2026届高三一轮复习生物：物质的输入和输出 水进出细胞的原理课件

第4讲物质输入和输出 4.1水进出细胞的原理 一.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 的 ，称为渗透作用。 2.渗透作用的产生条件： (1)具有 。 (2)半透膜两侧的溶液存在 。 3.渗透方向： 水相对含量 →水相对含量 ； 浓度溶液→ 浓度溶液； 渗透压 →渗透压 。 半透膜 扩散 半透膜 浓度差 高 低 低 高 低 高 蔗糖溶液 清水 半透膜 半透膜:某些物质可以通过，而另一些物质不能通过的多孔性薄膜。物质能否通过取决于分子的大小，如常见的半透膜有动物的膀胱膜、肠衣、鸡蛋的蛋壳膜等。 不是指质量浓度，而是指溶液中溶质的物质的量浓度，即单位体积中溶质分子的微粒数，微粒数多的溶液吸水力强。 单位体积中溶质分子的微粒数越多，溶液渗透压越大。 一.渗透作用及其现象分析 1.玻璃纸是一种半透膜，细胞膜能够控制物质进出细胞，有人说细胞膜与半透膜类似，又有所不同，你能说出其中的原因吗？ 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；细胞膜属于选择透过性膜，选择透过性膜是具有活性的生物膜，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。 2.渗透与扩散的区别是： 渗透作用必须有选择透过性膜(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；因此，渗透是一种特殊的扩散。 [深挖教材] 一.渗透作用及其现象分析 (1)液面上升的原因：____________________________________________ __________________________________________________。 (2)液面不会一直上升的原因：__________________________________ ____________________________________________________________。 单位时间由烧杯中通过半透膜进入漏斗中的水分子数>单位时间由漏斗中通过半透膜进入烧杯中的水分子数 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,水分子双向运动速率相等,即动态平衡。 4.渗透装置： 一.渗透作用及其现象分析 4.渗透装置： △h ①如图：液面高度不发生变化，水分子在半透膜处双向运动速率相等，即达到渗透平衡。 溶液S1 溶液S2 S1与S2的浓度差逐渐减小 水分从S1进入S2的动力逐渐减小 S1与S2液面的高度差逐渐增大 水分从S1进入S2的阻力逐渐增大 ②渗透平衡的原因 动力=阻力 渗透平衡 渗透平衡 一.渗透作用及其现象分析 4.渗透装置： 渗透平衡 △h 溶液S1 溶液S2 S1与S2的浓度差逐渐减小 水分从S1进入S2的动力逐渐减小 S1与S2液面的高度差逐渐增大 水分从S1进入S2的阻力逐渐增大 ②渗透平衡的原因 动力=阻力 渗透平衡 渗透开始时，S2的浓度＞S1的浓度 渗透平衡时，S2的浓度＞S1的浓度 只是S1与S2的浓度差缩小了。 一.渗透作用及其现象分析 4.渗透装置： 类型 ①烧杯-漏斗 ②U型管 清水 清水 蔗糖溶液 蔗糖溶液 半透膜 半透膜 一.渗透作用及其现象分析 5.液面变化情况分析： 高浓度一侧(右侧)液面升高； 渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等 一.渗透作用及其现象分析 5.液面变化情况分析： 右侧液面先上升后下降，最终左侧液面高于右侧液面。 一.渗透作用及其现象分析 5.液面变化情况分析： 溶液体积大，吸收水多，液面高度大 一.渗透作用及其现象分析 5.液面变化情况分析： A、B两个漏斗中液体体积和浓度相同，所以最终液面高度相同，但是A漏斗的半透膜面积大，吸水快。 一.渗透作用及其现象分析 （小试牛刀） 如图，在U形管中部c处装有半透膜，在a侧加入红色的细胞色素(相对分子质量为13000的蛋白质)的水溶液，b侧加入清水，并使a、b 两侧液面高度一致。经过一段时间后，实验结果将是（ ） A．a、b 两液面高度一致，b侧为无色 B．a、b两液面高度一致，b侧为红色 C．a液面低于b液面，b侧为红色 D．a液面高于b液面，b侧为无色 D （学以致用） 如图中的渗透装置，若每次停止上升后都将玻璃管中高出液面的部分吸出，则ab液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是 (　　) B 一.渗透作用及其现象分析 一.渗透作用及其现象分析 （触类旁通） 如图中的渗透装置，若将U形管中的b由清水换成与蔗糖溶液等质量浓度的葡萄糖溶液，开始时的液面高度为a，如果半透膜允许葡萄糖通过不允许蔗糖通过，则玻璃管中a液面会发生怎样的变化(　　 ) A、上升 B、下降 C、上升后下降 D、下降后上升 E、不变（不上升也不下降） D 葡萄糖分子由b移动到a侧，降低了a和b之间的浓度差，水分子有回流的现象 二.细胞的吸水和失水 1.动物细胞的吸水和失水(以哺乳动物红细胞为例) 低渗溶液 高渗溶液 等渗溶液 细胞质浓度＞外界溶液浓度 细胞吸水、膨胀 细胞质浓度＜外界溶液浓度 细胞失水、皱缩 细胞质浓度＝外界溶液浓度 细胞形态不变 原理 “半透膜” 浓度差 细胞膜 细胞质与外界溶液间具有浓度差 现象 二.细胞的吸水和失水 2.植物细胞的吸水和失水 (1)植物细胞细胞的吸水方式： ①吸胀吸水：主要依赖细胞内的亲水物质(如蛋白质、淀粉、纤维素等)，在植物细胞中央大液泡形成之前主要通过吸胀作用吸水。如：根尖分生区、干种子等。 ②渗透吸水：成熟植物细胞的主要吸水方式，如根尖成熟区细胞、紫色洋葱表皮细胞等形成中央大液泡的细胞。 二.细胞的吸水和失水 2.植物细胞的吸水和失水 全透 小 细胞质 半透膜 大 液泡 (2)成熟植物细胞的结构： 原生质层和原生质体的辨析? 二.细胞的吸水和失水 2.植物细胞的吸水和失水 (3)成熟植物细胞的吸水和失水 ①条件： 相当于半透膜； 与外界溶液存在浓度差。 原生质层 细胞液 ②现象: 成熟植物细胞具有中央________。 大液泡 当外界溶液浓度_____细胞液浓度时，细胞发生质壁分离现象 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 当外界溶液浓度_____细胞液浓度时，细胞维持正常形态 大于 等于 质壁分离复原 小于 提醒：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。 三.观察植物细胞的质壁分离和复原 1.将白菜切碎做馅时，常常放一些盐，看到什么现象？ 2.卖菜的阿姨常往青菜上洒水，为什么？ 水分渗出（细胞失水） 青菜变坚挺（细胞吸水） 3.农作物施肥过多引起“烧苗”，为什么？ 农作物严重脱水（细胞失水） 生活实例： 三.观察植物细胞的质壁分离和复原 1.实验原理: 内因 (1)成熟的植物细胞的原生质层相当于____________ (2)原生质层比细胞壁伸缩性___ 外因： 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： 的洋葱鳞片叶 细胞。 一层半透膜 大 细胞液 紫色 外表皮 洋葱鳞片叶内表皮细胞是成熟植物细胞， 有大液泡，能发生质壁分离及复原，但液泡无色，直接观察现象不明显 黑藻是高等植物细胞，含有大液泡和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象 三.观察植物细胞的质壁分离和复原 3.实验步骤及现象 细胞壁 逐渐变小 变深 清水 逐渐变大 变浅 引流法 细胞大小基本不变 4.实验现象和结论 (1)当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞 ，发生 。 (2)发生质壁分离的细胞，当细胞液的浓度 外界溶液的浓度时，细胞_____，发生质壁分离复原。 三.观察植物细胞的质壁分离和复原 失水 质壁分离 大于 吸水 结论：植物细胞的 相当于一层半透膜，植物细胞是通过 吸水和失水的。 原生质层 渗透作用 细胞液浓度越大，细胞吸水能力越强（细胞随着质壁分离的进行，吸水能力不断增强）。 部分植物为了抵抗外界高浓度的不良环境，细胞会通过增加细胞液浓度，从而增加吸水能力。 例.如图表示以紫色洋葱表皮细胞为实验材料，用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液、质量浓度为0.3 g/mL的尿素溶液及清水进行相关实验(时间m表示开始用四种溶液分别处理洋葱表皮；时间n表示开始用清水处理洋葱表皮)，测得的该细胞原生质体体积的变化，图中代表尿素溶液处理结果的是(　　) A．a B．b C．c D．d 清水：细胞吸水，细胞壁支撑保护作用 0.5 g/mL蔗糖：细胞质壁分离，蔗糖浓度过高，细胞失活，滴加清水后不能复原 0.3g/mL蔗糖：细胞质壁分离，滴加清水后质壁分离复原 0.3g/mL尿素：细胞质壁分离，能发生自动质壁分离复原 B 三.观察植物细胞的质壁分离和复原 （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( ) 。 C A. B. C. D. 三.观察植物细胞的质壁分离和复原 A.实验时一定要选择紫色洋葱外表皮细胞吗？ 提示：_不一定_。但紫色洋葱外表皮细胞含有_色素_，使液泡呈现一定的颜色，更有利于观察。 B.本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对实验有何影响？ 提示：选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度快，细胞会因_失水过多_而死亡，不能再进行_质壁分离复原_；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。 5.实验讨论 三.观察植物细胞的质壁分离和复原 5.实验讨论 C.只要外界溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞就会发生质壁分离吗？请简述原因。 提示：_不一定_。因为质壁分离是_成熟_的活的植物细胞具有的生理现象，未成熟的植物细胞和动物细胞不会发生质壁分离现象。 D.发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？ 提示：因为细胞壁是_全透_性的，所以洋葱表皮细胞原生质层与细胞壁之间是_外界__溶液（浓度会降低）。 三.观察植物细胞的质壁分离和复原 5.实验讨论 E.若用适宜浓度的KNO3溶液进行该实验，结果会发生质壁分离与复原吗？请简述原因。 提示：会。开始外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；细胞以主动运输形式吸收_ 后，随着细胞液浓度增大，质壁分离又会自动复原。 F.动物细胞和植物细胞吸水和失水后的状态相同吗？试分析原因。 提示：不同。动物细胞吸水较多时可涨破，植物细胞则不会涨破，因为植物细胞壁具有保护作用。失水后的植物细胞可发生质壁分离，而动物细胞则是皱缩。 K+和NO3- 葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等 三.观察植物细胞的质壁分离和复原 （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，下图为操作及观察结果示 意图。下列叙述错误的是( ) 。 A A.比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后 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 四.渗透作用原理的运用 (1)判断植物细胞的生活状况 判断细胞死、活的方法：染色排除法、细胞质的流动、质壁分离和复原 例.持续观察在0.3 g/mL蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明( ) A.细胞壁是一层半透膜 B.洋葱表皮细胞已经死亡 C.蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度 D.细胞液的浓度逐渐增大 D (2)测定植物细胞的细胞液浓度范围 细胞液的浓度介于二者之间（介于未分离和刚要分离之间） 例.将洋葱鳞片叶放在0.45 mol/L蔗糖溶液中，细胞发生质壁分离；放在0.35 mol/L的蔗糖溶液中，细胞有胀大趋势，放在0.4 mol/L的蔗糖溶液中，细胞几乎不发生变化，这表明( ) A.洋葱表皮细胞已经死亡 B.细胞膜不允许水分子自由通过 C.蔗糖分子进入细胞导致渗透平衡 D.细胞液浓度为0.4 mol/L左右 D 四.渗透作用原理的运用 (3)比较不同植物细胞的细胞液浓度 四.渗透作用原理的运用 四.渗透作用原理的运用 （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、、 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细胞未发生变化；②细胞 体积增大；③ 细胞 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 A.水分交换前，细胞 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 细胞 细胞 C.水分交换平衡时，细胞的细胞液浓度大于细胞 的细胞液浓度 D.水分交换平衡时，细胞 的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度 (3)比较不同植物细胞的细胞液浓度 四.渗透作用原理的运用 (4)农业生产中的水肥管理 【合理施肥：施肥要适度】 【合理灌溉】 (5)生活中杀菌、防腐、腌制食品 【过高浓度杀死细胞】 四.渗透作用原理的运用 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 Ⅰ组植物细胞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。 四.渗透作用原理的运用 (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。 (3)请比较大小：质壁分离结束且达到渗透平衡时，细胞液浓度 外界溶液浓度；质壁分离复原结束且达到渗透平衡时，细胞液浓度 外界溶液浓度。 ＝ ≥ 四.渗透作用原理的运用 (4)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。 配制一系列浓度范围在0.3～ 0.6 g·mL－1的蔗糖溶液，将Ⅱ组植物细胞进行合理分组，分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，其他条件相同且适宜，培养一段时间后观察现象并记录。 四.渗透作用原理的运用 (6)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液) 四.渗透作用原理的运用 图甲是人的红细胞长时间处在不同浓度的NaCl溶液中，红细胞的体积(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浓度的NaCl溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析正确的是（ ） A.从图甲可见250 mmol·L－1NaCl溶液不影响人红细胞的代谢 B.图乙中植物细胞体积会发生明显的变化，先减小后增大 C.图乙中a点细胞失水量最大，此时细胞吸水能力最小 细胞壁的存在，体积不变 D.人的红细胞长时间处在300 mmol·L－1 NaCl溶液中可能死亡，图乙中的处理时间内细胞一直有生物活性 E.该细胞不可能是根尖分生区细胞 F.用一定浓度的乙二醇溶液代替NaCl，可以等到类似的结果 G.实验结束后，乙图细胞的细胞液浓度都比实验前大 D E F 阐述基本原理 突破长句表达 1.洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离的结构基础是_________________ __________________________________________。 原生质层具有选择 透过性，原生质层伸缩性大于细胞壁的伸缩性 2.某同学以紫色洋葱外表皮为材料，通过质壁分离与复原实验方法来设计实验，想区分渗透压几乎相同的质量分数为15%的葡萄糖溶液和30%的蔗糖溶液两种溶液。该实验中能作为区分不同溶液的现象_________ _____________________________________________________________________________________________。 能发生质 壁分离的复原的一组所用的溶液为葡萄糖溶液，不能发生质壁分离的复原的一组所用的溶液为蔗糖溶液 3.由袁隆平海水稻科研团队研发的海水稻，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)：________________________________________________ ______________________________________________________________________________________。 分别取海水稻和普通水稻根成熟区细胞，制成临时装片； 配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液并对细胞进行处理，观察对比两种植物细胞发生质壁分离的情况 阐述基本原理 突破长句表达 $