植物对水分的吸收利用矿质营养

全品高考复习方案第三课生物的新陈代谢
第四课时
植物对水分的吸收、利用和矿物质
营养
1 渗透作用的原理
一个典型的渗透装置（或系统）必备条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。

成熟植物细胞是一个渗透系统
原生质层（细胞膜，液泡膜及这两层膜之间的细胞质）可以被看作是一层选择透过性膜，细胞壁（纤维素构成网状结构）是全透性的。

细胞液含有很多溶解于水中的物质，因此它具有一定的浓度。

由于原生质层相当于选择透过性膜，原生质层两侧的溶液具有浓度差，因此，当植物细胞与外界溶液接触时，细胞液也会通过原生质层与外界溶液发生渗透作用。

水分的吸收与利用质壁分离和质壁分离复原
原因
原生质层与细胞壁分离的现象
当植物细胞处于高渗溶液中（即外界溶液浓度大于细胞液浓度）时，由于细胞壁的伸缩性较小，而原生质层的伸缩性较大。

当细胞中的水分不断向外渗出时，液泡和原生质层在细胞壁的收缩停止以后还会继续不断的收缩，结果原生质层就与细胞壁分离开来，液泡和原生质层缩成球形小团，原生质层与细胞壁之间充满了（蔗糖溶液）高渗溶液。

外界溶液浓度＞细胞液浓度细胞失水
质壁分离复原
如果把以经发生了质壁分离的细胞放入清水或浓度比细胞液低的蔗糖溶液中，外面的水分就向内渗入，液泡逐渐变大，原生质层和液泡逐渐恢复原状。

这种现象叫～。

外界溶液浓度＜细胞液浓度细胞吸水
水分的运输、利用和散失
根吸收的水分，通过根部的导管运输到茎，再由茎运输
到叶，然后还要由植物体（主要是叶）的表面散失到大气中。

植物体内的水分，主要以水蒸气的形式通过叶的气孔散
失到大气中，这就是蒸腾作用。

根吸收的水分有９９%左右都由于蒸腾作用而散失掉了，只有１%左右保留在植物体内，参与光合作用和其它的代谢过程。

运输利用
蒸腾作用的意义
1.是植物吸收水分和促使水分在体内运输的主要动力。

2.促进溶解在水中的矿质养料在植物体内运输。

3.蒸腾作用中水变为水蒸气时吸收大量热能，从而可以降低植物体特别是叶片的温度，避免因强烈的阳光照射而造成灼伤。

植物的必需元素
植物细胞的必需元素
大量元素微量元素矿质元素Fe 、Mn 、Mo 、B 、Zn 、Cu 、Cl 细胞中的化学元素
、N 、P 、S 、K 、Ca 、Mg
除C 、H 、O 以外，植物由根系从土壤中吸收的元素
C 、H 、O
大量元素微量元素占生物体干重49%的元素是：C
占原生质总量95%的元素是：C 、H 、O 、N 、P 、S C 、H 、O 、N 、P 、S 、K 、Ca 、Mg 、
Na 、Fe 、Cl
Cu 、Co 、I 、Mn
4 矿质元素吸收与利用
交换吸附主动运输H+、HCO3--
H2CO3
H2O+CO2
呼吸作用方向：由低到高
条件：需要载体
是否耗能：耗能
离子态：如K 选择性吸收
化合态不稳定：如N、P、Mg
稳定：如Ca、Fe 可重复利用不能重复利用
5 合理灌溉与施肥
合理灌溉
植物一生中都需要不断地吸收水分。

不同的植物需水量不同；同一种植物不同的发育时期，需水量也不相同。

合理灌溉就是指根据植物的需水规律适时地、适量地灌溉，以便植物体茁壮生长，并且用最少的水获取最大的效益。

合理施肥
植物一生中都需要不断地从外界吸收必需的矿质元素。

不同的植物对各种必需矿质元素的需要量不同；同一种植物不同的生长发育时期，对各种矿质元素的需要量也不相同。

合理施肥就是指根据植物的需肥规律适时地、适量地施肥，以便植物体茁壮生长，并且获少肥高效的结果。

【例1】下列哪种细胞被放入高渗溶液中将会出现质壁分离现象( A
)
A 刚撕下的蚕豆叶表皮细胞
B 尚未萌发的菜豆的胚芽细胞
C 用95%乙醇浸泡过的洋葱鳞片叶上表皮细胞
D 刚切下的小麦根尖生长点细胞
【解析】成熟的植物细胞通过渗透作用失水发生质壁分离现象。

一个典型
的渗透装置必需具备两个条件：半透膜、半透膜两侧有浓度差。

根尖生长点细胞、菜豆的胚
芽细胞因缺少大液泡而不发生质壁分离现象。

用95%乙醇浸泡导致植物细胞死亡，膜的选择
透过性功能受到破坏，变成全透性的膜，因此也不能发生质壁分离现象。

只有刚撕下的蚕豆
叶表皮细胞是一个成熟的植物细胞，同时具有生理活性，在高渗溶液中将发生质壁分离现象。

【例2】如图为测定植物蒸腾作用的简易装置，整个装置是密封且充满水的
，仅细管中留有一个气泡。

根据标尺可计算出气泡移动的位置。

进而计算出水分变化的数量。

这一数量代表()
C
A 蒸腾失水的数量
B 光合作用消耗的水量
C 植株吸收的水量
D 呼吸作用消耗的水量
【解析】植物体吸收的水分主要由蒸腾作用散失，约占植物体吸水总量的
95%～99%。

在光合作用和呼吸作用等生理过程中，水是反应的原料之一。

上图所示的装置中
，植物体所有吸收的水分都是通过玻璃细管，因此气泡移动表示植株的吸水总量。

题中“测
定植物蒸腾作用的装置”这种说法具有一定的干扰性，如果忽略了光合作用和呼吸作用等生
理过程对水的消耗，这种说法是可以成立的。

【例3】下图是研究植物水分代谢的四个实验装置。

图(3)、(4)玻璃管口下封以半透膜
A30%蔗糖溶液B蔗糖溶液
请判断实验开始后，玻璃管内的水是否流动及流动方向(无流动以×表示，流动方向
以↓、↑
、→、←表示)。

下面四个选项中的符号依次表示四个装置中用括号标示的玻璃管内的水分
B
流动现象，其中正确的是()
A ↑↓××
B ×↑×→
C ↓↑→→
D ↓↑×←
【解析】本题以具体的实验为背景考核植物水分代谢的基本概念，涉及渗透作用，植物体内水分蒸腾和水分运输的知识。

装置(2)是一个常见的情境，情况与日常生活中将鲜花插在花瓶中类似。

植物的叶和茎通过蒸腾作用将体内的水分散发到空气中。

蒸腾作用产生拉力，使水分上升。

因此该装置玻璃管
内的水分自然会向上流动。

装置(1)是装置(2)中将插有枝条的玻璃管倒置，使茎和叶浸于水中。

这种情况下，叶片和茎不可能蒸发。

因此，玻璃管内的水分既不会向枝条一端，也不会向具有油滴的一端流动，所以该玻璃管的水分不会流动。

(3)和(4)是两个渗透计由一个玻璃管连接起来的装置，主要考核渗透作用的知识。

渗透作用
是水分从溶液浓度低的一侧通过半透膜向溶液浓度较高的一侧运动的现象。

半透膜两侧浓度差越大，渗透作用的压力越大。

装置(3)两个渗透计的半透膜下方是水，上面是蔗糖溶液，都会发生渗透作用。

由于两个渗透计中均为30%的蔗糖溶液，因此两个渗透计
中渗透作用产生的压力相等，所以连接两个渗透计的玻璃
管内没有水分的净流动。

装置(4)左侧渗透计内
为30%蔗糖溶液，而右侧是5%蔗糖溶液，与右侧渗透计比
较，左侧渗透计半透膜两侧浓度差
大，产生的渗透压大，因此玻璃管内水分自左向右流动。

【例4】(2000年上海高考)请根据下列条件设计一个实验，
鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，写出实验步骤，并分析实验结果。

一瓶10%的蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液、250mL的烧杯一
只、半透膜制成的小袋一只、刻度玻璃管一支、细线一根、支架一个。

【解析】实验设计的一般方法是：先寻找科学的实验原理作为依据；其次是理解题目已知条件的隐含意义，充分利用所给的器材、试剂，设计好实验步骤；最后从
不同角度全面分析实验结果。

很明显，本题实验设计的原理是渗透作用，渗透作用产生的条件是两个方面：一是半透膜，
二是半透膜两侧溶液有浓度差。

在题目所提供的材料中，刻度玻璃管用来观察液面高度的变
化，细线用来扎紧透析袋和玻璃管，支架用于垂直固定。

实验结果有两种可能，玻璃管中液面上升或下降：如果液面升高，说明透析袋内溶液的浓度
高于烧杯中溶液中的浓度，即透析袋中为30%的蔗糖溶液，烧杯中为10%的庶糖溶液；反之，
透析袋中是10%的蔗糖溶液，烧杯中为30%的蔗糖溶液。

【例5】(1999年上海高考)下表是用于无土栽培时的一种培养液配方。

Ca(NO
3
) 21 0克
MgSO
4
0 25克
KH
2PO
4
0 25克
KCl0 12克
FeCl
3
0 005克
H
2
O1000克
请回答下列问题：
(1)培养液培养某植物时，往往要给培养液中通入空气，这一措施的目的是用以促进
，以有利于矿质元素的吸收。

要使植物生长良好，根据光合作用所必需的条件，除了适宜
的温度外，还需要和。

(2)植物在吸收培养液中矿质离子时，主要通过方式进行，经过一段时间后，检测
较少，这一现象与细胞膜的有关。

培养液中留存的Ca2+较多，而NO-
3
(3)若除去该培养液中的硫酸镁，将直接影响植物体内的合成。

该配方中属于植物
生长所需的大量元素是，微量元素是。

浓度(2)主动运【答案】(1)根的有氧呼吸光照适宜的CO
２
输选
择透过性
(3)叶绿素C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg Fe、Cl
【解析】植物生长发育必需的元素有16种，其中C、H、O、N、P、S、K、C
a、Mg为大量元素，Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl为微量元素。

矿质元素是以离子的形式被细
胞吸收，这一过程需要载体、能量，属于主动运输。

因此增加根的呼吸强度，就能促进矿质
元素的吸收，向培养液中泵入空气的目的是促进根的有氧呼吸。

矿质元素的离子进入细胞是一个主动运输的过程，需要载体的协助和消耗呼吸作用释放的能
量。

促进根的呼吸作用，有助于矿质元素离子的吸收。

对农田种植来说，松土有利于植物根
系的呼吸作用，而对无土栽培来说，植物的根系浸泡在营养液中，向营养液中泵入空气，增
加溶解氧，有助于促进根的呼吸。

矿质元素在植物体内的作用主要是参与细胞中某些化合物的合成、影响植物体的生命活动，
而元素的利用形式有三种，即呈离子状态，可自由移动，如钾元素；形成不稳定的化合物，
如氮、磷、镁；形成稳定的化合物，如钙和铁。

【例6】在根吸收无机盐离子过程中，一般情况下，下列因素中最重要的是
D
()
A 蒸腾速率
B 根尖表皮细胞内外无机盐离子的浓度差
C 离子进入根尖表皮细胞的扩散速率
D 根可利用的氧
【解析】本题考核植物根系吸收矿质元素过程的基本知识。

教材中明确指
出，“根细胞吸收土壤溶液中矿质元素的离子的过程，与根细胞的呼吸作用有密切关系”，“根细胞的细胞膜表面吸附的离子，还要进一步转移到根细胞中去，这是一个主动运输的过程”。

这说明根吸收矿质元素是一个主动吸收的运输过程，要消耗能量，能量要由呼吸作用
产生的ATP提供。

呼吸作用需要充足的氧气。

土壤中氧气的含量往往是一个制约因素。

选项D
“根可利用的氧”就成为根吸收无机离子最重要的因素，是本题的正确选项。

蒸腾速率与无
机盐在体内的运输有关，与吸收也有一定的关系，但无机离子进入根细胞是一个主动运输过
程，因而与蒸腾速率虽然有关，但不是主要的，所以选项A不是正确选项。

选项B和C都没有
从呼吸作用和主动运输考虑，因此也不是正确选项。

【例7】用含有各种必需元素的溶液培养大麦。

试验分两组，一组在光下，
一组在黑暗中，48小时后测定几种离子的浓度。

表中各离子下的数据为试验结束时，溶液中
离子的浓度占试验开始时浓度的百分比。

实验条件水分消耗/mlCa2+／%K +／%Mg2+／%
光下109013527179
暗中43510535113
回答下列问题：
(1)从吸收离子和吸收水的比例看，大麦在光下吸收哪种离子比吸收水分快?。

(2)从上述实验所获得的数据，可以得出哪些结论?
【答案】
(1)K+
(2)①光下蒸腾作用比黑暗中强，消耗水分多
②吸收矿质元素受光照影响
③吸收水分和吸收矿质元素是两个相对独立的过程
④植物对矿质离子的吸收具有选择性
【解析】本题要求考生看懂显示实验结果的数据表格，根据植物矿质营养生理的知识进行分析，从中得出正确的结论。

表中列出分别在光下和暗中进行的两组实验结果，包括水分消耗溶液中各离子浓度情况的数据。

在反映离子吸收情况一栏内显示实验结束时，溶液中有些离子的浓度超过实验开始时的浓度，即超过100%。

这一点可能使某些考生产生迷惑，为什么植物吸收了一定数量的离子
后溶液中离子浓度会超过100%呢?这时应当想到，植物从溶液中既吸吸离子又吸收水分。

如果以实验开始时的离子浓度吸收等比例的水分和离子，则实验结束时溶液中离子浓度不会改变，与实验开始时相等。

如果吸收水分比吸收离子快，则实验结束时溶液中离子浓度升高(以实验开始时溶液中该离子浓度为100%，实验结束时就超过100%)，如表中的钙离子和镁离子；如果吸收离子比吸收水分快，则实验结束时溶液中离子浓度比实验开始时下降，如钾离子(表中列出实验结束时光下为27%，暗中为35%)。

因此，第(1)小题的正确答案是K+。

全品高考复习方案延伸、拓展
第(2)小题要求学生全面分析表中数据，得出应有的结论。

根据第(1)小题，可以得出，植物从溶液中吸收水分和离子的数量不是按相同比例吸收的，这说明植物吸收水分和吸收矿质元素是两个相对独立的过程。

这是第一点结论。

比较表中所示大麦在光下和暗中吸收水分的数据，即可知道，光下比在黑暗中消耗水分多。

植物消耗水分主要通过蒸腾作用散失。

白天光照下气孔开放，气温高，蒸腾作用强。

由此可得出结论，光下蒸腾作用强，消耗水分多。

这是第二点结论。

比较表中光下和暗中两组实验结束时同一种离子的浓度，可容易看出，植物吸收矿质元素昼夜有别，受光照的影响。

这是第三点结论。

纵观表格中Ca、Mg、K几种离子浓度的数据，有的低于100%，有的高于100%。

这表明大麦吸
收各种离子的数量不等，具有选择吸收的特性。

这是第四点结论。