高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞中的无机物学案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞中的无机物学案，共15页。

2．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
设疑激趣
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？
夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂
探究点一 细胞中的水
1.结合教材P21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？
2．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)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？
(3)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？
(4)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？
3．在冬季来临时，随着气温的逐渐降低，植物体内发生了一系列适应低温的变化，如可溶性糖含量增加、细胞代谢减弱等。研究表明，细胞内溶液浓度升高，冰点降低。
(1)结合所学知识及上述信息，解释“霜打的茄子——蔫儿了”。
(2)有些蔬菜富含淀粉，但“霜打”后的蔬菜格外“甜”。请结合所学知识解释其原因。
[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。
[特别提醒]
1.自由水与结合水之间的转化
(1)转化条件：
eq \x(自由水)eq \(,\s\up11(降温),\s\d4(升温))eq \x(结合水)
(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．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。
4．水在生产实际中的应用
1．[2022·诸暨中学模拟](合格考)如果没有水，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
2．(等级考)“绵绵的春雨，是她润醒了小草，润绿了杨树，润开了报春花。”此过程中，细胞中自由水与结合水的相对含量变化表示正确的是( )
3．(等级考)(不定项)“有收无收在于水，收多收少在于肥。”某生物兴趣小组以玉米幼苗为实验材料进行了如下探究实验。
eq \a\vs4\al\c1(洗净除去,表面水分)eq \(―――――→,\s\up11(60℃，晾晒48h),\s\d4(步骤一))eq \a\vs4\al\c1(风干,幼苗)eq \(―――――→,\s\up11(105℃，烘干1h),\s\d4(步骤二))干物质eq \(――――――→,\s\up11(600℃，30min),\s\d4(步骤三))灰分
下列叙述中，正确的是( )
A.步骤一损失的水在细胞中以游离形式存在，是细胞内的良好溶剂
B.步骤二损失的水与细胞内其他物质相结合，在细胞内的含量稳定
C.步骤三损失的主要是无机盐
D.干旱环境中生长的玉米，其细胞中结合水与自由水比值相对较高
探究点二 细胞中的无机盐
1.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液等渗的无机盐溶液，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。
(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NaHCO3/H2CO3和Na2HPO4/NaH2PO4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。
2．无机盐在细胞中的含量仅为1%～1.5%，但却有着重要的作用，请分析回答有关无机盐的知识。
(1)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？
(2)足球运动员在激烈比赛中，有时会出现肌肉抽搐的现象，你知道是什么原因吗？
[归纳总结] 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：动物血红素
I：甲状腺激素等
Zn：很多酶的结构中心
[名师提醒] N、P、K元素对植物生长发育的影响
(1)N：含N的无机盐能促进细胞的分裂和生长，使枝叶繁茂。缺少N的植株表现为矮小瘦弱，叶片发黄。
(2)P：含P的无机盐可以促进幼苗的发育和花的开放，使果实、种子提早成熟。缺少P时，植株特别矮小，根系发育差，叶片呈暗绿色，并出现紫色，成熟延迟。
(3)K：含K的无机盐可使植物茎秆健壮，促进淀粉的形成和运输。缺K时，植株茎秆软弱，容易倒伏，叶片边缘和尖端呈褐色，并逐渐焦枯，果实少且不饱满等。
1.无机盐的存在形式和功能
2．探究某种无机盐离子是否是植物的必需元素
(1)判断某种无机盐是否是植物必需的无机盐离子的原理。
①由于缺乏某种元素，植物的生长发育遇到障碍，不能完成它的生活史。
②除去某种元素以后，植物体表现出专一的病症，而且这种缺素症是可以利用该元素进行预防和恢复的。
③某种元素在植物营养上表现的效果是直接的，而不是由土壤的物理、化学或微生物等因素的改变而产生的间接效果。
(2)判断某种无机盐是否是植物必需的无机盐的实验方法——溶液培养法。
具体操作过程可归纳如下图：
实验组加入所缺无机盐的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。
1．(合格考)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，会造成酸中毒；当血浆中H2CO3含量减少时，则会造成碱中毒。这个事实表明，无机盐的重要作用是( )
A.维持细胞的形态和功能
B.维持细胞的酸碱平衡
C.构成细胞中的重要化合物
D.调节细胞内的渗透压
2．[2022·广西南宁二中模拟](合格考)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.观察在完全培养液中去掉该元素前后植株的生长发育状况
3．(等级考)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
4．(等级考)(不定项)关于“验证Mg是小麦生长发育必需的元素”的实验，表中对照组和实验组的相关处理，不正确的是( )
强化落实·学业达标——归纳·提升·素养
高效课堂·实践运用——巩固·达标·反馈
1.水污染、水资源短缺导致的水危机日趋严重，研究表明，80%的疾病是由水污染引起的。下列有关生物体内水的叙述，错误的是( )
A．结合水是组成细胞结构的一部分，约占细胞内全部水分的4.5%
B．自由水是良好的溶剂，是各种代谢活动的介质
C．同种植物冬天结合水所占比值比夏天高
D．心肌坚韧，血液呈液态，但它们的含水量相差无几，原因是心肌内全是结合水
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
3．水和无机盐是构成细胞的重要成分，下列有关说法正确的是( )
A．细胞内良好的溶剂是结合水的功能
B．水不可以直接作为反应物参与细胞代谢
C．烘干的种子燃烧以后剩余的灰烬是无机盐
D．大量出汗时，只需要及时补充水分即可
4．下列广告语在科学性上没有错误的是( )
A．没有水就没有生命
B．这种饮料不含任何化学物质
C．这种纯净水绝对纯净，其中不含任何离子
D．这种口服液含有丰富的N、P、Zn等微量元素
5．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1300g，其中99%存在于骨骼中，一旦离子钙在血浆中的浓度明显下降，神经肌肉兴奋性会大大增加，出现手足抽搐症；相反，如果血钙过高，则会引起肌无力。
(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．骨组织
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？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
疑难解答·名师指津——释疑·解惑·教材
问题探讨
1．提示：水在细胞中的作用主要表现在以下几个方面：水是细胞结构的重要组成成分；水是细胞内的良好溶剂，许多物质必须溶解在水中，细胞内的许多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；通过水在生物体内的流动，可以把营养物质运送到各个细胞，同时，也把各个细胞在代谢中产生的废物运送到排泄器官或者直接排出体外。总之，各种生物体的一切生命活动都离不开水。
2．提示：表中的氯化钠、氯化钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钠等都属于无机盐，它们在饮料中以离子的形式存在。运动员在运动中会大量出汗，出汗时人体会排出大量无机盐，所以要给他们补充无机盐。无机盐可以调节细胞的生命活动，也是许多有机物的重要组成成分。
练习与应用
一、概念检测
1．(1)× (2)× (3)×
二、拓展应用
1．质量分数为0.9%的氯化钠溶液的浓度，正是人体细胞所处液体环境的浓度，所以叫生理盐水。当人体需要补充盐溶液或输入药物时，应输入生理盐水或用生理盐水作为药物的溶剂，以保证人体细胞的生活环境维持在相对稳定的状态。
2．因为火星上有Mg、Na、K等生命所必需的元素，并且发现了水这一生命活动必备的重要物质。
第2节 细胞中的无机物
夯基提能·分层突破
探究点一
【师问导学】
1．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；水分子具有氢键，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．(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)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。
(4)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。
3．(1)当外界温度降低时，茄子中的自由水含量减少，导致表皮皱缩。
(2)温度降低，蔬菜中的淀粉分解为可溶性糖，增大了细胞液浓度，降低了细胞液的冰点，使细胞不容易冻坏，可溶性糖主要是葡萄糖，所以蔬菜变甜了。
【随堂检测】
1．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，但不符合题意；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．解析：随着复苏时间的增加，细胞中自由水/结合水的比值变大，细胞代谢水平提高。
答案：B
3．解析：自由水容易失去，玉米幼苗在晾晒过程中损失的主要是自由水，A正确；结合水是细胞内与其他物质相结合的水，是细胞的重要成分，不容易损失，含量稳定，烘干过程中损失的主要是结合水，B正确；构成细胞的有机物容易燃烧，步骤三损失的是构成细胞的有机物，剩余的是无机盐，C不正确；结合水和自由水的比值与生物的抗逆性有关，在干旱环境中生活的玉米结合水与自由水比值较高，抗逆性强，D正确。
答案：ABD
探究点二
【师问导学】
1．(1)某些化合物的重要组成成分 (2)维持生物体正常的生命活动 (3)渗透压 正常形态 (4)酸碱平衡
2．(1)铁是血红素的重要组成成分。镁是叶绿素的重要组成成分。
(2)这是由于随着汗液的排出而丢失了大量的钙离子引起的。
【随堂检测】
1．解析：由题意可知，血浆中NaHCO3含量和H2CO3含量会影响血浆中pH变化，由此可以说明NaHCO3和H2CO3对于维持酸碱平衡具有重要作用。
答案：B
2．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(出现特定的缺素症状)，且只有补充了该种元素(其他元素无效)后，植物的生长发育才恢复正常(症状消失)，说明该元素是植物生长所必需的元素。
答案：D
3．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．解析：蒸馏水中不仅缺少Mg元素，还缺少其他元素，若以此作为培养液进行实验，会影响实验结论，A错误；对照组采用适量的完全营养液，能够保证小麦的正常生长，而实验组采用等量的缺Mg完全营养液，能够观察到小麦缺Mg发生的变化，B正确；沙土中可能会含有Mg，从而影响实验结论，C、D错误。
答案：ACD
高效课堂·实践运用
1．解析：结合水是细胞结构的重要组成部分，其含量占细胞内全部水分的4.5%；自由水是良好的溶剂，是化学反应的介质；同种植物在冬天的结合水含量相比夏天较高，以增强其抗寒能力；心肌与血液的含水量相差不大，但心肌中的结合水含量相对较高，血液中的自由水含量相对较高，所以心肌呈固态而血液呈液态。
答案：D
2．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。
答案：C
3．解析：细胞内良好的溶剂是自由水的功能，A错误；水可以直接作为反应物参与细胞代谢，如光合作用过程中，水可以作为反应物，B错误；小麦种子燃烧后得到的灰烬是无机盐，C正确；大量出汗时，丢失大量水分和无机盐，需要补充水分和无机盐，D错误。
答案：C
4．解析：水是生命之源，A正确；饮料中含有水和其他多种化合物，B错误；纯净水中含有少量无机盐，C错误；N、P属于大量元素，D错误。
答案：A
5．解析：血红蛋白有运输氧气的功能，贫血症患者血红蛋白含量少，所以血液运输氧气功能低。血红蛋白是一种含铁蛋白质，所以需要多吃含铁和蛋白质的食物，给血红蛋白的合成提供原料。
答案：(1)O2 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生活中的现象
对此现象的解释
种子在贮存时需将种子晒干
减少自由水含量，降低种子的代谢，延长种子寿命
干种子用水浸泡后仍能萌发
失去自由水的种子仍保持其生理活性
低温环境下减少花卉浇水
提高花卉对低温的抗性
鲜种子放在阳光下暴晒，重量减轻
自由水散失，代谢减弱
干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠
部分结合水转化为自由水散失
炒熟的种子浸泡后不萌发
失去结合水的细胞失去生理活性
选项
对照组
实验组
A
适量的蒸馏水
等量的用蒸馏水配制的含Mg营养液
B
适量的完全营养液
等量的缺Mg完全营养液
C
适量的蒸馏水＋沙土
等量的用蒸馏水配制的含Mg营养液＋沙土
D
适量的完全营养液＋沙土
等量的缺Mg完全营养液＋沙土
网
络
建
构
eq \a\vs4\al()
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为化学反应提供液体环境；③参与细胞内的生化反应；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。