高中生物人教必修1同步讲义第4章 细胞的物质输入和输出 第2课时 探究植物细胞的吸水和失水与被动运输.docx

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高中生物人教必修1同步讲义第4章细胞的物质输入和输出第2课时探究植物细胞的吸水和失水与被动运输

第2课时　探究植物细胞的吸水和失水与被动运输

内容标准要求

核心素养对接

学业质量水平

1.观察植物的质壁分离与复原

2.掌握两种被动运输的方式

1.科学探究——探究植物细胞的吸水与失水

水平二

2.科学思维——归纳比较两种被动运输方式的异同

水平二

研读教材·梳理探究

探究植物细胞的吸水与失水

———————————————知识梳理———————————————

观察植物细胞的质壁分离与复原

（1）实验原理：

①将成熟植物细胞放到一定浓度的溶液中，即能构成一个渗透系统。

②细胞大量失水时，由于原生质层与细胞壁的伸缩性不同——当细胞不断失水时原生质层就会与细胞壁分离开来。

（2）实验过程：

—制作紫色洋葱鳞片叶外表皮的临时装片

　↓

—有一个紫色的中央大液泡，原生质层紧贴细胞壁

　↓

—在盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸引流，重复几次

　↓

—观察液泡大小和原生质层的位置

　↓

—在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸引流，重复几次

　↓

—观察液泡大小和原生质层的位置

本实验是教材中涉及“显微观察”实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察（不曾换“高倍镜”）的实验。

（3）实验现象

加蔗糖溶液

加清水

中央液泡大小

变小

恢复原状

液泡颜色

变深

变浅

原生质层的位置

与细胞壁分离

与细胞壁紧贴

细胞大小

基本不变

基本不变

质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液。

这是由于细胞壁是全透性的且有水分子通过原生质层渗出来。

———————————————素养提升———————————————

科学探究——植物细胞的吸收和失水

如图是观察植物细胞吸水和失水的操作步骤

（1）步骤D的观察与步骤B观察到的结果相比，发生了________的现象。

这种现象的发生有两个方面的原因：

内因是________________，外因是________________。

（2）通过步骤E处理后，步骤F中的观察结果相比D中的观察，发生了________的现象，该现象发生的外因是__________________________________________。

（3）该实验以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为材料，优点是____________________

___________________________________________________________________。

（4）实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？

（5）本实验选用0.3g/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　

（1）质壁分离　原生质层的伸缩性大于细胞壁　细胞液浓度小于外界溶液浓度，导致细胞失水

（2）质壁分离复原　细胞液浓度大于外界溶液浓度，植物细胞吸水

（3）紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞液泡大并且有颜色，便于观察

（4）观察正常紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。

（5）选用0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂，既能明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。

若浓度过高，质壁分离速度过快，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。

[典例1]将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为a、b、c、d、e和f组（每组的细条数相等），取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如图所示。

假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则（　　）

A.实验后，a组液泡中的溶质浓度比b组的高

B.浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组的

C.a组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗能量大于b组

D.使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.4～0.5（mol·L－1）之间

答案　D

[变式训练1]如图所示，能正确表示显微镜下观察到的紫色洋葱表皮细胞质壁分离现象的是（　　）

解析　由于当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水分就透过原生质层进入到外界溶液中，液泡逐渐缩小，颜色变深；由于细胞壁是全透性的，而细胞膜是选择透性膜，所以在原生质层和细胞壁之间是外界溶液，所以是无色的。

答案　D

联想质疑

引发质壁分离的2种原因：

本实验存在两组对照实验

1.什么样的细胞才可发生质壁分离？

提示：

具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。

2.什么样的溶液可使植物细胞发生质壁分离后又自动复原？

提示：

一定浓度的溶质可透膜的溶液中可发生质壁分离后自动复原现象，如KNO3溶液、甘油等。

★腌制的咸菜变的皱缩而萎软

被动运输

———————————————知识梳理———————————————

1.概念：

物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。

2.类型

项目

自由扩散（简单扩散）

协助扩散（易化扩散）

物质运输方向

高浓度一侧→低浓度一侧

高浓度一侧→低浓度一侧

特点

是否耗能

否

否

是否需转运蛋白

否

是

[典例2]如图显示物质P和Q跨膜出细胞，下列叙述正确的是（　　）

A.物质P可能是氧气

B.物质Q一定是水分子

C.物质P和Q出细胞都需要载体

D.物质P和Q出细胞未必都消耗能量

解析　物质P出细胞逆浓度梯度为主动运输，物质Q出细胞顺浓度梯度，为被动运输，被动运输包括协助扩散和自由扩散，自由扩散不需要载体，氧气通过细胞膜为自由扩散，A错误；水分子通过细胞膜为自由扩散，但物质Q出细胞可能是协助扩散，也可能是自由扩散，自由扩散不需要载体，B、C错误；主动运输需要消耗能量，但被动运输不消耗能量，D正确。

答案　D

[变式训练2]下列物质中，通过自由扩散方式进入小肠绒毛上皮细胞的是（　　）

气体和脂溶性的小分子有机物较易通过自由扩散进出细胞

A.氨基酸　　　　　　B.胆固醇　　　　　　C.Na＋　　　　　D.葡萄糖

解析　胆固醇属于脂溶性物质，进出细胞的方式是自由扩散，B正确。

答案　B

[变式训练3]GLUT是某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.GLUT顺浓度梯度转运葡萄糖

B.GLUT的空间结构可发生改变

C.GLUT的数量与转运葡萄糖的速率无关

D.GLUT的转运功能具有专一性

解析　GLUT的数量与转运葡萄糖的速率有关，C错误。

答案　C

联想质疑

★自由扩散不需要载体蛋白，协助扩散需要载体蛋白或通道蛋白。

课堂小结

随堂检测

1.植物细胞的质壁分离过程中，与细胞壁分离的是（　　）

A.细胞核B.原生质层

C.细胞质D.液泡膜

解析　植物细胞的质壁分离现象指的是原生质层与细胞壁的分离。

答案　B

2.将新鲜的苔藓植物叶片放入其中加有少量红墨水的质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，在显微镜下观察，你会看到苔藓细胞的状态如图所示。

此时，部位①和②的颜色分别是（　　）

A.无色、绿色B.红色、绿色

C.红色、无色D.红色、红色

解析　苔藓植物叶片的细胞置于加有少量红墨水的质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中时，由于蔗糖溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞发生质壁分离现象。

而原生质层具有选择透过性，细胞壁具有全透性，使得原生质层和细胞壁之间充满了含红墨水的蔗糖溶液，细胞质中含有的叶绿体使之呈现绿色。

答案　B

3.下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是（　　）

A.与白色花瓣相比，采用红色花瓣有利于实验现象的观察

B.用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察

C.用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同

D.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素，有利于实验现象的观察

解析　黑藻叶片的叶肉细胞中液泡呈无色，叶绿体的存在使原生质层呈绿色，有利于实验现象的观察，故B错误。

答案　B

4.实验表明，K＋不能通过磷脂双分子层的人工膜，但如果在人工膜中加入少量缬氨霉素（含12个氨基酸的脂溶性抗菌素）时，则K＋能通过膜从高浓度处向低浓度处扩散，则它通过人工膜的方式是（　　）

A.自由扩散B.协助扩散

C.主动运输D.渗透作用

解析　由题意可知，K＋通过人工膜的运输需要缬氨霉素，所以不是自由扩散；K＋从高浓度处向低浓度处扩散，且缬氨霉素不能提供能量，所以也不是主动运输。

综合分析，K＋通过人工膜的方式是协助扩散。

答案　B

课时作业

（时间：

30分钟）

知识点1　探究植物细胞的吸水和失水

1.持续观察在质量浓度为0.3g/mL蔗糖溶液中的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，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

解析　由题干分析知，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在发生质壁分离，即在失水，因此蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度，细胞液的浓度逐渐增大。

答案　D

2.右图为一处于质壁分离状态的细胞，M1、M2表示两处溶液浓度，请比较两者大小（　　）

A.M1>M2B.M1

C.M1＝M2D.上述三者都可能

解析　题干说细胞处于质壁分离状态，没有信息说明该状态是发生在什么过程中的，所以若处于质壁分离过程中，则M1>M2；若发生在质壁分离复原过程中，则M1

答案　D

3.将洋葱细胞放入大于细胞液浓度的KNO3溶液中，一段时间后用显微镜观察，发现该细胞未发生质壁分离，其原因可能是该细胞（　　）

①是死细胞　②大量吸水　③是根尖分生区细胞　④大量失水　⑤质壁分离后又自动复原

A.①②③B.①③⑤

C.②③⑤D.②④⑤

解析　死细胞不可能发生质壁分离；由于外界溶液浓度大于细胞液浓度，所以细胞不可能大量吸水；根尖分生区细胞不能发生质壁分离；一段时间后观察，细胞可能发生质壁分离后又自动复原。

答案　B

4.用0.3g/mL的蔗糖溶液可以使洋葱表皮细胞发生质壁分离，在发生质壁分离的原生质层和细胞壁之间充满的物质是（　　）

A.蔗糖溶液B.水

C.细胞液D.空气

解析　用0.3g/mL的蔗糖溶液可以使洋葱表皮细胞失水，发生质壁分离，因为细胞壁是全透性的，所以在原生质层和细胞壁之间充满的物质是外界溶液，即蔗糖溶液。

答案　A

5.下列有关质壁分离及复原实验的实验材料及外界溶液的叙述，正确的是（　　）

①实验材料必须是成熟的植物活组织细胞　②细胞液必须有颜色　③细胞液最好有颜色　④外界溶液必须对细胞无毒害作用　⑤外界溶液浓度适中，不能过高或过低⑥外界溶液的浓度无特殊要求，任何浓度均可

A.①③④⑤B.①②④⑤

C.①③④⑥D.①②④⑥

解析　只有保持细胞生活状态，才能保持原生质层具有选择透过性，使细胞失水而发生质壁分离，再吸水复原。

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和复原的程度，但细胞液无颜色的植物细胞在相同的条件下也可以发生质壁分离和复原。

外界溶液如果对细胞有毒害作用，可能会损伤或杀死细胞，使其失去选择透过性，也不能发生质壁分离和复原。

外界溶液浓度要适中，不能过高或过低。

答案　A

6.在实验桌上有蒸馏水、0.3g·mL－1蔗糖溶液、2g·mL－1蔗糖溶液三种溶液，所贴标签已经模糊不清，为了区分这三种溶液，标记为甲、乙、丙后用同一部位的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行了下图所示实验，根据镜检结果，下列相关叙述错误的是（　　）

A.实验2中的细胞处于质壁分离状态

B.实验后细胞液的浓度为②>①>③

C.可判断实验1的细胞正在吸水还是失水

D.可判断甲、乙、丙三种溶液的浓度

解析　实验1中的细胞正处于质壁分离的状态，但无法判断此时细胞正在更大程度地质壁分离还是已达到质壁分离的最大程度，所以也就无法判断细胞是正在吸水还是失水。

答案　C

7.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（　　）

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　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。

答案　B

8.将完全相同的两个植物细胞分别放置在a、b溶液中，分别对两个细胞失水量进行统计后绘制出相对应的甲、乙曲线。

以下叙述正确的是（　　）

A.选取植物根尖分生区的细胞作为实验材料较为适宜

B.若b溶液的浓度稍增大，则曲线的变化可能为A点上升，B点左移

C.图中放入a、b溶液中的细胞发生质壁分离后放入清水中有可能都复原

D.在0～4min内，两条曲线的差异不可能是细胞内外物质浓度差导致的

解析　根尖分生区细胞中无大液泡，不能用来作为观察质壁分离的实验材料，A错误；若b溶液的浓度增大，则浓度差增大，相同时间内失水的程度变大，复原时所需要的时间变长，即A点上移，B点右移，B错误；在0～4mim内，两种曲线的失水程度不同，有可能是由于浓度差不同引起，D错误。

答案　C

9.在用紫色洋葱A及B的外表皮细胞分别制成的5个装片上依次滴加5种不同浓度的蔗糖溶液，相同时间后原生质体的体积变化如图所示。

下列叙述不正确的是（　　）

A.紫色洋葱A比B的外表皮细胞的细胞液浓度高

B.两种紫色洋葱外表皮细胞都发生质壁分离的蔗糖溶液浓度是乙和丁

C.将处于乙浓度蔗糖溶液中的紫色洋葱B外表皮细胞的装片置于清水中，一定会发生质壁分离复原

D.实验后丙溶液中紫色洋葱B外表皮细胞的吸水能力小于戊溶液中的紫色洋葱B外表皮细胞

解析　处于乙浓度蔗糖溶液中的紫色洋葱B外表皮细胞失水，但无法据此判断紫色洋葱B外表皮细胞是否已经过度失水死亡，因此无法判断再将其置于清水后能否发生质壁分离复原现象，C错误。

答案　C

知识点2　被动运输

10.甲、乙两种物质分别以自由扩散和协助扩散进入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜，并维持其他条件不变，则（　　）

A.甲物质的运输被促进B.乙物质的运输被促进

C.甲物质的运输被抑制D.乙物质的运输被抑制

解析　是否需要转运蛋白是自由扩散与协助扩散的区别。

由于人工合成的无蛋白磷脂双分子膜无蛋白质，也就没有转运蛋白，协助扩散将受到抑制。

答案　D

11.图中甲、乙分别表示载体介导和通道介导的两种跨膜方式，其中通道介导的扩散速度比载体介导的快1000倍。

下列叙述正确的是（　　）

A.载体蛋白和通道蛋白在细胞膜上是静止不动的

B.载体蛋白和通道蛋白均具有一定的专一性

C.甲、乙两种方式中只有甲属于被动运输

D.载体蛋白和通道蛋白在每次转运时都会发生自身构象的改变

解析　载体蛋白和通道蛋白在细胞膜上不是静止不动的，A错误；甲、乙两种方式都是将溶质分子从高浓度一侧运输到低浓度一侧，需要转运蛋白的协助，属于被动运输中的协助扩散，C错误；在转运时，只有载体蛋白发生自身构象的改变，通道蛋白不发生，D错误。

答案　B

12.水通道蛋白对水有专一性，能使水分子顺浓度梯度进出细胞。

下列有关说法，错误是（　　）

A.水通道不能协助氨基酸进入细胞内

B.水分子通过水通道的过程不消耗能量

C.一种物质可能有多种跨膜运输方式

D.加入蛋白质抑制剂会提高水通道跨膜运输水分子的速率

解析　水通道具有专一性，不能协助氨基酸进入细胞内，A正确；水分子通过水通道的过程是顺浓度梯度的，不消耗能量，B正确；一种物质可能有多种跨膜运输方式，如水可以通过自由扩散和协助扩散跨膜运输，C正确；加入蛋白质抑制剂会降低水通道跨膜运输水分子的速率，D错误。

答案　D

13.回答下列问题。

（1）将储藏的马铃薯（块茎）放入蒸馏水中，水分通过________的方式进入马铃薯细胞，引起马铃薯鲜重增加。

随着蒸馏水处理时间延长，该马铃薯鲜重不再增加，此时，马铃薯细胞的渗透压比处理前的________________。

（2）将高温杀死的马铃薯细胞放入高浓度的NaCl溶液中，________（填“会”或“不会”）发生质壁分离现象。

（3）将发芽的马铃薯制成匀浆，使其与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀，说明该马铃薯匀浆中含有________________。

解析　本题考查物质出入细胞的方式及还原糖的鉴定的有关知识。

（1）水分以被动运输的方式跨膜运输，马铃薯细胞吸水，细胞液浓度降低，渗透压降低。

（2）死细胞原生质层变成全透性，故将高温杀死的马铃薯细胞放入高浓度的NaCl溶液中不会发生质壁分离。

（3）还原性糖与斐林试剂反应，生成砖红色沉淀，故该实验现象说明马铃薯匀浆中含有还原性糖。

答案　

（1）被动运输　低　

（2）不会　（3）还原性糖

14.成熟的植物细胞在较高浓度的外界溶液中，会发生质壁分离现象，下图a是发生质壁分离的植物细胞，图b是显微镜下观察到的某一时刻的图像。

请据图回答下列问题：

（1）图a中细胞的质壁分离指的是细胞壁和________的分离，后者的结构包括[　　]和[　　]（填图中序号）以及二者之间的细胞质。

（2）植物细胞发生质壁分离所需的外界条件是______________________________

___________________________________________________________________，

植物细胞自身应具备的结构特点是____________________________________。

（3）图b是某同学观察植物细胞质壁分离与复原实验时拍下的显微照片，此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是_________________________________________。

（4）将形状、大小相同的红心萝卜A和红心萝卜B幼根各5段，分别放在不同浓度的蔗糖溶液（甲～戊）中，一段时间后，取出红心萝卜的幼根称重，结果如图c所示，据图分析：

①红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度________。

②在甲蔗糖溶液中加入适量的清水，一段时间后红心萝卜A的细胞液浓度会________。

解析　

（2）发生质壁分离的外界条件是外界溶液浓度大于细胞液浓度，而植物细胞自身具备的结构特点是原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，并具有大液泡。

（3）在观察植物细胞质壁分离与复原实验中，当细胞处于质壁分离状态时，此时细胞可能正在发生质壁分离过程，也可能质壁分离完成，还可能处于质壁分离的复原过程中，因此，细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是细胞液浓度小于、等于或大于外界溶液浓度。

（4）由图中两种红心萝卜的质量变化结果可知，甲～戊五种蔗糖溶液的浓度大小为丙＜戊＜甲＜丁＜乙，甲为红心萝卜A的等渗溶液，戊为红心萝卜B的等渗溶液，因此红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度高。

在甲蔗糖溶液中加入适量的清水，溶液浓度降低，红心萝卜A吸水一段时间后，细胞液浓度降低。

答案　

（1）原生质层　②　④　

（2）外界溶液浓度高于细胞液浓度　原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，具有大液泡　（3）细胞液的浓度可能小于、等于或大于外界溶液的浓度　（4）①高　②降低