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学案
水分代谢与矿质营养
核心术语——(记准、写准、理解透，把握内涵
和外延)
1.水分代谢（吸收、运输、利用、散失）
2.吸胀吸水（吸胀作用、亲水性物质）、渗透吸水
（渗透作用、半透膜、浓度差）
3.质壁分离与复原（原生质层、伸缩性）
4.矿质营养（吸收、运输、利用）、必需矿质元素
（大量元素、微量元素）
渗透作用和质壁分离与复原实验
试分析渗透作用发生的条件和质壁分离
发生的原因，并写出下列各实验的思路和单一变量。
答案 渗透作用发生的条件是：①浓度差；②半透膜。
质壁分离发生的原因：外因是外界溶液浓度大于细
胞液的浓度；内因是原生质层的伸缩性大于细胞壁
的伸缩性。
实验：（1）判断植物细胞的死活；（2）测定细胞
液浓度范围；（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度；
（4）比较未知浓度溶液的浓度大小。
答案 （1）判断植物细胞的死活
待测细胞+蔗糖溶液 镜检
发生质壁分离和复原→活细胞
不发生质壁分离→死细胞
实验单一变量：待测细胞的生活状态
（2）测定细胞液浓度范围
待测细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液
分别镜检
细
胞液浓度范围等于未发生质壁分离和刚刚发生质壁
分离的外界溶液的浓度范围。
实验单一变量：不同浓度的蔗糖溶液
（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度
不同植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液 镜检 刚发生
质壁分离时所需时间比较→判断质壁分离速度（或
细胞液浓度）。
实验单一变量：不同的植物细胞
（4）比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的成熟细胞+未知浓度的溶液
镜检
刚刚
发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断
溶液浓度的大小（时间越短，未知溶液的浓度越大）
实验单一变量：未知浓度的溶液
将下列细胞或细胞器置于蒸馏水中，不
会破裂的是
（ D）
A.红细胞
B.叶绿体
C.线粒体
D.洋葱表皮细胞
关键信息
“蒸馏水”、“不会破裂”
知识依据
渗透作用，质壁分离
完整分析
红细胞没有细胞壁，叶绿体和线粒体是
双层膜细胞器，也没有细胞壁，易吸水胀破。
某生物兴趣小组确定研究课题：探究植
物细胞外液浓度与质壁分离的关系。该小组选用水
生植物黑藻作为实验材料，并作出实验假设：如果
将其叶片分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，其细胞
失水量随着外界溶液浓度的增大而增加。该小组学
生设计实验步骤如下：
配制10%、20%、30%的蔗糖溶液，分别盛于培养
皿中。从黑藻茎上取下叶片，用吸水纸吸干叶片表
面的水分，分别放入不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡
10分钟。取出叶片制成装片，显微镜下观察，选取
5个细胞测量其A、B值（如下图A为细胞的长度，B
为原生质体长度）。在此基础上，请你参与设计、
分析和讨论。
（1）请你设计一表格，用于记录数据，计算并记录
B/A（%）值。
答案
（2）该小组同学根据记录数据作出曲线如图。请你
就该结果作分析并得出结论。
分析：①B/A值越小，说明质壁分离程度越大；
②随着溶液浓度的增加，B/A值下降，说明质壁
分离程度随溶液浓度的增加而增大。
结论： 细胞失水量随着外界溶液浓度的增大而增加 。
（3）讨论：如果要说明上述质壁分离现象是由于相
应浓度的外界溶液引起，而非细胞本身的原因，你
怎么处理实验？
设置清水对照组，观察清水中的黑藻细胞，确认
其细胞形态正常，无质壁分离现象。
（4）该小组同学想进一步了解“生长在盐碱地上的
植物与水生植物的细胞液浓度是否有差别”，请你
设计实验并简要分析。
①取盐碱植物与黑藻植物叶片若干，用吸水纸吸
干水分；②配制相同浓度的蔗糖溶液，将上述两
种叶片浸入溶液中10分钟;③两种叶片制成装片，
观察，比较B/A值的大小; ④B/A值越小，质壁分
离程度越大，说明细胞液浓度低。
关键信息 “植物细胞外液浓度”、“质壁分离”、
“黑藻”、“不同浓度的蔗糖溶液”、“盐碱地植
物”、“水
生植物”
知识依据 质壁分离实验相关知识，实验设计的思
路和原则
完整分析 （1）设计表格时要注意，蔗糖溶液的浓
度有3种，依次为10%、20%、30%，要在三个不同
浓度的溶液中分别测量5个细胞的A值和B值取平均
值，从而计算出不同浓度下的B/A值。
（2）由图中曲线看到的现象是随溶液浓度的增加，
B/A值下降。B/A值可表示质壁分离的程度，曲线说
明了质壁分离的程度随溶液浓度的增加而增大。并
由此得出结论：细胞的失水量随着外界溶液的浓度
增大而增加。
（3）设计对照实验，实验变量是相应浓度的外界溶
液，用于两组实验的细胞生理状况要相同。
（4）该实验设计思路是设置相同浓度的溶液，分别
将两种植物叶片放入其中，一段时间后分别测量两
种
叶片的B/A值的大小。
植物对水分和矿质元素的吸收和利用
图示水分和矿质元素的吸收、运输和利用
的过程（文字流程图）。
答案 （1）水分的吸收、运输和利用
（2）矿质元素的吸收、运输和利用
将阴生植物移至强光下，植物迅速发生萎
蔫，比较正常情况下图中四个部位浓度的大小，正
确的判断是
（
）
A.①>②>③>④
B.④>③>②>①
C.①>②>④>③
D.②>③>①>④
关键信息 “萎蔫”、“①②③④”、“正常”
知识依据 水分的吸收
完整分析 水分进入导管，通过蒸腾作用散失，故
导管内浓度最大。
答案 A
用含有各种必需元素的培养液培养大
麦。实验分两组，一组在光下，一组在黑暗中，48 h
后测定几种离子的浓度。表中各离子的数据为实验结
束时，溶液中离子的浓度占实验开始时浓度的百分比。
分析表中数据得出以下结论，其中错误的是（
实验条
件
光下
黑暗中
）
水分消耗 Ca2+（%） K+（%） Mg2+（%）
（mL）
1 090
135
27
179
435
105
35
113
A.光下蒸腾作用比黑暗强，消耗水分多
B.从吸收离子和吸收水的比例看，大麦在光下吸收
Mg2+比吸收水分快
C.矿质元素的吸收受光照的影响
D.吸收水分和吸收矿质元素是两个相对独立的过程
答案 B
关键信息 “光下”、“黑暗”、“离子浓度”
知识依据 水分和矿质元素的吸收和利用
完整分析 在两种实验条件下，实验后Mg2+的浓度
均增大，说明大麦吸收水分的比例大于吸收离子的
比例。
植物对矿质元素利用的归纳
依次写出下面三个实验的设计思路并分析
其单一变量。
实验：（1）探究某元素M是否为植物必需的矿质元
素。（2）探究根对矿质离子的吸收方式。（3）证
明植物对某种矿质元素的利用特点。
答案 （1）探究M是否为植物必需的矿质元素
实验的单一变量是矿质元素M的有无。乙组是空白对
照，甲组出现缺乏症，加入元素M后再培养是自身对
照即此实验中运用了二次对照。
（2）探究根对矿质离子的吸收方式
实验的单一变量是呼吸抑制剂的有无。
（3）证明某种矿质元素的利用特点
实验的单一变量是某矿质元素的有无。
对植物嫩叶所必需的矿质元素Fe和
Mg的来源叙述中，正确的是
（ B ）
A.Fe和Mg既来源于土壤又来源于老叶
B.Fe和Mg来源于土壤，Mg又可来源于老叶
C.Fe和Mg只来源于土壤，不能来源于老叶
D.Fe和Mg来源于老叶，Mg又可来源于土壤
关键信息 “Fe、Mg”、“来源”
知识依据 矿质元素的利用
完整分析 N、P、K、Mg等在植物体内以离子或不
稳定化合物形式存在，属于可重复利用的矿质元素，
一旦缺乏，老叶将贡献出来给新叶利用，因此缺乏
症首先表现在老叶上，而Fe、Ca在植物体内形成难
溶解的稳定化合物，只利用一次，当缺乏后，嫩叶
先表现出症状。
某同学取生长状态相同的两组番茄幼
苗，置于表中所列A、B两种培养液中，在相同的适
宜条件下培养，甲组用A培养液，乙组用B培养液。
（表中“+”表示有，“-”表示无）
培养液成分
Ca(NO3)2
A
+
B
+
KH2PO4
KCl
MgSO4
FeSO4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
其他微量元素
蒸馏水
（1）该同学研究的课题是 探究镁是否是植物必
需的矿质元素（其他合理答案也可）
。
（2）实验中，将 MgSO4 作为变量，分成了两个组
进行实验，其中实验组是 B 组。
（3）实验中，应该选择 叶片的颜色（其他合理
答案也可） 作为观察的指标。
完整分析
表格中A组和B组的区别是B组中没有添
加镁元素，实验变量是MgSO4，其目的是探究镁是
否是植物必需的矿质元素；实验组是用实验变量进
行处理的对象组。没有处理的是对照组，所以B组
是实验组；镁元素是合成叶绿素的必需元素，缺少
时会使叶片失绿。
1.组成生物体的无机物——水
（1）水的存在形式
①自由水：以游离形式存在，可以自由流动。
②结合水：与细胞内的其他物质相结合，约占细胞
内全部水分的4.5%。
（2）水的生理作用
①结合水：是细胞结构的重要组成成分。
②自由水
a.是细胞内的良好溶剂。
b.参与生物体的化学反应。
c.运输营养物质和代谢废物。
d.为细胞提供液体环境。
2.组成生物体的无机物——无机盐
（1）存在形式：主要以离子状态存在。
（2）生理功能
①细胞内某些复杂化合物的组成成分。
②维持生物体的生命活动。
③维持细胞的酸碱平衡。
（3）维持细胞的渗透压。
一、选择题
1.（09·海南生物）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
渗透方向表现为从鳔外浓度低向鳔内浓度高，故导
致鳔外浓度升高，一段时间后，达到平衡。
答案 B
2.（08·广东生物）观察在0.3 g/mL蔗糖溶液中的洋
葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明（ B ）
A.细胞壁相当于一层半透膜
B.洋葱表皮细胞是活的
C.此时蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度
D.细胞壁收缩导致中央液泡失水
解析 中央液泡在逐渐变小，说明细胞仍能发生
渗透作用，细胞还处于生活状态。
3.下列关于植物对水分吸收和利用的叙述，正确的
是
（
）
A.植物细胞分化成熟的过程中，吸水的主要方式
不变
B.不同生存环境下的植物，根毛细胞细胞液浓度
一般不同
C.所有植物都必须依靠根尖吸水，并通过气孔失
水
D.蒸腾作用强弱与光照、大气湿度等有关，但不
受土壤条件影响
解析 植物细胞在未形成液泡之前靠吸胀作用吸水，
低等植物可以不依靠根尖吸水，蒸腾作用强
弱也受土壤条件影响，故A、C、D错误。
答案 B
4.将一植物细胞放入KNO3溶液中，一段时间后发
生了质壁分离，下列说法不正确的是
（
）
A.此细胞是活细胞
B.原生质层具有选择透过性
C.发生质壁分离的细胞一段时间后可自动质壁分
离复原
D.原生质层两侧溶液存在浓度差，KNO3溶液浓度
低于细胞液浓度
解析 成熟植物细胞的原生质层可以看作一层选
择透过性膜，当细胞液浓度大于外界溶液的浓度时，
细胞吸水，相反则失水。一植物细胞放入KNO3溶
液中一段时间后，先出现质壁分离后出现质壁分离
自动复原，这是因为细胞膜上有吸收K+
和NO

3
答案 D
的运载体将这两种离子运入细胞液的缘故。
5.（09·海淀期末）下列与植物体水、矿质营养代谢
相关的叙述中，不正确的是
（
）
A.水分子在根毛细胞液与土壤溶液之间的运动是
双方向的
B.根尖分生区细胞不会与环境溶液发生渗透作用
C.因矿质离子需借助运载体才能进入细胞，故植
物对矿质离子的吸收呈现选择性
D.若玉米缺乏N、P、K，则相应的症状首先会在
基部叶片表现
解析 发生渗透作用的条件是半透膜和半透膜两侧
溶液具有浓度差，根尖分生区细胞膜就是半透膜，
所以，根尖分生区细胞能在一定浓度的溶液中发
生渗透作用。
答案
B
6.（09·黄冈期末）下面列出了若干种为研究确定矿
质元素X是否为植物所必需的实验方案，其中最符
合科学性原则的设计是
（
）
①以土壤为基质盆栽，浇缺少元素X的“完全培养液”
②以沙土为基质盆栽，浇缺少元素X的“完全培养液”
③只用缺少元素X的“完全培养液”，不用基质
④以土壤为基质盆栽，浇蒸馏水
⑤以沙土为基质盆栽，浇完全培养液
⑥不用基质，只用完全培养液
⑦不用基质，只用含元素X的培养液
⑧不用基质，只用蒸馏水
A.以③为实验组，⑥为对照组
B.以④为实验组，①为对照组
C.以②为实验组，⑤为对照组
D.以⑦为实验组，⑧为对照组
解析
进行该实验时，应遵循实验设计的单一变量
原
则，排除无关变量的干扰。
答案 A
7.（09·天津十校联考）下表是关于农作物A、B在
相同土壤中N、P、K三要素肥效实验的结果记录
（“+”表示施肥，“-”表示未施肥）。请据表中的
数据，判断正确的结论是
（
）
A.两种农作物对N、P、K需要量基本相同
B.农作物A可能是豆科植物
C.对农作物B来说，3种元素K元素最重要
D.对农作物A来说，N是非必需元素
解析 对农作物B来说，缺乏N、P、K都大量减产，
故3种元素都重要，而农作物A在土壤缺N时不减
产，说明可能是豆科植物。
答案 B
8.下列有关N、P元素的叙述中，正确的是（ C ）
A.根瘤菌和圆褐固氮菌能将N2转化为NO

3
B.正常的植物转入无N、P的培养液中，植物顶部
叶片首先表现缺素症
C.N、P是生物膜系统不可缺少的成分之一
D.健康的青少年在生长发育阶段，摄入的N、P量
等于排出的N、P量
解析 固氮微生物将N2还原成氨；因N、P是可被
再利用元素，所以植物缺N、P症状首先表现在衰
老部位；N、P是组成生物膜的磷脂、蛋白质等的
重要组成成分，故C项正确；健康的青少年处于快
速的生长发育时期，其N、P的摄入量大于排出量。
9.下图是番茄根细胞对K+的吸收速率和氧分压的关
系曲线，下列说法错误的是
（
）
A.氧分压为0和6时，根细胞呼吸所需的酶有所不同
B.A→B段，ATP是限制根细胞对K+吸收速率的主
要因素
C.B点以后，通过中耕松土可进一步促进K+的吸收，
曲线将延伸为M1
D.氧分压为8时，AB曲线将延伸为M2
解析 因运载体数量有限，B点运载体达到饱和，中
耕松土后有氧呼吸加强，提供能量多，但吸收速率
不会再加快。
答案 C
10.用完全培养液在两个相同的容器内分别培养水稻
和番茄幼苗，假设水稻和番茄的吸水速率相同，一
段时间后，测定培养液中各种离子，与实验开始时
各种离子浓度之比如下图所示，该实验的结果不能
说明
（
）
A.植物根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
B.植物对离子的吸收有选择性
C.植物对离子的吸收与溶液中离子的浓度有关
D.水稻根细胞中Si离子的运载体多于番茄
解析 植物根对矿质离子的吸收具有选择性，这种
特性与根细胞膜上运载体的种类和数量有关。由柱
状图知：水稻和番茄对N、P、K的吸收基本相同，
水稻对Ca、Mg的吸收和番茄相比则较少，而番茄
对Si的吸收也不明显。
答案 C
二、非选择题
11.下表显示某一植物在不同时段的失水量。
时间
失水量/g
时间
失水量/g
7~8点
190
17~18点
213
9~10点
11~12点
13~14点
209
221
233
19~20点
21~22点
23~24点
190
100
90
15~16点
227
（1）植物在这一过程中，失水量增加或减少的原因
是 7点至14点失水量增加是由于光照强度逐渐
增大，温度逐渐升高，蒸腾作用增强；14点至
24点失水量逐渐减少，是由于光照强度逐渐减
弱，温度逐渐降低，蒸腾作用减弱
。
（2）研究发现，该植物在一生中总吸水量为
204 228 g，通过蒸腾作用等过程散失的水量为
201 000 g，其余部分的水分可以用于 光合作用
(呼吸作用）等代谢过程和 用于构成植物体细胞
的组成成分
。
（3）研究还发现，植物体内的水分一部分来源于土
壤，另一部分还可以来源于自身的新陈代谢，那么
与产生水的代谢过程有关的细胞器有 核糖体 和
线粒体 等。
（4）合理灌溉对于提高农作物产量有着极其重要的
意义。若植物体缺水，则会导致农作物减产，原因
可能有（写出两点原因） 水是光合作用的原料，
缺水使光合作用受阻；缺水导致叶片气孔关闭，
影响CO2的进入；缺水使矿质元素运输受阻，
影响光合作用过程和叶绿素的合成（任选两项）
。
若发生涝灾，则植物叶片会出现萎蔫、凋萎，甚至
死亡等现象，其原因是植物根系长期缺氧，进
行无氧呼吸，产生酒精毒害植物细胞
。
解析 本题考查植物体水分代谢的基础知识。植物体
内水分增减，主要与蒸腾作用的强度有关。植物体
内的水分除了用于光合作用或呼吸作用等代谢活动
外，也是自身细胞结构的组成成分。代谢过程中，
植物体内产生水的细胞器主要有核糖体、线粒体
等。植物体缺水会影响光合作用的强度及矿质元
素的运输。若发生水淹，则导致植物体进行无氧呼
吸，产生酒精，对植物细胞有毒害作用。
12.某生物科技小组为了研究矿质元素对玉米生长的
影响，设计了玉米在全素与缺素时的水培实验方案，
请仔细分析下列方案中的图表资料后回答问
题：
生物科技小组设计的实验方案中培养液配方一览表
项目
甲
硝酸钙
1
硝酸铵
乙
丙
丁
0.16
0.24
硝酸钾
0.2
磷酸二氢钾
0.25
0.25
氯化钾
硫酸镁
0.25
0.25
0.08
0.25
0.25
0.25
氯化镁
硫酸钙
磷酸氢钙
0.125
0.125
0.52
0.125
0.52
0.125
0.34
0.17
该实验方案的目的是 验证N、P、K是玉米必需
的矿质元素。
（2）要想尽可能消除实验误差，一般采取的措施是
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（答出任意两项即可） （写出两
点）。
（3）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。
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
。
（4）为了使培养液中的矿质元素更好地被植物吸收，
除了满足适宜的温度、必需的矿质元素等条
件外，还应采取 向培养液中通入空气 的措施。
（5）在适宜温度下，采用完全培养液培养玉米幼苗，
技术人员研究了玉米根系对该元素吸收速率与O2浓
度的关系，实验结果如下图所示，根系细胞吸收该
元素的方式是主动运输。图中曲线cd段限制该元素
根部细胞膜上运输
吸收速率的内在因素是
该矿质离子的运载体数量
。a点氧气浓度为0，但吸收该
氧浓度为0时，
元素的速率不为0，原因是
根细胞可通过无氧呼吸产生少量ATP，为吸收
矿质离子提供能量 。
解析 由题中表格可以看出，乙、丙、丁三组培养
液中分别缺少氮元素、磷元素和钾元素，所以其目
的是验证N、P、K是玉米必需的矿质元素。在对照
实验中，为减小实验误差，应保证各组的无关变量
一致。二次对照的做法是在改变了实验变量后再在
同一植物上进行的进一步实验。植物对矿质元素的
吸收方式为主动运输，需要细胞呼吸作用产生的能
量，在无氧条件下，根细胞可进行无氧呼吸释放少
量能量，但很难满足正常需要。为保证根细胞呼吸
作用的正常进行，需要向溶液中通入空气。当氧浓
度较高时，限制矿质元素吸收的因素主要是根部细
胞膜上运输该矿质离子的运载体数量。
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