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一、渗透作用具备的条件二、细胞的吸水和失水1．动物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的相当于半透膜。(2)与外界溶液之间有浓度差。2．动物细胞吸水失水的条件(1)细胞质浓度外界溶液浓度时，细胞吸水膨胀。(2)细胞质浓度外界溶液浓度时，细胞失水皱缩。(3)细胞质浓度外界溶液浓度时，水分进出细胞处于，细胞形态不变。细胞膜细胞质大于小于等于动态平衡3．植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构：①图中a是，其特点是具：即水分子和溶解在水里的物质都能通过；伸缩性。②图中b是，c是，d为，三者构成的结构是，相当于一层，其伸缩性。③图中e是，具有一定的浓度。细胞壁全透性小细胞膜液泡膜细胞质原生质层半透膜大细胞液(2)质壁分离及复原的原理和现象：①外界溶液浓度细胞液浓度时，细胞失水，发生现象。②外界溶液浓度细胞液浓度时，细胞吸水，发生现象。大于质壁分离小于质壁分离复原三、物质跨膜运输的其他实例1．细胞对无机盐离子的吸收实例(1)水稻吸收多，吸收较少，番茄吸收较多，吸收较少。说明不同植物对不同离子的吸收表现出较大差异。(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的含量明显血液中碘的含量。(3)不同微生物对的吸收表现出较大的差异。SiO4－4Ca2＋、Mg2＋高于不同矿物质SiO4－4Ca2＋、Mg2＋2．物质跨膜运输的特点(1)物质跨膜运输并不都是进行的。(2)细胞对于物质的输入和输出有。3．结论细胞膜和其他生物膜都是膜，可以让自由通过，一些和也可以通过，而其他的、和大分子则不能通过。选择性选择透过性水分子顺相对含量梯度离子小分子离子小分子一、渗透作用的实例与原理1．仔细分析教材P60[问题探讨]，思考与讨论下列问题：(1)长颈漏斗内液柱上升的原因是什么？提示：由于单位时间内透过玻璃纸进入到长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内溶液增多，液面升高。(2)若将玻璃纸更换成纱布或塑料薄膜，还能发生漏斗内液面上升的现象吗？(3)若将烧杯内清水换成与长颈漏斗内浓度相同的蔗糖溶液，其他不变，还会发生液面升高吗？提示：用纱布代替玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子可以自由通透，因而液面不会上升；若用塑料薄膜代替玻璃纸，因水分子不能透过塑料薄膜，所以也不会使液面升高。提示：不会。因为玻璃纸两侧溶液浓度相同，水分子进出玻璃纸的数目相等，液面不会发生变化。2．判断下列说法是否正确(1)只要具有半透膜，就能发生渗透作用。()(2)渗透作用过程中，只发生水分子由低浓度溶液透过半透膜进入高浓度溶液中。()(3)当渗透作用达到平衡时，液柱保持一定的高度，此时半透膜两侧的溶液浓度相等。()×××二、细胞的吸水和失水1．仔细观察教材P60图4－1并阅读相关文字，思考并讨论下列问题：(1)哺乳动物的成熟红细胞在不同浓度的溶液中会发生什么样的变化？(2)尝试总结细胞吸水和失水的多少取决于什么条件？提示：在比细胞质浓度低的外界溶液中，细胞吸水膨胀，甚至破裂；在比细胞质浓度高的外界溶液中，细胞失水皱缩；在与细胞质浓度相等的外界溶液中，细胞保持原有的形态，因为水分子进出细胞处于动态平衡。提示：细胞吸水和失水的多少取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，差值越大，细胞吸水或失水越多。2．观察教材P61图4－2，试从细胞结构及渗透作用的条件分析，植物细胞能够发生渗透作用吸水和失水的原因。提示：成熟植物细胞的细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成原生质层，原生质层具有选择透过性，相当于半透膜；具有中央大液泡，细胞液具有一定的浓度，与外界溶液接触时，在原生质层两侧具有浓度差。四、物质跨膜运输的实例(判断正误)1．同一植物对不同离子的吸收量都是一样的。()2．不同植物对同种离子的吸收量是相等的。()××一、植物细胞与渗透装置的比较据图分析可知，一个植物细胞类似于一个渗透装置。[特别提醒]原生质层、原生质体(1)原生质层是成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。此结构仅存在于成熟植物细胞中。(2)原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。二、植物细胞发生质壁分离的原因和表现1．原因内因①原生质层具有选择透过性②细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度2．表现宏观上：植物由坚挺→萎蔫微观上：质壁分离液泡大→小细胞液颜色浅→深原生质层与细胞壁分离三、溶液种类与质壁分离和复原的关系1．当溶质分子为蔗糖等分子时，溶质分子不能进入细胞中，当发生质壁分离后，在n点时，若滴入清水则发生质壁分离的被动复原，如图中曲线a所示，若不作处理则如曲线b所示，实际过程可能导致细胞死亡。2．当溶质分子为葡萄糖、KNO3、乙二醇等时，细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液的浓度增加，从而使细胞发生质壁分离后能够自动复原，如图中曲线a所示。3．在质壁分离及质壁分离复原过程中，细胞吸水能力的变化(如图)：质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着质壁分离程度增大，细胞液浓度增大，植物细胞吸水能力增强；质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度，随着质壁分离复原的进行，细胞液浓度变小，植物细胞吸水能力减弱。植物细胞吸水和失水的实验探究1．探究性实验的一般过程：根据观察到的现象，提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→总结交流→进一步探究。2．假设：原生质层相当于一层半透膜。3．预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离。5．实验结果现象试剂中央液泡变化原生质层位置变化细胞大小蔗糖溶液变小脱离细胞壁基本不变清水逐渐恢复原来大小恢复原位基本不变6.结论：实验结果与预期结果相同，说明“原生质层相当于一层半透膜”的假设是成立的。7．实验操作中注意的问题(1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、液泡带有一定颜色的植物组织进行实验，以便于观察实验现象。例如，以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料就是因为其液泡呈紫色，便于观察实验现象。若以根尖成熟区的细胞为材料进行实验也会发生质壁分离现象，但因液泡无色，不易观察液泡大小的变化。(2)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。浓度过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；浓度过高，则造成植物细胞失水过多、过快而死亡。原生质层的选择透过性是发生质壁分离和复原的内在前提，死亡的细胞既不会发生质壁分离，也不会发生质壁分离复原。[例1]如图中的渗透装置，开始时的液面高度为a，停止上升时的高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，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()[解析]由于蔗糖溶液的单位体积中水分子的数量要少于清水中单位体积内水分子的数量，所以导致蔗糖溶液中的液面上升。当用吸管吸走了蔗糖溶液从而使蔗糖分子数量减少，造成蔗糖溶液浓度下降，使蔗糖溶液和清水之间浓度差逐渐变小，ab段产生的压强变小，即ab液面间的高度差随着吸出蔗糖溶液次数的增加而减小。[答案]B判断水分子流动方向(1)从膜两侧水分子的相对数目上分析：水分子总是从相对数目多的一侧流向相对数目少的一侧。(2)从溶质颗粒大小上分析：溶质颗粒越大，分子间隙越大，所能容纳的水分子数就越多。[例2]将洋葱表皮细胞依次浸于蒸馏水、0.3mol/L蔗糖溶液和0.5mol/L尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化情况，结果如图所示：(1)A、B、C中，表示细胞在蒸馏水中的是________；表示在0.3mol/L蔗糖溶液中的是________。(2)ef段的细胞液浓度变化为_________________________。(3)试简要分析B、C曲线差异的原因：____________________________________。(4)某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示状态，a、b表示两处浓度，由此可推测()A．此时a＞b，细胞渗透吸水B．此时a＝b，渗透系统保持动态平衡C．此时a＜b，细胞渗透失水D．上述三种情况都有可能[解析]植物细胞在发生质壁分离时，细胞液的浓度会逐渐上升，以使其渗透压和外界溶液渗透压平衡，此时细胞体积缩小。但有些小分子的物质，如尿素等开始时会使植物细胞发生质壁分离现象，但随着它逐渐进入细胞内部，细胞内的渗透压会逐渐升高，细胞又会吸水而开始复原。第(4)题图所表示的细胞处于质壁分离状态，但不能确定其是处于质壁分离过程中，还是处于质壁分离复原过程中，或者恰好是质壁分离结束时，因此A、B、C所述的三种情形都可能存在。[答案](1)AC(2)细胞液浓度逐渐升高，最后与外界溶液浓度持平而进入相对稳定状态(3)B曲线表示处于尿素溶液中的曲线，C曲线表示处于蔗糖溶液中的曲线。①尿素分子可缓缓进入细胞液，提高细胞液浓度，当其大于尿素溶液浓度时，细胞开始由失水变为吸水，直至平衡；②蔗糖分子不能进入细胞，在蔗糖溶液中细胞失水，原生质层收缩，使细胞液浓度升高，浓度差减小，失水减慢，直至平衡(4)D细胞是否发生质壁分离及其复原的判断(1)从细胞角度分析：①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)从溶液角度分析：①在一定浓度的、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。②在一定浓度的、溶质可穿膜的溶液中细胞先发生质壁分离后自动复原。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，不会再复原。填充：①半透膜②浓度差③膨胀④涨破⑤皱缩⑥质壁分离⑦质壁分离复原⑧原生质层⑨小⑩选择透过性1．渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是浓度差。2．原生质层包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。3．植物细胞发生质壁分离的原因：①外界溶液浓度大于细胞液浓度，②原生质层的伸缩性大于细胞壁。4．只有活的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不发生质壁分离。5．细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，选择透过性是活细胞的功能特性。6．成熟植物细胞在一定浓度的KNO3、尿素等溶液中会发生先质壁分离后自动复原的现象。1．下列现象利用渗透作用原理的是()A．氧气进入红细胞B．水分子通过细胞壁C．K＋通过原生质层D．红细胞在高浓度盐水中皱缩解析：渗透作用是指溶剂的跨膜运输，氧气是气体，K＋是溶质，因此A项、C项均不属于渗透作用。由于细胞壁是全透性的，不是半透膜，因此B项也不属于渗透作用。答案：D2．下列四项中，不是一个植物细胞发生渗透作用理由的是()A．纤维素和果胶构成的细胞壁是全透性的B．由细胞膜、细胞质、液泡膜构成的原生质层是选择透过性膜C．液泡中具有一定浓度的细胞液D．细胞液的浓度大于(或小于)外界溶液的浓度解析：构成渗透系统的条件，一是具有半透膜；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。植物细胞是一个渗透系统，原因是有相当于半透膜的原生质层，原生质层两侧的溶液具有浓度差。原生质层是由细胞膜、液泡膜和中间的细胞质构成的。细胞壁是全透性的，不属于半透膜。答案：A3．下列叙述错误的是()A．成熟植物细胞可以看成一个渗透系统的主要原因是原生质层可以看成一层选择透过性膜B．导管细胞是高度分化的植物细胞，其吸水方式主要是渗透吸水C．草履虫也可以看成一个渗透系统D．渗透作用的动力是渗透压，渗透压的大小与溶质的质量浓度无关，而与单位体积内分子个数有关解析：导管细胞是死细胞，因此不能形成一个渗透系统。答案：B4．下列有关洋葱表皮细胞质壁分离及其复原实验的叙述错误的是()A．发生质壁分离时观察到的现象是液泡体积较小，颜色较深B．在原生质层与细胞壁之间的溶液为外界溶液C．在质壁分离复原过程中细胞液浓度减小，细胞吸水能力下降D．发生质壁分离后的细胞，若放在清水中一定能发生复原解析：若外界溶液浓度过高，或质壁分离时间过长，洋葱表皮细胞可能会死亡，死亡后则不能发生质壁分离