第二章 第8课时.docx
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第二章第8课时
第8课时 细胞中的无机物
[目标导读] 1.阅读教材P35第二段内容，明确水在细胞中的存在形式和作用。
2.阅读教材P35～36内容，结合教材P35思考与讨论、P36与生活的联系和技能训练，总结无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。
[重难点击] 1.结合水的概念。
2.无机盐的作用。
1．细胞中的无机物主要包括水和无机盐，水是细胞中含量最多的化合物，在细胞中的相对含量大约占60～95%，无机盐大约占1～1.5%。
2．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）。
3．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，如图：
（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，茎秆细瘦，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。
4．渗透压是指溶液中的溶质微粒对水的吸引力。
溶液渗透压的大小取决于单位体积的溶液中溶质微粒的数目。
课堂导入
当你在跑步机上狂奔了几十分钟，或者酣畅淋漓地打了一场篮球后，会感觉口渴，想喝水。
专家给出的建议是喝些淡盐水。
水和无机盐在人体细胞中有哪些存在形式和生理作用呢？
探究点一 细胞中的水
水是生命之源，没有水就没有生命，请阅读教材P34～35内容，结合下列材料探究水的含量和功能。
材料 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、器官含水量较多。
（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。
2．水的存在形式及功能
（1）细胞中的水一部分与细胞内的其他物质相结合，这一部分水叫做结合水，其功能是细胞结构的重要组成成分，大约占细胞内全部水分的4.5%。
（2）细胞内含量为95.5%的水可以自由流动，以游离的形式存在，这部分水叫做自由水。
（3）①许多种物质溶解在自由水中，这说明自由水是细胞内的良好溶剂。
②水是光合作用的原料，说明细胞内的自由水可作为反应物，参与许多生物化学反应。
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，这说明自由水具有运输营养物质和代谢废物的功能。
小贴士
（1）自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系
自由水/结合水
（2）自由水/结合水与温度的关系：
温度升高时，自由水增多，反之结合水增多。
归纳提炼
活学活用
1．判断下列有关水的叙述的正误。
（1）参与运输营养物质和代谢废物的水为自由水（ ）
（2）生物体内的化学反应离不开水（ ）
（3）自由水与结合水的比例与新陈代谢的强弱关系不大（ ）
（4）细胞内自由水与结合水的含量是固定不变的（ ）
（5）水是细胞结构的组成成分之一（ ）
（6）不同细胞内自由水与结合水的比例相差不大（ ）
答案
（1）√
（2）√ （3）× （4）× （5）√ （6）×
解析 （3）自由水与结合水的比例越高，新陈代谢越强；（4）自由水与结合水在一些条件下可以互相转换，比如降温时部分自由水会转换成结合水。
（6）不同细胞内自由水与结合水的比例差异可能会很大。
探究点二 细胞中的无机盐
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%。
请阅读教材P35～36内容，结合下面的材料，探究无机盐的存在形式和生理作用。
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．材料一 一种叶绿素和血红蛋白的局部分子结构简图
该材料说明：
无机盐是某些化合物的重要组成成分。
3．材料二 足球运动员在激烈比赛中有时会出现肌肉抽搐的现象，这是随着汗液丢失了大量钙离子引起的；硼能促进花粉的萌发和花粉管的生长，植物缺硼往往“花而不实”。
该材料说明：
无机盐对于维持细胞和生物体的正常生命活动有重要作用。
4．材料三 生理盐水是指与哺乳动物血液和淋巴等渗的无机盐溶液，常用的是质量分数为0.9%的氯化钠溶液。
人体的红细胞在生理盐水中会保持原有的形态，如果放到清水里，会吸水涨破。
该材料说明：
无机盐能调节人体的渗透压，维持细胞的正常形态。
5．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和NaH2PO4/Na2HPO4等酸碱缓冲物质，可以中和这些变化。
该材料说明：
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。
归纳提炼
活学活用
2．判断下列关于人体内水和无机盐的叙述的正误。
（1）都可作为细胞的能源物质（ ）
（2）都能维持细胞的生命活动（ ）
（3）细胞中的无机盐均以离子形式存在（ ）
（4）血钙过高会引起抽搐（ ）
（5）无机盐在细胞内含量很少，具有维持渗透压、酸碱平衡及细胞正常生命活动的功能（ ）
（6）大量出汗后应多喝淡盐水（ ）
（7）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（ ）
（8）氮是植物体内的重要元素之一，蛋白质、核酸、磷脂中都含有氮元素（ ）
答案
（1）×
（2）√ （3）× （4）× （5）√ （6）√ （7）√ （8）√
解析
（1）无机盐和水都不可作为细胞的能源物质，能源物质是糖类；（3）细胞中的无机盐大多数以离子形式存在；（4）血钙过低会引起抽搐。
1．卷柏有“九死还魂草”之称，它在干枯后，若得到充足的水分仍能成活，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．以上叙述都不正确
答案 A
解析 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．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
答案 A
解析 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。
3．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
答案 C
解析 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。
4．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
基础过关
知识点一 细胞中的水
1．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．生化反应必须在水中进行
答案 D
解析 水与生命有必然的联系，因为生物体生命活动中的化学反应必须在水中进行。
2．下列有关水的叙述中，错误的是（ ）
①自由水参与运输营养物质和代谢废物 ②生物体内的化学反应离不开水 ③水是组成细胞的成分之一 ④细胞内水的存在形式为结合水和自由水 ⑤自由水与结合水的比例与细胞代谢的强弱关系不大 ⑥不同细胞内自由水与结合水的比例基本相同
A．①④⑤B．①②④C．⑤⑥D．③⑥
答案 C
解析 结合水是细胞结构的重要组成成分；自由水是细胞内的良好溶剂，运输各种营养物质和代谢废物，为生物体内的生化反应提供介质，许多生化反应必须有水的参与。
不同生活环境、生活状态下的细胞含水量是不同的；细胞内自由水与结合水的比例越大，其新陈代谢越旺盛，反之越弱。
3．若细胞内结合水与自由水的比值用a表示，则初生细胞a1与衰老细胞a2的大小为（ ）
A．a1>a2B．a1＝a2
C．a1＜a2D．无法判断
答案 C
解析 初生细胞代谢旺盛，自由水含量高；衰老细胞代谢弱，自由水含量低。
4．下列关于细胞中水的含量的叙述，不正确的是（ ）
A．水是人体细胞中含量最多的化合物
B．老年人细胞中含水量比婴儿的少
C．新陈代谢越旺盛，细胞中的含水量越高
D．抗冻的植物细胞内自由水含量大
答案 D
解析 细胞中含量最多的化合物是水，水为细胞内的化学反应提供场所，或者直接作为反应物参与反应，因此代谢旺盛的细胞中含水量较高。
老年人代谢比婴儿慢，细胞内含水量比婴儿少。
细胞内的水分为自由水和结合水，代谢旺盛的细胞中，自由水含量会增多，在干旱、低温条件下，结合水含量增多，以增强植物的抗旱、抗冻能力。
知识点二 细胞中的无机盐
5．英国医生塞达尼任格在对离体蛙心进行的实验中发现：
用不含钙的生理盐水灌注蛙心，收缩不能维持，用含有少量钙和钾的钠盐溶液灌注时，蛙心可持续跳动数小时。
实验说明钙盐（ ）
A．是细胞中某些复杂化合物的重要组成部分
B．对维持生物体的生命活动有重要作用
C．对维持细胞的形态有重要作用
D．为蛙心的持续跳动提供能量
答案 B
6．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，该现象说明液泡内Na＋参与（ ）
A．调节渗透压B．组成体内化合物
C．维持正常pHD．提供能量
答案 A
解析 液泡内的各种矿质离子等能够参与调节细胞液的渗透压，盐生植物液泡中贮存大量的Na＋，增大了细胞液的渗透压，使细胞吸水能力增强。
7．已知Mn2＋是许多酶的活化剂，它能激活硝酸还原酶，但缺Mn2＋植物无法利用硝酸盐。
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．对维持细胞的正常形态有重要作用
答案 B
解析 A、B、C、D四个选项均是无机盐的功能，本题中缺Mn2＋植物无法利用硝酸盐，说明无机盐离子对维持生物体的生命活动有重要作用。
8．人体红细胞呈圆饼状，具有运输氧气的功能。
下面是将人体红细胞分别放在三种不同的液态环境中，一段时间内的变化示意图，请分析该图说明的问题是（ ）
A．水分容易进出细胞
B．无机盐离子容易进出细胞
C．红细胞有运输氧气的功能
D．水分和无机盐对于维持细胞的形态和功能有重要作用
答案 D
解析 从图示可知，红细胞在0.9%的生理盐水中维持正常形态，在蒸馏水中吸水涨破，在浓盐水中失水皱缩，所以D选项是正确的。
能力提升
9．如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（ ）
A．随着种子的成熟，种子的生命活动由代谢活跃状态转入休眠状态
B．种子的鲜重随着种子的成熟而逐渐减少
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
答案 C
解析 由题图可知，在小麦种子成熟过程中，种子的生命活动由代谢活跃状态转入休眠状态；种子成熟过程中，自由水大量减少，从而增强种子的抗性，这是种子水分减少的主要原因，种子水分的减少并非植物吸水减少的结果。
10．运动型饮料可为人体提供水和无机盐。
下列有关生物体内水和无机盐的叙述，错误的是（ ）
A．生物体内的生化反应必须在水中进行
B．自由水参与体内营养物质和代谢废物的运输
C．某些无机盐是组成ATP、RNA和纤维素的必需成分
D．无机盐在细胞内含量很少，主要以离子形式存在，具有维持机体的渗透压、酸碱平衡及正常生命活动的功能
答案 C
解析 生物体内的许多生化反应需要在水中进行；参与体内营养物质和代谢废物运输的是自由水；构成纤维素的元素是C、H、O，不含无机盐；无机盐在生物体内含量虽少，但对维持机体的渗透压、酸碱平衡及正常生命活动有重要作用。
11．科学工作者研究了钙和硼对某种植物花粉粒萌发和花粉管生长的影响，结果如图所示。
下列结论与结果不相符的是（ ）
A．钙或硼对花粉萌发和花粉管生长都有同样的影响
B．适宜浓度的硼或钙明显有利于花粉萌发或花粉管生长
C．钙对于花粉管生长有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉的萌发
D．硼对于花粉萌发有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉管生长
答案 A
解析 从图中可看出，钙或硼对花粉萌发率和花粉管生长的作用是不同的。
一定范围内，钙的浓度变化影响花粉管生长速度，但花粉萌发率几乎不变；硼的浓度变化影响花粉萌发率，但花粉管生长速度几乎不变。
12．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．②③C．②④D．③⑤
答案 C
解析 分析题干，要研究丙离子的浓度大小对植物生长的影响，依据单一变量原则应选择甲、乙离子对植物生长影响相同的两组。
分析表格可知，只有②④两组，甲、乙两种离子对植物生长的影响相同，只有丙离子的影响不同，因此正确的是C项。
13．科学实验表明：
生命活动旺盛的细胞中自由水/结合水的比值增大，而处于休眠状态的细胞中自由水/结合水的比值减小。
请分析回答下列问题：
（1）自由水以________的形式存在于________和________等部位，随着发育期的不同和细胞种类的不同而有很大的差异。
自由水占细胞鲜重的绝大部分，是细胞内的良好________，有利于物质的________，有利于____________的顺利进行，所以生命活动旺盛的细胞中自由水的含量________。
（2）干种子内所含的主要是________水。
抗旱性强的植物结合水的含量________；处于休眠状态的细胞，自由水的含量________。
（3）在冬季来临之前，随着气温逐渐下降，植物体内会发生一系列适应低温的生理变化。
请据图分析这种变化是________________________________________________________________________，
目的是________________________________________________________________________。
答案
（1）游离 细胞质基质 液泡 溶剂 运输 生化反应 高
（2）结合 高 低 （3）自由水与结合水的比例减小 使植物的抗逆性增强
14．铁是合成人体血红蛋白不可缺少的成分，人体缺铁可引起贫血症。
食物中的铁一般是有机铁，人体只能吸收利用其中的10%左右，铁锅中却含有容易被人体吸收利用的无机铁，用铁锅炒菜，对防治缺铁性贫血大有好处。
钙在人体内的总量达1300g，一旦离子化钙在血浆中的浓度明显下降，神经肌肉的兴奋性会大大增强，从而出现手足抽搐症；相反，血钙过高会引起心脏呼吸衰竭。
（1）贫血症患者血液运输________的能力低，一般的贫血症患者除要补充铁以外，还应多吃一些含________丰富的食物。
（2）人体中含钙最多的是________。
A．肌肉B．骨骼
C．上皮组织D．神经组织
（3）人在长跑后，因流汗过多常出现抽搐现象，这是因为身体中________________含量太低。
A．K＋B．Na＋
C．Ca2＋D．Mg2＋
（4）由上述铁、钙在人体中的作用可以说明无机盐在生物体内有哪些重要作用？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）氧气 蛋白质
（2）B （3）C （4）有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分，有些无机盐对维持生物体的生命活动有重要作用
解析
（1）缺铁性贫血是由于缺乏铁类无机盐，引起血红蛋白合成不足，运输氧气的能力降低。
（2）骨骼主要由碳酸钙、磷酸钙组成。
（3）骨骼肌中的Ca2＋流失，导致血钙过低，会出现肌肉抽搐。
（4）某些无机盐（如铁）是组成血红蛋白的成分，血钙能调节骨骼肌收缩等生命活动。
个性拓展
15．华北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镁引起的。
现有如下材料，请你完成下列实验，证实上面的猜测哪个正确。
（1）材料用具：
三株长势相同的苹果幼苗、蒸馏水、含有植物必需元素的各种化合物。
（2）实验原理：
任何一种必需元素在植物体内都有一定的作用，一旦缺乏，就会表现出相应的症状。
根据全素培养液和相应缺锌、缺镁的培养液对苹果生长发育的比较，判断小叶病的病因。
（3）方法步骤：
①首先配制全素培养液和相应的缺锌培养液和__________培养液，分别放入三个培养缸并编号为A、B、C。
②将三株长势相同的幼苗分别培养在上述三种培养液中。
③放在适宜的条件下培养一段时间，观察苹果幼苗的生长发育状况。
（4）结果预测和分析：
①________缸内的苹果幼苗正常生长。
②若B缸内苹果幼苗表现出小叶病，而C缸没有，则说明____________________________________________；若C缸内苹果幼苗表现出小叶病，而B缸没有，则说明______________________________________________；
若B、C两缸内的幼苗都表现为小叶病，则说明____________________________；若B、C两缸内幼苗都不表现为小叶病，则说明________________________________。
（5）若实验证明苹果小叶病是由缺锌引起的，从科学研究的严谨角度出发，还应增加的实验步骤是：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
增加步骤后的实验结果是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 （3）①缺镁 （4）①A ②苹果小叶病是由缺锌引起的 苹果小叶病是由缺镁引起的 苹果小叶病与缺锌和缺镁都有关 苹果小叶病与缺锌和缺镁都无关 （5）在缺锌的完全培养液B中加入一定量的含锌的无机盐 一段时间后小叶病消失，幼苗恢复正常生长
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