第05讲 水进出细胞的原理

第05讲 水进出细胞的原理 考点一 通过模拟实验探究膜的透性 【核心要点1】渗透作用 【核心要点2】动物细胞的吸水和吸水 【核心要点3】成熟植物细胞的吸水和吸水 考点二 实验：观察植物细胞的质壁分离和复原 【重要性】 物质运输是细胞代谢的基础。 贯穿这一讲的核心逻辑是：结构与功能相适应。 通过模拟实验探究膜的透性【P41】 01 1.渗透作用： 水分子（或其他溶剂分子）通过 的 。 半透膜 补充 什么是半透膜？有什么特点？ 概念：指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。 特点：透过的依据是分子或离子的大小，不具有选择性。 如：玻璃纸、羊皮纸、离体的动物膀胱膜、鱼鳔、肠衣等。 物理性膜 扩散 不同膜允许通过的分子种类不同。 通过模拟实验探究膜的透性【P41】 01 1.渗透作用： 水分子（或其他溶剂分子）通过 的 。 半透膜 补充 什么是扩散？ 概念：指分子从分子多处向分子少处运动的现象。 如：将一滴红墨水滴入一杯清水中，清水很快就变成了红色，这是溶质分子在水中扩散的结果。 扩散 通过模拟实验探究膜的透性【P41】 01 【概念理解】渗透作用： 1.核心： 的扩散； ①水分子的渗透方向？A.多到少 B.少到多 ②水分子的渗透方向？A.高浓度到低浓度 B.低浓度到高浓度 2.条件： ①具有 ； ②半透膜两侧的溶液存在 ； 3.结果： 水分子可以通过半透膜进行 向扩散，直到水分子进出速率达到 。 水分子 半透膜 浓度差 该浓度指的是：物质的量浓度。 即：单位体积的溶液里所含某溶质微粒数目。 √ √ 双 动态平衡 【素养提升】渗透装置分析 常考的渗透装置如图所示，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，其中蔗糖不能透过半透膜，起始液面相同，液面不再升高时液面差为Δh。 △h 思考 请判断S1和S2的初始浓度，谁更高？ 01 FS2 FS1 FS2 FS1 ①渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力。 计算公式：Π=cRT(c:物质的量浓度、R:气体常数、T:绝对温度)。 规律总结：物质的量浓度越高，渗透压越 。 设：将半透膜附近的水分子看作一个整体。其运动将受到两个力的影响： 大 漏斗内液面升高说明FS1 FS2，即S1浓度 S2浓度； 随着漏斗内液面升高，FS1 ；FS2 ； ＞ ＞ 【素养提升】渗透装置分析 ↓ ↑ 思考 液面不再升高时， 膜两侧溶液浓度是否相同？ 01 物体在不受力或受平衡力时，保持静止状态或匀速运动状态。 液体压强的计算:P=ρgh（ρ-液体的密度，g-重力加速度，常量10N/kg，h-液体的高度或深度） FS2 FS1 ②静水压：指液体所产生的压强。 计算公式：P=ρgh(ρ:液体密度、g:常量、h:高度)。 规律总结：液体的高度越高，静水压越 。 ①渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力。 计算公式：Π=cRT(c:物质的量浓度、R:气体常数、T:绝对温度)。 规律总结：物质的量浓度越高，渗透压越 。 设：将半透膜附近的水分子看作一个整体。其运动将受到两个力的影响： 大 漏斗内液面升高说明FS1 FS2，即S1浓度 S2浓度； 随着漏斗内液面升高，FS1 ；FS2 ； ＞ ＞ 【素养提升】渗透装置分析 ↓ ↑ 大 P静水压 液面不再上升时(受力平衡)，可得 ； 只要存在液面差，就存在静水压，FS1 FS2，即S1浓度 S2浓度，浓度不相等。 FS1=FS2+P静水压 ＞ ＞ 01 物体在不受力或受平衡力时，保持静止状态或匀速运动状态。 液体压强的计算:P=ρgh（ρ-液体的密度，g-重力加速度，常量10N/kg，h-液体的高度或深度） 随堂小练 1．图甲是发生渗透作用时的初始状态，图乙是较长时间之后，漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。下列有关叙述错误的是(　　) A．图甲中③为半透膜，水分子能自由通过 B．图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度 C．图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等 D．图甲中溶液①和②浓度差越大，则图乙中的水柱越高 C ②＞① F① F② ②＞① F① F② P静水压 01 【记忆口诀】水往高处走。 【素养提升】渗透装置分析 另一种常考的渗透装置如图所示，若该半透膜只允许水分子通过。 思考 一段时间后，液面会如何变化？ 提示： 。 2mol/L的蔗糖溶液和2mol/L的葡萄糖溶液 物质的量浓度 ， 渗透压 ，对水的吸引力 。 01 液面等高 相等 相等 相等 【素养提升】渗透装置分析 另一种常考的渗透装置如图所示，若该半透膜只允许水分子通过。 思考 一段时间后，液面会如何变化？ 提示： 。 质量分数相同的蔗糖和葡萄糖溶液， 溶液的物质的量浓度更高， 渗透压更高，对水的吸引力更大， 因此由蔗糖溶液→葡萄糖溶液的水分子较 。 质量分数 为10% 质量分数 为10% 01 右侧液面升高 葡萄糖 多 随堂小练 2.如图所示，容器甲中含0.02mol·L－1蔗糖，0.03mol·L－1尿素； 容器乙中含0.01mol·L－1蔗糖，0.05mol·L－1尿素。甲、乙间隔一层半透膜。 第一种情况：半透膜只允许水分子通过； 第二种情况：半透膜允许水分子和尿素分子通过。 当达到动态平衡时，这两种情况下的液面高度分别是(　　) A．一样高，甲高于乙 B．乙高于甲，不能确定 C．乙高于甲，甲高于乙 D．一样高，不能确定 C 0.05 0.06 ①乙高； 0.02 0.04 0.01 0.04 0.06 0.05 ②甲高； 01 动物细胞与外界溶液构成一个渗透系统： ①具有半透膜： 。 ②半透膜两侧溶液具有浓度差： 。 细胞膜 细胞质与外界溶液 2.动物细胞的吸水和失水 外界溶液浓度 细胞质浓度 外界溶液浓度 细胞质浓度 0.9% NaCl溶液 9% NaCl溶液 0.09% NaCl溶液 外界溶液浓度 细胞质浓度 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩 细胞无明显变化 ＜ ＞ ＝ 注:生理盐水是动物 细胞的等渗溶液。 通过模拟实验探究膜的透性【P41】 01 水分子运动方向：低浓度溶液→高浓度溶液 通过模拟实验探究膜的透性【P41】 01 3.植物细胞的吸水和失水 成熟植物 细胞模式图 ① ② ③ ④ 细胞膜 细胞质 液泡膜 细胞液 细胞壁 特点： 作用： 全透性，伸缩性比较小。 保护和支持细胞。 原生质层 注： 水进出植物细胞，主要是指水经过 原生质层进出液泡。 植物细胞与外界溶液构成一个渗透系统： ①具有半透膜： 。 ②半透膜两侧溶液具有浓度差： 。 原生质层 细胞液与外界溶液 考向 结合动植物细胞的吸水与失水，考查科学思维【P42】 01 1.(2024·山东卷，4)仙人掌的茎由内部薄壁细胞和进行光合作用的外层细胞等组成，内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大。水分充足时，内部薄壁细胞和外层细胞的渗透压保持相等；干旱环境下，内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快。下列说法错误的是(　　) A.细胞失水过程中，细胞液浓度增大 B.干旱环境下，外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的低 C.失水比例相同的情况下，外层细胞更易发生质壁分离 D.干旱环境下，内部薄壁细胞合成多糖的速率更快，有利于外层细胞的光合作用 B 细胞失水过程中，水从细胞液流出，细胞液浓度增大，√； 内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快，其浓度更低，×； 内部薄壁细胞细胞壁的伸缩性更大，故更不易发生质壁分离，√； 有利于外层细胞光合作用产物向内部薄壁细胞转移，有利于外层细胞光合作用，√； 考向 结合动植物细胞的吸水与失水，考查科学思维【P42】 01 2.(2023·全国甲卷，4)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 应减小 应增大 应增大 应减小 失水 应增大 实验：观察植物细胞的质壁分离与复原【P42】 02 1.实验原理： (1)内因：①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层 。 ②原生质层比细胞壁的伸缩性 。 (2)外因： 与外界溶液之间具有一定的浓度差，细胞能渗透吸水或失水。2.实验材料： 紫色洋葱鳞片叶。 质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液、清水。 刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、 吸水纸、显微镜等。 细胞液 大 半透膜 注：教材中唯一一个 只在低倍镜下观察的实验。 实验：观察植物细胞的质壁分离与复原【P42】 02 3.实验步骤： 制片 制作临时装片：选择紫色洋葱鳞片叶 表皮。 低倍镜观察 ①有一个 的中央大液泡， ②原生质层紧贴 。 紫色洋葱 鳞片叶外表皮 紫色洋葱 鳞片叶内表皮 外 紫色 有大液泡，且内含紫色花青素，便于观察。 细胞壁 从盖玻片的一侧滴 ， 另一侧用 引流，重复几次。 滴蔗糖溶液 实验：观察植物细胞的质壁分离与复原【P42】 02 3.实验步骤： 低倍镜观察 质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液 吸水纸 ①中央液泡 (颜色 )； ②原生质层与细胞壁逐渐 。 逐渐变小 分离 加深 →质壁分离. 【思考】 原生质层和细胞壁之间充满 的液体是 。 外界溶液 注意：质壁分离的“质”指的是原生质层(细胞膜、液泡膜、细胞质)；“壁”指的是细胞壁。 从盖玻片的一侧滴 ， 另一侧用 引流，重复几次。 滴清水 实验：观察植物细胞的质壁分离与复原【P42】 02 3.实验步骤： 低倍镜观察 吸水纸 ①中央液泡 (颜色 )； ②原生质层逐渐 细胞壁。 逐渐变大 贴近 变浅 →质壁分离的复原 清水 实验：观察植物细胞的质壁分离与复原【P42】 02 4.实验结果： ①细胞的正常形态 ②在蔗糖溶液中 发生质壁分离 ③在清水中发生 质壁分离复原 三次观察 两次自身对照 注：细胞大小基本不变 【提醒】本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液。 ①若质量浓度过 ，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内因失水 过多而死亡，质壁分离后不能复原； ②若质量浓度过 ，则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。 高 低 ①本实验中存在两组对照实验，对照组和实验组在同一装片中先后进行，属于自身前后对照。 实验：观察植物细胞的质壁分离与复原【P42】 02 4.实验结果： 提示：不能；静态图片无法判断动态状态： ①该细胞可能正在失水，则细胞液浓度 外界溶液浓度； ②该细胞可能正在吸水，则细胞液浓度 外界溶液浓度； ③该细胞可能处于平衡状态，则细胞液浓度 外界溶液浓度。 ＜ ＞ 思考 当显微镜下观察到细胞处于质壁分离状态时，能否判断该细胞的细胞液与外界溶液浓度的大小？ ＝ ①本实验中存在两组对照实验，对照组和实验组在同一装片中先后进行，属于自身前后对照。 实验：观察植物细胞的质壁分离与复原【P42】 02 5.拓展思考： ①假如细胞已经死亡，还能发生吸水和失水的现象吗？ ②幼嫩的植物细胞可以发生质壁分离现象吗？ 不会，死细胞的细胞膜或原生质层已失去功能。 不可以，幼嫩的植物细胞没有成熟的大液泡，也就是没有原生质层。 【小结】植物细胞发生质壁分离的条件： ①植物细胞是 的； ②植物细胞有 （成熟的植物细胞）； ③细胞外溶液的浓度 细胞液浓度； 成熟植物细胞模式图 活 大液泡 大于 实验：观察植物细胞的质壁分离与复原【P42】 02 ③用物质的量浓度为2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)体积变化情况如图所示。 为什么处于乙二醇溶液中的细胞发生质壁分离后可自动复原？ 因为乙二醇分子可以进入细胞内， 引起细胞液的浓度增大， 细胞吸水使质壁分离自动复原。 补充：细胞在甘油、尿素、KNO3等溶液中， 均可发生质壁分离的自动复原。 考向1 结合实验原理和步骤，考查科学思维【P43】 02 1.(2024·江苏卷，7)有同学以紫色洋葱为实验材料，进行“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验。下列相关叙述合理的是(　　) A.制作临时装片时，先将撕下的表皮放在载玻片上，再滴一滴清水，盖上盖玻片 B.用低倍镜观察刚制成的临时装片，可见细胞多呈长条形，细胞核位于细胞中央 C.用吸水纸引流使0.3 g/mL蔗糖溶液替换清水，可先后观察到质壁分离和复原现象 D.通过观察紫色中央液泡体积大小变化，可推测表皮细胞是处于吸水还是失水状态 D 滴一滴清水在载玻片→将撕下的表皮放在水滴中展平→盖上盖玻片，×； 细胞核通常位于细胞的一侧，而不是细胞中央，×； 可以观察到质壁分离现象，但要观察复原现象需要重新用清水替换蔗糖溶液，×； 当液泡体积变大→说明细胞吸水，液泡体积变小→说明细胞失水，√； 考向1 结合实验原理和步骤，考查科学思维【P43】 02 2.(2025·广东广州二中调研)下表是植物细胞在放入蔗糖溶液前，以及放入甲、乙、丙三种不同浓度的蔗糖溶液中一段时间后细胞的形态。下列叙述正确的是(　　) 实验处理 放入前 放入甲溶液 放入乙溶液 放入丙溶液 细胞的形态 A.若降低甲溶液的浓度，植物细胞可能会因吸水而涨破 B.浸泡在乙溶液中的细胞，其内外溶液浓度相等，没有水分子进出细胞 C 植物细胞会继续吸水，但由于其存在具有支撑作用的细胞壁，所以不会涨破，×； 水分子进出细胞处于动态平衡，×； 甲浓度低 乙浓度同 丙浓度高 考向1 结合实验原理和步骤，考查科学思维【P43】 02 2.(2025·广东广州二中调研)下表是植物细胞在放入蔗糖溶液前，以及放入甲、乙、丙三种不同浓度的蔗糖溶液中一段时间后细胞的形态。下列叙述正确的是(　　) 实验处理 放入前 放入甲溶液 放入乙溶液 放入丙溶液 细胞的形态 C.浸泡在丙溶液中的细胞出现质壁分离时，细胞壁和细胞膜间充满蔗糖溶液 D.若该细胞处于一定浓度的尿素溶液中，一定会出现质壁分离后自动复原的现象 由于细胞壁具有全透性，所以细胞壁和细胞膜间充满蔗糖溶液(外界溶液)，√； 若该细胞所处尿素溶液的浓度过高，细胞会过度失水而死亡，不一定出现，×； C 甲浓度低 乙浓度同 丙浓度高 考向2 结合实验拓展应用，考查科学探究能力【P43】 02 3.(2025·广东深圳模拟)某实验小组利用乙二醇和蔗糖溶液进行质壁分离实验的探究，如图是实验过程中原生质体的相对体积随时间的变化情况。下列相关叙述正确的是(　　) A.乙二醇溶液组C点的细胞液浓度高于A点的细胞液浓度 B.0～60s两组实验结果存在差异是因为两组实验所用溶液的浓度不同 C.要测量原生质体相对体积的大小一般选择紫色洋葱内表皮细胞 D.蔗糖溶液组BD段的原生质体的相对体积不变是因为没有水分子的流动 A 乙二醇可进入细胞内，A、C体积相等，C点溶质微粒增加，细胞液浓度更高，√； 由图可知，两组实验所用溶液的浓度都是2 mol·L-1，浓度相同，×； 一般选择紫色洋葱外表皮细胞（有紫色的中央大液泡），×； 水分子进出细胞达到动态平衡，×； 注：乙二醇溶液可进入细胞，使细胞发生质壁分离及自动复原 关键·真题必刷【P43】 1.某兴趣小组利用如图装置和表中试剂探究了透析袋的透性。 当a为①、b为⑤时，袋内溶液逐渐变为蓝色； 当a为②、b为③时，水浴(55摄氏度)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) C 实验1说明： 淀粉不能通过， 碘能通过； 实验2说明： 葡萄糖不能通过， 斐林试剂不能通过； 关键·真题必刷【P43】 A.若a为①＋②，b为③，水浴后透析袋外最终会出现砖红色 B.若a为①＋②，b为⑤，透析袋外的溶液最终会出现蓝色 C.若a为①＋④，b为⑤，透析袋内的溶液最终会出现棕红色 D.若a为①＋④，b为③，水浴后透析袋内最终会出现砖红色 三种物质均不能透过半透膜，水浴后不会出现砖红色，×； 淀粉、葡萄糖不能出透析袋外，碘能进透析袋内，透析袋内会出现蓝色，×； ①+④→葡萄糖，碘能进透析袋内，呈现棕红色√； ①+④→葡萄糖，四种物质均不能透过半透膜，水浴后透析袋内不会出现砖红色，×； 关键·真题必刷【P43】 2.(2021·广东卷，13)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 →几乎一样， ①=细胞液； →细胞失水， ②＞细胞液； →细胞吸水， ③＜细胞液； 关键·真题必刷【P43】 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 ③处理后细胞吸水，细胞液浓度降低，③处理后＜①处理后，×； ②处理后，细胞失水，发生质壁分离，√； ③处理后，细胞吸水，有较多水分子进入保卫细胞，√； 细胞液浓度相同，则②＞①＞③，√； 关键·真题必刷【P44】 3.(2022·全国甲卷，2)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(　　) C →几乎一样，细胞a＝蔗糖溶液； →细胞吸水，细胞b＞蔗糖溶液； →细胞失水，细胞c＜蔗糖溶液； 关键·真题必刷【P44】 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 处理后，细胞吸水，说明水分交换前：细胞b＞蔗糖溶液，√； 如分析所示，细胞b＞细胞a＞细胞c，√； ③细胞失水→蔗糖溶液浓度降低，平衡时，细胞液c=蔗糖溶液＜细胞a，×； 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，√； 关键·真题必刷【P44】 4.(2021·湖南卷，3)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。下列叙述错误的是(　　) A.施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关 B.质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁 C.质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低 D.1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等 D 施肥过多，根细胞外土壤溶液浓度过高，会导致质壁分离，引起“烧苗”现象，√； 质壁分离过程中，原生质层与细胞壁分离，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁，√； 质壁分离复原过程中，细胞吸水，细胞液浓度逐渐降低，吸水能力逐渐降低，√； 渗透压大小取决于溶液物质的量浓度， 1mol/LNaCl(Na+、Cl-)＞1mol/L蔗糖(C12H22O11)，×； 关键·真题必刷【P44】 现有普通植物和耐盐碱植物若干，由于标签损坏无法辨认类型，某生物兴趣小组使用0.3 g·mL-1的KNO3溶液分别处理两组植物细胞，结果如图1所示。请回答下列有关问题： (1)应选择根尖的 (填“成熟区”“伸长区”“分生区”或“根冠”)细胞进行上述实验。图1中A→B段，Ⅰ组植物的吸水能力 ， 此时，在细胞壁和原生质体之间充满了 。 A→C段Ⅰ组植物细胞发生了什么现象？在这个过程中细胞大小如何变化？ . 成熟区 逐渐升高 KNO3溶液 发生了质壁分离与质壁分离的复原； 在这个过程中细胞大小基本不变。 关键·真题必刷【P44】 现有普通植物和耐盐碱植物若干，由于标签损坏无法辨认类型，某生物兴趣小组使用0.3 g·mL-1的KNO3溶液分别处理两组植物细胞，结果如图1所示。请回答下列有关问题： (2)实验过程中并未添加清水，Ⅱ组植物原生质体体积逐渐增大的原因可能是什么？ . 。 Ⅱ组植物细胞液浓度大于外界溶液浓度， 水分子透过原生质层进入细胞液，细胞发生渗透吸水。 关键·真题必刷【P44】 (3)该兴趣小组继续探究了该耐盐碱植物的细胞液浓度，实验结果如图2，请你根据实验结果尝试写出他们的实验思路。 【实验思路模板】 ①选材、分组、编号： ②控制自变量： ③控制无关变量： ④控制因变量： 将生长状况相同的该耐盐碱植物细胞均分为若干组， 分别加入配制好的一系列浓度范围在0.3～0.6 g·mL-1的蔗糖溶液， 其他条件控制相同且适宜， 培养一段时间后,观察并记录其原生质体的体积相对值。 $$