(2)判断细胞质浓度或者细胞液浓度
将动植物细胞放在不同浓度的溶液中,观察细胞的吸水和失水状态,可以根据细胞的形态判断细胞液或细胞质浓度的大小。
易错提醒:
有关渗透现象的两点提醒
(1)两溶液间的水分子进行双向运动,实际观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。
(2)当液面高度不再变化时,水分子仍进出半透膜,但进出达到平衡。
1.右图为渗透装置示意图,a、b分别为不同浓度的蔗糖溶液。
据图判断,下列叙述错误的是( )
A.若c为一层纱布,则不会发生此现象
B.实验开始时,c两侧的溶液浓度大小是a>b
C.实验过程中漏斗管内的液面先上升后保持稳定
D.当漏斗管内的液面停止上升时,水分子进出漏斗达到动态平衡
B [纱布不能作为半透膜,则漏斗内的蔗糖会扩散到外界溶液中,浓度差无法维持,液面不会上升,A项正确;由图知,b漏斗液面上升,故实验开始时溶液浓度大小是b>a,B项错误;实验过程中漏斗管内的溶液浓度较大,水分子进入漏斗内的多于从漏斗出来的,液面先上升,达到一定高度后液面不再上升,水分子进出漏斗达到动态平衡,C、D项正确。
]
(1)漏斗管内的液面保持稳定后,若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液,则达到平衡时,漏斗中液面上升的高度与原来相比有什么变化?
提示:
吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液,由于渗透作用液面会继续上升,上升的时候将漏斗中的溶液稀释,因此上升的高度会下降。
(2)若向漏斗中滴入清水,漏斗中液面的高度有什么变化?
提示:
向漏斗中滴入清水,漏斗内溶液的浓度降低,漏斗内的液面会降低。
(3)若向烧杯内加入适量的清水,漏斗内的液面有什么变化?
提示:
向烧杯内加入清水,烧杯内溶液的浓度降低,漏斗内液面会上升。
2.图1表示两种物质扩散的图解,图2为甲、乙两个实验装置,则实验结果应是( )
图1 图2
A.图2的甲中水柱a将持续上升
B.图2的甲中水柱a将先上升后下降
C.图2的乙中水柱b上升到一定高度后维持不变
D.图2的乙中水柱b将先上升后下降
D [由于图甲中的淀粉不能透过半透膜,所以图甲中的液面高度先上升,达到一定高度后保持不变;图乙装置漏斗中葡萄糖溶液浓度大,导致液面上升,由于葡萄糖分子能够通过半透膜,导致半透膜两侧浓度差降低,所以漏斗中液面又会降低,最后液面平衡。
]
植物细胞的质壁分离和复原实验
[问题探究]
1.为什么要用紫色洋葱外表皮作为实验材料?
根尖分生区细胞会不会出现质壁分离?
提示:
紫色洋葱外表皮细胞的细胞液中有花青素,使液泡中的细胞液呈紫色,有利于观察。
根尖分生区细胞不会发生质壁分离,因为它无大液泡。
2.实验中共涉及三次显微镜观察,其中第一次观察的目的是什么?
提示:
观察正常洋葱鳞片叶表皮细胞的状态,以便与处理后的状态形成对照。
3.细胞质壁分离过程中,细胞液的浓度和细胞的吸水能力有什么变化?
质壁分离复原过程中,两者又有什么变化?
提示:
质壁分离过程中,随着质壁分离程度增大,细胞液的浓度增大,植物细胞吸水能力增强;质壁分离复原过程中,随着质壁分离复原的进行,细胞液的浓度变小,植物细胞吸水能力减弱。
4.发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质?
提示:
因为细胞壁是全透性的,所以洋葱表皮细胞原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。
5.本实验选用0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂,若浓度过高或过低分别对实验有何影响?
提示:
选用0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂,既明显出现质壁分离,又不会杀死细胞。
若浓度过高,质壁分离速度过快,细胞会因失水过多而死亡,不能再进行质壁分离复原;若浓度过低,不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
6.若用合适浓度的KNO3溶液进行实验,结果发现细胞质壁分离后,没有滴加清水,出现了自动质壁分离复原现象。
请分析原因是什么?
提示:
开始外界溶液浓度较大,细胞发生质壁分离;细胞主动吸收K+和NO
后,随着细胞液浓度增大,质壁分离又会自动复原。
[归纳总结]
1.质壁分离的原因及表现分析
2.实验需要注意的问题
(1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。
要选取成熟的、活的且液泡带有一定颜色的植物组织进行实验,便于观察实验现象。
(2)滴加蔗糖溶液或清水时,应在载物台上操作。
(3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。
过低,不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长;过高,可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡。
(4)当以可吸收的物质作溶质时(如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等),可出现质壁分离及自动复原现象。
3.质壁分离实验的拓展应用
(1)判断细胞的生活情况:
只有活的植物细胞才能发生质壁分离。
(2)防腐杀菌:
在高浓度的溶液中,细菌等微生物将因失水过多而死亡,从而有效防止了食品腐烂变质。
(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度
+
发生质壁分离
所需时间越短,细胞液浓度越小,反之细胞液浓度越大。
(4)测定细胞液浓度范围
+
细胞液浓度
介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间。
1.紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离后,在显微镜下可观察到( )
C [解此题的关键是观察图中细胞核的位置及液泡颜色深浅。
紫色洋葱表皮细胞色素分布在液泡中,细胞质无色;洋葱表皮细胞的细胞核在细胞质中,不在液泡内;发生质壁分离的细胞,液泡紫色变深,故C正确。
]
2.将同一成熟植物细胞依次浸入蒸馏水、0.3mol/L的蔗糖溶液和0.4mol/L的KNO3溶液中,测得液泡的体积随时间的变化曲线如图所示,则曲线A、B、C分别代表细胞所处的溶液是( )
A.蒸馏水、蔗糖溶液、KNO3溶液
B.KNO3溶液、蒸馏水、蔗糖溶液
C.蒸馏水、KNO3溶液、蔗糖溶液
D.蔗糖溶液、KNO3溶液、蒸馏水
C [浸入蒸馏水,细胞吸水膨胀,一段时间达到平衡,为A曲线。
浸入0.3mol/L的蔗糖溶液,细胞失水发生质壁分离,细胞体积缩小,一段时间后达到平衡,为C曲线。
浸入0.4mol/L的KNO3溶液,开始一段时间细胞失水发生质壁分离,细胞体积缩小,后来由于K+、NO
离子进入细胞液,导致细胞液浓度增加,重新吸水,发生质壁分离复原,为B曲线。
故C正确。
]
自由扩散和协助扩散
[问题探究]
1.试从物质运输动力角度分析,为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输?
提示:
自由扩散和协助扩散的物质运输动力都是物质浓度差,即都是顺浓度梯度进行的,不需要消耗能量,所以统称为被动运输。
2.葡萄糖穿越细胞膜进入红细胞的运输速率存在一个饱和值,请结合红细胞吸收葡萄糖的方式分析,出现饱和值的原因是什么?
提示:
红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散,需要载体蛋白协助,出现饱和值的原因是受细胞膜上载体的数量的限制。
3.转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种类型,二者的区别是什么?
提示:
载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,而且每次转运时都会发生自身构象的改变;通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配,大小和电荷相适宜的分子或离子通过,分子或离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白相结合。
[归纳总结]
1.影响自由扩散和协助扩散的因素
方式
影响因素
影响趋势
曲线
自由扩散
膜两侧物质的浓度差
与浓度差呈正相关
协助扩散
①膜两侧物质的浓度差;②膜上转运蛋白的种类和数量
当转运蛋白达到饱和时,物质浓度增加,物质的运输速率也不再增加
2.水分子进出细胞的方式
(1)通过自由扩散方式进出细胞。
(2)借助于水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。
易错提醒:
(1)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率。
(2)载体蛋白和通道蛋白的作用机制不同。
1.(2018·北京高考)细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。
下列物质中,以(自由)扩散方式通过细胞膜的是( )
A.Na+ B.二氧化碳
C.RNAD.胰岛素
B [一般Na+内流时属于协助扩散,Na+外流时属于主动运输,A项错误;二氧化碳的运输属于自由扩散,B项正确;RNA不通过细胞膜,C项错误;胰岛素是通过胞吐的方式被分泌出细胞的,D项错误。
]
2.人体组织细胞从组织液中吸收甘油的量主要取决于( )
A.组织液中甘油的浓度
B.细胞膜上甘油载体的数量
C.细胞呼吸强度
D.细胞膜上载体的种类
A [组织细胞通过自由扩散的方式从组织液中吸收甘油,不需要载体和能量,吸收甘油的量取决于组织液中甘油的浓度。
]
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
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的伸缩性。
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能发生质壁分离。
5.被动运输包括自由扩散和协助扩散,二者都是顺浓度梯度进行跨膜运输的。
6.自由扩散既不需要转运蛋白,也不需要能量,水、气体及脂溶性物质以自由扩散方式运输。
7.协助扩散需要转运蛋白,但不需要能量,实例是红细胞吸收葡萄糖。
1.疟原虫可以寄生在红细胞内,使人患疟疾,要判断一个人是否患疟疾,应取血样放在什么溶液中制片检查?
( )
A.0.9%的盐水 B.清水
C.浓盐水D.0.1%葡萄糖溶液
B [疟原虫寄生在红细胞内不易检查,因此要判断一个人是否患疟疾,应取血样放在清水中,使红细胞吸水涨破,释放出疟原虫,B项正确,A、C、D三项均错误。
]
2.U形管中装有两种不同的溶液R及S,并被一半透膜(X)隔开(如图a)。
与S相比,R为低渗溶液(浓度较低)。
当图a中的U形管达到平衡时(图b),U形管两侧溶液的高度及浓度分别是怎样的(注:
溶质不能透过半透膜)( )
图a 图b
A.甲中右侧较高,两溶液等渗,即浓度相等
B.乙中右侧较高,且右侧为高渗,即浓度较高
C.丙中左侧较高,且右侧为低渗,即浓度较低
D.丁中两侧高度相等,且为等渗
B [达到平衡时,高浓度的一侧溶液的浓度仍较高,因为高度差会形成一定的静水压。
]
3.人体正常红细胞是呈两面凹陷的圆饼状,现将人体的红细胞分别浸入下列a、b、c三个不同浓度溶液的烧杯内,一段时间后,实验结果如图所示。
则关于a、b、c溶液浓度大小比较正确的是( )
A.a>b>cB.aC.a>c>bD.a
B [由于a、b和c内的细胞分别处于膨大、皱缩和保持相对稳定状态,因此a、b、c溶液浓度大小比较是a]
4.在不染色的条件下,下列实验材料中,最适合观察细胞质壁分离现象的是( )
A.紫色洋葱鳞片叶叶肉细胞
B.紫色洋葱根尖分生区细胞
C.紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞
D.紫色洋葱根尖伸长区细胞
C [紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞具有大型的紫色液泡,最适合观察质壁分离现象。
]
5.二氧化碳跨膜运输的方式是( )
A.自由扩散B.协助扩散
C.主动运输D.胞吞与胞吐
A [二氧化碳跨膜运输的方式是自由扩散。
]
6.用2mol/L的乙二醇溶液和2mol/L的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞,观察质壁分离现象,得到其原生质体体积的变化情况如图所示,据图回答:
(1)原生质体体积在A→B段的变化说明:
在该段时间内水分从原生质体________,细胞液浓度________。
(2)在60s后,处于2mol/L蔗糖溶液中的细胞,其细胞液浓度将________,此时,在细胞壁与原生质层之间充满了________。
要使该细胞复原,应将其置于________________________中。
(3)在100s后,处于2mol/L乙二醇溶液中的细胞,其原生质体体积的变化是由________逐渐进入细胞中,引起细胞液浓度________引起的。
(4)并不是该植物的所有活细胞均可发生质壁分离,能发生质壁分离的细胞必须具有________。
[解析]
(1)A→B段,原生质体体积缩小,说明细胞渗透失水。
(2)60s后,2mol/L蔗糖溶液中的细胞原生质体体积不变,说明细胞质壁分离达到最大限度。
(3)100s后,处于2mol/L乙二醇溶液中的细胞,原生质体体积逐渐变大,说明细胞又发生了分离复原。
[答案]
(1)渗出 增大
(2)不变 蔗糖溶液 清水或低于细胞液浓度的其他溶液
(3)乙二醇 增大 (4)大液泡