高中生物第三章细胞的代谢第三节第1课时扩散和渗透质壁分离及质壁分离复原实验课件浙科版

第三节物质通过多种方式出入细胞第三章细胞的代谢

1．扩散和渗透(1)扩散①含义：分子或离子从_______浓度处向______浓度处运动的现象。②结果：分子或离子分布均匀，直到_________。此后分子或离子仍在继续运动，维持着平衡的状态。高低平衡(2)渗透①含义：一般来说，___________通过半透膜的扩散。②方向：从水分子数相对较多(溶液浓度______)的一侧进入水分子数相对较少(溶液浓度_____)的一侧。【提醒】扩散使扩散分子分布均匀，此后通过分子继续运动维持平衡状态；但渗透平衡时，膜两侧不一定能够实现浓度平衡。水分子低高2．动、植物细胞的吸水和失水小思考：没有膜，渗透作用能否发生？膜两侧没有浓度差，渗透作用能否发生？渗透作用发生必须具备的两个条件是什么？【答案】不能。不能。有半透膜；膜两侧存在浓度差。1．实验原理(1)成熟的植物细胞的细胞膜和液泡膜及两层膜之间的细胞质具有___________性，相当于一层半透膜。(2)___________具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。(3)细胞壁和细胞膜及其以内部分都有一定的伸缩性，且细胞膜及其以内部分的伸缩性较大。2．实验步骤选择透过细胞液3．实验结论成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水。【提醒】植物细胞不会吸水涨破，是因为细胞壁限制了植物细胞的过度膨胀。质壁分离中的“质”指的是原生质层，“壁”指的是细胞壁，原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。小思考：当洋葱表皮细胞发生质壁分离时，细胞壁和原生质层之间充满的是什么液体？【答案】蔗糖溶液(外界溶液)。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)渗透属于扩散，扩散也属于渗透。()(2)因为动物细胞不能发生质壁分离，所以动物细胞不能发生渗透作用。()(3)只要细胞液的浓度大于外界溶液的浓度，细胞就能渗透吸水。()(4)当分子扩散达到平衡状态时，分子便不再继续运动。()××××(5)渗透作用方向是溶液中的水分子从溶液浓度低的一侧，进入溶液浓度高的一侧。()(6)当膜外溶液浓度高于膜内时，水分子只能从膜内向膜外运动。()(7)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验”缺乏实验对照。()(8)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验”中吸水纸是为了吸除多余液体。()√×××2．为什么选用紫色洋葱鳞片叶的外表皮？紫色洋葱内表皮或根尖分生区的细胞能否作为该实验的材料？3．选择试剂时，为什么选用0.3g/mL的蔗糖溶液而不用0.5g/mL的蔗糖溶液？【答案】紫色洋葱鳞片叶外表皮具有紫色的大液泡，便于观察。根尖分生区的细胞无大液泡，不发生质壁分离，不能作为该实验的材料；紫色洋葱内表皮细胞虽有大液泡，但液泡内不含色素，不易观察，不宜作为该实验的材料。4．适宜浓度的KNO3溶液或尿素、甘油、乙二醇等能否作为该实验的试剂？为什么？盐酸、酒精、醋酸等可以吗？为什么？【答案】使用浓度过高的蔗糖溶液(0.5g/mL)观察质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高会导致细胞过度失水而死亡。【答案】K＋和NO3－可被细胞吸收，从而使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原，不适于作为该实验的试剂(尿素、甘油、乙二醇等现象同上)。盐酸、酒精、醋酸能杀死细胞，不能作为质壁分离实验的试剂。5．该实验是否需要设置对照？试说明原因。6．某同学观察到洋葱表皮细胞的质壁分离，但没有观察到质壁分离复原，试分析可能的原因。【答案】不需要。质壁分离前后、质壁分离复原前后分别构成了自身对照。【答案】(1)外界溶液浓度过高，细胞过度失水而死亡。(2)质壁分离时间过长，质膜及其以内部分脱水变性。1．渗透装置图分析(1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。(2)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。因为液面高的一侧形成的压强，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。2．如图甲是一个典型的渗透装置，图乙是一个成熟的植物细胞与外界构成的渗透系统。(1)⑤是细胞壁，具有全透性(即水分子和溶解在水里的物质均能通过)，伸缩性小。⑥是原生质层，包括②细胞膜、③两层膜之间的细胞质、④液泡膜，其特点是伸缩性大，相当于半透膜。(2)图乙中，与图甲中a相对应的为①细胞液，与b相对应的为⑥原生质层，与c相对应的是“外界溶液”。(3)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。【提醒】有关渗透作用的五个误区(1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向水分子运动的差别所导致的液面改变。(2)当半透膜两侧的溶液达到平衡时，是指两侧的水分子运动达到平衡，而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。如透析袋内蔗糖溶液与透析袋外的清水可达到渗透平衡，但浓度总不会相等。(3)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度指的是物质的量浓度，是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。(4)生物膜与人工膜不同，生物膜具有选择透过性；人工膜具有半透性，物质能否通过取决于孔径大小。(5)摩尔浓度和质量浓度不同，溶液浓度指摩尔浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相同，但摩尔浓度是10%蔗糖溶液的小，故水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中()A.液面上升的速率先加快后减慢，最终维持稳定B．水分子通过半透膜从清水向蔗糖溶液扩散的速率逐渐增大C．当液面不再上升时，半透膜两侧没有水分子进出D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高D【解析】分析题图可知：烧杯内是清水，漏斗内是蔗糖溶液，半透膜只允许水分子透过，不允许蔗糖分子通过，漏斗内渗透压高于烧杯，因此从烧杯进入漏斗中的水分子多于由漏斗进入烧杯中的水分子。长颈漏斗内液面上升的过程中，半透膜两侧溶液浓度差逐渐减小，则液面上升的速率起始最快，之后逐渐减慢，最终维持稳定，A错误；从烧杯进入漏斗中的水分子多于由漏斗进入烧杯中的水分子，所以水分子运输方向表现为通过半透膜从清水向蔗糖溶液扩散，且速率逐渐减慢，B错误；当半透膜两侧液体浓度相等时，仍然存在水分子的进出，只是进出达到动态平衡，C错误；由于起始时内外浓度差最大，通过渗透作用扩散到漏斗内的速率最大，随着液面升高，蔗糖溶液浓度降低，内外浓度差减小，水分子通过渗透作用扩散到漏斗内的速率逐渐降低，当进入漏斗的水分子与从漏斗进入清水中的水分子速率达到平衡，液面不再升高时，此时长颈漏斗内液面最高，D正确。1．图1表示两种物质扩散的图解，图2是为了验证图1物质扩散成立的实验装置，实验结果应是()A.甲中水柱a将持续上升B．甲中水柱a将先上升后下降C．乙中水柱b上升到一定高度后维持不变D．乙中水柱b将先上升后下降最后稳定不变D【解析】图甲中a液面上升，但不会持续上升，A错误；图甲中a液面先上升，然后停止，不会下降，B错误；图乙中b上升到一定高度后会下降，C错误；由于葡萄糖能穿过半透膜，图乙中b将先上升后下降最后稳定不变，D正确。2．水分子之所以能从低浓度的溶液中进入高浓度的溶液中，是因为存在渗透压。为了证明这一渗透压的存在，并且也能测定渗透压的大小，有人设计了以下三个实验。假设三个实验中水分子进入半透膜的速度是V1，出来的速度是V2。下列对a到b的过程中V1的变化情况和b到c的过程中V2的变化情况描述正确的选项是()A.V2由快变慢，V1由慢变快B.V1和V2都是由慢变快C.V1和V2都是由快变慢D.V1由快变慢，V2由慢变快D【解析】由于蔗糖溶液的浓度大于蒸馏水的浓度，由a到b的过程中，a中水分子进入半透膜的速度很快，b中由于水柱的压强作用，水分子进入半透膜的速度变慢，由b到c的过程中，由于c中施加了压力，水从半透膜出来的速度比较快，D正确。3．下图中甲是渗透装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间，下列叙述不正确的是()B．水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线乙表示C．玻璃管内的液面高度变化可用曲线丙表示D．半透膜内外浓度差的变化可用曲线乙表示A【解析】由于半透膜内为30%的蔗糖溶液，膜外为蒸馏水，膜内浓度高于膜外浓度，水分子由膜外进入膜内的量大于由膜内进入膜外的量。蔗糖溶液浓度降低，可用曲线乙表示，A错误；水分子进入半透膜的速率由膜内外两侧的浓度差决定，由于水分子不断进入膜内，水分子进入半透膜的速率也逐渐下降，可用曲线乙表示，B正确；随着水分子的进入，玻璃管内的液面逐渐上升，在达到渗透平衡时停止，可用曲线丙表示，C正确；由于水分子不断进入膜内，两侧的浓度差越来越小，可用曲线乙表示，D正确。(1)质壁分离的原因①内因：原生质层具有半透性，细胞渗透失水，细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。②外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度。(2)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象”活动分析①本实验成功的关键注意材料的选择：必须选用活的，且含有大液泡的成熟植物细胞。洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液为紫色，易于观察，是最佳的实验材料。使用蔗糖溶液的浓度要适宜：浓度过小，质壁分离现象不明显，影响观察；浓度过大，会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，无法观察质壁分离复原。②质壁分离及质壁分离复原实验的应用a．判断成熟植物细胞的死活待测成熟植物细胞＋一定浓度的蔗糖溶液b．测定成熟植物细胞液浓度待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液细胞液浓度就是能引起约50%的细胞发生初始质壁分离的蔗糖溶液浓度。c．比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度不同成熟植物细胞＋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―→比较细胞液浓度(判断质壁分离速率)。d．比较未知浓度溶液的浓度大小同一植物的相同成熟细胞＋未知浓度的溶液镜检记录刚刚发生质壁分离所需时间―→比较所用时间长短―→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)。e．验证原生质层和细胞壁伸缩性大小成熟植物细胞＋蔗糖溶液发生质壁分离→细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性。f.鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)同一植物的相同成熟细胞＋不同种类溶液若只发生质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液(如蔗糖溶液)；若质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液(如KNO3溶液)。g．质壁分离复原需要将发生质壁分离的植物细胞再置于低浓度的溶液或清水中，但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。下列关于观察洋葱表皮细胞质壁分离及质壁分离复原活动的叙述，正确的是()A．可选用黑藻叶肉细胞代替洋葱表皮细胞作为实验材料B．质壁分离过程中，水分子单方向地从胞内运动到胞外C．操作过程中，吸水纸的主要作用是吸除多余液体，防止镜头被污染D．质壁分离复原过程中，细胞液的紫色逐渐变深A【解析】黑藻叶肉细胞具有大液泡，有细胞壁，故可选用黑藻叶肉细胞代替洋葱表皮细胞作为实验材料，通过叶绿体的分布来观察质壁分离及其质壁分离复原，A正确；质壁分离过程中水分子既有进入细胞的，也有出细胞的，B错误；吸水纸的作用是促进引流，C错误；质壁分离复原过程中，细胞液的紫色逐渐变浅，D错误。1．将紫色洋葱外表皮放在某低浓度(浓度低于细胞液)溶液中，下列有关叙述错误的是()A．细胞的吸水能力逐渐减弱B．渗透作用的方向是从细胞外向细胞内C．细胞体积不再发生变化时仍有水分子进入细胞D．细胞体积不再发生变化时细胞液浓度和外界溶液浓度相等D【解析】将紫色洋葱外表皮放在低浓度溶液中，细胞发生渗透吸水，吸水导致膜两侧浓度差减小，因此细胞的吸水能力越来越弱，A正确；渗透作用的方向是从低浓度到高浓度，即从细胞外向细胞内，B正确；细胞体积不再发生变化时仍有水分子进入细胞，C正确；由于紫色洋葱外表皮细胞有细胞壁，细胞体积不再发生变化时细胞液浓度可能大于或等于外界溶液浓度，D错误。2．某研究小组将相同生理状况的洋葱表皮细胞分别用甲、乙、丙、丁、戊五种浓度依次改变的尿素溶液制成临时装片，然后在显微镜下进行首次观察，5分钟后进行二次观察，部分实验结果如下表所示下列相关叙述正确的是()B．甲、乙、丙、丁、戊五种尿素溶液浓度依次增大C．再过一段时间后观察，乙组可能会出现质壁分离复原D．再过一段时间后观察，甲组不可能质壁分离复原，因细胞失水过多而死亡C【解析】依题意，丁处尿素浓度介于丙、戊之间，细胞介于质壁分离与吸水膨胀之间，体积增大、无变化、缩小都有可能，A错误。戊中细胞吸水膨胀，说明尿素溶液浓度小于细胞液的浓度；甲中质壁分离现象明显，细胞失水，尿素浓度大于细胞液的浓度，甲、乙、丙、丁、戊五种尿素溶液浓度依次减小，B错误。尿素分子可以通过原生质层进入细胞液，使原生质层两边的浓度差逐渐减小，过一段时间观察，乙组可能发生质壁分离复原现象，C正确。如果尿素溶液的浓度没有远远大于细胞液的浓度，细胞不会因过度失水而死亡，尿素分子可以进入细胞液导致质壁分离自动复原，D错误。3．将紫色洋葱外表皮细胞置于一定浓度的蔗糖溶液中，实验开始后的4个时间点a～d测得细胞液相对浓度(P值)如图所示，实验期间细胞均存活。下列叙述正确的是()A.a～b时间内，液泡体积逐渐增大B．c～d时间内，P值不再增大主要受细胞壁的限制C．b～c时间内，光学显微镜下可看到水分子运出细胞D．c～d时间内，洋葱表皮细胞可能并未继续发生质壁分离D【解析】a～b时间内，细胞液浓度增大，说明细胞失水，液泡体积逐渐减小，A错误；c～d时间内，P值不再增大，说明此时进出细胞的水分子数一样多，此过程中P值变化不受细胞壁的限制，B错误；b～c时间内，光学显微镜下不能看到水分子运出细胞，C错误；c～d时间内，P值不再变化，说明此时进出细胞的水分子数一样多，洋葱表皮细胞可能并未继续发生质壁分离，D正确。1．如图所示，溶液甲为清水，乙为0.1g/mL的蔗糖溶液(蔗糖不能透过半透膜)，F、G为两个半透膜袋，G体积大于F体积，上端分别接上口径相同的小玻璃管。最初时两个小玻璃管内液面与烧杯液面相平，当F和G中液面均不再变化时，下列有关说法正确的是()A.F与G溶液浓度相等B．F中液面高于GC．F、G两个半透膜袋中的水分子仍在进出半透膜D．通过渗透进入F、G两个半透膜袋的水相对分子质量相同C【解析】当F和G中液面均不再变化时，由于G体积大于F体积，所以G的高度大于F，浓度小于F，通过渗透进入G的水相对分子质量大于F的量。2．植物体内有三个相邻的细胞a、b、c，已知它们的细胞液浓度大小关系是a＞b>c，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是(C)【解析】细胞液的浓度高，则吸水能力强，a细胞液浓度最高，c细胞液浓度最低，b介于a、c之间，因此选C。3．哺乳动物细胞在0.9%NaCl溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度NaCl溶液中，一段时间后制作临时装片，用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是()A．在高于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离B．在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞C．在低于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂D．渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散C【解析】兔的细胞没有细胞壁，所以不会发生质壁分离现象，A错误；在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是水分子进出达到平衡，B错误；在低于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂，C正确；渗透作用是水分子由溶液浓度低处向溶液浓度高处的跨膜的扩散，D错误。4．下图为研究渗透作用的实验