第1课时水进出细胞的原理

章首页所配小诗形象概括了物质出入细胞的方式——既有主动运输，又有被动运输，繁忙而有序，而且这些都与生物大分子构成的细胞膜的特殊结构有关。本章题图选用细胞膜的结构模式图，提示同学们在学习过程中要从膜的结构的角度去理解其功能。理清本章架构初识概念体系·具备系统思维第1节被动运输第1课时水进出细胞的原理学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.阐明细胞膜的选择透过性2.举例说出细胞吸水、失水的原理1.渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是浓度差，渗透的方向是水分子从水的相对含量高的一侧向低的一侧渗透2.原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，原生质层相当于一层半透膜3.动物细胞和植物细胞都可通过渗透作用吸水和失水【主干知识梳理】一、渗透作用1．概念：指

分子(或其他溶剂分子)通过

的扩散。2．渗透作用发生的条件[填图]3．渗透作用的方向：水分子从水的相对含量

的一侧向相对含量__的一侧渗透。半透膜高低水二、细胞的吸水和失水1．动物细胞的吸水和失水(1)原理①动物细胞的

相当于一层半透膜；当外界溶液与细胞质存在浓度差时，细胞会发生吸水或失水。②水是通过

进出动物细胞的。(2)将外界溶液浓度与细胞质浓度不同浓度条件时细胞的形态变化[连线]细胞膜渗透作用2．植物细胞的吸水和失水(1)原生质层：细胞膜、

膜以及两层膜之间的

，称为___________。原生质层具有选择透过性，相当于一层

。(2)浓度差：细胞内的液体环境主要是指液泡内部的

，当它和外界溶液有浓度差时，细胞发生吸水或失水。(3)植物细胞也是通过

吸水和失水的。液泡细胞质原生质层半透膜细胞液渗透作用【教材微点发掘】1．结合教材第62页《问题探讨》和下图分析渗透现象发生的条件和原理。(1)A组与B组对比，说明渗透作用的发生需要

。(2)A组与C组对比，说明渗透作用的条件之一是_____________________________。有半透膜半透膜两侧溶液必须要有浓度差2．结合教材第63页图4­-1及下图思考：临床上输液为什么要用生理盐水(质量分数为0.9%的NaCl溶液)?提示：生理盐水(质量分数为0.9%的NaCl溶液)的渗透压与人红细胞内的渗透压相等，此时从外界进入细胞内的水分子与细胞进入外界的水分子的数目相等，故红细胞能维持正常形态。

教材问题提示《思考·讨论》之水进出哺乳动物红细胞的原理(教材第63页)1．红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。2．是(意思是“相当于”，不是“等同”)。3．不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再继续吸水膨胀。4．取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，浓度差越大，细胞吸水或失水越明显。5．因为生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。新知探究(一)水进出细胞的原理【探究·深化】[问题驱动]

下图中A、B分别表示渗透作用装置，据图回答下列问题：(1)分析溶液浓度S1＞S2与S1＜S2水分子的移动方向是怎样的。提示：①当溶液浓度S1＞S2时，水分子通过半透膜由S2移向S1数目多于由S1移向S2的数目，漏斗内液面上升；②当溶液浓度S1＜S2时，水分子通过半透膜由S1流向S2数目多于由S2流向S1的数目，漏斗内液面下降。(2)在图A中，当Δh不变时，S1、S2的浓度是否相等，为什么？提示：不一定。S1＞S2，渗透作用停止时，漏斗内液面不再上升，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等，但漏斗内溶液浓度仍高于烧杯中溶液浓度，Δh产生的压强与渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换速率相等时，漏斗内液面不再升高。(3)在图B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。一段时间后，两管中的液面会如何变化？提示：左管液面升高，右管液面降低。[重难点拨]

1．渗透装置图解2．液面上升到一定程度时，不再升高的原因分析下图可知：漏斗中的液面高于水槽中的液面，液面差为

H1，由于水槽中液体与漏斗中液体具有浓度差，即具有渗透压差，所以水分子有进入漏斗的趋势；但是

H1

产生的压强与渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换速率相同时，液面不再升高。【典题·例析】[典例1]图甲是发生渗透作用时的初始状态，图乙是较长时间之后，漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。下列有关叙述错误的是

(

)A．图甲中③为半透膜，水分子能自由通过B．图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度C．图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等D．图甲中溶液①和溶液②浓度差越大，则图乙中的水柱越高[解析]在图乙中，高出液面的水柱所产生的压力与渗透压达到平衡，此时漏斗内溶液②的浓度应比溶液①的浓度高。故选C。[答案]

C[典例2]如图所示，先在漏斗中加入的蔗糖溶液，其液面与蒸馏水液面齐平，一段时间后，待漏斗内液面不再变化时，再向漏斗中加入一定量的蔗糖酶。下列坐标曲线中能正确反映整个实验过程中漏斗内外溶液的液面高度差变化的是

(

)[解析]据图分析，该装置具有半透膜，而漏斗内外溶液存在浓度差，能发生渗透作用，由于蔗糖溶液浓度大于蒸馏水，因而开始时漏斗内液面上升；一段时间后，向漏斗中加入一定量的蔗糖酶，蔗糖水解成单糖，溶液浓度增大，使得液面继续上升，随着单糖逐渐进入烧杯，使得漏斗内溶液浓度下降，液面下降，高度差减小。随着浓度差越来越接近，高度差减小的趋势越来越慢。但由于漏斗内有蔗糖酶，所以漏斗内液体浓度始终大于烧杯内液体浓度。因此，最后漏斗内的液面稍高于烧杯的液面。故选A。[答案]

A方法规律————————————————————————————判断渗透系统中液体液面及其浓度情况的方法(1)液面变化的判断：①若半透膜A侧溶质可以通过半透膜，B侧溶质不能通过半透膜，则B侧液面升高。②若半透膜两侧A侧和B侧溶质相同，且均不能通过半透膜，则浓度高的一侧液面升高。③若半透膜两侧的溶质均能通过半透膜，则不存在高度差。(2)高度差的大小决定于浓度差的大小，浓度差越大，高度差越大。(3)浓度变化：渗透系统中，溶质不能通过半透膜时，实验刚开始浓度大的一侧达到平衡后的浓度仍大于另一侧。————————————————————————————————【应用·体验】1．某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中(

)A．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定B．水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢C．当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高解析：实验开始时，由于单位体积清水中水分子数量多于蔗糖溶液中的，因此，水分子通过半透膜扩散进入蔗糖溶液的速率大于从蔗糖溶液向清水扩散的速率；随着水分子进入漏斗内量的增多，蔗糖溶液浓度下降，同时由于漏斗液面升高与烧杯中液体形成的压力差增加，水分子扩散进入漏斗内的速率下降，而反方向水分子扩散速率升高，当水分子在半透膜两侧进出速率相等时，漏斗内液面达到最高并停止上升，即最终液面上升的速率变为0。故选D。答案：D

2．如图表示渗透作用装置图，其中半透膜为猪膀胱膜，图1、图3表示初始状态，其装置内溶液A、B、a、b浓度分别用MA、MB、Ma、Mb表示，图2、图4分别表示一段时间后的状态，液面上升的高度分别为h1、h2。如果A、B、a、b均为蔗糖溶液，且MA＞MB、Ma＝Mb＞MA，则达到平衡后

(

)A．h1＞h2，Ma＞Mb

B．h1＞h2，Ma＜MbC．h1＜h2，Ma＜Mb D．h1＜h2，Ma＞Mb解析：由于MA＞MB、Ma＝Mb＞MA，所以两个漏斗中的液面都会上升，由于溶液A与a的浓度差要小于溶液B与b的浓度差，所以平衡后h2>h1；同时由于图2中进入漏斗内的水比图4中相对要少，所以Ma>Mb。故选D。答案：D

新知探究(二)

动物细胞和植物细胞的吸水和失水【探究·深化】[问题驱动]

(1)观察下图，试从细胞结构及渗透作用的条件分析，植物细胞发生吸水和失水的原因。①植物细胞的

、

以及两层膜之间的

称为原生质层，原生质层具有选择透过性，相当于一层

。细胞膜液泡膜细胞质半透膜②从原生质层的概念出发，原生质层包含细胞核吗？包含核糖体、线粒体、叶绿体和液泡吗？提示：不包含细胞核，但包含除液泡外的细胞器。③植物细胞内的液体环境主要是指

内部的细胞液。当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，植物细胞会

；当外界溶液的浓度小于细胞液浓度时，植物细胞会

。由此可见，植物细胞也可以通过

吸水或失水。(2)分析动物细胞是否也符合渗透作用的条件。举例说明。提示：动物细胞膜相当于半透膜，在细胞质和外界溶液之间形成浓度差。如哺乳动物的红细胞在不同浓度溶液中吸水和失水产生的形态变化。液泡失水吸水渗透作用[重难点拨]

动植物细胞都是渗透系统【典题·例析】[典例1]

(2021·济宁高一检测)将已发生质壁分离的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞放入清水中，其液泡体积的变化如下图所示。下列叙述正确的是(

)A．b点与a点相比，细胞内液泡的颜色更深B．c点与b点相比，细胞的吸水速率更大C．c点时细胞膨胀，液泡内没有水分子进出D．b点到c点的过程中，细胞的吸水速率受细胞壁的影响[解析]与a点相比，b点时液泡体积增加，液泡颜色变浅，A错误；与b点相比，c点时细胞液浓度降低，细胞的吸水能力下降，B错误；c点时细胞膨胀，水分子进出液泡处于动态平衡，C错误；b点到c点过程中，细胞的吸水速率降低，受细胞壁的影响，D正确。[答案]

D[典例2]若如图表示植物细胞渗透作用的图解，下列说法错误的是(

)A．植物细胞的原生质层相当于一层半透膜B．一定条件下，活的、成熟的植物细胞能发生渗透失水或吸水C．当外界溶液甲浓度>细胞液乙浓度时，细胞发生渗透失水；当溶液浓度乙>甲时，细胞发生渗透吸水D．当溶液浓度甲＝乙时，细胞处于动态平衡状态，不发生渗透作用[解析]植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，A正确。当甲浓度>乙浓度时，细胞发生渗透失水；当溶液浓度乙>甲时，细胞发生渗透吸水，C正确。活细胞处于外界溶液中，渗透作用就会发生，即当溶液浓度甲＝乙时，也发生渗透作用，此时处于动态平衡状态，D错误，B正确。[答案]

D【应用·体验】1．将成熟的植物细胞放在溶液中能构成一个渗透系统，主要原因是

(

)A．液泡膜内外溶液有浓度差

B．原生质层相当于一层半透膜C．细胞壁是全透性的

D．水分可以自由出入细胞解析：细胞内原生质层主要包括细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质，原生质层具有选择透过性，相当于半透膜。把成熟的植物细胞放在溶液中，原生质层两侧的溶液具有浓度差，但A选项说的是液泡膜内外溶液有浓度差，故错误。C、D选项的说法虽然正确，但与题意不符。故选B。答案：B

2．将六个大小相同的马铃薯去皮之后，分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，数小时后取出称其质量。增减的质量与蔗糖溶液的浓度关系如图，根据图示判断，马铃薯细胞液浓度最为接近的是

(

)A．0.4B．0.8C．1.0 D．1.6解析：在马铃薯的质量变化为0时，水分进出马铃薯细胞达到平衡，细胞内外溶液的浓度相等，此时对应的蔗糖溶液浓度即马铃薯细胞液的浓度，由图可知马铃薯细胞液的浓度在0.8～1.2之间。故选C。答案：C

科学探究——渗透作用发生条件的实验验证和应用1．渗透作用发生条件的验证2．比较不同溶液浓度大小

漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论①若漏斗内液面上升，则M

＞N；②若漏斗内液面不变，则M＝N；③若漏斗内液面下降，则M＜N3.探究物质能否通过半透膜的方法(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【素养评价】1．如图1所示的甲、乙、丙三个渗透装置中，三个漏斗颈的内径相等，漏斗内盛有浓度相同的蔗糖溶液，且漏斗内液面高度相同，漏斗口均封以半透膜，置于同一个水槽的清水中。三个渗透装置半透膜的面积和所盛蔗糖溶液的体积如下表所示。图2中曲线1、2、3表示漏斗液面高度随时间的变化情况，则曲线1、2、3与甲、乙、丙三个装置的对应关系应是

(

)装置编号甲乙丙半透膜面积SS/2S蔗糖溶液体积TT2TA.1—丙；2—甲；3—乙

B．1—乙；2—甲；3—丙C．1—甲；2—乙；3—丙

D．1—丙；2—乙；3—甲解析：丙的体积最大，吸水体积最大，漏斗液面高度最高，对应图2中的曲线1；甲、乙的体积相等，但是甲漏斗口的半透膜面积比乙的大，吸水的速度快，故甲漏斗液面高度变化要比乙的快些，对应图2中的曲线2。故选A。答案：A

2．某同学进行如图所示的实验，图甲为实验开始状态，图乙为实验结束状态。请在图乙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)请