高中生物第2章组成细胞的分子第5节细胞中的无机物学案新人教版必修1.docx
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高中生物第2章组成细胞的分子第5节细胞中的无机物学案新人教版必修1
第5节 细胞中的无机物
一、细胞中的水
1.水的含量
（1）含量：
水是细胞中含量最多的化合物。
（2）含水量、生物种类与发育阶段的关系
（3）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。
2.水的存在形式及作用
形式
自由水
结合水
概念
细胞中绝大部分的水以游离的形式存在，可以自由流动
与细胞内其他物质相结合的水
功能
①细胞内的良好溶剂
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
是细胞结构的重要组成成分
（1）生物体的含水量与生物的生活环境密切相关（ ）
（2）种子储存前，晒干是为了减少自由水含量，降低种子的代谢速率，以延长储存时间（ ）
（3）参与运输营养物质和代谢废物的水为自由水（ ）
答案
（1）√
（2）√ （3）√
1.思考下列实际问题，做出合理推测：
（1）新鲜小麦种子放在阳光下，质量减轻的原因？
提示 自由水散失。
（2）干种子用水浸泡后仍能萌发说明什么？
提示 失去自由水的种子仍能保持其生理活性。
（3）干种子不浸泡就不萌发，原因是什么？
提示 自由水越少，代谢强度越低。
（4）种子晒干后再储存的原理是什么？
提示 减少自由水含量，降低呼吸作用，延长种子储存时间。
（5）低温环境减少花卉浇水的原因是什么？
提示 降低自由水与结合水的比值，提高植物对低温的抗性。
2.一般来说，绿色植物的抗干旱、抗冻能力与其代谢旺盛程度成反比。
请据此分析细胞抗干旱、抗冻能力与自由水/结合水值的关系。
提示 自由水/结合水值越大，代谢就越旺盛，细胞抗干旱、抗冻能力越低。
易错提醒 关于生物体中水的理解
（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降低。
（3）细胞内的结合水，一般吸附在纤维素、淀粉和蛋白质等大分子表面形成水合物，是细胞结构的重要组成成分。
二、细胞中的无机盐
1.存在形式和含量
2.无机盐的生理功能
生理功能
举例
组成某些复杂化合物
①Mg是叶绿素分子必需的成分；
②Fe是血红蛋白的重要成分；
③I是形成甲状腺激素的成分
维持细胞和生物体的生命活动
哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2＋，如果Ca2＋的含量太低，会出现抽搐等症状
维持生物体内的平衡
①渗透压的平衡：
Na＋、Cl－对维持血浆等的渗透压有重要作用，K＋对维持细胞内液的渗透压起决定作用；
②酸碱平衡（即pH平衡）：
无机盐离子组成重要的缓冲体系如H2PO
/HPO
和H2CO3/HCO
等来调节并维持pH平衡
归纳总结
（1）钠离子是细胞外液中的主要阳离子，在维持细胞外液晶体渗透压中起重要作用，如果缺钠，会引发低钠血症，患者倦怠、淡漠、无神、起立时易昏倒，严重时恶心、呕吐、血压急剧下降。
（2）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
血红蛋白的重要组成成分
缺铁性贫血症
Mg
叶绿素的重要组成成分
植物叶绿素合成受阻，影响光合作用
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
维持动物细胞外液的渗透压
动物细胞外液渗透压降低，过低时不能维持正常的细胞形态
（1）生物体内，无机盐均以离子形式存在（ ）
（2）无机盐含量过多或过少都会影响生物体的正常生命活动（ ）
（3）水和无机盐都不能作为细胞的能源物质（ ）
答案
（1）×
（2）√ （3）√
1.患急性肠胃炎，为什么医生用0.9%的生理盐水静脉注射，而不用蒸馏水？
提示 注射的生理盐水与细胞的渗透压相等，保证了细胞的形态和生命活动。
2.为什么大量出汗时应多喝淡盐水？
提示 大量出汗会排出过量的无机盐，导致体内的水盐平衡和酸碱平衡失调，这时应多喝淡盐水。
3.探究植物必需无机盐的实验设计思路
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：
__________________→正常生长。
（2）实验组
实验组加入X盐的目的是_______________________，以增强说服力。
提示
（1）植物＋完全培养液
（2）X不是必需无机盐 X是必需无机盐 二次对照（使实验组前后对照）
1.（2019·大同高一检测）下列关于细胞中含水量的叙述，不正确的是（ ）
A.水是人体细胞内含量最多的化合物
B.老年人细胞中含水量比婴儿要少
C.越冬植物的细胞内自由水和结合水含量比值一般较高
D.新陈代谢旺盛的植物细胞含自由水较多
答案 C
解析 水是人体细胞内含量最多的化合物，A正确；老年人细胞中含水量比婴儿要少，B正确；自由水与结合水含量比值与植物的抗逆性有关，越冬植物细胞内的结合水含量升高，自由水含量下降，因此细胞内自由水和结合水含量比值一般较低，C错误；新陈代谢旺盛的植物细胞含自由水较多，D正确。
2.（2018·吉林长春田家炳实验中学期末）下列对细胞内自由水的描述，有科学性错误的是（ ）
A.约占细胞内水分的95.5%
B.能够流动并能运输物质
C.细胞结构的重要组成成分
D.是各种代谢活动的介质
答案 C
解析 结合水大约占细胞内全部水分的4.5%，自由水含量约占95.5%，A正确；自由水可以自由流动，并能运输营养物质和代谢废物，B正确；结合水是细胞结构的重要组成成分，C错误；自由水是细胞内的良好溶剂，是各种代谢活动的介质，为代谢活动提供液体环境，D正确。
3.（2018·北师大附中期中）下列关于无机盐的说法错误的是（ ）
A.维持细胞的酸碱平衡
B.细胞内某些复杂化合物的重要组成成分
C.在细胞中大多数以化合物的形式存在
D.炎炎夏日在室外作业的人应多喝淡盐水
答案 C
解析 无机盐具有维持细胞酸碱平衡的作用，如H2PO
/HPO
，A正确；有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分，如Mg是构成叶绿素的重要成分，B正确；在细胞中，大多数无机盐以离子的形式存在，C错误；炎炎夏日在室外作业的人随汗液排出了大量无机盐，为了维持细胞的渗透压平衡，应多喝淡盐水，D正确。
4.（2018·徐州高一检测）苹果含有微量元素锌，而锌是构成与记忆力息息相关的核酸和蛋白质不可缺少的元素，儿童缺锌就会导致大脑发育不良，因此苹果又被称为“记忆之果”。
这说明无机盐离子（ ）
A.对维持酸碱平衡有重要作用
B.对维持细胞形态有重要作用
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
答案 D
解析 由缺锌会导致大脑发育不良，可知锌对于生物体的生命活动有重要影响，该事实与酸碱平衡、维持细胞形态和渗透压的调节无直接关系。
5.（2018·广东深圳高级中学期中）下列有关水和无机盐的叙述，错误的是（ ）
A.夏季植物叶片由绿变黄，可能是土壤缺Mg所致
B.正常人饮食不当出现贫血，可能是食物中缺Fe所致
C.自由水与结合水在一定条件下可以相互转化
D.细胞内自由水越多，抗逆性越强
答案 D
解析 植物缺Mg会影响叶绿素的合成，导致叶绿素含量减少，叶片发黄，A正确；Fe是构成血红蛋白的重要成分，缺Fe会影响血红蛋白的合成而出现贫血，B正确；自由水和结合水不是一成不变的，在一定的条件下可以相互转化，C正确；细胞内自由水越多，自由水与结合水的比值越大，细胞代谢越旺盛，抗逆性越差，D错误。
6.（2019·北京四中高一期末）人体所需要的营养物质包括水和无机盐等无机物及糖类、脂质和蛋白质等有机物，这些营养物质在人体细胞中有着重要的作用。
请回答下列问题：
（1）请叙述自由水的生理作用：
________________________________________________。
（2）人每天都要补充一定数量的蛋白质，尤其是婴幼儿时期，如果蛋白质摄入不足会导致机体免疫力下降，原因是________________________________________________________。
（3）在天然无污染的泉水中，含有Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Fe等人体必需元素，其中属于大量元素的是______________________________________________________________。
（4）牛奶、婴幼儿奶粉中含量较多的二糖是______。
如果哺乳动物的血液中钙离子含量太低，会出现抽搐等症状，这说明无机盐对________________________________有重要作用。
答案
（1）是细胞内的良好溶剂；参与多种生物化学反应；运送营养物质和代谢废物；为细胞提供了良好的液体环境
（2）蛋白质摄入量不足会影响抗体的合成 （3）K、Ca、P、Mg （4）乳糖 维持细胞和生物体的生命活动
解析
（1）自由水的生理作用：
是细胞内的良好溶剂；参与多种生物化学反应；运送营养物质和代谢废物；为细胞提供了良好的液体环境。
（2）抗体的成分是蛋白质，蛋白质摄入不足会导致必需氨基酸的摄入量不足，从而导致抗体分泌不足，使机体免疫力下降。
（3）Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Fe中属于大量元素的是K、Ca、P、Mg。
（4）乳糖是牛奶、婴幼儿奶粉中含量较多的二糖。
血液中钙离子含量太低，会出现抽搐等症状，这说明无机盐对维持细胞和生物体正常的生命活动具有重要作用。
题组一 细胞中的水
1.（2019·江西临川二中月考改编）2019年3月22日是第27届世界水日，我国纪念世界水日和开展中国水周活动的宣传主题是“坚持节水优先，强化水资源管理”。
下列对于生物体内自由水的叙述不正确的是（ ）
A.生物体代谢旺盛时含量较多
B.不参与细胞内的生化反应
C.是细胞内的良好溶剂
D.植物越冬时，细胞内自由水含量降低
答案 B
解析 自由水以游离的形式存在，代谢旺盛时含量多，是细胞内的良好溶剂，还可以参与细胞内的许多生化反应，A、C正确、B错误；冬季，植物细胞内部分自由水转化为结合水，使自由水含量降低，提高了植物的抗寒能力，D正确。
2.（2019·菏泽高一检测）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水含量和休眠种子的水含量相同
答案 D
解析 大部分营养物质必须溶解在水中才能在细胞中运输，A项正确；水是细胞鲜重中最重要的组成成分，细胞鲜重大部分为水，B项正确；水作为反应物参与光合作用和细胞呼吸过程，C项正确；休眠种子中的水含量远远小于萌发种子中的水含量，D项错误。
3.图中曲线能正确反映大豆种子萌发至形成幼苗的过程中，细胞中自由水/结合水的值（纵坐标）的变化的是（ ）
答案 B
解析 种子在萌发之前，处于休眠状态，代谢很弱，细胞中的水主要以结合水形式存在，自由水/结合水的值较小；种子在萌发之后，自由水逐渐增多，代谢旺盛，发育成幼苗后，自由水含量趋于稳定，所以自由水/结合水的值不断增大，最终达到一个相对稳定水平。
4.（2018·郑州模拟）如图为对刚收获的种子所做的一系列处理，据图分析下列有关说法正确的是（ ）
A.①和②均有生命活力，但是含水量不同
B.①→②的过程中没有发生水存在形式之间的转化
C.④和⑤是同一种物质，但是在细胞中的存在形式不同
D.②不含水分，可作为种子储藏
答案 C
解析 失去结合水的②不再具有生命活力，A错误；烘干过程中部分结合水转化为自由水散失，B错误；④和⑤都是水，但是在细胞中的存在形式不同，④是来自细胞中的自由水，⑤主要是来自细胞中的结合水，C正确；②不再具有生命活力，不能作为种子储藏，D错误。
5.（2019·湖北黄冈高一检测）生物体的一切生命活动都离不开水，下列叙述错误的是（ ）
A.自由水是各种代谢活动的介质
B.幼儿体内的含水量高于成年人
C.种子晒干后，结合水含量减少，代谢减慢
D.植物成熟部分比幼嫩部分含水量低
答案 C
解析 种子晒干后，自由水含量减少，代谢缓慢。
题组二 细胞中的无机盐
6.（2018·广东佛山一中期末）下列关于无机盐的功能的叙述，不正确的是（ ）
A.参与生物体内某些复杂化合物的构成
B.对维持细胞和生物体的生命活动具有重要意义
C.维持生物体内的渗透压和酸碱平衡，使细胞维持正常的形态与功能
D.为细胞的生命活动提供物质和能量
答案 D
解析 叶绿素、血红蛋白等复杂化合物中含有无机盐离子，A正确；许多无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要功能，如Fe是血红蛋白的重要组成成分，一旦缺乏会导致缺铁性贫血症，B正确；无机盐能够维持生物体内的渗透压和酸碱平衡，从而使细胞维持正常的形态与功能，C正确；无机盐不能为细胞的生命活动提供能量，细胞生命活动的能量来源为糖类等有机物，D错误。
7.（2018·湖南株洲二中期末）医生常给脱水病人注射生理盐水（质量分数为0.9%的氯化钠溶液），而不注射蒸馏水或浓度更高的浓盐水，这是因为红细胞在蒸馏水中会因吸水过多而涨破；而在浓盐水中，红细胞会因为失水而皱缩，从而丧失输送氧气的功能。
这个事例说明（ ）
A.无机盐对维持细胞的形态和功能有重要作用
B.只有红细胞有这种特征
C.水分子容易进出细胞
D.无机盐离子容易进出细胞
答案 A
解析 由题意知，氯化钠溶液的浓度过大或过小均会导致细胞形态发生改变，影响其生理功能，这说明一定浓度的无机盐对维持细胞的形态和功能具有重要作用。
8.（2018·河北衡水中学校级模拟）如图是一种叶绿素分子（左）和血红蛋白分子（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Mg和Fe
B.植物体缺Mg会影响光合作用
C.人体缺Fe会影响血红蛋白对氧的运输
D.Mg和Fe分别存在于植物细胞和动物细胞中
答案 D
解析 Mg是叶绿素的重要组成成分，Fe是运输氧的血红蛋白的重要组成成分，A正确；植物体缺Mg会影响叶绿素的合成，进而影响光合作用，B正确；人体缺Fe会影响血红蛋白对氧的运输，C正确；Mg和Fe是组成细胞的元素，普遍存在于植物细胞和动物细胞中，D错误。
9.（2019·许昌高一检测）生长在含盐量高、干旱土壤中的盐生植物，通过在液泡中贮存大量的Na＋而促进细胞吸收水分。
有关该现象的说法错误的是（ ）
A.液泡内Na＋的大量贮存不需要细胞代谢提供能量
B.液泡内Na＋参与调节渗透压，大量贮存使细胞液渗透压增大
C.液泡内无机盐浓度的大小会影响其吸水或失水
D.该现象说明，盐生植物的生理功能是与其生存环境相适应的
答案 A
解析 Na＋通过主动运输方式大量贮存在液泡内，这需要细胞代谢提供能量，A错误；液泡内Na＋参与调节渗透压，大量贮存使细胞液渗透压增大，从而促进细胞吸收水分，B正确；Na＋维持细胞内渗透压而促进细胞通过渗透作用吸收水分，可见液泡内无机盐浓度的大小会影响其吸水或失水，C正确；生长在含盐量高、干旱土壤中的盐生植物，细胞内Na＋浓度高，以促进细胞吸收水分，这说明盐生植物的生理功能是与其生存环境相适应的，D正确。
10.（2018·河北衡水中学检测）为了探究某元素是否是植物的必需元素，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
答案 D
解析 判断某元素是否是植物的必需元素，通常用溶液培养法。
即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，且只有补充了该种元素后植物的生长发育才恢复正常，说明该元素是植物所必需的元素。
11.（2018·安徽马鞍山二中月考）结合下列曲线，分析有关无机物在生物体内含量的说法，错误的是（ ）
A.曲线①可表示人一生中体内自由水与结合水的比值随年龄的变化
B.曲线②可表示细胞呼吸速率随自由水与结合水比值的变化
C.曲线③可表示一粒新鲜的玉米种子在烘箱中被烘干的过程中，其自由水的相对含量变化
D.曲线①可表示人从幼年到成年体内含水量的变化
答案 C
解析 随着年龄的增加，人体内含水量逐渐减少，新陈代谢速率减慢，自由水与结合水比值下降，与曲线①相符，A、D正确；自由水与结合水比值增加，会导致细胞呼吸速率加快，与曲线②相符，B正确；新鲜的玉米种子在烘箱中被烘干的过程中，自由水不断减少，C错误。
12.（2018·湖北武汉联考）如图表示土壤中甲、乙两种元素浓度变化与某植物生长速率的关系，下列分析正确的是（ ）
A.该植物生长对甲元素的需求大于乙元素
B.当土壤中乙元素浓度为B时，施含乙元素的肥料最有利于该植物生长
C.当该植物生长速率最大时，对甲、乙元素的需求量相近
D.持续保持甲、乙元素供应量相等可能会导致该植物生长不正常
答案 D
解析 据图可知，该植物生长对甲元素的需求小于乙元素，A错误；当土壤中乙元素浓度为A时，施含乙元素的肥料最有利于该植物生长，B错误；当该植物生长速率最大时，对甲、乙元素的需求量相差很大，C错误；分析图中两曲线交点可知，持续保持甲、乙元素供应量相等可能会导致该植物无法正常生长，D正确。
13.（2018·贵州贵阳一中期末）回答下列与水有关的问题：
（1）水是细胞内各种化学反应的介质，在细胞中有两种存在形式，即自由水和结合水。
在植物细胞中，自由水和结合水的相对含量的变化是与细胞生命活动相适应的。
请回答下列问题：
①农民将新收获的种子放在场院晒，是为了除去部分________，然后再将其储存。
②如果将晒过的种子再用火烧烤，会使种子失去______水，导致种子不能萌发。
（2）种子在黑暗中萌发成幼苗，种子和幼苗经过处理后称量得到的数据如表所示，请依据表中的数据回答问题：
项目
处理方法
质量/g
种子
幼苗
湿重
直接称重
160
170
干重
70℃，72h
138
118
灰分
550℃，16h
2
2
①与种子相比，幼苗湿重增加，增加的主要物质是________________。
②与种子相比，幼苗干重减少，减少的主要物质是________________。
③灰分代表的物质是____________________。
答案
（1）①自由水 ②结合
（2）①自由水 ②有机物 ③无机盐
解析
（1）种子在晒干过程中失去的是自由水，将晒过的种子用火烧烤，会使种子失去结合水，导致种子不能萌发。
（2）分析表中数据可知，幼苗干重小于种子干重，而幼苗湿重大于种子湿重，因此幼苗湿重增加的主要是自由水。
黑暗条件下，种子萌发成幼苗的过程中，代谢活动逐渐增强，生命活动旺盛，需要消耗种子中储存的有机物来提供能量，因而干重减少。
灰分是经高温灼烧后剩余的物质，主要成分是细胞中的各种无机盐。
14.（2018·四川成都彭州中学高一上月考）氟主要分布在人体的骨骼、牙齿、指甲和毛发中，尤以牙釉质中含量最高，氟的摄入量或多或少最先表现在牙齿上。
（1）氟是骨骼和牙齿的正常成分，可防止出现龋齿、老年人骨质疏松等症状，这说明无机盐的生理作用包括______________________________________________________________。
（2）氟是人体健康所必需的________（填“大量元素”或“微量元素”），主要作用为增强骨骼和防止龋齿。
（3）细胞中的无机盐大多数以__________的形式存在。
答案
（1）构成细胞内某些复杂化合物
（2）微量元素 （3）离子
解析
（1）氟是骨骼和牙齿的正常成分，可防止出现龋齿、老年人骨质疏松等症状，这说明无机盐是细胞内某些复杂化合物的组成成分。
（2）人体需要的氟的量极少，属于微量元素。
（3）细胞中的无机盐大多数以离子的形式存在。
15.（2018·湖北武汉检测）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%。
（1）哺乳动物的血液中必须含有一定量的钙离子，如果钙离子的含量太低，会出现抽搐等症状，这一实例说明无机盐离子对________________________________________有重要作用。
（2）查找资料可知Mg是大豆生长发育必需的元素，为验证这一结论，某位同学设计实验如下。
请对该同学实验设计①、②、③步骤中的不足之处进行修改。
①将处于不同生长状况的大豆幼苗分为2组，用符合实验要求的容器培养；
修改：
____________________________________________________________________。
②对照组容器内只盛有蒸馏水，实验组容器内盛有用蒸馏水配制的镁盐溶液；
修改：
____________________________________________________________________。
③两组置于相同条件下培养，并对溶液通气；
修改：
____________________________________________________________________。
④观察、比较两组的生长发育情况。
答案
（1）维持细胞和生物体的生命活动
（2）①应选择生长状况一致的大豆幼苗 ②对照组容器内盛一定量含有大豆生长发育必需的各种元素的完全培养液，实验组容器内盛有等量不含镁离子的“完全培养液” ③两组应在相同且适宜的条件下培养
解析
（1）缺钙时肌肉抽搐体现了无机盐离子对维持细胞和生物体的生命活动有重要作用。
（2）实验设计要控制无关变量，因此要选择生长状况一致的大豆幼苗。
使用的培养液要注意等量，植物生长需要无机盐，因此对照组用完全培养液培养，而实验组用等量缺镁的“完全培养液”培养。
两组幼苗要放在相同且适宜的条件下培养。
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