Question

2．圖1為研究滲透作用的實驗裝置，請回答下列問題：

（1）漏斗內溶液（S₁）和漏斗外溶液（S₂）為兩種不同濃度的蔗糖溶液，漏斗內外起始液面一致．滲透平衡時的液面差為△h，此時S₁溶液和S₂溶液水分子運動狀態是水分子即可從S₁溶液和進入S₂溶液，也可從S₂溶液和S₁溶液，且量相同．
（2）圖中半透膜（用玻璃紙制成）模擬的是成熟植物細胞中的原生質層，兩者在物質透過功能上的差異是原生質層能主動轉運有關物質，而玻璃紙不能（或原生質層具有選擇透過性、玻璃紙只允許小分子物質通過）．若裝置中的半透膜是用動物膀胱膜（假設由三層細胞構成）制成，則水分子由S₂溶液進入S₁溶液，至少需穿越6個磷脂雙分子層．
（3）為進一步探究用玻璃紙制成半透膜與成熟植物細胞中的原生質層的特性，興趣小組做了下面兩個實驗：
實驗材料：紫色洋蔥、玻璃紙．
實驗器具：滲透裝置、光學顯微鏡、載玻片、蓋玻片、鑷子、刀片、吸水紙、擦鏡紙、滴管、記號筆、漏斗、燒杯、鐵架臺等．
實驗試劑：蒸餾水、0.3g/mL的蔗糖溶液和與其等滲的KNO₃溶液．
部分實驗步驟和結果如下：
實驗一：選兩套滲透裝置，標上代號X和Y，如圖2所示：均調節漏斗內外液面高度一致．一段時間后，X、Y裝置的液面情況分別是X漏斗內液面高于水面，Y漏斗內液面與水面等高
實驗二：
①選兩片潔凈的載玻片標號A、B，在載玻片中央分別滴加蒸餾水，制作成洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片，并分別使用低倍鏡觀察裝片中細胞的初始狀態．
②然后將A的洋蔥鱗片浸潤在所提供的蔗糖溶液中，將B的洋蔥鱗片浸潤在所提供的KNO₃溶液中，再分別觀察臨時裝片中的洋蔥鱗片葉外表皮細胞發生的變化，你認為A載玻片上洋蔥鱗片葉外表皮細胞發生的變化將是發生質壁分離．隨著時間的推移，上述兩個實驗能體現兩種膜功能差異的實驗現象是KNO₃溶液中的細胞質壁分離后能自動復原．

Answer 1

分析 1、滲透作用發生的條件是具有半透膜，半透膜兩側具有濃度差，滲透平衡時液面差△h與濃度差的大小有關，濃度差越大，△h越大；蔗糖是不能穿過半透膜是分子，圖中由于漏斗內的蔗糖溶液濃度高，因此燒杯中的水分子或通過滲透作用進入漏斗，使漏斗內液面升高，滲透平衡時△h會產生壓力與漏斗內因溶液濃度差產生的壓力的大小相等，因此漏斗內的濃度仍然大于漏斗外；
2、當溶質分子可以穿過半透膜時，水和溶質都自由穿過半透膜，達到滲透平衡后，液面相平．
3、據圖分析，滲透裝作用是指水分通過半透膜，從溶質濃度低的溶液向溶質濃度高的溶液的轉移現象；漏斗內液面上升，則漏斗內溶液（S₁）濃度大于漏斗外溶液（S₂）．

解答 解：（1）滲透平衡時，漏斗內的液面不再上升，水分子進出漏斗的速率相等，即水分子即可從S₁溶液和進入S₂溶液，也可從S₂溶液和S₁溶液，且量相同．
（2）從功能上，半透膜只是利用孔徑大小控制物質進出；原生質層是選擇透過性膜，靠能量和載體控制物質出入，具有生物活性，可以完成逆濃度梯度的主動運輸，穿過一層細胞需穿過2層生物膜（一層膜由2層磷脂分子構成），若裝置中的半透膜是用動物膀胱膜（假設由三層細胞構成）制成，則水分子由S₂溶液進入S₁溶液，至少需穿越6個磷脂雙分子層．
（3）實驗一：半透膜允許鉀離子和硝酸根離子進出，不允許蔗糖分子進出，故X一組由于漏斗內的蔗糖溶液濃度大于清水濃度，因此燒杯中的水分子通過滲透作用進入漏斗，使漏斗內液面升高；滲透平衡時△h會產生壓力與漏斗內因溶液濃度差產生的壓力的大小相等，Y組硝酸鉀在水中電離成硝酸根離子和鉀離子，硝酸根離子和鉀離子能透過半透膜，故滲透平衡時漏斗內外的硝酸根離子、鉀離子濃度相等，漏斗液面和燒杯液面齊平．
實驗二：原生質層是選擇透過性膜，蔗糖分子不能透過原生質層，KNO₃能被細胞吸收，蔗糖溶液中的細胞質壁分離后不會自動復原；KNO₃溶液中的細胞發生質壁分離自動復原的現象． 
①選兩片潔凈的載玻片標號A、B，在載玻片中央分別滴加蒸餾水，制作成洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片，并分別使用低倍鏡觀察裝片中細胞的初始狀態．
②根據實驗所給材料“0.3g/mL的蔗糖溶液和與其等滲的KNO₃溶液”，可以確定，向A裝片滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，B裝片應滴加等量等滲的硝酸鉀溶液．蔗糖分子不能透過原生質層，A載玻片上洋蔥鱗片葉外表皮細胞發生的變化是發生質壁分離，細胞質壁分離后不會自動復原；KNO₃能被細胞吸收，導致細胞液和外界溶液的濃度差被消除，從而發生質壁分離自動復原的現象．  
故答案為：
（1）水分子即可從S₁溶液和進入S₂溶液，也可從S₂溶液和S₁溶液，且量相同
（2）原生質層能主動轉運有關物質，而玻璃紙不能（或原生質層具有選擇透過性、玻璃紙只允許小分子物質通過）           6
（3）實驗一：X漏斗內液面高于水面，Y漏斗內液面與水面等高
實驗二：①低　   ②發生質壁分離
KNO₃溶液中的細胞質壁分離后能自動復原

點評 本題考查質壁分離和復原實驗設計和分析，意在考查考生具有對一些生物學問題進行初步探究的能力，并能夠根據實驗的前后步驟以及實驗所給材料對實驗進行適當的補充，能夠對實驗結果進行科學的分析和預測，難度適中．