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2.2细胞中的无机物学案
【学习目标】
1．结合具体实例及水分子结构的分析，明确水在细胞中的存在形式及作用。
2．结合具体实例分析、总结无机盐在细胞中的存在形式及主要作用。
3．通过对水和无机盐的学习，认识到物质具有特性，初步形成生命的物质性及结构与功能相适应的观念
【学习重难点】
1．说出细胞中水的存在形式及功能。(重、难点)
2．说出细胞中无机盐的存在形式及功能。(重、难点)
【预习新知】
细胞中的水
1．水的含量及特点
(1)含量：一般来说，是细胞中含量最多的化合物，约占70%～95%。
(2)与生物种类及发育阶段的关系
①生物种类不同，含水量不同，如水生生物含水量多于陆生生物。
②不同生长发育期，含水量不同，如幼儿含水量高于成年人。
(3)水的结构特点
①水是极性分子，因此水是良好的溶剂。
②水分子具有氢键，易于断裂和形成，使水具有流动性和较高的比热容。
2．水的存在形式和作用
项目 自由水 结合水
形式 在细胞中以游离的形式存在 与细胞内其他物质相结合
含量 约占95.5% 约占4.5%
作用 ①细胞内的良好溶剂 ②参与化学反应 ③为细胞提供液体环境 ④运送营养物质和代谢废物 是细胞结构的重要组成成分
3．自由水和结合水的比例与细胞代谢的关系
(1)自由水/结合水越大，细胞的代谢就越旺盛。
(2)结合水/自由水越大，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强。
细胞中的无机盐
1．无机盐的含量
无机盐在细胞中含量很少，仅占细胞鲜重的1%～1.5%。
2．无机盐的存在形式
(1)细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。细胞中含量较多的阳离子有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等，阴离子有Cl－、SO、PO、HCO等。
(2)少数无机盐离子与其他化合物相结合，如Fe是构成血红素的元素，Mg是构成叶绿素的元素。
3．组成生物体的无机盐的生理功能
无机盐在细胞中的含量虽然很低，但是其作用非常重要，无机盐含量过多或过少都会影响细胞或生物体正常的生命活动。
(1)一些无机盐是细胞和生物体内某些复杂化合物的重要组成成分，血红素是血红蛋白的组成成分，如植物体缺少了Mg，叶绿素将无法合成，P是组成细胞膜、细胞核的重要成分，也是细胞必不可少的许多化合物的成分。
(2)对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用，如人体内缺Na＋会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等，Ca2＋可调节肌肉收缩。
(3)维持细胞的渗透压，例如，大量出汗会排出过多的无机盐，降低了内环境的渗透压，打破了原有的稳态，需要及时补充生理盐水
【易错提示】
理解生物体内水分出现的两个误区
(1)误认为水越多越好。水是生命之源,但并不是水越多越好,如长期浸泡在水中的陆生植物会因为氧气供应不足而死亡。
(2)误认为晒干的种子不含自由水。晒干的种子失去自由水,并不是不含有自由水,而是自由水含量大幅度降低。
理解细胞中的无机盐出现的三个误区
(1)误认为一种无机盐只可以构成一种化合物。一种无机盐可以参与构成多种化合物,一种化合物可能需要多种无机盐参与构成。
(2)误认为贫血一定是缺Fe造成的。动物缺Fe,会造成缺铁性贫血,但贫血不一定都是缺 Fe造成的,如某些红细胞功能异常的疾病。
(3)误认为无机盐只以离子的形式存在。无机盐在生物体内大多数以离子形式存在,但也有化合物形式。
【巩固训练】
1.分步冷冻保存种子技术可用于长期保存植物种子。具体方法：将种子装入冻存管，先在4℃冰箱中存放30min；立刻移入-20℃冰箱中存放1h；随即投入液氮（-196℃）保存。该过程使种子中的水分有充足时间流出细胞，从而增加种子的抗逆性，减少冷冻伤害。据此分析，上述过程中种子细胞中的自由水/结合水的值的变化情况是( )
A.逐渐增大至稳定 B.逐渐减小至稳定 C.先增大后减小 D.先减小后增大
2.下列关于无机盐的功能的叙述，不正确的是( )
A.参与生物体内某些复杂化合物的构成
B.对维持细胞和生物体的生命活动具有重要意义
C.维持生物体内的渗透压和酸碱平衡，使细胞维持正常的形态与功能
D.为细胞的生命活动提供物质和能量
3.汉代的《氾胜之书》记载：“芸苔（萝卜）定霜乃收，不足霜即涩”，说的是打了霜的萝卜要甜一些，农谚亦有“霜打蔬菜分外甜”的说法。“霜降”是中国传统节气，之后天气渐冷、初霜出现，农作物体内发生了一系列适应低温的变化。下列相关叙述错误的是( )
A. 蔬菜变甜是因为可溶性糖增多，同时提高了抗冻能力
B. 自由水是细胞内良好的溶剂
C. 农作物通过提高细胞内自由水与结合水的比值来减弱代谢，从而适应低温变化
D. 水在农作物细胞中以自由水和结合水的形式存在
4.下列关于水和无机盐的叙述，正确的是( )
A.同一植物中，老叶细胞比幼叶细胞中自由水的含量高
B.将作物秸秆充分晒干后，其体内剩余的物质主要是无机盐
C.细胞内的自由水和结合水都是良好的溶剂，都能参与物质运输和化学反应
D.哺乳动物的血液中必须含有一定含量Ca2+，当Ca2+的含量太高时，会出现肌无力等症状
5.研究发现用不含Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时，蛙心收缩不能维持，而用含有少量Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时，心脏能持续跳动数小时。在正常人的血浆中，NaHCO3的含量约为H2CO3含量的20倍，当血浆中NaHCO3的含量减少时，会形成酸中毒，当血浆中H2CO3含量减少时，会形成碱中毒。医用生理盐水是质量分数为0.9%的氯化钠溶液，临床上可用来补液和洗涤伤口。上面一系列事实说明( )
①无机盐是细胞内许多重要化合物的组成成分
②许多无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用
③无机盐对于维持细胞的酸碱平衡非常重要
④无机盐可维持细胞渗透压，从而维持细胞正常形态
A.②④③ B.②③④ C.①③④ D.①②③
参考答案
1.答案：B
解析：细胞中自由水呈游离状态，可以自由流动；结合水是指与细胞内的其他物质相结合的水，不可自由流动。依题意，分步冷冻过程中，种子中的水分流出细胞，则流出细胞的应该是自由水。因此，上述过程中种子细胞中的自由水/结合水的值的变化情况是逐渐减小至稳定，B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
2.答案：D
解析：A、无机盐参与生物体内某些复杂化合物的构成，如铁是血红蛋白的组成成分，A正确；
B、许多无机盐对维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用，B正确；
C、有的无机盐参与维持渗透压，对维持细胞形态具有重要作用，C正确；
D、无机盐不能为细胞提供能量，D错误。
故选D。
3.答案：C
解析：A、可溶性糖增加使蔬菜变甜，且细胞液浓度升高，冰点降低，抗冻能力增强，A正确； B、自由水呈游离状，可自由流动，是细胞内良好的溶剂，B正确； C、降温时，细胞内的部分自由水转化为结合水，自由水与结合水的比值降低，细胞代谢减弱，增加抗寒能力，适应低温，C错误； D、水在农作物细胞中以自由水和结合水的形式存在，两者可以相互转化，D正确。
故选：C。
4.答案：D
解析：A、同一株植物中，幼叶细胞新陈代谢旺盛，细胞中自由水的含量通常高于老叶，A错误;B、将作物秸秆晒干后，剩余的物质主要是有机化合物，秸秆充分焚烧后的灰烬主要是无机盐，B错误;C、细胞中自由水是良好的溶剂，能参与物质运输，结合水参与组成细胞结构，C错误;D、许多无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用，例如哺乳动物血液中Ca2+的量过低时，会出现抽搐等症状，血钙过高时，会引起肌无力等症状，D正确。
5.答案：B
解析：结合题干信息分析可知，不含Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时，蛙心收缩不能维持，而含有Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时，心脏能持续跳动数小时，这说明Ca2+和K+具有维持生物体正常生命活动的作用；
当血浆中的NaHCO3含量减少时，会形成酸中毒；当血浆中H2CO3含量减少时，则形成碱中毒，这表明无机盐具有维持细胞的酸碱平衡的作用；
医用生理盐水是质量分数为0.9%的氯化钠溶液，临床上可用来补液和洗涤伤口，这是因为其渗透压与细胞内液相同，利于维持人体细胞活性。
综上所述，上面一系列事实说明，②许多无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用；③无机盐对于维持细胞的酸碱平衡非常重要；④无机盐可维持细胞渗透压，从而维持细胞正常形态，即B正确。
故选B。

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