专题二 第2讲 水分代谢与矿质代谢
[基础等级评价]
1．如图中甲是渗透装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间，下列叙述中不正确的是( )
A．半透膜内溶液A的浓度变化可用曲线丙表示
B．水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线乙表示
C．玻璃管内的液面高度变化可用曲线丙表示
D．半透膜内外浓度差的变化可用曲线乙表示
解析：由于半透膜内为30%的蔗糖溶液，膜外为蒸馏水，膜内溶液浓度高于膜外浓度，整体而言，水分子由膜外进入膜内，蔗糖溶液浓度降低，浓度的变化可用曲线乙表示。水分子进入半透膜的速率由膜内外溶液的浓度差决定，由于水分子不断进入膜内，两侧的浓度差越来越小，水分子进入半透膜的速率也逐渐下降，可用曲线乙表示。随着水分子的进入，玻璃管内的液面高度逐渐上升，可用曲线丙表示。
答案：A
2．右图为某种细胞处于某种状态下的图示，对这一图示的描述，不正确的是( )
A．该图可以表示成熟的叶肉细胞
B．细胞发生渗透作用与④⑥有关
C．①处溶液的浓度不一定大于⑥内溶液浓度
D．细胞壁也有伸缩性，但小于原生质层的伸缩性
解析：该植物细胞有液泡和叶绿体，可表示成熟的植物细胞；渗透作用不消耗能量，与④线粒体没有关系；该细胞所处的状态可代表质壁分离，也可代表质壁分离的复原。因此①处溶液的浓度可能大于⑥内溶液浓度，也可能小于⑥内溶液浓度，甚至两处溶液浓度相等。
答案：B
3．(精选考题·兰州质检)将物质的量浓度相同的NH、PO、K＋、Ca2＋共同置于500 mL水中，再放入一些生长旺盛的水稻幼苗，一天之后发现溶液的体积是400 mL，再测定溶液中上述四种离子含量变化如下：
项目
NH
K＋
Ca2＋
PO
变化后的浓度
83%
72%
98%
122%
下面是通过该实验得到的结论，其中错误的是( )
A．水稻幼苗对水分的吸收和对矿质离子的吸收是两个相对独立的过程
B．根对4种离子的吸收量有差异，说明根对离子的吸收具有选择性
C．根对矿质离子的吸收需要消耗能量
D．水稻对K＋的吸收速度快于其他三种离子
解析：根据一天后溶液浓度的变化可知：水稻幼苗对水分的吸收和对矿质元素的吸收是两个相对独立的过程；4种离子原来浓度相同，一天后浓度有差异，说明根对矿质元素的吸收具有选择性；一天后K＋浓度最低，说明吸收的最多；根对矿质元素的吸收确实需要能量，但不能从表格数据中得出这一结论。
答案：C
4．在适宜温度下，采用完全营养液培养黄瓜幼苗，研究营养液中氧含量、温度、pH和离子浓度的变化对K＋吸收速率的影响。实验结果如下图，相关推论正确的是( )
A．图甲中BC段限制矿质离子吸收速率的因素主要是能量
B．图乙曲线的变化与酶的活性无关
C．温度或pH主要通过影响有关的酶的活性，从而影响矿质离子吸收
D．图丙曲线的变化与能量供应无关
解析：图甲中BC段限制矿质离子吸收速率的因素主要是载体数量，而不是能量；温度或pH主要通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性从而影响矿质离子吸收速率。
答案：C
5．某校课外学习小组为验证K＋是大豆生长发育需要的矿质离子，设计了四组实验，分别用不同的培养液在相同环境里培养甲、乙两盆长势相同的大豆。你认为其中最恰当的一组实验设计是( )
实验
组别
甲的培养液
乙的培养液
①
完全营养液
缺K＋营养液
②
完全营养液＋沙土
缺K＋营养液
③
蒸馏水
用蒸馏水配制的含K＋营养液
④
蒸馏水＋沙土
用蒸馏水配制的含K＋营养液
A．① B．②
C．③ D．④
解析：③中纯蒸馏水不适合植物生长，②④中沙土含有少量K＋，影响实验的准确性，只有①中用完全营养液和缺K＋营养液对照，才符合实验要求。
答案：A
6．请回答下列问题：
(1)将同一植物细胞依次浸在蒸馏水、0.3 mol/L的蔗糖溶液和0.4 mol/L的KNO3溶液中，测得细胞的体积随时间的变化曲线如图所示：
①曲线A、B、C分别代表细胞所处的溶液是________________________。
②达到平衡后，________溶液中细胞的细胞液浓度最大。
(2)下图是某生物课外小组在观察植物细胞质壁分离和复原实验时所观察到的几幅照片，请结合所学的知识，分析下图并回答问题：
①在实验过程中，选择洋葱紫色外表皮细胞的原因是____________________________。
②发生质壁分离后，________处理，可以使已经质壁分离的植物细胞发生质壁分离复原；发生复原的顺序是________(用上图中的数字表示)。
③上述几幅图中所示的是同一组织的细胞，此时细胞液的浓度最大的是图________中的细胞。
(3)下表为一种营养液的配方：
成分
Ca(NO)2
KH2PO4
KCl
MgSO4
Fe(NO3)2
Mo
蒸馏水
含量
1 g
2.5 g
0.12 g
0.30 g
0.30 g
极少
1 000 mL
该营养液若用于植物培养，在培养一段时间后，植物出现萎蔫现象，最可能的原因是________________________________________________________________________，
可采用的最简单的有效措施是
_________________________________________________________________________。
解析：(1)在相关几种溶液中，只有处于蒸馏水中时细胞会吸水胀大，故A是蒸馏水；在0.3 mol/L的蔗糖溶液中，由于蔗糖是大分子，不会透过原生质层进入细胞中，又比细胞液的浓度大，因此细胞失水发生质壁分离，所以C是蔗糖溶液；在0.4 mol/L的KNO3溶液中开始发生质壁分离，后由于细胞吸收钾离子和硝酸根离子，使细胞液的浓度增大，细胞会发生渗透吸水，发生质壁分离复原，所以B是KNO3溶液；当达到平衡后，三种情况下，处于蔗糖溶液中的细胞，因失水过多而细胞液浓度最大。(2)本小题是关于质壁分离与复原现象的考查，紫色洋葱表皮细胞因液泡内含有色素而易于观察；通过识图可以回答其他各问。(3)无土栽培时植物出现萎蔫现象是植物失水造成的，造成这种现象的原因是植物蒸腾作用旺盛，使植物吸水速率大于吸收矿质元素速率，导致培养液浓度增大。向培养液中加水稀释即可解决这个问题。
答案：(1)①清水、KNO3溶液、蔗糖溶液 ②蔗糖
(2)①细胞具有紫色的大液泡，易于观察 ②加入蒸馏水 2→3→1 ③2
(3)培养液浓度过高，导致细胞失水萎蔫 向培养液中加入蒸馏水稀释
[发展等级评价]
(限时30分钟，满分100分)
一、选择题(每小题5分，共60分)
1．如图实验装置，玻璃槽中是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中装入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是( )
A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后，再上升后又下降
B．在玻璃槽中会测出蔗糖和蔗糖酶
C．漏斗中液面开始时先下降，加酶后一直上升
D．在玻璃槽中会测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶
解析：蔗糖不能通过半透膜，但加入蔗糖酶以后，水解后的单糖可以通过半透膜，所以在开始时，因漏斗内溶液浓度高，所以水经半透膜进入漏斗，导致漏斗内液面上升。随着蔗糖的水解，漏斗内溶液浓度升高，液面再次上升一些，但葡萄糖能透过半透膜，使两容器内液体浓度差减小，因此漏斗的液面上升后又下降。
答案：A
2．(精选考题·襄樊模拟)下列判断细胞死活的方法中正确的是( )
A．在高倍镜下观察，若发现细胞质流动缓慢，则表明此细胞是死细胞
B．将植物细胞置于不同浓度的蔗糖溶液中，能发生质壁分离和复原的是活细胞
C．洋葱根尖经解离后若发现细胞被龙胆紫溶液染上了色，则表明此时细胞仍为活细胞
D．将某细菌与水绵一起制成临时装片，用极细的光束照射水绵，若发现细菌没有趋向水绵照光部位，则说明细菌细胞为死细胞
解析：能发生质壁分离和复原以及细胞质流动的细胞是活细胞；解离后的根尖细胞已经死亡；如果D选项中的细菌是厌氧型细菌，细菌就不会趋向水绵照光部位。
答案：B
3．在一个新鲜萝卜中挖一凹槽，在凹槽中放入浓盐水。一段时间后，萝卜变软，凹槽中水分增多。下列图示的实验与此实验原理差异最大的是( )
解析：题干所给实验中，凹槽中放入了浓盐水，萝卜细胞在浓盐水中发生渗透失水，使凹槽中水分增多，细胞发生质壁分离，使萝卜变软。A图中的细胞正在发生质壁分离，与题干所述实验的原理相同。B图中的酵母菌在N2条件下的无氧环境中进行无氧呼吸，产生的CO2量用有色液滴移动的距离来显示，其实验原理是无氧呼吸作用产生CO2，与题干所述实验原理不同。C图是一个典型的渗透装置，D图中显示红细胞在清水中膨胀，在浓盐水中皱缩变形，也属于渗透作用，与题干所述实验原理相同。
答案：B
4．(精选考题·广西重点中学模拟)以下有关植物对水分吸收和对矿质元素吸收的叙述中正确的是( )
A．将洋葱根尖的分生区细胞和大肠杆菌细胞放在30%的蔗糖溶液中会发生质壁分离现象
B．用质壁分离和复原可以判断原生质体有无活性
C．缺镁和缺铁都会使植物失绿即叶片发黄，缺镁，老的部位先失绿，缺铁，嫩的部位先失绿
D．植物吸收水分和吸收矿质元素离子的动力都是蒸腾作用
解析：洋葱根尖的分生区细胞和大肠杆菌细胞没有大的液泡，在30%的蔗糖溶液中不会发生质壁分离现象。只有活的具有细胞壁的细胞，才能发生质壁分离和复原现象，原生质体无细胞壁。镁是可再利用元素，不会在老的部位堆积，新的部位较多；铁是不可再利用元素，在老的部位堆积，新的部位较少，所以缺镁，老的部位先失绿，缺铁，嫩的部位先失绿。植物吸收水分的动力是蒸腾作用，而吸收矿质元素离子的动力来自呼吸作用产生的能量。
答案：C
5．下列实例中与植物细胞呼吸强度变化有关的是( )
A．水稻白天对Ca2＋和K＋的吸收有差异
B．小麦白天和夜晚的吸水量有差异
C．甘蔗吸收K＋的量和番茄吸收K＋的量有差异
D．番茄白天和夜晚对Ca2＋的吸收量有差异
解析：不同植物对同种离子及同种植物对不同离子吸收量均有差异，这与根细胞膜上相关离子的载体种类、数量有关；同种植物对同种离子吸收量差异则主要取决于根细胞的呼吸状况——呼吸强度较高时，离子吸收量较多，反之则较小。
答案：D
6．右图是某种作物叶片中甲、乙两种矿质元素浓度与作物产量的关系，对其描述和解释错误的是( )
A．植物需要甲元素的量比乙元素少
B．乙元素的浓度为b时，对提高作物的产量最有利
C．乙元素的浓度为d时，虽然对提高产量有利，但会造成肥料的浪费
D．乙元素的浓度为e时，对作物产量的提高具有抑制作用，其原因可能是高浓度的矿质元素对植物的生长产生了毒害作用
解析：由图中曲线可知，叶片中甲元素少于乙元素。由乙元素变化曲线可看出b浓度不是提高农作物产量最佳浓度；c是提高作物产量最有利的最低元素浓度，此点既提高了作物产量，又不浪费肥料；d时虽然能提高作物产量，但浪费肥料；e时由于高浓度的矿质元素对农作物造成危害，使作物产量下降。
答案：B
7．下列有关植物矿质营养的叙述中，正确的是( )
A．植物的必需元素都是矿质元素，目前确定的植物的必需元素有14种
B．影响根吸收矿质离子的主要环境因素是土壤溶液与相关细胞液之间的浓度差和氧气
C．为了确定某种矿质元素是否是植物的必需元素，应采用的方法是观察含全部营养的培养液中去掉该矿质元素前后植株的生长发育状况
D．植物缺Ca时，嫩叶的形成将不受任何影响
解析：植物的必需元素中的C、H、O不属于矿质元素，目前确定的植物的必需元素有17种；植物根细胞对矿质离子的吸收是一个主动运输的过程，其动力来自细胞呼吸产生的ATP，而温度和氧气能影响细胞呼吸，土壤溶液与相关细胞液之间的浓度差影响的是细胞对水分的吸收，但不会影响细胞对矿质元素的吸收，因为根对水和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程；为了测定某种矿质元素是否是植物的必需元素，应采用的方法是溶液培养法；Ca在植物体内以稳定化合物存在，不能移动，故缺Ca时，嫩叶的形成会受到影响。
答案：C
8．在小麦吸收P元素过程中下列图形表示错误的是( )
解析：氧气浓度为0时，细胞可暂时通过无氧呼吸提供能量供矿质元素吸收之需。
答案：B
9．如图表示不同年龄叶片中几种矿质元素的含量曲线，你认为最能反映Ca和Mg两种元素的含量变化的是( )
A．d和c B．b和c
C．a和c D．c和b
解析：Ca为不可再次利用的元素，它可在叶片中积累；Mg为可再次利用元素，当叶片衰老时，Mg参与构成的不稳定化合物将分解，从而使Mg2＋转移至其他部位。
答案：B
10．(精选考题·邯郸模拟)阴雨连绵的天气使得雨水浸泡了白菜菜地，则下列生理作用最可能不会因此降低的是( )
A．白菜：根部吸收的Ca2＋叶中的Ca2＋
B．白菜：土壤中的K＋白菜中的K＋
C．微生物：NH3HNO3
D．微生物：NON2
解析：NON2是反硝化细菌经反硝化作用完成的，该菌代谢类型为厌氧型，故雨水浸泡条件更有利于该菌代谢。
答案：D
11．(2009·海南高考)已知鱼鳔是一种半透膜。若向鱼鳔内注入适量的20%蔗糖溶液、排出鱼鳔内的空气，扎紧开口，将其浸没在盛有10%蔗糖溶液的烧杯中，下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变化趋势的示意图是( )
解析：鱼鳔内盛有20%的蔗糖溶液，而鱼鳔外是10%的蔗糖溶液，依据渗透作用原理，水分子总的表现为从鳔外低浓度向鳔内高浓度渗透，故导致鳔外浓度升高，一段时间后，达到平衡。
答案：B
12．取四株大小与长势一致的番茄幼苗，分别培养在盛有等量完全培养液的培养瓶中，分别做四种处理(如下表)，则经同样长的时间后，四只培养瓶内溶液中K＋量的情况是( )
①号瓶
②号瓶
③号瓶
④号瓶
剪去枝叶
是
是
否
否
通入空气
是
否
是
否
A．①号瓶最低，②号瓶最高
B．②号瓶最低，③号瓶最高
C．③号瓶最低，②号瓶最高
D．①号瓶最低，④号瓶最高
解析：植物对矿质元素的吸收是一个主动运输的过程，其动力是细胞呼吸，而矿质元素在植物体内运输的动力是蒸腾作用。
答案：C
二、非选择题(共40分)
13．(20分)图中A、B曲线分别表示在适宜的条件下，一定时间内某一必需矿质元素从大麦幼根不同部位向茎叶的输出量和在大麦幼根相应部位积累量的变化。请回答：
(1)只依据B曲线______(能、不能)确定幼根20～60部位对该矿质元素的吸收量，理由是
_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)一般情况下，土壤中该矿质元素的浓度比根细胞中的浓度______。所以幼根表皮细胞通过________方式吸收土壤中的矿质元素。缺氧条件下，根对该矿质元素的吸收量________，原因是______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若大麦吸收该矿质元素不足，老叶首先表现缺乏该矿质元素的症状，说明该矿质元素________(能、不能)被植物体再度利用。在不同的生长发育时期，大麦对该矿质元素的需要量__________(相同、不同)。
(4)该大麦幼根大量吸收该矿质元素的部位与大量吸收其他矿质元素的部位_______(相同、不同)，该部位称为____________。
解析：(1)幼根某部位对矿质元素的吸收量等于输出量和积累量之和，积累量用于该部位对矿质元素的需求量及留存该部位的含量，一般来说，积累量是保持相对恒定的，所以只根据元素的积累量不能确定此部位对该元素的吸收量。
(2)土壤中矿质元素的浓度比根细胞中的浓度低，说明幼根表皮细胞对矿质元素的吸收方式是主动运输；而影响主动运输的主要因素是能量和载体，缺氧条件下根细胞细胞呼吸释放能量降低，会直接影响根对矿质元素的吸收量。
(3)当能被再度利用的元素缺乏时，代谢旺盛的幼叶可以从老叶中夺取，引起老叶出现缺乏症，而幼叶生长正常。
(4)植物吸收水分和矿质元素的部位都是根毛成熟区。
答案：(1)不能 该部位对该矿质元素的吸收量等于输出量与积累量之和，只考虑B曲线只能得到积累量的数据，积累量不等于吸收量
(2)低 主动运输 减少 主动运输需要能量，缺氧时根细胞细胞呼吸释放能量降低，产生能量减少
(3)能 不同
(4)相同 成熟区
14．(20分)下面是生物科技活动小组设计的一种植物(玉米)在全素与缺素时的水培实验方案。请仔细分析方案中的图表资料后回答下列问题：
植物生长需要的主要无机盐培养液的配制
项目
甲
乙
丙
丁
硝酸钙
1
硝酸铵
0.16
0.24
硝酸钾
0.2
磷酸二氢钾
0.25
0.25
磷酸氢钙
0.17
氯化钾
0.25
0.08
硫酸镁
0.25
0.25
0.25
0.25
氯化镁
0.125
0.125
0.125
0.125
硫酸钙
0.52
0.52
0.34
(1)该实验方案的目的是_________________________________________________。
(2)以上四组实验中：甲组实验在实验过程中起________作用；乙组是________实验；丙组是________实验；丁组是________实验。
(3)要想尽可能消除实验误差，一般采取的措施是______________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)如果要使实验更严密，还可以再设计二次对照，请用简明的文字说明设计二次对照的方法：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)在适宜温度下，采用完全营养液培养小麦幼苗，技术人员研究了小麦根系对该元素吸收速率与营养液中O2相对含量的关系，实验结果如图所示。根系细胞吸收该元素的方式是________，图中bc段为此提供的依据是________________________；曲线cd段限制该元素吸收速率的内在因素是________________________。a点营养液中O2相对含量为0，但吸收该矿质元素的速率不为0，原因是________________________________。
解析：(1)从图表资料中分析可知该实验的目的是验证N、P、K是玉米必需的矿质元素。(2)甲为对照组，乙、丙、丁为实验组，(3)为了尽可能消除实验误差，就要控制无关变量，如：每组实验培养液的量相同，所选玉米形态、大小、健康状况一致，两者在适宜条件下培养等。(4)为了进一步确定某元素是必需的矿质元素，则在缺乏某元素出现缺素症后，在培养液中再加入所缺元素，观察症状是否消失或得到改善。(5)因为根细胞既可以进行有氧呼吸又可以进行无氧呼吸，在O2浓度为0时，可以通过无氧呼吸产生ATP，吸收该元素的速率不为0。
答案：(1)验证N、P、K是玉米必需的矿质元素
(2)对照 缺N培养 缺P培养 缺K培养
(3)①每组实验培养液的量应保持相同；②分别栽培同样形态、大小的玉米植株；③在相同条件、相同时间下观察(答对两项即可)
(4)在缺乏某种元素的培养液中，分别加入所缺乏的元素，观察缺素症是否消失或得到改善
(5)主动运输 吸收速率随营养液中O2相对含量的增加而增加 根系细胞细胞膜上运输该矿质元素的载体数量 营养液中O2相对含量为0时，根细胞可通过无氧呼吸产生少量ATP，为吸收该矿质元素提供能量
15．(教师备选题)下面是研究渗透作用的装置，请根据探究的主题和要求完善相关实验。
材料：清水、不同浓度的蔗糖溶液、纱布(全透性)等。
(1)在装置A的基础上，完善渗透装置：________________________________。
(2)若要验证渗透作用的发生条件之一是必须具有半透膜，应如何设计实验？根据什么现象判断是否发生渗透作用？
(3)若要验证发生渗透作用的条件之一是必须存在浓度差，应如何设计实验？(用表格形式)
(4)有两种不同浓度的蔗糖溶液(M和N)，请设计一种实验方案比较其浓度高低。(用表格形式)
解析：(1)渗透作用发生的条件是半透膜和浓度差，故可以在卵壳膜内加入蔗糖溶液，在烧杯内加入清水。(2)验证渗透作用的发生条件之一是必须具有半透膜，需要设置两组实验分别是有半透膜和无半透膜，故B装置中可用纱布代替A装置中的卵壳膜，其他条件相同。(3)验证发生渗透作用的条件之一是必须存在浓度差，需要设置有和无浓度差的两组，A装置中已经存在着浓度差，只需要利用B装置设置无浓度差(卵壳膜内外都是清水，或者都是等浓度的蔗糖溶液)即可。(4)比较两种蔗糖溶液的浓度大小，若用一个装置，则可以将这两种溶液分别置于半透膜的两侧，通过观察漏斗液面的升降来判断；也可以利用两个装置，烧杯内均为清水，卵壳膜内分别用这两种溶液，通过观察比较两装置液面上升的高度来判断。
答案：(1)将蔗糖溶液注入卵壳膜内，清水注入烧杯内 (2)A装置仍用卵壳膜，B装置用纱布。烧杯中都注入等量清水，漏斗内都注入等量、等浓度蔗糖溶液。根据A漏斗液面上升，B漏斗液面不上升进行判断
(3)见下表
卵壳膜内
烧杯内
现象
A
蔗糖溶液
清水
漏斗液面上升
B
清水
清水
漏斗液面不上升
(4)方案一(只用A装置)
卵壳膜内
烧杯内
现象及结论
蔗糖液M
蔗糖液N
若漏斗液面上升，则溶液浓度M>N，反之M
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