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第四章细胞的物质输入和输出海南省文昌中学生物组:郑玮,渗透系统的组成分析及应用,1渗透系统的组成条件如图所示，作为一个渗透系统，须同时具备以下两个条件：,(2)半透膜两侧为溶液体系(S1，S2)，且两侧溶液具浓度差。,2渗透作用的发生(1)若S1浓度S2浓度，单位时间内由S2S1的水分子数多于S1S2，外观上表现为S1液面上升。(2)若S1浓度S2浓度，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。(3)h达一定高度时，由半透膜进出漏斗的水分子数相等，渗透系统达到平衡状态，液面不再变化。知识拓展 在达到平衡后，只要存在液面差h，则S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度，且h的高低决定于起始S1与S2的浓度差。,A、半透膜可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。B、半透膜两侧的溶液具有浓度差。浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子数的差，即物质的量浓度之差，即摩尔浓度而不是质量浓度。C、动物细胞构成渗透系统可发生渗透作用动物细胞膜相当于一层半透膜。外界溶液浓度细胞质浓度时，细胞吸水膨胀；反之，则细胞失水皱缩；当外界溶液浓度细胞质浓度时，水分进出平衡。,D、成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用当细胞液浓度外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。,3.验证渗透作用发生的条件具有半透膜：,具有浓度差：,具有浓度差：,特别提示：1发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达平衡状态，既不可看作没有水分子移动也不可看作两侧溶液浓度（质量浓度）相等。2溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖（分子量180）溶液和10%蔗糖（分子量220）溶液的质量浓度相等，但10%蔗糖溶液的物质的量浓度（摩尔浓度）小，故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。,4渗透系统的应用(1)比较不同溶液浓度大小,例1.一U形管中装有两种不同的溶液R和S，并为一半透膜(X)隔开。与S相比，R溶液浓度较低。图1中阴影的深浅即代表浓度高低。当U形管内达到平衡时，溶液表面与浓度的关系是(答题时参看图2)(),图2,A右侧较高，两溶液浓度相等B右侧较高，且右侧浓度较高C左侧较高，且右侧浓度较低D两侧高度相等，浓度相等,解析：由于R浓度低于S，因此开始时水由RS扩散，使S液面升高。随扩散的进行，R的渗透压增大，S的渗透压减小，液面差使S侧相对于R侧又产生了一个静水压，其中S侧的渗透压是使R侧水向S渗透的动力，而R侧的渗透压及S侧产生的静水压则是阻止水由RS扩散的阻力，当S渗R渗静水压时，两溶液达到渗透平衡，但此时，S侧不仅液面高且浓度也较高。答案：B,例2(2010上海生物)下图为显微镜下某植物细胞在30%蔗糖溶液中的示意图。下列叙述中错误的是()A若将细胞置于清水中，A仍保持不变B若该细胞处于40%蔗糖溶液中，B/A值将变小CB/A值能表示细胞失水的程度DA、B分别表示细胞和液泡的长度,解析处于质壁分离状态的细胞放在清水中，将会出现质壁分离复原的现象，复原后的细胞体积基本不变；提高外界溶液浓度，细胞继续失水，体积继续减小，B/A值将变小；B/A值越小失水越严重，所以该值能代表细胞失水的程度；A表示细胞壁径长，B代表原生质体的径长，并非代表液泡径长。答案D,对点训练1(2010长沙模拟)将新鲜的苔藓植物叶片放入有少量红墨水、含量为30%的蔗糖溶液中，在显微镜下观察，你会看到细胞的状态如图所示，此时部位的颜色分别是()A无色绿色B红色绿色C红色无色 D红色红色答案：B,2植物对水分和离子吸收的关系相对独立(1)区别,吸收部位：根尖的成熟区（根毛）根用途 约15%参与植物代谢 维持正常生命活动,(2)联系矿质元素必须溶解在水中呈离子状态，才能被细胞吸收。吸收矿质元素离子的多少可以调节细胞液的浓度，影响对水分的吸收。矿质元素离子被吸收后随水分在导管中运输，蒸腾作用（叶的气孔散掉）在促进水分运输的同时也促进矿质元素离子的运输。故它们的运输途径相同，都是从根毛导管胞间连丝各细胞，并且吸收的主要部位都是根的成熟区。,应用指南根对离子吸收的曲线模型(1)氧分压与根吸收离子速率的关系,AB段表示在一定范围内，根吸收离子的速率随氧分压的升高而加快。BC段表示当氧分压增大到一定值时，根吸收离子的速率不再随氧分压升高而加快，这是由于根吸收离子还与根细胞膜上载体的数量有关。,(2)根吸收离子与溶液中离子浓度的关系,曲线AB段表示在一定离子浓度范围内，根吸收离子的速率随离子浓度的增大而加快。曲线BC段表示当离子浓度增大到一定数值时，根的吸收速率不再增加，这是由根细胞膜上载体的数量决定的。曲线CD段表示当离子浓度过高时，将会使根细胞失水，从而影响根细胞正常的代谢活动，使离子吸收速率下降。,例3.右图是洋葱根在不同含氧情况下从硝酸钾溶液中吸收K和NO的曲线。影响A、B两点和B、C两点吸收量不同的因素分别是()A载体数量、能量B能量、载体数量C能量、离子浓度D载体数量、离子浓度解析：氧气浓度可以间接影响能量供应。在能量相同的情况下，考虑载体的多少不同。答案：B,例4(2009广东高考)某实验小组为了探究细胞膜的通透性，将小鼠肝细胞在体外培养一段时间后，检测培养液中的氨基酸、葡萄糖和尿素含量，发现它们的含量发生了明显变化(如下图)。请回答问题,(1)由图可知，随培养时间延长，培养液中葡萄糖和氨基酸含量_，尿素含量_。由于在原培养液中没有尿素，推测其是_的产物。(2)培养液中的氨基酸进入细胞后，其主要作用是_；被吸收的葡萄糖主要通过_作用，为细胞提供_。(3)转氨酶是肝细胞内参与氨基酸分解与合成的一类酶，正常情况下这类酶不会排出胞外，若在细胞培养液中检测到该类酶，可能的原因是_。(4)由(1)和(3)可初步判断，细胞膜对物质的转运具有_的特性。,解析(1)由题干和图示知：培养液中葡萄糖和氨基酸的含量随培养时间的延长而减少，而尿素含量则增加，因原培养液中无尿素，根据葡萄糖、氨基酸和尿素的化学元素组成特点可知，尿素为氨基酸的代谢产物。(2)氨基酸在细胞内主要用于合成蛋白质，葡萄糖则主要作为能源物质，通过氧化分解为细胞提供能量。(3)正常情况下，因肝细胞膜通透性功能正常，所以转氨酶不会排出胞外，若肝细胞发生病变，其细胞膜通透功能异常时，转氨酶就会排出胞外。答案(1)降低增加细胞代谢(代谢)(2)作为蛋白质合成的原料呼吸(分解)能量(ATP)(3)肝细胞膜受损(或细胞裂解)(4)选择透过(选择通透),植物细胞质壁分离与复原实验分析及应用,知识拓展 植物细胞的质壁分离与复原实验：(1)实验对象：同一个成熟的植物细胞。(2)在这一实验中有两次对照，具体分析如下：,3质壁分离实验的拓展应用(1)判断成熟植物细胞的死活待测成熟植物细胞较高浓度的蔗糖溶液,(2)测定细胞液浓度范围待测细胞一系列浓度梯度的蔗糖溶液 细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞同一浓度的蔗糖溶液 刚刚发生质壁分离时所需时间的比较判断细胞液浓度(即时间越短，细胞液浓度越小)。,知识拓展 在本实验中，质壁分离后的复原是人工复原，而在一定浓度的KNO3溶液、尿素、甘油、乙二醇等溶液中会发生先质壁分离后自动复原现象。,植物细胞吸水和失水原理的应用(1)对农作物合理灌溉，既满足作物对水分的需要，又降低了土壤溶液的浓度，促进作物对水分的吸收。(2)盐碱地中植物更易缺水或不易存活；一次施肥过多，会造成“烧苗”现象。这是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过根细胞液浓度，导致根不易吸水或因失水而造成“烧苗”现象。(3)农民在移栽白菜时往往去掉一些大叶片，是因为刚栽的白菜的根不能很快地从土壤中吸水，去掉几片大叶片可以减少因叶的蒸腾作用而造成的水分散失，避免造成刚栽的白菜体内失水过多死亡，从而提高成活率。,(4)糖渍、盐渍食品(如盐渍新鲜鱼、肉)不变质是因为在食品的外面形成很高浓度的溶液，使微生物(如细菌)不能在上面生存、繁殖，所以能较长时间地保存。(5)用浓度较高的糖或盐溶液腌制食品，细胞大量失水死亡，细胞膜失去选择透过性，糖或Na、Cl大量进入死细胞，使腌制食品具有甜味或咸味。,例5如图所示是某同学用洋葱紫色鳞片叶的外表皮做“植物细胞的质壁分离及复原”的实验中所观察到的细胞图，下列叙述正确的是()A图中1、2、6组成了细胞的原生质层B图中细胞处于质壁分离状态，此时6处的浓度一定大于7处的浓度C图中1是细胞壁，6中充满了蔗糖溶液D图中7是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变浅解析：图中2、4、5组成了细胞的原生质层；图中细胞处于质壁分离状态，此时6处的浓度可能等于、大于或小于7处的浓度；图中7是细胞液，在发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变深。答案：C,例6如图所示是某同学用洋葱紫色鳞片叶的外表皮做“植物细胞的质壁分离及复原”的实验中所观察到的细胞图，下列叙述正确的是()A图中1、2、6组成了细胞的原生质层B图中细胞处于质壁分离状态，此时6处的浓度一定大于7处的浓度C图中1是细胞壁，6中充满了蔗糖溶液D图中7是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变浅解析：图中2、4、5组成了细胞的原生质层；图中细胞处于质壁分离状态，此时6处的浓度可能等于、大于或小于7处的浓度；图中7是细胞液，在发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变深。答案：C,渗透作用原理的应用,(2009年高考海南卷)已知鱼鳔是一种半透膜。若向鱼鳔内注入适量的20%蔗糖溶液、排出鱼鳔内的空气，扎紧开口，将其浸没在盛有10%蔗糖溶液中，下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变化趋势的示意图是(),【解析】鱼鳔是一种半透膜，鱼鳔内的蔗糖溶液浓度高于外边，所以会从烧杯中吸水，烧杯内水分不断减少，液体浓度升高。当鱼鳔内外渗透压相等时，水分进出达到平衡，烧杯液体和鱼鳔内液体浓度相同。【答案】B,植物对矿质元素离子的吸收,用完全培养液在两个相同的容器内分别培养水稻和番茄苗，假设两植物的吸水速率相同，一段时间后，测定培养液中各种离子与实验开始时各种离子浓度之比如图所示：,该实验的结果不能说明()A水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2、Mg2的大B与番茄相比，水稻对Si4需要量大，对Ca2需要量小C不同植物根尖细胞膜上载体蛋白的种类和数量是不同的D植物对各种离子的吸收速率与溶液中的离子浓度有关,【解析】培养水稻的溶液中，实验后Ca2、Mg2与实验前的比值大于1，说明Ca2、Mg2浓度增大，即吸收水多于吸收Ca2、Mg2的量。水稻吸收的Si4多，对Ca2、Mg2吸收量少，而番茄吸收的Ca2和Mg2较多，对Si4吸收量少。这体现了植物对无机盐离子的吸收具有选择性，其原因在于不同植物根尖细胞膜上载体蛋白的种类和数量是不同的。图中并不能看出植物体对各种离子的吸收速率与溶液中的离子浓度有关。【答案】D,例、(2011年南京模拟)在探究实验“植物细胞的吸水和失水”中，某同学在分析实验结果时，提出了“假如细胞壁也相当于一层半透膜，实验结果会有什么不同”的问题。下列分析正确的是()A实验结果相同，因为质壁分离的原因是细胞失水后，原生质层随液泡的缩小而缩小，而细胞壁不能缩小B实验结果相同，因为质壁分离的原因是细胞失水，而原生质层的伸缩性比细胞壁的大C实验结果不相同，细胞壁与原生质层一起缩小，不能发生质壁分离D实验结果不相同，细胞壁不能缩小，不能发生质壁分离解析：原生质层的伸缩性比细胞壁的大，因此能否发生质壁分离取决于两者在细胞失水后收缩程度的相对大小。答案：B,1(2010南京模拟)如图实验装置，玻璃槽中是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是(),对应学生用书31页,A漏斗中液面开始时先上升，加酶后再上升后又下降B在玻璃槽中会测到蔗糖和蔗糖酶C漏斗中液面开始时先下降，加酶后一直上升D在玻璃槽中会测到葡萄糖、果糖和蔗糖酶解析：实验开始时，蔗糖不能透过半透膜，所以单位时间内通过半透膜渗透进入长颈漏斗中的水分子数比渗透出来的多，漏斗内液面上升。而加入酶后，将蔗糖分解为单糖，进一步提高了漏斗内的浓度，所以液面再上升，但由于单糖分子能透过半透膜进入玻璃槽中，使玻璃槽内液体浓度升高，一段时间后，水分子从长颈漏斗内渗出的较多，漏斗内液面下降。答案：A,7图中的甲、乙图是渗透装置示意图，丙图是根毛细胞示意图，请根据甲、乙、丙三图回答下列问题：(甲图是发生渗透作用的初始状态，乙图是发生了较长时间的渗透作用之后，漏斗内外的水分子达到平衡时的状态。甲图中：为清水，为0.3 g/mL的蔗糖溶液，为半透膜),(1)典型的渗透装置必须具备两个条件：a_(指明甲图中相应部位)，b_。(2)比较甲图中和处溶液浓度的大小_。(3)丙图中的名称为_，甲图中的相当于丙图中的_，它与丙图中相应结构的区别是_。(4)若把根毛细胞放入0.3 g/mL的蔗糖溶液中，它将出现_，再放入清水中，它又出现_。,(5)若把根毛细胞放入0.9 g/mL的蔗糖溶液中，它会出现_，过一段时间再放入清水中，此时根毛细胞与上题中放入清水中的变化一样吗？为什么？_。(6)盐碱地中的植物常出现萎蔫现象，其原因是_。解析：植物细胞吸水或失水均是由于发生了渗透作用，其原生质层相当于半透膜，外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，反之则细胞吸水；当细胞失水过多时，会导致细胞死亡，植物根系若处于高浓度的土壤溶液中时，会因为不能吸水而使植物萎蔫。,答案：(1)具有半透膜膜两侧具有浓度差(2)(3)原生质层甲图中的属于半透膜，没有选择透过性，而丙图中的属于生物膜，具有选择透过性(4)质壁分离质壁分离复原(5)质壁分离不一样；过一段时间再放入清水中，由于之前蔗糖溶液浓度过高，根毛细胞失水过多，已经导致根毛细胞死亡，不能出现质壁分离后的复原现象(6)土壤溶液浓度较高，接近甚至超过根毛细胞细胞液的浓度，造成根毛细胞吸水发生困难，甚至失水，植株出现萎蔫现象,