第2节　细胞中的无机物

第2节细胞中的无机物学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.说出水在细胞中的存在形式和作用，认同其在生命活动中具有重要作用2.举例说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用1.水是细胞中的良好溶剂，又是细胞结构的重要组成成分2.细胞中水的存在形式分为自由水和结合水，自由水比例越大，细胞的代谢就越旺盛3.细胞中大多数无机盐以离子的形式存在4.无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分，对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用【主干知识梳理】一、细胞中的水1．水的含量(1)在构成细胞的各种化学成分中，水一般占___________。(2)生物种类不同，含水量_____。(3)生物体在不同的生长发育期，含水量______。60%～95%不同不同2．水的特性(1)水是极性分子，带正电荷与带负电荷的分子容易与水结合，因此，水是__________。(2)水分子之间形成氢键，氢键较弱，易断裂，易形成，使水在常温下保持液体状态，具有________。(3)氢键的存在使水具有较高的_______，使水的温度相对不易发生改变。良好的溶剂流动性比热容3．水的存在形式和功能存在形式自由水结合水含义细胞中绝大部分以游离的形式存在，是可以_________的水与细胞内________相结合的水功能

细胞内的________是细胞结构的重要组成成分参与_____________为细胞提供______环境运送_________和代谢废物含量约占细胞内全部水分的95.5%约占细胞内全部水分的4.5%自由流动其他物质良好溶剂生物化学反应液体营养物质二、细胞中的无机盐1．存在形式：大多数以离子的形式存在。2．含量：占细胞鲜重的__________。3．功能(1)某些重要化合物和结构的组成成分，如____是构成叶绿素的元素，___是构成血红素分子的元素，P是组成_______________的重要成分。1%～1.5%MgFe细胞膜、细胞核(2)维持细胞和生物体的_________，如哺乳动物的血液中______含量降低，会出现抽搐现象，_____缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低。(3)维持细胞的_________。生命活动Ca2＋Na＋酸碱平衡【教材微点发掘】1．结合教材第21页的图示和内容回答：(1)水为什么能成为细胞内良好的溶剂呢？(2)它又为什么具有支持生命的独特性质呢？提示：(1)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)都容易与水结合，因此，水是良好的溶剂。(2)水分子具有氢键，氢键比较弱，易被破坏，只能维持极短时间，这样氢键不断地断裂、又不断地形成，使水在常温下能够维持液体状态，具有流动性。同时，由于氢键的存在，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。2．(教材第22页旁栏问题的变式思考)高盐饮食会增加高血压及其他心血管疾病的患病风险，是不是摄入的食盐越少越好？请说明理由。提示：不是。摄入的食盐过少，会影响渗透压的平衡，且并不是所有的人群都适合低盐饮食，某些疾病患者可能要维持相当水平的盐摄入。3．下图是一种叶绿素和血红素分子的局部结构简图(教材第22页)，回答相关

问题：(1)叶绿素分子的组成元素有________，血红素分子的组成元素有___________。(2)缺Mg植物叶子会变黄的原因是________________________________________，缺Fe会导致人体表现出贫血症状的原因_____________________________________________

___________________________________________________________________________。(3)由此说明________________________________________________________________。答案：(1)C、H、O、N、Mg

C、H、O、N、Fe(2)缺Mg会使叶绿素形成受阻，缺乏叶绿素会影响光合作用缺Fe会导致血红蛋白的合成障碍，从而表现贫血症状(3)无机盐是某些化合物的重要组成成分概念体系新知探究(一)细胞中水的存在形式和生理功能

【探究·深化】[问题驱动]

1．生物体内含水量的比较资料1：不同生物体中水的含量生物水母鱼类蛙哺乳动物藻类高等植物水的含量/%9780～8578659060～80资料2：人体中几种器官或组织中水的含量分析资料1和资料2，能得出什么结论？提示：①由资料1可知：不同生物体内含水量不同，水生生物体内的含水量一般比陆生生物的多。②由资料2可知：同一生物体内，不同器官的含水量不同，一般代谢旺盛的组织、器官含水量较多。组织或器官牙齿骨髓骨骼肌心肌血液水的含量/%10227679832．水的存在形式及功能(1)水的存在形式①鲜种子放在阳光下暴晒，重量减轻⇒说明_____水散失。②干种子用水浸泡后仍能萌发⇒说明失去_____水的种子仍保持其生理活性。③烘烤后的种子浸泡后不萌发⇒说明失去_____水的种子失去生理活性。(2)水的功能①许多种物质溶解在自由水中⇒这说明自由水是细胞内的________。自由自由结合良好溶剂②水是光合作用的原料⇒说明细胞内的自由水可作为________，参与许多__________。③水在生物体内的流动(如血液)，可以把其中溶解的营养物质运输到各个细胞，同时又把细胞代谢产生的废物运送到排泄器官或者直接运输到体外⇒这说明自由水具有_________的功能。反应物生化反应运输物质3．自由水、结合水相对含量与细胞代谢及抗逆性的关系资料1：卷柏的耐旱力极强，一旦失去水分供应，就将枝叶卷曲抱团，失去绿色，其根能自行从土壤中分离，卷缩似拳状，随风移动，这时的卷柏几乎没有生命现象；但只要其根系在水中浸泡后，其枝叶和根就又可舒展，卷柏又变得翠绿可人。(1)干旱时，卷柏体内自由水与结合水的比值如何变化？提示：降低。(2)干枯的卷柏吸收水分后，恢复生长，代谢变得旺盛，原因是什么？提示：干枯的卷柏吸收水分后，自由水含量增多。自由水是细胞内的良好溶剂；可作为反应物，参与许多生物化学反应；自由水还具有运输营养物质和代谢废物的功能。(3)总结自由水含量和代谢强度的关系。提示：一般来说，自由水含量越高，细胞的代谢越旺盛。资料2：在冬季来临之前，随着气温逐渐下降，植物体内自由水的含量降低，结合水的比例升高，能有效地防止细胞内结冰，增加抗寒能力。该资料说明自由水的含量和抗逆性的关系是什么？提示：一般来说，自由水含量越低，结合水相对含量越高，植物的抗逆性就越强。

[重难点拨]

1．自由水与结合水之间的转化2．水的含量与细胞代谢和抗逆性的关系【典题·例析】[典例1]图甲表示几种生物体内的含水量，图乙表示人体内有关组织或器官的含水量，下列有关叙述错误的是

(

)A．水生生物的含水量一般比陆生生物多B．代谢旺盛的组织或器官含水量一般较高C．生物体内含量最多的物质是水D．血液中自由水与结合水之比大于1，而心脏中则相反[解析]

水生生物的含水量一般高于陆生生物的含水量，A正确；代谢旺盛的组织或器官含水量一般较高，B正确；水是生物体中含量最多的物质，C正确；通过图示无法得出各器官中自由水与结合水的比例关系，但在生物体中自由水的含量要高于结合水的含量，D错误。[答案]

D[典例2]

某细胞中的含水量为：结合水/自由水＝1/8，在水分总量不变的情况下，适当降低温度，则上述比值将

(

)A．增大B．减小C．不变

D．不能确定[解析]在水分总量不变的情况下，适当降低温度，细胞代谢活动减弱，自由水含量减少，结合水含量增加，则结合水/自由水的值增大。故选A。[答案]

A易错提醒关于生物体内水的两个“并不是”(1)水是生命之源，但并不是水分越多越好，如长期浸泡在水中的陆生植物会死亡。(2)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。【应用·体验】1．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：结合水的作用是构成细胞的结构，其含量约占全部水分的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多，所以心肌呈固态而血液呈液态，D错误。答案：D

2．“绵绵的春雨润醒了小草，润绿了杨树，润开了报春花。”下列各图为植物在复苏过程中，细胞中自由水与结合水相对含量变化的曲线图，其中表示正确的是

(

)解析：植物在复苏过程中新陈代谢增强，自由水相对含量上升，结合水相对含量下降。故选B。答案：B

新知探究(二)细胞中的无机盐【拓展·深化】1．无机盐的存在形式和功能2．常见无机盐的作用与缺乏症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，叶子会变黄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维持动物细胞的渗透压动物细胞渗透压降低；过低时不能维持正常的细胞形态【典题·例析】[典例1]

无机盐在细胞中大多数以离子的形式存在，对生物体的生命活动起着重要作用。下列叙述正确的是

(

)A．不同生物体内无机盐的种类和含量大体相当B．酷暑时节，在室外作业大量流汗的人们，应多饮用淡盐水C．无机盐在细胞中含量很少，所以属于微量元素D．哺乳动物骨骼中钙离子的含量太低，会出现抽搐症状[解析]

不同生物体内无机盐的种类基本相同，含量有差异，A错误；人们大量流汗会丢失大量的水和无机盐，应多饮用淡盐水进行补充，B正确；无机盐中也包含大量元素，如N、P、Mg等，C错误；哺乳动物血液中钙离子的含量太低，会出现抽搐症状，D错误。[答案]

B[典例2]

水、无机盐等对于维持人体内环境稳态具有重要作用。下列叙述错误的是

(

)A．呕吐、腹泻的病人，需及时补充葡萄糖盐水B．过量饮水导致细胞内液渗透压升高，需脱水治疗C．缺钙引起的肌肉抽搐，可通过增加户外活动、合理膳食得到改善D．铁摄入不足可导致血红蛋白合成减少而发生贫血，需适量补铁[解析]呕吐、腹泻的病人，体内水盐平衡失调，需及时补充葡萄糖盐水，以补充能源物质，同时可保持细胞正常的形态，A正确；过量饮水会导致细胞吸水，引起细胞内液渗透压降低，B错误；缺钙会引起肌肉抽搐，通过增加户外活动、合理膳食可增加血液中的钙离子浓度，改善肌肉抽搐状况，C正确；铁参与血红蛋白的组成，摄入不足可导致血红蛋白合成减少而发生贫血，需适量补铁，D正确。[答案]

B【应用·体验】1．在正常人的血浆中NaHCO3的含量约为H2CO3含量的20倍。当血浆中的NaHCO3含量减少时，会造成酸中毒；当血浆中H2CO3含量减少时，则会造成碱中毒。这个事实表明，无机盐的重要作用是

(

)A．维持细胞的形态和功能

B．维持细胞的酸碱平衡C．构成细胞中的重要化合物

D．调节细胞内的渗透压解析：由题意可知，血浆中NaHCO3含量和H2CO3含量会影响血浆中pH变化，由此可以说明NaHCO3和H2CO3对于维持细胞的酸碱平衡具有重要作用。故选B。答案：B

2．如图是一种叶绿素分子(左)和血红素分子(右)的局部结构简图，下列说法错误的是

(

)A．合成叶绿素和血红蛋白分别需要Mg2＋和Fe2＋B．植物体缺Mg2＋会影响光合作用C．人体缺Fe2＋会影响血红蛋白对氧的运输D．Mg和Fe分别存在于植物和动物细胞中解析：从图中可看出叶绿素和血红蛋白的合成分别需要Mg2＋和Fe2＋，A正确；Mg2＋是叶绿素的重要组成成分，叶绿素是光合作用必需的色素，B正确；而

Fe2＋是血红素的组成成分，血红素是血红蛋白的组成成分，缺乏Fe2＋就会影响红细胞运输氧的功能，C正确；Fe和Mg在动物和植物细胞中都有，D错误。答案：D科学探究——探究植物必需无机盐的实验设计探究某一种无机盐是否为植物必需无机盐，一般利用溶液培养法。具体设计思路如下：(1)对照组：植物＋完全培养液→正常生长。(2)实验组实验组加入X盐的目的是二次对照，使实验组前后形成对照，以增强说服力。【素养评价】

1．为了确定某元素是否为植物的必需元素，应采取的方法是

(

)A．检测正常叶片中该元素的含量B．分析根系对该元素的吸收过程C．分析环境条件对该元素吸收的影响D．观察含全部营养元素的培养液中，去掉该元素前后植株的生长发育

状况解析：判断某元素是否为必需元素，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，植物的生长发育才能恢复正常(症状消失)，则说明该元素是植物所必需的元素。故选D。答案：D

2．关于“验证Mg是小麦生长发育必需的元素”的实验，表中对照组和实验组的相关处理，正确的是

(

)选项对照组实验组A适量的蒸馏水等量的用蒸馏水配制的含Mg营养液B适量的完全营养液等量的缺Mg完全营养液C适量的蒸馏水＋沙土等量的用蒸馏水配制的含Mg营养液＋沙土D适量的完全营养液＋沙土等量的缺Mg完全营养液＋沙土解析：蒸馏水中不仅缺少Mg元素，还缺少其他元素，若以此作为培养液进行实验，会影响实验结论，A错误；对照组采用适量的完全营养液，能够保证小麦的正常生长，而实验组采用等量的缺Mg完全营养液，能够观察到小麦缺Mg发生的变化，B正确；沙土中可能会含有Mg，从而影响实验结论，C、D错误。答案：B

3．设计一个实验证明镍盐是植物生活所必需的无机盐，根据提供的实验材料用品，完