看看生物里的那些“滲透”

李進京

高中生物必修一和必修三教材都涉及了滲透壓和滲透作用的知識。本文將有關(guān)滲透壓和滲透作用的知識進行歸納總結(jié)，以利于考生更有效地備考。

一、滲透壓與滲透作用概念解讀

滲透壓可理解為在一定溫度條件下，某溶液與純?nèi)軇┮园胪改じ糸_時，引起進行滲透的壓強，就相當于滲透壓，其方向是從半透膜到溶液內(nèi)部。滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目，即溶質(zhì)微粒的數(shù)越多，對水分子的吸引力越大，其滲透壓就越高。

滲透作用是一種特殊的擴散。一方面，滲透作用必須有半透膜的存在才發(fā)生；另一方面，滲透作用專指溶劑分子通過半透膜的擴散。

例1 （原創(chuàng)）下列關(guān)于滲透壓和滲透作用的說法正確的是（ ）

A. 動物細胞外液具有滲透壓，細胞內(nèi)液無滲透壓

B. 已質(zhì)壁分離的細胞置于清水中復(fù)原后，細胞內(nèi)外滲透壓相等

C. 紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原過程中，細胞液顏色變淺是液泡內(nèi)的色素發(fā)生了滲透

D. 腎小管對水分的重吸收過程實質(zhì)是發(fā)生了滲透作用

解析：動物細胞外液和細胞內(nèi)液都具有一定的滲透壓，A錯誤。已質(zhì)壁分離的細胞置于清水中復(fù)原后，水分子又進入細胞內(nèi)，但由于植物細胞壁的存在，細胞不會一直吸水過多而漲破，因此復(fù)原后，細胞內(nèi)滲透壓明顯大于細胞外，B錯誤。質(zhì)壁分離復(fù)原過程，由于水分子進入細胞內(nèi)，從而使液泡中濃度變小，細胞液顏色變淺，色素分子不會通過原生質(zhì)層，C錯誤。腎小管單層細胞相當于一層選擇透過性膜，因此對水分的重吸收過程其實就是水分發(fā)生滲透作用的過程，D正確。

答案：D

二、漏斗裝置與滲透作用

如圖1所示的裝置，漏斗口用半透膜封緊，開始時內(nèi)外液面一樣高（如圖中A），漏斗內(nèi)為蔗糖溶液，燒杯中為水（或用較低濃度的蔗糖溶液），漏斗內(nèi)溶液滲透壓較高。從清水進入蔗糖溶液的水分子比從蔗糖溶液到清水的水分子多，所以在外觀上看，燒杯中的水流入漏斗內(nèi)，漏斗玻璃管內(nèi)的液面上升。隨著水分逐漸進入玻璃管內(nèi)，液面逐漸上升，靜水壓也越來越大，靜水壓壓迫水分從玻璃管內(nèi)向燒杯移動速度就越來越快，膜內(nèi)外水分進出速度越來越接近。最后，液面不再上升，停滯不動，實質(zhì)上就是水分進出的速度相等（如圖1中的B），呈動態(tài)平衡。

例2 如圖2所示為滲透作用實驗，開始時如圖（一），A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，過一段時間后結(jié)果如圖（二），漏斗管內(nèi)液面不再變化，H1、H2表示漏斗管內(nèi)液面與清水的液面差。則圖（二）B的濃度 _________（“大于”“小于”“等于”）C的濃度。圖（一）A中水分子擴散到B的速度_________（“大于”“小于”“等于”）A中水分子擴散到C的速度。圖（二）A中水分子擴散到B的速度 _________（“大于”“小于”“等于”）B中水分子擴散到A的速度。圖（一）B的濃度 ________（“大于”“小于”“等于”）C的濃度。圖（二）B漏斗內(nèi)溶液濃度 __________ （“大于”“小于”“等于”）A中濃度。

解析：此題考查有關(guān)半透膜發(fā)生滲透作用的平衡問題。從最終結(jié)果來看，H1的高度大于H2的高度，可以推測出原來圖（一）B的濃度比C的濃度高，因此圖（一）A進入B的速度大于進入C的速度。而隨著液面的上升，B與C的濃度都在降低，但是由于H1的高度大于H2的高度，因此H1液體產(chǎn)生靜水壓也要大于H2液體產(chǎn)生的靜水壓，單位時間內(nèi)B裝置由半透膜向下擴散的水分子要多于C裝置，要想達到平衡，單位時間內(nèi)向上擴散進入B裝置的水分子也要比C裝置要多，也就是說，最終結(jié)果是B的濃度要高于C的濃度。

圖（二）處于動態(tài)平衡狀態(tài)，此時水分子進出半透膜的速度相等。圖（二）的平衡依賴于液面差產(chǎn)生的壓力與滲透壓產(chǎn)生的壓力的平衡，此時漏斗內(nèi)仍為蔗糖溶液外面仍為水。

答案：大于 大于 等于 大于 大于

三、動物滲透壓與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持

對于動物細胞來說，由于細胞膜外無細胞壁等物質(zhì)的束縛，因此其吸水或失水主要取決于細胞內(nèi)液與外界溶液滲透壓的相對大小。

在人的下丘腦中存在有滲透壓感受器，可以感受內(nèi)環(huán)境中滲透壓的改變。當食物過咸或飲水不足時，細胞外液的滲透壓上升，從而刺激下丘腦滲透壓感受器，通過傳入神經(jīng)到達下丘腦調(diào)節(jié)中樞（滲透壓中樞）。然后由下丘腦合成并由垂體后葉釋放的抗利尿激素增多，通過血液循環(huán)的運輸作用于腎小管和集合管，從而促進腎小管和集合管重吸收水加強，降低細胞外液滲透壓。

例3 （2016年江蘇卷改編）圖3表示正常人分別快速飲用1 L清水、1 L生理鹽水后排尿量和血漿滲透壓的變化情況。

（1）圖中曲線_____表示飲用1 L生理鹽水后血漿滲透壓的變化，這樣該人的排尿量會如曲線_______所示。

（2）飲用大量清水后血漿滲透壓與正常時相比_______（“偏高”“偏低”“保持不變”），此時參與體內(nèi)調(diào)節(jié)水鹽平衡的 ________ 激素的釋放量______ ，因此，排尿量會如曲線_______所示。排尿量的變化有利于維持____________相對恒定。

解析：（1）生理鹽水與人體體液是等滲溶液，飲用1L生理鹽水后，血漿滲透壓沒有明顯變化，血漿滲透壓的變化如曲線b所示。由于人體排出增多的鈉鹽，排尿量會略為增多，因此排尿量變化應(yīng)為曲線d。

（2）當人大量飲用清水后，會使細胞外液滲透壓變小，這樣，由下丘腦合成并由垂體后葉釋放的抗利尿激素的釋放量也會減少，從而減少對水分的重吸收，尿量會明顯增加，等大量排尿后，細胞外液滲透壓又會升高，因此尿量就會降下來，整個過程如圖中曲線a所示。

答案：（1）b d （2）偏低 抗利尿激素 減少 a 細胞外液滲透壓

四、植物細胞的滲透作用與細胞吸水

對于植物細胞來說，由于有細胞壁的存在，因此較為復(fù)雜。如將洋蔥表皮細胞置于濃度為0.3g/ml的蔗糖溶液中，液泡的細胞液濃度較小，即蔗糖溶液的滲透壓大于洋蔥表皮細胞的滲透壓，因此表現(xiàn)為細胞失水。當將洋蔥表皮細胞置于某濃度蔗糖溶液中，使其處于剛剛開始質(zhì)壁分離的臨界點時，細胞無吸水力。此時水分進出速度相當，細胞內(nèi)外滲透壓相等。

當將洋蔥表皮細胞置于清水中時，細胞會吸水體積變大。由于細胞壁的存在，細胞的原生質(zhì)體吸水膨脹，對細胞壁產(chǎn)生一種作用力，于是引起富有彈性的細胞壁產(chǎn)生一種限制原生質(zhì)體膨脹的反作用力。這個反作用力與滲透作用的方向相反。當細胞吸水達到飽和時，二者的絕對值相等，此時細胞不再吸水，水分子進出細胞的速度也相等，但細胞內(nèi)外的滲透壓不會相等。

例4 （2016年開封聯(lián)考）成熟的植物細胞具有中央大液泡，可與外界溶液構(gòu)成滲透系統(tǒng)進行滲透吸水或滲透失水。如圖4所示，圖甲表示滲透裝置吸水，圖乙表示圖甲中液面上升的高度與時間的關(guān)系，圖丙表示成熟植物細胞在某外界溶液中的一種狀態(tài)（此時細胞有活性）。請回答下列問題：

（1）由圖甲漏斗液面上升可知，實驗初始時，c兩側(cè)濃度大小是a________b。由圖乙可知漏斗中溶液吸水速率在________，最終液面不再上升，當液面不再上升時，c兩側(cè)濃度大小是a________b。

（2）圖丙中相當于圖甲中c結(jié)構(gòu)的是________（填序號），結(jié)構(gòu)②當中充滿的液體是________。此時細胞液的濃度與外界溶液的濃度大小關(guān)系是________。

A. 細胞液>外界溶液 B. 細胞液<外界溶液

C. 細胞液=外界溶液 D. 都有可能

（3）把一個已經(jīng)發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞浸入清水當中，發(fā)現(xiàn)細胞液泡體積增大，說明細胞在________，細胞能否無限吸水？_____________________，原因是_____________________________________。

（4）把一個已經(jīng)發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞浸入低濃度的蔗糖溶液中，發(fā)現(xiàn)細胞液泡體積也在增大，當液泡體積不再增大時，細胞液濃度是否一定和外界溶液濃度相等？__________。

解析：（1）據(jù)圖甲分析，漏斗液面上升，水分是從低濃度溶液滲入高濃度溶液，故a小于b；據(jù)圖乙分析，漏斗液面上升高度隨時間推移越來越小，故漏斗中溶液吸水的速率在下降；當液面不再上升時，半透膜兩側(cè)存在促進吸水的滲透壓和阻止吸水的靜水壓，兩側(cè)壓力相等，滲透作用平衡，但a仍小于b。

（2）細胞的原生質(zhì)層（包括③細胞膜④細胞質(zhì)⑤液泡膜）相當于半透膜，結(jié)構(gòu)②是細胞壁和原生質(zhì)層的空隙，細胞壁是全透性的，因此在結(jié)構(gòu)②中充滿的是外界溶液。圖丙細胞原生質(zhì)層和細胞壁分離，可能處于質(zhì)壁分離狀態(tài)或者復(fù)原狀態(tài)，也可能處于平衡狀態(tài)。

（3）細胞壁對原生質(zhì)層有支持和保護的作用，不會使原生質(zhì)層無限膨脹，故細胞不會無限吸水。

（4）把一個已經(jīng)發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞浸入低濃度的蔗糖溶液中，細胞吸水體積增大，當液泡體積不再增大時，細胞液濃度不一定和外界溶液的濃度相等，可能相等，也可能大于外界溶液。

答案：（1）小于 下降 小于 （2）③④⑤ 外界溶液 D （3）滲透吸水 不能 細胞壁對原生質(zhì)層有支持和保護的作用 （4）不一定