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1课时 细胞的吸水或失水.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1课时细胞的吸水或失水

第1节　被动运输

第1课时　细胞的吸水或失水

内容标准要求

核心素养对接

学业质量水平

1.阐述渗透现象的原理及条件

2.探究植物细胞的吸水和失水

1.生命观念——结构与功能相适应，细胞的结构决定细胞通过渗透作用吸水或失水

水平二

2.科学思维——分析与综合，对渗透作用现象进行分析，理解渗透作用原理

水平二

研读教材·梳理探究

渗透现象的原理及条件

———————————————知识梳理———————————————

渗透现象的原理及条件

1.原理　渗透作用。

2.条件

3.渗透作用概念：

水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散叫渗透作用

———————————————素养提升———————————————

科学探究——渗透作用的原理与应用

A、B分别表示渗透作用装置，据图思考下列问题：

渗透作用与扩散作用的区别：

渗透作用必须有选择透过性膜（半透膜），扩散作用则不一定需要；扩散作用适于各种物质，渗透作用仅指溶剂分子

（1）渗透达到平衡，半透膜两侧的水分子________（填“是”或“不是”）静止不动的。

（2）Δh不变时，S1、S2浓度的大小关系为：

S1________S2（填“>”“<”或“＝”）（S1、S2中溶质不能通过半透膜）。

（3）在B图所示的U形玻璃管内，左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。

初始时两管中液面相平，假设溶质分子不能透过半透膜。

①一段时间后，两管中液面的变化为：

左管液面________，右管液面________。

（填“升高”“降低”或“不变”）

②如同时向两管内加入等量的麦芽糖酶，两管中液面的变化分别为：

左管液面________，右管液面________。

（4）若溶质能通过半透膜则上述A、B装置内S1、S2液面如何变化（初始浓度：

S1>S2）?

提示　

（1）不是　

（2）>　（3）①升高　降低　②降低　升高

（4）因为S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则最初单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，随着溶质的扩散，最终S1和S2溶液浓度相等，外观上表现为S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平。

[典例1]如图为渗透装置示意图，a、b分别为不同浓度的蔗糖溶液。

据图判断，下列叙述错误的是（　　）

A.若c为一层纱布，则不会发生此现象

B.实验开始时，c两侧的溶液浓度大小是a>b

C.实验过程中漏斗管内的液面先上升后保持稳定

D.当漏斗管内的液面停止上升时，水分子进出漏斗达到动态平衡

解析　渗透作用的发生需要半透膜，如果c为纱布则不能发生渗透作用，A正确；由于漏斗内的液面升高，所以b的浓度大于a，B错误；当漏斗内的液面升高到一定程度后不再升高，因为液体压强的作用与浓度差的作用正好相反，C正确；当渗透作用达到平衡状态时，仍有水分子通过半透膜，无非两个方向上的渗透处于平衡状态，D正确。

答案　B

[变式训练1]如图为渗透装置示意图，一段时间后出现的现象不包括（　　）

A.漏斗内的液面升高

B.有些水分子由蔗糖溶液通过半透膜进入清水

C.有些水分子由清水通过半透膜进入蔗糖溶液

D.半透膜两侧的溶液浓度相等

解析　蔗糖溶液的浓度大于清水，通过渗透作用由清水进入蔗糖溶液的水分子数较多，从而导致液面升高。

由于蔗糖分子不能通过半透膜，所以清水的浓度始终低于蔗糖溶液。

答案　D

联想质疑

★科学解释：

蔗糖溶液的物质的量浓度小，由蔗糖溶液一侧流向葡萄糖溶液一侧的水分子数多于由葡萄糖溶液一侧流向蔗糖溶液一侧的水分子数。

★植物细胞与动物细胞的渗透系统。

1.渗透装置中，当漏斗内液面不再上升时，半透膜两侧还存在水分子的进出吗？

提示　存在。

漏斗内液面不再上升时，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等。

2.溶液浓度指的是质量浓度吗？

提示　指物质的量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液，质量浓度相同，但10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大。

细胞的吸水和失水

———————————————知识梳理———————————————

1.动物细胞的吸水和失水（以哺乳动物成熟的红细胞为例）

半透膜

浓度差

细胞状态

细胞膜相当于一层半透膜

外界溶液浓度

＞

细胞质的浓度

皱缩

＜

膨胀

＝

不变

2.成熟植物细胞的结构

3.

（1）半透膜：

植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，称为原生质层，具有选择透过性，相当于一层半透膜。

（2）浓度差：

细胞内的液体环境主要是指植物液泡内部的细胞液，当它和外界溶液有浓度差时，发生吸水或失水。

（3）原理和现象

①外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。

②外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。

[典例2]若如图表示植物细胞渗透作用的图解，下列说法中错误的是（　　）

A.植物细胞的原生质层相当于一层半透膜

B.一定条件下，活的、成熟的植物细胞能发生渗透失水或吸水

C.当溶液浓度甲>乙时，细胞发生渗透失水，当溶液浓度乙>甲时，细胞发生渗透吸水

D.当溶液浓度甲＝乙时，细胞处于动态平衡状态，没有水分子通过原生质层进出细胞

解析　植物的原生质层相当于半透膜；当溶液浓度甲>乙时，细胞发生渗透失水，当溶液浓度乙>甲时，细胞发生渗透吸水；当细胞内外溶液浓度相等时，细胞处于动态平衡状态，此时水分子进出细胞的速率相等。

答案　D

[变式训练2]将小鼠红细胞放入一定浓度的KNO3溶液中，红细胞体积随时间的变化如图所示，下列有关叙述正确的是（　　）

A.KNO3溶液的起始渗透压小于红细胞内液的起始渗透压

B.与B点相比，A点对应时刻红细胞内液的渗透压较大

C.AB段细胞失水使红细胞内液的渗透压大于KNO3溶液，从而出现BC段的变化

D.B点对应的时刻，KNO3溶液与红细胞内液的渗透压相等

解析　由图可知，由红细胞在一定浓度的KNO3溶液中刚开始时体积减小，说明KNO3溶液的浓度大于红细胞内液的浓度，因而KNO3溶液的起始渗透压大于红细胞内液的起始渗透压，A错误；与B点相比，A点对应时刻红细胞内液的渗透压较小，因而发生渗透失水导致体积减小，B错误；AB段细胞发生了失水，但不是导致BC段变化的原因，BC段变化的原因是由于红细胞主动吸收K＋、NO

，导致红细胞内液的渗透压大于KNO3溶液，C错误。

答案　D

联想质疑

★KNO3溶液造成的质壁分离及自动复原现象。

★盐碱地中，植物吸水困难。

课堂小结

随堂检测

1.将成熟的植物细胞放在溶液中能构成一个渗透系统，主要原因是（　　）

A.液泡膜内外溶液有浓度差

B.原生质层相当于一层半透膜

C.细胞壁是全透性的

D.水分可以自由出入细胞

解析　细胞内原生质层包括细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质，原生质层相当于一层半透膜。

把成熟的植物细胞放在溶液中，原生质层两侧的溶液具有浓度差，但A项说的是液泡膜内外溶液有浓度差，故错误。

C、D选项的说法虽然正确，但与题意不符。

答案　B

2.当你连续吃咸菜时，你的口腔黏膜会有干涩的感觉。

其原因是（　　）

A.口腔黏膜细胞质浓度大于外界溶液浓度，细胞失水

B.口腔黏膜细胞质浓度小于外界溶液浓度，细胞失水

C.口腔黏膜细胞质浓度大于外界溶液浓度，细胞吸水

D.口腔黏膜细胞质浓度小于外界溶液浓度，细胞吸水

解析　连续吃咸菜，口腔黏膜细胞质的浓度小于外界溶液的浓度，导致细胞失水，使口腔黏膜出现干涩感觉。

答案　B

3.如图甲烧杯中是5%的淀粉液，图乙烧杯中是5%的葡萄糖液，将装有蒸馏水的透析袋分别放入图甲、乙烧杯中（水和葡萄糖分子能通过透析袋的膜）放置一小时后（　　）

A.图甲烧杯中透析袋外的淀粉液浓度不变

B.图乙烧杯中透析袋外的葡萄糖液浓度降低

C.图甲烧杯中透析袋内的液体加入碘液后呈蓝色

D.图乙烧杯中透析袋内的液体加入斐林试剂后呈砖红色

解析　图甲烧杯中透析袋外的淀粉液浓度大于透析袋内蒸馏水的浓度，由于淀粉不可以通过透析袋，所以水分子从透析袋出来进入烧杯，导致透析袋外的淀粉液浓度降低，A错误；图乙烧杯中透析袋外的葡萄糖可以进入透析袋，而透析袋内的水分子可以出来进入烧杯，所以烧杯中水分子增多，葡萄糖分子减少，则图乙烧杯中透析袋外的葡萄糖液浓度降低，B正确；由于淀粉不可以通过透析袋，所以图甲烧杯中透析袋内没有淀粉，加入碘液后不会出现蓝色，C错误；图乙烧杯中葡萄糖可以进入透析袋，葡萄糖是还原糖，所以图乙烧杯加入斐林试剂后需水浴加热才可以变成砖红色，D错误。

答案　B

4.半透膜对淀粉和葡萄糖的通透性不同（如图1），预测图2的实验结果（开始时漏斗内外液面相平）最可能的是（　　）

A.图甲中水柱a将持续上升

B.图甲中水柱a将保持不变

C.图乙中水柱b将保持不变

D.图乙中水柱b将先上升后下降

解析　因淀粉不能透过半透膜，故图甲中的水柱a上升到最大高度后将静止；因葡萄糖可以透过半透膜，故图乙漏斗内液体先表现吸水，水柱b上升，因葡萄糖的外渗，最终扩散平衡时内外葡萄糖浓度相等，即内外液面相平。

答案　D

课时作业

（时间：

30分钟）

知识点1　渗透作用的原理和应用

1.某同学设计了如右图所示的渗透作用的实验装置，实验开始时长颈漏斗内外液面平齐，记作零液面。

实验开始后，长颈漏斗内部液面的变化趋势可表示为（　　）

解析　仔细观察图示，漏斗内为蒸馏水，实验开始后长颈漏斗内部液面将下降，由于实验初始阶段半透膜内外溶液浓度差较大，故液面下降速率较大，之后速率逐渐减少直至为0，达到动态平衡。

答案　A

2.下图甲、乙、丙是三种不同浓度的蔗糖溶液，将2%的蔗糖溶液置于用半透膜做成的袋子中，绑紧后再分别置于甲、乙、丙三种蔗糖溶液中，一段时间后，观察其情形如图所示。

试推测甲、乙、丙溶液浓度的高低顺序为（　　）

A.甲＞乙＞丙B.甲＞丙＞乙

C.乙＞甲＞丙D.乙＞丙＞甲

解析　当袋子中蔗糖溶液的浓度高于外界溶液的浓度时，袋子将吸水膨胀；当袋子中蔗糖溶液的浓度等于外界溶液的浓度时，袋子形态将保持不变；当袋子中蔗糖溶液的浓度小于外界溶液的浓度时，袋子将失水皱缩。

答案　D

3.

如图所示，U型管中的半透膜可允许水分子和单糖通过，而不允许二糖通过，m侧是蒸馏水，n侧是0.3g/mL的蔗糖溶液，实验开始时m、n两侧液面等高。

一段时间后，当m、n两侧液面不再变化时，向n侧加入蔗糖酶（假设蔗糖酶不影响溶液渗透压）。

下列有关叙述正确的是（　　）

A.实验开始时，m、n两侧不会发生渗透作用

B.实验开始后，n侧液面逐渐升高，当m、n两侧液面不再变化时两侧溶液浓度相等

C.加入蔗糖酶之后，n侧液面先升高后降低

D.加入蔗糖酶一段时间后，当m、n两侧液面不再变化时，n侧液面仍然明显高于m侧

解析　实验开始时，由于n侧溶液浓度大于m侧溶液浓度，所以m、n两侧会发生渗透作用，A错误；实验开始后，n侧液面会逐渐升高，由于蔗糖分子不能通过半透膜，所以当m、n两侧液面不再变化时，两侧溶液浓度仍不相等，B错误；当向n侧加入蔗糖酶后，蔗糖分解成葡萄糖和果糖，溶质分子增多，溶液浓度增大，n侧液面上升，由于半透膜允许葡萄糖、果糖通过，所以n侧液面又会下降，当m、n两侧液面不再变化时，m、n两侧液面基本等高，C正确、D错误。

答案　C

4.市场上流行的直饮机的核心部件是逆渗透膜，它利用逆渗透原理，通过水压使水由较高浓度的一侧渗透至较低浓度的一侧，理论上，在较高浓度侧的所有细菌、不纯杂物及对人体有害的有机物和无机物均不能透过高精密的逆渗透膜，示意图如下。

根据上述信息判断，下列有关叙述正确的是（　　）

A.逆渗透过程与渗透作用的原理不同

B.逆渗透膜也具有细胞膜的识别功能

C.逆渗透膜上有载体蛋白，可以选择性控制有害物质

D.逆渗透膜除去有害物质的能力胜过生物膜，由其处理的水可放心饮用

解析　渗透作用的原理是水由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，因此逆渗透过程与渗透作用不同，A正确；逆渗透膜是半透膜，没有生物活性，因此不具有细胞膜的识别功能，B错误；逆渗透膜是通过膜上的小孔控制物质进出的，没有载体蛋白，C错误；逆渗透膜除去有害物质的能力仅仅是“理论上”胜过生物膜，但在加工过程中可能带来有害物质，因此，饮用时也要注意，D错误。

答案　A

知识点2　细胞的吸水和失水

5.将人的红细胞放入4℃蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，主要原因是（　　）

A.红细胞膜具有水溶性

B.红细胞的液泡体积增大

C.蒸馏水大量进入红细胞

D.低温时红细胞膜流动性增大

解析　将人的红细胞放入4℃蒸馏水中，红细胞会因大量蒸馏水进入而导致破裂；红细胞膜是脂溶性的；人的红细胞没有液泡；因低温时分子运动减慢而导致细胞膜的流动性降低。

答案　C

6.将六个大小相同的马铃薯去皮之后，分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，数小时后取出称其重量。

增减的重量与蔗糖溶液的浓度关系如图，根据图示判断，马铃薯细胞液浓度与下列哪项最为接近（　　）

A.0.4B.0.8

C.1.0D.1.6

解析　在马铃薯的重量变化为0时，水分的进出达到平衡，细胞内外的浓度相等，此时对应的蔗糖溶液浓度即为马铃薯细胞液的浓度。

答案　C

7.我国民间用盐渍法保存食品的原理是（　　）

A.浓盐水中的Cl－有杀菌作用

B.浓盐水中含O2少，细菌无法生存

C.由于渗透作用使细菌细胞失水死亡

D.由于渗透作用使鱼、肉细胞过度吸水

解析　盐渍法就是人为造成外界溶液浓度大大高于细菌细胞内溶液的浓度，使细菌细胞失水死亡，从而阻止细菌的繁殖，进而保存食品。

答案　C

8.将a、b、c三组红细胞分别置于不同浓度的钠溶液中进行实验，浸泡一段时间后其细胞形态如下图所示。

下列叙述错误的是（　　）

A.图中所示细胞内液的渗透压，a组的比b组的高

B.浸泡过程中a组细胞失水量小于c组细胞失水量

C.若向a组烧杯中加入少量葡萄糖，则其细胞可能先皱缩后恢复原状

D.上述实验中引起细胞形态的改变而消耗能量的多少比较：

c>b>a

解析　根据图中信息，a组细胞基本可以维持原状，b组细胞吸水膨胀，c组细胞皱缩，细胞失水较多；与a组相比，b组细胞吸水，细胞内液渗透压较低；向a组烧杯中加入少量葡萄糖后，刚开始外界溶液渗透压大于细胞内液渗透压，细胞失水皱缩，后来葡萄糖进入细胞内，造成细胞内液渗透压大于外界溶液，细胞吸水恢复原状；细胞形态的改变是细胞通过渗透失水或吸水造成的，不消耗能量。

答案　D

9.如图为两个大小相同的萝卜，分别在上面挖一个大小相同的洞，并在洞内各插入一支口径与洞口相同的玻璃管，甲玻璃管内注入3mL清水，乙玻璃管内注入3mL浓盐水，一段时间后，两玻璃管中液面变动情况是（　　）

A.甲中升高，乙中降低

B.甲中降低，乙中先升高后降低

C.甲、乙中均降低

D.甲、乙中均升高

解析　依据细胞渗透作用原理，甲管下部细胞吸水，使液面下降；乙管下部细胞失水，使液面升高。

细胞可以吸收钠离子和氯离子，乙玻璃管下部细胞可发生质壁分离复原，细胞吸水，液面又下降，B正确。

答案　B

10.有一道凉菜叫“酸甜瓜”，其做法是把黄瓜切成条状或片状，然后加糖和醋并搅拌，放置一段时间后，黄瓜除了有酸甜味外，还变软了，口感特别好。

下列是对黄瓜变软原因的分析，正确的是（　　）

A.蔗糖分子进入黄瓜细胞，使其细胞液浓度增大，细胞吸水

B.醋酸分子进入黄瓜细胞，使其细胞液浓度增大，细胞吸水

C.外界溶液的浓度小于黄瓜细胞的细胞液浓度，细胞失水

D.外界溶液的浓度大于黄瓜细胞的细胞液浓度，细胞失水

解析　黄瓜变软是由于细胞失水而不再坚挺，失水的原因是糖和醋形成的外界溶液浓度高于细胞液的浓度。

答案　D

11.下列关于动物细胞吸收水分的分析，错误的是（　　）

A.动物细胞能通过渗透作用吸收水分

B.水分子可经过磷脂双分子层进入动物细胞

C.动物细胞失水是顺相对含量梯度进行流动的

D.动物细胞细胞质浓度升高可促进水分渗出

解析　动物细胞能通过渗透作用吸收水分，A正确；水分子可经过磷脂双分子层进入动物细胞，B正确；动物细胞失水是顺相对含量梯度进行流动的，C正确；动物细胞细胞质浓度升高可促进水分进入，D错误。

答案　D

12.下图1表示渗透作用装置，一段时间后液面上升的高度为h，其中半透膜为膀胱膜，装置溶液A、a起始浓度分别用MA、Ma表示；图2表示一个洋葱鳞片叶表皮细胞放在蔗糖溶液后发生质壁分离过程图。

请根据图回答问题：

（1）图1中，如果A、a均为蔗糖溶液，且开始时Ma>MA，则达到平衡后MA________Ma（填“大于”、“等于”或“小于”）。

（2）图2中，如果B、b分别表示蔗糖溶液和细胞液，且起始浓度分别为MB、Mb，则达到平衡后MB________Mb（填“大于”、“等于”或“小于”）。

（3）图1中的半透膜相当于图2中的________，由________（填数字）组成。

图2过程中液泡的吸水能力如何变化？

__________________________________________

_____________________________________________________________________。

（4）若将图2细胞制成临时装片，并用光学显微镜观察，能观察到染色体吗？

________。

答案　

（1）小于　

（2）等于　（3）原生质层　1、3、5　逐渐变大，最后不再变化　（4）不能

13.成熟的植物细胞具有中央大液泡，可与外界溶液构成渗透系统进行渗透吸水或渗透失水。

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两侧溶液浓度大小是a________b。

由图乙可知，漏斗中溶液吸水速率会________，最终液面不再上升，当液面不再上升时，c两侧溶液浓度大小是a________b。

（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________________。

（3）把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当中，发现细胞中液泡体积增大，说明细胞在渗透吸水，细胞能否无限吸水？

________。

原因是____________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________。

解析　

（1）由图甲中漏斗内液面上升可知，b溶液的浓度大于a溶液；图乙反映的是随吸水时间的延长，漏斗内液面升高的速度逐渐下降，这是由浓度差缩小造成的。

考虑到漏斗内液柱压力的作用，当液面不再上升时，a溶液的浓度小于b溶液。

（2）图甲中c为半透膜，在图丙中可将细胞膜③、液泡膜⑤和两层膜之间的细胞质④视作一层半透膜，结构②中充满的液体是外界溶液。

（3）对植物细胞而言，由于细胞壁的存在，且细胞壁的弹性有限，因此，细胞不可能无限吸水，当细胞因吸水体积增大到细胞壁所能膨大的最大限度时，细胞将不再吸水。

答案　

（1）小于　下降　小于　

（2）③④⑤　外界溶液　（3）不能　细胞壁的弹性有限，当细胞因吸水体积增大到细胞壁所能膨大的最大限度时，细胞将不再吸水