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人教版（2019）必修1
第二章 组成细胞的分子
第二节 细胞中的无机物
学习目标
02
01
通过水结构与功能的分析，形成结构与功能相适应的生命观念。（生命观念）
通过对水和无机盐的作用的学习，培养归纳与概括的思维方式。（科学思维）
目录
细胞中的水
01
细胞中的无机盐
02
新课导入
问题探讨
如图是某种运动员饮料的化学成分表。回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题。
成分 质量浓度（g.L-1）
蔗糖 30 其他糖类 10 柠檬酸 10 柠檬香精 0.8 NaCl 1.0 KCl 0.1 NaH2PO4 0.1 KH2PO4 0.1 NaHCO3 0.1 提供能量
调 味
补充失去的无机盐（解体渴）
喝饮料主要是给身体补充水。水在细胞中起什么作用？
水在细胞中的作用主要表现在以下几个方面。水是细胞结构的重要组成成分；水是细胞内的良好溶剂，许多物质必须溶解在水中，细胞内的许多化学反应也都需要水的参与；多细胞生物体的绝大多数细胞必须浸润在以水为基础的液体环境中；通过水在生物体内的流动，可以把营养物质运送到各个细胞，同时，也把各个细胞在代谢中产生的废物运送到排泄器官或者直接排出体外。总之，各种生物体的一切生命活动，都离不开水。
新课导入
问题探讨
如图是某种运动员饮料的化学成分表。回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题。
成分 质量浓度（g.L-1）
蔗糖 30 其他糖类 10 柠檬酸 10 柠檬香精 0.8 NaCl 1.0 KCl 0.1 NaH2PO4 0.1 KH2PO4 0.1 NaHCO3 0.1 提供能量
调 味
补充失去的无机盐（解体渴）
表中哪些成分属于无机盐？为什么要在运动员喝的饮料中添加无机盐 ？无机盐在细胞的生活中起什么作用？
表中的氯化钠、氯化钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钠等都属于无机盐，它们在饮料中以离子的形式存在。运动员在运动中会大量出汗，出汗时人体会排出大量无机盐， 所以要给他们补充无机盐。无机盐可以调节细胞的生命活动，也是许多有机物的重要组成成分。
细胞中的水
水的含量
几种不同生物体水的含量 生物 水母 鱼类 蛙 哺乳动物 藻类 高等植物
水含量% 97 80-85 78 65 90 60-80
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
所占比例（%） 10 22 76 79 83
水在构成生物体的化合物中含量第一；不同种生物含水量不同；水生生物含水量一般比陆生生物高；同一生物体，不同组织、器官中的含水量不同 。
细胞中的水
自然界中水的存在形式
气态
液态
固态
细胞中的水
水的存在形式及作用
形式 自由水 结合水
概念
功能
细胞中绝大部分的水呈游离状态，可以自由流动
①细胞内良好的溶剂；
②参与生物化学反应；
③为细胞提供液体环境；
④运送营养物质和代谢废物
与细胞内的其他物质相结合的水
细胞结构的重要组成部分。存在形式主要是水与蛋白质、多糖等物质结合，失去流动
细胞中的水
水的存在形式及其功能的探究
将种子放在阳光下2天
重量
减轻
________大量散失
晒干的种子用水浸泡
仍能
萌发
失去大部分________的种子仍保持其生理活性
晒干的种子不浸泡
不萌发
_______ 少，代谢弱
自由水
自由水
自由水
细胞中的水
将种子放在试管中，用酒精灯加热
管壁上有水珠
失去的主要是________
失去________的种子浸泡
不萌发
失去________的种子失去生理活性
结合水
结合水
结合水
细胞中的水
自由水和结合水的相互关系
两者的相对含量（自由水/结合水）影响生物组织的细胞代谢速率和抗逆性。
自由水和结合水可相互转化。
自由水
结合水
上升
细胞代谢增强。
下降
细胞代谢减弱，
抗逆性增强
自由水与结合水相对含量的比值
代谢强度
抗逆性
O
自由水
温度升高
温度降低
结合水
细胞中的水
水的结构特性——极性
—
+
+
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。由于氧原子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）都容易与水集合。因此，水是良好的溶剂。
细胞中的水
水的结构特性——易形成氢键
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。
氢键
细胞中的水
水的结构特性——易形成氢键
使水在常温下能够维持液体状态，具有流动性。
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。
δ-
δ+
氢键
H
H
O
δ-
δ-
δ-
δ+
δ+
δ+
细胞中的水
水的结构特性
① 水是极性分子
② 分子间具有氢键
③ 氢键不稳定
良好的溶剂
具有高比热容
具有流动性
参与生物化学反应
温度缓冲剂
运送营养物质和代谢废物，为细胞提供液体环境
细胞中的水
思考
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？
提示：在一定范围内，自由水和结合水的比值 ，新陈代谢越旺盛；
越大
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比值与生物的抗逆性有什么关系？
提示：在一般情况下，自由水和结合水的比值 ，细胞抗逆性越强；
越小
【结论：细胞内自由水所占的比例越大，细胞的代谢就越旺盛。】
【结论：细胞内结合水越多，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强】
无机盐在细胞中大多数的存在形式：离子形式
细胞中的无机盐
含量：很少，仅占1％－1.5％
阳离子
Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等
阴离子
Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等
下图是一种叶绿素分子和血红素分子局部结构简图。
细胞中的无机盐
思考·讨论 无机盐的作用
一种叶绿素分子的局部结构
血红素分子的局部结构
植物在缺乏N、P、K等营养物质时会出现各种症状，因此生产过程中常要给植物施肥。玉米在生长过程中缺乏P，植株就会特别矮小，根系发育差，叶片小且呈暗绿偏紫色。
植物缺Mg会影响光合作用，为什么？
光合作用的正常进行不能缺少叶绿素，而叶绿素的分子结构中不能缺少的元素之一就是Mg。Mg是叶绿素的组成元素之一，因此，它对于光合作用具有重要意义。缺Mg使叶绿素的形成受到阻碍，进而影响光合作用。
细胞中的无机盐
思考·讨论 无机盐的作用
有一种贫血症叫缺铁性贫血，为什么缺铁会导致贫血？
人体内血红蛋白和红细胞的减少都可以导致贫血。血红蛋白的分子结构不能缺少的一种元素就是Fe。缺Fe会导致血红蛋白的合成障碍，从而引起贫血。缺铁性贫血是一种常见的贫血症。
植物缺P常表现为生长发育不正常，这说明什么？分析为什么植物体缺P会影响其生长发育。
细胞中的无机盐
思考·讨论 无机盐的作用
说明了P对于植物正常的生长发育是必不可少的。
P作为植物生长发育所必需的大量元素之一，P是许多重要化合物（如核酸、ATP等）和生物膜等的重要组成成分，也在光合作用和呼吸作用等与能量代谢有关的反应中扮演重要角色。当P供应不足时，核酸的合成会受到影响，并会波及蛋白质的合成，还会影响体内糖类的代谢。
作用——构成细胞中某些复杂化合物的组成成分
细胞中的无机盐
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
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”
Na 维持神经、肌肉细胞的兴奋性等 神经、肌肉细胞的兴奋性降低，肌肉酸痛、无力等
作用——维持细胞和生物体的生命活动
细胞中的无机盐
哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2+，如果Ca2+的含量太低，动物会出现抽搐等症状
人体内Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等。因此，当大量出汗排出过多的无机盐后，应多喝淡盐水。
生物体内的某些无机盐离子，必须保持一定的量，这对维持细胞的酸碱平衡也非常重要。
作用——维持细胞的渗透压平衡（正常形态）
细胞中的无机盐
正常形态
皱缩
膨胀
9%的NaCl溶液
清水
作用——维持细胞的酸碱平衡
细胞中的无机盐
乳酸＋NaHCO3→乳酸钠＋H2CO3
CO2＋H2O
剧烈运动时：H+
H2O+CO2由肺排出
+ NaHCO3
无机盐离子H2CO3/HCO3-、H2PO4-/ HPO42-等组成重要的缓冲体系来调节并维持pH平衡。
蔬果中的碱：OH-
+ H2CO3
过多HCO3-由肾脏排出
H2O + HCO3-
Na+ + H2CO3
探究无机盐X是否为植物生长发育所必需（拓展）
细胞中的无机盐
实验方案：
观察含全部营养的培养液中去掉该元素前后的植株生长情况
2. 设计思路：
以Fe为例
将生长状况相同的正常植物分为两组
甲组
缺Fe培养液
若出现缺乏症
若植物正常生长
加入Fe元素再培养
缺乏症消失
乙组
完全培养液
则Fe为植物生长必需元素
则Fe元素不是植物生长必需元素
若植物正常生长
探究无机盐X是否为植物生长发育所必需（拓展）
细胞中的无机盐
实验分析
实验组中加入Fe的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。
该方案也可用于检测某种矿质元素是否是植物正常生长的必需元素。
每组放入的植物不能是一株，因为一株植物存在偶然性。
空白对照
对照组：
植物 + 完全培养液
实验组：
植物 + 缺X培养液
自身对照
对照组：
缺X培养液（加入 X 之前）
实验组：
加入无机盐X后
课堂小结
细胞中的无机物
细胞中的水
细胞中的无机盐
水的生理作用
水的存在形式
水的含量
结合水
自由水
无机盐的生理作用
无机盐的存在形式
1.下列有关水的叙述不正确的是（ ）
A.水在低温下结冰，利于细胞处于休眠状态从而抵抗不利环境
B.水分子间形成的氢键决定水具有流动性，这是物质运输所必需的
C.水具有较高的比热容，为细胞创造舒适的液体环境
D.水是极性分子，这决定了其是细胞内良好的溶剂，为生物化学反应所必需
√
课堂训练
解析：细胞中的水结冰会破坏细胞的结构，A错误。
2.下列关于无机盐的说法错误的是（ ）
A.将小麦种子烧尽后可见到一些灰白色的灰烬，这些灰烬就是无机盐
B.无机盐对生物体的生命活动有着重要作用，在细胞中含量较多
C.细胞中大多数无机盐以离子的形式存在
D.人体Na+缺乏会引起肌肉酸痛、无力
√
课堂训练
解析：将小麦种子烧尽后可见到一些灰白色的灰烬，这些灰烬就是无机盐，A正确；无机盐是细胞中含量很少的无机物，大多数以离子形式存在，B错误，C正确；人体内Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等，D正确。
3.农谚有云“谷连谷，坐着哭”，指在同一块土地上连续多年只种谷子，其产量会逐年下降。下列相关叙述错误的是（ ）
A.谷子由根部吸收的无机盐既参与物质组成，又能维持细胞的形态和功能
B.不同的农作物对土壤矿质元素的需求是有差异的
C.“谷连谷，坐着哭”可能与土壤缺乏某些矿质元素有关
D.谷子秸秆充分晒干后，其体内剩余的物质主要是无机盐
√
课堂训练
解析：谷子由根部吸收的无机盐既参与物质组成，又能维持细胞的形态和功能，A正确；不同的农作物细胞内元素的含量相差较大，因此对土壤矿质元素的需求是有差异的，若在同一块土地上连续多年只种谷子，可能造成土壤中缺乏某种元素，导致其产量逐年下降，B、C正确；谷子秸秆充分晒干后，自由水大量丢失，其体内剩余的物质为有机物（主要）、结合水以及无机盐等，D错误。

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