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12页。

一、细胞中的水
1．水的含量
(1)在活细胞中含量最多的化合物是水。
(2)生物种类不同含水量不同，一般为60%～95%，水母的含水量达到97%。
2．水的特点
(1)水分子是极性分子，因此水是良好的溶剂。
(2)水分子具有氢键，易于断裂和形成，使水具有流动性和较高的比热容。
3．水的存在形式及作用
4.水的含量与细胞代谢和抗逆性的关系
正常情况下，细胞内自由水所占的比例越大，细胞的代谢就越旺盛；而结合水越多，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强。
判断正误
(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)生物的含水量与生长发育阶段有关，幼嫩组织的细胞中含水量高( )
(3)晒干的种子不含自由水( )
答案 (1)× (2)√ (3)×
解析 (1)不同种类的生物体中，水的含量不同，水生生物含水量比陆生生物的多。
(3)晒干的种子中自由水含量较低，而非不含自由水。
任务一：分析细胞中水的存在形式及其相互转化
1．刚收获的小麦种子，农民往往将其晒干后再储藏，在这个过程中，种子丢失的主要是哪种形式的水？种子还有活性吗？
提示 该过程中种子丢失的主要是自由水；种子仍保留活性。
2．如果将晒干的种子放在试管中加热，会发现试管壁上有水珠出现，该过程中种子丢失的主要是哪种形式的水？种子还有活性吗？
提示 该过程中种子丢失的主要是结合水；种子失去活性。
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？
提示 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．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比值与生物的抗逆性有什么关系？
提示 在一般情况下，自由水和结合水的比值越小，细胞抗逆性越强。
1．自由水与结合水的相互转化
(1)条件：自由水eq \(,\s\up7(温度降低),\s\d5(温度升高))结合水。
(2)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
1．人们普遍认为，地球上最早的生命孕育在海洋中，生命从一开始就离不开水。下列关于水的说法错误的是( )
A．水是极性分子，带电分子(或离子)易与水结合，因此水是一种良好的溶剂
B．由于氢键的存在，使水可以缓解温度的变化，有利于维持生命系统的稳定性
C．结合水主要是水与蛋白质、多糖等物质结合，是细胞中水的主要存在形式
D．种子萌发时结合水与自由水的比值减小，细胞代谢增强
答案 C
解析 自由水是细胞中水的主要存在形式，结合水是细胞结构的重要组成成分，可与蛋白质、多糖等物质结合，赋予各种组织、器官一定的形状、硬度和弹性，C错误。
2．(2023·河南南阳高一期中)水在植物的生命活动中具有重要作用。风干的种子只有吸收足够的水才能进行旺盛的代谢活动，使胚生长。小麦种子萌发过程中吸水量随时间变化的趋势如图所示。下列叙述错误的是( )
A．经阶段Ⅰ吸水后，种子中的水主要是以自由水的形式存在
B．风干的小麦种子中只有结合水，没有自由水
C．胚生长过程中，结合水/自由水的比值较风干种子中小
D．一定时间内，随着小麦种子萌发时间的延长，吸水量不断增加
答案 B
解析 风干的小麦种子中含有结合水和自由水，B错误。
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
判断正误
(1)细胞中，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)植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐( )
答案 (1)× (2)√ (3)√
解析 (1)细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。
任务二：分析并探究无机盐的作用
1．无机盐在细胞(鲜重)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)材料1 一种叶绿素分子和血红素分子局部结构简图如下：
由材料可以看出，无机盐是某些复杂化合物的重要组成成分。
(2)材料2 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”。
由材料说明，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3 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。
由材料说明，无机盐能调节人体的渗透压，维持细胞的正常形态。
(4)材料4 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。
由材料说明，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。
2．“焦边”是由缺钾所引起的植物叶片边缘出现枯黄色的现象。请完善实验步骤探究小麦“焦边”是由缺钾导致的，准备以下材料用具：若干株长势基本相同的小麦幼苗、浓度相同的全素培养液、缺钾全素培养液等。
(1)实验步骤：
①取两只广口瓶，编号为甲、乙。在甲瓶加入100 mL的全素培养液，向乙瓶中加入________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________；
②将____________________________________________________________________________
分别栽种在甲、乙培养瓶中；
③在相同且适宜的条件下培养一段时间，观察________________________________________。
(2)实验结果与结论：
①若甲瓶的小麦幼苗正常生长，_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________，
则说明小麦叶片“焦边”是由缺钾引起的；
②若___________________________________________________________________________，
则说明小麦叶片“焦边”不是由缺钾引起的。
(3)通过实验证实“焦边”是由缺钾导致的，为增强实验的说服力，在上述实验的基础上如何改进完善？
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
提示 (1)①100 mL缺钾全素培养液 ②长势基本相同的小麦幼苗随机均分为两组 ③小麦叶片是否出现“焦边”现象 (2)①乙瓶的小麦叶片出现“焦边”现象 ②甲、乙瓶中的小麦均未出现“焦边”现象 (3)可以在缺钾全素培养液中加入钾，观察植物叶片生长是否恢复正常
3．下列关于无机盐的叙述，错误的是( )
A．缺铁性贫血是由于体内缺乏铁，不能合成血红素引起的
B．镁是构成叶绿素的成分之一，缺镁会影响光合作用的进行
C．患急性肠胃炎的病人脱水时只需要补充体内丢失的水分
D．碘是合成甲状腺激素的原料，所以常在食盐中加碘
答案 C
解析 患急性肠胃炎的病人脱水时，不仅需要补充水分，还需要补充体内丢失的无机盐，C错误。
4．苹果含有微量元素Zn，而Zn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Zn会导致大脑发育不良，因此苹果又称为记忆之果。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．对调节细胞内的浓度有重要作用
D．对维持生物体的生命活动有重要作用
答案 D
解析 由题干信息“Zn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Zn就会导致大脑发育不良”，这说明无机盐对于维持生物体的正常生命活动有重要作用，D正确。
题组一 细胞中的水
1．(2023·贵州贵阳高一期中)图甲表示几种生物体内的含水量，图乙表示人体内有关组织或器官的含水量。对图中数据分析，可以得出的结论是( )
①构成生物体的成分中水的含量最多 ②生物体的含水量与生物的生活环境密切相关 ③代谢旺盛的组织器官含水较多 ④组织器官的形态结构差异与水的存在形式相关
A．①②③④ B．仅①②③
C．仅①② D．仅①
答案 A
解析 由图甲可知，构成生物体的成分中水的含量最多，①正确；由图甲可知，水生生物的含水量高于陆生生物，说明生物体的含水量与其生活环境密切相关，②正确；由图乙可知，代谢旺盛的组织或器官中含水量较多，③正确；由图乙可知，血液和心脏的含水量相差无几，但心脏呈固态，而血液呈液态，说明组织或器官的形态差异与水的存在形式相关，④正确。
2．下列有关细胞内水的功能的叙述中，不正确的是( )
A．参与新陈代谢，运输代谢废物
B．储存能量
C．是细胞结构的重要组成成分
D．作为良好的溶剂
答案 B
解析 水属于无机物，不能储存能量，B错误。
3．(2023·河北保定高一月考)豌豆的种子有圆粒和皱粒。圆粒种子含淀粉多，成熟时能有效地保留水分。而皱粒种子含蔗糖多，在成熟时由于失水而皱缩。下列有关叙述错误的是( )
A．细胞内的水有自由水和结合水两种形式
B．圆粒种子保留的水分主要是结合水
C．皱粒种子失去的水分主要是自由水
D．种子储存前要晒干的主要目的是防止霉变
答案 D
解析 新鲜种子中含水量越高，细胞的代谢越旺盛，种子越不容易储存，故在储存前要晒干，以抑制种子的代谢，并防止霉变，D错误。
4.如图所示为水分子结构示意图，根据所学知识判断，下列说法正确的是( )
A．水之所以是良好的溶剂，是因为结构①这种弱引力的存在
B．结构②使水分子成为极性分子，从而使水具有较高的比热容
C．水在细胞中多以自由水形式存在，在生命活动中承担重要作用
D．细胞中结合水的含量是不断变化的，结合水越多，细胞代谢越旺盛
答案 C
解析 ①是氢键，由于氢键这种弱引力的存在，使得水在常温下具有流动性、较高比热容，水之所以是良好的溶剂是因为水分子是极性分子，A错误；②是共价键，氢、氧原子对电子的吸引能力不同，使得水分子具有不对称性，成为极性分子，带有正电荷或负电荷的分子(或离子)都容易与水结合，使水成为良好的溶剂，B错误；细胞中自由水的含量是不断变化的，自由水所占比例越大，细胞代谢越旺盛，D错误。
5．磁共振技术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不同
B．水是细胞内良好的溶剂
C．水分子的化学性质与其结构无关
D．发生病变的器官，代谢强度可能会发生改变
答案 C
解析 若水与其他亲水性物质结合形成结合水，其结构与自由水相比，肯定会有所变化，进而化学性质也会发生变化，C错误。
题组二 细胞中的无机盐
6．无机盐对生物体的生命活动起着重要作用。下列叙述正确的是( )
A．血液中Ca2＋含量太低，动物会出现抽搐等症状，说明无机盐对于维持细胞酸碱平衡非常重要
B．人输液时用生理盐水而不是蒸馏水，这说明无机盐在维持细胞的正常形态和功能中具有重要作用
C．无机盐在细胞中含量很少，所以属于微量元素
D．哺乳动物体内Na＋含量增加，会导致肌肉酸痛、无力
答案 B
解析 血液中Ca2＋含量太低，会出现抽搐等症状，说明无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用，A错误；无机盐中也包含大量元素，如N、P、Mg等，C错误；哺乳动物体内Na＋缺乏，会导致肌肉酸痛、无力等，D错误。
7．某医生在对离体蛙心进行实验中发现，用不含钙和钾的生理盐水灌注蛙心，收缩不能维持。用含少量钙和钾的生理盐水溶液灌注时，蛙心可持续跳动数小时，实验说明钙盐和钾盐( )
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
解析 该实验不能说明钙盐和钾盐是细胞中某些复杂化合物的重要组成部分，A错误；无机盐具有维持细胞渗透压、保持细胞形态的重要作用，但是本实验未体现，C错误；钙盐和钾盐不具有提供能量的作用，D错误。
8．(2023·北京西城高一期末)植物缺钾会引起叶片边缘出现枯黄的现象。下表是某课外小组探究钾对植物生长影响的培养液配方，下列相关叙述不正确的是( )
A.Mg2＋是合成叶绿素必需的无机离子
B．设置甲组的目的是作为实验的对照组
C．若营养液的浓度过高会导致植物萎蔫
D．该方案能达到探究钾对植物生长影响的目的
答案 D
解析 分析表格可知，两组营养液中MgSO4·7H2O用量不同，且缺素培养液缺K＋也缺NOeq \\al(－,3)，无法排除硝酸根离子对实验结果的影响，故该方案不能达到实验目的，D错误。
9．仓储小麦等种子或粮食要纯净干燥、颗粒完整，但有时候储存不当会生出一种小虫子，这种小虫子叫赤拟谷盗。它们一生都不需要“饮水”，也吃不到含水丰富的食物，可它们仍能正常生活，其原因是( )
A．赤拟谷盗的生命活动不需要水
B．赤拟谷盗体内储存着供其一生用的水
C．赤拟谷盗的细胞内结合水比自由水含量高
D．赤拟谷盗在新陈代谢中产生水
答案 D
解析 正常生物的生命活动都离不开水，结合题意可知，赤拟谷盗虽不饮水，也吃不到含水量丰富的食物，可它们仍能正常生活，是因为其会利用代谢过程中产生的水，D正确。
10．“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。下列叙述中，错误的是( )
A．步骤一损失的水在细胞中主要以游离形式存在，是细胞内的良好溶剂
B．步骤二损失的水主要与细胞内其他物质相结合，在细胞内的含量相对稳定
C．步骤三损失的主要是无机盐，它们在细胞中主要以离子形式存在
D．干旱环境中生长的玉米，其细胞中结合水与自由水的比值相对较高
答案 C
解析 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，步骤三剩余的灰分为无机盐，C错误。
11．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可表示植物越冬过程中，体内水相对含量的变化
B．曲线②可表示细胞代谢速率随自由水与结合水比值的变化
C．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变化的曲线
D．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，其内无机盐相对含量的变化
答案 D
解析 植物越冬过程中，体内细胞代谢逐渐减弱，推测体内水含量逐渐减少，所以曲线①可以表示植物越冬过程中，体内水相对含量的变化，A正确；在一定范围内，自由水与结合水的比值越大，细胞代谢越旺盛，B正确；人的一生中，随着年龄增长，细胞代谢活动逐渐降低，因此曲线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，C正确；玉米种子被烘干的过程中所含水分越来越少，其内的无机盐相对含量逐渐增加，最后达到一恒定值，D错误。
12．为探究干旱胁迫对不同种源赤皮青冈幼苗叶片自由水和结合水含量的变化，某科研小组开展了相关研究，结果如表(CK：对照组；T1：轻度干旱胁迫；T2：中度干旱胁迫；T3：重度干旱胁迫)。下列说法错误的是( )
A.随干旱胁迫加剧，叶片中的部分水分失去流动性和溶解性
B．随干旱胁迫加剧，叶片中自由水含量均下降
C．随干旱胁迫加剧，叶片中细胞代谢均逐渐减弱
D．随干旱胁迫加剧，幼苗对低温的适应能力可能逐渐增强
答案 B
解析 由题中信息可知，随干旱胁迫加剧，结合水含量一直上升，所以叶片中的部分水分失去流动性和溶解性，A正确；随干旱胁迫加剧，叶片中自由水含量不是均下降，浙江庆元幼苗轻度干旱胁迫(T1)下自由水含量比对照组高，B错误；随干旱胁迫加剧，自由水/结合水的值一直降低，所以叶片中细胞代谢均逐渐减弱，C正确；随干旱胁迫加剧，自由水/结合水的值一直降低，幼苗对低温的适应能力可能逐渐增强，D正确。
13．图甲表示A、B两种无机盐离子处于不同浓度时与作物产量的关系；图乙表示钙对某种植物花粉管生长的影响。下列相关叙述中，不正确的是( )
A．据图甲可知，B的浓度为b时，对提高作物的产量最有利
B．据图甲可知，B的浓度为d时，虽然对提高产量有利，但会造成肥料的浪费
C．据图乙可知，适宜浓度的钙有利于花粉管的生长
D．据图乙可知，钙对花粉管生长速率的影响随浓度变化而变化
答案 A
解析 据图甲可知，B的浓度在c～d范围内时，对提高作物的产量最有利，A错误；据图甲可知，当B的浓度为c左右时(曲线峰值之前)，提高作物产量的效果与浓度为d时相同，而d＞c，因此在B的浓度为d时，虽然对提高产量有利，但会造成肥料的浪费，B正确；据图乙可知，植物花粉管生长速率随着钙离子浓度的增大，表现为先增大后减小，因此适宜浓度的钙有利于花粉管的生长，C正确；据图乙可知，钙的浓度对花粉管的生长有影响，花粉管生长速率随钙的浓度的变化而变化，D正确。
14．清朝扬州八怪之一的郑板桥有诗云：“东北人参凤阳梨，难及潍县萝卜皮”。潍县青萝卜甜脆多汁，稍有辣味，膳食纤维丰富，具有较高的营养价值和保健功能。请回答下列问题：
(1)青萝卜细胞中含量最多的化合物是________，青萝卜种子萌发初期，结合水与自由水的比值________(填“上升”“不变”或“下降”)。
(2)青萝卜甜脆多汁，是由于含水量较高，糖等多种物质溶解于水中。水作为良好溶剂的原因是______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
青萝卜有助于消化，原因是其含有较多的膳食纤维。
(3)在青萝卜生长发育过程中，需要供给足够的营养，如果钾供应不足，叶片边缘变褐色，肉质根不能正常膨大，这说明无机盐具有__________________________________的功能。
答案 (1)水 下降 (2)水是极性分子，带有正电荷或负电荷的分子(或离子)都容易与水结合 (3)维持细胞和生物体的正常生命活动
15．下列是无土栽培营养液的配方，配方：NH4NO3、KNO3、CaCl2·2H2O、MgSO4、螯合铁溶液、微量元素溶液。请回答下列问题：
(1)为使作物正常生长，还需补充含________等元素的化合物。
(2)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：若干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配制完全培养液和____________培养液，分别放入两组培养瓶中，并编号A、B。
②将________________________分别栽培在上述两种培养液中。
③放在适宜条件下培养一段时间，观察________________。
实验现象：在完全培养液中的玉米幼苗生长正常，
________________________________________________________________________。
答案 (1)P (2)①等量的缺Mg ②等量长势相同的玉米幼苗 ③玉米幼苗的生长情况 在缺Mg培养液中生长的玉米幼苗老叶先变黄形式
自由水
结合水
概念
细胞中绝大部分的水呈游离状态，可以自由流动
与细胞内的其他物质相结合的水
功能
①细胞内良好的溶剂；
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部分
生理功能
举例
组成某些复杂化合物
①Mg是构成叶绿素的元素；
②Fe是构成血红素的元素；
③P是组成细胞膜、细胞核的重要成分，也是细胞必不可少的许多化合物的成分
维持细胞和生物体的生命活动
①Na＋缺乏会引发肌肉酸痛、无力等；
②哺乳动物血液中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；②酸碱平衡
组别
培养液类型
培养液所含主要成分的质量浓度/(mg·L－1)
KNO3
CaCl2·2H2O
MgSO4·7H2O
(NH4)2SO4
甲
完全培养液
25 000
150
150
134
乙
缺素培养液
0
150
250
134
地区
指标
CK
T1
T2
T3
浙江庆元
自由水含量
47.94
48.38
40.61
30.15
结合水含量
25.60
28.47
30.63
38.97
自由水/结合水
1.87
1.70
1.33
0.77
湖南洞口
自由水含量
51.61
49.79
39.17
31.08
结合水含量
19.75
24.26
26.23
32.43
自由水/结合水
2.61
2.05
1.49
0.96