探究植物细胞的吸水和失水新.docx

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探究植物细胞的吸水和失水新

探究植物细胞的吸水和失水

一、学习目标

本实验是探究性实验，要求你尝试从生活现象中提出问题，作出假设；学习进行探究问题的一般方法和步骤；学会进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计与操作，并具有根据证据作出合理判断的能力，继续练习显微镜的使用并制作临时装片观察。

在高考中主要侧重对植物细胞吸水失水原理及实验探究能力的考查。

二、观察与思考

生活中有这样一些现象：

泡在盐水中的萝卜条会软缩，泡在清水中的萝卜条会更加硬挺。

做菜馅时加盐后稍等一会儿，蔬菜中的水分会大量浸出。

对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。

看到这些现象你是否想到了什么呢？

请你根据以上现象提出问题和假设、进行探究实验并对结果进行分析。

（一）提出问题

（二）猜想与假设

（三）交流、讨论（对猜想与假设进行交流讨论）

三、设计与交流

（根据实验原理，选择实验器材（仪器和药品），列出具体实验步骤，设计自己或小组的实验方案）

①实验方案

◆我的设计②实验器材（仪器与药品）

③实验步骤

或

①实验方案

◆小组设计②实验器材（仪器与药品）

③实验步骤

四、实验解析

（一）探究实验的一般过程如下图：

1.观察现象：

科学发现离不开观察。

科学观察要在自然常态条件下进行，观察要保持客观的态度，必须周详，并记录，对观察到的现象还要进行客观的描述。

如：

当你把白菜剁碎准备做馅时，常常要放一些盐，稍等一会儿，就可见到有水分渗出；将置于空气中刚刚萎蔫的青菜叶片泡在清水中，稍等一会就可看到青菜变得硬挺了。

2.提出问题：

通过观察或从现实生活中提出与生物学相关的、可以探究的问题。

将问题写出来，与本小组同学交流，看看其他同学能否准确理解你的意思，考虑是否需要对问题的表述进行修改。

小组内讨论各自提出的问题是否有探究价值。

确定本小组要探究的问题。

小组提出的问题：

。

参考问题：

（1）成熟的植物细胞能否构成一个渗透系统，哪些结构相当于半透膜？

（2）植物细胞在什么条件下吸水和失水？

（3）水分是如何进出细胞的？

3.做出假设：

（1）提出假设：

即依据发现的事实材料或已知的科学原理，通过创造性思维，提出初步假定；假定的提出要根据已经掌握的科学知识和生活经验，也离不开逻辑思维、联想和想象等，而不是无端地猜测。

做出的假设应该是可以通过科学探究来检验的。

小组做出的假设：

。

（2）做出预期（推断）：

即依据提出的假说，进行推理，得出假定性的结论。

实际上通过实验直接检验的往往是预期而不是假设。

如果实验结果与预期相符，则说明假设是正确的；反之，则说明假设是错误的。

小组做出的预期：

。

参考假设：

●植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，成熟的植物细胞与外界溶液构成一个渗透系统。

●当细胞液浓度>外界溶液浓度时，会使植物细胞吸水。

当细胞液浓度<外界溶液浓度时，会使植物细胞失水。

●水分是通过渗透作用进出成熟的植物细胞的。

4.设计实验：

做出假设和预期后，就需要设计检验假设是否正确的实验方案，具体步骤如下。

（1）确定实验思路：

将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，会观察到中央液泡变小；再将细胞浸润在清水中，中央液泡会变大。

（2）选择实验材料：

。

（3）设计实验步骤，预期实验结果：

。

5.进行实验：

按照实验方案认真操作，仔细观察，记录结果。

。

6.分析结果，得出结论：

如果所获得的结构与假设相符，则肯定假设；如果结果与假设不相符，则否定假设；如果结果与假设无关，则无从判断；最后得出结论。

本实验中实验结果与你的预期吻合吗？

它是否支持你的假设？

如果有的结果与预期不同，你应当如何进行解释？

如果实验结果与预期的相符，会得出那些结论？

。

参考结论：

（1）水分子是可以出入生物膜（在本实验中是原生质层，下同）的物质；

（2）水分子进出细胞的方向取决于生物膜两边溶液的浓度，细胞吸水和失水是水分子顺相对含量梯度进行跨膜运输的过程。

（3）生物膜是选择透过性膜，因为蔗糖分子并未如水分子那样进出细胞膜。

7.表达和交流：

●陈述内容：

（使用准确的生物学术语和图表将自己的研究方法、结果和观点告知他人）。

●听取质疑：

（对待他人提出的不同意见，既要虚心听取，又要独立思考，不盲从他人，同时又不能固执己见。

）

●修改完善：

要本着实事求是的态度，利用证据和逻辑做出自己的判断，必要时对自己的结论进行修改和完善。

修改后的陈述内容：

8.进一步探究：

在以上结论的基础上继续探究其他未知问题。

参考探究：

植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？

能设计实验测定洋葱表皮细胞的细胞液浓度吗？

（二）实验原理

1.成熟的植物细胞与外界溶液构成一个渗透系统，植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。

水分是通过自由扩散进出成熟的植物细胞的。

2.当细胞液的浓度<外界溶液浓度时，会使植物细胞吸水。

3.当细胞液的浓度>外界溶液浓度时，会使植物细胞失水。

（三）主要实验材料

紫色的洋葱鳞片叶。

刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜。

质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液，清水。

（四）方法与步骤

实验步骤

操作方法

观察结果绘图

洋葱表皮临时装片的制作

用纱布清洁载玻片和盖玻片。

用滴管在载玻片中央滴一滴清水。

撕取一小片颜色较深的洋葱上表皮。

用镊子将撕下的表皮放在水滴中。

用镊子夹起盖玻片，将盖玻片的一边先接触载玻片上的水滴，然后轻轻盖在水滴上。

用吸水纸洗去多余的水分。

观察洋葱表皮细胞

将低倍物镜对准通光孔，根据光线选择适当的反光镜和光圈，获得明亮适宜的视野。

把制好的装片放在显微镜的载物台上，用压片夹夹好，并从侧面观察将镜筒下降到适当位置。

通过目镜观察，旋转粗准焦螺旋使镜筒缓慢上升，直至看到物像。

再旋转细准焦螺旋，进行微调，直至获得清晰的物像。

观察质壁分离

取下临时装片，水平放在桌上。

用滴管在盖玻片的一边滴加适量的0.3g/mL的蔗糖溶液，同时用吸水纸在盖玻片另一端吸水；重复上述操作，使洋葱表皮细胞浸润在0.3g/mL的蔗糖溶液中。

静置片刻，将装片放在显微镜下观察。

观察质壁分离复原

取下临时装片，水平放在桌上。

用滴管在盖玻片的一边滴加适量的清水，同时用吸水纸在盖玻片另一端吸水；重复进行，使洋葱表皮细胞重新浸润在清水中。

静置片刻，将装片放在显微镜下观察。

（五）注意事项：

1.实验材料的选择

（1）本实验用的是紫色的洋葱鳞片叶，原因是它的外表皮细胞的液泡大，细胞液中含有紫色的花青素，不经染色就能清晰地观察到实验现象。

（2）如无紫色洋葱，可用葫芦藓或其他藓类植物的叶片代替。

因为藓类植物的叶片仅一层细胞，每个细胞内含有多个叶绿体，当浸润在质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液中时，叶绿体随细胞原生质层的收缩而聚拢，观察质壁分离极为方便。

（3）选择的材料必须是活细胞，因为只有活细胞的原生质层才具有选择透过性，否则将不会观察到预期的结果。

2.实验现象的观察

细胞在发生质壁分离时，先是从角部分离的，随着水分的不断渗出，质壁分离越来越大，最后全部分离开来。

而发生质壁分离复原时的现象正好相反。

3.实验操作要细心

本实验要在载物台上进行引流换液操作，操作时一定要细心，不要一次滴液太多，避免试剂污染显微镜的镜头。

（六）实验变量分析

在本实验中，质壁分离试剂种类及浓度的选择对实验结果的影响较大。

1.试剂的浓度影响细胞发生质壁分离的速度，浓度越高，发生质壁分离的速度越快。

但如果浓度过高会导致细胞因过度失水而死亡，将无法看到质壁分离复原现象。

经实验测定，本实验选用质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液做质壁分离试剂，细胞发生质壁分离和复原的速度较缓慢，便于观察变化过程。

2.本实验也可使用5%的NaCl溶液作为质壁分离试剂，但质壁分离和复原的速度较快。

3.如果使用甘油或质量分数为0.1g/mL的硝酸钾溶液作质壁分离试剂，细胞发生质壁分离后会自动复原，原因是这些溶液中的溶质也能通过细胞膜，但比水的速度要慢。

五、实验结论及分析

1．实验结果与预测结果的比较

质壁分离

观察结果绘图

质壁分离复原

观察结果绘图

与预期是否相符

误差分析

2．实验中遇到的问题

（1）质壁分离现象不明显的原因是什么？

（2）为什么有的细胞发生了质壁分离，但不能复原？

备注：

遇到的问题可以到

六、例题分析

在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如右图。

若将处于b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中，则该萝卜条的质量将

A．不变

B．增大

C．减小

D．先增后减

答案：

B

解析：

成熟植物细胞的细胞液通过原生质层与外界溶液构成渗透系统。

当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞吸水，质量增加；反之，则细胞失水，质量减少。

从题图可看出：

a点表示水分进出细胞达到平衡状态，b点细胞处于失水状态。

当把b点溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中后，细胞吸水，质量将增大。

七、知识反馈

（一）同步练习

1.植物细胞的相当于一层半透膜，成熟的植物细胞与外界溶液构成一个渗透系统。

2.当细胞液浓度外界溶液浓度时，会使植物细胞吸水。

当细胞液浓度外界溶液浓度时，会使植物细胞失水。

3.制作洋葱鳞片叶表皮细胞装片时，应撕取的洋葱上表皮，原因是

。

4.观察质壁分离时，应用滴管在盖玻片的一边滴加适量的，同时用吸水纸在盖玻片另一端吸水，重复数次后放在显微镜下观察。

5.本实验如果使用质量分数为0.1g/mL的硝酸钾溶液作质壁分离试剂，实验现象将为

。

（二）检测过关

1.以下不能做植物细胞质壁分离和复原的实验材料的是（）

①根尖分生区细胞②根毛细胞③种子胚的细胞④洋葱表皮细胞

A.①②B.③④C.②④D.①③

2.当把紫色的洋葱鳞片叶的表皮置于浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，原生质层和细胞壁之间将（）

A.紧紧贴在一起B.充满细胞液

C.充满蔗糖溶液D.充满清水

3.用蔗糖腌渍萝卜条，能使萝卜条变甜，这是因为（）

A.蔗糖分子通过渗透作用进入细胞B.蔗糖分子通过主动运输进入细胞

C.蔗糖分子进入细胞间隙D.细胞脱水死亡，膜失去了选择透过性

4.田间一次施肥过多会造成农作物枯萎变黄，俗称“烧苗”，其原因是（）

A.根吸收无机盐过多，茎叶细胞失水B.土壤溶液浓度过高，根细胞不能吸水

C.蒸腾作用旺盛，水分散失过多D.土壤溶液浓度过低，根细胞不能吸水

5.下列哪组是植物细胞发生质壁分离的原因（）

①外界溶液浓度小于细胞浓度②细胞液浓度小于外界溶液浓度

③细胞壁的伸缩性大于原生质层的伸缩性④原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性

A.②④B.①④C.②③D.③④

6.与植物细胞渗透吸水密切相关的细胞器是（）

A.线粒体B.叶绿体C.液泡D.核糖体

八、高考链接

（一）高考导航

本实验是高中生物学中一个主要的探究性实验，实验的原理及探究实验的一般方法是高考的重点考查内容，曾在高考中出现过以考查渗透作用原理及设计实验通过质壁分离复原证明气孔具有开启和关闭功能的题目。

（二）真题解析

（2005年·全国卷Ⅱ·理综）植物叶片表皮上分布有大量的气孔，气孔结构如图所示。

当组成气孔的细胞（保卫细胞）吸水后，会膨胀变形，气孔开启；反之细胞失水收缩，气孔关闭。

请以放置一小段时间的菠菜为材料设计一个实验，证明气孔具有开启和关闭的功能。

要求写出实验材料与主要用具、实验步骤、预测实验结果并作出解释。

实验材料与主要用具：

实验步骤：

预测实验结果并作出解释：

解析：

本题考查的知识点是成熟植物细胞渗透吸水和失水的原理；要求学生理解题中所给文字和图表信息，运用已学生物学知识和掌握的实验技能，设计实验步骤、预测实验结果，并能对实验现象和结果进行解释。

本题解题关键是通过图文分析，确定：

保卫细胞吸水，叶片气孔开启；保卫细胞失水，叶片气孔关闭的结论。

题中运用原理有：

当外界溶液浓度＞细胞液浓度，细胞失水；当外界溶液浓度＜细胞液浓度，细胞吸水。

另外还要熟悉并掌握取材制做临时装片的过程以及使用显微镜观察实验现象的正确操作。

答案：

实验材料与主要用具：

菠菜、清水、浓盐水、盖玻片、载玻片、显微镜、吸水纸、滴管、镊子等；实验步骤：

①取菠菜叶，用镊子剥取表皮。

②在载玻片上滴一滴清水，将表皮放入清水中，盖上盖玻片，制成临时装片。

③将临时装片放在显微镜的载物台上，先用低倍镜下找到气孔，移到视野中央，再换高倍镜进行观察，记录观察到的气孔状态。

④在盖玻片的一侧滴上浓盐水，再另一侧用吸水纸吸取盖玻片下的液体，反复几次。

⑤继续观察气孔的变化，并做记录。

预测实验结果并作出解释：

a.在清水中气孔应开启，因为当细胞液浓度大于细胞外溶液浓度时，保卫细胞吸水膨胀变形，气孔开启。

b.在浓盐水中气孔应关闭，因为当细胞液浓度小于细胞外溶液浓度时，保卫细胞失水收缩，气孔关闭。

（三）高考预测

1.以紫色洋葱鳞茎表皮为材料观察植物细胞质壁分离现象，下列叙述错误的是（）

A.在发生质壁分离的细胞中能观察到紫色中央的液泡逐渐缩小

B.滴加30%的蔗糖溶液比10%的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短

C.发生质壁分离的细胞放入清水中又复原，说明细胞保持活性

D.用高浓度的氯化钠溶液代替蔗糖溶液不能引起细胞质壁分离

考点提示：

只要是溶质分子能透过半透膜的高浓度溶液都能引起质壁分离现象。

2.将已发生质壁分离的细胞进入清水中，细胞吸水能力的变化情况是（）

A.由小到大B.由大到小C.不变D.等于零

考点提示：

细胞吸水能力的大小与细胞液浓度呈正相关。

九、课外作业

（一）巩固训练

1.通过质壁分离和复原可以鉴定的是（）

①细胞的死活②原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性

③一个成熟的植物细胞相当于一个渗透系统④蛋白质、淀粉、纤维素的吸水性依次递减

⑤细胞壁是由纤维素构成的⑥细胞膜是单层膜

A.①②③B.②④⑥C.②③⑤D.①②⑤

2.假定将甲、乙两个植物表皮细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液浓度均比细胞液浓度高。

蔗糖分子不能透过膜，甘油分子可较快地透过膜。

在显微镜下连续观察，甲、乙两细胞的变化是（）

A.甲、乙两细胞发生质壁分离后，均不发生质壁分离复原

B.甲、乙两细胞发生质壁分离后，乙细胞随后发生质壁分离复原

C.甲、乙两细胞发生质壁分离后，甲细胞随后发生质壁分离复原

D.甲、乙两细胞发生质壁分离后，均又发生质壁分离复原

3.人红细胞的渗透压与x浓度的食盐水相当；而浸在y浓度食盐水中的红细胞破裂；浸在z浓度食盐水中的红细胞皱缩。

则这三种食盐水的浓度大小是（）

A.x>y>zB.y>x>zC.z>y>xD.z>x>y

4.从马铃薯中用打孔器打出两圆柱体块P和Q，P在蒸馏水中放1小时，Q在与马铃薯细胞液等渗的盐溶液中放1小时，测定处理的圆柱体是否与原来的孔合适度（）

A.P不合适，但Q刚好合适B.P不合适，Q也不合适

C.P基本合适，Q精确地合适D.P精确地合适，但Q不精确的合适

5.将洋葱表皮放入一定浓度的硝酸钾溶液中，其细胞便发生质壁分离，不久这些细胞又逐渐发生质壁分离复原，其原因是（）

A.细胞液的溶质透出细胞B.质壁分离后的细胞只允许水分进入

C.K+和NO3-离子进入了细胞D.水分和溶质自由地进出细胞

6.利用高浓度食盐溶液杀菌防腐的原理是（）

A.由于食盐中氯有杀菌作用

B.由于高浓度食盐溶液的水分不足，以至细胞不能生存

C.由于渗透作用，使细菌细胞脱水而死亡

D.由于食盐是中性，不适于细菌生长

7.构成细胞的生物膜是选择透过性膜，其特点是水分子可以自由通过，被选择的小分子和离子可以通过，不被选择的小分子和离子及大分子物质不能通过。

请根据提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，验证细胞膜的选择透过性功能。

实验材料及用具：

新鲜的红色康乃馨、烧杯、玻璃铅笔、质量分数为15％的盐酸、清水、量筒

实验步骤：

第一步：

选两只大小相同的烧杯，用玻璃铅笔标上A和B。

第二步：

______________________________________________________。

第三步：

_______________________________________________________。

现象：

__________________________________________________________。

问题：

出现盐酸溶液中现象的原因是_______________________________________

__________________________________。

（二）课外延伸

讨论分析买回的蔬菜上如果有残留的水溶性农药，采用浸泡的方法能否降低其浓度？

浸泡多长时间适合？

你能应用本实验的原理进行探究吗？

《探究植物细胞的吸水和失水》答案及提示

同步练习：

1.原生质层2.＜＞3.颜色较深含有紫色的花青素较多，能较清晰的观察到质壁分离和复原现象4.0.3g/mL的蔗糖溶液5.质壁分离后自动复原

检测过关：

1.D2.C3.D4.B5.A6.C

高考预测：

1.D2.B

巩固训练：

1.A2.B3.D4.A5.C6.C

7.第二步：

在A、B两只烧杯中，分别加入等量的15%的盐酸或清水。

第三步：

选等量的红色康乃馨花瓣，分别放入A,B两只烧杯中，经过一段时间后观察。

结果：

A中花瓣的颜色逐渐褪去，而溶液变红，B中花瓣仍为红色，水呈无色。

问题：

在酸性环境中生物膜上的载体蛋白质变性失活，细胞膜丧失了选择透过性，大分子的色素分子进入外界溶液。

课外延伸：

提示：

水溶性农药应考虑溶解后被细胞吸收，浸泡时间不宜过长。

可将浸泡时间设置梯度来进行探究。