3—3 植物的水分代谢
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一、植物对水分的吸收
1.根吸收水分最活跃的部位是_______，这些细胞主要靠_______吸收水分。
答案：根尖成熟区的表皮细胞 渗透作用
2.未成熟的植物细胞中还没有形成_______，这样的细胞主要靠细胞内的_______、_______和_______等亲水性物质吸收水分，叫做_______。
答案：中央液泡 蛋白质 淀粉 纤维素吸胀作用
3.渗透作用的产生必须具备两个条件：一是具有一层_______；二是这层半透膜两侧的溶液具有_______。
答案：半透膜 浓度差
4.从整个植物细胞来看，可以把原生质层看成一层半透膜，其中主要包括______、______和______。
答案：细胞膜 液泡膜 两层膜之间的细胞质
5.对于一个成熟的植物细胞，当外界溶液的浓度大于细胞液的浓度时，植物细胞就通过渗透作用_______，逐渐表现出_______的现象；当外界溶液的浓度小于细胞液的浓度时，植物细胞就通过渗透作用_______，逐渐表现出_______的现象。
答案：失水 质壁分离 吸水 质壁分离复原
二、植物对水分的运输、利用和散失
1.根吸收的水分，通过根、茎、叶的_______，运输到植株的地上部分。
答案：导管
2.植物吸收的水分，一般只有1%～5%的水分保留在植物体内，参与_______和_______等生命活动，其余的水分几乎都通过_______散失掉。植物散失水分，是植物吸收水分和促使水分在体内运输的_______。
答案：光合作用 呼吸作用 蒸腾作用 动力
三、合理灌溉
1.不同植物的需水量_______，同一种植物在不同的生长发育时期，需水量_______。
答案：不同 不同
2.合理灌溉就是指根据植物的_______适时地、适量地灌溉，以便使植物体茁壮生长，并且用_______的水获取_______的效益。
答案：需水规律 最少 最大
探究归纳
要点1 吸胀吸水和渗透吸水
【例1】 下列植物干种子中，吸水能力最强的是( )
A.花生种子
B.黄豆种子
C.蓖麻种子
D.向日葵种子
解析：干种子的吸水方式为吸胀吸水，吸胀吸水主要靠细胞内的亲水性物质蛋白质、淀粉、纤维素吸收水分，而这三者的亲水性依次递减。黄豆种子中蛋白质含量最高，所以吸水能力最强。
答案：B
归纳与迁移
吸胀吸水和渗透吸水
（1）吸胀吸水
①条件：细胞形成中央大液泡之前。
②原理：吸胀作用。蛋白质、淀粉、蛋白质等分子间有缝隙，水分子可扩散或以毛细血管作用形式进入其中并与之结合起来，使其膨胀。
③亲水性大小：蛋白质＞淀粉＞纤维素。
④举例：分生区细胞，刚刚分裂的细胞、风干的种子。
（2）渗透吸水
①条件：细胞形成中央大液泡以后。
②原理：渗透作用。原生质层相当于半透膜，具有一定浓度的细胞液与外界溶液存在浓度差，水分子可以在两种溶液中扩散。
③方向：低浓度溶液→高浓度溶液。
④验证：质壁分离和复原实验。
要点2 对渗透和扩散的理解
【例2】 下列属于渗透作用的是( )
A.蔗糖在水中溶解使水变甜
B.一片新鲜的萝卜放在清水中变硬
C.干大豆种子泡在清水中逐渐胀大
D.暑天放在空气中的食盐潮解
解析：蔗糖分子的溶解，是蔗糖分子未经过半透膜的扩散；大豆种子的吸水属于吸胀吸水(吸胀作用)；新鲜萝卜片放在清水中变硬，是由于萝卜细胞通过选择透过性膜，从外界吸收水分的结果，属于渗透作用。
答案：B
归纳与迁移
渗透是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜向溶质浓度大的一方做分子运动，使膜两侧溶质浓度达到均衡的现象。扩散是指物质从密度大的空间自然向密度小的空间运动的现象。活细胞时刻不停地与它的环境进行物质交换，细胞选择吸收的物质，从高浓度一边通过细胞膜到达低浓度一边的扩散方式叫做自由扩散，如水、氧气、二氧化碳、甘油等物质通过细胞膜的方式都属于自由扩散。总之，从生物学的角度来讲，扩散是指水分子等溶剂分子从高浓度向低浓度的运动，而渗透则是分子通过半透膜的扩散，是扩散的一种特殊形式。水分子进出细胞的方式既可以说是自由扩散，又可以说是渗透，但氧气、二氧化碳、甘油等物质进出细胞只能说是自由扩散，而不能说是渗透。二者的关系可用图3-3-1表示：
图3-3-1
渗透现象的判断：分析某一现象是否发生渗透现象，主要分析其是否满足构成渗透装置的条件：①有一个起分隔作用的半透膜或选择透过性膜结构；②被膜分开的两侧均为液体且存在浓度差。如将鲜白菜放在盐水中，白菜将失水变软，这一过程发生了渗透现象；而将鲜白菜放在空气中或将煮熟的白菜放在盐水中，白菜均将变软，但不属于渗透现象。
要点3 植物细胞发生渗透作用的条件、原理、应用
【例3】 将下列细胞置于30%蔗糖溶液中，能够发生质壁分离的现象的是( )
A.人的口腔上皮细胞
B.洋葱根尖生长点细胞
C.干燥的大豆种子细胞
D.根尖成熟区表皮细胞
解析：此题运用综合分析法进行解答。只有活的、成熟的植物细胞(细胞内有大液泡)才能与外界溶液发生渗透作用，产生质壁分离和复原现象。A项中人体细胞若处于高浓度的外界溶液中，虽然可以通过渗透作用失水，但不能发生质壁分离现象（因为动物细胞没有细胞壁）。B、C两项虽为植物细胞，但其细胞内均无大液泡。只有成熟区的表皮细胞才具备发生质壁分离的条件。
答案：D
归纳与迁移
植物细胞发生渗透作用的条件、原理、应用
（1）发生质壁分离的条件是：①活着的成熟植物细胞；②外界溶液浓度高于液泡内细胞液的浓度。动物和人的细胞没有细胞壁、干种子和根尖分生区细胞没有大液泡、死的植物细胞(膜失去选择透过性)等不能发生质壁分离，已发生质壁分离的细胞死亡后，也不能复原。
植物细胞的细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的原生质是一层选择透过性膜，水分子可以自由通过，相当于渗透装置中的半透膜。当细胞液的浓度与“膜”环境中溶液浓度不相同时，水分子就可以通过这层“膜”发生渗透作用。
(2)渗透作用原理的应用
①观察植物细胞的细胞膜：由于植物细胞的细胞膜是紧贴着细胞壁的，所以，在一般情况下是看不到细胞膜的。但若植物细胞发生了质壁分离，则能清楚地看到与细胞壁分离开来的原生质层最外面的细胞膜。
②判断植物细胞的死活：细胞死后，原生质层便失去了选择透过性，也就是说，渗透作用的条件之一——半透膜不具备了。我们可以通过质壁分离和复原实验去检验，只有活的植物细胞才能有此现象。
③测定植物细胞的细胞液浓度：我们可以用不同浓度的某种溶液处理植物细胞，根据发生质壁分离和质壁分离复原现象加以判断。
④食品防腐处理：高浓度的盐、糖、醋等溶液能够使细胞脱水死亡，细胞膜、液泡膜通透性改变，盐、糖、醋进入细胞液，从而既保存了食品，又能腌制各种味道。这也是烹调师随食品种类不同，把握放置盐、糖、醋等的时间，确保食品鲜脆味美的基本原理。
⑤田间水肥管理：施肥的时机和用量要根据作物种类的不同、作物不同的生长时期，以及土壤的状况进行综合考虑。如施肥过多会使植物细胞过度失水，植株萎蔫，甚至死亡。如农作物一旦发生萎蔫，必须适时采取措施，防止农作物的死亡。
要点4 半透膜与选择透过性膜
【例4】 2005上海高考 将盛有一定浓度蔗糖溶液的透析袋口扎紧后浸于蒸馏水中，图332表示透析袋中蔗糖溶液浓度与时间的关系，正确的是( )
图3-3-2
解析：透析袋中蔗糖溶液与外界蒸馏水发生渗透作用，水分子不断进入，因此蔗糖溶液浓度不断下降，最后达到平衡。
答案：B
归纳与迁移
半透膜与选择透过性膜
半透膜是指某些物质可以通过，而另一些物质不能通过的多孔性薄膜。它往往是只能让小分子物质通过，而大分子物质则不能通过，不具有选择性，不是生物膜。
选择透过性膜是指水分子能自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过的生物膜。像细胞膜、液泡膜和原生质层都属于选择透过性膜。这些膜具有选择透过性的根本原因在于这些膜上具有运载不同物质的载体。不同的植物对同种离子的吸收量不同，同种植物对不同离子的吸收量不同，都证明细胞膜具有选择透过性。当细胞死亡后，膜的选择透过性便消失，从而说明了选择透过性膜是具有生物活性的。可以这样说，选择透过性膜是功能完善的一类半透膜。
当植物细胞处于高浓度的无机盐，如KNO3溶液中，细胞开始进行质壁分离，之后又开始质壁分离复原，因为K+和NO能被植物细胞吸收进入液泡内。
要点5 水分代谢知识在农业生产实践及生活中的应用
【例5】 下列不符合合理灌溉要求的是( )
A.水稻和小麦的需水量不同，所以应灌溉不同量的水
B.小麦的幼苗期和孕穗期应灌溉不同量的水
C.应以土壤含水量确定是否灌溉
D.合理灌溉能用最少的水获取最大的效益
解析：合理灌溉是根据植物的需水规律适时、适量地灌溉，用最少的水获得最大的效益，即按植物的需要灌溉，而不是依据土壤含水量。
答案：C
归纳与迁移
水分代谢知识在农业生产实践及生活中的应用
（1）对农作物合理灌溉，既是满足作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度，促进了水分的吸收。
（2）盐碱地中植物更易缺水或不易存活，一次施肥过多，会造成“烧苗”现象。这是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过根细胞液浓度，这样，根就不易吸水或因失水而造成“烧苗”现象。
（3）农民在移栽白菜时往往去掉一些大叶片，是因为刚栽的白菜的根不能很快地从土壤中吸水，去掉几片大叶片可以减少水分散失，避免造成刚栽的白菜体内失水过多死亡，从而提高成活率。
（4）糖渍、盐渍食品(如盐渍新鲜鱼、肉)不变质的原因是在食品的外面形成很高浓度的溶液，使微生物(如细菌)不能在上面生存、繁殖而较长时间地保存。
（5）用浓度较高的糖或盐溶液腌制食品，细胞大量失水死亡，细胞膜失去选择透过性，糖或Na+、Cl-大量进入死细胞，使腌制食品具有甜味或咸味。
（6）夏季中午，叶的气孔关闭是为了减少水分的过分蒸腾。
汗老师讲方法
成熟的植物细胞是一个渗透系统
（1）渗透系统具备两个基本条件：①要有半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差。
（2）有大液泡的成熟植物细胞具备发生渗透作用的两个条件：①原生质层相当于半透膜；②一般情况下，膜两侧具有一定的浓度差，因为液泡内的细胞液一般具有一定的浓度，参见图3-3-3：
图3-3-3
（3）植物细胞吸水或失
水当细胞液浓度>外界溶液浓度时，吸水；
当细胞液浓度<外界溶液浓度时，失水。
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