高考生物考点之渗透作用的原理及应用

高考频度:★★★☆☆     难易程度:★★★☆☆

1渗透作用原理

(1)发生渗透作用的条件

①具有半透膜

②膜两侧溶液具有浓度差

(2)渗透作用的实质:单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数,导致蔗糖溶液液面上升

 

2动植物细胞的渗透吸水和失水

(1)

(2)成熟植物细胞的吸水和失水

①当外界溶液浓度细胞液浓度时,细胞失水,发生质壁分离现象。

②当外界溶液浓度细胞液浓度时,细胞吸水,失水的细胞发生质壁分离复原现象。

 

3.观察植物细胞的质壁分离和复原

(1)实验原理

①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜

细胞液具有一定的浓度,能渗透吸水和失水。

③原生质层比细胞壁的伸缩性大得多

(2)实验步骤

 

考向一  渗透作用的发生

 

1.某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置,实验开始时长颈漏斗内外液面平齐,记为零液面。实验开始后,长颈漏斗内部液面的变化趋势为

【参考答案】B

 

易错警示

走出渗透作用发生的“4”个误区

(1)水分子的移动方向是双向移动,但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数多。

(2)实验中观察指标为漏斗内液面变化,但不能用烧杯液面变化作描述指标,因为现象不明显。

(3)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度,实质是指渗透压。

(4)如果溶质分子不能透过半透膜,在达到渗透平衡时,一般两侧溶液的浓度并不相等,因为液面高的一侧形成的静水压,会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

 

2.下图为研究渗透作用的实验装置,漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液,水分子可以透过半透膜,而蔗糖分子则不能。当渗透达到平衡时,液面差为m。下列叙述正确的是

A.渗透平衡时,溶液S1的浓度等于溶液S2的浓度

B.若向漏斗中加入蔗糖分子,则平衡时m变小

C.达到渗透平衡时,仍有水分子通过半透膜进出

D.若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液,再次平衡时m将增大

【答案】C

项正确;吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液,再次平衡时m将减小,D项错误。

 

考向二  细胞吸水与失水的实验结果分析

 

3.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于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

【参考答案】C

细胞都处于失水状态,均可看到质壁分离现象,故D正确。

 

规律总结

细胞吸水和失水的特点

(1)运输方向:细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量梯度的跨膜运输过程。

(2)运输特点:细胞吸水时,水分子也有从细胞出来的,细胞失水时,水分子也有进入细胞的,即无论细胞吸水还是失水,水分子通过原生质层的扩散都是双向进行的。

 

4.将两个完全相同的洋葱根尖成熟区细胞分别放置在甲、乙溶液中,对原生质体体积进行观察后绘制出如下曲线(A为甲曲线最低点)。下列叙述错误的是

A.乙溶液中的溶质可能不能被根尖细胞吸收

B.0~1 h内,乙溶液中的细胞失水量比甲多

C.A点时,甲溶液的渗透压大于细胞液的渗透压

D.2~3 h内,处于甲溶液中的细胞,细胞液的渗透压大于细胞质基质的渗透压

【答案】C

【解析】溶液浓度越高,渗透压越大。洋葱根尖成熟区细胞有中央液泡,当其处于高于细胞液浓度的外界溶液中时,细胞会因失水而导致原生质体体积减小;当其处于低于细胞液浓度的外界溶液中时,细胞

说明细胞在不断吸水,因此其细胞液的渗透压大于细胞质基质的渗透压,D正确。

 

考向  探究膜的透性

 

5.某渗透装置如图所示,烧杯中盛有蒸馏水,已知图中猪膀胱膜允许单糖透过。在倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液,一段时间后再加入蔗糖酶。从理论上分析,该实验过程中最可能出现的实验现象是

A.漏斗中液面开始时先上升,加酶后即下降

B.漏斗中液面先上升,加酶后继续上升,然后开始下降

C.加酶前后,在烧杯中都可以检测出蔗糖

D.加酶后,可以在烧杯中检测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶

【参考答案】B

【试题解析】开始时,因烧杯中水分子通过半透膜进入漏斗内的速度大于漏斗内水分子进入烧杯中的速度,漏斗中液面上升,加酶后漏斗内液面继续上升,A错误;

加酶后漏斗内液面继续上升,但一段时间后因蔗糖酶催化蔗糖水解形成单糖,而单糖能通过猪膀胱膜进入烧杯中,故会引起水分子进入烧杯中,漏斗内的液面下降,B正确;

加酶前后,烧杯中都不能检测出蔗糖,因为蔗糖是二糖,不能通过半透膜,C错误;

蔗糖能在蔗糖酶的作用下水解为可通过半透膜的葡萄糖和果糖,但蔗糖酶不能通过半透膜进入烧杯中,D错误。

 

解题必备

验证渗透作用发生条件的方法

(1)具有半透膜

(2)半透膜两侧溶液具有浓度差

 

6.如图为常见的两套渗透装置图(图中S1为30%蔗糖溶液、S2为蒸馏水、S3为30%葡萄糖溶液;已知葡萄糖能通过半透膜,但蔗糖不能通过半透膜),有关叙述错误的是

A.装置A漏斗中溶液液面上升速率逐渐下降

B.装置A渗透过程中水分子通过半透膜的方向是S2→S1

C.装置A达到渗透平衡后,S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度

D.装置B的现象是S3溶液液面先上升后下降,最终S3和S2溶液液面持平

达到渗透平衡后,由于漏斗中溶液存在势能,所以S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度,C正确;

由于葡萄糖能通过半透膜,所以装置B的现象是S3溶液液面先上升后下降,最终S3和S2溶液液面持平,D正确。

 

考向四  质壁分离实验的选材、原理与操作

 

7.在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中,对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察(如图所示)。下列有关叙述正确的是

A.第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域

B.第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处

C.吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体,以免污染镜头

D.为了节约实验时间,通常可以省略第一次显微观察步骤

【参考答案】B

【试题解析】第一次观察时由于未滴加蔗糖溶液,细胞还没有发生质壁分离,较易观察到的是紫色的大液泡,由于此时液泡占整个细胞体积的比例较大,因此观察到的无色的细胞质基质区域应较小,A错误。

第二次观察时已经通过引流法使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中,可以发现首先从细胞的角隅处开始发生质壁分离,B正确。

吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水,使溶液浸润整个标本,C错误。

第一次显微观察是为了获得实验前的现象,以便于和实验中的现象变化进行前后对照,因此不能省略,D错误。

 

解题必备

关于细胞质壁分离和复原实验的注意点

(1)本实验存在两组对照实验

(2)引发质壁分离的两种原因

(3)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。

 

8.以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离和复原实验的材料,下列有关说法正确的是

A.正在发生质壁分离的细胞,其吸水能力逐渐减弱

B.正在发生质壁分离的细胞,其紫色区域逐渐缩小,该区域颜色逐渐变深

C.发生质壁分离后完全复原的细胞,其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同

D.该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料,是由于该类细胞不能发生质壁分离

【答案】B

【解析】紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液呈现紫色。正在发生质壁分离的细胞,因不断失水导致细胞液的浓度逐渐增大,紫色区域逐渐缩小,该区域颜色逐渐变深,其吸水能力逐渐增强,A错误,B正确;

因具有支持和保护作用的细胞壁也有一定程度的伸缩性,实验发生质壁分离后完全复原的细胞,其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同或大于外界溶液浓度,C错误;

该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料,是由于该类细胞的细胞液无色,不易观察质壁分离及其复原现象,D错误。

 

考向  质壁分离与复原的应用

 

9.取生理状态相同的某植物新鲜叶片若干,去除主脉后剪成大小相同的小块,随机分成三等份,分别放入甲、乙、丙三种不同浓度的蔗糖溶液中,一段时间后,甲的浓度变小,乙的浓度不变,丙的浓度变大。有关推测错误的是

A.实验前,甲的浓度>乙的浓度>丙的浓度

B.实验后,丙的浓度>乙的浓度>甲的浓度

C.实验中,水分进出细胞不需要载体和能量

D.实验中,甲中叶片细胞吸水能力逐渐增强

【参考答案】B

关系是丙的浓度>乙的浓度>甲的浓度,B项错误;

水分进出细胞属于自由扩散,进出细胞不需要载体和能量,C项正确;

甲的浓度变小,所以甲中叶片细胞在失水,细胞液浓度增大,因此细胞的吸水能力逐渐增强,D项正确。

 

解题必备

植物细胞质壁分离及质壁分离复原的拓展应用

(1)判断成熟植物细胞是活细胞还是死细胞

(2)测定细胞液浓度范围

(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度

(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)

 

10.将甲、乙两种植物的块茎切成形状、大小相同的细条,分别置于质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液中,对其失水量进行测量后绘制了如下曲线。下列叙述错误的是

A.与图相关细胞的原生质层会有一定程度的收缩

B.由图推知甲植物细胞液浓度小于乙植物细胞液浓度

C.4 min时细胞液的渗透压小于外界溶液的渗透压

D.随细胞失水量增加ATP的消耗量逐渐增多

【答案】D

D错误。

 

1.将蚕豆植株放在湿润的空气中光照一段时间后,取蚕豆叶下表皮制作临时装片。先在清水中观察到气孔开放,然后用0.3 g/mL蔗糖溶液取代清水,继续观察,结果气孔关闭。下列有关叙述正确的是

A.在清水中,保卫细胞发生渗透失水而导致气孔开放

B.蔗糖分子扩散进入保卫细胞后,细胞渗透吸水导致气孔关闭

C.只有将保卫细胞置于0.3 g/mL蔗糖溶液中时,才存在渗透作用

D.当从清水转入0.3 g/mL蔗糖溶液中时,保卫细胞细胞液浓度将增加

 

2.如图为用玻璃纸研究渗透作用的实验装置,漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液,漏斗内外起始液面一致,渗透平衡时的液面差为△h。下列相关叙述错误的是

A.实验开始时S1浓度大于S2

B.渗透平衡时S1浓度大于S2

C.渗透平衡时无物质通过半透膜

D.如果将S2浓度适当降低,则渗透平衡时△h更大

 

3.将一萝卜去皮后切成大小相同的数个小条,测定长度后随机分成数量相等的几组,然后放在不同浓度的蔗糖溶液中进行实验,一定时间后取出,再次测定每组萝卜条的长度并取平均值,得到关系图。下列有关叙述正确的是

A.a浓度之前蔗糖进入了细胞

B.a浓度之后原生质层紧贴细胞壁

C.a浓度时,细胞内的蔗糖浓度与外界蔗糖溶液浓度相等

D.图中萝卜条长度的变化说明细胞壁具有一定的伸缩性

 

4.下列关于渗透作用的应用,叙述正确的是

A.将红细胞、变形虫细胞放在清水中会出现破裂现象

B.果脯在腌制中慢慢变甜,是细胞主动吸收糖分的结果

C.腌制的蔬菜之所以不容易变质是因为蔬菜脱水后含水量少,从而代谢缓慢

D.质壁分离的过程中植物细胞吸收水分的能力逐渐增强

 

5.某同学用形态和生理状况相似的某植物叶片下表皮细胞为材料,进行了如下实验,实验过程中相关细胞都保持生理活性,结果如表所示。下列分析错误的是

实验组别 a b c d e f
蔗糖溶液浓度(g/mL) 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
实验前细胞长度/实验后细胞长度 0.70 0.80 0.90 1.06 1.10 1.15

A.6组实验中,表皮细胞都能发生渗透作用,出现吸水或失水现象

B.随着蔗糖溶液浓度的提高,表皮细胞长度先增长再保持不变最后变短

C.实验后,c组液泡中的溶质浓度大于b组

D.细胞在实验前后长度不变的蔗糖浓度介于0.35~0.40g/mL之间

 

6.下图中甲、乙为两个渗透装置。甲图是发生渗透作用时的初始状态,乙图是较长时间之后,通过漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。下列有关叙述不正确的是

A.甲图③为半透膜,水分子能自由通过

B.图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度

C.图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等

D.图甲中溶液①和②浓度差越大,则图乙中的水柱越高

 

7.在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中,显微镜同一视野下可依次观察到如图所示的甲、乙、丙三种细胞状态。下列叙述错误的是

A.由视野甲到视野乙需将低倍物镜转换成高倍物镜

B.甲、乙、丙三种状态可以在一个细胞内依次发生

C.与甲状态的细胞相比,乙状态下细胞液浓度更高

D.乙状态细胞滴加清水引流后可变化为丙状态细胞

 

8.在“探究植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系”实验中,小明利用测微尺对图中高倍镜视野下的细胞进行了测量。若要分析细胞质壁分离的程度,他需要测量并计算的数据是

A.e/b的比值

B.c/d的比值

C.a/d的比值

D.a/c的比值

 

9.将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸入低浓度的KNO3溶液中,显微镜观察发现细胞吸水膨胀。每隔一段时间测定KNO3的浓度,结果如下图所示。下列有关叙述错误的是

A.AB段变化是细胞吸水速率大于吸收离子速率的结果

B.A点时可观察到细胞中紫色区域比B点小

C.BC段发生质壁分离复原,原生质层逐渐恢复原状

D.B点时细胞液浓度可以大于或等于外界溶液浓度

 

10.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c两侧浓度大小关系是a_______b。当液面不再上升时,c两侧浓度大小关系是a_______b。

(2)图丙中相当于图甲中c结构的是________(填序号),此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是______________。

A.细胞液>外界溶液                  B.细胞液<外界溶液

C.细胞液=外界溶液                  D.以上情况都有可能

(3)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中,发现细胞液体积也在增大。当液泡体积不再增大时,细胞液浓度是否一定和外界溶液浓度相等?___________________________。

 

11.(2017·新课标II卷)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中,发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是

A.0~4 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内

B.0~1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等

C.2~3 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压

D.0~1 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压

 

1.【答案】D

【解析】由图可以看出,清水中的保卫细胞吸水,气孔开放,A错误;

蔗糖溶液中,细胞失水,导致气孔关闭,但原生质层具有选择透过性,蔗糖不能进入细胞,B错误;

将保卫细胞放在清水中,细胞液和外界的清水也存在浓度差,也能发生渗透作用,C错误;

分析图形,植物在清水中时气孔是开放的,而在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,保卫细胞发生渗透失水,细胞液浓度增加,气孔将关闭,D正确。

 

2.【答案】C

【解析】实验中出现了液面差,说明发生了渗透作用,溶质不能透过半透膜,漏斗内的溶液增多,说明实验开始时S1的浓度大于S2的浓度,A正确;

渗透平衡时半透膜两侧的浓度差产生的水分运输的动力与液面差产生的水分运输的动力相抵消,故渗透平衡时浓度不相等,只要存在液面差Δh,仍然是S1的浓度大于S2的浓度,B正确;

在达到渗透平衡后,S1溶液中水分子与S2溶液中水分子仍然在透过半透膜,只是二者处于动态平衡,所以并不是无物质通过半透膜,C错误;

如果将浓度S2降低,则漏斗内外溶液浓度差增大,水分子从漏斗外向漏斗内运输的速率更快更多,则渗透平衡时的液面差△h会更大,D正确。

 

3.【答案】D

【解析】蔗糖属于二糖,由于细胞膜具有选择透过性,其不能通过细胞膜进入细胞,A错误;

a浓度之后,萝卜条的体积变小,说明细胞失水,发生质壁分离,即原生质层与细胞壁分离,B错误;

a浓度时,细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相等,C错误;

除a浓度外,每一浓度下萝卜条长度均有一定变化,说明细胞壁具有一定的伸缩性,D正确。

 

4.【答案】D

【解析】将红细胞放在清水中,红细胞会因吸水而出现破裂现象;而变形虫细胞放在清水中不会出现破裂现象,A错误。

果脯在腌制中慢慢变甜,是细胞因失水过多而死亡,糖分进入细胞的结果,B错误。

腌制的蔬菜之所以不容易变质是因为蔬菜表面的微生物因失水过多而死亡,从而使蔬菜变质速度缓慢,C错误。

质壁分离的过程中植物细胞失水越来越多,细胞液浓度逐渐增大,导致细胞吸收水分的能力逐渐增强,D正确。

 

5.【答案】B

实验前细胞长度/实验后细胞长度大于1,因此细胞在实验前后长度不变的蔗糖浓度介于0.35~0.40 g/mL之间,D正确。

 

6.【答案】C

【解析】结合题意分析图形可知,由甲图变为乙图,漏斗内的液面升高了,说明通过渗透作用水分子通过图中的③半透膜进入漏斗内,A正确;

图中①是烧杯内的液体,②是漏斗内的液体,由于达到动态平衡时漏斗内的液面明显升高了,说明图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度,B正确;

渗透平衡时,水分子进出漏斗达到平衡状态,但由于漏斗内外液面高度差的存在,图乙中溶液①的浓度小于溶液②的浓度,C错误;

图甲中溶液①和②浓度差越大,则通过半透膜进入漏斗内的水分子数越多,图乙中的水柱越高,D正确。

 

7.【答案】A

【解析】由图可知,乙的放大倍数和甲相同,只是乙的质壁分离程度比甲大,所以由观察甲到观察乙放大倍数不变,A错误;

在细胞失水发生质壁分离和复原过程中,甲、乙(逐步发生质壁分离)、丙(发生质壁分离的复原)可在同一个细胞内依次发生,B正确;

甲细胞失水较少,乙细胞失水较多,与甲相比,乙所示细胞的细胞液浓度较高,C正确;

由乙转变为丙的过程中,细胞发生质壁分离的复原,所以乙状态细胞滴加清水引流后可变化为丙状态细胞,D正确。

 

8.【答案】C

【解析】质壁分离产生的内因是原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性,外因是外界溶液的浓度大于细胞液的浓度,细胞失水,导致原生质层与细胞壁逐渐分离。据此分析图示可知:若要分析细胞质壁分离的程度,需要测量并计算的数据是a(原生质体的长度)/d(细胞的长度)的比值,C正确,A、B、D均错误。

 

9.【答案】C

外界溶液浓度,D正确。

 

10.【答案】(1)小于   小于

(2)③④⑤    D

(3)不一定

【解析】(1)据图甲分析,漏斗液面上升,水分从低浓度溶液流向高浓度溶液,故a小于b。据图乙曲线分析,漏斗液面上升高度随时间推移越来越小,故漏斗中溶液吸水的速率在下降。当液面不再上升时,半透膜两侧压力相等,渗透作用平衡,但因为水柱的压力,a仍然小于b。

(2)细胞的原生质层(主要包括③细胞膜、④细胞质和⑤液泡膜)相当半透膜。图丙细胞原生质层和细胞壁分离,可能处于质壁分离状态或者复原状态,也可能处于平衡状态,所以细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系无法确定,故本题选D。

(3)因为细胞壁对原生质层有支持和保护的作用,故细胞不会无限吸水,液泡体积不会一直增大,这时细胞液浓度不一定和外界溶液的浓度相等,可能相等,也可能大于外界溶液。

 

11.【答案】C

【解析】由图可知,原生质体的相对体积先下降后上升,所以该植物细胞发生了质壁分离后复原。0~4 h内细胞发生自动复原,说明物质A能进入细胞,A错误;

0~1 h内细胞发生质壁分离,细胞失水,原生质体伸缩性比细胞壁的伸缩性大,所以细胞体积与原生质体体积的变化量不等,B错误;

2~3 h内为质壁分离复原过程,细胞吸水,物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压,C正确;

0~1h内发生质壁分离,细胞失水,液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压,D错误。

 

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