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第2单元 组成细胞的分子
第5课时　细胞中的无机物
1.说出水在细胞中的存在形式和作用。
2.说出无机盐在细胞中的存在形式和作用。
课程重点:水和无机盐在细胞中的作用。
课程难点:1.结合水的概念;2.无机盐的作用。
教学建议:联系日常生活的事例,了解水在生物体内的含量、在细胞中的存在形式和在细胞中的生理作用。特别关注自由水和结合水的比例与细胞代谢的关系;举例说明无机盐的存在类型和生理功能,掌握通过实验验证植物必需元素的方法;能用所学知识解释部分生理现象(如:肌肉抽搐的原因、大量出汗与补水、人体急性肠炎与治疗等);有助于从细胞水平和分子水平了解一些基本的保健常识。
　　一、细胞中的水
1.含量:水是细胞中含量①　最多　的化合物。不同的生物体内水的含量②　差别很大　;同一生物体的不同组织、器官含水量也不相同,其中新陈代谢越旺盛的细胞含水量③　越高　;生物体在不同的生长发育阶段水的含量④　不同　。
2.存在形式:⑤　自由水　和⑥　结合水　。
3.作用:生物体的一切生命活动都离不开⑦　水　。结合水是⑧　细胞结构　的重要组成成分;自由水是细胞内的⑨　良好溶剂　、参与细胞内的⑩　生物化学　反应、是细胞生活的　液体　环境、运输　养料和废物　。
二、细胞中的无机盐
1.存在形式:大多数以　离子　的形式存在,少量与其他化合物结合以　化合物　的形式存在。
2.无机盐的作用
(1)细胞中许多　化合物　的重要组成成分;
(2)对维持　细胞和生物体　的生命活动有重要作用。
三、细胞中的元素和化合物
1.细胞是多种元素和化合物构成的　生命系统　。
2.活细胞中的化合物必须有机地组织起来,构成细胞这种最基本的结构形式,才能表现　生命现象　。活细胞中的化合物的含量和比例处在　不断变化　之中,但又保持　相对稳定　,以保证细胞生命活动的正常进行。
1.下列关于生物体内水的叙述,错误的是(　　)。
A.参与运输营养物质和代谢废物的水为自由水
B.水是细胞结构的组成成分之一
C.人体细胞内水的存在形式是自由水和结合水
D.自由水与结合水的比例与新陈代谢强弱关系不大
【解析】新陈代谢越旺盛,细胞内自由水的含量相对越高。
【答案】D
2.(2015届安溪一中高一期中)正常人的一生中,细胞内自由水与结合水的比值(P)随年龄变化的曲线是(　　)。
【解析】自由水和结合水的比值越高,新陈代谢越旺盛,人的一生中新陈代谢逐渐下降,故符合题意的是曲线D。
【答案】D
3.某儿童患佝偻病,发烧时就会抽搐,医生建议他平时要补充(　　)。
A.新鲜水果和蔬菜　　　B.钙片和维生素D
C.谷物种皮和胡萝卜 D.蛋白质和糖类
【解析】佝偻病主要是由缺钙引起的,所以应该补钙;而维生素D可以促进钙和磷的吸收,所以医生建议他平时要补充钙片和维生素D。
【答案】B
4.(2014年济南高一检测)人体内缺少钠盐时,会四肢无力,恶心呕吐甚至胸闷。这个事实说明无机盐的作用是(　　)。
A.组成生物体的重要结构
B.调节细胞的pH
C.维持生物体的生命活动
D.是人体重要的能源物质
【解析】本题考查无机盐的作用。人体缺少钠盐时,会四肢无力,恶心呕吐甚至胸闷,说明钠盐能维持生物体的生命活动。
【答案】C
5.医生给病人输液,常把药剂溶解于生理盐水(0.9%的NaCl溶液)中,而不是溶解于蒸馏水中。这是因为(　　)。
A.无机盐在生物体的生命活动中是不可缺少的
　　B.蒸馏水不含营养物质
C.蒸馏水可增大细胞中自由水比例,使细胞代谢加快,加剧病情
D.生理盐水能维持人体内环境渗透压的稳定,防止细胞过度吸水
【解析】人体细胞外液渗透压与生理盐水的渗透压相等,因此将药剂溶解于生理盐水中注射能维持细胞的正常形态和功能。若溶于蒸馏水中注射,会使细胞过度吸水而涨破。
【答案】D
知识点一:了解水
1.细胞中水的存在形式有几种 它们分别有什么功能 请完成下表。
存在形式 定义 生理作用
　　答案:细胞中水的存在形式有两种,即自由水和结合水。自由水是细胞内的良好溶剂,许多反应需要水的参与,水的流动可以运送营养物质和代谢废物;结合水是细胞结构的重要成分。
存在形式 定义 生理作用
结合水 与其他物质结合在一起的水 是细胞结构的重要组成成分
自由水 以游离的形式存在的水 是细胞内的良好溶剂;参与细胞内的生物化学反应;是细胞生活的液体环境;运输养料和废物
　　2.晒干的水稻种子去除的水及保留的水,其形式分别是什么
答案:去除的主要是自由水,保留的是结合水。
3.生物体含水量的特点是怎样的 自由水和结合水的相对比例与生物体的代谢水平有怎样的关系 越冬的植物、干旱地区植物的细胞中,哪种形式的水的含量相对较高 这对植物的生命活动有何重要意义
答案:生物体含水量的特点:不同生物种类含水量有所差别,如水生生物体内的含水量比陆生生物的多;同种生物在不同的生长发育时期含水量不同,如人体的含水量:幼儿>成人>老人;同一生物体的不同器官、组织含水量不同,如代谢旺盛的器官、组织含水量较多。一般情况下,当自由水和结合水的比例增加时,生物体的代谢活跃,生长迅速;当其比例下降时,代谢就会减弱。越冬的植物、干旱地区植物的细胞中,结合水的含量相对较高,这样可使植物的抗寒性、抗旱性等增强,以适应不良的环境条件。
知识总结
在本知识点的学习中,要重点掌握水的分类及功能。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。
例1　水和无机盐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/结合水的比值增大,而处于休眠状态的细胞自由水/结合水的比值减小。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自由水的含量就　　　。
(2)干种子内含的主要是　　　　水,抗旱性强的植物结合水的含量　　　　,处于休眠状态的细胞,自由水含量　　　　。
(3)结合水和自由水是可以　　　　　　　　的。
【解析】细胞中自由水与结合水的比值增大,反映细胞代谢加强;抗旱性强的植物及处于休眠状态的细胞结合水的含量都较高。
【答案】(1)溶剂　运输　生物化学反应　高　(2)结合　高　低　(3)相互转化
　 技巧归纳
本题涉及的知识点是水的存在形式及功能。了解细胞中的自由水和结合水在一定的条件下是可以相互转化的,自由水与结合水的比例不同,细胞的代谢能力也不同:当自由水与结合水比例升高时,细胞的代谢旺盛;其比例下降时,代谢减慢,但植物抗逆能力增强。在干种子、越冬的植物、干旱地区植物的细胞中,结合水含量高,从而使植物的抗旱性、抗寒性等增强,以适应不良的环境条件。
知识点二:了解无机盐
1.请叙述无机盐的存在形式及生理功能。
答案:无机盐大部分以离子状态存在,少量参与构成一些复杂的化合物。无机盐是细胞内复杂化合物的重要组成成分,对维持细胞和生物体的生命活动(维持细胞的形态和功能、维持细胞的渗透压平衡、维持细胞的pH)有重要作用。
2.探究某矿质元素离子是否为植物生活所必需的实验方法是什么 实验过程中需配制哪两种营养液 当缺素“完全营养液”中的植物表现出症状后,还需如何继续实验,才能确定该矿质元素离子是植物生活所必需的
答案:溶液培养法。完全营养液和缺素“完全营养液”。还需在缺素“完全营养液”中加入一定量的含该元素的无机盐,一段时间后,若原异常的植株恢复正常(或病症消失),则可说明该元素是植物生长所必需的。
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、功能及植物必需矿质元素的判断方法。同时要注意以下几点:
1.Mg是叶绿素分子的必需元素;Fe2+是血红蛋白的组成成分。
2.Na+对细胞外液渗透压起重要作用,K+对细胞内液渗透压起决定作用。
3.HC、HP对细胞的酸碱平衡起作用。
例2　无机盐是人体不可缺少的营养成分,引起儿童得佝偻病、地方性甲状腺肿及贫血病的无机盐分别是(　　)。
①钾　②钙　③钠　④铁　⑤碘　⑥磷
A.①②④　　B.②⑤④　　C.②⑥④　　D.⑥⑤④
【解析】钾盐主要在维持细胞内液渗透压、心肌舒张、保持心肌正常兴奋性上有重要作用;儿童缺钙,会引起佝偻病,老年人缺钙会引起骨质疏松症;钠盐主要维持细胞外液的渗透压;铁是合成血红蛋白的原料,人体缺铁会引起缺铁性贫血;碘是合成甲状腺激素的主要原料,若成年人的食物中长期缺碘,则会引起甲状腺增生肿大,得地方性甲状腺肿,俗称“大脖子病”。
【答案】B
　 技巧归纳
渗透压反映溶液的吸水能力,溶液浓度相对越高,渗透压就相对越大,吸水能力相对就越强。在学习过程中,不仅要知道无机盐对维持细胞和生物体的生命活动有重要作用,更要具体了解在课本、资料及试题中出现频率较高的无机盐如钾、钙、钠、铁、碘、磷、硼、镁、氮、锌等的作用。
1.下列植物细胞中结合水的相对含量最大的是(　　)。
A.休眠的蚕豆子叶细胞
B.玉米的胚乳细胞
C.洋葱根尖分生区的细胞
D.成熟柑橘的果肉细胞
【解析】结合水是水与细胞内其他物质相结合形成的,是细胞结构的主要组成成分,大约占细胞内全部水分的4.5%。由此可见,结合水在细胞内的含量是较少的。题目中提供的四个选项中,蚕豆由于处于休眠状态,其细胞内的自由水大量散失,因此结合水的相对含量就增加了。而其他结构的细胞都是处于正常状态的活细胞,其细胞内自由水的含量都远高于休眠细胞中的含量,而结合水的相对含量就比较低了。
【答案】A
2.研究发现生物体内有七十多种酶的活性与锌有关,这说明锌(　　)。
A.是细胞中某些复杂化合物的重要组成成分
B.对维持生物体的生命活动有重要作用
C.对维持细胞的形态有重要作用
D.对调节细胞内溶液的浓度有重要作用
【解析】新陈代谢需要酶的催化,有七十多种酶的活性与锌有关,这说明锌对维持生物体的生命活动有重要作用。
【答案】B
3.(2015年安庆五校期中联考)下列关于生物体内水的叙述,不正确的是(　　)。
A.结合水是细胞的重要组成成分
B.血细胞中的水大部分是自由水
C.自由水可参与细胞内物质的运输与化学反应
D.若不同种生物细胞中的自由水和结合水的比值相同,则它们的代谢强度相同
【解析】细胞中的自由水和结合水的比值与代谢有关,但代谢速度不是全部由自由水和结合水决定的。
【答案】D
4.英国医生塞达尼·任格在对离体蛙心进行实验的过程中发现,用不含钙和钾的生理盐水灌注蛙心,收缩不能维持;用含有少量钙和钾的生理盐水灌注时,蛙心可持续跳动数小时。实验说明钙盐和钾盐(　　)。
A.对维持细胞的形态有重要作用
B.对维持生物体的生命活动有重要作用
C.为蛙心的持续跳动提供能量
D.是细胞中某些复杂化合物的重要组成部分
【解析】A、B、D都是无机盐的功能,但从题意可看出钙盐和钾盐有维持心脏持续跳动的功能。心脏持续跳动是生物体的生命活动之一,说明钙盐和钾盐对维持生物体的生命活动有重要作用。
【答案】B
5.有机化合物中具有不同的化学基团,它们对水的亲和力不同。易与水结合的基团称为亲水基团(如—NH2、—COOH、—OH),具有大量亲水基团的一些蛋白质、淀粉等分子易溶于水;难与水结合的基团称为疏水基团,如脂质分子中的碳氢链。脂质分子往往有很长的碳氢链,难溶于水而聚集在一起。请回答:
(1)等量亲水性不同的两种物质分散在甲、乙两个含有等量水的容器中,如图所示。容器中的自由水量甲比乙　　　　。
(2)相同质量的花生种子(含油脂多)和大豆种子(含蛋白质多),当它们含水量相同时,自由水含量较多的是　　　　种子。
(3)以占种子干重的百分比计算,种子萌发时干燥大豆种子的吸水量比干燥花生种子吸水量　　　　。
(4)种子入库前必须对其干燥处理,降低种子中的含水量,这是因为:
①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【解析】结合水是被亲水基团束缚住的水,结合水的多少与亲水基团的表面积有关,油脂含疏水基团多,而蛋白质含亲水基团多,因而蛋白质的吸水能力强,其次是淀粉、纤维素等。种子在入库前应晒干,降低自由水含量以减弱代谢强度,减少有机物的消耗。
【答案】(1)少　(2)花生　(3)多　(4)①种子含水量多,呼吸作用强,种子内贮藏的营养物质损失多　②种子含水多,呼吸作用强,放出热量多,温度增高,种子易发芽霉变
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.新鲜的小麦种子晾晒时变得皱缩,若晒干后继续烘烤,则种子就不能萌发了。种子晾晒失去的水和烘干失去的水分别是(　　)。
A.自由水、自由水　　　　B.自由水、蒸发水
C.结合水、自由水 D.自由水、结合水
【解析】当细胞失去一部分自由水时,细胞的新陈代谢减慢;但当细胞失去结合水时,细胞往往失去了生命力。新鲜小麦种子在贮藏前需要晾晒,此时重量减轻,但小麦种子仍具有生命力,所以失去的这部分水属于自由水。但烘烤后的种子不能萌发,即失去活力,说明此时失去的水属于结合水。
【答案】D
2.(2014年德州一中高二月考)人体体液中存在着许多缓冲系统(如H2CO3和HC、HP和H2P等),它们既能与酸性物质发生反应,又能与碱性物质发生反应,这说明无机盐(　　)。
A.能够维持细胞的渗透压
B.能够维持生物体体液的酸碱平衡
C.能够维持生物体的生命活动
D.是构成细胞的成分
【答案】B
3.社会学家预测:水是引发未来战争的重要原因之一,这是因为水对生物的生存具有重要意义。下列有关水的叙述中,不正确的是(　　)。
A.水是生物细胞的主要组成成分
B.细胞内的结合水是生化反应的重要介质
C.水是影响生物生存和分布的重要非生物因素
D.水是一种重要的自然资源
【解析】细胞内的结合水是细胞结构的重要组成成分。
【答案】B
4.(2015年安庆五校期中联考)沙漠里生长的植物细胞中,下列物质中含量最多的成分是(　　)。
A.蛋白质　　B.脂肪　　　C.水　　　　D.核酸
【解析】本题主要考查各种化合物在细胞中的含量。组成细胞的化合物有两大类,即无机物和有机物,无机物中有水和无机盐,有机物中有糖类、脂质、蛋白质和核酸,其中水大约占85%~90%,在细胞中含量最多的物质是水。
【答案】C
5.结合下列曲线,分析有关无机物在生物体内含量的说法,错误的是(　　)。
　　A.曲线①可表示人一生中体内自由水与结合水的比值随年龄变化的曲线
B.曲线②可以表示细胞代谢速率随自由水与结合水比值的变化
C.曲线③可以表示一粒新鲜的玉米种子在烘箱中被烘干的过程中,其内无机盐的相对含量变化
D.曲线①可以表示人从幼年到成年,体内水相对含量的变化
【解析】一般来说,细胞内的结合水含量是相对稳定的,但自由水的含量变化较大;衰老的细胞中自由水含量减少,细胞内自由水与结合水的比值也将减小;自由水是细胞内的良好溶剂,细胞内许多化学反应都需要水的参与,所以细胞内自由水比值升高后,代谢增强,细胞呼吸速率应加强;玉米种子被烘干的过程中所含水分越来越少,其内的无机盐相对含量逐渐增加,最后达到一恒定值;幼儿体内水的含量远远高于成年人体内水的含量。
【答案】C
6.现有含水量(1)10%、(2)12%、(3)14%、(4)16%的小麦,分别储存于条件相同的四个粮仓中。在储存过程中,有机物损耗最少的是(　　)。
A.(1) B.(2) C.(3) D.(4)
【解析】此题考查水的作用。4种小麦储存的条件相同,含水量越多,新陈代谢越旺盛,有机物分解越多;含水量最少的种子,细胞代谢最缓慢,有机物分解最少。故10%的小麦有机物损耗最少。
【答案】A
7.(2014年德州一中高二月考)某细胞中的含水量为:自由水∶结合水=90∶10,在水分总量不变的情况下,适当提高温度,新陈代谢加快,则两种水的含量比值的变化是(　　)。
A.增大 B.减小 C.不变 D.不能确定
【解析】温度升高,自由水增多。
【答案】A
8.人的红细胞必须生活在含有0.9%的氯化钠溶液中,若将红细胞置于浓盐水中,红细胞则会失水皱缩,从而丧失输送氧气的功能。这些事实说明(　　)。
A.无机盐对维持生物体的新陈代谢有重要作用
B.无机盐对维持细胞的形态和功能有重要作用
C.无机盐离子容易进出细胞
D.水分子容易进出细胞
【解析】人体内的红细胞生活在血浆中,血浆的无机盐浓度为0.9%,红细胞在此环境中能维持渗透压平衡,细胞吸水和失水保持平衡。若将红细胞放入浓盐水中,红细胞会失水皱缩,丧失运输氧气的功能。若将红细胞放入清水中,红细胞会吸水涨破,也会丧失功能。这些事实说明无机盐对维持细胞的形态和功能有重要作用。
【答案】B
9.请根据下表回答问题:
表1:生物体的含水量
生物 水母 鱼类 蛙 哺乳动物 藻类 高等植物
含水量(%) 97 80~85 78 65 90 60~90
表2:人体组织、器官的含水量
组织器官 牙齿 骨骼 骨骼肌 心脏 血液 脑
含水量(%) 10 22 76 79 83 84
(1)从表1可以看出:不同种类的生物体中,水的含量　　 　,水生生物的含水量比陆生生物　　　　。
(2)从表2中可以看出:同种生物在不同的组织、器官中,水的含量　　　　,从脑含水量最高可说明　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)心脏是坚实的,血液是流动的,但两者的含水量仅相差4%,这说明　　　　　　　　　　　　　　　。
【解析】从表 1 中可得知,各种动物的含水量都超过50%,所以水是细胞中含量最多的化合物;每种生物的含水量与其生活环境和分类地位具有密切的关系。表 2 中,人体不同组织器官的含水量不同,表明组织器官的含水量与它们代谢的强弱有关系;还可以看出不同器官中水的功能不同,存在形式不同,组织器官的外形也就不同,例如心脏是坚实的,血液是流动的,但它们的含水量相差不大,原因是前者比后者含结合水多。
【答案】(1)不同　多　(2)不同　代谢旺盛的组织、器官含水量较多　(3)组织、器官的形态结构差异与水的存在形式相关
10.科学工作者研究了钙和硼对某种植物花粉粒萌发和花粉管生长的影响,如图。下列结论与结果不相符的是(　　)。
A.钙或硼对花粉萌发和花粉管生长都有同样的影响
B.适宜浓度的硼或钙明显有利于花粉萌发或花粉管生长
C.钙对花粉管生长有明显影响,而一定范围内几乎不影响花粉的萌发
D.硼对于花粉萌发有明显影响,而一定范围内几乎不影响花粉管生长
【解析】从图1、2中得知,适宜的钙有利于花粉管生长,适宜的硼有利于花粉萌发。
【答案】A
11.植物在冬季来临过程中,随着气温的逐渐降低,体内发生了一系列适应低温的生理生化变化,抗寒力逐渐增强。下图为冬小麦在不同时期含水量和呼吸速率变化关系图。请根据图推断以下有关说法中,错误的是(　　)。
A.冬季来临过程中,自由水明显减少是呼吸速率下降的主要原因
B.结合水与自由水含量的比值,与植物的抗寒性呈明显的正相关
C.随着气温和土壤温度的下降,根系的吸水量减少,组织的含水量下降
D.随温度的缓慢降低,植物的呼吸作用逐渐减弱,有利于减少有机物的消耗
【解析】冬季来临过程中,气温下降是呼吸速率下降的主要原因。
【答案】A
12.某地区经常出现葡萄小叶病,有人认为是土壤中缺锌引起的,有人认为是土壤中缺镁引起的。现有如下材料,请你完成下列实验,探究上面的猜测哪个正确。
材料用具:30株长势相同的葡萄幼苗、蒸馏水、含有植物必需元素的各种化合物。
实验原理:任何一种必需元素在植物体内都有一定的作用,一旦缺乏,就会表现出相应的症状,根据全素培养液和相应缺锌、缺镁的培养液对葡萄生长发育影响的比较,判断小叶病的病因。
方法步骤:
(1)首先配制全素培养液和相应的缺锌培养液和　　　　培养液,分别放入3个培养缸并编号为A、B、C。
(2)
　。
(3)放在适宜的条件下培养一段时间,
　。
(4)结果预测和分析:
①A缸内的葡萄幼苗正常生长。
②若B缸内葡萄幼苗表现出小叶病,而C缸中的没有,则说明　。
③若　,
则说明葡萄小叶病是由缺镁引起的。
④若　,
则说明葡萄小叶病既与缺镁有关,又与缺锌有关。
⑤若　,
则说明葡萄小叶病与缺镁、缺锌都无关。
【解析】实验的自变量是锌、镁的有无,因变量是植物的生长状况。对照组应用全素培养液培养,实验组分别用缺锌培养液和缺镁培养液培养,根据葡萄幼苗的生长状况判断葡萄小叶病与镁和锌的关系。
【答案】(1)缺镁　(2)将30株长势相同的葡萄幼苗均分为3组,分别栽培在上述3个培养缸中　(3)观察葡萄幼苗的生长发育状况　(4)②葡萄小叶病是由缺锌引起的　③C缸内葡萄幼苗表现出小叶病,而B缸中的没有　④B、C两缸内葡萄幼苗都表现出小叶病　⑤B、C两缸内葡萄幼苗都不表现出小叶病
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