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。本文將有關滲透壓和滲透作用的知識進行歸納總結，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，某溶液與純溶劑以半透膜隔開時，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部。滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質微粒的數目，即溶質微粒的數越多，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）下列關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，細胞內液無滲透壓

B. 已質壁分離的細胞置于清水中復原后，細胞內外滲透壓相等

C. 紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞發生質壁分離復原過程中，細胞液顏色變淺是液泡內的色素發生了滲透

D. 腎小管對水分的重吸收過程實質是發生了滲透作用

解析：動物細胞外液和細胞內液都具有一定的滲透壓，A錯誤。已質壁分離的細胞置于清水中復原后，水分子又進入細胞內，但由于植物細胞壁的存在，細胞不會一直吸水過多而漲破，因此復原后，細胞內滲透壓明顯大于細胞外，B錯誤。質壁分離復原過程，由于水分子進入細胞內，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，開始時內外液面一樣高（如圖中A），漏斗內為蔗糖溶液，燒杯中為水（或用較低濃度的蔗糖溶液），漏斗內溶液滲透壓較高。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，漏斗玻璃管內的液面上升。隨著水分逐漸進入玻璃管內，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向燒杯移動速度就越來越快，膜內外水分進出速度越來越接近。最后，液面不再上升，停滯不動，實質上就是水分進出的速度相等（如圖1中的B），呈動態平衡。

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，過一段時間后結果如圖（二），漏斗管內液面不再變化，H1、H2表示漏斗管內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漏斗內溶液濃度 __________ （“大于”“小于”“等于”）A中濃度。

解析：此題考查有關半透膜發生滲透作用的平衡問題。從最終結果來看，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液體產生靜水壓也要大于H2液體產生的靜水壓，單位時間內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，最終結果是B的濃度要高于C的濃度。

圖（二）處于動態平衡狀態，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生的壓力與滲透壓產生的壓力的平衡，此時漏斗內仍為蔗糖溶液外面仍為水。

答案：大于 大于 等于 大于 大于

三、動物滲透壓與內環境穩態的維持

對于動物細胞來說，由于細胞膜外無細胞壁等物質的束縛，因此其吸水或失水主要取決于細胞內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，可以感受內環境中滲透壓的改變。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，通過傳入神經到達下丘腦調節中樞（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”），此時參與體內調節水鹽平衡的 ________ 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，細胞的原生質體吸水膨脹，對細胞壁產生一種作用力，于是引起富有彈性的細胞壁產生一種限制原生質體膨脹的反作用力。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，但細胞內外的滲透壓不會相等。

例4 （2016年開封聯考）成熟的植物細胞具有中央大液泡，可與外界溶液構成滲透系統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系，圖丙表示成熟植物細胞在某外界溶液中的一種狀態（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兩側濃度大小是a________b。

（2）圖丙中相當于圖甲中c結構的是________（填序號），結構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）把一個已經發生質壁分離的細胞浸入清水當中，發現細胞液泡體積增大，說明細胞在________，細胞能否無限吸水？_____________________，原因是_____________________________________。

（4）把一個已經發生質壁分離的細胞浸入低濃度的蔗糖溶液中，發現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，半透膜兩側存在促進吸水的滲透壓和阻止吸水的靜水壓，兩側壓力相等，滲透作用平衡，但a仍小于b。

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

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

（4）把一個已經發生質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 細胞壁對原生質層有支持和保護的作用 （4）不一定