胞的速率相等，与图乙所示相同。 2.温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。 材料及用具：有如图所示相同的渗透装置三个，酒精灯(或水浴锅)、冰块及用具若干。 (1)实验假设：温度高低会提高或降低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)实验方案设计：准备如图所示的渗透装置三套，在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温；第二组烧杯外加冰块降温；第三组留作对照。三组装置同时开始实验，并记录液面变化及时间。 重点难点阐释 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： 1.(2024·四川成都模拟)为了观察渗透吸水现象，有人进行如下实验：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 解析：C　漏斗中是清水，烧杯中是浓度为30%蔗糖溶液，烧杯中浓度高于漏斗，且只有水可自由通过膀胱膜，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符合题意。 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进行的扩散 解析：C　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有的破裂，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，其中水分子是从其分子数相对较多处向相对较少处扩散，即从溶液浓度较低处向溶液浓度较高处进行扩散，D错误。 考点二　探究植物细胞的吸水和失水 1.实验原理 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。 　(必修1 P64探究·实践，拓展)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，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： a　　　　　　　　b ①图a中细胞的质壁分离指的是细胞壁和原生质层的分离，后者的结构包括[2]和[4]以及两者之间的细胞质。 ②植物细胞发生质壁分离所需的外界条件是外界溶液浓度大于细胞液浓度。植物细胞自身应具备的结构特点原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。 ③图b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细胞液的浓度可能大于、等于或小于外界溶液的浓度。 高考情境探究 (2021·湖南卷，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，细胞发生质壁分离导致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相等吗？不相等。判断的依据是溶液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NaCl溶液中含有钠离子和氯离子，故其渗透压高于蔗糖溶液。 重点难点阐释 1.实验分析 (1)本实验存在两组对照实验 (2)不同外界溶液中植物细胞的变化分析 将成熟的植物细胞依次浸于蒸馏水、物质的量浓度为0.3 mol/L的蔗糖溶液和0.5 mol/L的尿素溶液中，原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积随时间变化如图，分析如下： ①A曲线表示细胞在蒸馏水中：细胞略膨胀，但是由于细胞壁的存在，原生质体的体积不能无限增大。 ②B曲线表示细胞在0.5 mol/L的尿素溶液中：细胞先因渗透失水而发生质壁分离，后由于尿素能进入细胞，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原。细胞在甘油、乙二醇等溶液中也可发生质壁分离后自动复原的现象。 ③C曲线表示细胞在0.3 mol/L的蔗糖溶液中：蔗糖不能进入细胞，因此质壁分离后细胞不能发生自动复原。 2.植物细胞质壁分离及复原的拓展应用 (1)判断成熟植物细胞是活细胞还是死细胞 (2)测定细胞液浓度范围 (3)比较不同植物成熟细胞的细胞液浓度 (4)鉴别不同种类的溶液(如乙二醇溶液和蔗糖溶液) 1.(2024·重庆巴蜀中学校考)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(　　) A.整个实验过程中，①是对照组，②是实验组 B.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 解析：D　本实验存在两组对照实验，质壁分离过程中对照组是自然状态下的洋葱鳞片叶外表皮细胞①，质壁分离复原过程中对照组是发生了质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞②，A错误；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分子复制，B错误；用洋葱外表皮进行质壁分离复原实验，若观察到a处变为紫色，说明细胞膜破裂，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。 2.(2024·山东济南模拟)某兴趣小组用不同浓度(0～0.6 mol/L)的蔗糖溶液处理了一批黄瓜条，按照蔗糖溶液浓度由低到高的顺序分成7组，一定时间后测定黄瓜条的质量变化，处理数据后得到如图所示的结果。下列叙述错误的是(　　) 注：黄瓜条的质量变化百分比(%)＝黄瓜条质量变化/黄瓜条初始质量×100%。 A.每组实验中黄瓜条的浸泡时间属于无关变量 B.实验后，第1～7组黄瓜细胞的细胞液浓度依次升高 C.本实验所用的黄瓜细胞的细胞液中溶质的浓度在0.4～0.5 mol/L之间 D.实验后，第1～7组黄瓜细胞的吸水能力依次降低 解析：D　每组实验中黄瓜条的浸泡时间如果不一样，可能会影响实验结果的准确性，浸泡时间属于无关变量，必须相同且适宜，A正确；由题图可知，1～5组黄瓜细胞吸水量依次下降，6～7组细胞失水，7组失水量多于6组，则实验后第1～7组黄瓜细胞的细胞液浓度依次升高，B正确；蔗糖溶液浓度为0.4 mol/L时，黄瓜细胞吸水，浓度为0.5 mol/L时，黄瓜细胞失水，故本实验所用的黄瓜细胞的细胞液中溶质的浓度在0.4～0.5 mol/L之间，C正确；实验后，第1～7组黄瓜细胞的细胞液浓度依次升高，所以在黄瓜细胞未死亡的情况下，实验后第1～7组黄瓜细胞的吸水能力依次升高，D错误。 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：C　用30%蔗糖处理之后，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会扩大，细胞液浓度下降，A、B不符合题意。随着所用蔗糖浓度上升，当蔗糖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下降，细胞液浓度上升，C符合题意，D不符合题意。 2.(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 解析：A　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，甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离，说明细胞吸水，表明细胞中浓度>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)相比乙、丙组原生质体表面积略有下降，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.(2021·重庆卷)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 解析：B　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，说明质壁分离的细胞是活细胞，若经清水处理后发生质壁分离的细胞均复原，C正确；T3和T4组若持续用清水处理，质壁分离复原的细胞逐渐增多，使质壁分离的细胞比例可能下降，D正确。 4.(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，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：A　通过分析可知，滴加①后细胞吸水量少于滴加③后细胞吸水量，说明保卫细胞细胞液浓度高低为①处理后>③处理后，A错误；滴加②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；通过分析可知，推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$