2019人教版新教材高中生物必修1：2.2 细胞中的无机物 学案

2.2 细胞中的无机物

课前自主预习案

一、细胞中的水 1．水的含量特点

(1)含量：一般来说，水是细胞中含量最多的化合物，约占60%～95%。 (2)与生物种类及发育阶段的关系：

①生物种类不同，含水量不同，如水生生物含水量多于陆生生物。 ②不同生长发育期，含水量不同，如幼儿含水量高于成年人。 2．水的存在形式和作用[填表]

1．存在形式和含量

(1)含量：与水相比，无机盐是细胞中含量很少的无机物。 (2)存在形式：大多数以离子形式存在。 2．生理功能[连线]

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)人体细胞内水的存在形式为结合水和自由水()

(5)水是细胞结构的组成成分之一()

解析：(3)自由水与结合水的比例越高，新陈代谢越强。

答案：(1)√(2)√(3)×(4)√(5)√

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)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)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()

(6)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()

(7)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，能源物质是糖类等。

(3)所有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。

答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√(7)√

3．综合判断下列叙述的正误

(1)生物种类不同，含水量不同，如陆生生物含水量多于水生生物()

(2)生物的含水量还与生长发育阶段有关，幼嫩组织的细胞中含水量高()

(3)无机盐是细胞中含量很少的有机物()

(4)细胞中的无机盐全部以离子的形式存在()

答案：(1)×(2)√(3)×(4)×

课堂互动探究案

【课程标准】

指出水大约占细胞重量的2/3，以自由水和结合水的形式存在，赋予了细胞许多特性，在生命中具有重要作用

举例说出无机盐在细胞内含量虽少，但与生命活动密切相关

【素养达成】

1．能说出水和无机盐的存在形式与功能。(生命观念)

2．理解组成生物体的无机化合物和有机化合物是生命活动的基础。(科学思维)

3．运用所学的相关知识，解释生活中的现象。(科学探究)

4．了解水的重要性，唤醒爱护水资源的意识。(社会责任)

奥运会的赛场上，很多运动员在比赛间隙都会饮用一种蓝色的饮料。这种饮料在中国市场上很少见到，它是美国可口可乐公司于2006年研发的一种运动饮料，能够帮助人体在运动大量消耗水分和能量的情况下，迅速补充、平衡体液。蓝色饮料中所含的电解质能够有效补充随汗液流失的电解质，而随汗液流失最多的电解质莫过于盐分了。

水和盐分在人体内有什么作用呢？

探究点一细胞中的水

【师问导学】

1．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

(1)

________。

(2)表二说明：同一生物体内，不同器官的含水量________，一般代谢旺盛的组织、器官含水量________。

(3)结合教材P20的图示和内容回答：水为什么能成为细胞内良好的溶剂呢？它又为什么具有支持生命的独特性质呢？

【智涂笔记】

[名师点拨]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。

【师说核心】

1．自由水与结合水之间的转化

(1)转化条件：

结合水

自由水降温

升温

(2)转化实例：

①烘干种子时，部分结合水转化为自由水散失掉。

②水果放入冰箱冷藏时，部分自由水转化为结合水。

2．自由水与结合水相对含量与细胞代谢的关系

(1)图示：

(2)曲线：

(3)在生产中的应用：

①种子萌发时，需要吸收水分，增加自由水含量。

②种子贮存前晒干是为了降低自由水含量，降低代谢速率，以延长贮存时间。

③越冬作物减少灌溉，可提高作物对低温的抗性。

答案：(1)较高多(2)不同较高

(3)水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，氢原子以共用电子对与氧原子结合。由于氧具有比氢更强的吸引共用电子的能力，使氧的一端稍带负电荷，氢的一端稍带正电荷。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。由于水分子的极性，当一个水分子的氧端(负电性区)靠近另一个水分子的氢端(正电性区)时，它们之间的静电吸引作用就形成一种弱的引力，这种弱的引力称为氢键，每个水分子可以与周围水分子靠氢键相互作用在一起。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．自由水和结合水对生物体都具有重要的作用，请分析回答下列问题：

(1)刚刚收获的鲜种子一般要放在阳光下暴晒，种子变干，重量减轻，鲜种子失去的主要是哪种形式的水？种子还有活性吗？

(2)将干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠产生，这种情况下，干种子失去的主要是哪种形式的水？种子还有活性吗？

答案：

(1)失去的主要是自由水。种子仍保留活性。

(2)失去的主要是结合水。种子丧失活性。

3．自由水和结合水的含量比例对生物的代谢和抗逆性有着重要的意义，请分析回答下列问题：

(1)晒干的种子能够长久保存，浸泡吸水后能够萌发，据此推断自由水和结合水的比值与细胞的代谢强度之间有什么关系？

(2)越冬的植物、干旱地区植物的细胞中，结合水含量升高。这表明自由水和结合水的含量与生物的抗逆性有何关系？

答案：

(1)在一定范围内，自由水和结合水的比值越大，细胞代谢越旺盛。

(2)一般情况下，自由水和结合水的比值越大，细胞的抗逆性越差。

【检测反馈】

1．(合格必考)没有水，人体内大部分化学反应就无法进行，这说明()

A．水在生物体内可以流动

B．生物体内的生化反应必须在水中进行

C．水是细胞内含量最多的化合物

D．水具有缓和温度变化的作用

解析：水在生物体内可以流动、水是细胞内含量最多的化合物、水具有缓和温度变化的作用的说法都正确，但不是题干所问的答案。题干中“没有水，人体内大部分化学反应就无法进行”，这说明生物体内的生化反应必须在水中进行，B正确。

答案：B

2．(等级选考)每年3月22日是“世界水日”。下列关于水的叙述不正确的是()

A．生化反应必须在水中进行

B．水是细胞鲜重中含量最多的化合物

C．水在细胞中的存在形式并非一成不变

D．自由水与结合水的比例与新陈代谢的强弱关系不大

解析：生物体的生化反应必须在水中进行，A正确；细胞鲜重中含量最多的化合物是水，其次是蛋白质，B正确；水在细胞中的存在形式并非一成不变，自由水和结合水可相互转化，C正确；自由水与结合水的比例与新陈代谢的强弱有关，自由水与结合水的比值越高，细胞新陈代谢越旺盛，D错误。

答案：D

探究点二细胞中的无机盐

【师问导学】

1．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。

材料一一种叶绿素和血红素的局部分子结构简图

(1)由材料可以看出无机盐是________________。

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，缺少硼时常导致“花而不实”。

(2)由材料说明无机盐对__________________有着重要的意义。

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，会吸水胀破。

(3)由材料说明无机盐能调节人体的______，维持细胞的_______。

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等物质，可以中和这些变化。

(4)上述材料说明，无机盐对于维持人体内环境________的相对稳定具有重要作用。

答案：(1)某些化合物的重要组成成分(2)维持生物体的正常生命活动(3)渗透压正常形态(4)酸碱平衡

2．为什么人体缺铁会导致贫血？为什么植物缺镁会影响光合作用？

答案：铁是血红蛋白的重要组成成分。镁是叶绿素的重要组成成分。

3．生理盐水是指与哺乳动物血液和淋巴浓度相等的无机盐溶液，常用的是质量分数为0.9%的氯化钠溶液。生病输液时，通常要用生理盐水溶解药物后再输液，这样做的目的是什么？

答案：保证细胞的生活环境不发生变化，维持细胞正常的渗透压。

【智涂笔记】

无机盐参与构成的常见化合物

N：蛋白质、叶绿素、核苷酸等

P：核苷酸、磷脂

Mg：叶绿素

S：甲硫氨酸、半胱氨酸等含硫氨基酸的组成成分(蛋白质的特征元素)

Fe：动物血红蛋白

I：甲状腺激素等

【师说核心】

1．无机盐的存在形式和功能

2．无机盐功能的实验验证方法

(1)对照组：植物＋完全培养液―→正常生长

(2)实验组：

【检测反馈】

1．(合格必考)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，会发生酸中毒；当血浆中的H2CO3含量减少时，则发生碱中毒。这个事

实表明某些无机盐的作用是()

A．调节酸碱度B．调节渗透压

C．影响细胞形态D．影响生物膜透性

解析：由题意可知，血浆中NaHCO3含量减少时，会发生酸中毒，当血浆中的H2CO3含

量减少时，则发生碱中毒。这个事实可以表明无机盐可以调节酸碱度。

答案：A

2．(合格必考)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，植物的生长发育又恢复正常(症状消失)，说明该元素是植物所必需的元素。

答案：D

3．(合格必考)夏季，人在高温作业或剧烈活动后，要喝淡盐水；在患急性肠胃炎时，要及时注射生理盐水；不慎受外伤后，用0.9%的生理盐水清洗伤口。这样做的目的依次为()

①降温②维持水代谢的平衡③维持无机盐代谢的平衡④消毒⑤是细胞的等渗溶液并有清洁作用

A．①②④B．③②⑤

C．②③⑤D．②③④

解析：夏季出汗多，无机盐流失过多，需要进行盐分补充，腹泻会导致水分大量流失，因此需要补水，生理盐水清洗伤口主要是防止细胞吸水涨破，并对伤口进行清理。

答案：B

4．(等级选考)下列与无机盐的功能无关的是()

A．是细胞中的能源物质之一

B．是某些复杂化合物的重要组成成分

C．能维持生物体的生命活动

D．能维持细胞的酸碱平衡

解析：无机盐不是能源物质；无机盐是某些复杂化合物的重要组成成分；无机盐能维持生物体的生命活动；无机盐能维持细胞的酸碱平衡。

答案：A

【网络建构】

【主干落实】

1．生物体的含水量与生物种类及生长发育期有关，一般是水生生物＞陆生生物，幼年＞老年。

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组成成分。

4．自由水的功能有：①细胞内的良好溶剂，②化学反应的介质，③参与化学反应，④运输营养物质和代谢废物。

5．细胞内大多数无机盐以离子形式存在。

6．无机盐对维持细胞和生物体的生命活动、渗透压平衡及酸碱平衡非常重要。

课后分层检测案4细胞中的无机物

授课提示：对应学生用书135页

【合格考全员做】(学业水平一、二)

1．下列有关水的说法错误的是()

A．自由水在人体内是良好溶剂

B．水能与蛋白质结合

C．人体内废物的排出需要水

D．代谢旺盛时，结合水与自由水的比值升高

解析：自由水的作用有：是细胞内的良好溶剂，运送营养物质和代谢废物，参与化学反应(新陈代谢)，代谢旺盛时，自由水与结合水的比值升高。能与蛋白质结合的水为结合水。

答案：D

2．下列关于细胞中水分子的叙述错误的是()

A．只能以游离形式存在

B．是细胞鲜重中含量最多的成分

C．是细胞代谢活动的介质

D．是细胞中多种物质的溶剂

解析：细胞中的水分子以自由水和结合水的形式存在，是细胞鲜重中含量最多的成分，其中自由水是细胞代谢活动的介质和细胞中多种物质的溶剂。

答案：A

3．无机盐的功能各不相同，一些无机盐能参与生物体内信息传递物质的重要构成。下列四种离子中与人体内甲状腺激素的合成直接相关的是()

A．Fe2＋B．I－C．PO3－4D．Ca2＋

解析：甲状腺激素是含碘的氨基酸衍生物，所以与碘元素联系最为紧密。

答案：B

4．生物大分子在生物体的生命活动中具有重要的作用。就组成生物体的蛋白质、核酸、糖类、脂肪而言，其核心的组成元素是()

A．C B．H C．O D．N

解析：碳是最基本的元素，是生物大分子的基本骨架。

答案：A

5．当植物由代谢旺盛的生长期转入休眠期时，体内结合水与自由水的比值通常会() A．升高B．下降C．无变化D．产生波动

解析：进入休眠状态，自由水减少，结合水所占比例上升。

答案：A

6．广告语“聪明的妈妈会用心(锌)”道出了锌的重要性。研究发现生物体内有70多种酶的活性与Zn2＋有关，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要作用

C．对维持生物体的生命活动有重要作用

D．对调节细胞内溶液的浓度有重要作用

解析：由题干信息可知，Zn2＋与生物体内的70多种酶的活性有关，这体现了无机盐离子对维持生物体的生命活动有重要作用。

答案：C

7．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，用铁锅烧菜，对防治缺铁性贫血大有好处。钙在人体内的总量达1 300 g，其中99%存在于骨骼，一旦离子态钙在血浆中的浓度明显下降，神经和肌肉的兴奋性会大大增加，出现手足抽搐症；相反，血钙过高会引起心脏呼吸衰竭。

(1)贫血症患者的血液运输__________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，因流汗过多而出现抽搐现象，这是因为身体中哪种离子含量太低()

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的重要作用是

________________________________________________________________________。

解析：贫血患者由于缺铁导致血红蛋白合成减少，机体运输O2能力降低。钙主要分布于人体牙齿和骨骼。

答案：(1)O2蛋白质(2)B(3)C(4)维持生物体的生命活动

【等级考选学做】(学业水平三、四)

8．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()

A．①⑤B

解析：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时，要保持甲、乙离子的浓度相同。

答案：C

9．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的水分发生变化，这种变化恰好能在磁共振图像中反映出来。下列有关叙述错误的是() A．构成人体的不同组织和器官含水量是不一样的

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，会影响组织内的化学变化

D．发生病变的器官，新陈代谢速率往往会发生改变

解析：水是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，人体在不同环境下，体内代谢强度不同，细胞内自由水的含量会发生改变；人体中不同组织器官的代谢强弱不同，是与含水量相对应的；组织或器官病变，代谢强度降低，细胞内的生物化学反应会受到影响。

答案：B

10．“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。

答案：B

11．互花米草是一种滩涂草本盐沼植物，对水淹的生态环境有很强的适应能力，曾被称为“保滩护堤、促淤造陆的最佳植物”。某科研小组以“探究互花米草体内自由水与结合水的比值和潮汐水淹时间的关系”为课题，设计了如下实验：

①选取同一海滩的互花米草幼苗分别栽种于多个沙盆中。

②将长势相同、生长良好的互花米草幼苗平均分成5组，分别每天以0 h、3 h、6 h、12 h 和24 h进行水淹处理。

③在处理50 d后，采集整株植株并测定其自由水与结合水的含量、计算自由水与结合水的比值。如曲线甲所示。

分析实验过程及实验结果，回答以下问题：

(1)在该实验中，__________是自变量，自由水与结合水的含量是因变量。

(2)为了能最大程度地模拟互花米草水淹的生态环境，在进行水淹处理时，实验用水应为__________水，来源于

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)自由水与结合水的比值和植物的代谢能力及抗逆性有着密切的关系。根据实验结果可知，互花米草在水淹时间为__________h/d的环境下，抗逆性最强；在水淹时间为__________h/d 的环境下，代谢活动最旺盛。

解析：

(1)由实验目的可确定该实验的自变量是水淹时间，因变量是自由水与结合水的含量。

(2)为确保实验结果的可靠性，该实验应选用取自互花米草采样地点的海水。

(3)由甲曲线可知，水淹3天，自由水/结合水的比值最低，互花米草的抗逆性最强。而在没有水淹时，自由水/结合水比值最高，代谢最旺盛。

答案：

(1)水淹时间

(2)海互花米草采样地点

(3)30

【素养养成练】

12．请设计一个实验证明镍盐为植物生活所必需的无机盐，根据提供的实验材料用品，

完成实验步骤，并得出相应结论。

(1)材料用品：完全培养液甲，缺镍的完全培养液乙，适当的固定材料，广口瓶若干，长势相似的玉米幼苗。

(2)方法步骤：

①取两个洁净的广口瓶编号A、B，并向A中加入一定量完全培养液甲，向B中加入

________________________________________________________________________。

②取__________分为两组，将其中一组放入A瓶中，另一组放入B瓶中。

③将两广口瓶置于__________条件下培养一段时间，观察

________________________________________________________________________。

(3)实验结果及结论：

A瓶中__________________________________________________________；

B瓶中__________________________________________________________；

说明____________________________________________________________。

解析：运用对照性原则，将玉米幼苗随机分成两组，分别放在不同的培养液中培养，观察实验结果，对结果进行分析，从而得出结论。要验证镍为植物生活所必需的无机盐，必须理解“必需元素”的概念，会用“溶液培养法”。植物缺少该无机盐表现异常，但添加后又能恢复正常的就是植物所必需的元素。溶液培养法又称水培法，就是在人工配制的营养液(或蒸馏水)中加入或减少某种无机盐来观察植物的生长情况，从而判断植物生长所必需的元素的一种方法。

答案：

(2)①等量的缺镍的完全培养液乙

②长势相似的玉米幼苗

③相同且适宜玉米幼苗的生长状况

(3)玉米幼苗正常生长玉米幼苗不能正常生长镍盐是植物生活所必需的无机盐