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生物体的功能活动 一、植物体的无机营养 【知识网络结构及知识点归纳】 多细胞生物的每一个细胞需要通过生物体整体的功能活动，才能实现与外界环境之间的物质和能量交换。植物体的有机营养在细胞代谢中涉及。本部分内容主要涉及植物体的无机营养，包括植物体的水分代谢和矿质代谢。 【重点、难点、拓展知识解析】一、水分的吸收植物体吸水的结构细胞渗透吸水原理液泡是植物细胞的水盐库和代谢库，细胞液中含有糖类、无机盐、色素、蛋白质等物质，具有很高的浓度，所以和细胞外溶液之间有浓度差。而原生质层具有选择透性，相当于半透膜。所以植物细胞是一个渗透系统，可以依靠渗透作用而吸水或失水。 渗透吸水原理的验证性实验细胞质壁分离及复原细胞质壁分离及复原的原因 质壁分离实验的意义验证原生质层确实具有选择透性，相当于一层半透性膜。质壁分离现象是我们观察到的实验结果。该结果成为我们论证原生质层的选择透性的论据。发生了质壁分离现象，说明，细胞失水；细胞失水，说明原生质层内外溶液有浓度差；细胞能维持原生质层内外溶液的浓度差，说明原生质层具有选择透性，蔗糖分子不容易通过，相当于半透膜。该实验证明了植物细胞是一个渗透系统。检验细胞是否有生命：只有活细胞的原生质层具有选择透性，因此，该实验可以检验细胞是否是活的。测定细胞液的浓度：将植物细胞分别放在一系列浓度梯度（A1、A2、A3、A4、A5、A6）的蔗糖溶液中，观察细胞是否发生质壁分离现象。如果细胞在A3浓度下，没发生质壁分离，而在A4浓度下，发生质壁分离现象，就说明细胞液的浓度在A3与A4之间。二、检验某种矿质元素是否为植物所必需的实验设计注意教材中64页所介绍的检验某种矿质元素是否是植物生长发育所必需的方法。该实验设计中，涉及到了无土栽培的方法，以及设计实验方案要遵循的原则。如设置对照实验的原则，控制可变因素的原则。三、根吸收矿质元素特性选择性吸收：和细胞膜上载体的种类和数量有关。 代谢性吸收：需要消耗细胞呼吸产生的能量。根对矿质元素的吸收和呼吸作用密切相关。与水分吸收的关系：是两个相对独立的过程区别：原理不同。细胞对水分的吸收是通过渗透作用实现的，本质是水分通过原生质层的自由扩散；细胞吸收矿质元素的主要形式是主动运输。联系：矿质元素的离子溶于水中，才能被吸收； 矿物质随水分运输而运输 矿质元素的吸收引起细胞液的渗透势的降低，从而影响细胞吸水速率。四、矿质元素的利用存在形式实例分布及利用缺乏症离子态K+从成熟器官转移至代谢旺盛器官，能多次被利用成熟器官先发病化合态不稳定态N、P、Mg稳定态Fe、S、Ca不能转移、一次利用幼嫩器官先发病【例题解析】1、利用高浓度盐水可杀菌防腐，如腌制咸肉能存放很长时间 ，其原因是：A盐水中的氯离子有杀菌的作用B高浓度盐水中的PH值不适于腐生菌类生长 C水分不足，菌类不能生存D渗透作用的结果使细菌细胞失水死亡解析 细菌细胞如果处于高浓度的盐溶液中，细菌细胞会渗透失水而死亡 。答案为D2、向土壤中一次施肥过多，会出现烧苗现象，其主要原因是：A细胞液浓度小于土壤溶液浓度，细胞严重失水B细胞液浓度大于土壤溶液浓度，液泡胀破C土壤酸碱平衡失调D细胞中矿质元素含量多解析 答案为A3、下列关于植物大量失水的意义的叙述，其中错误的是：A可以促进水分的吸收和运输B可以促进矿质养料在体内的运输C可以直接大幅度提高光合作用的速度D可以降低植物体的温度，避免强光灼伤解析 植物大量失水的方式是蒸腾作用，本题考察植物的蒸腾作用的意义。答案为C4、下列哪组元素都是植物生活必须的矿质元素：A氮、磷、钙、硼B碳、氮、镁、钙 C氢、铁、碳、硒D硫、钾、锰、铝解析 本题为识记题，答案为A5、把菜豆幼苗放在含32P培养液中培养，1小时后测定表明，幼苗各部分都含32P，然后将该幼苗转移到不含32P的培养液中培养，数天后32P：A不在新的茎叶中B主要在新的茎叶中C主要在老的茎叶中D主要在老根中解析 本题考察的知识点是矿质元素的利用形式。P元素在植物体内以不稳定的化合物形式存在，在缺乏时，可优先移动到植物的幼嫩部分，供植物体利用，所以缺乏时，衰老器官先受害。答案为B6、下列图中，正确表示呼吸强度与根对矿质元素离子吸收的数量关系的是： 解析 根细胞吸收矿质元素离子包括离子交换吸附和主动运输两个过程。呼吸作用一方面为根细胞的离子交换吸附提供H+和HCO3-，另一方面为主动运输提供能量。因此在一定范围内，随着呼吸作用的增强，根吸收矿质元素离子的数量增加。但是根吸收矿质元素的离子的数量还和根细胞膜上载体的种类和数量有关，具有饱和效应。答案为B7、下列实验中，不需要始终用活细胞做材料的是：A质壁分离及复原现象的观察 B植物根系的离子交换吸附现象的观察C观察植物细胞有丝分裂的过程D观察细胞的胞质流动的现象解析 质壁分离复原、根的离子交换吸附和细胞的胞质环流现象都是活细胞特有的现象。而由于植物的分生组织的细胞处于有丝分裂的不同阶段，所以杀死细胞，固定细胞原生质的形态，就可观察到有丝分裂的全过程，答案为C。 8、说出下列生物器官的主要吸水或失水的方式 大豆种子在水中膨大 把萎蔫的黄瓜放入清水中变得坚挺 根毛细胞吸水 浸入清水中的干木块吸水 根尖生长点细胞的吸水 兔的血液红细胞放在浓盐水中发生皱缩解析本题考察了细胞渗透吸水和吸胀吸水的特点和原理。答案为： 吸胀吸水 渗透吸水 渗透吸水 吸胀吸水 吸胀吸水 渗透吸水。9、用含有各种必须元素的溶液培养大麦。实验分两组，一组在光下，一组在黑暗中，48小时后，测定几种离子的浓度。表中的数据为实验结束时，溶液中离子的浓度占实验开始时浓度的百分比实验条件水分消耗Ca2+ K+ Mg2+(%)光下1090135 27 179暗中43505 35 113 从吸收离子和吸收水的比例看，大麦吸收哪种离子比吸收水快？ 从上述试验所获得的数据，可以得出哪些结论？解析解答本题时注意审题，表中的数据为实验结束时，溶液中离子的浓度占实验开始时浓度的百分比。如果植物吸水和吸收离子的速度相同，溶液中离子的浓度不会改变，而当吸水速度大于吸收离子速度时，溶液中离子浓度增高（超过100%），反之则降低，由此可以判断大麦吸收k+速度大于吸水速度。从上述试验结果可以获得的结论有：光下蒸腾作用比黑暗中强，消耗水分多；吸收水分和吸收矿质元素是两个相对独立的过程；植物对矿质离子的吸收具有选择性。 10、将紫色万年青的叶片表皮细胞分别浸入不同浓度（A-F）的硝酸钾溶液中。5min以后，观察各叶片表皮细胞的质壁分离及复原的实验结果如下，请回答： 叶片表皮细胞ABCDEF硝酸钾溶液 （mol.L-1）0.110.120.1250.130.140.50质壁分离程度开始分离分离显著分离显著分离质壁分离复原自动复原自动复原被诱导复原不复原质壁分离指的是_。分离后，在该实验中，质壁之间充满的是_。在C和D的浓度下，叶片表皮细胞发生的质壁分离会自动复原，原因是_在F浓度下,当叶片细胞发生质壁分离后,用清水不能诱使它们复原,原因是_。该实验如何证明原生质层具有选择透性_。根据该实验结果,万年青叶片表皮细胞的浓度约在 _之间。解析 本题考察了植物细胞是一个渗透系统的实验验证，答案为细胞壁和原生质体分离，硝酸钾溶液原生质层不是典型的半透膜，K+和NO3-逐步运转到细胞内部，使细胞液的浓度升高，水分子自由扩散入细胞，质壁分离复原在高浓度溶液中，细胞因失水过多而死亡，原生质层失去选择透性如果原生质层为全不透性，不会发生细胞因失水而导致的质壁分离现象；如果原生质层为全透性，原生质层内外的溶液浓度会迅速达到平衡，也不会有细胞的失水和吸水，就不会发生质壁分离现象。0.120.125mol/L 11、下表是用于无土栽培的一种培养液配方，请回答下列问题：Ca（NO3）21.0克MgSO40.25克KH2PO4 0.25克 KCl0.12克 FeCl30.005克H2O1000毫升用此培养液培养高等植物时，往往需要给营养液中通入空气，这一措施可以促进植物根系对溶液中离子的吸收，原因是 _。培养植物一段时间后,检验到培养液中留存的Ca2+较多,而NO3-较少,这一现象与细胞膜_有关。把植株从光下移到暗处，植株对水分的吸收减少，而同一时间对钾离子的吸收，略有增加，这说明_。在上述营养液中,降低MgSO4的含量,过一段时间后,植物叶色变黄,且老叶先出现症状,原因是_溶液中距离根较远的离子若被根吸收,其过程是_.解析 本题答案为促进根系的有氧呼吸，在根系吸收矿质元素的过程中，为离子交换吸附提供H+和HCO3-，为主动运输提供能量。NO3-的载体的数量多，而Ca2+的载体的数量少根系吸收水分和吸收矿质元素的离子是两个相对独立的过程镁是叶绿素的成分，缺乏后，叶绿素不能合成，叶片变黄镁在植物体内以不稳定的化合物的形式存在，缺乏时，可移动到植物幼嫩的部分，所以老叶表现出缺乏症状。扩散作用、离子交换吸附，主动运输12、现有一种植物的种子，已知它的萌发受水分、温度和氧气的影响但不了解其萌发是否与光有关。为探究光的有无对该种子的萌发的影响，请你依据所给的材料和用品设计出实验的方法、步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的实验结论。材料和用品：数量充足的铺有滤纸的培养皿、无菌水、表面消过毒的种子等。方法步骤： _可能的实验结果及相应的结论: _解析本题以种子萌发是否需要光为研究目的,考察了学生实验探究的能力.。主要考察实验方案设计和实验结果预测两个环节。答案：方法步骤: 将培养皿倒入适量的水，将等量的种子分别放入两组培养皿中。将一组至于有光照的环境中，另一组至于黑暗环境中，在培养过程中，使两组所处的温度、水分和空气状况适宜且相同。可能的实验结果及相应的结论：有光组萌发，无光组也萌发（或答发芽率差异不显著），该种植物种子的萌发不受光的影响。有光组萌发，无光组不萌发（或答有光组发芽率高于无光组，显著差异）。该种植物种子萌发需要光。有光组不萌发，无光组萌发（或答无光组发芽率高于无光组，显著差异），光抑制该种植物种子的萌发。在线测试窗体顶端（每题10分）1、甜菜块根的细胞液中的花青素使块根呈红色。将块根切成小块，放入蒸馏水中无明显变化，将其块根小块先用盐酸处理，再放入蒸馏水中，则能使蒸馏水变红，这是因为（） 、盐酸破坏了细胞壁 、盐酸破坏了原生质层 、花青素不溶于水而溶于盐酸 、盐酸破坏了细胞膜的选择透过性 窗体底端窗体顶端2、把植物细胞的细胞壁去掉，再放入质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液中，细胞将会（） 、质壁分离 、形态正常 、皱缩变小 、膨胀破裂 窗体底端窗体顶端3、下列能发生渗透吸水的现象的是（） 、洋葱表皮放置在清水中 、把蒸熟的马铃薯条放在清水中 、把新鲜去皮的马铃薯条放在30%蔗糖溶液中 、把干燥的蚕豆浸泡在水中 窗体底端窗体顶端4、在马铃薯中用打孔器打出两圆柱体块甲和乙，甲在蒸馏水中放一小时，乙在马铃薯细胞液等渗的盐溶液中放一小时，测定处理的圆柱体是否与原来的孔刚好合适（） 、甲不合适，但乙刚好合适 、甲不合适，乙也不合适 、甲合适，乙也合适 、甲合适，但乙不合适 窗体底端窗体顶端5、土壤中缺硼时，植物体会表现出一定的病症，在有该病症的植株叶面上喷施一定浓度的含硼溶液后，该病症消失，这说明硼是植物体的（） 、大量元素，必须元素 、矿质元素，必须元素 、矿质元素，微量元素 、矿质元素，大量元素 窗体底端窗体顶端6、某学校生物实验教师从市场上买回一批米兰（常绿盆景），二个月后发现部分米兰老叶依然浓度绿，新生叶有发黄现象，你认为应采取的措施是（） 、增加洒水次数 、改善光照条件 、增施含Mg的肥料 、增施含Fe的肥料 窗体底端窗体顶端 7、正常情况下，由个分子C6H12O6的代谢终产物所形成的H+，如果全部吸附在根细胞表面，这些H+可与土壤溶液中发生交换吸附的离子种类及数量分别是（） 、18个NO 、36个NO 、9个Ca2+ 、18个Ca2+ 窗体底端窗体顶端每空分 8、下表为无土栽培时所用的一种培养液的配方，试根据表中内容，运用所学知识分析回答下列问题。 成分硝酸钙磷酸二氢钾氯化钾硫酸镁硝酸亚铁钼等微量元素蒸馏水含量1克0.25克0.12克0.25克0.25克极少量1000毫升（）该培养液所含的矿质元素中， 属于不能被植物再度利用的大量元素。（填文字，不要填符号）（）要将各种无机盐溶入蒸馏水配成溶液，是因为矿质元素以 形式被植物细胞吸收。（）该溶液的浓度比细胞液的浓度低，这可以保证植物细胞从培养液中吸收 。窗体底端答案和讲解答案：1、B2、C3、A4、B5、B6、D7、C8、（）钙；（）离子；（）水。讲解：1、此题易选成答案，其实不然，花青素是在细胞液中，仅破坏了细胞膜，由于在细胞质以里还有液泡膜，花青素仍然出来，因此盐酸破坏的是原生质层。2、外界溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞失水，皱缩变小，由于细胞壁已去掉，则谈不上质壁分离。3、本题考察渗透吸水的条件。有大液泡的植物细胞主要靠渗透作用吸水，当细胞液的浓度大于外界溶液浓度时，细胞通过渗透吸水。是死细胞，其原生质层已为全透性，发生的是渗透失水，无液泡只能通过吸胀作用吸水。4、由于甲放在蒸馏水中，则细胞吸收水分，使体积增大；乙虽然是在与细胞液等渗透的盐溶液中，但由于无机盐离子进入细胞，使细胞液浓度增大，从而也导致细胞吸水，使体积增大，因此甲、乙都比原来的孔径大。5、土壤中缺硼时会患病症，这说明主要由根系从土壤吸收硼，而叶面喷施一定浓度的含硼溶液后，该病症消失，说明硼是必需元素。6、分析每项措施是针对何种原因及其症状。项是针对缺水，植物应表现出萎蔫现象；项是针对阳光不足，会引起叶绿素的分解大于形成，但老叶和新叶都应发黄；C项是针对缺Mg，叶绿素的合成受阻，但因Mg可以从老叶向幼叶移动，发黄的应是老叶；项针对缺Fe，在植物体内Fe、Ca等元素形成稳定的化合物而不能移动，故生命活动受到影响的是新生叶。7、个分子C6H12O6彻底氧化分解可产生18个分子的CO,而18分子的CO溶于水生成18个分子的HCO,18个分子HCO解离形成18个H+,离子的交换吸附只发生在同种离子之间，而且是等电荷进行的，故H+只能与Ca2+发生交换吸附，且在交换过程中，一个Ca2+需与个H+发生交换吸附，也就是说，土壤中的一个Ca2+可将吸附在根细胞表面的2个H+交换到土壤中。故吸附在根细胞表面的18个+最多可与土壤溶液中的9个Ca2+发生交换吸附。8、Ca和Fe进入植物体内后，都形成难溶解的稳定化合物，不能被再度利用，而其中的Ca是大量元素，Fe是微量元素；无机盐的分子较大，不能通过细胞膜，必须在水中解离成离子才能被吸收；课外拓展 一、水势浓度差可以引起水分子的运动。在植物生理学上、一般用水势来指示水分运动的方向和限度。水势就是每摩尔体积水的化学势差，表示水分的能量状态。水势是一个相对的量，纯水的水势为零，为最大的水势值。其他任何溶液都由于溶质的存在，降低了水势，比纯水小，全为负值。水势(W)主要与细胞的渗透势()、压力势(P)和衬质势(M)等几个因素有关。渗透势也叫溶质势，是由于溶质颗粒的存在，降低了水的自由能，因而低于纯水的水势。压力势是由于细胞壁的存在而增加的水势。压力势往往是正值。也就是说，是一种使水向细胞外移动的力量。衬质势是细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚，而引起水势降低的值。未形成大型液泡的细胞，具有一定的衬质势，已形成大型液泡的植物细胞，其衬质势很小，往往省略不计。 它们之间的关系如下：W十P十M如果将一个渗透装置放在纯水中，半透膜的外侧是纯水，内侧是溶液，纯水的水势大于溶液，水就从水势高处向水势低处运动，于是，玻管的液面就会上升，直到两侧的水势相等为止。二、蒸腾拉力和根压植物体内水分的上升，主要是通过蒸腾作用和根压的作用，叶片上的气孔对于蒸腾作用起着重要的调节作用。(1)蒸腾拉力水分通过植物体(特别是叶片)表面的蒸发和散失称为蒸腾作用。由于蒸腾作用产生的使水分不断向上运输的力量称为蒸腾拉力。(2)根压春季，落叶木本植物的新叶尚未长出，这时水分向上运输主要是依靠根压的作用。根压是怎样产生的，有不同的看法。但是、根压是客观存在的。例如，伤流和吐水现象：将植物从基部切去，残株在一定时间内不断涌出伤流液，就是根压的作用；当空气湿度很大时，禾谷类的幼苗由于根压的作用，使水分从叶尖端溢出，这种现象称为吐水。 植物与外界的水分和气体的交换主要是通过气孔实现的。双子叶植物的气孔由两个保卫细胞构成的；保卫细胞靠近气孔一侧的壁加厚，当膨压增大时，这部分的壁略有伸展而另一侧的壁伸展的幅度要大得多，结果使保卫细胞呈弧形，于是气孔张开；而当膨压降低时，细胞不处于紧张状态，两个保卫细胞贴在一起，于是气孔关闭：保卫细胞的膨压取决于它们的水势，所以，凡能引起细胞水势变化的因素(如K、糖等)都能影响气孔的开闭，从而影响植物的蒸腾作用。 三、扩散与渗透（）从概念和范围看：扩散实际指自由扩散，其概念的外延较广，包括渗透；凡物质从相对含量多的地方到相对含量少的地方的自由运动都可称为扩散，但习惯上扩散一般是相对于非溶剂物质而言，如CO2、胆固醇、甘油、K+等物质的扩散。渗透仅是扩散的一种特殊方式，一般是相对于溶剂物质而言，如水等溶剂的扩散即为渗透。（）从