（2）验证渗透作用发生的条件
（3）探究物质能否通过半透膜（以碘和淀粉为例）
烧杯内盛
淀粉溶液
漏斗内
盛碘液
结论
变蓝
不变蓝
碘能通过半透膜，而淀粉不能
不变蓝
变蓝
淀粉能通过半透膜，而碘不能
变蓝
变蓝
淀粉和碘都能通过半透膜
不变蓝
不变蓝
淀粉和碘都不能通过半透膜
易错警示 半透膜与选择透过性膜、原生质层与原生质体的比较
（1）半透膜与选择透过性膜的比较
区别：
①半透膜是无生命的物理性薄膜，是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。
②选择透过性膜是具有生命的生物膜，载体蛋白的存在决定了其对不同物质吸收的选择性。
细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。
共性：
都允许水分子自由通过，而不允许生物大分子物质通过。
（2）原生质层与原生质体的比较
①原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。
此结构仅存在于成熟的植物细胞中。
②原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。
1.
如图所示的渗透装置中，开始时的液面高度为a，停止上升时的高
度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸
出，则a、b液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是
（ ）
答案 B
解析 每吸出一次，蔗糖溶液浓度就减小一次，而a、b液面的高度差是由半透膜内外溶液浓度差决定的，随着吸出次数的增加内外浓度差越来越小，所以a、b液面高度差也越来越小。
2.
某同学设计渗透装置如右图所示（开始时状态），烧杯中盛放有蒸馏
水，图中猪膀胱膜允许单糖透过。
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。
该实验过程中最可能出现的是
（ ）
A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后即下降
B．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后下降
C．加酶前后，在烧杯中都可以检测出蔗糖
D．加酶后可以在烧杯中检测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶
答案 B
解析 加酶前，漏斗内溶液浓度高于漏斗外，水分子向漏斗内部扩散的较多，漏斗液面上升；加酶后，蔗糖水解为单糖，摩尔浓度增大，使液面继续上升，后随着单糖逐渐进入烧杯，而使漏斗内溶液浓度下降，液面下降。
“U”型管中水分子移动方向的分析
1．膜两侧溶液中浓度高的一侧渗透压高，低的一侧渗透压低，水分子由低浓度
一侧向高浓度一侧扩散。
2．两侧溶液中的溶质是否能通过半透膜，若不能，则只是高浓度一侧液面升高；
若能，则先是高浓度一侧液面升高，随后另一侧液面升高，最后两侧液面持
平。
3．如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并
不相等，因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓
度一侧扩散。
实验五 观察植物细胞的质壁分离及复原
1．实验原理
（1）成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。
（2）当细胞液浓度<外界溶液浓度时，失水，质壁分离；当细胞液浓度>外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。
2．实验流程
易错警示 与质壁分离有关的5个易错点
（1）实验材料的选择
①一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。
②不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。
（2）实验试剂使用
①使用浓度过高的蔗糖溶液（0.5g/mL），质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，细胞过度失水而死亡。
②使用质量浓度为1mol·L－1的KNO3溶液，因为K＋和NO可被细胞吸收，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。
（尿素、甘油、乙二醇等现象同上）
③使用质量浓度为1mol·L－1的醋酸溶液，则不发生质壁分离及复原现象。
因为醋酸能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。
（3）发生质壁分离时在细胞壁和细胞膜之间充满的是外界溶液，原因是细胞壁具有全透性。
（4）质壁分离与复原过程中水分移动是双向的，总结果是单向的。
（5）本实验用显微镜观察了三次，第一次与第二次形成对照，第三次与第二次形成对照，该对照方法为自身对照。
3．把数条5cm长的马铃薯条分别浸在蒸馏水和不同浓度的蔗糖溶液中，每隔一段时间测量马铃薯条的长度。
如图显示马铃薯条在不同浓度溶液中长度改变的百分率。
下列相关叙述错误的是（ ）
A．马铃薯条通过渗透吸（失）水改变其长度
B．在0.10M蔗糖溶液中马铃薯细胞质壁分离
C．马铃薯细胞液浓度相当于0.30M的蔗糖溶液
D．在0.40M蔗糖溶液中马铃薯细胞失水皱缩
答案 B
解析 据图分析，马铃薯条浸在0.30M的蔗糖溶液中其长度基本不变，说明马铃薯细胞液浓度相当于0.30M的蔗糖溶液。
浸在低于0.30M的蔗糖溶液中，马铃薯细胞通过渗透作用吸水膨胀，其长度增加；浸在高于0.30M的蔗糖溶液中，马铃薯细胞通过渗透作用失水皱缩，质壁分离，其长度缩短。
4．为探究植物A能否移植到甲地生长，某生物学研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液的浓度，实验结果如下表。
为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应（ ）
浓度（mol/L）
0.15
0.2
0.25
0.3
质壁分离状态
不分离
刚分离
显著分离
显著分离
A．≤0.15mol/LB．≤0.2mol/L
C．≥0.2mol/LD．≥0.3mol/L
答案 A
解析 当植物细胞液浓度小于周围土壤溶液浓度时，细胞会失水发生质壁分离，植物将不能正常生存。
由表中信息可知，该植物细胞液的浓度介于0.15mol/L和0.2mol/L之间。
因此，为保证植物移植后能正常生存，甲地土壤溶液的浓度应≤0.15mol/L。
质壁分离实验的拓展应用
1．判断成熟植物细胞是否有生物活性
＋
⇓
镜检
2．测定细胞液浓度范围
＋
镜检⇓
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
3．比较不同植物细胞的细胞液浓度
＋
镜检⇓
发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大
4．鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）
＋
⇓
镜检
序号
错因分析
正确答案
序号
错因分析
正确答案
①
表述不完整，没有答出检测原理
活的成熟植物细胞原生质层相当于一层半透膜，细胞液和外界溶液存在浓度差时，就会发生质壁分离和复原现象，而死的植物细胞的原生质层已失去选择透过性变为全透性，不能发生质壁分离和复原现象
②
表述不具体，没有指出观察目标是什么
紫色的中央液泡
③
不能简化答案
质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液
④
观察目标不对
质壁分离
⑤
没有选择正确的观察目标
分别从两载玻片的盖玻片一侧滴入清水，用吸水纸从另一侧吸引，这样重复几次。
在高倍镜下观察两装片中细胞的质壁分离复原情况
⑥
该实验为验证性实验，对实验的结果和结论不需要分类讨论
结果：
活的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞在0.3g/mL的蔗糖溶液中能发生质壁分离，在清水中又能复原；死的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞在0.3g/mL的蔗糖溶液中不能发生质壁分离，在清水中也不能复原。
结论：
活的植物细胞能发生质壁分离和复原现象，而死的植物细胞不能发生质壁分离和复原现象
题组一 渗透作用与细胞的吸水和失水
1．（2012·上海卷，22）相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压，这是因为动物细胞（ ）
A．没有细胞壁，对培养基的渗透压更敏感
B．渗透压远高于细菌或植物细胞的渗透压
C．没有成熟大液泡，渗透压调节能力差
D．生长缓慢，各生长阶段对环境的渗透压要求不同
答案 A
解析 动物细胞无细胞壁，培养液渗透压较低，动物细胞会吸水涨破，而植物细胞和细菌细胞含有细胞壁，则不会出现涨破的情况，所以动物细胞培养基要特别关注渗透压，选A。
2.
（2011·天津卷，2）将紫色洋葱鳞片叶表皮浸润在0.3g/mL的蔗
糖溶液中，1分钟后进行显微观察，结果如右图。
下列叙述错
误的是（ ）
A．图中L是细胞壁，M是液泡，N是细胞质
B．将视野中的细胞浸润在清水中，原生质体会逐渐复原
C．实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异
D．洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实验的实验材料
答案 A
解析 题干所示图像为洋葱鳞片叶表皮细胞发生质壁分离后的图像，L为细胞壁，M为液泡，N为细胞壁和细胞膜之间的物质，不是细胞质，A项错误。
将该细胞浸润在清水中，清水浓度小于细胞液浓度，则细胞吸水，发生质壁分离复原现象，B项正确。
质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液可透过细胞壁进入细胞，但不透过细胞膜，说明二者在物质透过性上存在显著差异，C项正确。
洋葱根尖分生区细胞无大液泡，不能发生质壁分离现象，故不能作为该实验的实验材料，D项正确。
3．（2011·新课标全国卷，4）撕取紫色洋葱外表皮，分为两份，假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。
然后，两组外表皮都用浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理，一段时间后表皮细胞中的水分不再减少。
此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小，以及水分运出细胞的方式是（ ）
A．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输
B．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输
C．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输
D．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输
答案 C
解析 将两份完全相同的紫色洋葱外表皮细胞分别放入完全营养液和蒸馏水中浸泡相同时间，放入蒸馏水中的外表皮细胞因吸水较多，而使甲组细胞的细胞液浓度大于乙组细胞的细胞液浓度。
由于甲组细胞的细胞液与0.3g/mL蔗糖溶液的浓度差小于乙组细胞的细胞液与0.3g/mL蔗糖溶液的浓度差，所以乙组细胞水分渗出量多；水分是通过渗透作用进出细胞的，不需要载体蛋白协助也不消耗能量，为被动运输中的自由扩散。
4.
（2008·上海卷，20）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 b浓度溶液中，萝卜条质量减小，说明萝卜条在失水，重新放在浓度小于b的a浓度溶液中，萝卜条会吸水，质量将增大。
题组二 与渗透作用有关的实验设计
5．（2008·江苏卷，33）某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。
请在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。
增添的实验材料：
蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。
（1）设计出继续实验的简要步骤：
①________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）预测实验现象并作出结论：
________________________________________________________________________。
答案
（1）①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热（或隔水加热）U型管至适宜温度，观察a、b两管内液面的
变化 ②吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试管中，并加入斐林试剂，60～65℃水浴加热，观察A、B试管内有无砖红色沉淀
（2）如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物能通过半透膜；如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜
解析 目前乙图处于渗透平衡状态，在此结果的基础上继续实验，可能出现以下两种情形：
情形1，a管蒸馏水因得到溶质而浓度升高，渗透平衡被打破，b管内的溶剂（水）分子就会通过半透膜扩散到a管中，则a管液面上升；情形2，b管蔗糖溶液因得到溶质而浓度升高，渗透平衡被打破，a管内的溶剂（水）分子就会通过半透膜扩散到b管中，则b管液面上升。
根据添加的实验材料可知，本实验要用蔗糖酶水解蔗糖，产生还原糖，还原糖可用斐林试剂进行检测，由蔗糖（二糖）水解成还原糖（单糖）后，溶质的量会增加。
如果蔗糖的水解产物能够通过半透膜，符合上述情形1，如果蔗糖的水解产物不能通过半透膜，符合上述情形2。
【组题说明】
考 点
题 号
错题统计
错因分析
渗透作用分析
1、2、3
质壁分离与质壁分离复原
4、5、6、7、8、9、10、11、12、13
实验与探究
14、15
1．某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置，实验开始时长颈漏斗
内外液面平齐，记为零液面。
实验开始后，长颈漏斗内部液面的变
化趋势为（ ）
答案 B
解析 掌握渗透作用发生的条件（半透膜和膜两侧存在浓度差）、水分子扩散的方向（顺浓度梯度扩散）和扩散的速率是解题的关键。
仔细观察图示，长颈漏斗内为蔗糖溶液，实验开始后长颈漏斗内部液面将上升，由于实验初始阶段半透膜内外溶液浓度差较大，液面上升速率较大。
2．如图表示一中间隔以半透膜（只允许水分子通过）的水槽，两侧分别加入等质量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液。
然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶，在加入麦芽糖酶前后A、B两侧液面的变化是（ ）
A．加酶前A侧液面上升，加酶后B侧液面上升并等于A侧的
B．加酶前A侧液面上升，加酶后B侧液面上升并高于A侧的
C．加酶前后A、B两侧液面不变
D．加酶前A、B两侧液面不变，加酶后B侧液面上升并高于A侧的
答案 B
解析 加酶前两侧溶液的质量浓度相同，由于葡萄糖的相对分子质量小于麦芽糖的，葡萄糖溶液的物质的量浓度大，即B侧水分子的浓度大于A侧，水分子由B侧向A侧移动（净移动），A侧液面上升；加入麦芽糖酶后B侧葡萄糖溶液的物质的量浓度大于A侧的，水分子向B侧移动（净移动），B侧液面上升并高于A侧的。
3．如图所示，图乙是图甲发生渗透作用之后的示意图，图丙是根毛细胞示意图，图丁表示细胞体积随时间变化的曲线。
下列叙述错误的是（ ）
A．图甲中①处溶液浓度小于②处溶液浓度
B．图甲和图丙中都有半透膜，两者的本质区别是图丙细胞膜上有载体蛋白，使其具有选择透过性
C．若把图丙所示细胞放在质量分数为5%的NaCl溶液中，在显微镜下连续观察一段时间发现其发生了质壁分离
D．若把图丙所示细胞放在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，则图丁表示细胞体积随时间推移而变化的曲线
答案 C
解析 由图乙可知，图甲的渗透装置内部溶液浓度高于外部溶液浓度，即①处溶液浓度小于②处的。
载体蛋白的存在使得细胞膜具有选择透过性。
植物细胞可以吸收Na＋、Cl－，使细胞液浓度升高，所以根毛细胞处于质量分数为5%的NaCl溶液中时会先发生质壁分离，后发生质壁分离复原。
将图丙所示根毛细胞放在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中时，细胞渗透失水，体积逐渐缩小，但由于细胞壁的伸缩性有限，体积不会无限收缩，则图丁表示细胞体积随时间推移而变化的曲线。
4.
将新鲜的紫色洋葱鳞片叶外表皮放入含少量红墨水且质量分数为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①②的颜色分别是（ ）
A．①无色、②紫色B．①红色、②无色
C．①红色、②紫色D．①无色、②红色
答案 B
解析 新鲜紫色洋葱表皮细胞的细胞壁具有全透性，含有红墨水的蔗糖进入①，①呈现红色；原生质层具有选择透过性，含有红墨水的蔗糖不能进入到原生质层，②呈现无色。
5．用洋葱鳞片叶外表皮做质壁分离实验，下列图示符合实验结果的是（ ）
答案 D
解析 用洋葱鳞片叶外表皮做质壁分离实验时，细胞的体积略微减小，细胞液浓度逐渐升高，液泡体积逐渐减小，细胞液色素浓度逐渐升高。
6．把蚕豆植株放在湿润的空气中照光一段时间后，取蚕豆叶下表皮制作临时装片，先在清水中观察，然后用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液取代清水，继续观察，结果如图所示。
对此现象的推断最合理的是（ ）
A．清水中的保卫细胞失水导致气孔开放
B．蔗糖进入保卫细胞后，细胞吸水导致气孔关闭
C．清水中的保卫细胞很快出现质壁分离并自动复原
D．蔗糖溶液中的保卫细胞失水导致气孔关闭
答案 D
解析 由图可以看出，在清水中气孔开放，在蔗糖溶液中气孔关闭，推测可能是蔗糖溶液中的保卫细胞失水导致气孔关闭。
7．将洋葱鳞片叶放在浓度为0.45mol/L蔗糖溶液中，细胞发生质壁分离；放在浓度为0.35mol/L蔗糖溶液中，细胞有胀大趋势；放在浓度为0.4mol/L蔗糖溶液中，细胞似乎不发生什么变化。
这表明（ ）
A．洋葱鳞片叶细胞已经死亡
B．细胞膜不允许水分子自由通过
C．蔗糖分子进入细胞导致渗透平衡
D．细胞液浓度为0.4mol/L左右
答案 D
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了渗透系统。
当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞吸水，反之细胞失水；当二者浓度接近时，水分子进出达到平衡。
8．将从同一新鲜马铃薯块茎上取得的形状、质量相同的马铃薯条分为数量相等的4组，分别浸入Ⅰ～Ⅳ4种不同浓度的蔗糖溶液中，1h后，溶液的质量变化百分率如表1所示。
从4个不同的新鲜马铃薯块茎上，取得形状相同，质量、数量相等的马铃薯条，分成①～④组，分别浸入相同浓度的蔗糖溶液中，1h后，马铃薯条的质量变化百分率如表2所示。
则表1所列的4种不同浓度的蔗糖溶液中开始时浓度最低的，以及表2所列的4组不同马铃薯条中开始时细胞液浓度最低的分别是（ ）
表1
溶液
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
质量变化（%）
＋4
0
－2
－3
表2
马铃薯条
①
②
③
④
质量变化（%）
＋4
0
－2
－3
A.Ⅰ、①B．Ⅰ、④C．Ⅳ、①D．Ⅳ、④
答案 D
解析 表1中数据的含义：
正值为溶液量增加、马铃薯条失水，负值为溶液量减少、马铃薯条吸水，故Ⅳ的溶液浓度最低。
表2中数据的含义：
正值为马铃薯条吸水、质量增加，负值为马铃薯条失水、质量减少，故④的细胞液浓度最低。
9．在一定气候条件下，运用植物细胞质壁分离的实验原理，测试田间作物的细胞液浓度，以此法获得作物代谢情况的必要数据。
在此项测试中，自变量是（ ）
A．制备的系列浓度梯度的检测液
B．作物的细胞液浓度
C．作物细胞质壁分离状态
D．一定的环境温度或其他气候数据
答案 A
解析 变量是实验过程中可以变化的因素，其中由实验者操纵或给定的量称做自变量，选项中制备的系列浓度梯度的检测液属于自变量。
植物细胞质壁分离的状态属于因变量。
一定的环境温度或其他气候数据属于无关变量。
10．将一新鲜马铃薯块茎切成4根粗细相同且长为5.0cm的小条，再将这4根马铃薯小条分别放在不同浓度的KNO3溶液中，分两次（浸入30分钟和4小时）测量每一根的长度，结果如图所示，下列结论错误的是（ ）
A．a中马铃薯细胞通过渗透作用吸水
B．b中马铃薯细胞质壁分离后逐渐复原
C．c中马铃薯细胞质壁分离
D．d中马铃薯细胞外KNO3溶液的浓
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