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第2节　细胞中的无机物
高中生物学 必修1 分子与细胞 · 学案
班级：________　姓名：________　学号：________
一、学习目标
1.通过对水和无机盐的存在形式与作用的学习，形成结构与功能相适应的生命观念。
2.通过事例分析，归纳总结水与细胞代谢的关系和无机盐的作用，形成科学的思维方式。
3.通过分析水和无机盐的作用及与人体健康的关系，形成良好的生活习惯。
二、情境导入
【材料】
水是细胞中含量最多的化合物，人体含水量约60%～70%，水母含水量达97%。然而，长期泡水的陆生植物会死亡，晒干的种子却可以长期保存。水在细胞中究竟以什么形式存在、有何功能？无机盐虽含量很少，又为什么必不可少？
【思考】
1.水在细胞中以哪两种形式存在？
2.无机盐有哪些生理功能？
三、自主预学
（一）细胞中的水
1.水的含量：在活细胞中含量最多的化合物是水；生物种类不同含水量不同，一般为60%～95%，水母的含水量达到97%。
2.水的特点：(1)水分子是极性分子，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。
3.水的存在形式及功能：自由水(约95.5%)是细胞内良好的溶剂，参与生物化学反应，为细胞提供液体环境，运送营养物质和代谢废物；结合水(约4.5%)是细胞结构的重要组成部分。
图1　自由水与结合水的相互转化
4.水与细胞代谢和抗逆性的关系：正常情况下，细胞内自由水所占的比例越大，细胞的代谢就越旺盛；而结合水越多，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强。
图2　自由水与结合水比值和代谢、抗逆性的关系
图3　代谢强度和抗逆性随自由水/结合水比值的变化
（二）细胞中的无机盐
1.存在形式和含量：细胞中大多数无机盐以离子的形式存在；无机盐是细胞中含量很少的无机物，仅占细胞鲜重的1%～1.5%。
图4　无机盐的存在形式和含量
2.无机盐的生理功能：(1)是某些复杂化合物的重要组成成分(如Fe是构成血红素的元素，Mg是构成叶绿素的元素)；(2)维持细胞和生物体的生命活动；(3)维持细胞和生物体的酸碱平衡和渗透压平衡。
图5　细胞中的无机物知识框架
四、课堂探究
探究一　细胞中的水
【材料情境】资料1：人体组织、器官的含水量。资料2：农业生产中，需要将种子晒干后进行储存，这样能保存较长时间。如果将晒干后的种子放入试管中进行加热，会发现试管壁上有水珠出现。晒干后的小麦种子不能萌发，浸泡处理后的小麦种子却可以萌发。
1.依据资料1中的数据，你能得到什么结论？
2.资料2中将刚收获的小麦种子晒干后再储藏，原因是什么？种子还有活性吗？
3.如果将晒干的种子放在试管中加热，会发现试管壁上有水珠出现，该过程中种子丢失的主要是结合水，此时种子________(填“有”或“没有”)活性。
4.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？
5.越冬的小麦中结合水相对含量升高，自由水相对含量下降，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？
探究二　细胞中的无机盐
【材料情境】无机盐在细胞(鲜重)中的含量仅为1%～1.5%，却有着重要的作用，请结合下列资料分析无机盐的作用。
资料1：一种叶绿素分子和血红素分子的局部结构简图如下。
图6　叶绿素分子和血红素分子的局部结构
资料2：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伸长，缺少硼时常导致“花而不实”。
资料3：生理盐水是指与哺乳动物血液和淋巴液等渗的无机盐溶液，常用的是质量分数为0.9%的氯化钠溶液。
资料4：人体血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等物质，可以中和代谢产生的酸碱变化。
1.由资料1可以看出，无机盐有什么作用？
2.由资料2可知，无机盐对维持生物体的正常生命活动有何意义？
3.由资料3可知，无机盐有什么功能？
4.由资料4可知，无机盐对维持人体内环境的什么具有重要作用？
【拓展】对照实验法探究X元素是不是植物的必需元素。
图7　探究X元素是否为植物必需元素的实验流程
自查自纠
判断下列叙述的正误。
(1)人体的含水量与生长发育阶段有关，婴幼儿的细胞中含水量高。(　　)
(2)剧烈运动缺水时，人体内的水全部以结合水的形式存在。(　　)
(3)细胞内的自由水可作为细胞内化学反应的反应物。(　　)
(4)补充到细胞中的无机盐均以离子形式存在。(　　)
(5)无机盐含量过多或过少都会影响生物体的正常生命活动。(　　)
(6)若一次性补充钙离子过多，血钙过高会引起抽搐。(　　)
例题精析
例1　下列关于水和无机盐的叙述，正确的是(　　)
A.晒干的小麦种子不含自由水，便于贮藏
B.细胞中自由水的比例越大，细胞代谢越旺盛，抗逆性越强
C.细胞中大多数无机盐以离子的形式存在
D.哺乳动物血液中钙离子含量过高会引起抽搐
五、分层训练
【基础巩固练】
考点一　细胞中的水
1.患急性肠胃炎的人要及时补充生理盐水，其主要目的是(　　)
A.降温　　B.提供能量　　C.消毒　　D.维持水和无机盐代谢的平衡
2.冬小麦在早春气温骤降时容易发生冻害，以下说法错误的是(　　)
A.幼穗等幼嫩部位因为自由水含量高而容易发生冻害
B.植物通过降低自由水与结合水的比值来增强对冻害的抵抗
C.植物体内结合水因结冰而失去流动性，以此来对抗外界气温骤降
D.寒潮来临前浇灌是利用了水比热容大，从而减小麦田的温度变幅
3.如图为水分子之间靠氢键结合的示意图，下列相关叙述错误的是(　　)
图8　水分子之间的氢键
A.水分子由2个氢原子和1个氧原子通过共用电子对而结合
B.水是极性分子，能结合带正电荷或负电荷的分子(或离子)
C.水分子之间的氢键能长时间维持，使水在常温下呈液态
D.水的比热容较高，使得水的温度相对不容易发生改变
考点二　细胞中的无机盐
4.下列关于无机盐的叙述，错误的是(　　)
A.缺铁性贫血是由于体内缺乏铁，不能合成血红素引起的
B.镁是构成叶绿素的成分之一，缺镁会影响光合作用的进行
C.人体大量出汗时只需要补充体内丢失的水分
D.碘是合成甲状腺激素的原料，所以常在食盐中加碘
5.科研团队发现，在缺氮环境下，蓝细菌能以黄化休眠体长期存活。若敲除蓝细菌D酶某亚基，其丧失弱红光下的休眠复苏能力。下列推论错误的是(　　)
A.缺氮会导致蓝细菌叶绿素降解进而休眠
B.休眠体中结合水与自由水的比例会下降
C.弱红光通过影响D酶来促进叶绿素的合成
D.蓝细菌可能在氮循环中发挥重要作用
6.“有收无收在于水，收多收少在于肥”。下列有关说法错误的是(　　)
A.结合水是细胞结构的重要组成成分
B.细胞中自由水的比例越小，细胞的代谢就越旺盛
C.细胞中无机盐大多数以离子形式存在
D.无机盐是细胞中许多化合物的重要组成成分
【综合提升练】
7.下列有关水对生命活动影响的叙述，正确的是(　　)
A.晒干的小麦种子不含自由水，便于贮藏
B.植物幼嫩部位比衰老部位自由水含量占比较高
C.正在萌发的小麦种子中自由水与结合水的比值下降
D.越冬的植物体内自由水与结合水的比值升高，利于植物抵抗寒冷的环境
8.将不同生长状态的花生叶片进行干旱处理，再浸泡于蒸馏水中进行复水(恢复)，测定叶片的相对含水量，结果如图所示。下列叙述错误的是(　　)
图9　花生叶片在不同水分处理下的相对含水量
A.进行干旱处理时结合水含量先下降
B.该实验对照组应浸泡于蒸馏水中
C.植物幼嫩部分比成熟部分的相对含水量高
D.从该实验可推知嫩叶较老叶复水能力强
9.图甲表示A、B两种无机盐离子处于不同浓度时与作物产量的关系；图乙表示钙对某种植物花粉管生长的影响。下列相关叙述不正确的是(　　)
图10　无机盐浓度与作物产量、钙浓度与花粉管生长的关系
A.据图甲可知，B的浓度为b时，对提高作物的产量最有利
B.据图甲可知，B的浓度为d时，虽然对提高产量有利，但会造成肥料的浪费
C.据图乙可知，适宜浓度的钙有利于花粉管的生长
D.据图乙可知，钙对花粉管生长速率的影响随浓度变化而变化
10.研究表明，在小麦种子萌发过程中种子内储存的淀粉开始大量消耗，提供能量促使种子萌发；若土壤中镁的含量较低，萌发后的小麦幼苗叶片会变黄。回答下列问题。
(1)晒干的小麦种子充分燃烧剩余的灰烬主要成分是________。小麦细胞中水的存在形式有两种，萌发过程中小麦种子吸水主要是增加________水的含量；北方冬小麦在冬天来临前，______水的比例逐渐上升，以避免气温下降时自由水结冰。
(2)小麦种子萌发过程中淀粉的分解需要水的参与，说明水具有________________的作用；缺镁时幼苗叶片变黄的原因是________________。
(3)探究小麦种子细胞含水量分别为1%、6%、10%、15%、20%时，储存一年后的种子发芽率，实验结果如表所示。
含水量/% 1 6 10 15 20
发芽率/% 0 100 96 85 0
含水量为1%的种子发芽率为零，试分析可能原因：________________________________________________________________________。
六、参考答案
【课堂探究】
探究一　细胞中的水
1.同一个体的不同组织、器官，含水量不同。
2.将种子晒干是为了减少自由水的含量而使其代谢水平降低，延长储存时间。种子仍保留活性。
3.没有。
4.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。
5.在一般情况下，自由水和结合水的比值越小，生物的抗逆性越强。
探究二　细胞中的无机盐
1.无机盐是某些复杂化合物的重要组成成分。
2.无机盐对维持生物体的正常生命活动有着重要意义。
3.无机盐能调节人体的渗透压，维持细胞的正常形态。
4.无机盐对维持人体内环境的酸碱平衡具有重要作用。
【自查自纠】
(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×
解析：(2)缺水时人体内自由水的比例降低，但仍是自由水含量高。(4)细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。(6)血钙含量太低，动物会出现抽搐等症状；血钙含量过高会引起肌无力。
【例题精析】
例1　C
解析：晒干的小麦种子仍含有少量自由水，A错误；自由水比例高代谢旺盛，但抗逆性弱，B错误；细胞中大多数无机盐以离子形式存在，C正确；血钙过高会引起肌无力而非抽搐，D错误。
【分层训练】
1.D　2.C　3.C　4.C　5.B　6.B
1.解析：患急性肠胃炎时要及时补充生理盐水，目的是补充水和无机盐，维持水和无机盐代谢的平衡，D正确。
2.解析：幼嫩部位自由水含量高，容易发生冻害，A正确；植物通过降低自由水与结合水的比值增强抗冻性，B正确；植物是通过自由水向结合水转化来对抗气温骤降，而非结合水结冰，C错误；水比热容大能减小温度变幅，D正确。
3.解析：水分子之间的氢键易断裂和形成，使水在常温下呈液态，C错误。
4.解析：人体大量出汗排出过多的无机盐后，应多喝淡盐水，C错误。
5.解析：休眠体中结合水与自由水的比例会上升，B错误。
6.解析：细胞中自由水的比例越大，细胞的代谢就越旺盛，B错误。
7.B　8.A　9.A
7.解析：种子晾晒过程中失去的水主要是自由水，晾晒后仍含有少量自由水，A错误；自由水含量越高，细胞代谢越旺盛，幼嫩部位比衰老部位自由水含量高，B正确；萌发种子中自由水与结合水比值上升，C错误；越冬植物自由水与结合水比值降低，利于抵抗寒冷，D错误。
8.解析：干旱处理时自由水含量先下降，A错误；对照组应浸泡于蒸馏水中，B正确；幼嫩部分相对含水量高于成熟部分，C正确；嫩叶较老叶复水能力强，D正确。
9.解析：据图甲可知，B的浓度在c～d时对提高作物产量最有利，A错误。
10.(1)无机盐　自由　结合　(2)参与生物化学反应　镁是构成叶绿素的元素　(3)种子含水量过低，细胞(胚细胞)缺水死亡，种子失去活性

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