备考2024届高考生物一轮复习讲义第二章细胞的基本结构和物质的运输课时3细胞的吸水和失水考点2探究植物细胞的吸水和失水

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1.实验的原理和过程
（1）实验原理
（2）实验过程
2.从内因和外因判断细胞能否发生质壁分离和复原
3.质壁分离与复原实验的拓展应用
（1）判断成熟植物细胞的死活
（2）测定细胞液的浓度范围
（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度的大小
（4）比较未知浓度溶液的浓度大小
（5）检测溶质能否进行跨膜运输
基础自测
1.活的、成熟的植物细胞能发生质壁分离和复原。（ √ ）
2.质壁分离是指细胞质与细胞壁发生分离。（× ）
3.发生质壁分离的细胞，细胞壁与原生质层之间的液体是清水。（× ）
4.观察植物细胞吸水和失水时，可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮。（ √ ）
5.质壁分离过程中，黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小。（× ）
6.用质量浓度为0.3g/mL蔗糖溶液处理的紫色洋葱鳞片叶外表皮装片，紫色的液泡逐渐变小，颜色逐渐变深。（ √ ）
7.需在高倍镜下才能观察到紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离。（× ）
深度思考
1.为什么质壁分离实验常选择紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料？
提示 因为紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中含有色素，使液泡呈现紫色，便于实验现象的观察。
2.本实验无另外设置的对照组，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。
3.质壁分离实验为什么要选用成熟植物细胞？
提示 因为成熟植物细胞具有中央大液泡，质壁分离现象明显。
4.某同学用一定浓度的尿素、紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行质壁分离复原实验时，在显微镜下观察到了明显的质壁分离现象，但是一直没有观察到质壁分离复原，最可能的原因是什么？
提示 尿素溶液的浓度过高，导致紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞失水过多而死亡。
5.用紫色洋葱鳞片叶外表皮观察质壁分离与复原时，观察不到染色体的原因是什么？
提示 因为紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为高度分化的成熟细胞，已经不再进行分裂，所以看不到染色体。
6.为什么紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在一定浓度的KNO3溶液中发生质壁分离后能自动复原？
提示 因为K＋、NO3－都可被细胞主动运输到细胞内，使细胞液浓度升高，细胞渗透吸水而发生自动复原。
研透高考 明确方向
命题点1 质壁分离与复原实验的原理和过程分析
1.[2022浙江6月]“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 ）
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
解析 甲图细胞能够发生质壁分离及复原，因此其是活的植物细胞，A正确；乙图细胞已经发生失水，液泡体积变小，其细胞液浓度高于甲图细胞的，B错误；植物细胞存在细胞壁，不会吸水涨破，C错误；根尖分生区细胞还未成熟，既没有中央大液泡，也无颜色，质壁分离现象不明显，D错误。
命题变式
[图像改变型]若将观察到的其中某个细胞原生质体大小变化情况绘制成了曲线（如图）。下列叙述正确的是（注：细胞原生质体的初始大小相对值记为1）（D ）
A.b～c段，由于失水过多，细胞可能已经死亡
B.c～d段，水分子的运动方向是从细胞外进入细胞内
C.d～e段，细胞液浓度等于外界溶液浓度
D.e时液泡的颜色比a时浅
解析 由图可知，b～c段以后细胞原生质体体积增大，说明细胞没有死亡，A错误；c～d段，细胞原生质体体积增大，故水分子从细胞外进入细胞内的多于从细胞内运出细胞外的，B错误；d～e段，细胞原生质体的大小大于其初始大小，说明细胞吸水，外界溶液浓度低于细胞液浓度，C错误；e时细胞原生质体大小的相对值大于a时的，说明细胞吸水，则液泡的颜色比a时的浅，D正确。
2.[2023全国甲]探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是（C ）
解析 用30％蔗糖溶液处理之后，细胞失水，原生质体和液泡的体积都会减小，细胞液浓度上升；用清水处理之后，细胞吸水，原生质体和液泡体积会增大，细胞液浓度下降，A、B错误。随着所用蔗糖溶液的浓度上升，当蔗糖溶液的浓度超过细胞液浓度之后，细胞就会开始失水，原生质体和液泡的体积下降，细胞液浓度上升，C正确、D错误。
把握两点规避植物细胞质壁分离与复原过程中的有关问题
1.细胞吸水能力变化的判定
细胞吸水能力的增大或减小与外界溶液浓度没有直接关系，而与自身细胞液浓度变化有直接关系。细胞失水后细胞液浓度增大，细胞吸水能力增强；细胞吸水后细胞液浓度减小，细胞吸水能力减弱。
2.细胞吸收溶质分子或离子的时间和方式判定
若细胞能吸收某种溶质分子或离子，则从其置于外界溶液后就开始吸收了，而不是到达平衡状态时才开始；细胞吸收溶质分子或离子的方式可能不同，如甘油、尿素等物质以自由扩散的方式被吸收，K＋、NO3－等一般以主动运输的方式被吸收。
命题点2 质壁分离与复原实验的拓展和应用分析
3.[2022全国甲]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（C ）
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
解析 由“①细胞a未发生变化”可推出细胞a在该蔗糖溶液中的吸水量等于失水量，即水分交换前，细胞a的细胞液浓度与外界蔗糖溶液的浓度相等；由“②细胞b体积增大”可推出细胞b在该蔗糖溶液中的吸水量大于失水量，即水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度；由“③细胞c发生了质壁分离”可推出细胞c在该蔗糖溶液中的失水量大于吸水量，即水分交换前，细胞c的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度。综合上述分析可以推出，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，A项合理；水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b＞细胞a＞细胞c，B项合理；水分交换平衡时，细胞a和细胞c的细胞液浓度都与各自所处的外界蔗糖溶液的浓度相等，由于细胞c发生了质壁分离，有水进入蔗糖溶液中，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项不合理、D项合理。
命题变式
[条件改变型]若要探究该植物不同部位的成熟细胞的细胞液浓度是否存在差异，某学习小组分别从该植物三个不同部位（甲、乙、丙）取出少量成熟细胞，同时浸入0.3g/mL的蔗糖溶液中，测定实验时间T内细胞原生质体体积的变化情况如图所示（曲线最后一段均水平）。下列分析错误的是（D ）
A.同一植物不同部位细胞的细胞液的浓度存在差异，且其细胞液浓度的大小为丙＞乙＞甲
B.甲细胞通过渗透作用失水，而丙、乙细胞通过渗透作用吸水且丙细胞的吸水量大于乙细胞
C.在时间T时，甲、乙、丙细胞的水分进出达到平衡状态
D.甲细胞因失水过多死亡，乙、丙细胞则保持生命活力
解析 由题意和图示分析可知，乙、丙细胞原生质体体积增大，所以其细胞液浓度大于蔗糖溶液浓度，丙细胞原生质体体积的增大量稍大于乙细胞原生质体，可推知丙细胞的细胞液浓度较大；甲细胞原生质体体积减小，所以其细胞液浓度小于蔗糖浓度，可判断甲细胞液浓度＜乙细胞液浓度＜丙细胞液的浓度，A正确；根据细胞原生质体体积随时间的变化可知，丙和乙细胞是吸水膨胀，乙细胞吸水量较丙少，甲细胞是渗透失水，B正确；在时间T时，甲、乙、丙细胞原生质体的体积处于相对恒定状态，说明水分进出达到平衡状态，C正确；因蔗糖溶液浓度大于甲细胞的细胞液浓度，使细胞失水，导致原生质体体积减小，但不能确定甲细胞发生渗透失水而死亡，D错误。