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第2课时 探究植物细胞的吸水和失水
1.渗透作用的发生需具有半透膜和浓度差。
2．渗透平衡意味着半透膜两侧水分子移动达到平
衡状态。
3．只有活的、成熟的植物细胞才能发生质壁分离
和复原。
4．质壁分离的“质”是指原生质层，其由细胞膜、
液泡膜和两者之间的细胞质组成。
5．原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。
6．质壁分离过程中，质壁分离程度越大，植物细
胞吸水能力越强。
一、基本概念
1．扩散
(1)方向：从高浓度区域向低浓度区域迁移。
(2)类型：自由扩散和协助扩散。
2．渗透
(1)方向：水分子从溶质分子相对较少的区域向溶质分子相对较多的区域扩散。
(2)条件：具有半透膜，其两侧具有浓度差。
二、质壁分离和质壁分离复原
1．含义及细胞类型
(1)含义：是指原生质层与细胞壁的分离和复原。
(2)细胞类型：成熟的具有大液泡的植物细胞。
2．发生条件
(1)细胞中由细胞膜、液泡膜和两者之间的细胞质构成的原生质层，相当于一层半透膜。
(2)细胞壁是全透膜，且伸缩性小于原生质层。
(3)外界溶液与细胞液之间具有浓度差。
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3．结果预测[连线]
1．判断下列说法的正误
(1)水分子的扩散特称渗透(√)
(2)在发生质壁分离的细胞中，细胞膜相当于半透膜(×)
(3)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞一定会发生质壁分离(×)
(4)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成，相当于半透膜(×)
2．下列现象属于渗透作用的是( )
A．水通过细胞壁 B．蔗糖通过细胞壁 C．水通过细胞膜
解析：选C 渗透作用指的是水分子等溶剂分子通过细胞膜的自由扩散。
3．组成洋葱表皮细胞的原生质层的生物膜包括( )
①细胞膜 ②细胞质 ③溶酶体膜 ④液泡膜
A．①② B．①④ C．②③
解析：选B 原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。因此组成洋葱表皮细胞的原生质层的生物膜包括细胞膜和液泡膜。
4．紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离后，在显微镜下观察到( )
解析：选C 色素存在于液泡中，随着失水增多，细胞液浓度增大，紫色变深。
核心要点渗透及渗透作用的验证
1．渗透实验的典型装置
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(1)条件：具有半透膜，且半透膜两侧溶液具有浓度差。对于漏斗型而言，漏斗内的溶液浓度大于外界溶液，即S1溶液浓度＞S2溶液的浓度。
(2)结果(实验现象)：S1溶液液面上升，S2溶液液面下降，漏斗内外的高度差是Δh。
(3)结果分析：
①因S1溶液浓度＞S2溶液的浓度，即单位体积的S1溶液中水分子数少于S2溶液中的水分子数，导致水分子从S2溶液进入S1溶液中的较多，产生Δh，但最终进出半透膜的水分子会达到动态平衡。
②当通过半透膜的水分子达到动态平衡时，因为存在液面差，所以半透膜两侧溶液浓度并不相等。
2．细胞渗透系统的组成
项目
动物细胞
成熟植物细胞
半透膜
细胞膜
原生质层
浓度差
外界溶液与细胞质浓度比较
外界溶液与细胞液浓度比较
结果
高渗溶液
细胞失水皱缩
细胞质壁分离
等渗溶液
细胞状态不变
细胞状态不变
低渗溶液
细胞吸水膨胀
细胞质壁分离复原
[名师点拨]
(1)使用长颈漏斗或U形管的优点是管径小，液体量的变化能够显示明显，易于观察。
(2)一般是长颈漏斗内装高渗溶液且溶质分子不能通过半透膜。
(3)操作开始时半透膜两侧的溶液要保持液面相平。
3．质壁分离与质壁分离复原
(1)发生的结构基础
①原生质层相当于半透膜，与半透膜不同的是原生质层具有选择透过性。
②
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外界溶液与细胞液之间浓度大小的比较有三种情况，分别是大于、等于和小于，对应的外界溶液依次称为高渗、等渗和低渗溶液。
(2)原因及观察指标分析
项目
质壁分离
质壁分离复原
内因
原生质层的伸缩性大，细胞壁的伸缩性小
外因
外界溶液的浓度大于细胞液的浓度
外界溶液的浓度小于细胞液的浓度
观察
指标
个体
坚挺→萎蔫
萎蔫→坚挺
细胞
①原生质层与细胞壁分离
②液泡由大变小
③液泡颜色由浅变深
①原生质层与细胞壁分离复原，相互贴近
②液泡由小变大
③液泡颜色由深变浅
(3)实验操作流程
(4)数学模型的建构
①曲线A表示质壁分离后又复原：ab表示质壁分离，bc表示质壁分离复原，如放在一定浓度的乙二醇或KNO3溶液中就会发生该变化。
②曲线B表示质壁分离：如紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞放入0.3 g/mL的蔗糖溶液中的细胞变化。
[名师点拨] 本实验中的对照设置
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本实验中的对照属于自身对照。显微镜观察了三次，第二次(质壁分离)与第一次(正常植物细胞)形成对照，第三次(质壁分离复原)与第二次形成对照。
[思考探究]
(1)质壁分离与质壁分离复原的实验原理是什么？
提示：①原生质层相当于半透膜。②细胞液与外界溶液之间存在浓度差。③原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。
(2)为什么选用紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞？
提示：因为其液泡是紫色而且大，便于观察。
(3)为什么选用0.3 g/mL的蔗糖溶液进行实验？能不能使用更高浓度的蔗糖溶液进行
实验？
提示：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；质壁分离后放入清水或蒸馏水中能够发生质壁分离复原。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。
[题组冲关]
1．下图一中a、b、c为不同浓度的同种溶液，图二是一段时间后装置1与装置2的液面高度变化曲线，a、b起始液面高度均为h。则图一中a、b、c浓度的关系是( )
A．a>b>c B．c>b>a
C．b>a>c D．c>a>b
解析：选D 图二中a、b液面高度都下降，说明装置1、2中的水分渗出，c浓度最高；b下降比a下降更快更多，说明b与c的浓度差更大，b浓度最低。
2．下图为某学生所进行实验的基本操作步骤，下列相关叙述错误的是( )
A．②步骤是观察细胞质的大小及细胞壁的位置
B．⑤步骤滴加的是清水
C．该实验是观察植物细胞的质壁分离与复原
D．实验前后的处理形成了自身对照
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解析：选A 步骤②是在显微镜下观察液泡的大小和原生质层的位置；步骤③是进行质壁分离处理的实验操作；步骤⑤是进行质壁分离复原处理的实验操作，一侧滴加的是清水，另外一侧用吸水纸引流，使得细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水分就透过原生质层进入到细胞液中，液泡逐渐变大，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，既发生了质壁分离复原；步骤④、⑥分别是观察质壁分离和质壁分离复原的现象，与步骤②观察的现象形成前后对照。
植物细胞质壁分离和复原实验的拓展应用
项目
细胞
外界溶液
结果
结论
应用1
判定成熟植物细胞是否有活性
待测成熟植物细胞
较高浓度的蔗糖溶液
发生质壁分离
活细胞
不发生质壁分离
死细胞
应用2
测定细胞液浓度范围
待测细胞
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
未发生质壁分离与刚发生质壁分离
细胞液的浓度处于两者浓度之间
应用3
比较不同植物细胞的细胞液浓度
不同植物细胞
同一浓度蔗糖溶液
发生质壁分离时间的长短
时间越短细胞液浓度越小
应用4
鉴别蔗糖溶液和硝酸钾溶液
成熟植物细胞
A溶液
只发生质壁分离
A是蔗糖溶液
B溶液
质壁分离后复原
B是硝酸钾溶液
应用5
比较未知溶液浓度大小
同一植物的细胞
未知浓度的溶液
刚发生质壁分离所需时间的长短
时间越短，未知溶液的浓度越大
应用6
验证原生质层和细胞壁的伸缩性大小
成熟的植物细胞
一定浓度的溶液
发生质壁分离
细胞壁的伸缩性小于原生质层的
不发生质壁分离
细胞壁伸缩性等于或大于原生质层的
[题组冲关]
1．某植物体三个相邻细胞，细胞液浓度为a>b>c，则三个细胞之间水分渗透的方向表现是( )
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解析：选C 渗透作用过程中水分子表现为由低浓度溶液到高浓度溶液，所以b→a，c→b，c→a。
2．质壁分离和复原实验可以说明或证明( )
①植物细胞的死活；②原生质层的伸缩性比细胞壁伸缩性大；③当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞渗透失水，反之，细胞则渗透吸水；④原生质层具有选择透过性；⑤细胞壁的主要成分是纤维素
A．①③④⑤ B．①②③④
C .②③④⑤ D．①④⑤
解析：选B 质壁分离和复原实验可以证明②、③，说明原生质层具有选择透过性，从而可以判断细胞的死活；质壁分离与复原实验与细胞壁有关，但不能说明细胞壁的组成成分。
一、选择题
1．把哺乳动物成熟的红细胞置于清水中是获取细胞膜的最佳方法，根据渗透作用的原理，请分析在此过程中，细胞的吸水能力的变化情况是( )
A．逐渐增强 B．逐渐降低
C．保持不变 D．先升高后降低
解析：选B 成熟红细胞放到清水中吸水，吸水过程中细胞质基质浓度下降，因此其吸水能力下降。
2．在“探究植物细胞的吸水和失水”的实验中，常用紫色洋葱做材料，这是因为( )
A．细胞液呈紫色便于观察 B．细胞膜呈紫色便于观察
C．液泡有机物多便于观察 D．紫色洋葱容易质壁分离
解析：选A 紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞内液泡中的细胞液呈紫色，细胞质无色，便于观察。
3．假药亮菌甲素注射液，其溶剂二甘醇进入人体后导致急性肾衰竭，临床上用血液透析治疗。血透机工作原理如图，所用的透析管膜应具有的特点是( )
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A．全透性 B．半透性
C．膜上有载体蛋白 D．允许蛋白质通过
解析：选B 利用血透机进行血液透析的目的是使血液中的代谢废物排出体外，而人体中的代谢废物属小分子物质，而对于人体比较重要的大分子不能通过，所以透析管膜应具有半透膜性质；透析管膜是人工膜，膜上没有载体蛋白。
4．洋葱内表皮细胞液浓度很高，但却不是紫色的。取洋葱内表皮细胞制成临时装片，从盖玻片一侧滴入添加了含红墨水的质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引，重复几次后进行观察。观察到的实验结果及分析正确的是( )
A．细胞发生质壁分离，红色部分为液泡的细胞液
B．细胞发生质壁分离，无色部分为原生质层与细胞壁之间的外界溶液
C．视野中红色部分逐渐缩小，颜色逐渐加深
D．视野中无色部分逐渐缩小，浓度逐渐升高
解析：选D 洋葱内表皮细胞的细胞液没有色素，颜色为无色，细胞发生质壁分离，红色部分为外界的含红墨水蔗糖溶液；细胞发生质壁分离，无色部分为细胞膜以内的部分；细胞发生质壁分离，原生质层与细胞壁分离，两者之间为外界溶液，红色部分逐渐扩大，颜色逐渐变浅；细胞发生质壁分离，细胞失水，液泡体积减小，细胞液的浓度逐渐升高。
5.将紫色洋葱表皮细胞放入一定浓度的硝酸钾溶液中，某同学在视野中看到生活着的紫色洋葱表皮细胞正处于如右图所示状态，a、b表示该部位的溶液，不久该细胞又逐渐发生质壁分离复原。关于该过程的说法，不正确的是( )
A．a为细胞液
B．细胞膜相当于半透膜
C．发生质壁分离复原，是因为K＋和NO离子进入了细胞
D．原生质层包括液泡膜、细胞膜和两层膜之间的细胞质
解析：选B 据图可知，a为细胞液，b为硝酸钾溶液；图中的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，原生质层相当于半透膜；洋葱表皮细胞可以吸收K＋和NO，离子进入细胞后使细胞液浓度逐渐增大， 最终导致发生质壁分离复原。
6．将同一植物的细胞分别放在0.3 g/mL的蔗糖溶液、0.5
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g/mL的甘油溶液和清水中，测得细胞体积随时间的变化曲线如右图所示，则a、b、c依次代表( )
A．蔗糖溶液、甘油溶液、清水
B．甘油溶液、蔗糖溶液、清水
C．清水、蔗糖溶液、甘油溶液
D．清水、甘油溶液、蔗糖溶液
解析：选D 细胞液浓度大于清水，所以植物细胞放入清水中吸水涨大，为曲线a；细胞液浓度小于蔗糖溶液，所以植物放进去会失水皱缩，为曲线c；由于植物会以自由扩散的形式吸收甘油溶液，所以开始细胞失水皱缩，之后复原，直到细胞内外浓度平衡为止，为曲线b。
7．将新鲜的苔藓植物叶片放入含有少量红墨水、浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，在显微镜下观察，细胞的状态如右图所示，此时部位①②的颜色分别是( )
A．①无色 ②绿色 B．①红色 ②绿色
C．①红色 ②无色 D．①红色 ②红色
解析：选B 新鲜的苔藓植物叶片放入有少量红墨水、浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，细胞失水发生质壁分离过程；由于细胞壁是全透性的，细胞膜具有选择透过性，红墨水中的溶质能穿过细胞壁不能穿过细胞膜，所以①处为红色；②中含有叶绿体，所以为绿色。
8．用0.3 g/mL的蔗糖溶液浸泡下列细胞，可能发生质壁分离的是( )
A．根尖分生区细胞 B．根尖成熟区细胞
C．干燥的种子细胞 D．小鼠的肝细胞
解析：选B 细胞发生质壁分离的条件：有细胞壁、有大液泡且细胞液浓度小于外界溶液浓度的活细胞。满足这些条件的细胞只有根尖成熟区细胞。根尖分生区细胞和干燥的种子细胞内无大液泡，小鼠的肝细胞无细胞壁。
二、非选择题
9．成熟的植物细胞具有大液泡，可与外界溶液构成渗透系统进行渗透吸水或渗透失水。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)。请回答下列问题：
(1)由图甲漏斗液面上升可知，实验初始时c两侧浓度大小是a________b。由图乙可知漏斗中溶液吸水速率在________，最终液面不再上升，当液面不再上升时，c两侧浓度大小是a________b。
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(2)图丙中相当于图甲中c结构的是________(填序号)，结构②中充满的液体是________________。此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是________。 (填选项)
A．细胞液>外界溶液 B．细胞液
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