2.4 水进出细胞的原理(Word教参)-【正禾一本通】2025年高考生物高三一轮总复习高效讲义（人教版2019 不定项版）

第4课时　水进出细胞的原理　 【课标要求】阐明细胞膜具有选择透过性。 考点1　渗透作用及其现象分析 整合必备知识 1.渗透作用的概念 水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。 2.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。 3.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：因为液面上升到一定程度就会产生一个静水压(图中Δh)，当该压力和漏斗中的吸水能力相等时液面不再上升。 【易错辨析】　//////////////////////////////// (1)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。(×) 提示：当半透膜两侧溶液浓度相等时，半透膜两侧的水分子进出平衡。 (2)哺乳动物成熟红细胞没有具膜结构的细胞器，因此不能发生渗透作用。(×) 提示：哺乳动物成熟红细胞的细胞膜相当于半透膜，细胞膜内外溶液具有一定浓度差，可以发生渗透作用。 (3)在渗透装置中，从实验开始到实验平衡过程中，水分子进入漏斗的速率越来越快。(×) 提示：从实验开始到实验平衡过程中，水分子进入漏斗的速率越来越慢。 提升关键能力 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，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“＝”) (2)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。 ①一段时间后，两管中液面的变化为左管液面升高，右管液面降低。(填“升高”“降低”或“不变”) ②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。(填“升高”“降低”或“不变”) 落实素养题组 1.(2023·江西南昌二模)如图为研究渗透作用的实验装置(半透膜葡萄糖分子可以通过，比蔗糖大的分子不能通过)，S1、S2为蔗糖溶液，图中所示为平衡状态。相关叙述正确的是(　　) A.如果将S2溶液改成相同质量浓度的淀粉溶液，则再平衡时Δh更小 B.平衡时，如果向长颈漏斗内加入一定量且浓度与起始S1溶液摩尔体积浓度相同的淀粉酶溶液，则再平衡时Δh值不变 C.植物细胞存在原生质层，能发生类似于图示的渗透作用；但移除细胞内的液泡后，则不能发生渗透作用 D.将长颈漏斗内高于外界烧杯液面的溶液吸出，水分子进漏斗的速度慢慢变小 解析：选D。相同质量浓度下淀粉的摩尔体积浓度比蔗糖的小，所以水进入漏斗更多，Δh更大，A错误；平衡时，漏斗内浓度低于起始浓度，加入淀粉酶时，虽不能使蔗糖分解，但漏斗内加上高于当前浓度的淀粉酶溶液，使漏斗内浓度升高，Δh升高，B错误；细胞膜有选择透过性，所以没有液泡也能进行渗透作用，C错误；将长颈漏斗内高于外界烧杯液面的溶液吸出，因为渗透作用液面会继续上升，上升的时候将漏斗的溶液稀释，渗透压下降，水分子进漏斗的速度慢慢变小，D正确。 2.(2023·山东泰安模拟)将生鸡蛋的大头去掉蛋壳且保持壳膜完好，小头开个小孔让蛋清和蛋黄流出。将蛋壳内灌入一定量的质量浓度为15%的蔗糖溶液，然后放在盛有清水的烧杯中并用铅笔标上吃水线。下列分析正确的是(　　) A.壳膜相当于渗透装置中的半透膜，二者都具有选择透过性 B.半小时后吃水线将高于烧杯的水面 C.若将清水换成质量浓度为15%的NaCl溶液，则蛋壳先上浮后下沉 D.当蛋壳内的液面不再发生变化时，壳膜两侧的溶液浓度相等，水分子不再进出 解析：选C。本实验中相当于渗透装置中的半透膜的是壳膜，但具有选择透过性的只有壳膜，A错误。由于壳膜内的浓度大于外界溶液的浓度，从烧杯中进入蛋壳内的清水多于从蛋壳内进入烧杯中的清水，蛋壳下沉，导致吃水线低于烧杯的水面，B错误。若将清水换成质量浓度为15%的NaCl溶液，由于壳膜内的渗透压小于外界溶液的渗透压，从蛋壳内进入烧杯中的水多于从烧杯中进入蛋壳内的水，导致蛋壳上浮；由于Na＋和Cl－都可以通过壳膜，因此壳膜两侧的浓度差很快消失，从烧杯中进入蛋壳内的水多于从蛋壳内进入烧杯中的水，导致蛋壳下沉，C正确。当蛋壳内的液面不再发生变化时，单位时间内进出壳膜的水分子数目相等，即达到渗透平衡状态，D错误。 题后点击　(1)水分子是双向移动的，但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数较多。 (2)若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面差，则半透膜两侧溶液就还存在浓度差。 (3)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压，如质量分数为15%的蔗糖溶液和质量分数为15%的NaCl溶液的质量浓度相等，但质量分数为15%的蔗糖溶液的渗透压比质量分数为15%的NaCl溶液的小，故通过半透膜由蔗糖溶液向NaCl溶液移动的水分子数多。 考点2　动物细胞和植物细胞的吸水和失水 整合必备知识 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)当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。 (2)当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水，失水的细胞发生质壁分离复原现象。 (3)当外界溶液浓度＝细胞液浓度时，水分子进出平衡，细胞保持原态。 [深挖教材] (必修1 P63“思考·讨论”)红细胞的细胞膜相当于半透膜。习惯上说的半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于微粒的大小；选择透过性膜是具有活性的生物膜，其对不同物质的通过性不仅取决于分子大小，还与细胞的需求有关。因此细胞膜和半透膜类似，又有所不同。　 【易错辨析】　//////////////////////////////// (1)当在显微镜下观察到细胞处于质壁分离状态时，细胞可能正在失水，可能正在吸水，可能处于平衡状态，也可能已死亡。(√) (2)洋葱鳞片叶细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。(×) 提示：原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质组成。 (3)“海水稻”根细胞的细胞液浓度高于普通水稻根细胞的细胞液浓度。(√) 提升关键能力 科学家设计了一个简单有效地测定植物细胞的细胞液浓度的方法，如下：首先准备1号和2号两支试管并分别加入等量0.125 mol/L的蔗糖溶液；然后植物叶片打洞，取一定量小圆片放入1号试管30分钟，期间摇动数次，加入一粒极小的亚甲基蓝结晶(它对溶液浓度影响极小，可忽略不计，但溶液浓度变化会引起它定向扩散)轻轻摇动；再用毛细吸管吸一滴1号试管的蓝色溶液，然后伸入2号试管中部轻轻放出一滴蓝色溶液，观察蓝色小液滴移动方向并记录。以下是预期的实验结果和结论。回答下列问题。 项目 预期的实验结果 预期的实验结论 第一种 下沉 1号试管中溶液浓度上升 第二种 上浮 1号试管中溶液浓度下降 第三种 蓝色小滴将均匀扩散 1号试管中溶液浓度不变 (1)在第一种情况中，1号试管中的植物细胞表现为吸水还是失水？请分析其原因。 提示：吸水。在第一种情况中，1号试管中溶液浓度上升，说明植物细胞吸水膨胀。 (2)设计上述实验的原理是什么？如何判断溶液浓度的变化情况？ 提示：在1号试管中植物渗透吸水或失水会改变1号试管中溶液的浓度，因此，该实验的原理是植物细胞液与外界溶液存在浓度差时会发生渗透吸水或失水现象。溶液浓度变化会引起亚甲基蓝定向扩散，因此可根据蓝色小液滴的移动情况判断溶液浓度的变化情况。 (3)仅靠以上的一组实验不一定就能确定该植物叶细胞的细胞液浓度，还需增加哪种操作才能达成“测定该植物叶细胞的细胞液浓度”的目的，并对结果进行必要分析。 提示：替换不同浓度的蔗糖溶液，重复以上实验，当获得第三种预期的实验结果的时候，对应的蔗糖溶液浓度即为该植物叶细胞的细胞液浓度。 落实素养题组 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：选C。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会扩大，细胞液浓度下降，A、B不符合题意。随着蔗糖溶液浓度的上升，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减小，细胞液浓度上升，故C符合题意，D不符合题意。 2.(2023·浙江杭州模拟)取自两个新鲜萝卜A和B的萝卜条各3段，形状、大小、长度均相同，分别浸泡在不同浓度的蔗糖溶液甲、乙、丙中。一段时间后，取出所有萝卜条并测量其长度，结果如图所示。已知萝卜细胞与蔗糖溶液之间只有水分交换，则下列相关叙述错误的是(　　) A.初始时，萝卜条A的细胞液浓度大于萝卜条B B.初始时，三种蔗糖溶液浓度的大小关系是丙>甲>乙 C.浸泡在乙蔗糖溶液中的萝卜条B可能死亡 D.丙蔗糖溶液分别浸泡萝卜条A和B后，溶液浓度的升高程度不同 解析：选B。观察甲溶液的实验结果，由于萝卜条A的体积不变，说明细胞液浓度等于外界溶液浓度，而萝卜条B的体积变小，说明细胞液浓度低于外界溶液浓度，所以萝卜条A的细胞液浓度大于萝卜条B的细胞液浓度，A正确；萝卜条A在甲蔗糖溶液中吸水和失水处于动态平衡，萝卜条A在乙蔗糖溶液中失水，萝卜条A在丙蔗糖溶液中吸水，这说明初始时，三种蔗糖溶液浓度的大小关系是乙>甲>丙，B错误；浸泡在乙蔗糖溶液中的萝卜条B可能因失水过多而死亡，C正确；丙蔗糖溶液分别浸泡萝卜条A和B后，进入萝卜条A中的水分较多，进入萝卜条B中的水分较少，因此丙蔗糖溶液浓度的升高程度不同，D正确。 考点3　观察植物细胞的质壁分离和复原[探究·实践] 整合必备知识 1.实验原理 (1)内因：成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；原生质层的伸缩性大于细胞壁。 (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)植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。 (2)当外界溶液溶质的浓度大于细胞液浓度时，细胞失水。 (3)当外界溶液溶质的浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水。 5.实验应用 (1)判断成熟植物细胞是死细胞还是活细胞 (2)测定细胞液浓度范围 (3)比较不同植物细胞的细胞液浓度大小 (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) 【易错辨析】　//////////////////////////////// (1)“观察植物质壁分离与复原”实验中，至少需要对装片进行三次观察。(√) (2)实验中吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染显微镜镜头。(×) 提示：吸水纸的主要作用是引流。 (3)利用洋葱根尖分生组织和添加胭脂红的蔗糖溶液进行实验，现象更加明显。(×) 提示：洋葱根尖分生组织没有中央大液泡，不能发生渗透作用，不适宜作为该实验材料。 (4)选用黑藻成熟叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察。(×) 提示：可以通过叶绿体来观察细胞发生失水还是吸水。 (5)发生质壁分离的细胞，细胞壁与原生质层之间的液体是清水。(×) 提示：发生质壁分离的细胞，细胞壁与原生质层之间的液体是外界溶液。 提升关键能力 某研究性学习小组做质壁分离实验思路如下：在洁净的载玻片中央加一滴清水，取一片黑藻小叶，盖上盖玻片；从盖玻片一侧滴入0.3 g/mL的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流。这样重复几次，黑藻小叶就浸润在蔗糖溶液中。结果如图： 回答下列问题： (1)图中A、B处分别是什么颜色？ 提示：无色(白色)、绿色。 (2)如果用与0.3 g/mL的蔗糖溶液等渗的KNO3溶液进行实验，则液泡体积如何变化？原因是什么？ 提示：先减小后增大(复原)再基本不变。0.3 g/mL的KNO3溶液浓度大于细胞液浓度，导致细胞失水，液泡体积减小，由于K＋、 可被细胞吸收，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞吸水，液泡体积逐渐增大(复原)。 (3)如果将浸润在蔗糖溶液中的黑藻小叶的装片，放在80 ℃条件下先处理一段时间，然后在显微镜下就不能观察到质壁分离现象，且发现A处呈绿色的原因是什么？ 提示：高温下细胞膜、叶绿体膜失去选择透过性，叶绿素等色素进入A处。 落实素养题组 1.(2023·四川成都模拟)取两个大小相同、生理状态相似的花瓣细胞，将它们分别放置在Ⅰ、Ⅱ两种溶液中，测得液泡直径的变化如图所示。下列分析错误的是(　　) A.第4 min前，Ⅰ和Ⅱ溶液中花瓣细胞正在发生质壁分离 B.第2 min前，Ⅰ溶液中细胞的失水速率小于Ⅱ溶液中的 C.第4 min后，Ⅰ溶液中花瓣细胞正在发生质壁分离复原 D.第2 min后，Ⅱ溶液中花瓣细胞的吸水能力逐渐减弱 解析：选D。第4 min前，Ⅰ和Ⅱ溶液中花瓣细胞的液泡直径不断减小，说明正在发生质壁分离，A正确；第2 min前，Ⅰ曲线的斜率小于Ⅱ曲线，说明Ⅰ溶液中细胞的失水速率小于Ⅱ溶液中的，B正确；第4 min后，Ⅰ溶液中花瓣细胞的液泡直径不断增大，说明正在发生质壁分离复原，C正确；细胞失水越多，吸水能力就越强，故第2 min后，Ⅱ溶液中花瓣细胞的吸水能力逐渐增加，D错误。 2.(2024·天津河西一模)科研人员将A、B两种植物的成熟叶片置于不同浓度的蔗糖溶液中，培养相同时间后检测其质量变化，结果如图所示。下列相关描述错误的是(　　) A.甲浓度条件下，A植物细胞的液泡体积变小 B.乙浓度条件下，A、B两种植物的成熟细胞处于质壁分离状态 C.实验前两种植物细胞液浓度的大小关系为B>A D.五种蔗糖溶液浓度的大小关系为丙>戊>甲>丁>乙 解析：选D。甲浓度条件下，A植物细胞质量减少，说明细胞失水，液泡体积变小，A正确；乙浓度条件下，A、B两种植物细胞质量都大量减轻，说明A、B两种植物细胞都失水，A、B两种植物的成熟细胞处于质壁分离状态，B正确；丙浓度条件下，B植物的增加质量大于A植物，说明B植物的吸水量大于A植物，则两种植物细胞液浓度的大小关系为B>A，C正确；以B植物作为研究对象，丙浓度条件下细胞吸水最多，则丙浓度最小，其次是戊，甲浓度条件下B植物既不吸水也不失水，与细胞液浓度相等，乙浓度条件下失水最多，则乙浓度最大，因此五种蔗糖溶液浓度的大小关系为丙＜戊＜甲＜丁＜乙，D错误。 　　　　　　　　　　　　　　　　[高考真题·感悟试做]　　　　　　　　　　　　　　　　　 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：选A。 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，说明甲图细胞是活细胞，A正确； 乙图细胞发生质壁分离，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，丙图细胞的体积不会持续增大，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.(2022·全国甲卷)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 解析：选C。实验后细胞a未发生变化，说明细胞a的细胞液浓度几乎等于蔗糖溶液浓度；细胞b体积增大，说明细胞b吸水，则细胞b的细胞液浓度大于蔗糖溶液浓度；细胞c发生了质壁分离，说明细胞c失水，则细胞c的细胞液浓度小于蔗糖溶液浓度。所以水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c，A、B不符合题意。水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相同，但由于细胞c失水使其外界蔗糖溶液浓度减小，所以此时细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C符合题意，D不符合题意。 3.(多选)(2023·湖南高考)盐碱化是农业生产的主要障碍之一。植物可通过质膜H＋泵把Na＋排出细胞，也可通过液泡膜H＋泵和液泡膜NHX载体把Na＋转入液泡内，以维持细胞质基质Na＋稳态。下图是NaCl处理模拟盐胁迫，钒酸钠(质膜H＋泵的专一抑制剂)和甘氨酸甜菜碱(GB)影响玉米Na＋的转运和相关载体活性的结果。下列叙述正确的是(　　) A.溶质的跨膜转运都会引起细胞膜两侧渗透压的变化 B.GB可能通过调控质膜H＋泵活性增强Na＋外排，从而减少细胞内Na＋的积累 C.GB引起盐胁迫下液泡中Na＋浓度的显著变化，与液泡膜H＋泵活性有关 D.盐胁迫下细胞质基质Na＋排出细胞或转入液泡都能增强植物的耐盐性 解析：选BD。溶质的跨膜转运不一定会引起细胞膜两侧的渗透压变化，如正常细胞为维持渗透压一直在进行的跨膜转运，再如单细胞生物在跨膜转运时，细胞外侧渗透压几乎很难改变，A错误；对比分析上两个题图可知，NaCl胁迫时，加GB使Na＋外排显著增加，钒酸钠处理抑制了质膜H＋泵后，NaCl胁迫时，加GB使Na＋外排略微增加，说明GB可能通过调控质膜H＋泵活性来增强Na＋外排，从而减少细胞内Na＋的积累，B正确；对比分析下两个题图可知，NaCl胁迫时，加GB使液泡膜NHX载体活性明显增强，而液泡膜H＋泵活性几乎无变化，所以GB引起盐胁迫时液泡中Na＋浓度的显著变化，与液泡膜NHX载体活性有关，而与液泡膜H＋泵活性无关，C错误；由题意可知，植物通过质膜H＋泵把Na＋排出细胞，也可通过液泡膜NHX载体和液泡膜H＋泵把Na＋转入液泡内，以维持细胞质基质Na＋稳态，增强植物的耐盐性，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$