生物必修1《分子与细胞》第4章 细胞的物质输入和输出第1节 被动运输精品课件ppt

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分子与细胞
人教版高中生物必修一
4.1 被动运输
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在一个长颈漏斗的漏斗口外密封，上一.层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示现象。 玻璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。讨论1.漏斗管内的液面为什么会升高?如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗?为什么?2.如果用一-层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗?3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样?
一、渗透作用的原理及应用分析
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1.半透膜 半透膜是指允许一些小分子物质通过，而不允许大分子物质通过的多孔性薄膜。2.渗透现象 在下图所示的渗透系统中，由于单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数，漏斗内液面上升。
一、渗透作用的原理及应用分析
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3.渗透作用 （1）概念：水分子或其他溶剂分子通过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液扩散的现象。（2）
一、渗透作用的原理及应用分析
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【易错提醒】有关渗透作用的三个易错点（1）渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度，而非质量分数，其实质是单位体积内溶质分子数的“多少”。（2）渗透平衡意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，这种平衡是动态平衡。（3）渗透系统达到渗透平衡时，漏斗内溶液的浓度仍可能高于漏斗外。
一、渗透作用的原理及应用分析
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2.细胞的吸水和失水 （1）动物细胞的吸水和失水①细胞膜相当于半透膜，外界溶液的浓度与细胞质的浓度存在浓度差，共同构成一个渗透系统。② 细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液的浓度差。当外界溶液的浓度< 细胞质的浓度时→细胞吸水膨胀。当外界溶液的浓度> 细胞质的浓度时→细胞失水皱缩。当外界溶液的浓度= 细胞质的浓度时→水分子进出细胞处于动态平衡。
一、渗透作用的原理及应用分析
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（2）植物细胞的吸水和失水①成熟的植物细胞是一个渗透系统，如右图所示。半透膜——原生质层（包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质），相当于一层半透膜。浓度差——外界溶液与细胞液之间具有一定的浓度差。②植物细胞的吸水和失水当外界溶液浓度> 细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离。当外界溶液浓度< 细胞液浓度时，细胞吸水，液泡体积变大，细胞坚挺。当外界溶液浓度= 细胞液浓度时，细胞吸水和失水达到动态平衡。
一、渗透作用的原理及应用分析
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【特别提示】（1）满足动植物细胞渗透吸水的两个条件：半透膜（ 动物细胞膜、植物原生质层）、浓度差（动物细胞质和外界溶液的浓度差、植物的细胞液和外界溶液的浓度差）。（2）细胞吸水和失水速率的大小和多少，取决于细胞膜（或原生质层）内外两侧的溶液浓度差。浓度差越大，细胞吸水和失水的速率越大；反之，越小。
一、渗透作用的原理及应用分析
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例 难度★★★ 典型★★☆ ［2020·湖南常德检测］下图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液（S 1 ）和漏斗外溶液（S 2 ）为两种不同浓度的蔗糖溶液，水分子可以通过半透膜，而蔗糖分子不能。起始时漏斗内外液面相平，当渗透达到平衡时，液面高度差为 m。下列有关叙述正确的是 （　　）
A. 渗透平衡时，S 1 的浓度等于 S 2 的浓度B. 若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时 m 变小C. 达到渗透平衡时，仍有水分子通过半透膜进出D. 若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时 m 将增大
一、渗透作用的原理及应用分析
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【解析】起始时漏斗内外液面相平，液面高度差 m 的形成与漏斗内外的渗透压不同有关，渗透平衡时，S 1 的浓度大于S 2 的浓度，A 项错误；向漏斗中加入蔗糖分子，半透膜两侧浓度差变大，则平衡时 m 变大，B 项错误；吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，会导致漏斗内的蔗糖溶液的渗透压减小，再次平衡时 m 将减小，D 项错误。【答案】C
一、渗透作用的原理及应用分析
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【即时练】1. ［2020·吉林毓文中学高三模拟］若半透膜允许水分子通过，不允许蔗糖分子通过，下列关于渗透现象的说法，正确的是 （　　）A. 初始状态半透膜一侧是蔗糖溶液，一侧是清水，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度相等B. 初始状态半透膜一侧是蔗糖溶液，一侧是清水，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度不可能相等C. 初始状态半透膜两侧是不同浓度的蔗糖溶液，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度不可能相等D. 初始状态半透膜两侧是不同浓度的蔗糖溶液，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度一定相等
【解析】初始状态半透膜一侧是蔗糖溶液，一侧是清水，膜两侧溶液水分子进出的速率相等即渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度不可能相等，仍然是蔗糖溶液一侧的浓度较大，A 项错误，B 项正确；初始状态半透膜两侧是不同浓度的蔗糖溶液，半透膜只允许水分子通过，不允许蔗糖分子通过，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度可能相等，C、D 项错误。【答案】B
一、渗透作用的原理及应用分析
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【即时练】1. ［2020·吉林毓文中学高三模拟］若半透膜允许水分子通过，不允许蔗糖分子通过，下列关于渗透现象的说法，正确的是 （　　）A. 初始状态半透膜一侧是蔗糖溶液，一侧是清水，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度相等B. 初始状态半透膜一侧是蔗糖溶液，一侧是清水，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度不可能相等C. 初始状态半透膜两侧是不同浓度的蔗糖溶液，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度不可能相等D. 初始状态半透膜两侧是不同浓度的蔗糖溶液，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度一定相等
【解析】初始状态半透膜一侧是蔗糖溶液，一侧是清水，膜两侧溶液水分子进出的速率相等即渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度不可能相等，仍然是蔗糖溶液一侧的浓度较大，A 项错误，B 项正确；初始状态半透膜两侧是不同浓度的蔗糖溶液，半透膜只允许水分子通过，不允许蔗糖分子通过，渗透平衡时，半透膜两侧溶液浓度可能相等，C、D 项错误。【答案】B
一、渗透作用的原理及应用分析
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【解析】因为半透膜只允许水分子和葡萄糖分子通过，而淀粉分子不能通过，乙管中的葡萄糖分子逐渐进入甲管，又由于甲管中的淀粉溶液浓度大于乙管，所以最终会导致甲管溶液的整体浓度大于乙管，甲管液面上升，乙管液面下降，A 项错误；由于葡萄糖分子能通过半透膜，所以当达到渗透平衡时，甲、乙两管中葡萄糖溶液浓度几乎相等，B 项正确；淀粉分子不能通过半透膜，渗透平衡时，甲、乙两管中淀粉溶液的浓度不相等，C、D 项错误。【答案】D
一、渗透作用的原理及应用分析
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3. 漏斗内溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）为两种不同浓度的蔗糖溶液，漏斗内外起始液面高度一致，渗透平衡时的液面差为Δh。下列叙述错误的是 （　　） A. 用纱布代替半透膜，蔗糖分子可自由通过B. 达到渗透平衡时，水分子不会通过半透膜C. 如果将S2 的浓度适当降低，则渗透平衡时△ h 会更大D. 实验开始时S1 浓度大于S2 浓度，渗透平衡时S1 浓度仍大于S2 浓度
【解析】由于纱布的孔径较大，蔗糖分子可自由通过，A 项正确；渗透平衡时，水分子仍然能够通过半透膜进出，并且达到动态平衡，B 项错误；如果将S2 浓度适当降低，则半透膜两侧溶液的浓度差更大，渗透平衡时△ h 更大，C 项正确； 分析图解可知，漏斗内溶液（S1）液面上升，说明水分子由低浓度一侧向高浓度一侧进行了渗透，因此实验开始时S1 浓度大于S2 浓度，渗透平衡时，由于升高的水柱产生了压力， S1 浓度仍然大于S2 浓度，D 项正确。【答案】B
一、渗透作用的原理及应用分析
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4. 下图为渗透作用装置图，其中半透膜为膀胱膜，图1、3 装置溶液A、B、a、b 浓度分别用MA、MB、Ma、Mb 表示，图2、4 表示一段时间后，图1、3 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

Mb C. h1

h2 　Ma【解析】由题干所给条件可知Ma=Mb>MA>MB，水分子通过半透膜进入漏斗内，液面都升高，由于图3 中溶液的浓度差大于图1 中溶液的浓度差，渗透进入b 的水分子比进入a 的多，所以达到平衡后hlMb。【答案】B
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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1.实验原理 成熟的植物细胞与外界溶液共同构成渗透系统，可发生渗透吸水或渗透失水。2.实验材料的选择标准 一是成熟的活的植物细胞，保证细胞具有中央大液泡和细胞壁。二是细胞液最好有颜色，易于观察。紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞是理想的实验材料。
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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3.实验步骤
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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3.结论 植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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【易错提醒】（1）质壁分离中的“质”指的是原生质层，而不是细胞质；“壁”指的是细胞壁。（2）发生质壁分离后，细胞膜与细胞壁的间隙内充满了外界溶液（因为细胞壁具有全透性）。（3）本实验是自身对照，用显微镜观察三次，第二次（质壁分离状态）与第一次（正常植物细胞）对照， 第三次（质壁分离复原）与第二次（质壁分离状态） 对照。
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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例 难度★★☆ 典型★★★ 下图为某同学利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料，观察植物细胞质壁分离与质壁分离复原的基本操作步骤。下列相关叙述中，错误的是（ 　　） A. 第二次观察（D）和第一次观察（B）形成对照，第三次观察（F）和第二次观察（D）形成对照B. 该实验用显微镜主要观察原生质层和细胞壁的位置关系、液泡的颜色和大小等C. 如果将蔗糖溶液换成浓度适宜的KNO3 溶液，则可以省略E 过程D. 增大蔗糖溶液的浓度，实验效果会更明显且不影响细胞的活性
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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【解析】图中共有三次利用显微镜进行的观察，观察的指标主要是原生质层和细胞壁的位置关系以及液泡的颜色和大小。三次观察形成对照，以确定是否发生了质壁分离或质壁分离复原， A、B 两项正确。如果将蔗糖溶液换成浓度适宜的KNO3 溶液，由于细胞在失水的同时，会不断地吸收K+ 和NO3-，所以细胞液浓度升高， 当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞开始吸水，从而出现质壁分离自动复原现象，C 项正确。如果蔗糖溶液浓度过大，会导致细胞因过度失水而死亡，D 项错误。【答案】D 【点拨】本实验虽然只设计了一组实验，但是也遵循了实验的对照原则，对照方法为自身对照，即质壁分离前和质壁分离后的细胞进行了对照。
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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1. 将a、b、c 三组红细胞分别置于不同浓度的氯化钠溶液中进行实验，浸泡一段时间后其细胞形态如下图所示。下列叙述错误的是 （　　） 　　 　　A. 图中所示细胞内液的渗透压，a 组的比b 组的高B. 浸泡过程中a 组细胞失水量小于c 组细胞失水量C. 若向a 组烧杯中加入少量葡萄糖，则其细胞可能会皱缩后恢复原状D. 上述实验中引起细胞形态的改变而消耗细胞提供的能量的比较是c>b>a
【解析】细胞形态的改变是细胞通过渗透作用失水或吸水造成的，不需要细胞提供能量。【答案】D
【即时练】
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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2. 将家兔红细胞甲、乙、丙分别置于三种不同浓度（a、b、c）的溶液中，水分子的跨膜运输示意图如下图所示（箭头方向表示水分子的进出方向，箭头粗细表示水分子出入的多少，已知实验前甲、乙、丙细胞内部溶液浓度相等）。下列叙述正确的是 （　　） A. 据图可知，三种溶液浓度的大小关系为 a 乙C. 若丙换成洋葱表皮细胞，则其会涨破D. 光学显微镜下可观察到乙细胞有水分子的进出
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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【解析】细胞失水越多，说明细胞外溶液浓度越大，甲细胞失水，乙细胞水分子的进出处于动态平衡状态，丙细胞吸水， 因此三种溶液浓度的大小关系为 c 乙，B 项正确；若丙换成洋葱表皮细胞， 不会涨破，因为植物细胞膜外有细胞壁，对细胞起支持和保护作用，C 项错误；光学显微镜下可观察到细胞体积的变化， 不能观察到水分子的进出，D 项错误。【答案】B
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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3. ［2020·辽宁鞍山一中模拟］在保证细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜质量变化的关系如下图所示。若将处于 b 浓度溶液中的萝卜条移入a 浓度的溶液中，不会出现的现象是 （　　）A. 萝卜条的质量将会增加B. 萝卜细胞渗透压会减小C. 当达到渗透平衡时水分子不会进出细胞D. 处于 b 浓度溶液中的萝卜条移入 a 浓度的溶液后，溶液中蔗糖对水的吸引力增强
二、探究：植物细胞的吸水和失水
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【解析】将处于 b 浓度溶液中的萝卜条移入 a 浓度的溶液中，细胞会从 a 浓度溶液中吸水，所以萝卜条的质量将会增加，A 项正确；由于萝卜细胞吸收了水分，细胞液浓度降低，所以萝卜细胞渗透压会降低，B 项正确；当达到渗透平衡时，水分子仍在进出细胞，只是进出达到了动态平衡，C项错误；处于 b 浓度溶液中的萝卜条移入 a 浓度的溶液后，由于溶液中的水分子进入萝卜细胞中的较多，所以蔗糖溶液的浓度升高，吸水能力增强，D 项正确。【答案】C
三、自由扩散和协助扩散
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1.两者比较
三、自由扩散和协助扩散
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【易错提醒】（1）转运蛋白的特异性：协助扩散需要转运蛋白的协助，一种转运蛋白一般只能协助运输一种类型的物质，不能运输其他物质，其作用具有特异性。（2）不同细胞膜上载体蛋白的种类和数量不同。（3）载体蛋白和通道蛋白的区别
三、自由扩散和协助扩散
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［2020·西安高三一模］研究发现，水分子进入植物细胞的两种方式如下图所示。下列叙述错误的是 （　　） A. 根毛细胞吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关B. 土壤溶液浓度过高时，植物细胞吸水需要消耗能量C. 水分子通过水通道蛋白是顺浓度梯度运输的D. 水分子通过水通道蛋白的跨膜运输方式为协助扩散
【解析】根毛细胞吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关，如细胞液中水的相对含量少，则根毛细胞吸水能力强， A 项正确；土壤溶液浓度过高时，植物细胞失水，不需要消耗能量，B 项错误； 据图分析可知，水分子通过水通道蛋白是顺浓度梯度进行的，C 项正确； 据图分析可知，水分子通过水通道蛋白的跨膜运输方式为协助扩散，D 项正确。【答案】B
【即时练】
三、自由扩散和协助扩散
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2. 下图①→③表示葡萄糖跨膜运输的过程，据图分析正确的是 （　　） A. 该膜中的转运蛋白也能运输氨基酸B. 该膜可能是哺乳动物的红细胞膜C. 该方式发生在葡萄糖以被动运输的方式从低浓度到高浓度运输时D. 影响该过程进行的细胞器有线粒体和核糖体
【解析】由题图可知，膜外葡萄糖浓度高，膜内葡萄糖浓度低，葡萄糖跨膜运输的方式是协助扩散，需要转运蛋白，但不消耗能量。转运蛋白具有特异性，A 项错误；红细胞运输葡萄糖的方式为协助扩散，B 项正确。葡萄糖以被动运输的方式从高浓度一侧向低浓度一侧运输，C 项错误。协助扩散不消耗能量，故该过程与线粒体无关，转运蛋白的合成与核糖体有关，D 项错误。【答案】B
※质壁分离和质壁分离复原实验的深化拓展
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1.质壁分离的原因分析
※质壁分离和质壁分离复原实验的深化拓展
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2.植物细胞在 KNO3、甘油等试剂中发生质壁分离后自动复原的原因分析（1）实验开始时，外界KNO3 溶液浓度大于细胞液浓度，植物细胞因失水而出现质壁分离现象。由于K+ 和NO3- 能被植物细胞吸收，细胞液的浓度增大，当细胞液的浓度大于外界溶液浓度时，细胞又因吸水而出现质壁分离自动复原现象。（2）用一定浓度的甘油、尿素和乙二醇做质壁分离实验时也会发生类似的现象。
※质壁分离和质壁分离复原实验的深化拓展
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3.质壁分离实验的拓展应用 判断成熟植物细胞是否有生物活性
※质壁分离和质壁分离复原实验的深化拓展
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测定细胞液浓度范围待测细胞+ 一系列浓度梯度的蔗糖溶液 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比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞+ 同一浓度的蔗糖溶液 发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小；反之，细胞液浓度越大。比较未知浓度溶液的浓度大小同一植物的成熟细胞+ 未知浓度的溶液 刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小（时间越短，未知溶液的浓度越大）。
※质壁分离和质壁分离复原实验的深化拓展
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例 难度★★☆ 典型★★☆ 假设将标号为甲、乙、丙的同一种植物的细胞（细胞液浓度相同）分别放在a、b、c 三种不同浓度的蔗糖溶液中，一段时间后得到如下图所示状态（原生质层不再变化）。据图分析下列说法不正确的是（　　）
A. 实验前蔗糖溶液浓度：c>b>a B. 实验后蔗糖溶液浓度：c=b ≥ a C. 实验后细胞的吸水能力：丙> 乙> 甲D. 实验后细胞液浓度：丙> 乙> 甲
【解析】实验后a、b、c 溶液中的细胞的吸水与失水均已处于动态平衡状态，由于此时细胞液浓度为丙> 乙> 甲，所以外界溶液的浓度也是不相同的，应为c>b>a。【答案】B
课后练习
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一 植物细胞质壁分离与复原
例 1 ［2019·浙江 4 月选考］ 难度★★☆ 典型★★☆ 哺乳动物细胞在 0.9% NaCl 溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度 NaCl 溶液中，一段时间后制作临时装片，用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是 （　　）A. 在高于 0.9% NaCl 溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离B. 在 0.9% NaCl 溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞C. 在低于 0.9% NaCl 溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂D. 渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散
课后练习
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【解析】在高于 0.9% NaCl 溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩，但红细胞无细胞壁结构，故不会发生质壁分离，A项错误；在 0.9% NaCl 溶液中，红细胞形态未变是由于水分子进出细胞膜达到动态平衡，而不是没有水分子进出细胞，B 项错误；在低于 0.9% NaCl 溶液中，红细胞会吸水甚至涨破，C 项正确；渗透是指水分子或其他溶剂分子从低浓度溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的扩散，D 项错误。【答案】C
课后练习
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例 2 ［2017·全国高考Ⅱ］ 难度★★★ 典型★★☆将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A 溶液中，发现其原生质体（即植物细胞中细胞壁以内的部分）的体积变化趋势如下图所示。下列叙述正确的是（　　） A. 0 ～ 4 h 内物质A 没有通过细胞膜进入细胞内B. 0 ～ 1 h 内细胞体积与原生质体体积的变化量相等C. 2 ～ 3 h 内物质A 溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D. 0 ～ 1 h 内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压
课后练习
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【思路建立】结合题干信息，分析坐标曲线图：0 ～ 1 h 内，细胞失水发生质壁分离；2 ～ 4 h 内，细胞吸水发生质壁分离的自动复原。根据质壁分离和自动复原，判断A 物质能否进入细胞及细胞内外渗透压（溶液浓度）的大小。【解析】由图可知，0 ～ 4 h 内，原生质体的相对体积先下降后上升， 所以该植物细胞发生了质壁分离后自动复原，说明物质A 能进入细胞，A 项错误； 0 ～ 1 h 内细胞发生质壁分离，细胞失水，原生质体的伸缩性比细胞壁的伸缩性大，所以细胞体积与原生质体体积的变化量不相等，B 项错误； 2 ～ 3 h 内为质壁分离复原过程，细胞吸水，物质A 溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C 项正确； 0 ～ 1 h 内发生质壁分离，细胞失水，液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压，D 项错误。【答案】C
课后练习
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例 3［2013·福建高考］ 难度★★★ 典型★★☆ 为探究茉莉酸（植物生长调节剂）对离体培养的成熟胡杨细胞质壁分离的影响，将细胞分别移至不同的培养液中继续培养3 天，结果如下表所示。下列叙述错误的是（　　） 注：“+”表示有添加，添加后NaCl 的物质的量浓度为 100 mmol/L， 茉莉酸的质量浓度为10-3 mg/L ；“-”表示无添加。A. 胡杨细胞通过渗透作用吸水和失水B. 质壁分离的胡杨细胞液泡体积变小C. NaCl 为自变量，茉莉酸为因变量D. 茉莉酸对NaCl 引起的胡杨细胞质壁分离有抑制作用
课后练习
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【解析】植物细胞吸水和失水的方式是渗透作用，A 项正确。质壁分离是细胞失水的结果，其液泡体积会变小，B 项正确。该探究实验的因变量是成熟胡杨细胞是否发生质壁分离，组别①②的自变量是茉莉酸，组别①③的自变量是NaCl，C项错误。组别①在不添加茉莉酸时有部分细胞发生质壁分离，组别② 添加茉莉酸时无细胞发生质壁分离，通过对照说明茉莉酸对NaCl 引起的胡杨细胞质壁分离有抑制作用，D 项正确。【答案】C
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