李進(jìn)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(shí)。本文將有關(guān)滲透壓和滲透作用的知識(shí)進(jìn)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(shí)，引起進(jìn)行滲透的壓強(qiáng)，就相當(dāng)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(duì)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(kuò)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(kuò)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(dòng)物細(xì)胞外液具有滲透壓，細(xì)胞內(nèi)液無滲透壓

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

C. 紫色洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原過程中，細(xì)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(duì)水分的重吸收過程實(shí)質(zhì)是發(fā)生了滲透作用

解析：動(dòng)物細(xì)胞外液和細(xì)胞內(nèi)液都具有一定的滲透壓，A錯(cuò)誤。已質(zhì)壁分離的細(xì)胞置于清水中復(fù)原后，水分子又進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，但由于植物細(xì)胞壁的存在，細(xì)胞不會(huì)一直吸水過多而漲破，因此復(fù)原后，細(xì)胞內(nèi)滲透壓明顯大于細(xì)胞外，B錯(cuò)誤。質(zhì)壁分離復(fù)原過程，由于水分子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，從而使液泡中濃度變小，細(xì)胞液顏色變淺，色素分子不會(huì)通過原生質(zhì)層，C錯(cuò)誤。腎小管單層細(xì)胞相當(dāng)于一層選擇透過性膜，因此對(duì)水分的重吸收過程其實(shí)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(dòng)速度就越來越快，膜內(nèi)外水分進(jìn)出速度越來越接近。最后，液面不再上升，停滯不動(dòng)，實(shí)質(zhì)上就是水分進(jìn)出的速度相等（如圖1中的B），呈動(dòng)態(tài)平衡。

例2 如圖2所示為滲透作用實(shí)驗(yàn)，開始時(shí)如圖（一），A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，過一段時(shí)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(kuò)散到B的速度_________（“大于”“小于”“等于”）A中水分子擴(kuò)散到C的速度。圖（二）A中水分子擴(kuò)散到B的速度 _________（“大于”“小于”“等于”）B中水分子擴(kuò)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(cè)出原來圖（一）B的濃度比C的濃度高，因此圖（一）A進(jìn)入B的速度大于進(jìn)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(shí)間內(nèi)B裝置由半透膜向下擴(kuò)散的水分子要多于C裝置，要想達(dá)到平衡，單位時(shí)間內(nèi)向上擴(kuò)散進(jìn)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(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)水分子進(jìn)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(shí)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(dòng)物滲透壓與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持

對(duì)于動(dòng)物細(xì)胞來說，由于細(xì)胞膜外無細(xì)胞壁等物質(zhì)的束縛，因此其吸水或失水主要取決于細(xì)胞內(nèi)液與外界溶液滲透壓的相對(duì)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(dāng)食物過咸或飲水不足時(shí)，細(xì)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(dá)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(yùn)輸作用于腎小管和集合管，從而促進(jìn)腎小管和集合管重吸收水加強(qiáng)，降低細(xì)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(huì)如曲線_______所示。

（2）飲用大量清水后血漿滲透壓與正常時(shí)相比_______（“偏高”“偏低”“保持不變”），此時(shí)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(huì)如曲線_______所示。排尿量的變化有利于維持____________相對(duì)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(huì)略為增多，因此排尿量變化應(yīng)為曲線d。

（2）當(dāng)人大量飲用清水后，會(huì)使細(xì)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(huì)減少，從而減少對(duì)水分的重吸收，尿量會(huì)明顯增加，等大量排尿后，細(xì)胞外液滲透壓又會(huì)升高，因此尿量就會(huì)降下來，整個(gè)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(xì)胞外液滲透壓

四、植物細(xì)胞的滲透作用與細(xì)胞吸水

對(duì)于植物細(xì)胞來說，由于有細(xì)胞壁的存在，因此較為復(fù)雜。如將洋蔥表皮細(xì)胞置于濃度為0.3g/ml的蔗糖溶液中，液泡的細(xì)胞液濃度較小，即蔗糖溶液的滲透壓大于洋蔥表皮細(xì)胞的滲透壓，因此表現(xiàn)為細(xì)胞失水。當(dāng)將洋蔥表皮細(xì)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(diǎn)時(shí)，細(xì)胞無吸水力。此時(shí)水分進(jìn)出速度相當(dāng)，細(xì)胞內(nèi)外滲透壓相等。

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

例4 （2016年開封聯(lián)考）成熟的植物細(xì)胞具有中央大液泡，可與外界溶液構(gòu)成滲透系統(tǒng)進(jìn)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(shí)間的關(guān)系，圖丙表示成熟植物細(xì)胞在某外界溶液中的一種狀態(tài)（此時(shí)細(xì)胞有活性）。請(qǐng)回答下列問題：

（1）由圖甲漏斗液面上升可知，實(shí)驗(yàn)初始時(shí)，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(dāng)液面不再上升時(shí)，c兩側(cè)濃度大小是a________b。

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

A. 細(xì)胞液>外界溶液 B. 細(xì)胞液<外界溶液

C. 細(xì)胞液=外界溶液 D. 都有可能

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

（4）把一個(gè)已經(jīng)發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞浸入低濃度的蔗糖溶液中，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞液泡體積也在增大，當(dāng)液泡體積不再增大時(shí)，細(xì)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(shí)間推移越來越小，故漏斗中溶液吸水的速率在下降；當(dāng)液面不再上升時(shí)，半透膜兩側(cè)存在促進(jìn)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(xì)胞的原生質(zhì)層（包括③細(xì)胞膜④細(xì)胞質(zhì)⑤液泡膜）相當(dāng)于半透膜，結(jié)構(gòu)②是細(xì)胞壁和原生質(zhì)層的空隙，細(xì)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(xì)胞原生質(zhì)層和細(xì)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(xì)胞壁對(duì)原生質(zhì)層有支持和保護(hù)的作用，不會(huì)使原生質(zhì)層無限膨脹，故細(xì)胞不會(huì)無限吸水。

（4）把一個(gè)已經(jīng)發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞浸入低濃度的蔗糖溶液中，細(xì)胞吸水體積增大，當(dāng)液泡體積不再增大時(shí)，細(xì)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(xì)胞壁對(duì)原生質(zhì)層有支持和保護(hù)的作用 （4）不一定