看看生物里的那些“渗透”

李进京

高中生物必修一和必修三教材都涉及了渗透压和渗透作用的知识。本文将有关渗透压和渗透作用的知识进行归纳总结，以利于考生更有效地备考。

一、渗透压与渗透作用概念解读

渗透压可理解为在一定温度条件下，某溶液与纯溶剂以半透膜隔开时，引起进行渗透的压强，就相当于渗透压，其方向是从半透膜到溶液内部。渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，即溶质微粒的数越多，对水分子的吸引力越大，其渗透压就越高。

渗透作用是一种特殊的扩散。一方面，渗透作用必须有半透膜的存在才发生；另一方面，渗透作用专指溶剂分子通过半透膜的扩散。

例1 （原创）下列关于渗透压和渗透作用的说法正确的是（ ）

A. 动物细胞外液具有渗透压，细胞内液无渗透压

B. 已质壁分离的细胞置于清水中复原后，细胞内外渗透压相等

C. 紫色洋葱鳞片叶表皮细胞发生质壁分离复原过程中，细胞液颜色变浅是液泡内的色素发生了渗透

D. 肾小管对水分的重吸收过程实质是发生了渗透作用

解析：动物细胞外液和细胞内液都具有一定的渗透压，A错误。已质壁分离的细胞置于清水中复原后，水分子又进入细胞内，但由于植物细胞壁的存在，细胞不会一直吸水过多而涨破，因此复原后，细胞内渗透压明显大于细胞外，B错误。质壁分离复原过程，由于水分子进入细胞内，从而使液泡中浓度变小，细胞液颜色变浅，色素分子不会通过原生质层，C错误。肾小管单层细胞相当于一层选择透过性膜，因此对水分的重吸收过程其实就是水分发生渗透作用的过程，D正确。

答案：D

二、漏斗装置与渗透作用

如图1所示的装置，漏斗口用半透膜封紧，开始时内外液面一样高（如图中A），漏斗内为蔗糖溶液，烧杯中为水（或用较低浓度的蔗糖溶液），漏斗内溶液渗透压较高。从清水进入蔗糖溶液的水分子比从蔗糖溶液到清水的水分子多，所以在外观上看，烧杯中的水流入漏斗内，漏斗玻璃管内的液面上升。随着水分逐渐进入玻璃管内，液面逐渐上升，静水压也越来越大，静水压压迫水分从玻璃管内向烧杯移动速度就越来越快，膜内外水分进出速度越来越接近。最后，液面不再上升，停滞不动，实质上就是水分进出的速度相等（如图1中的B），呈动态平衡。

例2 如图2所示为渗透作用实验，开始时如图（一），A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，过一段时间后结果如图（二），漏斗管内液面不再变化，H1、H2表示漏斗管内液面与清水的液面差。则图（二）B的浓度 _________（“大于”“小于”“等于”）C的浓度。图（一）A中水分子扩散到B的速度_________（“大于”“小于”“等于”）A中水分子扩散到C的速度。图（二）A中水分子扩散到B的速度 _________（“大于”“小于”“等于”）B中水分子扩散到A的速度。图（一）B的浓度 ________（“大于”“小于”“等于”）C的浓度。图（二）B漏斗内溶液浓度 __________ （“大于”“小于”“等于”）A中浓度。

解析：此题考查有关半透膜发生渗透作用的平衡问题。从最终结果来看，H1的高度大于H2的高度，可以推测出原来图（一）B的浓度比C的浓度高，因此图（一）A进入B的速度大于进入C的速度。而随着液面的上升，B与C的浓度都在降低，但是由于H1的高度大于H2的高度，因此H1液体产生静水压也要大于H2液体产生的静水压，单位时间内B装置由半透膜向下扩散的水分子要多于C装置，要想达到平衡，单位时间内向上扩散进入B装置的水分子也要比C装置要多，也就是说，最终结果是B的浓度要高于C的浓度。

图（二）处于动态平衡状态，此时水分子进出半透膜的速度相等。图（二）的平衡依赖于液面差产生的压力与渗透压产生的压力的平衡，此时漏斗内仍为蔗糖溶液外面仍为水。

答案：大于 大于 等于 大于 大于

三、动物渗透压与内环境稳态的维持

对于动物细胞来说，由于细胞膜外无细胞壁等物质的束缚，因此其吸水或失水主要取决于细胞内液与外界溶液渗透压的相对大小。

在人的下丘脑中存在有渗透压感受器，可以感受内环境中渗透压的改变。当食物过咸或饮水不足时，细胞外液的渗透压上升，从而刺激下丘脑渗透压感受器，通过传入神经到达下丘脑调节中枢（渗透压中枢）。然后由下丘脑合成并由垂体后叶释放的抗利尿激素增多，通过血液循环的运输作用于肾小管和集合管，从而促进肾小管和集合管重吸收水加强，降低细胞外液渗透压。

例3 （2016年江苏卷改编）图3表示正常人分别快速饮用1 L清水、1 L生理盐水后排尿量和血浆渗透压的变化情况。

（1）图中曲线_____表示饮用1 L生理盐水后血浆渗透压的变化，这样该人的排尿量会如曲线_______所示。

（2）饮用大量清水后血浆渗透压与正常时相比_______（“偏高”“偏低”“保持不变”），此时参与体内调节水盐平衡的 ________ 激素的释放量______ ，因此，排尿量会如曲线_______所示。排尿量的变化有利于维持____________相对恒定。

解析：（1）生理盐水与人体体液是等渗溶液，饮用1L生理盐水后，血浆渗透压没有明显变化，血浆渗透压的变化如曲线b所示。由于人体排出增多的钠盐，排尿量会略为增多，因此排尿量变化应为曲线d。

（2）当人大量饮用清水后，会使细胞外液渗透压变小，这样，由下丘脑合成并由垂体后叶释放的抗利尿激素的释放量也会减少，从而减少对水分的重吸收，尿量会明显增加，等大量排尿后，细胞外液渗透压又会升高，因此尿量就会降下来，整个过程如图中曲线a所示。

答案：（1）b d （2）偏低 抗利尿激素 减少 a 细胞外液渗透压

四、植物细胞的渗透作用与细胞吸水

对于植物细胞来说，由于有细胞壁的存在，因此较为复杂。如将洋葱表皮细胞置于浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液中，液泡的细胞液浓度较小，即蔗糖溶液的渗透压大于洋葱表皮细胞的渗透压，因此表现为细胞失水。当将洋葱表皮细胞置于某浓度蔗糖溶液中，使其处于刚刚开始质壁分离的临界点时，细胞无吸水力。此时水分进出速度相当，细胞内外渗透压相等。

当将洋葱表皮细胞置于清水中时，细胞会吸水体积变大。由于细胞壁的存在，细胞的原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生一种作用力，于是引起富有弹性的细胞壁产生一种限制原生质体膨胀的反作用力。这个反作用力与渗透作用的方向相反。当细胞吸水达到饱和时，二者的绝对值相等，此时细胞不再吸水，水分子进出细胞的速度也相等，但细胞内外的渗透压不会相等。

例4 （2016年开封联考）成熟的植物细胞具有中央大液泡，可与外界溶液构成渗透系统进行渗透吸水或渗透失水。如图4所示，图甲表示渗透装置吸水，图乙表示图甲中液面上升的高度与时间的关系，图丙表示成熟植物细胞在某外界溶液中的一种状态（此时细胞有活性）。请回答下列问题：

（1）由图甲漏斗液面上升可知，实验初始时，c两侧浓度大小是a________b。由图乙可知漏斗中溶液吸水速率在________，最终液面不再上升，当液面不再上升时，c两侧浓度大小是a________b。

（2）图丙中相当于图甲中c结构的是________（填序号），结构②当中充满的液体是________。此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是________。

A. 细胞液>外界溶液 B. 细胞液<外界溶液

C. 细胞液=外界溶液 D. 都有可能

（3）把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当中，发现细胞液泡体积增大，说明细胞在________，细胞能否无限吸水？_____________________，原因是_____________________________________。

（4）把一个已经发生质壁分离的细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中，发现细胞液泡体积也在增大，当液泡体积不再增大时，细胞液浓度是否一定和外界溶液浓度相等？__________。

解析：（1）据图甲分析，漏斗液面上升，水分是从低浓度溶液渗入高浓度溶液，故a小于b；据图乙分析，漏斗液面上升高度随时间推移越来越小，故漏斗中溶液吸水的速率在下降；当液面不再上升时，半透膜两侧存在促进吸水的渗透压和阻止吸水的静水压，两侧压力相等，渗透作用平衡，但a仍小于b。

（2）细胞的原生质层（包括③细胞膜④细胞质⑤液泡膜）相当于半透膜，结构②是细胞壁和原生质层的空隙，细胞壁是全透性的，因此在结构②中充满的是外界溶液。图丙细胞原生质层和细胞壁分离，可能处于质壁分离状态或者复原状态，也可能处于平衡状态。

（3）细胞壁对原生质层有支持和保护的作用，不会使原生质层无限膨胀，故细胞不会无限吸水。

（4）把一个已经发生质壁分离的细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中，细胞吸水体积增大，当液泡体积不再增大时，细胞液浓度不一定和外界溶液的浓度相等，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）渗透吸水 不能 细胞壁对原生质层有支持和保护的作用 （4）不一定