2024届苏教版高考生物一轮复习细胞质膜具有选择透过性学案

第6课时　细胞质膜具有选择透过性

课标要求　阐明细胞质膜具有选择透过性。

考点一　动植物细胞的吸水和失水

1．渗透作用

(1)概念：在半透膜两侧的水分子从溶质分子相对较少的区域向溶质分子相对较多的区域扩散，这一现象称为渗透作用。

(2)选择透过性膜：对物质进出具有选择作用的膜。

(3)渗透作用产生的条件

(4)渗透作用现象分析

A、B分别表示渗透作用装置，据图回答下列问题：

①A图中渗透达到平衡，半透膜两侧有(填“有”或“没有”)水分子的进出。

②A图中Δh不变时，S1、S2溶液浓度的大小关系为：S1>S2(填“>”“<”或“＝”；S1、S2中溶质不能通过半透膜)。

③在B图所示的U形玻璃管内，左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。初始时两管中液面相平，假设溶质分子不能透过半透膜。

a．一段时间后，两管中液面的变化为：左管液面升高，右管液面降低。(均填“升高”“降低”或“不变”)

b．液面高度稳定后再同时向两管内加入等量的麦芽糖酶，两管中液面的变化分别为：左管液面下降，右管液面上升，最后稳定在一定高度。

总结提升　不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化

(1)溶质不能通过半透膜的情况

①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，表现为S1溶液液面上升。

②若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反，表现为S1溶液液面下降。

③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溶液浓度。

(2)溶质能通过半透膜的情况

①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则最初单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，随着溶质的扩散，最终S1和S2溶液浓度相等，表现为S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平。

②若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反。

2．细胞的吸水和失水

(1)动物细胞的吸水和失水

②现象

(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)

①原理

②现象

提醒　当在显微镜下观察到细胞处于质壁分离状态时，细胞可能正在失水，可能正在吸水，可能处于平衡状态，也可能已死亡。

源于必修1 P60知识链接：一般来说，气体分子(如O2、CO2、N2)、相对分子质量小的不带电的极性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性分子等容易通过细胞质膜。离子(如Na＋、K＋)因与水的结合而脂溶性大大降低；相对分子质量大的不带电的极性分子(如葡萄糖)和各种带电的极性分子都难以自由通过细胞质膜。

考向一　渗透作用的原理及应用分析

1. 某同学设计的渗透装置实验如图所示(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，一段时间后再加入蔗糖酶(微量)。下列有关该实验描述正确的是(　　)

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，最后保持内外液面基本相平

C．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后保持一定的液面差不变

D．加酶后在烧杯中可检测出的有机物仅有葡萄糖

答案　B

解析　长颈漏斗中有蔗糖溶液，渗透压较高，液面上升，加酶后水解为单糖，分子数目增多，渗透压更高，液面继续上升，但是单糖分子可以通过猪膀胱膜进入烧杯中，使两边渗透压相等，漏斗中渗透压降低至内外液面基本相平，B正确。

2．(多选)下图装置中，甲、乙、丙中分别放置了相等物质的量浓度的蔗糖溶液、麦芽糖溶液和乳糖溶液(溶液体积关系：V甲＝V丙<V乙)，a、b表示用半透膜(水分子和单糖可以自由通过，但二糖不能通过)将它们分隔开，对装置进行相关处理。下列说法正确的是(　　)

A．若向甲、丙中分别加入等体积相同物质的量浓度的蔗糖酶和乳糖酶，稳定后液面高度：乙>甲＝丙

B．若向乙中加入一定量麦芽糖酶溶液，稳定后液面高度：乙<甲＝丙，并且三者中乙中单糖的含量最高

C．若向丙中加入一定量的半乳糖后，稳定后液面高度：甲＝乙＝丙，并且甲、乙、丙中半乳糖含量相同

D．本实验中半乳糖等单糖分子从浓度高的一侧向浓度低的一侧通过半透膜的扩散称为渗透作用

答案　AB

解析　向甲、丙中分别加入等体积相同物质的量浓度的蔗糖酶和乳糖酶，甲中的蔗糖水解成两分子单糖，丙中的乳糖分解为两分子单糖，都可通过半透膜进入乙中，引起乙液面升高，稳定后液面高度乙＞甲＝丙，A正确；向乙中加入一定量麦芽糖酶溶液后，乙中的麦芽糖水解为两分子的葡萄糖，会通过半透膜分别进入甲和丙，稳定后液面高度乙＜甲＝丙，但由于甲、丙高度差阻止乙中的葡萄糖进一步进入甲、丙，因此乙中单糖的含量最高，B正确；向丙中加入一定量的半乳糖后，由于半乳糖可以通过半透膜，因此稳定后液面高度甲＝乙＝丙，但因为乙体积最大，所以乙中半乳糖含量最多，C错误；渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散，本实验中水分子是溶剂分子，故本实验中半乳糖等单糖分子从浓度高的一侧向浓度低的一侧通过半透膜的扩散，不能称为渗透作用，D错误。

考向二　动植物细胞吸水与失水的分析

3．科研人员将人的成熟红细胞分别置于蒸馏水和几种等渗溶液中，测定红细胞溶血(溶血是指红细胞破裂后血红蛋白渗出的现象)所需时间，实验结果如图所示。以下叙述错误的是(　　)

A．红细胞质膜主要由磷脂和蛋白质构成

B．处于等渗溶液中的红细胞吸水涨破是由于溶质分子进入细胞导致细胞质浓度升高

C．氯化铵、甘油、乙醇、丙酮进入红细胞的速度依次减小

D．上述实验可以证明脂溶性物质更易通过细胞质膜

答案　C

解析　分析题图可知，氯化铵、甘油、乙醇、丙酮扩散进入红细胞的速度大小关系为丙酮＞乙醇＞甘油＞氯化铵，C错误。

4．(多选)在无任何相反压力时，渗透吸水会使细胞膨胀甚至破裂，不同的细胞用不同的机制解决这种危机。下图表示高等动物、高等植物与原生生物细胞以三种不同的机制避免渗透膨胀，据此推断下列说法正确的是(　　)

A．动物细胞避免渗透膨胀需要载体蛋白的协助

B．植物细胞吸水达到渗透平衡时，细胞内外溶液浓度相等

C．若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会降低

D．三种细胞发生渗透吸水的原理均为细胞质膜相当于半透膜

答案　AC

解析　动物细胞避免渗透膨胀需要载体蛋白将离子转运到细胞外，以减小细胞内液的渗透压，防止细胞渗透吸水涨破，A正确；植物细胞在低浓度溶液中会发生吸水，但是由于细胞壁的支撑作用，吸水到一定程度后达到平衡，但此时细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度，B错误；原生动物生活在低渗溶液中，会通过收缩泡将多余的水排到细胞外，若将原生动物置于高于其细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会降低，C正确；动物细胞和原生动物发生渗透吸水的原理均为细胞质膜相当于半透膜，而植物细胞发生渗透吸水的原理是原生质层相当于半透膜，D错误。

考点二　观察植物细胞的质壁分离和复原

1．观察植物细胞的质壁分离和复原现象

(1)实验原理

(2)实验步骤

(3)现象与结论

①现象

②结论：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞是通过渗透作用吸水和失水的。

1．质壁分离和复原实验分析

(1)质壁分离发生的条件

①从细胞角度分析

a．死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。

b．具有中央大液泡的成熟的植物活细胞可发生质壁分离及复原现象，且细胞液最好带有一定的颜色，便于观察，以活的紫色洋葱鳞片叶外表皮最佳。

c．细菌细胞也能发生质壁分离，但现象不明显。

②从溶液角度分析

a．在一定浓度(溶质不能透过膜)的溶液中只会发生质壁分离现象。

b．在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、乙二醇、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象；盐酸、酒精、醋酸等溶液会杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。

c．本实验选用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原。

(2)质壁分离后在细胞壁和细胞质膜之间的是浓度降低的外界溶液。

(3)本实验无对立的对照组，为什么还叫对照实验？

提示　本实验中，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于自身对照。

2．质壁分离和复原实验的拓展应用

(1)判断成熟植物细胞的死活

(2)测定细胞液浓度范围

(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度

(4)比较未知浓度溶液的浓度大小

(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)

考向一　植物细胞的质壁分离和复原实验原理及基本步骤分析

5．下列有关“观察植物细胞的质壁分离和复原现象”实验的分析，正确的是(　　)

A．“原生质层比细胞壁的伸缩性大”是该实验依据的原理之一

B．引流蔗糖溶液时最好把临时装片放在实验桌上进行操作

C．滴入蔗糖溶液后可观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞体积明显缩小

D．把蔗糖溶液换成KNO3溶液一定能观察到质壁分离自动复原现象

答案　A

解析　为了保证在显微镜下看到同一细胞在滴加高浓度蔗糖溶液后的细胞结构变化，引流蔗糖溶液时最好把临时装片放在显微镜的载物台上操作，B错误；滴入蔗糖溶液后，细胞失水，但细胞壁的伸缩性较小，因此洋葱鳞片叶外表皮细胞体积变化不明显，C错误；若KNO3溶液的浓度过大，可能会导致细胞过度失水死亡，不再发生质壁分离复原，D错误。

6．(2023·江苏苏州高三模拟)用物质的量浓度为2 mol/L的乙二醇溶液和2 mol/L的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体体积变化情况如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．2 min后，处于蔗糖溶液中的植物细胞其细胞壁与原生质层之间充满了蔗糖溶液

B．前2 min，处于蔗糖溶液中的植物细胞吸水能力不断增强

C．c点的出现是由于乙二醇进入了植物细胞

D．所有植物细胞均可发生质壁分离

答案　D

解析　细胞壁具有全透性，所以质壁分离时细胞壁与原生质层之间充满了外界溶液(蔗糖溶液)，A正确；前2 min，细胞失水，细胞液的浓度不断升高，所以吸水能力增强，B正确；c点发生植物细胞的质壁分离复原，是由于溶质乙二醇进入细胞，使细胞液的浓度大于外界溶液的浓度，C正确；活的有大液泡的植物细胞才能发生质壁分离，D错误。

考向二　拓展和应用

7．耐盐碱水稻是指能在盐浓度0.3%以上的盐碱地生长的水稻品种。现有普通水稻和耐盐碱水稻若干，由于标签损坏无法辨认类型，某生物兴趣小组使用质量浓度为0.3 g·mL－1的KNO3溶液分别处理两组水稻细胞，结果如下图，下列叙述正确的是(　　)

A．Ⅱ组水稻原生质体的体积增加，说明Ⅱ组水稻为耐盐碱水稻

B．Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升仅受限于细胞壁的伸缩性

C．A→B段，Ⅰ组水稻细胞的吸水能力逐渐减弱

D．B→C段是由于Ⅰ组细胞在B点开始主动吸收K＋、NO

答案　A

解析　在质量浓度为0.3 g·mL－1的KNO3溶液中，Ⅱ组水稻的原生质体体积增加，说明Ⅱ组水稻可以从外界环境中吸收水分，属于耐盐碱水稻，A正确；Ⅱ组水稻的曲线不能无限上升除受限于细胞壁的伸缩性外，还受到细胞内外浓度差的影响，B错误；A→B段，Ⅰ组水稻的原生质体体积减小，说明细胞失水，细胞液浓度增加，吸水能力逐渐增强，C错误；实验过程中并未添加清水，但由于细胞从一开始能通过主动吸收K＋和NO，使B→C段细胞液浓度高于外界溶液浓度，细胞吸水，因此细胞会发生质壁分离的复原，D错误。

8．某生物兴趣小组用紫色洋葱等为材料进行植物细胞质壁分离与复原相关实验。

(1)用紫色洋葱的外表皮细胞材料做还原糖的鉴定实验，你认为可行吗？________(填“可行”或“不可行”)，理由是___________________________________________________。

(2)某同学以紫色洋葱外表皮为材料，想通过质壁分离与复原实验方法来设计实验，区分渗透压几乎相同的质量分数为15%的葡萄糖溶液和30%的蔗糖溶液。该实验中能作为区分不同溶液的现象是_____________________________________________________________。

(3)某同学用其他5种植物材料进行质壁分离实验。在相同的放大倍数下，记录视野中的细胞数目，然后滴加蔗糖溶液，记录从滴加蔗糖溶液到发生“初始质壁分离”的平均时间，绘制成下图。据图分析可知，5种植物材料中________细胞体积最小，________发生质壁分离的速度最快。

答案　(1)不可行　紫色洋葱外表皮细胞中含有紫色色素，会干扰鉴定实验中的颜色反应　(2)(不加清水)能自动复原的一组所用溶液为葡萄糖溶液(或不能自动复原的一组所用溶液为蔗糖溶液)　(3)红花檵木　红花檵木

1．(2022·浙江6月选考，11)“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验中，用显微镜观察到的结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．由实验结果推知，甲图细胞是有活性的

B．与甲图细胞相比，乙图细胞的细胞液浓度较低

C．丙图细胞的体积将持续增大，最终涨破

D．若选用根尖分生区细胞为材料，质壁分离现象更明显

答案　A

解析　能发生质壁分离细胞应为活的植物细胞，据图分析，从甲到乙发生了质壁分离现象，说明甲细胞是活细胞，A正确；乙图所示细胞发生质壁分离，该过程中细胞失水，故与甲图相比，乙图细胞的细胞液浓度较高，B错误；由于有细胞壁的限制，丙图细胞体积不会持续增大，且不会涨破，C错误；根尖分生区细胞无中央大液泡，不能发生质壁分离现象，D错误。

2．(2022·全国甲，2)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是(　　)

A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度

B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b＞细胞a＞细胞c

C．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度

D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度

答案　C

解析　细胞c的质壁分离过程中，细胞液中水分子进入蔗糖溶液，使蔗糖溶液比最初蔗糖溶液浓度小，由题干信息“细胞a在蔗糖溶液中未发生变化”可知，细胞a的细胞液浓度与最初蔗糖溶液浓度相等，而水分交换平衡时细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，故水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误，D正确。

3．(2021·江苏，12)采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验，下列相关叙述正确的是(　　)

A．用镊子撕取的外表皮，若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验

B．将外表皮平铺在洁净的载玻片上，直接用高倍镜观察细胞状态

C．为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液

D．实验观察到许多无色细胞，说明紫色外表皮中有大量细胞含无色液泡

答案　A

解析　洋葱鳞片叶叶肉细胞有原生质层和大液泡，所以可以发生质壁分离，且细胞质中不含有叶绿体，而洋葱外表皮细胞呈紫色，所以即使洋葱鳞片叶外表皮上带有少量叶肉细胞，也不影响实验结果，A正确；质壁分离实验中全程只在低倍镜下观察，B错误；为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引，重复几次，洋葱细胞就浸润在蔗糖溶液中，C错误；紫色外表皮细胞中有一个紫色大液泡，那些无色的细胞应该是鳞茎细胞，D错误。

4．(2021·湖南，3)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是(　　)

A．施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关

B．质壁分离过程中，细胞质膜可局部或全部脱离细胞壁

C．质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低

D．1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等

答案　D

解析　施肥过多使外界溶液浓度过高，大于细胞液的浓度，细胞发生质壁分离导致植物过度失水而死亡，引起“烧苗”现象，A正确；发生质壁分离的内因是细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性，而原生质层包括细胞质膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，质壁分离过程中，细胞质膜可局部或全部与细胞壁分开，B正确；植物细胞在发生质壁分离复原的过程中，因不断吸水导致细胞液的浓度逐渐降低，与外界溶液浓度差减小，细胞的吸水能力逐渐降低，C正确；溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，1 mol/L的NaCl溶液和1 mol/L的蔗糖溶液的渗透压不相同，因NaCl溶液中含有钠离子和氯离子，故其渗透压高于蔗糖溶液，D错误。

5．(2021·广东，13)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，如图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是(　　)

A．比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后

B．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中

C．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞

D．推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③

答案　A

解析　通过题图分析可知，①处细胞吸水量少于③处细胞，说明保卫细胞细胞液浓度①处理后>③处理后，A错误；②处细胞失水，故质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中，B正确；滴加③后细胞大量吸水，故滴加③后有较多水分子进入保卫细胞，C正确。

6.(2022·湖南，10)原生质体(细胞除细胞壁以外的部分)表面积大小的变化可作为质壁分离实验的检测指标。用葡萄糖基本培养基和NaCl溶液交替处理某假单孢菌，其原生质体表面积的测定结果如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离，表明细胞中NaCl浓度≥0.3 mol·L－1

B．乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离，处理解除后细胞即可发生质壁分离复原

C．该菌的正常生长和吸水都可导致原生质体表面积增加

D．若将该菌先65 ℃水浴灭活后，再用NaCl溶液处理，原生质体表面积无变化

答案　A

一、易错辨析

1．渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量百分比浓度(　×　)

2．在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜(　×　)

3．虽然红细胞没有具膜细胞器，但将其放入一定浓度的外界溶液中，也能发生渗透作用

(　√　)

4．植物细胞的原生质层包括细胞质膜、细胞质和细胞核(　×　)

5．成熟的植物细胞在发生质壁分离的过程中，细胞吸水能力逐渐减弱(　×　)

6．在蔗糖溶液中加入适量红墨水，可观察紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞的质壁分离(　√　)

二、填空默写

1．(必修1 P58)对物质进出具有选择作用的膜，称为选择透过性膜。

2．(必修1 P58)原生质层：细胞质膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。

3．(必修1 P58)如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从溶质分子相对较少的区域向溶质分子相对较多的区域扩散。

4．(必修1 P59)当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来。