细胞中的无机物

细胞中的无机物

学习目标

课程标准学习目标

1.科学思维一一演绎与推理：利用生活中的现

象（如新鲜种子晾晒前后）理解自由水与结合水

的转化及其与代谢的关系。一、说出水在细胞中的存在形式和作用，认同其在生命

2.生命观念一一结构和功能观：水是活细胞中含

活动中具有重要作用。

量最多的化合物，与其所发挥的各项生理作用相

适应。二、举例说出无机排在细胞中存在的形式和主要作用。

3.科学探究-一-能设计简单合理的实验方案探

究某些无机盆是否是植物生长所必需的。

教材详解

（一）基础知识梳理识必备

1.自由水的作用：水是细胞内良好的溶剂,许多种物质能够在水中溶解；细胞内的许多生物化学反应也都

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。水在生物体内流动，

可以把营养物质运送到各个细胞,同时也把各个细胞在新陈代谢中产生的废物，运送到排泄器官或者直接

排出体外。

2.细胞内结合水的存在形式主要是水与量包质、多糖等物质结合，这徉水就失去流动性和溶解性,成为生

物体的构成成分。

3.在正常情况卜二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。

4.细胞中大多数无机盐以离壬的形式存在。

5.无机盐的作用有：

①某些重要化合物的组成部分，如Mg是构成叶绿素的元素，Fe是构成血红素的元素。②对于维持细胞和

生物体的生命活动有歪要作用,如血钙偏低时哺乳动物会拽撞。③对维持细胞酸减平衡北常远要。④维持

正常渗透压,即水盐平衡。

6.医用生理盐水是质量分数为空％的氯化钠溶液。

7.一种叶绿素分子和血红素分子局部结构简图

（二）课前聚焦抓重点

1、水在细胞中以

什么形式存在？具有哪些重要作用？

答案：（1）水在细胞中以两种形式存在，绝大部分的水呈游离状态，可以自由流动，叫作自由水：一荒分

水与细胞内的其他物质相结合，叫作结合水。

（2）自由水和结合水的功能：

①水是细胞内良好的溶剂，许多物质都能够在水中溶解：②细胞内的许多和生物化学反应需要水的参与：

③为细胞的生存提供液体环境；④运输营养物质和代谢废物；⑤结合水是细胞结构的重要组成部分（水与

蛋白质多糖等物质结合

（3）自由水利结合水的相互转化

结合水转化为自由水，代谢增强，抗逆性减弱：自由水转化为结合水，代谢减弱，抗逆性增强。

2、为什么细胞中的无机盐含量很少，作用却很重要？

答案：（1）细胞中的无机盐主要以离子形式存在，少数以化合物的形式存在（CaC03）。主要以主动运输方

式运输。

（2）无机盐的功能

①组成复杂化合物，如碘离子构成甲状腺激素、镁离子构成叶绿素、亚铁离子构成血红素。

②可维持细胞和生物体的正常生命活动，如血钙过高造成肌无力、血钙过低造成抽搐、钠离子缺乏引起神

经和肌肉兴奋性降低。

③对维持细胞和生物体正常渗透压和酸碱平衡非常重要，如人体中钠离子和氯离子可维持细胞外液渗透压,

而钾离子对维持细胞内液渗透压起决定作用。

知识精讲

知识点01细胞中的水

1.水的存在形式及主要作用

存在形式自由水结合水

概念细胞中以游离的形式存在的水细胞中与其他物质相结合的水

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%

①细胞内的良好溶剂

②参与细胞内的生化反应

功能是细胞结构的重要组成成分

③为细胞提供液体环境

④运输营养物质和代谢废物

2.自由水与结合水的关系

(I)自由水和结合水在一定条件下可相互转化

自I隰鼬《f结合水

升温

(2)自备与结合水相对含量与细胞代资的关系

①关系

细胞内自由水所占比例越大，细胞代谢越旺盛

细胞内结合水所占比例越大，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强

②实例

种子晒干，且由水含量降低，细胞代谢水平降低，便于储藏

北方冬小麦在冬天来临前，自由水比例降低，结合水比例上升，以避免气温下降时自由水过多导致结冰而损害

自身。

3.水的特点(非重点,了解)

(I)水是良好的溶剂的原因：水分子的空间结构及电子的不对称分布，使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)水在常温下能够维持液体状态,具有流动性的原因：氢键不断地断裂,又不断地形成

(3)水的温度相对不容易发生改变的原因：由于氢键的存在，水具有较高的比热容,使水的温度相对不容易发生

改变,对于维持生命系统的稳定性卜分丞要。

知识点02细胞中的无机盐

1.存在形式：大多数无机盐以座壬形式存在，少数与其他化合物结合

【题型示例1】1.我国2022年3月22日第30个“世界水日”“中国水周”活动的主题为“推进地

下水超采综合治理，复苏河湖生态环境”。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，代谢强度低，便于贮藏

B.植物幼嫩部位比衰老部位代谢旺盛是因为幼嫩部位自由水含量占比较高

c.与未萌发的小麦种子相比，正在萌发的小麦种子中自由水与结合水的比值卜.降

D.越冬的植物体内自由水比结合水的含量高，有利于植物抵抗寒冷的环境

解析：选B。细胞内的水以自由水和结合水的形式存在，种子腺晒过程中失去的水主要是自由水，但晾

晒后种子中仍含有自由水，晒干后种子中自由水与结合水的比值下降，代谢强度降低，便于贮藏，也可以

延长种了•的保存时间，A错误；自由水含量高，代谢旺盛，幼嫩部位比衰老部位自由水的含量高，B正确；

与未萌发的种子相比，正在萌发的种子细胞代谢活动旺盛，自由水含量增加，则自由水与结合水的比值升

高，C错误；越冬的植物体内自由水向结合水转化，自由水所占的比例逐渐降低，结合水所占的比例逐渐升

高，有利于植物抵抗寒冷的环境，D错误。

考法02细胞中的无机盐

知识点：常见无机盐的功能与缺乏症

种类功能缺乏时引起的症状

Fe血红素的重要组成成分缺铁性贫血症

植物叶绿素合成受阻，影响光

Mg叶绿素的重要组成成分

合作用

成年：甲状腺肿大；幼年：呆

I甲状腺激素的重要组成成分

小症

儿童易患佝偻病，中老年人易

骨骼、牙齿的重要组成成分

患骨质疏松、痉挛等

Ca哺乳动物血液中Ca”含量过

（血钙）维持肌肉细胞的兴奋性低时，会出现抽搐现象：Ca2

♦含量过高时，会患肌无力

促进植物体内淀粉的运输：维持动物细植物缺K时抗逆能力减弱，易

K

胞内液渗透压受病虫害侵袭

会引起神经、肌肉细胞的兴奋

Na主要维持细胞外液的渗透压性降低，最终弓1发肌肉酸痛、

无力

N蛋白质、ATP、NADP+、叶绿素、核甘酸植物缺N时，植株矮小，叶片

等的组成元素之一薄而黄

ATP、NADP\核甘酸、磷脂等的组成元植物缺P时，开花迟而小，植

P

素之一；动物骨骼、牙齿的组成成分株矮小

［易错提醒］无机盐在细胞中含量很低，但作用非常重要，过多或过少都会影响生物体正常的生命活

动，如Ca?'过多会导致肌无力。

【题型示例2】无机盐是某些化合物的重要组成成分，具有维持生物体生命活动的重要作用。下列叙述

正确的是（）

A.强2+是类胡萝卜素的必要成分,主要以离子形式存在

B.Ca2+与肌肉的兴奋性无关，属于大量元素

C.作为原料参与脂肪的合成

D.HCO；具有维持人体血浆酸碱平衡的作用

答案：D

归纳总结

1.生物体的含水量与生物种类有关。

2.水在细胞内以自由水和结合水两种形式存在。

3.结合水是细胞结构的重要组成部分。

4.自由水的功能：是细胞内良好的溶剂；为细胞提供液体环境；参与生物化学反应：运输营养物质和代谢

废物。

5.自由水和结合水的比值会影响新陈代谢和抗逆性：在一定范围内，自由水含量越高，新陈代谢越旺盛；

自由水含量越低，抗逆性越强。

6.细胞内大多数无机盐以离子的形式存在。

7.无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分，对维持细胞和生物体的正常生命活动，维持细胞的渗

透压和酸碱平衡都有重要作用。

强化提升

1.人体某些组织的含水量近似，但形态却不同。例如，心肌含水量为79%,呈坚韧状态：血液含水

量为83乐却呈液体状态。从水在生物体的存在形式看，对这种差异的解释是（）

A.心肌内结合水较多B.血液中结合水较多

C.心肌内全是结合水D.血液中全是自由水

解析：选A。细胞和细胞间隙中的水可以与许多亲水基团靠氢键相结合，形成结合水，使细胞和组织液

保持胶体状态。心肌呈坚韧状态是因为心肌内的结合水含量较多；血液呈液体状态是因为血液中的自由水

含量较多。

2.下列关于植物体内水分的叙述，错误的是（）

A.植物体内的水分参与营养物质的运输

B.结合水是植物细胞的构成成分之一

C.北方冬小麦在冬天来临之前，自由水比例会逐渐降低

D.种子萌发时，结合水与自由水的比值增大，细胞代谢增强

解析：选D。植物体内的自由水能参与营养物质的运输，A正确；结合水与细胞内的其他物质相结合，

是植物细胞的构成成分之一，B正确：北方冬小麦在冬天来临之前，自由水比例会逐渐降低，结合水比例逐

渐上升，以增强抗冻能力，C正确；种子萌发时自由水含量升高，结合水与自由水的比值减小，细胞代谢增

强，D错误。

3.“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。卜.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-•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、自由水减少，细胞代

谢减慢，增强其抗寒能力，B正确，C错误：低温来临，细胞中一些物质（多糖）会转化成单糖，以提高细胞

液浓度，使细胞冰点降低，提高其抗寒、抗冻能力，I）正确。

4.苹果含有微量元素锌，锌是与记忆力相关的蛋白质不可缺少的元素，儿童缺锌就会导致大脑发育不

良，因此苹果又称为“记忆之果”。这说明无机盐（）

A.对维持酸碱平衡有重要作用

B.对维持细胞形态有重耍作用

C.对调节细胞内的渗透压有重要作用

D.对维持生物体的生命活动有重要作用

解析：选及由题意知，锌是与记Z力相关的蛋白质不可缺少的元素，儿童.缺锌就会导致大脑发育不良，

这说明无机盐对维持生物体的生命活动有重要作用，D符合题意。

5.某校研究性学习小组在进行验证Ni是植物必需矿质元素的实验时，设计了以下四组实验，你认为

其中最恰当的是（）

解析：选C。沙土中含有Ni,缺Ni营养液加入沙土后也含有Mi,A不符合题意：植物生长、发育的必

需矿质元素有很多种，缺一不可，B项中的实验组和对照组都因缺少多种矿质元素而使植物无法生长，B不

符合题意；C项中的对照组是完全营养液，实验组是缺Ni营养液，遵循对照原则和单•变量原则，C符合

题意：沙土中含有Ni,D项中对照组和实验组都含有Ni,D不符合题意。

6.进行异体器官移植时，器官在被剥离后必须马上放入一种“特殊液体”中，对这种“特殊液体”的

成分及其作用的分析，正确的是（）

A.有红细胞，为离体器官提供氧气

B.有免疫细胞，清除抗原

C.有氯化钠，保持细胞形态

D.有多种水解酹，为细胞提供生物催化剂

解析：选C。进行器官移植前的关键是保持器官正常的生理形态，防止细胞脱水导致器官坏死，因此要

将器官放在与其等渗的生理盐水中保存。

7.下列有关生物体内水分的叙述，正确的是（）

A.自由水是生化反应的介质，不直接参与生化反应

B.结合水是细胞结构的重要组成成分，主要存在于液泡中

C.有些作物的种子入库前需要经过风干处理，与风干前相比，风干种子中结合水与自由水的比值大

D.同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同

解析：选C。自由水可以直接参与生化反应，A错误：结合水是细胞结构的术要组成成分，但液泡中的

水主要是自由水，B错误；风干的种子中自由水含量减少，结合水含量基本不变，导致结合水与自由水的比

值增大，C正确：同种植物萌发种子（细胞代谢旺盛）的含水量比休眠种子的含水量高，D错误。

8.无机盐是某些化合物的重要组成成分，具有维持生物体生命活动的重要作用。下列叙述不正确的是

（）

A.无机盐参与维持细胞的酸碱平衡，不参与有机物的合成

B.无机盐多以离子形式存在，对维持生命活动有重要作用

C.Ca?+与肌肉的兴奋性有关

D.根吸收的Mj可以参与叶绿素的形成

解析：选A。无机盐参与维持细胞的酸碱平衡，也参与有机物的合成，A错误：无机盐多以离子形式存

在，对维持生命活动有重要作用，B正确：Ca?与肌肉的兴奋性有关，过少会引起肌肉抽搐，C正确：血”

可以参与叶绿素的形成，D正确。

9.植物的种子都有•定的寿命，种子要安全储存，首先要晒干，在低温、低湿、低氧的环境下可适当

延长种子的储藏时间。植物种子需要浸润在水中或者潮湿的土壤中，以及提供一定浓度的氧气才能够萌发。

研究发现，在种子萌发过程中种子内偌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

量低，萌发的幼苗叶片变黄，当严重映镁时幼苗坏死。请回答卜.列问题：

(1)种子细胞中水的存在形式是，萌发过程中种子吸水主要是增加的含

量。

(2)淀粉的消化过程需要水的参与，说明水的生理作用是

镁在幼苗发育过程中的生理作用是

(3)探究细胞含水量分别为1乐5%、9%、13%、19国的种子储存一年后的发芽率，实验结果如下表所示:

含水量1%5%9%13%19%

发芽率030%95%88%0

①在适宜的温度条件下预定五组实验种子的发芽率，还应提供的条件是一

②含水量为珠的种子发芽率为零，可能的原因是

解析：(1)种子细胞中水的存在形式有自由水和结合水两种，萌发过程中种子吸水主要是增加自由水的

含量。(2)淀粉的消化过程需要水的参与，说明水的生理作用是作为细胞代谢过程的反应物或生成物；镁元

素可以合成叶绿素，促进幼苗进行光合作用，即镁元素是某些复杂化合物(如叶绿素)的重要组成成分。⑶①

种子要进行有氧呼吸，需保证适宜的甜度及通风条件。②含水量为巡的种子发芽率为零，原因可能是种子

含水量过低，胚细胞缺水死亡，种子失去生活力。

答案：(1)自由水和结合水自由水

(2)作为细胞代谢过程的反应物或生成物镁元素是某些复杂化合物(如叶绿素)的重要组成成分

(3)①适宜通风②种子含水量过低，胚细胞缺水死亡，种子失去生活力

10.分析下列事实，回答有关问题：

(D事实一：在正常人的血浆中，NaHCO.的含量约为含量的20倍。当血浆中的NaHCO,含量减少时

会引起酸中毒：当血浆中H2CO3含量减少时则引起碱中毒。这表明

(2)事实二：在细胞内的液体、人和动物的血浆等体液中都含有多种多样生物必需的溶质，而且水在生

物体内是可以流动的。这表明

________________________________________________________________9

(3)事实三：Mg”是叶绿素分子必需的成分，F/+是血红素分子的重要成分，Ca计是动物及人体骨骼和牙

齿的重要成分.这表明_________________________

解析：由题干可知，事实一中的相应物质减少，会引起酸中毒或碱中毒，表明这些物质可以维持酸碱

平衡：事实二中的细胞内液体、血浆等体液中有溶质的存在，表明水可作为溶剂，能运输物质：事实三中

列举的实例说明三种离子均可作为某些化合物的组成成分。

答案：（1）无机盐可以维持酸碱平衡

（2）水是一种良好的溶剂，参与物质的运输

（3）无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分

11.磁共振技术（MRI）可应用于临床疾病诊断，因为许多疾病会导致组织和器官内水分发生变化，这种

变化恰好能在磁共振图像中反映出来c下列有关叙述错误的是（）

A.构成人体的不同组织和器官的含水量不一样

B.水在细胞中的存在形式及功能是不变的

C.组织发生病变，会引起组织内的化学反应变化

D.发生病变的器官，新陈代谢速率会发生改变

解析：选B。人体中不同组织、器官的代谢强度不同，含水量也不同，A正确：水是活细胞中含量最多

的化合物，水在细胞中的存在形式及功能并不是一成不变的，在不同环境下，细胞内代谢强度不同，自由

水含量会发生改变，B错误：组织或器官病变，代谢速率发生改变，生物化学反应会受到影响，C、D正确。

12.下图是一种叶绿素分子（左）和血红素分子（右）的局部结构简图，下列说法不正确的是（）

A.合成叶绿素和血红素分别需要V/+和+

B.植物体缺Mg”会影响光合作序

C.人体缺Fe2i会影响血红蛋白对氧的运输

D.Mg和Fc分别存在于植物和动物细胞中

解析：选【）。卜腐,是叶绿素的组成成分，叶绿素是光合作用必需的色素；而Fe?+是血红素的组成成分,

若缺乏就会影响红细胞的功能：Fe和Mg在动物和植物细胞中都存在。

13.下图是小麦种子成熟过程中干物质和水分的变化，据图分析，下列叙述不正确的是（）

开花后时间/d

A.随着种子的成熟，种子的抗逆性越来越强

B.种子的鲜重随着种子的成熟而逐渐降低

C.种子中水分减少的主要原因是植物吸收的水分减少

D.种子成熟期间这两种物质的变化与种子萌发时相反

解析：选C。种子成熟过程中，自由水大量减少，从而增强了种子的抗逆性，这是种子水分减少的主要

原因，并非植物吸收水分减少的结果c

14.某地区经常出现苹果小叶病，有人认为是土壤中缺锌引起的，有人认为是土壤中缺钱引起的。现

有如下材料，请完成