人教版高考生物必修1同步学案第2章 第5节 细胞中的无机物.docx
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人教版高考生物必修1同步学案第2章第5节细胞中的无机物
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60%～95%。
（2）生物种类不同，含水量不同。
（3）生物体在不同的生长发育期，含水量不同。
2．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，是可以自由流动的水
与细胞内其他物质
相结合的水
功能
①细胞内的良好溶剂
是细胞结构的重要
组成成分
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
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%
二、细胞中的无机盐
存在形式
大多数无机盐以离子形式存在
含量
占细胞鲜重的1%～1.5%
功能
维持细胞和生物体的生命活动，如哺
乳动物血液中钙离子含量太低，会出
现抽搐等症状
维持细胞的酸碱平衡
[共研探究]
水是生命之源，没有水就没有生命，请结合下列材料探究水的含量和功能。
表一 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（%）
97
80～85
78
65
90
60～80
表二 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
水的含量（%）
10
22
76
79
83
1.水含量的分布规律
（1）表一说明：
不同生物体内含水量不同，一般水生生物体内的含水量比陆生生物多。
（2）表二说明：
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、器官含水量多。
（3）教材P35图2－17说明：
生物体在不同的生长发育时期含水量不同。
（4）心脏与血液含水量相当，为什么器官形态不同？
提示：
自由水与结合水的比例影响组织、器官的形态。
心脏和血液含水量相当，但心脏中结合水含量相对较高，血液中自由水含量相对较高，因此心脏呈坚实形态，血液呈液态。
2．水的存在形式及功能
（1）农民晾晒刚收获的鲜种子，种子失去大量水分。
说明细胞内绝大部分的水可以自由移动，以游离的形式存在，这部分水为自由水。
（2）少量干燥种子放在干燥的试管内置于酒精灯火焰上烘烤，种子失去一部分水，观察到试管内壁出现少量水珠。
实验中观察到的水珠在细胞中以结合水的形式存在，大约占细胞内全部水的4.5%，结合水可与细胞内的亲水性物质（如蛋白质、淀粉等）结合。
烘烤后种子的细胞结构被破坏，种子死亡，不能萌发。
（3）①自由水是细胞内良好的溶剂，许多种物质必须溶解在这部分水中才能反应；②水是光合作用的原料，说明细胞内的自由水作为反应物，参与许多生物化学反应；③水在生物体内流动（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，这说明自由水具有运输营养物质和代谢废物的功能。
（4）绿色植物在夏季，自由水含量相对较高，而在秋冬季，结合水含量相对较高。
说明自由水与结合水比值相对越高，细胞代谢就越旺盛，反之则缓慢。
（5）一般来说，绿色植物的抗干旱、抗冻能力与其代谢旺盛程度成反比。
即自由水/结合水比值越大，细胞抗干旱、抗冻能力越低。
[总结升华]
【易错易混】 自由水与结合水相互转化的原因
（1）水分子与细胞内的亲水性物质如蛋白质、淀粉、纤维素等以比较弱的化学键——氢键相结合。
（2）温度升高，水分子的动能增加，会逃脱氢键的束缚成为自由水。
[对点演练]
1．判断正误
（1）沙漠中的仙人掌体内水分含量非常少，也能很好地生长。
（ ）
（2）新鲜幼嫩的植物组织细胞中只含有自由水，代谢旺盛。
（ ）
（3）水分在细胞内不参与细胞结构组成。
（ ）
（4）参与运输营养物质和代谢废物的水为自由水。
（ ）
（5）自由水与结合水的比例与新陈代谢的强弱关系不大。
（ ）
（6）水是细胞结构的组成成分之一。
（ ）
（7）不同细胞内自由水与结合水的比例相差不大。
（ ）
解析：
（1）仙人掌体内储存水分较多。
（2）代谢旺盛的细胞比代谢强度低的细胞自由水含量高。
（3）结合水是细胞结构的重要成分。
（5）自由水与结合水的比例越高，新陈代谢越强。
（7）不同细胞内自由水与结合水的比例差异可能会很大。
答案：
（1）×
（2）× （3）× （4）√ （5）× （6）√ （7）×
2．（2015·延边汪清中学高一期中）当生物体新陈代谢旺盛、生长迅速时，生物体内（ ）
A．结合水与自由水的比值与此无关
B．结合水与自由水的比值会降低
C．结合水与自由水的比值会升高
D．结合水与自由水的比值不变
解析：
选B 当生物新陈代谢旺盛，生长迅速时，自由水与结合水的比值高。
结合水/自由水的值与细胞新陈代谢强弱密切相关，A错误；结合水/自由水的值降低，生物新陈代谢旺盛，生长迅速，B正确；结合水/自由水的值升高，生物新陈代谢减弱，生长缓慢，C错误；当生物新陈代谢旺盛，生长迅速时，结合水与自由水的比值会降低，D错误。
[共研探究]
无机盐在细胞中的含量仅为1%～1.5%，但却有着重要的作用，请结合下列材料分析无机盐的有关知识。
1．细胞中大多数无机盐以离子的形式存在，包括阳离子和阴离子；少数以化合物的形式存在，如构成骨骼的CaCO3。
2．阅读下列材料，回答有关问题。
材料一 一种叶绿素和血红蛋白的局部分子结构简图
材料二 足球运动员在激烈比赛中有时会出现肌肉抽搐，原因是随着汗液丢失了大量钙离子；硼能促进花粉的萌发和花粉管的生长，缺少硼时常导致“花而不实”。
材料三 生理盐水（质量分数为0.9%的NaCl溶液）是指与哺乳动物血液和淋巴等渗的无机盐溶液，人体的红细胞在生理盐水中保持原有的形态，如果放到清水里，细胞吸水涨破。
材料四 人体代谢过程中产生的一些代谢物质会改变体液的酸碱度，人体血液中存在H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4等酸碱缓冲物质，可以缓冲体液酸碱度的变化。
（1）材料一说明：
无机盐是某些化合物的重要组成成分。
叶绿素分子的基本组成元素有C、H、O、N、Mg。
血红蛋白分子的基本组成元素有C、H、O、N、Fe。
（2）材料二说明：
无机盐对维持生物体的正常生命活动有着重要的意义。
（3）材料三说明：
无机盐能调节人体的渗透压，维持细胞的正常形态。
（4）材料四说明：
无机盐对于维持人体内环境酸碱平衡的相对稳定具有重要作用。
3．填写下列元素缺乏症，体会无机盐的功能。
（1）人体缺铁，会患贫血症；幼年缺钙会患佝偻病，成年缺钙会患骨质疏松症；幼年缺碘会患呆小症，成年缺碘会患地方性甲状腺肿（大脖子病）。
（2）植物的生长需要多种无机盐，其中需要最多的是氮、磷、钾，缺少某种无机盐，植株会出现相应的症状。
①植物缺N：
植株就矮小，下部叶片首先缺绿变黄，逐步向上扩展，叶片薄而黄。
②缺P：
植物生长受到抑制，植株矮小，下部叶片发暗呈紫红色，开花迟，花亦小。
③缺K：
光合作用显著下降，茎杆细瘦，叶的尖端和边缘变黄直至枯死，严重时会使大部分叶片枯黄。
[总结升华]
无机盐的存在形式和功能特点
（1）无机盐的存在形式：
①绝大多数以离子形式存在。
细胞中含量较多的阳离子有：
Fe2＋、Mg2＋、Na＋等；阴离子有：
Cl－、SO
等。
②少量以化合物形式存在。
如Fe2＋是合成血红蛋白的原料，Mg2＋是合成叶绿素的原料等。
（2）无机盐的功能特点：
无机盐在生物体内需保持一定的量，缺失和过多都不行。
例如，哺乳动物的血液中，如果钙离子的含量太低，会出现抽搐等症状；如果钙离子的浓度过高，则会患肌无力等疾病。
[对点演练]
3．判断正误
（1）水和无机盐都可作为细胞的能源物质。
（ ）
（2）水和无机盐都能维持细胞的生命活动。
（ ）
（3）所有细胞中水和无机盐的含量相同。
（ ）
（4）血钙过高会引起抽搐。
（ ）
（5）某些无机盐是细胞内一些大分子物质的组成成分，如Fe参与血红蛋白的构成，Mg参与叶绿素的形成。
（ ）
（6）人体内Na＋主要存在于细胞内液，K＋主要存在于细胞外液。
（ ）
（7）无机盐在细胞内含量很少，主要以离子形式存在，具有维持渗透压、酸碱度及细胞正常生命活动的功能。
（ ）
（8）氮是植物体内的重要元素之一，酶、核酸、ATP中都含有氮元素。
（ ）
解析：
（1）水和无机盐都不可作为细胞的能源物质，能源物质是糖类。
（3）不同细胞中水和无机盐的含量各不相同。
（4）血钙过低会引起抽搐。
（6）人体内K＋主要存在于细胞内液，Na＋主要存在于细胞外液。
答案：
（1）×
（2）√ （3）× （4）× （5）√ （6）× （7）√ （8）√
1．（2016·宿迁沭阳高一期末）水是生命之源，生命活动离不开水。
水在生物体内的主要作用不包括（ ）
A．是细胞的组成成分
B．参与营养物质、代谢废物的运输
C．贮藏能量
D．参与生物体内的化学反应
解析：
选C 结合水是细胞的重要组成成分；参与营养物质和代谢废物的运输是自由水的功能；不论是自由水还是结合水，都不储存能量；自由水可以作为反应物参与细胞内的化学反应。
2．下列关于细胞中无机盐的叙述，错误的是（ ）
A．在细胞中无机盐主要以分子状态存在
B．有的无机盐可以与蛋白质结合
C．有的无机盐游离在水中维持细胞的渗透压和pH
D．Mg2＋是合成叶绿素分子的原料
解析：
选A 细胞中无机盐主要以离子状态存在。
3．将下列相应内容正确地连起来
4．如图是培育的长春冬小麦（品种“吉株”）在不同时期的含水量、自由水量、结合水量和呼吸速率随时间的变化情况。
（1）在9～12月间，随着气温的不断下降，结合水的含量相对________，由于结合水与亲水性物质结合而不易结冰，所以结合水含量的相对增加有利于增强冬小麦的抗________性。
（2）大约从10月9日开始，冬小麦的呼吸____________，植物细胞消耗的糖分少，有利于糖分积累，这样就提高了________浓度，使冰点________。
（3）在9～12月间，自由水与含水量的比值不断______，新陈代谢不断________。
解析：
在细胞中水的存在形式有两种：
一是自由水，二是结合水；随着气温的不断下降，结合水的含量相对提高，这样可提高植物的抗寒性；由于糖分的消耗减少，可提高细胞液的浓度，降低细胞的冰点。
答案：
（1）提高 寒
（2）逐渐减弱 细胞液 降低
（3）降低 减弱
【基础题组】
1．卷柏有“九死还魂草”之称，它在干枯后，如得到充足的水仍能成活，其原因是（ ）
A．失去的水为自由水
B．虽失去结合水，但体内含有特殊的物质
C．此生物有特殊的结构
D．以上都不正确
解析：
选A 植物细胞主要通过渗透作用失水或吸水，而这些水是自由水。
如果外界溶液浓度过高，失去结合水，则细胞的结构被破坏而死亡，即使再补足水也不能复活。
卷柏属蕨类植物，适应能力强，干枯时失去大量的自由水。
2．某运动员比赛后化验，体液中Ca2＋含量太低，导致神经和肌肉的兴奋性过高而出现抽搐。
这一事实说明Ca2＋的生理功能之一是（ ）
A．构成细胞结构的主要成分之一
B．维持细胞的正常形态
C．维持细胞的正常生理功能
D．调节渗透压和酸碱平衡
解析：
选C 由题意可知，Ca2＋在题设条件下的主要功能是维持细胞的正常生理功能。
3．冬小麦要经过严寒的冬季，春化后在春季抽蘖，夏季收获。
请比较细胞中的结合水与自由水的比值在其生长期冬季到春季的变化（ ）
A．升高 B．下降
C．不变D．波动不大
解析：
选B 具体分析如下：
项目
温度
自由水含量
代谢
表现
冬季
低
低
弱
抗性强
春季
高
高
强
生长旺盛
4.不同有机物分子与水分子的结合能力（亲水性）不同，研究表明，几种有机物的亲水性由大到小依次为：
蛋白质、淀粉、纤维素，而脂肪不溶于水。
下列植物细胞中结合水相对含量最多的是（ ）
A．休眠的大豆种子细胞B．休眠的玉米种子细胞
C．洋葱根尖分生区细胞D．成熟西瓜的果肉细胞
解析：
选A 大豆种子富含蛋白质，玉米种子富含淀粉，蛋白质亲水性强于淀粉，而分生区细胞与果肉细胞代谢旺盛，自由水含量高，结合水含量低，所以，休眠的大豆种子细胞中结合水相对含量最多。
5．医生给病人输液时，常把药剂溶解于生理盐水（0.9%的NaCl溶液）中，而不是溶解于蒸馏水中。
这是因为（ ）
A．无机盐在生物体的生命活动中是不可缺少的
B．蒸馏水不含营养物质
C．蒸馏水可增大细胞中自由水比例，使细胞代谢加快，加剧病情
D．生理盐水能维持人体细胞生活环境的稳定状态，防止细胞过度吸水或失水
解析：
选D 0.9%的生理盐水的渗透压，正好与人体细胞生活的液体渗透压相等，在此液体环境中细胞不会因失水或吸水而变形。
6．下列关于无机盐的叙述，错误的是（ ）
A．缺铁性贫血是因为体内缺少铁，血红蛋白不能合成
B．细胞中缺乏磷会影响核酸等物质的合成
C．细胞中的无机盐大多数以化合物形式存在，如碳酸钙是构成骨骼、牙齿的主要成分
D．碘是合成甲状腺激素的原料，所以常在食盐中加碘
解析：
选C 细胞中的无机盐大多以离子形式存在。
铁是血红蛋白的重要组成元素，缺铁导致贫血。
核酸的组成元素是C、H、O、N、P，故缺少P会影响其合成。
碘是甲状腺激素的成分，食用加碘盐可有效防治地方性甲状腺肿。
7．尽管无机盐在细胞中所占比例很小，但对细胞和生物体的生命活动起着重要作用。
下列症状不可能是由于缺乏无机盐引起的是（ ）
A．人类的地方性甲状腺肿
B．人类的侏儒症
C．某儿童患佝偻病
D．菠菜嫩叶发黄
解析：
选B A项缺I，C项缺Ca，D项缺Mg，而B项缺生长激素。
8．在探索外星球是否存在生命的过程中，科学家始终把寻找水作为最关键的环节。
水在生命中的意义表现为（ ）
A．水是细胞鲜重中含量最多的化合物
B．水在生物体内可以流动
C．能与蛋白质结合，体现生命活动现象
D．许多生化反应必须在水中进行
解析：
选D 水是细胞内良好的溶剂，水直接参与生化反应，水还能运输营养物质和代谢废物。
由于水在细胞中的重要作用，使得科学家在探索外部星球世界的生命存在与否时，一般把水的寻找作为关键环节。
【能力题组】
9．2015年“世界水日”的主题是“水与可持续发展”。
下列关于水的叙述不正确的是（ ）
A．在探索外星空间是否存在生命的过程中，科学家始终把寻找水作为关键的一环，这是因为许多生化反应必须在水中进行
B．水是细胞中含量最高的化合物
C．水在细胞中的存在形式及功能并不是一成不变的
D．一个由m个氨基酸构成的环状多肽，水解需要m－2个水分子
解析：
选D 环状肽中所含肽键数＝氨基酸数，因此一个由m个氨基酸构成的环状多肽，水解需要m个水分子；自由水与结合水可相互转化。
10．（海南高考）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．水是构成叶肉细胞的重要化合物之一
C．自由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和休眠种子的相同
解析：
选D 植物体内的水分参与营养物质的运输；水是构成叶肉细胞的重要化合物之一；自由水可作为细胞内化学反应的反应物；同种植物萌发种子的含水量大于休眠种子的含水量。
11．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。
下表列出的5种培养液中，甲、乙、丙3种离子的浓度（单位：
mmol/L）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（ ）
培养液编号
①
②
③
④
⑤
甲离子
20
30
50
30
40
乙离子
55
45
60
45
55
丙离子
10
15
20
25
25
A.①⑤B．②③
C．②④D．③⑤
解析：
选C 根据单因子变量原则，研究丙离子的浓度大小对植物生长的影响，要保持甲、乙离子的浓度相同。
12．下列关于细胞中水含量的叙述，不正确的是（ ）
A．水是人体细胞中含量最多的化合物
B．新陈代谢旺盛的植物细胞自由水含量较高
C．越冬植物的细胞内自由水含量较高
D．老年人细胞中含水量比婴儿要少
解析：
选C 活细胞中含量最多的化合物是水，A正确；自由水与结合水比值越高，细胞代谢越旺盛，因此新陈代谢旺盛的植物细胞自由水含量较高，B正确；越冬植物细胞代谢活动较弱，自由水与结合水的比值较低，C错误；年老个体比年幼个体含水量少，D正确。
13．植物种子都有一定的寿命，在低温、低湿、低氧的环境下，可适当延长种子的贮藏时间。
种子要安全贮藏，首先应晒干。
（1）新收获的种子晒干过程中丢失大量的水分，该部分水分是_________________，在生物体内所起的生理作用是_________________________________。
（2）将少量晒干的种子装入洁净的干燥试管中，放到点燃的酒精灯火焰上烘烤，会发现试管壁上有小水珠出现。
这部分水分在种子细胞内以________形式存在。
（3）种子贮藏时，种子的含水量是否越低越好呢？
现以贮藏期一年为标准，设计实验来证明。
Ⅰ.材料用具：
含水量为1%、5%、9%、13%、17%的水稻种子各100粒，恒温箱5个，培养皿，纱布若干，清水等。
Ⅱ.实验步骤：
①将五份种子分别置于五个恒温箱中（20℃）贮藏一年，其间应注意________________________________________________________________________。
②保存期满后，在相同条件下测定五份种子的发芽率，应提供的条件是________________________________________________________________________。
Ⅲ.实验结果：
含水量
1%
5%
9%
13%
17%
发芽率
0
30%
95%
88%
0
①含水量为1%的水稻种子的发芽率为零，原因是______________________。
含水量为17%的水稻种子的发芽率也为零，原因是___________________。
②该实验的结论是________________________。
解析：
（1）植物鲜种子含有大量水分，在晒干过程中丢失的是自由水。
自由水在生物体和细胞内能自由流动，是细胞内的良好溶剂，能运输营养物质和代谢废物，同时为细胞内的新陈代谢提供介质，参与许多生化反应。
（2）细胞中的水分一部分与某些物质结合在一起，这部分水称为结合水。
自由水和结合水可以相互转化，当升高温度时结合水可转化为自由水后散失。
（3）细胞中自由水含量的多少决定细胞代谢强度，含水量越多，细胞代谢越强，种子寿命越短，反之，细胞代谢弱，种子寿命长。
根据题中信息，该实验所控制的单一变量是种子的含水量。
共同贮藏一年，测定种子的发芽率来验证种子寿命与含水量的关系。
种子贮藏期间要注意通入氧气，并密封，保证种子的呼吸，又不导致种子含水量变化；测定种子发芽率时，要满足种子萌发所需要的充足空气和水分及适宜温度。
分析实验结果：
含水量为1%时种子全部死亡，说明含水量过低导致种子胚死亡；含水量为17%时种子也全部死亡，说明水分过多，种子代谢旺盛，产生水分和热量，可使种子霉变而死亡。
答案：
（1）自由水 细胞内的良好溶剂；运输物质；各种代谢反应的介质；参与新陈代谢
（2）结合水 （3）Ⅱ.①密闭，适时通风 ②充足的水分和空气、适宜的温度 Ⅲ.①含水量过低，胚细胞缺水死亡，种子失去生活力 含水量过高，种子细胞呼吸旺盛，产生水，易霉变，胚失去生活力 ②种子的含水量必须保持在一定的范围内才有利于贮藏，过高或过低都会使种子失去生活力
14．分析下列事实，回答相关问题。
事实一 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，会形成酸中毒；当血浆中的H2CO3含量减少时，则形成碱中毒。
事实二 在初生蝌蚪或幼小植物体内，当自由水的比例减小时机体代谢强度降低；当自由水的比例增大时，机体代谢强度升高。
事实三 P是构成骨骼、牙齿、肌肉及血液的重要元素；Zn是若干跟消化有关的酶的结构中心；Na是体液的主要组成成分。
事实四 人体某些组织的含水量近似，但形态却不同。
例如，心肌含水量约为79%而呈坚韧的状态，脑组织含水量约为84%而呈溶胶状。
（1）事实一表明______________________________。
（2）你对事实二中现象的全面解释是______________________________。
（3）事实三表明__________________________________________。
（4）你对事实四中差异的正确解释是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：
（1）无机盐具有调节酸碱平衡（pH）的作用
（2）自由水是良好的溶剂，是细胞内生化反应的介质，并参与某些代谢反应，参与体内营养物质和代谢废物的运输 （3）无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分 （4）组织器官的形态差异与生物体内水分的存在形式有关，心肌中结合水的含量比脑组织中高
15．下列是无土栽培营养液的配方，请据此回答有关问题：
配方：
NH4NO3、KNO3、CaCl2·2H2O、MgSO4、螯合铁溶液、微量元素溶液。
（1）为使作物正常生长，还需补充含________等元素的化合物。
（2）植物吸收NH4NO3可用于合成（ ）
A．脂肪和RNAB．蛋白质和DNA
C．核苷酸和纤维素D．淀粉和酶
（3）有些无机盐离子可重复利用，有的不能重复利用，可重复利用的无机盐离子缺乏时，老叶先表现出缺乏症，不可重复利用的无机盐离子缺乏时，幼叶先表现出缺乏症。
请设计实验证明Mg是可重复利用的元素。
实验材料：
长势相同的玉米幼苗、蒸馏水、含有植物必需元素的各种化合物。
实验步骤：
①配制全素培养液和缺镁培养液，分别放入两组培养瓶中，并编号A、B。
②____________________________。
③放在适宜条件下培养一段时间，_________________________________。
实验现象：
在全素培养液中的玉米幼苗生长正常，___________________。
解析：
（1）植物生长需要C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等大量元素和微量元素。
（2）脂肪、淀粉和纤维素只含C、H、O三种元素。
（3）据题干信息可知，可重复利用的元素缺乏时，老叶先表现症状，此实验的自变量是镁的有无，因变量是老叶先变黄，还是幼叶先变黄。
答案：
（1）C、P
（2）B （3）②将长势相同的玉米幼苗分别栽培在上述两种培养液中 ③观察玉米幼苗的生长情况 实验现象：
在缺镁培养液中生长的玉米幼苗老叶先变黄
阶段质量检测
（一） 走近细胞及组成细胞的分子
（时间：
45分钟；满分：
100分）
一、选择题（每小题4分，共64分）
1．生物体（除病毒外）结构和功能的基本单位是（ ）
A．蛋白质 B．核酸
C．细胞D．器官
解析：
选C 细胞是生物
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