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第2章 第2节
细胞中的无机物
课堂导入
（2分钟）
据探测，火星上有固态水，也有流动水的痕迹，土壤中含有生命必需的Mg、Na、K等元素。科学家据此推测，火星上曾经或者现在存在生命，科学家的推测说明了水和无机盐对于生命的存在至关重要。
水和无机盐在生命活动中具体有哪些作用呢？那我们今天一块来学习水和无机盐的相关知识。
新知精讲
知识点一、了解细胞中的水（7分钟）
1．自由水与结合水之间的转化
（1)转化条件：
（2)转化实例：
①烘干种子时，部分结合水转化为自由水散失掉。
②水果放入冰箱冷藏时，部分自由水转化为结合水。
2.自由水与结合水相对含量与细胞代谢的关系
（1)图示：
（2)曲线：
（3)在生产中的应用：
①种子萌发时，需要吸收水分，增加自由水含量。
②种子贮存前晒干是为了降低自由水含量，降低代谢速率，以延长贮存时间。
③越冬作物减少灌溉，可提高作物对低温的抗性。
④刚刚收获的鲜种子一般要放在阳光下暴晒，种子变干，重量减轻，鲜种子失去的主要是自由水，种子仍保留活性。
⑤将干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠产生，这种情况下，干种子失去的主要是结合水，种子丧失活性。
【典例示范】
1.水在生物体的生命活动中必不可少。科学实验表明：生命活动旺盛的细胞，自由水/结合水的值增大，而处于休眠状态的细胞自由水/结合水的值减小。请分析回答下列问题：
（1)自由水是细胞内的良好 ，有利于物质的　　 ，有利于 的顺利进行，所以生命活动旺盛的细胞中自由水的含量　　 。
（2)干种子内含的主要是 水，抗旱性强的植物结合水的相对含量 ，处于休眠状态的细胞自由水相对含量 。
（3)结合水和自由水是可以 的。
【答案】（1)溶剂　 运输　 生物化学反应　 高　（2)结合　 高　 低 　（3)相互转化
【探究总结】
在本知识点的学习中，要重点掌握水的存在形式及功能，同时要注意以下几点：
1.自由水和结合水可以相互转化。
2.心肌呈固态，血液呈液态，主要原因是两者自由水和结合水的比例不同。
知识点二、了解细胞中的无机盐（9分钟）
1.无机盐的存在形式和功能
2.无机盐功能的实验验证方法
（1)实验目的：探究无机盐X是否是植物生长发育所必需的。
（2)实验设计
（3)实验中的对照
3．常见无机盐的作用与缺乏症
种类 作用 缺乏时引起的症状
Fe 构成血红素的元素 缺铁性贫血症
Mg 构成叶绿素的元素 植物叶绿素合成受阻，影响光合作用
续表
Zn 很多酶的组成成分 生长发育不良，生殖腺功能受影响
Ca 骨骼、牙齿的重要组成成分 骨骼畸形；抽搐等
I 甲状腺激素的重要组成成分 甲状腺肿大；呆小症
B 促进花粉的萌发和花粉管的伸长 油菜缺B时，“花而不实”
【典例示范】
例2 如下图是一种叶绿素分子（左)和血红素分子（右)的局部结构简图，下列说法不正确的是（　　)
A.细胞中的无机盐是构成细胞内某些复杂化合物的重要组成成分
B.Mg是叶绿素的组成成分之一，缺少Mg影响光合作用
C.细胞中的无机盐大多数以化合物的形式存在
D.缺铁性贫血是因为体内缺少铁，血红素合成受到影响
【解析】由图示可知，镁元素是组成叶绿素的成分，铁元素是组成血红素的成分，A正确；Mg是叶绿素的组成成分之一，叶绿素是光合色素，缺少Mg影响光合作用，B正确；细胞中的无机盐大多数以离子的形式存在，C错误；缺铁性贫血是因为体内缺少铁，血红素合成受到影响，血液运输氧气的能力降低，D正确。
【答案】C
【知识总结】
在本知识点的学习中 要重点掌握无机盐的存在形式、功能及植物必需无机盐的判断方法，同时要注意以下几点：
1.Mg2+是构成叶绿素的必需成分；Fe2+是血红蛋白的组成成分；CaCO3是动物和人体的骨、牙齿中的重要成分。
2.哺乳动物血液中必须含有一定量的Ca2+，如果Ca2+含量过低，就会出现抽搐等症状。
3.HC、HP对维持细胞的酸碱平衡起重要作用。
活动探究
（17分钟）
探究1：细胞中的水
1.水是生命之源，没有水就没有生命，请结合下列材料探究水的含量和功能。
表一　不同生物体中水的含量
生物 水母 鱼类 蛙 哺乳动物 藻类 高等植物
水的含量（%) 97 80～85 78 65 90 60～80
表二　人体中几种不同器官或组织中水的含量
组织、器官 牙齿 骨骼 骨骼肌 心肌 血液
水的含量（%) 10 22 76 79 83
（1)表一说明：不同生物体内含水量________，一般水生生物体内的含水量比陆生生物________。
（2)表二说明：同一生物体内，不同器官的含水量________，一般代谢旺盛的组织、器官含水量________。
（3)结合教材P20的图示和内容回答：水为什么能成为细胞内良好的溶剂呢？它又为什么具有支持生命的独特性质呢？
【答案】（1)不同　高 　（2)不同　较高
（3)水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，氢原子以共用电子对与氧原子结合。由于氧具有比氢更强的吸引共用电子的能力，使氧的一端稍带负电荷，氢的一端稍带正电荷，水分子的空间结构及电子的不对称分布，使得水分子成为一个极性分子。带有正电荷或负电荷的分子（或离子)都容易与水结合，因此，水是良好的溶剂。由于水分子的极性，当一个水分子的氧端（负电性区)靠近另一个水分子的氢端（正电性区)时，它们之间的静电吸引作用就形成一种弱的引力，这种弱的引力称为氢键，每个水分子可以与周围水分子靠氢键相互作用在一起。氢键比较弱，易被破坏，只能维持极短时间，这样氢键不断地断裂、又不断地形成，使水在常温下能够维持液体状态，具有流动性。同时，由于氢键的存在，水具有较高的比热容，这就意味着水的温度相对不容易发生改变，水的这种特性，对于维持生命系统的稳定性十分重要。
2．自由水和结合水的含量比例对生物的代谢和抗逆性有着重要的意义，请分析回答下列问题：
（1)晒干的种子能够长久保存，浸泡吸水后能够萌发，据此推断自由水和结合水的比值与细胞的代谢强度之间有什么关系？
（2)越冬的植物、干旱地区植物的细胞中，结合水含量升高。这表明自由水和结合水的含量与生物的抗逆性有何关系？
【答案】（1)在一定范围内，自由水和结合水的比值越大，细胞代谢越旺盛。（2)一般情况下，自由水和结合水的比值越大，细胞的抗逆性越差。
探究2：细胞中的无机盐
1.无机盐在细胞中的含量仅为1%～1.5%，但却有着重要的作用，请结合下列材料分析无机盐的有关知识。
材料一　足球运动员在激烈比赛中有时会出现肌肉抽搐的现象，这是随着汗液丢失了大量钙离子引起的；硼能促进花粉的萌发和花粉管的生长，缺少硼时常导致“花而不实”。
（1)由材料说明无机盐对__________________有着重要的意义。
材料二　生理盐水是指与哺乳动物血液和淋巴等渗的无机盐溶液，常用的是质量分数为0.9%的氯化钠溶液。人体的红细胞在生理盐水中会保持原有的形态，如果放到清水里，会吸水胀破。
（1)由材料说明无机盐能调节人体的______，维持细胞的_______。
材料三　人体代谢过程中产生的一些代谢物质会改变体液的酸碱度，人体血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等物质，可以中和这些变化。
（3)上述材料说明，无机盐对于维持人体内环境________的相对稳定具有重要作用。
【答案】（1)维持生物体的正常生命活动　（2)渗透压　正常形态　（3)酸碱平衡
2.为什么人体缺铁会导致贫血？为什么植物缺镁会影响光合作用？
【答案】铁是血红蛋白的重要组成成分；镁是叶绿素的重要组成成分。
3.生理盐水是指与哺乳动物血液和淋巴浓度相等的无机盐溶液，常用的是质量分数为0.9%的氯化钠溶液。生病输液时，通常要用生理盐水溶解药物后再输液，这样做的目的是什么？
【答案】保证细胞的生活环境不发生变化，维持细胞正常的渗透压。
课堂小结
（引导学生总结归纳课堂要点思维导图，进行学生展示、交流与教师总结，3分钟）
课堂达标
（5分钟）
1．为了确定某元素是否为植物的必需元素，应采取的方法是（　　)
A．检测正常叶片中该元素的含量
B．分析根系对该元素的吸收过程
C．分析环境条件对该元素吸收的影响
D．观察含全部营养元素的培养液中，去掉该元素前后植株的生长发育状况
【解析】判断某元素是否为必需元素，通常用溶液培养法。在人工配制的完全培养液中，除去某种元素，然后观察植物的生长发育情况：如果植物的生长发育仍正常，说明该元素不是植物所必需的；如果植物的生长发育不正常（出现特定的缺乏症状)，且只有补充了该种元素（其他元素无效)后，植物的生长发育又恢复正常（症状消失)，说明该元素是植物所必需的元素。
【答案】D
2.一个生命活动旺盛的细胞中，如果其在生命活动过程中含水量不变，则（　　)。
A.温度升高，结合水比例减少，自由水比例增加
B.温度升高，结合水比例增加，自由水比例减少
C.温度降低，结合水比例减少，自由水比例增加
D.温度变化不会改变结合水和自由水原有的比例
【解析】水的存在形式与代谢的关系：若细胞内自由水比例升高，则代谢旺盛，反之代谢缓慢。水与温度的关系：在活细胞内水受温度的影响，自由水和结合水可相互转化，即升高温度时自由水增多，反之结合水增多。
【答案】A
3．苹果被誉为益智水果，含有元素Zn，Zn是形成与记忆力息息相关的蛋白质不可缺少的元素，儿童缺Zn会导致大脑发育不完善，这说明无机盐离子（　　)
A．对维持酸碱平衡有重要作用 B．对维持细胞形态有重要作用
C．对调节细胞渗透压有重要作用 D．对维持生物体生命活动有重要作用
【解析】由题意可知，Zn是形成与记忆力息息相关的蛋白质不可缺少的元素，儿童缺Zn会导致大脑发育不完善，这说明Zn对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用。
【答案】D
4.在小麦播种前，将种子放在掺有一些人体尿液的水中浸泡三四天，可促进种子提前萌发。下列有关说法不正确的是（　　)
A.尿液仅为小麦种子的细胞提供水分
B.浸泡的目的是增加干种子内的自由水
C.尿液中的物质可能有利于种子的萌发
D.萌发时细胞中的自由水与结合水的比值升高
【解析】人的尿液中除含有水分外，还含有多种无机盐，A项错误；浸泡的目的主要是增加干种子内的自由水，有利于小麦种子细胞的代谢，促进种子的萌发，B、C项正确；萌发时细胞中的自由水与结合水的比值升高，D项正确。
【答案】A
★5. 铁是合成人体血红素不可缺少的成分，人体缺铁可引起贫血。食物中的铁一般是有机铁，人体只能吸收利用其中的10%左右，铁锅中却含有容易被人体吸收利用的无机铁，用铁锅炒菜，对防治缺铁性贫血大有好处。钙在人体内的总量达1 300 g，一旦血液中的离子化钙（即血钙)在血浆中的浓度明显下降，神经肌肉的兴奋性会大大增强，从而出现手足抽搐；相反，血钙过高则会引起肌无力。
（1)贫血患者血液运输　　　　的能力会大大降低。一般来说，贫血患者除要补充足量的铁以外，还应该多吃一些含　　　　丰富的食物。
（2)人体中含钙最多的组织或器官是　　　　。
A.肌肉 B.骨骼 C.上皮组织 D.神经组织
（3)人在长跑后，因流汗过多常出现抽搐现象，这是因为身体中　　　　含量过低。
A.K+ B.Na+ C.Ca2+ D.Mg2+
（4)由上述资料呈现的铁、钙在人体中的作用，可以说明无机盐在生物体内有哪些重要作用
① ；
② 。
【答案】（1)氧气　 蛋白质 　（2)B　 （3)C　 （4)①有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分　②有些无机盐对维持生物体的生命活动有重要作用。

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