1、第2节 细胞中的无机物概念认知自主学习一、细胞中的水 1.水的含量:(1)生物体的含水量随着生物_的不同而有所差别。(2)水是构成_的重要成分,也是活细胞中含量_的化合物。2.水的存在形式及作用:项目自由水结合水形式在细胞中以_的形式存在与_相结合作用细胞内良好的溶剂;参与_反应;为细胞提供_;运送营养物质和_废物是_的重要组成部分种类 细胞 最多 游离 细胞内其他物质 化学 液体环境 代谢 细胞结构 3.水的结构特点:(1)水是_分子,因此水是细胞内良好的溶剂。(2)水分子具有_,易于断裂和形成,使水具有_和较高的_。4.水的含量与细胞代谢和抗逆性的关系:(1)细胞代谢方面:正常情况下,细胞
2、内_比例越大,细胞的_就越旺盛。(2)抗逆性方面:_越多,细胞抵抗_等不良环境的能力就越强。【警示】降温时,我国北方多年生植物细胞中部分自由水可以转化为结合水,结合水的比例增大。极性 氢键 流动性 比热容 自由水 代谢 结合水 干旱和寒冷 二、细胞中的无机盐 1.存在形式和含量:(1)存在形式:大多数以_的形式存在。(2)含量:无机盐是细胞中含量_的无机物。2.无机盐的功能:(连线)【点拨】小麦种子烧尽后的灰白色灰烬,就是小麦种子里的无机盐。离子 很少【质疑批判】某同学学习细胞中的无机物后,总结出以下结论:对于生命活动来说,自由水比结合水重要。细胞内结合水与自由水的比值,种子萌发时比休眠时低。
3、细胞中的无机盐全部以离子的形式存在。缺铁性贫血是因为体内缺乏铁,血红素不能合成。晒干种子,细胞中自由水减少,种子失去活性。你的判断:正确的结论有_。【思维激活】足球是激烈的运动,运动员在比赛中有时会出现肌肉抽搐的现象,你知道是什么原因吗?提示:运动员随着汗液的排出而丢失了大量Ca2+引起的。【教材开发】P22 思考讨论 问题:植物培养液中镁是一种重要的营养元素,植物缺镁会表现出如图叶片发黄 的情况,试分析原因。提示:镁是叶绿素的组成成分,植物缺镁,叶绿素形成受阻,导致叶片发黄。能力形成合作探究学习任务一:细胞中水的存在形式及作用【情境探究】冬季随着气温的逐渐降低,植物体内发生了一系列适应低温的
4、变化,如可溶性糖含量增加、细胞代谢减弱等。在农业生产上,有些植物如红薯往往在霜降后收获,因为“霜打”后的红薯格外“甜”。思考:“霜打”后的红薯格外“甜”,原因是什么?提示:温度降低,红薯中的淀粉分解为可溶性糖,可以结合更多的结合水,增强了红薯的抗寒能力;可溶性糖增加,红薯变得更甜。【探究活动】(科学思维分析与归纳)1.生物体的含水量比较:(1)生物种类:水生生物陆生生物。(2)生长发育时期:幼儿时期成年时期老年时期;作物幼嫩部分作物成熟部分。(3)组织、器官种类和代谢程度:血液骨骼肌牙齿。2.自由水与结合水的相互转化:(1)条件。自由水 结合水(2)实例。烘干种子时,部分结合水转化为自由水散失
5、掉。北方冬小麦在冬天来临时,部分自由水转化为结合水。3.自由水与结合水的比值与代谢、抗逆性的关系:探讨:请在下列坐标图中画出自由水与结合水的比值与代谢强度、抗逆性关系的变化曲线。提示:4.水在生产中应用的实例及原理:(1)种子萌发时,需要吸收水分,增加自由水含量。(2)种子储存前晒干是为了降低自由水含量,降低代谢速率,以延长储存时间。(3)越冬作物减少灌溉,可提高作物对低温的抗性。5.自由水和结合水的功能验证:【易错陷阱】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。
6、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。【素养案例】“夜来春雨润垂杨,春水新生不满塘。日暮平原风过处,菜花香杂豆花香。”下列各图为植物在春天复苏、生长过程中细胞中自由水与结合水相对含量变化的曲线图,则图示表示正确的是 ()【思维流程】【解析】选B。植物在复苏、生长过程中细胞新陈代谢活动逐渐增强,因此自由水相对含量升高,结合水相对含量降低。【题后反思】判断自由水、结合水比例变化的方法(1)看环境条件是否恶化,若环境条件恶化,则自由水相对含量下降,结合水相对含量上升。(2)看生命活动强度或状态的变化,若生命活动增强,则自由水相对含量上升,结合水相对含量下降。【典题加练】
7、1.生命离不开水。下列关于水的叙述不正确的是()A.结合水是细胞结构的重要组成部分 B.血浆中的水大部分是自由水 C.肌肉细胞内的水大部分是结合水 D.自由水是细胞内的良好溶剂【解析】选C。一部分水与细胞内其他物质结合形成结合水,结合水是细胞结 构的重要组成部分;自由水以游离的形式存在,可以自由流动,是细胞内的良好 溶剂,血浆和肌肉细胞中大部分水都是自由水。2.(2021长沙高一检测)水是生命之源,下列关于生物体内水的叙述中错误的 是()A.参与运输营养物质和代谢废物的水是自由水 B.越冬的植物细胞内结合水/自由水的比例上升 C.水既是细胞代谢所需的原料,也是细胞代谢的产物 D.失去自由水的种
8、子不具有萌发的能力【解析】选D。自由水在细胞内可以自由流动,参与运输营养物质和代谢废物,A正确;越冬的植物细胞内自由水含量减少,结合水/自由水的比例上升,B正确;水既是细胞代谢所需的原料,也是细胞代谢的产物,C正确;失去结合水的种子不具有萌发的能力,D错误。学习任务二:无机盐的存在形式及作用【情境探究】根据图中叶绿素和血红素分子的局部结构简图进行探究。思考:(1)缺Mg的植物会影响光合作用,原因是什么?提示:缺Mg使叶绿素的形成受到阻碍,进而影响光合作用。(2)缺Fe会导致人体表现出贫血症状,原因是什么?提示:缺Fe会导致血红素的合成障碍,运输O2功能降低从而引起贫血。【探究活动】(科学思维归
9、纳与总结)1.无机盐存在形式及作用的两点归纳:(1)无机盐并不都以离子的形式存在,如骨骼中的Ca以CaCO3的形式存在。(2)无机盐在细胞内含量很低,但其作用非常重要,且需要保持一定的量,过少和过多都可能影响生命活动。2.无机盐参与构成的常见化合物:无机盐种类常见化合物N蛋白质、叶绿素、核酸P核酸、磷脂Mg叶绿素S含硫氨基酸Fe动物血红素I甲状腺激素探讨:酷暑季节,室外作业的工人会大量出汗,有同学认为工人应多喝纯净水以补充散失的水分。请结合所学知识,评价上述说法是否合理,并说出评价依据。提示:不合理。工人大量出汗排出水的同时,会排出过多的无机盐,从而导致体内的无机盐含量减少,而纯净水几乎不含无
10、机盐。【易错陷阱】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。【知识拓展】探究某种无机盐是否为植物必需元素的思路 提醒:实验组加入X盐的目的是二次对照,使实验组前后对照,以增强说服力。【素养案例】已知Mn是许多酶的活化剂,例如其能激活硝酸还原酶,缺Mn的植物就无法利用硝酸盐,
11、这说明无机盐离子()A.对维持细胞的形态和功能有重要作用 B.对维持生物体的正常生命活动有重要作用 C.对维持细胞的酸碱平衡有重要作用 D.对调节细胞内的渗透压有重要作用【思维流程】解答本题需突破以下两个关键点:【解析】选B。Mn能够激活硝酸还原酶,使硝酸盐发生化学变化,进而被植物体利用,这说明Mn对维持生物体的正常生命活动有重要作用。【题后反思】常见无机盐离子的作用(1)Mg2+、Fe2+和I-:构成复杂化合物。(2)HC:维持细胞酸碱平衡。(3)Na+和Cl-:维持细胞内外渗透压平衡。【典题加练】1.无机盐在细胞中含量虽然很少,但其作用巨大,下列关于无机盐的叙述中,正 确的是()A.运动员
12、的饮料中含钾、钠离子较多,主要与补充因大量出汗带走的钾、钠离 子有关 B.叶绿素分子含镁、血红素含亚铁,说明无机盐在细胞内主要是以化合物的形 式存在 C.食用加碘盐时,碘含量越多越好 D.同学们踢球时大量出汗导致钠离子含量降低,就会出现抽搐的症状【解析】选A。运动员的饮料中含钾、钠离子较多,主要与补充因大量出汗带走的钾、钠离子有关,A正确;叶绿素分子含镁、血红素含亚铁,说明无机盐是细胞中某些复杂化合物的重要组成成分,而无机盐在细胞内主要以离子的形式存在,B错误;碘含量并不是越多越好,C错误;人体血液中的钙离子含量过低时,会出现抽搐的症状,D错误。2.为了确定某种矿质元素是否是植物的必需元素,应
13、采用的方法是()A.检测正常叶片中该矿质元素的含量 B.分析根系对该矿质元素的吸收过程 C.分析环境条件对该矿质元素吸收的影响 D.观察在完全培养液中去掉该矿质元素前后植株生长发育状况【解析】选D。判断某种元素是否是植物的必需元素通常用溶液培养法。在人工配制的完全培养液中,除去某种矿质元素,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),说明该元素是植物生长必需的矿质元素。3.设计一个实验检验镁盐为小麦生长必需的无机盐,根据提供的实验材
14、料用品,完成实验步骤,并得出相应结论。(1)材料用品:完全培养液甲,缺镁的完全培养液乙,适当的固定材料,广口瓶若干,长势相似的小麦幼苗,含镁的无机盐。(2)方法步骤:取两个洁净的广口瓶编号A、B,并向A瓶中加入一定量的完全培养液甲,向B瓶中加入_。取_分为两组,将其中一组放入A瓶中,另一组放入B瓶中。将两广口瓶置于_条件下培养一段时间,观察_。(3)实 验 现 象:A 瓶 _,B 瓶 _。结论:_。(4)通过以上实验还不能完全证明镁盐为植物生长所必需的无机盐,应如何补充才能说明问题?_。【思维流程】【解析】根据实验目的,本实验的自变量是营养液中镁的有无,其他条件均应相同。溶液培养法可以用来判定
15、某元素是不是必需元素,运用对照原则,将小麦幼苗随机分为两组,分别放在含镁和不含镁的培养液中培养,观察实验结果,对结果进行分析,得出结论。答案:(2)等量的缺镁的完全培养液乙 长势相似的小麦幼苗 相同的适宜 小麦幼苗的生长状况(3)小麦幼苗生长正常 小麦幼苗不能正常生长 镁盐是植物生长所必需的无机盐(4)再向B瓶中添加适量镁盐,观察小麦幼苗能否恢复正常生长 学情诊断课堂测评1.(水平1概念检测)水和无机盐 是细胞中重要的无机化合物。下列 关于组成细胞的水和无机盐的叙述错 误的是_。水是活细胞中含量最多的化合物 烘干后的种子仍可以萌发 衰老细胞中结合水的比例高 无机盐主要以化合物形式存在 Mg是构
16、成血红素的重要元素【解析】选。水是活细胞中含量最多的化合物,正确;烘干种子会失去结合水,细胞结构破坏,无法再萌发,错误;衰老细胞中新陈代谢慢,结合水比例高,正确;无机盐主要以离子形式存在,错误;Fe是构成血红素的元素,Mg是构成叶绿素的元素,错误。2.(水平1)(2021杭州高一月考)2021年3月22日是第二十九届“世界水日”,联合国确定2021年“世界水日”主题是“珍惜水、爱护水”。水对生物体生命活动发挥了重要作用,下列叙述错误的是()A.植物体内的水分参与营养物质的运输 B.水是构成叶肉细胞的重要化合物之一 C.水可作为细胞内化学反应的反应物 D.同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同
17、【解析】选D。植物体内的水分参与营养物质的运输,A项正确;水是构成叶肉细胞的重要化合物之一,B项正确;水可作为细胞内化学反应的反应物,C项正确;同种植物的种子,萌发种子由于新陈代谢旺盛,所以其含水量大于休眠种子(新陈代谢不旺盛),D项错误。3.(水平1)乳酸亚铁口服液可以有效地治疗缺铁性贫血。这是因为其中的Fe2+进入人体后能()A.调节血液的酸碱平衡 B.调节血浆的浓度 C.参与构成红细胞中的血红素 D.促进产生更多的红细胞【解析】选C。Fe2+进入人体后能参与构成红细胞中的血红素,所以乳酸亚铁口服液可以有效地治疗缺铁性贫血,C正确。4.(水平1)(2021余杭高一检测)某同学在运动会上跑完
18、3 000米后突发腿部抽搐,若进行血常规检验,最有可能缺乏的无机盐是()A.Na+B.Fe2+C.Mg2+D.Ca2+【解析】选D。缺乏Na+会导致肌肉酸痛、无力等,A错误;缺乏Fe2+会患贫血症,B错误;Mg2+是叶绿素的组成元素之一,人体缺乏Mg2+时会出现疲乏感、易激动、抑郁、心跳加快等症状,C错误;血钙过低时,会出现抽搐现象,D正确。5.(水平2)“浓霜打白菜,霜威空自严。不见菜心死,翻教菜心甜”是白居易的一首描写白菜的诗。研究表明,“霜打”后白菜细胞的细胞液浓度升高,冰点降低。下列叙述错误的是()A.该现象是白菜对低温环境的一种适应 B.细胞内的结合水增多,抗寒能力增强 C.细胞内的
19、自由水增多,细胞代谢旺盛 D.白菜变甜是因为糖类增多,同时提高了抗冻能力【解析】选C。“霜打”后白菜细胞的细胞液浓度升高,冰点降低,抗寒、抗冻能力增强,这是白菜对低温环境的一种适应,A正确;低温来临,自由水转化为结合水,细胞内的结合水增多,增强其抗寒能力,B正确;低温来临,自由水转化为结合水,细胞内的自由水减少,细胞代谢减慢,C错误;低温来临,细胞中一些物质会转化成单糖,使细胞冰点降低,提高抗寒、抗冻能力,D正确。【能力挑战题组】1.水污染、水资源短缺导致的水危机日趋严重,研究表明,80%的疾病是由水污染引起的。下列有关生物体内水的叙述,错误的是()A.结合水是组成细胞结构的一部分,约占细胞内
20、全部水分的4.5%B.自由水是良好的溶剂,是各种代谢活动的介质 C.同种植物冬天结合水所占比值比夏天高 D.心肌坚韧,血液呈液态,但它们的含水量相差无几,原因是心肌内全是结合水【解析】选D。结合水的作用是构成细胞结构,其含量占全部水分的4.5%,A正确;自由水的作用有多个方面,例如自由水是良好的溶剂,是化学反应的介质,B正确;同种植物在冬天的结合水含量相比夏天相对较高,以增强其抗寒能力,C正确;心肌与血液的含水量相差不大,但心肌中的结合水含量相对较高,血液中的自由水含量相对较高,所以心肌呈固态而血液呈液态,D错误。2.某植物培养液中含有甲、乙、丙3种离子,它们对植物的生长都有影响。如表列出的5
21、种培养液中,甲、乙、丙3种离子的浓度(单位:mmolL-1)不同。为了研究丙离子的浓度大小对植物生长的影响,进行实验时可以选用的两种培养液是()A.B.C.D.甲离子2030503040乙离子5545604555丙离子1015202525【解析】选C。研究丙离子的浓度大小对植物生长的影响,可设置两组实验,将丙离子浓度设为两组实验的自变量。而甲、乙两种离子的浓度应相同,故应选择培养液,C正确。3.关于水和无机盐的叙述,错误的是()A.水和无机盐在细胞含量很少,却具有重要作用 B.水和无机盐均可以参与细胞的构建 C.人体老化的特征之一是身体细胞的自由水含量明显下降 D.无机盐离子对于维持细胞的酸碱
22、平衡非常重要【解析】选A。无机盐在细胞中含量很少,但有重要作用,水是细胞中含量最多 的化合物,A错误;结合水是细胞结构的重要组成成分,某些无机盐是某些复杂 化合物的重要组成成分,B正确;衰老细胞含水量明显下降,C正确;无机盐离子 对于维持细胞的酸碱平衡有着重要的作用,D正确。素养发展创新应用素材 水与代谢的关系 中国的传统诗词中很多描述春雨的,下面是南宋诗人陆游的一首春雨。春雨 细雨吞平野,余寒勒早春。未增豪饮兴,先著苦吟身。幽径萱芽短,方桥柳色新。闭门非为老,半世是闲人。探究(1)“幽径萱芽短,方桥柳色新”这句诗中,柳树细胞中自由水与结合水的含量发生了何种变化?在下面的坐标图中画出变化趋势。
23、提示:(2)分析出现上述变化的原因。提示:柳树发芽,细胞的新陈代谢变得旺盛,自由水的相对含量升高,结合水的相对含量降低。【拓展阅读】卷柏生存绝技 卷柏又叫九死还魂草,是因为它可以“死”而复生,这正是它的奇特之处。它的生长环境很特殊,干燥的岩石缝隙中或荒石坡上往往可以寻到它的踪迹。在水分供应充足时,卷柏吸水后枝叶舒展,翠绿可人。一旦失去水分供应,就将枝叶失绿蜷曲抱团,像枯死了一样。但卷柏凭借着有水则生、无水则“死”的生存绝技,不但旱不死,反而代代相传、繁衍生息。探究:(1)干旱时,卷柏体内自由水与结合水的比值变_(填“大”或“小”)。(2)干枯的卷柏吸水后枝叶舒展,翠绿可人,原因是什么?提示:自由水含量高,代谢旺盛,合成大量的叶绿素进行光合作用。(3)有人认为食用卷柏可以预防佝偻病,请你用最简单的方法验证这一观点的 合理性?提示:检测卷柏中的Ca含量。小
