植物对水分的吸收和利用【学习目标】1．识记植物细胞吸水和

1植物对水分的吸收和利用【学习目标】1．识记植物细胞吸水和失水的原理。2．识记水分在植物体内的运输、利用和散失。3．知道合理灌溉在生产和生活实践中的应用。【学习障碍】1．理解障碍(1)如何理解原生质与原生质层、扩散与渗透、半透膜与选择透过性膜等概念？(2)如何理解渗透作用的原理以及植物细胞吸水和失水的条件？2．解题障碍(1)用渗透作用等概念分析解释某些现象。(2)用植物吸水和失水的原理解决生产实际问题。【学习策略】1．理解障碍的突破(1)用“并列比较法”理解半透膜与选择透过性膜、原生质与原生质层、扩散与渗透的区别。①半透膜与选择透过性膜的区别异中求同：二者都是限制性的透过膜。同中求异：半透膜是指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜(如动物的膀胱膜、肠衣、鸡蛋的卵壳膜、花生种皮等)。而选择透过性膜主要是由于膜上具有一些运载物质的载体，因为不同细胞膜上含有载体的种类和数量不同，即使同一细胞膜上含有的运载不同物质载体的数量也不同，因而表现出细胞膜对物质透过的高度选择性。当细胞死亡时，膜便失去选择透过性成为全透性。因此，半透性与选择透过性是两个明显不同的概念。②原生质与原生质层的区别异中求同：二者都是构成细胞的有生命的物质或结构。同中求异：原生质是细胞内的生命物质，可分化为细胞膜、细胞质和细胞核等部分，细胞壁不属于原生质。一个动物细胞可以看成是一团原生质。成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，可以看作是一层选择透过性膜，它不包括细胞液这部分。③自由扩散与渗透的区别异中求同：二者都是物质经过膜扩散的方式。物质从高浓度区域向低浓度区域的运动称为扩散，如O2由细胞外通过细胞膜进入细胞内的过程，在细胞内O2仍可进一步扩散，与过膜与否无关。同中求异：自由扩散是小分子物质过膜的一种方式。渗透是水等溶剂分子从低浓度溶液一方通过半透膜(或选择透过性膜)进入高浓度溶液一方的过程，是扩散的一种特殊方式，进行扩散的物质仅限于“溶剂分子”，还必须通过半透膜(或选择透过性膜或原生质层)。(2)用“实验分析法”理解渗透作用的原理以及植物细胞吸水和失水的条件。通过人工渗透作用的实验装置可以看出：渗透作用发生的两个条件，一是具有半透膜；二是半透膜两侧溶液具有浓度差。通过实验我们不难发现一个成熟的植物细胞具备发生渗透作用的条件，由此可以说一个成熟的植物细胞就是一个活的渗透系统。植物细胞的吸水和失水遵循渗透作用的原理。①半透膜只允许水或其他溶剂分子通过，而溶质分子难以通过；渗透是水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散，因此半透膜两边的浓度差是渗透作用的前提，它决定了水分子的渗透方向和数量。②渗透作用为什么能使水分子从低浓度向高浓度转移呢?一般讲的浓度是溶质的浓度，而渗透的物质是溶剂分子。溶质的浓度越高(实验装置的漏斗内的溶质)，相对地说单位体积内溶剂分子数越少；反之溶液浓度越低(实验装置的烧杯内的溶液)，相对地说单位体积内溶剂分子数越多。溶剂分子在渗透过程中由单位体积分子数多的地方向分子数少的地方扩散。因此，就一般所讲的浓度而言，渗透作用中的溶剂分子(例如水分子)从低浓度向高浓度渗透。③成熟的植物细胞从结构上看，细胞壁是全透性的，细胞膜、液泡膜是选择透过性膜，加上两膜之间的细胞质所构成的原生质层，可以看成是一层选择透过性膜，而液泡中含有有机酸、生物碱、糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质，因此细胞液具有一定的浓度。由此可以看出植物细胞具备发生渗透作用的条件，所以植物细胞是一个渗透系统。当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，即表现为渗透吸水，这是植物细胞吸水的主要方式。根据渗透吸水原理，我们可以用不同浓度的溶液处理植物细胞，判断其吸水或是失水，可以通过质壁分离和复原实验进行验证和探索，并以此来进一步测定细胞的渗透压或细胞液的浓度，判断细胞的生活状况是死是活等。(3)理论联系实际理解在移栽树木时应注意的问题。在学习完水分的吸收和利用知识后，要应用所学的知识来解决常见的生产实践问题。在移栽树木时，由于要损伤一些根，影响了对水分的吸收，因此，要采取措施尽量减少水分散失，以保持体内水分平衡。这样在移栽时要去掉部分枝叶，或在傍晚、阴雨天进行，以降低蒸腾作用；此外为了增加水分的吸收，要尽可能带土移栽；以免损伤更多的幼根，促进水分的吸收。2．解题障碍(1)用“对号入座法”解有关渗透现象的题。[例1]下列现象属于渗透作用的是A．水分子通过细胞壁B．氨基酸分子通过细胞膜C．K＋通过原生质层D．水分子通过原生质层解析：用“对号入座法”解。渗透作用是指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，在供选答案中，水是溶剂分子，原生质层可当半透膜看待。K＋和氨基酸通过膜为主动运输，细胞壁具有全透性，显然也不是渗透作用。2答案：D(2)用“类比分析法”解植物吸水和失水的原理及生产实际的问题。[例2]如下图所示，在U型管中部C处装有半透膜，在a侧加入细胞色素C分子(分子量为1.3万道尔顿的蛋白质)水溶液(红色)，b侧加入清水，并使a、b两侧液面高度一致，经一段时间后，实验结果将是A．a、b液面一致，b侧无色B．a、b液面一致，b侧红色C．a液面低于b，b侧红色D．a液面高于b，b侧无色解析：用“类比分析法”解。此题是以上述简单的实验情境模拟现实，全面考查了渗透作用原理。图中已知条件有：c处为半透膜，半透膜两侧溶液具有浓度差，且a侧浓度b侧浓度，依据渗透作用原理，水分子总的渗透方向表现为b侧至a侧，故一段时间后，结果将是a侧液面高于b侧液面。另外，根据半透膜的性质，水分子能通过，但大分子的细胞色素C分子不能通过，故b侧仍为无色。所以，本题答案选D。答案：D点评：(1)对上题可以作这样变形：a侧细胞色素C分子溶液浓度为10%，b侧不加入清水而是加入浓度为10％的蔗糖溶液，则一段时间后结果将是A．a、b液面一致B．a液面低于b液面C．a液面高于b液面D．无法确定此题很容易误选A，或选择D答案。表面上看a、b两侧溶液浓度是相等的，但是由于两侧溶液溶质分子大小不同，同质量的两种物质的分子数就不同。水分子的渗透方向取决于半透膜两侧的溶液浓度，其本质是取决于两侧水分子密度。选A错误在于机械地理解了溶液的浓度。由于细胞色素C分子远大于蔗糖分子，因此，相同体积溶液中的水分子在相同时间内从a侧向b侧通过的水分子数多于b侧向a侧通过的水分子数，总之，水分子从密度高的一侧向密度低一侧扩散是总的趋势，故应选答案B。(2)对上题又可作这样变形：a侧不加细胞色素C分子溶液而加入浓度为10%葡萄糖溶液，b侧仍然加入浓度为10%的蔗糖溶液，(半透膜c允许溶剂和葡萄糖通过，不允许蔗糖通过)，则开始和一段时间后液面的情况是A．先a液面高于b液面，后a液面高于b液面B．先b液面高于a液面，后b液面高于a液面C．先a液面高于b液面，后b液面高于a液面D．先b液面高于a液面，后a液面高于b液面此题包括两种分子的扩散，一是水分子的扩散，二是葡萄糖分子的扩散。由于蔗糖分子大于葡萄糖分子，因此，相同体积溶液中的水分子在相同时间内从b侧向a侧通过的水分子数多于a侧向b侧通过的水分子数，实际上，a侧的葡萄糖分子同时也向b侧扩散，但由于葡萄糖分子比水分子大，其扩散速度就稍慢一些，所以先a液面高于b液面，后b液面高于a液面，故应选答案C。可见，对渗透作用原理的理解，应抓住其两个基本条件作必要的延伸和拓展。【同步达纲练习】1．能够称之为渗透作用的是A．钾通过原生质层B．氧气通过细胞壁C．水通过原生质层D．水分子通过细胞壁2．下图表示某植物相邻的3个细胞，其细胞液浓度依次为ABC，正确表示它们之间水分子渗透方向的是3．下图中E、F、G为三个用半透膜制成的小袋，E、F体积相同，G体积较大。开始时3个小玻璃管内的液面高度相同，且三种溶液的浓度关系为溶液甲溶液乙溶液丙，则：(1)1小时后，管e和管f的液面升降变化是3A．管e下降，管f下降B．管e下降，管f上升C．管e上升，管f上升D．管e上升，管f下降(2)下图中曲线能表示管f和管g内液面可能变化的是4．用2mol／L的乙二醇溶液和2mol／L的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞，观察质壁分离现象，得到原生质体体积的变化情况如下图所示。请回答：(1)原生质体体积在A→B段的变化说明：在该段时间内水分从原生质体_________，细胞液浓度_________。(2)在1min后，处于2mol／L的蔗糖溶液中的细胞，其细胞液浓度将_________。此时，在细胞壁与原生质层之间充满了____________。要使其复原，可将其置于____________。(3)在1min后，处于2mol／L的乙二醇溶液中的细胞，其原生质体体积的变化是由于____________逐渐进入细胞，引起细胞液浓度_________。参考答案【同步达纲练习】1．解析：用“对号入座法”来解。答案：C2．解析：用“直接判断法”来解。答案：C3．解析：用“图文转换法”和“类比分析法”来解。首先要读懂图中的信息。依据渗透作用原理，不难得出题①答案应为A。而题②条件是袋F和袋G内外溶液浓度差相等，并且都是溶液乙和丙。首先应判断两者液面上升还是下降，根据浓度关系，显然都是下降，即为A或B曲线。而此题的难点在于两者下降速率的快慢比较，由于G半透膜面积明显大于F，因此在单位时间内G失水的总量应大于F，再则玻璃管f和g相同，所以g内液面下降比f快，应选答案B。答案：(1)A(2)B4．解析：用“图文转换法”和“类比分析法”来解。首先要读懂图中的信息。此题通过坐标曲线描述了原生质体体积的变化，显然这种体积的变化是由于细胞渗透作用吸水或失水造成的。两条曲线的区别说明分离后能否自动复原，因此该题的主要知识障碍应是蔗糖分子或乙二醇分子能否通过半透膜(原生质层)而进入细胞，从曲线可知乙二醇能进入细胞，而蔗糖分子则不能。答案：(1)外渗变大(2)不变蔗糖溶液清水中(3)乙二醇分子变大点评：我们还可进一步思考应用渗透作用原理解释解决实际问题，如用质壁分离实验测定细胞液的浓度，应用渗透作用判断两种溶液浓度大小，应怎样设计实验等