备课素材知识点：细胞的物质输入和输出问题释疑 高中生物人教版必修1

这是一份备课素材知识点：细胞的物质输入和输出问题释疑 高中生物人教版必修1，共8页。试卷主要包含了扩散与自由扩散有什么关系？等内容，欢迎下载使用。

1.扩散（作用）、渗透（作用）与自由扩散有什么关系？
扩散指由分子随机热运动造成的物质从高浓度区域向低浓度区域移动的过程。虽然单个分子的运动无明显的方向，但宏观上我们可以观察到物质顺着浓度梯度进行扩散，驱动力是浓度差。
当相邻两区域被一层选择性渗透膜分别隔开时，水分子和小的不带电的物质可跨膜移动，而大分子和带电物质被阻隔，这种运输方式称为渗透作用。渗透作用由水势梯度驱动。
自由扩散则是指物质从浓度高的区域向浓度较低的区域的净移动过程。
2.发生渗透作用后，半透膜两侧的高度差与两侧溶液的浓度差有什么关系？
其他因素无差异时，水会通过半透膜向高浓度侧移动。高浓度侧液柱上升重力势升高，而溶液被稀释后渗透势升高；低浓度侧液柱下降重力势降低，而溶液被浓缩后渗透势降低。体系稳定后，两侧水势相等（两侧溶液的渗透势差的绝对值等于重力势差的绝对值），存在高度差。
由以上分析可知，最终高度差与初始浓度差非线性正相关。
3.渗透装置达到平衡状态后，半透膜两侧会存在一定的高度差，维持高度差的原因是什么？
在一个渗透系统中，水移动的方向决定于半透膜两侧溶液的水势高低。水势高的溶液中的水，流向水势低的溶液。实际上，半透膜两侧的水分子是可以自由通过的，而清水的水势高于蔗糖溶液的水势，因此从清水流到蔗糖溶液的水分子比蔗糖溶液流到清水的分子多。随着水分逐渐进入漏斗内，液面逐渐上升，静水压也逐渐增大，压迫水分子从漏斗内向烧杯移动速度就越快，膜内外水分进出速度越来越接近。最后液面不再上升，停滞不动，实质上是水分进出的速度相等，呈动态平衡。
4.两种溶液的高度差达到平衡状态后，加酶或取出一侧部分溶液等不同处理方式对半透膜两侧的溶液高度差有什么影响？
加酶或取出一侧部分溶液等不同处理方式对半透膜两侧的溶液高度差会产生不同的影响。
（1）加酶可能会带来某一侧液面上涨、不变或降低。酶将溶液中的溶质微粒分解为更小的微粒（每个原微粒分解为两个成多个，且新形成微粒中不包括水分子）。
①若新形成微粒均不能通过半透膜，那么这侧水势会降低。平衡后液面会上升，高度差增大。
②若新形成微粒均能通过半透膜，那么这一侧水势会升高。若分解完全，最后两液面会等高，即高度差消失。
③若部分新微粒能通过而部分不能通过，问题就比较复杂了，需要具体讨论。
新微粒中包含水，即酶能催化底物（原溶质）脱水。a.只催化了脱水一种反应（相当于在某一侧加了水），那么两侧溶液都会被稀释（其中一侧是水不影响我们的讨论）。而问题4的讨论中我们已知最终两侧溶液的渗透势差的绝对值等于重力势差的绝对值，前者会因稀释减小，那么后者也会减小，高度差会降低。b.不止催化脱水反应，也需要具体讨论。酶不催化任何反应，相当于在一侧加了溶质。酶分子都较大，无法通过半透膜，最终使高度差增大。
（2）若取出高浓度一侧部分溶液，会使这一侧重力势降低，水会向这一侧移动。到平衡时，这一侧溶液实际上被稀释了，另一侧若为溶液则被浓缩了（为水也不影响讨论）。渗透势差的绝对值减小，最终使高度差减小；若取出低浓度一侧部分溶液（是水液同样不影响讨论），与上一情况相反。低浓度被稀释，而高浓度被浓缩。渗透势差的绝对值增大，最终使高度差增大。
5.活细胞都能与外界溶液发生渗透作用吗？只有成熟的植物细胞才能发生质壁分离吗？
从生物学功能分析，活细胞的细胞膜具有选择透过性，从物理角度分析，活细胞的细胞膜具有半透性。活细胞的细胞质含有水、无机盐及有机物，可视为有一定浓度的溶液，当活细胞与外界溶液直接接触时，只要与外界溶液之间存在一定的浓度差，可以与外界溶液发生渗透作用吸水或失水。
植物细胞发生质壁分离的条件有：①原生质层相当于一层半透膜，②细胞液浓度小于外界溶液浓度，③细胞壁的伸缩性小于原生质层（原生质体）。没有大液泡的植物细胞在高渗溶液中，由于渗透作用失水也会发生质壁分离，只是原生质体收缩不明显，因而导致植物细胞的质壁分离也不明显，难以用显微镜观察到。细菌和真菌细胞也有细胞壁和原生质体，在高渗溶液中也会发生渗透作用失水进而发生质壁分离，同理，由于细胞失水较慢，质壁分离缓慢难以用显微镜观察到。例如，在生产生活实践中，人们利用高浓度食盐溶液进行防腐，其原理就是使微生物细胞通过渗透作用失水发生质壁分离，严重的将致死。
可见，未成熟的植物细胞、动物细胞和真菌等生物细胞在高渗溶液条件下也会渗透失水发生质壁分离现象，只是失水速率较慢，难以用显微镜观察到。
6.成熟植物细胞通过渗透作用吸水，未成熟的植物细胞通过什么方式吸水呢？
成熟的植物细胞有大液泡，原生质层相当于一层半透膜，当植物细胞置于水势高于细胞水势的溶液时，水会顺梯度向细胞内运动直至细胞内外的水势达到平衡。成熟植物细胞通过代谢改变自身溶质浓度或改变自身膨压从而与外界发生渗透作用吸水。
风干种子和未成熟的植物细胞中没有大液泡，细胞原生质处于凝胶状态，大部分水为束缚水，压力势为零。这些风干种子和未形成液泡的植物细胞能够利用构成细胞壁的果胶和纤维素以及细胞中的蛋白质亲水胶体对水的吸附力吸收水分。这种利用亲水表面进行吸水的现象称为水合或者吸胀作用。
因此，成熟物细胞通过渗透作用吸水，未成熟的植物细胞通过吸胀作用吸水。
7.原生质层与原生质体、原生质有何异同？原生质层包括细胞核吗？
植物细胞由原生质体和细胞壁两部分组成。原生质体是由细胞中的生命物质即原生质所构成。在光学显微镜下，原生质体可以明显地区分为细胞核和细胞质。动物细胞可以相当于原生质体。原生质层是细胞膜和液泡膜以及两层之间的细胞质。故原生质体强调为原生质构成的整体结构，原生质为组成生命结构的物质，原生质层是细胞膜和液泡膜以及两层之间的细胞质。
细胞质分为细胞质基质和细胞器。因此，原生质层不包括细胞核。原生质层概念的提出主要是为了描述质壁分离的现象，而不同教材对质壁分离实质描述不同，例如高等教育出版社李合生老师主编的《现代植物生理学》将质壁分离描述为原生质体与细胞壁分离。故建议教师在教学过程中对原生质层描述主要参考所使用的高中教材。
8.哪些植物组织细胞适用于“探究植物细胞的吸水和失水”实验，为什么？
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞、苋菜细胞、黑藻细胞、黄藻细胞、水绵细胞等植物细胞都可以用于探究“探究植物细胞的吸水和失水”实验。
用于探究“探究植物细胞的吸水和失水”实验的细胞，首先应该是具备大液泡，即具有细胞壁的活的成熟植物细胞。其次液泡内液体有明显易于区分的颜色，比如紫色洋葱外表皮，或者在细胞质中有指示性的结构，比如黑藻在细胞质中具有丰富的绿色叶绿体，可以指示液泡和细胞的大小变化。除常用的高等植物细胞外，还可以尝试一些细胞较大的低等植物细胞，例如黄藻门黄丝藻科黄丝藻属的黄丝藻与绿藻门的水绵，这些细胞属于真核生物，都具有细胞壁、叶绿体和液泡，且细胞体积大，适宜浓度蔗糖浸泡下，容易快速观察到质壁分离和复原的现象。在选择用于探究植物细胞的吸水和失水的实验材料时，需要寻找生活中容易获取，具有液泡的植物细胞，并通过做预实验确定好质壁分离与复原的适宜蔗糖浓度或者其他溶液浓度。
9.植物细胞发生质壁分离且自动复原需要具备哪些条件？
要使植物能够发生质壁分离并自动复原，首先需要植物细胞具备大液泡，其次外界溶液浓度大于细胞液浓度。将植物细胞浸泡在外界溶液后，需要在合适时间内，外界溶液的溶质可以通过被动运输或主动吸收的方式进入细胞内，增加细胞液浓度，使细胞液的浓度大于外界溶液的浓度，通过细胞吸水进而发生质壁分离复原，比如外界溶液为一定浓度的甘油、乙二醇、尿素、KNO3等溶液。
10.只有植物细胞才能发生质壁分离吗？
质壁分离中的“质”是指原生质层，“壁”指的是细胞壁。当外界溶液浓度高于细胞液浓度时，由于渗透作用使原生质体失水，且植物细胞细胞壁的伸缩性比原生质层的伸缩性小得多，所以随着细胞失水过多就会使原生质层与细胞壁发生分离，出现质壁分离现象。一些微生物如细菌、蓝细菌、放线菌、真菌等其细胞结构中也具有细胞壁。因此这些微生物处于相对高渗溶液中也会发生质壁分离现象。这些微生物吸水或失水的方式也是通过渗透作用进行的，例如盐腌的肉鱼不易变质，便是由于表面的细菌等微生物失水过多发生质壁分离而死亡。
11.植物细胞质壁分离自动复原后的细胞液浓度与实验前细胞液的浓度相同吗？
原生质层相当于半透膜，当植物细胞发生质壁分离复原时细胞液中的溶质分子一般不向外界溶液扩散或扩散比较慢，但是随着外界溶液的溶质分子通过主动运输或被动运输不断进入细胞，细胞液中的溶质浓度不断增大，导致细胞发生质壁分离后自动复原。细胞壁的伸缩性很小，在发生植物细胞质壁分离与复原时细胞体积变化很小，可以忽略，但此时质壁分离自动复原后细胞液中溶质分子数目增多。因此，质壁分离自动复原后细胞液的浓度比实验前细胞液的浓度大。