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1、第三课 生物的新陈代谢第四课时植物对水分的吸收、利用和矿物质营养 要点、疑点、考点1 渗透作用的原理渗透作用的原理 一个典型的渗透装置（或系统）必备条件：一是具有一个典型的渗透装置（或系统）必备条件：一是具有半透膜半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差浓度差。要点、疑点、考点成成熟熟植植物物细细胞胞是是一一个个渗渗透透系系统统 原生质层原生质层（细胞膜，液泡（细胞膜，液泡膜及这两层膜之间的细胞质）膜及这两层膜之间的细胞质）可以被看作是一层选择透过性可以被看作是一层选择透过性膜，细胞壁（纤维素构成网状膜，细胞壁（纤维素构成网状结构）是全透性的。细胞液含结构）是全透性的。
2、细胞液含有很多溶解于水中的物质，因有很多溶解于水中的物质，因此它具有一定的浓度。由于原此它具有一定的浓度。由于原生质层相当于选择透过性膜，生质层相当于选择透过性膜，原生质层两侧的溶液具有浓度原生质层两侧的溶液具有浓度差，因此，当植物细胞与外界差，因此，当植物细胞与外界溶液接触时，细胞液也会通过溶液接触时，细胞液也会通过原生质层与外界溶液发生渗透原生质层与外界溶液发生渗透作用。作用。要点、疑点、考点2 水分的吸收与利用水分的吸收与利用质壁分离和质壁分离复原质壁分离和质壁分离复原原因原因 原生质层与细胞壁原生质层与细胞壁分离分离的现象的现象 当当植植物物细细胞胞处处于于高高渗渗溶溶液液中中（即即外
3、外界界溶溶液液浓浓度度大大于于细细胞胞液液浓浓度度）时时，由由于于细细胞胞壁壁的的伸伸缩缩性性较较小小，而而原原生生质质层层的的伸伸缩缩性性较较大大。当当细细胞胞中中的的水水分分不不断断向向外外渗渗出出时时，液液泡泡和和原原生生质质层层在在细细胞胞壁壁的的收收缩缩停停止止以以后后还还会会继继续续不不断断的的收收缩缩，结结果果原原生生质质层层就就与与细细胞胞壁壁分分离离开开来来，液液泡泡和和原原生生质质层层缩缩成成球球形形小小团团，原原生生质质层层与与细细胞胞壁壁之之间间充充满满了了（蔗糖溶液）高渗溶液。（蔗糖溶液）高渗溶液。要点、疑点、考点外界溶液浓度细胞液浓度外界溶液浓度细胞液浓度 细胞失水
4、细胞失水质壁分离复原质壁分离复原 如果把以经发生了质壁分离的细胞放入清水或浓度比细胞液低的蔗糖溶如果把以经发生了质壁分离的细胞放入清水或浓度比细胞液低的蔗糖溶液中，外面的水分就向内渗入，液泡逐渐变大，原生质层和液泡逐渐恢复原液中，外面的水分就向内渗入，液泡逐渐变大，原生质层和液泡逐渐恢复原状。这种现象叫。状。这种现象叫。外界溶液浓度细胞液浓度外界溶液浓度细胞液浓度 细胞吸水细胞吸水要点、疑点、考点水分的运输、利用和散失水分的运输、利用和散失 根吸收的水分，通过根部的导管运输到茎，再由茎运输根吸收的水分，通过根部的导管运输到茎，再由茎运输到叶，然后还要由植物体（主要是叶）的表面散失到大到叶，然后
5、还要由植物体（主要是叶）的表面散失到大气中。气中。植物体内的水分，主要以水蒸气的形式通过叶的气孔散植物体内的水分，主要以水蒸气的形式通过叶的气孔散失到大气中，这就是蒸腾作用。根吸收的水分有失到大气中，这就是蒸腾作用。根吸收的水分有%左左右都由于蒸腾作用而散失掉了，只有右都由于蒸腾作用而散失掉了，只有%左右保留在植物左右保留在植物体内，参与光合作用和其它的代谢过程。体内，参与光合作用和其它的代谢过程。运输运输利用利用要点、疑点、考点 1.是植物吸收水分和促使水分在体内运输的主要动力。是植物吸收水分和促使水分在体内运输的主要动力。蒸腾作用的意义蒸腾作用的意义3.蒸蒸腾腾作作用用中中水水变变为为水水
6、蒸蒸气气时时吸吸收收大大量量热热能能，从从而而可可以以降降低低植植物物体体特特别别是是叶叶片片的的温温度度，避避免免因因强强烈烈的的阳阳光光照照射射而造成灼伤。而造成灼伤。2.促进溶解在水中的矿质养料在植物体内运输。促进溶解在水中的矿质养料在植物体内运输。3 植物的必需元素植物的必需元素要点、疑点、考点植物细胞的必需元素植物细胞的必需元素大量元素大量元素 微量元素微量元素矿质元素矿质元素Fe、Mn、Mo、B、Zn、Cu、Cl细胞中的化学元素细胞中的化学元素C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg除除C、H、O以外，植物由以外，植物由根系从土壤中吸收的元素根系从土壤中吸收的元素C、H、O要点、疑点
7、、考点大量元素大量元素 微量元素微量元素占生物体干重占生物体干重49%的元素是：的元素是：C占原生质总量占原生质总量95%的元素是：的元素是：C、H、O、N、P、SC、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na、Fe、ClCu、Co、I、Mn要点、疑点、考点4 矿质元素吸收与利用矿质元素吸收与利用交换吸附交换吸附主动运输主动运输H+、HCO3-H2CO3H2O+CO2呼吸作用呼吸作用方向：由低到高方向：由低到高条件：需要载体条件：需要载体是否耗能：耗能是否耗能：耗能要点、疑点、考点离子态：如离子态：如K选择性吸收选择性吸收化合态化合态与细胞膜上载体的种类和数量有关与细胞膜上载体的种类和数量有关不
8、稳定：如不稳定：如N、P、Mg稳稳 定：如定：如Ca、Fe可重复利用可重复利用不能重复利用不能重复利用要点、疑点、考点5 合理灌溉与施肥合理灌溉与施肥合理灌溉合理灌溉 植植物物一一生生中中都都需需要要不不断断地地吸吸收收水水分分。不不同同的的植植物物需需水水量量不不同同；同同一一种种植植物物不不同同的的发发育育时时期期，需需水水量量也也不不相相同同。合合理理灌灌溉溉就就是是指指根根据据植植物物的的需需水水规规律律适适时时地地、适适量量地地灌灌溉溉，以以便便植植物体茁壮生长，并且用最少的水获取最大的效益。物体茁壮生长，并且用最少的水获取最大的效益。要点、疑点、考点合理施肥合理施肥 植植物物一一生
9、生中中都都需需要要不不断断地地从从外外界界吸吸收收必必需需的的矿矿质质元元素素。不不同同的的植植物物对对各各种种必必需需矿矿质质元元素素的的需需要要量量不不同同；同同一一种种植植物物不不同同的的生生长长发发育育时时期期，对对各各种种矿矿质质元元素素的的需需要要量量也也不不相相同同。合合理理施施肥肥就就是是指指根根据据植植物物的的需需肥肥规规律律适适时时地地、适适量量地地施施肥肥，以以便便植植物物体体茁茁壮壮生生长长，并并且且获少肥高效的结果。获少肥高效的结果。能力、思维、方法【例1】下列哪种细胞被放入高渗溶液中将会出现质壁分离现象()A刚撕下的蚕豆叶表皮细胞B尚未萌发的菜豆的胚芽细胞C用95%
10、乙醇浸泡过的洋葱鳞片叶上表皮细胞D刚切下的小麦根尖生长点细胞A能力、思维、方法【解析】成熟的植物细胞通过渗透作用失水发生质壁分离现象。一个典型的渗透装置必需具备两个条件：半透膜、半透膜两侧有浓度差。根尖生长点细胞、菜豆的胚芽细胞因缺少大液泡而不发生质壁分离现象。用95%乙醇浸泡导致植物细胞死亡，膜的选择透过性功能受到破坏，变成全透性的膜，因此也不能发生质壁分离现象。只有刚撕下的蚕豆叶表皮细胞是一个成熟的植物细胞，同时具有生理活性，在高渗溶液中将发生质壁分离现象。能力、思维、方法【例2】如图为测定植物蒸腾作用的简易装置，整个装置是密封且充满水的，仅细管中留有一个气泡。根据标尺可计算出气泡移动的位
11、置。进而计算出水分变化的数量。这一数量代表()A蒸腾失水的数量B光合作用消耗的水量C植株吸收的水量D呼吸作用消耗的水量C能力、思维、方法【解析】植物体吸收的水分主要由蒸腾作用散失，约占植物体吸水总量的95%99%。在光合作用和呼吸作用等生理过程中，水是反应的原料之一。上图所示的装置中，植物体所有吸收的水分都是通过玻璃细管，因此气泡移动表示植株的吸水总量。题中“测定植物蒸腾作用的装置”这种说法具有一定的干扰性，如果忽略了光合作用和呼吸作用等生理过程对水的消耗，这种说法是可以成立的。能力、思维、方法【例3】下图是研究植物水分代谢的四个实验装置。图(3)、(4)玻璃管口下封以半透膜A 30%蔗糖溶液
12、 B 蔗糖溶液请判断实验开始后，玻璃管内的水是否流动及流动方向(无流动以表示，流动方向以、表示)。下面四个选项中的符号依次表示四个装置中用括号标示的玻璃管内的水分流动现象，其中正确的是()A B C D B能力、思维、方法【解析】本题以具体的实验为背景考核植物水分代谢的基本概念，涉及渗透作用，植物体内水分蒸腾和水分运输的知识。装置(2)是一个常见的情境，情况与日常生活中将鲜花插在花瓶中类似。植物的叶和茎通过蒸腾作用将体内的水分散发到空气中。蒸腾作用产生拉力，使水分上升。因此该装置玻璃管内的水分自然会向上流动。装置(1)是装置(2)中将插有枝条的玻璃管倒置，使茎和叶浸于水中。这种情况下，叶片和茎
13、不可能蒸发。因此，玻璃管内的水分既不会向枝条一端，也不会向具有油滴的一端流动，所以该玻璃管的水分不会流动。(3)和(4)是两个渗透计由一个玻璃管连接起来的装置，主要考核渗透作用的知识。渗透作用是水分从溶液浓度低的一侧通过半透膜向溶液浓度较高的一侧运动的现象。半透膜两侧浓度差越大，渗透作用的压力越大。装置(3)两个渗透计的半透膜下方是水，上面是蔗糖溶液，都会发生渗透作用。能力、思维、方法由于两个渗透计中均为30%的蔗糖溶液，因此两个渗透计中渗透作用产生的压力相等，所以连接两个渗透计的玻璃管内没有水分的净流动。装置(4)左侧渗透计内为30%蔗糖溶液，而右侧是5%蔗糖溶液，与右侧渗透计比较，左侧渗透
14、计半透膜两侧浓度差大，产生的渗透压大，因此玻璃管内水分自左向右流动。【例4】(2000年上海高考)请根据下列条件设计一个实验，鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，写出实验步骤，并分析实验结果。一瓶10%的蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液、250mL的烧杯一只、半透膜制成的小袋一只、刻度玻璃管一支、细线一根、支架一个。能力、思维、方法【解析】实验设计的一般方法是：先寻找科学的实验原理作为依据；其次是理解题目已知条件的隐含意义，充分利用所给的器材、试剂，设计好实验步骤；最后从不同角度全面分析实验结果。很明显，本题实验设计的原理是渗透作用，渗透作用产生的条件是两个方面：一是半透膜，二是半透膜两侧溶液有浓度差。
15、在题目所提供的材料中，刻度玻璃管用来观察液面高度的变化，细线用来扎紧透析袋和玻璃管，支架用于垂直固定。实验结果有两种可能，玻璃管中液面上升或下降：如果液面升高，说明透析袋内溶液的浓度高于烧杯中溶液中的浓度，即透析袋中为30%的蔗糖溶液，烧杯中为10%的庶糖溶液；反之，透析袋中是10%的蔗糖溶液，烧杯中为30%的蔗糖溶液。能力、思维、方法【例5】(1999年上海高考)下表是用于无土栽培时的一种培养液配方。Ca(NO3)210克MgSO4 0 25克KH2PO4 025克KCl 0 12克FeCl3 0005克H2 O 1000克请回答下列问题：(1)培养液培养某植物时，往往要给培养液中通入空气，
16、这一措施的目的是用以促进，以有利于矿质元素的吸收。要使植物生长良好，根据光合作用所必需的条件，除了适宜的温度外，还需要和。能力、思维、方法(2)植物在吸收培养液中矿质离子时，主要通过方式进行，经过一段时间后，检测培养液中留存的Ca2+较多，而NO-3较少，这一现象与细胞膜的有关。(3)若除去该培养液中的硫酸镁，将直接影响植物体内的合成。该配方中属于植物生长所需的大量元素是，微量元素是 。【答案】(1)根的有氧呼吸 光照 适宜的CO浓度 (2)主动运输 选择透过性(3)叶绿素 C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg Fe、Cl 能力、思维、方法【解析】植物生长发育必需的元素有16种，其中C、H、
17、O、N、P、S、K、Ca、Mg为大量元素，Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl为微量元素。矿质元素是以离子的形式被细胞吸收，这一过程需要载体、能量，属于主动运输。因此增加根的呼吸强度，就能促进矿质元素的吸收，向培养液中泵入空气的目的是促进根的有氧呼吸。延伸、拓展矿质元素的离子进入细胞是一个主动运输的过程，需要载体的协助和消耗呼吸作用释放的能量。促进根的呼吸作用，有助于矿质元素离子的吸收。对农田种植来说，松土有利于植物根系的呼吸作用，而对无土栽培来说，植物的根系浸泡在营养液中，向营养液中泵入空气，增加溶解氧，有助于促进根的呼吸。矿质元素在植物体内的作用主要是参与细胞中某些化合物的合成、影响植物
18、体的生命活动，而元素的利用形式有三种，即呈离子状态，可自由移动，如钾元素；形成不稳定的化合物，如氮、磷、镁；形成稳定的化合物，如钙和铁。延伸、拓展【例6】在根吸收无机盐离子过程中，一般情况下，下列因素中最重要的是()A蒸腾速率B根尖表皮细胞内外无机盐离子的浓度差C离子进入根尖表皮细胞的扩散速率D根可利用的氧D【解析】本题考核植物根系吸收矿质元素过程的基本知识。教材中明确指出，“根细胞吸收土壤溶液中矿质元素的离子的过程，与根细胞的呼吸作用有密切关系”，“根细胞的细胞膜表面吸附的离子，还要进一步转移到根细胞中去，这是一个主动运输的过程”。延伸、拓展这说明根吸收矿质元素是一个主动吸收的运输过程，要消
19、耗能量，能量要由呼吸作用产生的ATP提供。呼吸作用需要充足的氧气。土壤中氧气的含量往往是一个制约因素。选项D“根可利用的氧”就成为根吸收无机离子最重要的因素，是本题的正确选项。蒸腾速率与无机盐在体内的运输有关，与吸收也有一定的关系，但无机离子进入根细胞是一个主动运输过程，因而与蒸腾速率虽然有关，但不是主要的，所以选项A不是正确选项。选项B和C都没有从呼吸作用和主动运输考虑，因此也不是正确选项。延伸、拓展【例7】用含有各种必需元素的溶液培养大麦。试验分两组，一组在光下，一组在黑暗中，48小时后测定几种离子的浓度。表中各离子下的数据为试验结束时，溶液中离子的浓度占试验开始时浓度的百分比。实验条件水
20、分消耗/mlCa2+%K+%Mg2+%光下1090135 27 179暗中435105 35 113回答下列问题：(1)从吸收离子和吸收水的比例看，大麦在光下吸收哪种离子比吸收水分快?。(2)从上述实验所获得的数据，可以得出哪些结论?延伸、拓展【答案】(1)K+(2)光下蒸腾作用比黑暗中强，消耗水分多吸收矿质元素受光照影响吸收水分和吸收矿质元素是两个相对独立的过程植物对矿质离子的吸收具有选择性延伸、拓展【解析】本题要求考生看懂显示实验结果的数据表格，根据植物矿质营养生理的知识进行分析，从中得出正确的结论。表中列出分别在光下和暗中进行的两组实验结果，包括水分消耗溶液中各离子浓度情况的数据。在反映
21、离子吸收情况一栏内显示实验结束时，溶液中有些离子的浓度超过实验开始时的浓度，即超过100%。这一点可能使某些考生产生迷惑，为什么植物吸收了一定数量的离子后溶液中离子浓度会超过100%呢?这时应当想到，植物从溶液中既吸吸离子又吸收水分。如果以实验开始时的离子浓度吸收等比例的水分和离子，则实验结束时溶液中离子浓度不会改变，与实验开始时相等。如果吸收水分比吸收离子快，则实验结束时溶液中离子浓度升高(以实验开始时溶液中该离子浓度为100%，实验结束时就超过100%)，如表中的钙离子和镁离子；如果吸收离子比吸收水分快，则实验结束时溶液中离子浓度比实验开始时下降，如钾离子(表中列出实验结束时光下为27%，
22、暗中为35%)。因此，第(1)小题的正确答案是K+。延伸、拓展第(2)小题要求学生全面分析表中数据，得出应有的结论。根据第(1)小题，可以得出，植物从溶液中吸收水分和离子的数量不是按相同比例吸收的，这说明植物吸收水分和吸收矿质元素是两个相对独立的过程。这是第一点结论。比较表中所示大麦在光下和暗中吸收水分的数据，即可知道，光下比在黑暗中消耗水分多。植物消耗水分主要通过蒸腾作用散失。白天光照下气孔开放，气温高，蒸腾作用强。由此可得出结论，光下蒸腾作用强，消耗水分多。这是第二点结论。比较表中光下和暗中两组实验结束时同一种离子的浓度，可容易看出，植物吸收矿质元素昼夜有别，受光照的影响。这是第三点结论。纵观表格中Ca、Mg、K几种离子浓度的数据，有的低于100%，有的高于100%。这表明大麦吸收各种离子的数量不等，具有选择吸收的特性。这是第四点结论。