专题04 植物细胞的吸水和失水-2021年高考生物必考实验专题突破（解析版）

实验四：植物细胞的吸水和失水 1.原理 2.实验过程 3.原因分析 4.易错提醒 在判断细胞是否发生质壁分离及复原时规律 （1）.从细胞角度分析： ①具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象。 ②死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离现象。 （2）.从溶液角度分析: ①在溶质可穿膜的溶液中细胞会发生质壁分离后自动复原现象。 ②在溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原。 ③在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但会因过度失水而死亡不再复原。 例 1．以紫色洋葱鳞片叶为材料进行细胞质壁分离和复原的实验，原生质层长度和细胞长度分别用 b 和 a 表示(如下图)，下列叙述正确的是 ( ) A．a、b 分别表示细胞和液泡的长度 B．若将图中所示状态的细胞放入清水中，a 基本保持不变 C．同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理，b/a 的值越小，则紫色越浅 D．图中 b/a 的值越大，则所用蔗糖溶液浓度越高 【答案】 B 【解析】 图中 a 是从细胞的两端测量的，代表的是细胞的长度，b 是细胞内缩小的原生质层，代表的 是原生质层的长度，A 项错误。将图中所示状态的细胞放入清水中，细胞壁的伸缩性很小，细胞长度基本 保持不变，B 项正确。同一细胞用不同浓度蔗糖溶液处理，b/a 的值越小，由于 a 一般是不变的，则 b 越小， 原生质层与细胞壁之间的距离越大，质壁分离程度越大，细胞失水越多，紫色越深，C 项错误。图中 b/a 的 值越大，由于 a 一般是不变的，则 b 越大，原生质层与细胞壁之间的距离减小，质壁分离程度越小，所用 蔗糖溶液浓度越低，D 项错误。] 例 2．如图曲线表示完全相同的两个植物细胞分别放置在 A、B 溶液中细胞失水量的变化情况。相关叙 述不正确的是 ( ) A．该实验可选取绿色植物成熟的叶肉细胞来进行 B．若 B 溶液的浓度稍减小，则曲线中 b 点左移 C．两条曲线的差异是由 A、B 溶液浓度不同导致的 D．6 min 时取出两个细胞用显微镜观察，均可看到质壁分离现象 【答案】 C 【解析】 质壁分离和复原实验中要选择含有大液泡的植物细胞，如成熟的叶肉细胞，A 正确；若 B 溶 液的浓度稍减小，则浓度差减小，相同时间内失水的程度变小，复原时所需要的时间变短，即 a 点左下移， b 点左移，B 正确；在 0～4 min 内，两种曲线的失水程度不同，有可能是由两溶液浓度不同引起的，但曲 线整体趋势不同，是因为溶液不同，A 可能是蔗糖溶液，B 可能是一定浓度的硝酸钾溶液，C 错误；6 min 时两个细胞失水量较大，细胞都处于质壁分离状态，D 正确。 1．在紫色洋葱外表皮细胞发生质壁分离后，为了进一步观察其质壁分离的复原现象，可从盖玻片的一 侧滴入( ) A．质量分数为 15%的盐酸 B．清水 C．体积分数为 50%的酒精溶液 D．质量浓度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液 【答案】B 【解析】 质量分数为 15%的盐酸会使细胞死亡，A 不符合题意；紫色洋葱外表皮细胞发生质壁分离 后，滴加清水，细胞会发生渗透吸水，最终会发生质壁分离的复原现象，B 符合题意；酒精能使细胞死亡， C 不符合题意；质量浓度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液可以使正常紫色洋葱外表皮细胞发生质壁分离，D 不符合 题意。 2．洋葱表皮细胞质壁分离和复原实验过程中，液泡的体积会随外界溶液浓度的变化而改变，如图所示。 图中①、②两处滴加的溶液分别是 ( ) A．清水、清水 B．清水、0.3 g/mL 蔗糖溶液 C．0.3 g/mL 蔗糖溶液、清水 D．0.3 g/mL 蔗糖溶液、0.3 g/mL 蔗糖溶液 【答案】C 【解析】液泡体积变小，说明细胞发生质壁分离，此时滴加的液体浓度应大于细胞液的浓度，一般滴 加高浓度的蔗糖溶液。液泡体积变大，说明细胞正在发生质壁分离后的复原，此时滴加的液体浓度应小于 细胞液的浓度，一般滴加清水。 3．与植物细胞的吸水和失水的探究实验材料及外界溶液有关的正确叙述分别是 ( ) ①实验材料必须是成熟的植物活组织细胞 ②细胞液最好有颜色，便于观察和判断细胞质壁分离和复原的程度 ③细胞液必须有颜色，否则不能发生质壁分离和复原 ④外界溶液的浓度应适中，不能过低或过高 ⑤ 外界溶液必须对细胞无毒害 ⑥外界溶液的浓度无特殊要求，任何浓度均可以 A．①②、⑤⑥ B．①②、④⑤ C．①③、④⑤ D．①③、⑤⑥ 【答案】B 【解析】质壁分离的前提条件是实验材料必须是成熟的植物活组织细胞，①正确；所选细胞的细胞液 最好有颜色，这样便于观察和判断细胞质壁分离及其复原的程度，②正确；细胞液是否有颜色不能决定质 壁分离及其复原是否可以发生，③错误；外界溶液的浓度应适中，不能过低或过高，否则会使实验现象不 明显或使细胞失水过多死亡，④正确；外界溶液必须对细胞无毒害，因为该实验需要细胞保持活性，⑤正 确；外界溶液的浓度要适中，不能是任何浓度，⑥错误。 4．如图表示物质跨膜转运的一种方式。据图分析错误的是 ( ) A．图中的物质可代表甘油分子 B．这种转运方式不可逆浓度梯度进行 C．细胞产生的能量不影响该物质的转运速率 D．该转运蛋白只能搬运这种物质 【答案】A 【解析】甘油分子进入细胞的方式是自由扩散，而图示过程为协助扩散，A 错误；图中物质顺浓度梯 度运输，需要转运蛋白，不消耗能量，不可逆浓度梯度运输，B 正确；协助扩散的运输动力是浓度差，不需 要能量，因此细胞产生的能量不会影响该物质的转运速率，C 正确；转运蛋白运输物质具有特异性，所以一 般情况下，图中转运蛋白只能运输该物质，D 正确。 5．GLUT2 是肝细胞的葡萄糖转运蛋白，其作用过程如图所示。下列相关叙述错误的是 ( ) A．CLU T2 顺浓度梯度转运葡萄糖 B．CLUT2 的空间结构可发生改变 C．GLUT2 的数量与转运葡萄糖的速率无关 D．GLUT2 的转运功能具有专一性 【答案】C 【解析】 GLUT2 起载体的作用，转运过程不消耗能量，为协助扩散，顺浓度梯度转运葡萄糖，A 正确； 对比 GLUT2 的状态 A 与状态 B 说明 GLUT2 的空间结构可发生改变，B 正确；协助扩散的转运速率与转运 蛋白数量有关，在一定范围内，转运蛋白数量越多，转运速率越大，C 错误；转运蛋白的功能具有专一性， D 正确。 6．研究发现，水分子进入植物细胞的两种方式如图所示。下列叙述错误的是 ( ) A.根毛细胞吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关 B．土壤溶液浓度过高时，植物细胞失水需要消耗能量 C．水分子通过水通道蛋白是顺相对含量梯度运输的 D．水分子不通过水通道蛋白的跨膜运输方式为自由扩散 【答案】B 【解析】根毛细胞吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关，例如细胞液中水的相对含量少，根毛细 胞吸水能力强，A 正确；土壤溶液浓度过高时，细胞失水，可通过自由扩散或协助扩散失水，都不需要消 耗能量，B 错误；据题图分析，水分子通过水通道蛋白是顺相对含量梯度进行的，C 正确；水分子不通过水 通道蛋白的跨膜运输方式为自由扩散，D 正确。 7．将若干生理状况基本相同、长度为 4 cm 的鲜萝卜条分为四组，分别置于清水(对照组)和浓度相同的 三种溶液(实验组)中，尿素溶液、KNO3 溶液和蔗糖溶液分别编号为 1、2、3 组。测量实验过程中各时间点 每组萝卜条的平均长度，结果如下图。据图分析，下列叙述正确的是 ( ) A．实验组中都发生了质壁分离和复原 B．对照组中水分子在前 15 min 进入了细胞，15 min 之后不再进入 C．1 组中的尿素分子和 2 组中的 K＋、NO － 3 都能进入细胞液 D．3 组中，如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条就会一直缩短 【答案】C 【解析】据图分析，在清水中，细胞吸水，萝卜条长度先稍微变长一点，然后保持不变，说明细胞吸 收了少量的水；在尿素溶液中，萝卜条长度先变短，再变长，最后保持原来的长度不变，说明细胞先失水(质 壁分离)，后来由于尿素分子进入细胞液，使细胞液溶质的浓度高于外界溶液溶质的浓度，细胞吸水复原(质 壁分离复原)；在 KNO3 溶液中，萝卜条长度先变短，再变长，最后保持原来的长度不变，说明细胞先失水 (质壁分离)，后来由于 K＋、NO － 3 进入细胞液，使细胞液溶质的浓度高于外界溶液溶质的浓度，细胞吸水 复原(质壁分离复原)；在蔗糖溶液中，萝卜条长度因失水而变短(质壁分离)，故 A 项错误、C 项正确。对照 组中水分子在前 15 min 进入细胞的多于排出细胞的，15 min 之后水分子进出细胞处于动态平衡，B 项错误。 3 组中，如果一直增大蔗糖溶液浓度，萝卜条就会缩短，但由于细胞壁的支持和保护作用，萝卜条不可能无 限缩短，D 项错误。] 8．取洋葱的少量组织细胞制成图 A 的临时装片，再用清水和 0.3 g/mL 的蔗糖溶液按照如图所示流程研究植 物细胞的吸水和失水，整个实验过程保证细胞始终为生活状态。据图回答： (1)实验室一般选用洋葱鳞片叶________(填“内”或“外”)表皮细胞作为实验材料。 (2)与 B 过程相比，D 过程观察到的植物细胞的体积变化是________；D 过程中植物细胞所处外界溶液 的浓度变化是________。 (3)E 过程是在盖玻片一侧滴加________，在另一侧用吸水纸吸引，使溶液浸润整个标本。 (4)F 过程中细胞吸水能力逐渐________(填“增强”或“减弱”)，液泡体积________(填“变大”或“变小”)。 (5) 若 将 蔗 糖 溶 液 换 为 一 定 浓 度 的 KNO3 溶 液 ， 则 D 过 程 观 察 到 的 现 象 是 细 胞 _____________________________________。 【答案】 (1)外 (2)基本不变(或略微变小) 减小 (3)清水 (4)减弱 变大 (5)先质壁分离，然后质 壁分离自动复原 【解析】 (1)紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞带有颜色，便于观察，因此实验室一般选用洋葱鳞片叶外 表皮细胞作为实验材料。(2)B 过程观察的是正常的细胞，D 过程观察的是发生质壁分离的细胞，由于植物 细胞最外面是细胞壁，且其伸缩性很小，因此发生质壁分离时整个植物细胞体积基本不变；细胞质壁分离 过程中水从细胞液进入外界溶液中，导致外界溶液浓度减小。(3)E 过程是在盖玻片一侧滴加清水，在另一 侧用吸水纸吸引，使溶液浸润整个标本。(4)加清水后，植物细胞发生质壁分离复原，在此过程中，细胞内 的渗透压变小，导致植物细胞的吸水能力减弱，水由外界溶液进入液泡中，导致液泡体积变大。(5)把洋葱 鳞片叶外表皮细胞放在一定浓度的 KNO3 溶液中，细胞先失水，发生质壁分离。当钾离子和硝酸根离子进 入细胞后，导致细胞液浓度升高，细胞吸水，发生质壁分离的复原。因此若将蔗糖溶液换为一定浓度的 KNO3 溶液，则 D 过程观察到的现象是细胞先质壁分离，然后质壁分离自动复原。 9．水通道蛋白位于部分细胞的细胞膜上，能介导水分子跨膜运输，提高水分子的运输效率。如图是猪的红 细胞在不同浓度的 NaCl 溶液中，红细胞体积和初始体积之比的变化曲线(O 点对应的浓度为红细胞吸水涨破 时的 NaCl 溶液浓度)。请回答下列问题： (1)在低渗溶液中，红细胞吸水涨破释放内容物后，剩余的部分称为“血影”，则“血影”的主要成分是 ________。根据图示可知，猪的红细胞在浓度为________mmol·L－1 的 NaCl 溶液中能保持正常形态。 (2)分析图示，将相同的猪的红细胞甲、乙分别放置在 A 点和 B 点对应浓度的 NaCl 溶液中，一段时间 后，红细胞乙的吸水能力________(填“大于”“小于”或“等于”)红细胞甲，原因是_______________________。 (3)将猪的红细胞和肝细胞置于蒸馏水中，发现红细胞吸水涨破所需的时间少于肝细胞，结合以上信息 分析，其原因可能是_______________________。 (4)水分子通过膜上水通道蛋白的速度________(填“大于”“小于”或“等于”)自由扩散的速度。 【答案】 (1)蛋白质和磷脂 150 (2)大于 红细胞乙失水量多，细胞质渗透压更高，细胞吸水能力更 强 (3)红细胞细胞膜上存在水通道蛋白，肝细胞细胞膜上无水通道蛋白 (4)大于 【解析】 (1)在低渗溶液中，红细胞吸水涨破释放内容物后，剩余的部分称为“血影”，根据哺乳动物 成熟红细胞的结构可知，“血影”是细胞膜结构，其主要成分是蛋白质和磷脂。根据图示可知，猪的红细胞在 浓度为 150 mmol/L 的 NaCl 溶液中能保持正常形态。(2)分析图示，B 点对应的 NaCl 溶液的浓度高，红细胞 乙失水量多，细胞质渗透压较高，因此细胞吸水能力较强。(3)将猪的红细胞和肝细胞置于蒸馏水中，发现 红细胞吸水涨破所需的时间少于肝细胞，其原因可能是红细胞细胞膜上存在水通道蛋白，肝细胞细胞膜上 无水通道蛋白。(4)根据第(3)小题的分析可推知，水分子通过膜上水通道蛋白的速度大于自由扩散的速度。