【主干知識梳理】一、細胞中的水1．水的含量(1)在構(gòu)成細胞的各種化學(xué)成分中，水一般占____________。(2)生物種類不同，含水量_____。(3)生物體在不同的生長發(fā)育期，含水量_____。
2．水的特性(1)水是極性分子，帶正電荷與帶負電荷的分子容易與水結(jié)合，因此，水是____________。(2)水分子之間形成氫鍵，氫鍵較弱，易斷裂，易形成，使水在常溫下保持液體狀態(tài)，具有_______。(3)氫鍵的存在使水具有較高的______，使水的溫度相對不易發(fā)生改變。
3．水的存在形式和功能
二、細胞中的無機鹽1．存在形式大多數(shù)無機鹽以______的形式存在。2．含量占細胞鮮重的___________。
3．功能(1)某些重要化合物和結(jié)構(gòu)的組成成分，如____是構(gòu)成葉綠素的元素，____是構(gòu)成血紅素分子的元素，P是組成_______________的重要成分。(2)維持細胞和生物體的________，如哺乳動物的血液中_____含量降低，會出現(xiàn)抽搐現(xiàn)象，____缺乏會引起神經(jīng)、肌肉細胞的興奮性降低。(3)維持細胞的__________。
【教材微點發(fā)掘】1．結(jié)合教材第21頁的圖示和內(nèi)容回答：水為什么能成為細胞內(nèi)良好的溶劑呢？它又為什么具有支持生命的獨特性質(zhì)呢？
提示：(1)水分子的空間結(jié)構(gòu)及電子的不對稱分布，使得水分子成為一個極性分子。帶有正電荷或負電荷的分子(或離子)都容易與水結(jié)合，因此，水是良好的溶劑。(2)水分子具有氫鍵，氫鍵比較弱，易被破壞，只能維持極短時間，這樣氫鍵不斷地斷裂、又不斷地形成，使水在常溫下能夠維持液體狀態(tài)，具有流動性。同時，由于氫鍵的存在，水具有較高的比熱容，這就意味著水的溫度相對不容易發(fā)生改變，水的這種特性，對于維持生命系統(tǒng)的穩(wěn)定性十分重要。
2．下圖是一種葉綠素和血紅素分子的局部結(jié)構(gòu)簡圖(教材第22頁資料1)，回答相關(guān)問題：
(1)葉綠素分子的基本組成元素有___________________，血紅素分子的基本組成元素有___________________。(2)缺Mg植物葉子會變黃的原因是___________________________________________________，缺Fe會導(dǎo)致人體表現(xiàn)出貧血癥狀的原因是__________________________________________________。(3)由此說明__________________________________。
缺Mg會使葉綠素形成受阻，葉子
導(dǎo)致血紅蛋白合成障礙，從而表現(xiàn)出貧血癥狀
無機鹽是某些化合物的重要組成成分
教材問題提示(一)思考·討論1．提示：光合作用的正常進行不能缺少葉綠素，而葉綠素的分子結(jié)構(gòu)中不能缺少的元素之一就是Mg。Mg是葉綠素的組成元素之一，因此，它對于光合作用具有重要意義。缺Mg使葉綠素的形成受到阻礙，進而影響光合作用。2．提示：人體內(nèi)血紅蛋白和紅細胞減少都會導(dǎo)致貧血。血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)不能缺少的一種元素就是Fe。缺Fe會導(dǎo)致血紅蛋白的合成障礙，從而引起貧血。缺鐵性貧血是一種常見的貧血癥。
3．提示：這說明了P對于植物正常的生長發(fā)育是必不可少的。P作為植物生長發(fā)育所必需的大量元素之一，是許多重要化合物(如核酸、ATP等)和生物膜等的重要組成成分，也在光合作用和呼吸作用等與能量代謝有關(guān)的反應(yīng)中扮演重要角色。當P供應(yīng)不足時，核酸的合成會受到影響，并會影響蛋白質(zhì)的合成，還會影響體內(nèi)糖類的代謝。因此，缺乏P的植株會由于糖類代謝障礙而出現(xiàn)葉片顏色異常，并且長得矮小、結(jié)實率低。
(二)旁欄思考1．這些離子有什么重要的作用？2．攝入食鹽過多或過少會對人體健康造成怎樣的危害？提示：鹽是日常生活中不可缺少的調(diào)味品，它的主要成分是NaCl。雖然Na＋和Cl－在細胞的代謝中發(fā)揮重要的作用，但它們并不是越多越好。攝入鹽過多對人類健康的危害很大。有大量證據(jù)表明，增加鹽的攝入會增加高血壓及其他心血管疾病的患病風(fēng)險；高鹽飲食與骨質(zhì)疏松癥、糖尿病等相關(guān)。但是獲取的食鹽量長期過少也可能帶來危害，因為食鹽里面也含有人體需要的物質(zhì)，例如如果缺少食鹽中含有的Na＋，容易引發(fā)低鈉血癥。本題旨在讓學(xué)生體會到適度與平衡的重要性。
新知探究(一)　細胞中水的存在形式和生理功能【探究·深化】[情境質(zhì)疑]1．生物體內(nèi)含水量的比較。資料1：不同生物體中水的含量
資料2：人體中幾種器官或組織中水的含量分析資料1和資料2，能得出什么結(jié)論？提示：①由資料1可知：不同生物體內(nèi)含水量不同，水生生物體內(nèi)的含水量一般比陸生生物多。②由資料2可知：同一生物體內(nèi)，不同器官的含水量不同，一般代謝旺盛的組織、器官含水量較多。
2．水的存在形式及功能。(1)水的存在形式。①鮮種子放在陽光下暴曬，重量減輕?說明_____水散失。②干種子用水浸泡后仍能萌發(fā)?說明失去______水的種子仍保持其生理活性。③烘烤后的種子浸泡后不萌發(fā)?說明失去_____水的種子失去生理活性。
(2)水的功能。①許多種物質(zhì)溶解在自由水中?這說明自由水是細胞內(nèi)的_________。②水是光合作用的原料?說明細胞內(nèi)的自由水可作為_______，參與許多_________。③水在生物體內(nèi)的流動(如血液)，可以把其中溶解的營養(yǎng)物質(zhì)運輸?shù)礁鱾€細胞，同時又把細胞代謝產(chǎn)生的廢物運送到排泄器官或者直接運輸?shù)襟w外?這說明自由水具有_________的功能。
3．自由水、結(jié)合水相對含量與細胞代謝及抗逆性的關(guān)系。資料1：卷柏的耐旱力極強，一旦失去水分供應(yīng)，就將枝葉卷曲抱團，失去綠色，根能自行從土壤分離，卷縮似拳狀，隨風(fēng)移動，這時的卷柏幾乎沒有生命現(xiàn)象；但只要根系在水中浸泡后就又可舒展，變得翠綠可人。(1)干旱時，卷柏體內(nèi)自由水與結(jié)合水的比值如何變化？提示：降低。(2)干枯的卷柏吸收水分后，恢復(fù)生長，代謝變得旺盛，原因是什么？提示：干枯的卷柏吸收水分后，自由水含量增多。自由水是細胞內(nèi)的良好溶劑；可作為反應(yīng)物，參與許多生物化學(xué)反應(yīng)；自由水還具有運輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的功能。
(3)總結(jié)自由水含量和代謝強度的關(guān)系。提示：一般來說，自由水含量越高，細胞的代謝越旺盛。資料2：在冬季來臨之前，隨著氣溫逐漸下降，植物體內(nèi)自由水的含量降低，結(jié)合水的比例升高，能有效地防止細胞內(nèi)結(jié)冰，增加抗寒能力，這說明自由水的含量和抗逆性的關(guān)系是什么？提示：一般來說，自由水含量越低，結(jié)合水相對含量越高，植物的抗逆性就越強。
[重難點撥]1．自由水與結(jié)合水之間的轉(zhuǎn)化2．水的含量與細胞代謝和抗逆性的關(guān)系
【典題·例析】[典例1]　圖甲表示幾種生物體內(nèi)的含水量，圖乙表示人體內(nèi)有關(guān)組織或器官的含水量，下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A．水生生物的含水量一般比陸生生物多B．代謝旺盛的組織或器官含水量一般較高C．生物體內(nèi)含量最多的物質(zhì)是水D．血液中自由水與結(jié)合水之比大于1，而心臟中則相反[答案]　D[解析]　水生生物的含水量一般高于陸生生物的含水量；代謝旺盛的組織或器官含水量一般較高；水是生物體中含量最多的物質(zhì)；通過圖示無法得出各器官中自由水與結(jié)合水的比例關(guān)系，但在生物體中自由水的含量要高于結(jié)合水的含量。
[典例2]　某細胞中的含水量為：結(jié)合水/自由水＝1/8。在水分總量不變的情況下，適當降低溫度，則上述比值將(　　)A．增大　　　　　　B．減小C．不變 D．不能確定[答案]　A[解析]　在水分總量不變的情況下，適當降低溫度，細胞代謝活動減弱，自由水含量減少，結(jié)合水含量增加，則結(jié)合水/自由水的值增大。
易錯提醒關(guān)于生物體內(nèi)水的兩個“并不是”(1)水是生命之源，但并不是水分越多越好，如長期浸泡在水中的陸生植物會死亡。(2)曬干的種子失去自由水，并不是不含有自由水，而是自由水含量大幅度降低。
【應(yīng)用·體驗】1．下列關(guān)于細胞或生物體內(nèi)水的敘述，錯誤的是(　　)A．種子萌發(fā)時，自由水與結(jié)合水的比值比休眠時的比值大B．細胞或個體衰老時，結(jié)合水的比例下降，代謝速率減慢C．人體的大多數(shù)細胞浸潤在以水為基礎(chǔ)的液體環(huán)境中D．人體內(nèi)的水可以將細胞代謝產(chǎn)生的廢物運送到排泄器官答案：B　解析：種子萌發(fā)時自由水與結(jié)合水的比值比休眠時的大，A正確。細胞或個體衰老時，自由水的比例下降，代謝速率減慢，B錯誤。人體的大多數(shù)細胞必須浸潤在以水為基礎(chǔ)的液體環(huán)境中，C正確。人體內(nèi)的自由水可以運輸代謝廢物，D正確。
2．如圖表示細胞中水的存在形式及其作用。下列敘述正確的是(　　)A．冬季來臨，結(jié)合水與自由水的比值增大，細胞代謝水平和抗逆性降低B．如果乙的含義是“運輸物質(zhì)”，則結(jié)合水比值升高物質(zhì)運輸速度快C．甲的含義是“組成細胞結(jié)構(gòu)”，如果這部分水失去，則會導(dǎo)致細胞死亡D．從圖中可以推測，溫度越高則細胞中的自由水越多
答案：C　解析：冬季來臨，結(jié)合水與自由水的比值增大，細胞代謝水平降低，而抗逆性增強，A錯誤；如果乙的含義是“運輸物質(zhì)”，則自由水比值升高物質(zhì)運輸速度快，B錯誤；甲的含義是“組成細胞結(jié)構(gòu)”，如果這部分水失去，則會導(dǎo)致細胞死亡，C正確；溫度升高，結(jié)合水可以轉(zhuǎn)化為自由水，但是細胞生存需要適宜的溫度，如果溫度過高，細胞便會失去活性，D錯誤。
新知探究(二)　細胞中的無機鹽【拓展·深化】1．無機鹽的存在形式和功能
2．常見無機鹽的作用與缺乏癥
【典題·例析】[典例1]　無機鹽在細胞中大多數(shù)以離子的形式存在，對生物體的生命活動起著重要作用。下列敘述正確的是(　　)A．不同生物體內(nèi)無機鹽的種類和含量大體相當B．酷暑時節(jié)，在室外作業(yè)的人們大量流汗，應(yīng)多飲用淡鹽水C．無機鹽在細胞中含量很少，所以屬于微量元素D．哺乳動物骨骼中鈣離子的含量太低，會出現(xiàn)抽搐癥狀
[答案]　B[解析]　不同生物體內(nèi)無機鹽的種類基本相同，含量有差異，A錯誤；人們大量流汗會丟失大量的水和無機鹽，應(yīng)多飲用淡鹽水進行補充，B正確；無機鹽中也包含大量元素，如N、P、Mg等，C錯誤；哺乳動物血液中鈣離子的含量太低，會出現(xiàn)抽搐癥狀，D錯誤。
[典例2]　水、無機鹽等對于維持人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有重要作用。下列敘述錯誤的是(　　)A．嘔吐、腹瀉的病人，需及時補充葡萄糖鹽水B．過量飲水導(dǎo)致細胞內(nèi)液滲透壓升高，需脫水治療C．缺鈣引起的肌肉抽搐，可通過增加戶外活動、合理膳食得到改善D．鐵攝入不足可導(dǎo)致血紅蛋白合成減少而發(fā)生貧血，需適量補鐵
[答案]　B[解析]　嘔吐、腹瀉的病人，體內(nèi)水鹽平衡失調(diào)，需及時補充葡萄糖鹽水，以補充能源物質(zhì)，同時可保持細胞正常的形態(tài)，A正確；過量飲水會導(dǎo)致細胞吸水，引起細胞內(nèi)液滲透壓降低，B錯誤；缺鈣會引起肌肉抽搐，通過增加戶外活動、合理膳食可增加血液中的鈣離子濃度，改善肌肉抽搐狀況，C正確；鐵參與血紅蛋白的合成，攝入不足可導(dǎo)致血紅蛋白合成減少而發(fā)生貧血，需適量補鐵，D正確。
【應(yīng)用·體驗】1．已知Mn2＋ 是許多酶的活化劑，如Mn2＋ 能使硝酸還原酶激活，缺乏Mn2＋ 植物就無法利用硝酸鹽。這說明無機鹽離子(　　)A．對維持生物體的生命活動有重要作用B．對維持細胞形態(tài)有重要作用 C．對維持酸堿平衡有重要作用D．對維持和調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的滲透壓有重要作用 答案：A　解析：無機鹽離子可以作為酶的活化劑，酶可以催化細胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，使生命活動正常進行；植物缺乏Mn2＋就無法利用硝酸鹽，說明無機鹽對維持生物體的生命活動有重要作用。
2．如圖是一種葉綠素分子(左)和血紅素分子(右)的局部結(jié)構(gòu)簡圖，下列說法錯誤的是(　　)
A．合成葉綠素和血紅蛋白分別需要Mg2＋和Fe2＋B．植物體缺Mg2＋會影響光合作用C．人體缺Fe2＋會影響血紅蛋白對氧的運輸D．Mg和Fe分別存在于植物和動物細胞中答案：D　解析：Mg2＋是葉綠素的重要組成成分，葉綠素是光合作用必需的色素；而Fe2＋是血紅素的組成成分，血紅素是血紅蛋白的組成成分，缺乏Fe2＋就會影響紅細胞的功能；Fe和Mg在動物和植物細胞中都有。
科學(xué)探究——探究植物必需無機鹽的實驗設(shè)計探究某一種無機鹽是否為植物必需無機鹽，一般利用溶液培養(yǎng)法。具體設(shè)計思路如下：(1)對照組：植物＋完全培養(yǎng)液→正常生長。(2)實驗組：實驗組加入X鹽的目的是二次對照，使實驗組前后對照，以增強說服力。
【素養(yǎng)評價】1．為了確定某元素是否為植物的必需元素，應(yīng)采取的方法是(　　)A．檢測正常葉片中該元素的含量B．分析根系對該元素的吸收過程C．分析環(huán)境條件對該元素吸收的影響D．觀察含全部營養(yǎng)元素的培養(yǎng)液中，去掉該元素前后植株的生長發(fā)育狀況
答案：D　解析：判斷某元素是否為必需元素，通常用溶液培養(yǎng)法。在人工配制的完全培養(yǎng)液中，除去某種元素，然后觀察植物的生長發(fā)育情況：如果植物的生長發(fā)育仍正常，說明該元素不是植物所必需的；如果植物的生長發(fā)育不正常(出現(xiàn)特定的缺乏癥狀)，且只有補充了該種元素(其他元素無效)后，植物的生長發(fā)育才能恢復(fù)正常(癥狀消失)，則說明該元素是植物所必需的元素。
2．根據(jù)所學(xué)知識和下列事例，回答下列問題。事例一：在正常人的血漿中，NaHCO3的含量約為H2CO3含量的20倍。當血漿中NaHCO3的含量減少時，會形成酸中毒；當血漿中的H2CO3含量減少時，會形成堿中毒。事例二：在初生蝌蚪或幼小植物體內(nèi)，當自由水的比例減小時，機體代謝強度降低；當自由水的比例增大時，機體代謝活躍。事例三：Mg2＋是葉綠體內(nèi)某種色素分子必需的成分，F(xiàn)e2＋是血紅蛋白的重要成分，碳酸鈣是動物和人體的骨骼和牙齒的主要成分。
(1)事例一表明某些無機鹽可調(diào)節(jié)細胞的________。(2)你對事例二中的現(xiàn)象的全面解釋是______是良好的溶劑，是__________反應(yīng)的介質(zhì)并參與某些反應(yīng)。(3)事例三表明無機鹽是細胞中____________的重要組成成分。解析：(1)事例一說明NaHCO3和H2CO3對細胞的酸堿平衡調(diào)節(jié)有重要作用。(2)事例二說明自由水和結(jié)合水的比例影響細胞代謝。(3)事例三說明無機鹽是細胞內(nèi)某些復(fù)雜化合物的重要組成成分。答案：(1)酸堿平衡　(2)自由水　細胞內(nèi)生物化學(xué)　(3)某些復(fù)雜化合物
3．設(shè)計一個實驗證明鎳鹽是植物生活所必需的無機鹽，根據(jù)提供的實驗材料用品，完成實驗步驟，并得出相應(yīng)的結(jié)論。(1)材料用品：完全培養(yǎng)液甲，缺鎳的完全培養(yǎng)液乙，適當?shù)墓潭ú牧?，廣口瓶若干，長勢相近的玉米幼苗，含鎳的無機鹽。(2)方法步驟：①取兩個潔凈的廣口瓶分別編號A、B，并向A瓶中加入一定量的完全培養(yǎng)液甲，向B瓶中加入_________。
②取____________________平均分為兩組，將其中一組放入A瓶中，另一組放入B瓶中。③將兩廣口瓶置于________的條件下培養(yǎng)一段時間，觀察____________________________________________________。(3)實驗結(jié)果及結(jié)論：A瓶中______________；B瓶中________________。說明___________________________________________。(4)為進一步驗證鎳鹽一定是必需的無機鹽，還應(yīng)增加的實驗步驟是_______________________________________________________。

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第2節(jié) 細胞中的無機物

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修1《分子與細胞》

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