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實(shí)驗(yàn)專題三 ——探究植物細(xì)胞的吸水和失水
一、植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)：
1.實(shí)驗(yàn)原理：
2.實(shí)驗(yàn)材料的選擇：
（1）選擇的細(xì)胞：具有中央大液泡的成熟植物細(xì)胞可發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象，如：紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞，與無(wú)色透明的細(xì)胞壁易區(qū)分；
（2）不能選擇的細(xì)胞：死細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞及未成熟的植物細(xì)胞(如根尖分生區(qū)細(xì)胞)不發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象；
（3）一般不選擇細(xì)菌細(xì)胞，它能發(fā)生質(zhì)壁分離，但現(xiàn)象不明顯；
3.實(shí)驗(yàn)步驟：
4.試劑的使用：
（1）0.3g/mL的蔗糖溶液，清水；
（2）溶質(zhì)不能透過(guò)半透膜：在一定濃度的溶液中只會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，不能發(fā)生自動(dòng)復(fù)原現(xiàn)象（只有用清水或低滲溶液處理，方可復(fù)原）。
（3）溶質(zhì)可透過(guò)半透膜：在一定濃度的溶液（如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等）中可發(fā)生質(zhì)壁分離，并能自動(dòng)復(fù)原，因?yàn)镵＋、NO、尿素、乙二醇等可轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞液濃度升高，細(xì)胞滲透吸水而發(fā)生自動(dòng)復(fù)原。
（4）濃度過(guò)高的蔗糖溶液：如：0.8 g/mL，質(zhì)壁分離現(xiàn)象明顯，但不能復(fù)原，因?yàn)槿芤簼舛冗^(guò)高，使細(xì)胞因過(guò)度失水而死亡。
（5）鹽酸、酒精、醋酸等溶液：能殺死細(xì)胞，不適合做質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的溶液。
5.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：
（1）發(fā)生質(zhì)壁分離時(shí)在細(xì)胞壁和細(xì)胞膜之間充滿的是外界溶液，原因是細(xì)胞壁具有全透性。
（2）“質(zhì)”指原生質(zhì)層；“壁”指細(xì)胞壁；
（3）質(zhì)壁分離不久就得做復(fù)原實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榧?xì)胞過(guò)度失水會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡；
6.本實(shí)驗(yàn)存在兩組對(duì)照實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)的兩組實(shí)驗(yàn)均為自身對(duì)照，自身對(duì)照指對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組在同一研究對(duì)象上進(jìn)行，是實(shí)驗(yàn)前后之間的對(duì)照。
二、實(shí)驗(yàn)拓展應(yīng)用：
1.判斷成熟植物細(xì)胞的死活：
2.測(cè)定細(xì)胞液濃度范圍：
3.比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度大小：
4.比較未知濃度溶液的濃度大小：
5.鑒別不同種類的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)：
課后·限時(shí)訓(xùn)練
(時(shí)間：20分鐘)
1.水通道蛋白位于部分細(xì)胞的細(xì)胞膜上，能介導(dǎo)水分子跨膜運(yùn)輸，提高水分子的運(yùn)輸效率。如圖是豬的紅細(xì)胞在不同濃度的NaCl溶液中，紅細(xì)胞體積和初始體積之比的變化曲線(O點(diǎn)對(duì)應(yīng)的濃度為紅細(xì)胞吸水漲破時(shí)的NaCl濃度)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞是提取細(xì)胞膜的良好材料，原因是___________________
_______________________。根據(jù)圖示可知，稀釋豬的紅細(xì)胞時(shí)應(yīng)選用濃度為_(kāi)_______mmol/L的NaCl溶液。在低滲溶液中，紅細(xì)胞吸水漲破并釋放內(nèi)容物后，剩余的部分稱為“血影”，則“血影”的主要成分是____________。
(2)分析上圖，將相同的豬的紅細(xì)胞甲、乙分別放置在A點(diǎn)和B點(diǎn)對(duì)應(yīng)濃度的NaCl溶液中，一段時(shí)間后，紅細(xì)胞甲的吸水能力________(填“大于”“小于”或“等于”)紅細(xì)胞乙，原因是________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)將豬的紅細(xì)胞和肝細(xì)胞置于蒸餾水中，發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞吸水漲破所需的時(shí)間少于肝細(xì)胞，結(jié)合以上信息分析，其原因可能是
_____________________________________________________________。
2.(科學(xué)探究)某校生物興趣小組利用“小液流法”估測(cè)黑藻葉片細(xì)胞的細(xì)胞液濃度，實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果如下：
實(shí)驗(yàn)步驟：
①配制具有一定濃度梯度的蔗糖溶液。
②取12支干燥潔凈的帶塞試管，分成甲、乙兩組，每組試管依次編為1～6號(hào)。向甲、乙兩組相同編號(hào)的試管中加入相同濃度的蔗糖溶液4 mL，迅速塞緊試管，備用。
③取大小相似的黑藻葉片60片，隨機(jī)均分為6組，分別加入甲組的6支試管中，并塞緊試管。放置20 min，期間多次搖動(dòng)試管。再向甲組每支試管中均加入微量甲晞藍(lán)粉末(忽略對(duì)蔗糖濃度的影響)，充分搖勻。
④將乙組蔗糖溶液搖勻，用彎頭毛細(xì)吸管從甲組試管中吸取少量藍(lán)色溶液，插入乙組相同編號(hào)試管內(nèi)的溶液中部，從毛細(xì)吸管一端輕輕擠出1小滴藍(lán)色溶液(如下圖)。觀察藍(lán)色小滴的升降情況，并做好記錄。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
乙組試管編號(hào) 1 2 3 4 5 6
加入的蔗糖溶液/(mol·L－1) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
藍(lán)色小滴升降情況 ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)步驟②中，裝有不同濃度蔗糖溶液的試管要及時(shí)塞緊的目的是
____________________________________________________________________。
步驟③不同試管中加入的黑藻葉片的大小和數(shù)量要相同，這屬于對(duì)實(shí)驗(yàn)________變量的控制。
(2)乙組試管1、2、3中藍(lán)色小滴均下降，原因是
__________________________________________________________________，
其中下降最慢的是試管________中的藍(lán)色小滴。
(3)取出甲組6支試管中的黑藻葉片進(jìn)行顯微觀察，可發(fā)現(xiàn)試管________中的黑藻葉片細(xì)胞內(nèi)葉綠體分布最密集。
(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可估測(cè)黑藻葉片細(xì)胞的細(xì)胞液濃度介于________之間。若要使估測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確，則實(shí)驗(yàn)思路是
____________________________________________________________________。
課后·限時(shí)訓(xùn)練—答案
(時(shí)間：20分鐘)
1.答案　(1)哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核和眾多的細(xì)胞器　150　蛋白質(zhì)和磷脂　(2)小于　 紅細(xì)胞甲失水量小，細(xì)胞滲透壓較低，細(xì)胞吸水能力較弱　
(3)紅細(xì)胞膜上存在水通道蛋白，肝細(xì)胞膜上無(wú)水通道蛋白
解析　(1)哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核和眾多的細(xì)胞器，只有細(xì)胞膜一種生物膜；由圖示知，豬的紅細(xì)胞在濃度為150 mmoL/L的NaCl溶液中時(shí)，細(xì)胞體積與初始體積之比為1，細(xì)胞的體積不變，說(shuō)明濃度為150 mmol/L的NaCl溶液為豬紅細(xì)胞的等滲溶液；在低滲溶液中，豬紅細(xì)胞吸水漲破并釋放內(nèi)容物后，剩余的部分主要是細(xì)胞膜，其主要成分是蛋白質(zhì)和磷脂。(2)將相同的豬的紅細(xì)胞甲、乙分別放置在A點(diǎn)和B點(diǎn)對(duì)應(yīng)濃度的NaCl溶液中，一段時(shí)間后，紅細(xì)胞甲的體積與初始體積之比大于紅細(xì)胞乙的體積與初始體積之比，說(shuō)明紅細(xì)胞甲的失水量小于紅細(xì)胞乙，細(xì)胞滲透壓較低，細(xì)胞吸水能力較弱，所以紅細(xì)胞甲的吸水能力小于紅細(xì)胞乙。(3)水通道蛋白位于部分細(xì)胞的細(xì)胞膜上，能介導(dǎo)水分子跨膜運(yùn)輸，提高水分子的運(yùn)輸效率。由此可推知紅細(xì)胞吸水漲破所需的時(shí)間少于肝細(xì)胞，其原因可能是紅細(xì)胞膜上存在水通道蛋白，肝細(xì)胞膜上無(wú)水通道蛋白。
2.答案　(1)防止因水分蒸發(fā)而導(dǎo)致蔗糖溶液濃度發(fā)生改變　無(wú)關(guān)
(2)甲組1、2、3試管中黑藻葉片的細(xì)胞液濃度大于蔗糖溶液濃度，細(xì)胞吸水，導(dǎo)致試管中蔗糖溶液濃度上升，藍(lán)色小滴濃度大于乙組相同編號(hào)試管內(nèi)溶液的濃度　3
(3)6
(4)0.15～0.20(mol·L－1 )　在0.15～0.20(mol·L－1)之間縮小濃度梯度，繼續(xù)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，藍(lán)色小滴不移動(dòng)時(shí)試管中的蔗糖溶液濃度與黑藻葉片細(xì)胞液濃度相當(dāng)
解析　(1)本實(shí)驗(yàn)的目的是透過(guò)滲透失水或吸水估測(cè)黑藻葉片細(xì)胞的細(xì)胞液濃度，因此要控制好無(wú)關(guān)變量對(duì)溶液濃度的影響，因此裝有不同濃度蔗糖溶液的試管要及時(shí)塞緊的目的是防止因水分蒸發(fā)而導(dǎo)致蔗糖溶液濃度發(fā)生改變。步驟③不同試管中加入的黑藻葉片的大小和數(shù)量要相同，這屬于對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)變量的控制。
(2)藍(lán)色小滴下降或上升與液滴濃度與蔗糖溶液濃度的大小有關(guān)，當(dāng)藍(lán)色小滴的濃度大于蔗糖溶液的濃度時(shí)，藍(lán)色小滴下降，反之藍(lán)色小滴就上升。因此乙組試管1、2、3中藍(lán)色小滴均下降，原因是甲組1、2、3試管中黑藻葉片的細(xì)胞液濃度大于蔗糖溶液濃度，細(xì)胞吸水，導(dǎo)致試管中蔗糖溶液濃度上升，藍(lán)色小滴濃度大于乙組相同編號(hào)試管內(nèi)溶液的濃度，且濃度相差越小，下降越慢，故3號(hào)下降最慢。
(3)由于乙組4、5、6號(hào)試管中的藍(lán)色小滴上升，說(shuō)明其濃度小于乙試管內(nèi)的蔗糖溶液濃度，進(jìn)一步可知甲組的4、5、6號(hào)試管的黑藻葉片細(xì)胞發(fā)生了滲透失水，導(dǎo)致蔗糖溶液濃度降低，進(jìn)而藍(lán)色小滴的濃度也降低。由于乙組6號(hào)的蔗糖溶液濃度最大，因此對(duì)應(yīng)的甲組剛開(kāi)始的蔗糖溶液濃度最大，導(dǎo)致其中的黑藻葉片細(xì)胞失水最多，其中的葉綠體分布最密集。
(4)分析表格可知，在0.15(mol·L－1)時(shí)，藍(lán)色小滴下降，說(shuō)明黑藻葉片吸水，此時(shí)黑藻葉片細(xì)胞液濃度大于外界蔗糖溶液濃度；而在0.20(mol·L－1)時(shí)，藍(lán)色小滴上升，說(shuō)明黑藻葉片失水，此時(shí)黑藻葉片的細(xì)胞液濃度小于外界的蔗糖溶液濃度，因此可估測(cè)黑藻葉片細(xì)胞的細(xì)胞液濃度介于0.15～0.20(mol·L－1 )之間。若要使估測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確，則實(shí)驗(yàn)思路是在0.15～0.20(mol·L－1)之間縮小濃度梯度，繼續(xù)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，藍(lán)色小滴不移動(dòng)時(shí)試管中的蔗糖溶液濃度與黑藻葉片細(xì)胞液濃度相當(dāng)。

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