观察植物细胞的质壁分离和复原

观察植物细胞的质壁分离和复原
【基础回顾】
考点内容:观察植物细胞的质壁分离和复原
要求:Ⅱ
考纲解读:
1.理解质壁分离与复原实验流程
2.掌握质壁分离和复原的实际应用
3.理解原生质层的含义
考点一、实验原理
1.成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。

2.当细胞液浓度＜外界溶液浓度时，失水，质壁分离；当细胞液浓度＞外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。

考点二、实验流程
【技能方法】
1.原生质层与原生质体的比较
(1)原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。

此结构仅存在于成熟的植物细胞中。

(2)原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分。

2.细胞质壁分离及复原有关总结
(1)实验材料的选择
①一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。

②不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。

(2)实验试剂使用
①使用浓度过高的蔗糖溶液(0.5 g/mL)，质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，细胞过度失水而死亡。

②使用质量浓度为1 mol•L－1的KNO3溶液，因为K＋和NO－3可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原。

(尿素、甘油、乙二醇等现象同上)
(3)发生质壁分离时在细胞壁和细胞膜之间充满的是外界溶液，原因是细胞壁具有全透性。

(4)质壁分离与复原过程中水分移动是双向的，总结果是单向的。

(5)本实验用显微镜观察了三次，第一次与第二次形成对照，第三次与第二次形成对照，该对照方法为自身对照。

3.质壁分离实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞是否是活细胞
(2)测定细胞液浓度范围
[待测成熟植物细胞]＋[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
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
[不同成熟植物细胞]＋[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
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
【基础达标】
1.将新鲜的紫色洋葱鳞片叶外表皮放入含少量红墨水且质量分数为30%的蔗糖溶液中，在显微镜下观察，你会看到细胞的状态如图所示，此时部位①②的颜色分别是（）
A．①无色、②紫色
B．①红色、②无色
C．①红色、②紫色
D．①无色、②红色
▼
【答案】B
【解析】
新鲜紫色洋葱表皮细胞的细胞壁具有全透性，含有红墨水的蔗糖进入①，①呈现红色；原生质层具有选择透过性，含有红墨水的蔗糖不能进入到原生质层，②呈现无色。

2．用洋葱鳞片叶外表皮做质壁分离实验，下列图示符合实验结果的是（）
▼
【答案】D
【解析】
用洋葱鳞片叶外表皮做质壁分离实验时，细胞的体积略微减小，细胞液浓度逐渐升高，液泡体积逐渐减小，细胞液色素浓度逐渐升高。

3．为探究植物A能否移植到甲地生长，某生物学研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液的浓度，实验结果如下表。

为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应（）
A.≤0.15 mol/L
B.≤0.2 mol/L
C.≥0.2 mol/L
D.≥0.3 mol/L
▼
【答案】A
【解析】
当植物细胞液浓度小于周围土壤溶液浓度时，细胞会失水发生质壁分离，植物将不能正常生存。

由表中信息可知，该植物细胞液的浓度介于0.15 mol/L和0.2 mol/L之间。

因此，为保证植物移植后能正常生存，甲地土壤溶液的浓度应≤0.15 mol/L。

4．将洋葱鳞片叶放在浓度为0.45 mol/L蔗糖溶液中，细胞发生质壁分离；放在浓度为0.35 mol/L蔗糖溶液中，细胞有胀大趋势；放在浓度为0.4 mol/L蔗糖溶液中，细胞似乎不发生什么变化。

这表明（）
A．洋葱鳞片叶细胞已经死亡
B．细胞膜不允许水分子自由通过
C．蔗糖分子进入细胞导致渗透平衡
D．细胞液浓度为0.4 mol/L左右
▼
【答案】D
【解析】
成熟植物细胞的细胞液通过原生质层与外界溶液构成了渗透系统。

当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞吸水，反之细胞失水；当二者浓度接近时，水分子进出达到平衡
5．在一定气候条件下，运用植物细胞质壁分离的实验原理，测试田间作物的细胞液浓度，以此法获得作物代谢情况的必要数据。

在此项测试中，自变量是
（）
A．制备的系列浓度梯度的检测液
B．作物的细胞液浓度
C．作物细胞质壁分离状态
D．一定的环境温度或其他气候数据
【答案】A
【解析】
变量是实验过程中可以变化的因素，其中由实验者操纵或给定的量称做自变量，选项中制备的系列浓度梯度的检测液属于自变量。

植物细胞质壁分离的状态属于因变量。

一定的环境温度或其他气候数据属于无关变量。

【能力提升】
1．把数条5 cm长的马铃薯条分别浸在蒸馏水和不同浓度的蔗糖溶液中，每隔一段时间测量马铃薯条的长度。

如图显示马铃薯条在不同浓度溶液中长度改变的百分率。

下列相关叙述错误的是（）
A．马铃薯条通过渗透吸(失)水改变其长度
B．在0.10M蔗糖溶液中马铃薯细胞质壁分离
C．马铃薯细胞液浓度相当于0.30M的蔗糖溶液
D．在0.40M蔗糖溶液中马铃薯细胞失水皱缩
▼
【答案】B
据图分析，马铃薯条浸在0.30M的蔗糖溶液中其长度基本不变，说明马铃薯细胞液浓度相当于0.30M的蔗糖溶液。

浸在低于0.30M的蔗糖溶液中，马铃薯细胞
通过渗透作用吸水膨胀，其长度增加；浸在高于0.30M的蔗糖溶液中，马铃薯细胞通过渗透作用失水皱缩，质壁分离，其长度缩短。

2．把蚕豆植株放在湿润的空气中照光一段时间后，取蚕豆叶下表皮制作临时装片，先在清水中观察，然后用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液取代清水，继续观察，结果如图所示。

对此现象的推断最合理的是（）
A．清水中的保卫细胞失水导致气孔开放
B．蔗糖进入保卫细胞后，细胞吸水导致气孔关闭
C．清水中的保卫细胞很快出现质壁分离并自动复原
D．蔗糖溶液中的保卫细胞失水导致气孔关闭
▼
【答案】D
【解析】
由图可以看出，在清水中气孔开放，在蔗糖溶液中气孔关闭，推测可能是蔗糖溶液中的保卫细胞失水导致气孔关闭。

3．将从同一新鲜马铃薯块茎上取得的形状、质量相同的马铃薯条分为数量相等的4组，分别浸入Ⅰ～Ⅳ4种不同浓度的蔗糖溶液中，1 h后，溶液的质量变化百分率如表1所示。

从4个不同的新鲜马铃薯块茎上，取得形状相同，质量、数量相等的马铃薯条，分成①～④组，分别浸入相同浓度的蔗糖溶液中，1 h后，马铃薯条的质量变化百分率如表2所示。

则表1所列的4种不同浓度的蔗糖溶液中开始时浓度最低的，以及表2所列的4组不同马铃薯条中开始时细胞液浓度最低的分别是
（）
表1
表2
A.Ⅰ、①B．Ⅰ、④
C．Ⅳ、①D．Ⅳ、④
▼
【答案】D
【解析】
表1中数据的含义：正值为溶液量增加、马铃薯条失水，负值为溶液量减少、马铃薯条吸水，故Ⅳ的溶液浓度最低。

表2中数据的含义：正值为马铃薯条吸水、质量增加，负值为马铃薯条失水、质量减少，故④的细胞液浓度最低。

4．将一新鲜马铃薯块茎切成4根粗细相同且长为5.0 cm的小条，再将这4根马铃薯小条分别放在不同浓度的KNO3溶液中，分两次(浸入30分钟和4小时)测量每一根的长度，结果如图所示，下列结论错误的是（）
A．a中马铃薯细胞通过渗透作用吸水
B．b中马铃薯细胞质壁分离后逐渐复原
C．c中马铃薯细胞质壁分离
D．d中马铃薯细胞外KNO3溶液的浓度增加
▼
【答案】D
由图示可以看出，马铃薯小条a的长度增加，说明细胞通过渗透作用吸水，A正确；马铃薯小条b的长度先缩短后复原，说明细胞失水后又吸水，即发生质壁分离后逐渐复原，B正确；马铃薯小条c的长度变短，说明细胞失水，细胞发生质壁分离，C正确；马铃薯小条d的长度变短，说明细胞失水，细胞外KNO3溶液的浓度降低，D错误。

5．将不同植物的三个未发生质壁分离的细胞置于同一蔗糖溶液中，形态不再变化后的细胞图像如图所示。

则有关各细胞液浓度的判断正确的是（）
①实验前B＜A＜C②实验前B＞A＞C
③实验后B≥A＝C④实验后B＞A＞C
A．①③B．②③C．①④D．②④
▼
【答案】D
细胞A和C发生质壁分离，细胞B未发生质壁分离，说明实验前细胞液B的浓度大于或等于外界蔗糖溶液的浓度。

细胞液A和C的浓度均小于外界蔗糖溶液的浓度，又因细胞C失水较多，所以质壁分离前细胞液A的浓度大于细胞液C的浓度，故实验前细胞液浓度大小为B＞A ＞C。

实验后，细胞液A和C的浓度均等于外界蔗糖溶液的浓度，但由于细胞失水使外界蔗糖溶液浓度下降，且细胞失水越多，平衡时外界蔗糖溶液浓度越低，故A＞C。

又因实验后细胞液B的浓度大于或等于原蔗糖溶液浓度，所以实验后B＞A＞C。

【终极闯关】
1.（2015上海卷）将紫色洋葱鳞叶外表皮细胞置于30%蔗糖溶液中数分钟后,用清水引流,重复多次,则在此过程中下图所示细胞中（）
A.区域①扩大,区域②紫色变浅
B.区域①缩小,区域②紫色加深
C.区域①扩大,区域②紫色不变
D.区域①缩小,区域②紫色变浅
▼
【答案】D
【解析】
区域①为细胞壁与原生质层之间的空隙,充满的是外界溶液,质壁分离时随着水分的失去,区域①扩大;区域②为紫色洋葱表皮细胞的大液泡,质壁分离时随着水分的失去,区域②变小,颜色变深。

本题实验是质壁分离后用清水引流,则细胞发生质壁分离复原,故区域①缩小,区域②紫色变浅。

2.（2015届江苏省淮安市高三模拟）
下图甲是利用紫色洋葱鳞片叶的外表皮制作临时装片观察植物细胞的质壁分离和复原部分操作装置示意图，图乙表示普通光学显微镜上一个物镜，物镜上的数字和符号组成的系列参数反应光学显微镜性能和使用条件。

下列有关说法正确的是（）
A.为了缩短质壁分离和复原时间，可在图甲装置上滴加高浓度的蔗糖溶液
B.吸水纸的主要作用是吸除盖玻片上的多余液体，以免污染镜头
C.图乙物镜上的数字“160”代表该物镜的放大倍数为160倍
D.图甲中盖玻片的厚度应在0.17mm左右，否则影响观察效果
▼
【答案】D
【解析】
滴加高浓度的蔗糖溶液会使细胞过度失水死亡，不再发生质壁分离复原；在观察植物细胞质壁分离和复原实验中，吸水纸的主要作用是吸引液体在盖玻片下移动，使植物细胞完全浸润在液体中；物镜标有的数
字，10表示它的放大倍数（有的写成10×或10：1）；0.25表示它的"数值孔径"（有的写成N.A.1.25或A.0.25）；160表示使用该物镜时,显微镜的机械筒长应为160mm（所谓机械筒长是指取下物镜和目镜以
后,所剩下的镜筒长度。

显微镜的机械筒长现已统一规定为160mm）；
0.17表示使用该物镜时,盖玻片的厚度应为0.17mm。

有些低倍物镜,在
有、无盖玻片的情况下都可以使用,所以不标0.17而代之以横线"-"。

3.（2015届山西省高三四校联考）如图为细胞吸水力随质壁分离程度变化曲线，下列相关叙述正确的是（）
A.在质壁分离复原过程中，细胞吸水力应逐渐升高
B.细胞吸水力与质壁分离程度呈负相关
C.细胞不发生质壁分离就没有吸水力
D.如果增大外界溶液的浓度，则细胞的质壁分离程度可能更高
▼
【答案】D
【解析】
在质壁分离复原的过程中，细胞液的浓度逐渐减小，细胞吸水力应逐渐降低，A错误；细胞吸水力与质壁分离程度呈正相关，即质壁分离
程度越大，细胞吸水力越大，B错误；细胞不发生质壁分离说明细胞液
的浓度等于或小于外界溶液的浓度，说明细胞仍有吸水力，C错误；如
果增大外界溶液的浓度，则浓度差越大，导致细胞失水越多，细胞的质
壁分离程度更高，D正确。

4.（2015届贵州六校联考）
用2mol•L-1的乙二醇溶液和2mol•L-1的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞，观察质壁分离现象，得到其原生质体体积变化情况如下图所示。

下列表述中不正确的是（）
A.该细胞不可能是根尖分生区的细胞
B.AB段曲线表明细胞液浓度在逐渐增大
C.BC段表明该细胞开始因失水过多而逐渐死亡
D.用一定浓度的KNO3溶液代替乙二醇溶液，可得到类似的结果
▼
【答案】C
【解析】
能发生质壁分离和复原的细胞是成熟的活的植物细胞，而根尖分生区细胞是不成熟的植物细胞(没有大液泡)；AB段原生质体的体积变小，说明细胞在失水，液泡的浓度变大；BC段原生质体的体积逐渐变大，说明细胞在吸水，是活细胞；适宜浓度的硝酸钾也能让成熟的植物细胞先发生质壁分离后自动复原。

5.（2015海南卷）回答下列问题:
(1)将贮藏的马铃薯(块茎)放入蒸馏水中,水分通过______的方式进入马铃薯细胞,引起马铃薯鲜重增加。

随着蒸馏水处理时间延长,该马铃薯鲜重不再增加,此时,马铃薯细胞的渗透压比处理前的______。

(2)将高温杀死的马铃薯细胞放入高浓度的NaCl溶液中,______(填“会”或“不会”)发生质壁分离现象。

(3)将发芽的马铃薯制成匀浆,使其与斐林试剂发生作用,生成砖红色沉淀,说明该马铃薯匀浆中含有______。

【答案】
(1)被动运输;低(2)不会(3)还原糖
【解析】
(1)将贮藏的马铃薯(块茎)放入蒸馏水中,水分通过自由扩散(被动运输)的方式进入马铃薯细胞,引起马铃薯鲜重增加。

随着蒸馏水处理时间延长,该马铃薯鲜重不再增加,此时由于细胞通过渗透作用吸收了水分,马铃薯细胞的渗透压比处理前的低。

(2)高温杀死的马铃薯细胞中原生质层的选择透过性功能丧失,放入高浓度的NaCl溶液中,不会发生质壁分离现象。

(3)还原糖与斐林试剂发生作用生成砖红色沉淀。

用发芽的马铃薯制成的匀浆能与斐林试剂发生作用生成砖红色沉淀,说明该马铃薯匀浆中含有还原糖。