2020_2021学年新教材高中生物第2章组成细胞的分子第2节细胞中的无机物课件新人教版必修1 46页

第2节　细胞中的无机物 课标要求 核心素养 1. 简述水在细胞中的存在形式和作用。 2. 说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。 1. 生命观念 —— 通过对组成细胞的水和无机盐的学习，建立生命物质性的观点。 2. 科学思维 —— 通过概括水与细胞代谢的关系形成科学的思维方式。 3. 科学探究 —— 通过探究无机盐功能的技能训练培养科学探究能力。 新知预习 · 双基夯实 一、细胞中的水 1 ．水的含量 (1) 在构成细胞的各种化学成分中，水一般占 __________________ 。 (2) 生物种类不同，含水量 ________ 。 (3) 生物体在不同的生长发育期，含水量 ________ 。 60% ～ 95% 不同 不同 2 ．水的特性 (1) 水是极性分子，带正电荷与带负电荷的分子容易与水结合，因此，水是 ______________ 。 (2) 水分子之间形成氢键，氢键较弱，易断裂，易形成，使水保持液体状态，具有 __________ 。 (3) 氢键的存在使水具有较高的 __________ ，使水的温度相对不易发生改变。 良好的溶剂 流动性 比热容 3 ．水的存在形式和功能 存在形式 自由水 结合水 含义 细胞中绝大部分以游离的形式存在，是可以 ____________ 的水 与细胞内 ____________ 相结合的水 功能 ① 细胞内的 ____________ 是细胞结构的重要组成成分 ② 参与 ________________ ③ 为细胞提供 ________ ④ 运送 ____________ 和代谢废物 含量 约占细胞内全部水分的 95.5% 约占细胞内全部水分的 4.5% 自由流动 其他物质 良好溶剂 生物化学反应 液体 营养物质 二、细胞中的无机盐 存在形式 大多数无机盐以 ________ 形式存在，少数以化合物形式存在 含量 占细胞鲜重的 __________________ 功能 维持细胞和生物体的生命活动，如哺乳动物血液中 __________ 含量太低，会出现抽搐等症状 维持细胞的 ________ 平衡 组成细胞结构，如 Mg 是构成叶绿素的元素， Fe 是构成血红素的元素， P 是组成细胞膜、细胞核的重要成分 离子 1% ～ 1.5% 钙离子 酸碱 (1) 对于生命活动来说，自由水比结合水重要。 ( 　　 ) (2) 细胞内自由水与结合水的含量是固定不变的。 ( 　　 ) (3) 生物体的一切生命活动都离不开水。 ( 　　 ) (4) 体内参与运输营养物质和代谢废物的水是自由水。 ( 　　 ) (5) 与蛋白质结合在一起的水，是结合水，它不能自由流动，而自由水是可以自由流动的。 ( 　　 ) × × √ √ √ (6) 细胞内结合水与自由水的比值，种子萌发时比休眠时高。 ( 　　 ) (7) 同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同。 ( 　　 ) (8) 无机盐是细胞中含量很少的有机物。 ( 　　 ) (9) 细胞中的无机盐全部以离子的形式存在。 ( 　　 ) (10) 小麦种子燃尽后的灰烬是无机盐。 ( 　　 ) × × × × √ 思考： (1) 新鲜小麦种子放在阳光下，质量减轻的原因是什么？ 提示： 自由水散失。 (2) 干种子用水浸泡后仍能萌发说明什么？ 提示： 失去自由水的种子仍能保持其生理活性。 (3) 种子晒干后储存的原理是什么？ 提示： 减少自由水含量，降低呼吸作用，延长种子储存时间。 (4) 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？ 提示： 这是随着汗液的排出而丢失了大量 Ca 2 ＋ 引起的。 (5) 患急性肠胃炎，为什么医生用 0.9% 的生理盐水静脉注射，而不用蒸馏水？ 提示： 注射的生理盐水与细胞的渗透压相等，保证了细胞的正常形态和生命活动。 学霸记忆 · 素养积累 1 ．水是细胞中的良好溶剂，又是细胞结构的重要组成成分。 2 ．无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分，对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用。 课内探究 · 名师点睛 生物体内水的含量 (1) 在构成细胞的各种化合物中，水的含量最多。 (2) 不同的生物体内水的含量差别很大，一般水生生物含水量高于陆生生物。生物体的含水量一般为 60% ～ 95% ，而生活在海洋中的水母的含水量达到 97% 。 一 细胞中的水 (3) 同一生物体在不同的生长发育阶段的含水量不同。幼儿时期身体的含水量远高于成年时期，如幼儿身体的含水量约为 77% ，成年人为 52% ～ 65% ，老年人约为 51% 。植物幼嫩部分比老熟部分含水量多。 (4) 同一生物不同器官中水的含量也不同。例如，心肌含水量约为 79% ，血液含水量约为 82% ，而血液的含水量远远超过牙齿的含水量。 拓展 结合水在细胞内与其他物质相结合，含量比较稳定，不易散失，一般吸附在大分子物质上，如淀粉、蛋白质和纤维素分子表面。自由水在细胞中的含量较多，变动幅度也较大，且易流动。通常说除去细胞内的水分主要是指去掉自由水，多采用晒干的方法。若要除去结合水，通常采用烘烤、燃烧的方法。若细胞失去结合水，则构成细胞的化合物及细胞的结构会被破坏，可能导致细胞或生物体死亡。 (2019 · 四川乐山高三一模 ) 收获的粮食要先晾晒，使含水量降到行业标准规定的值以下，再入库储藏，这样可以减少或避免霉烂的发生，延长储藏时间。其理由不成立的是 ( 　　 ) A ．水是细胞内大量化学反应的反应物 B ．水为细胞内的化学反应提供了水溶液环境 C ．结合水是细胞结构的重要组成成分 D ．水是细胞内良好的溶剂，运输养料和废物 典例剖析 典例 1 C 解析： 刚收获的种子里面自由水含量较高，代谢旺盛，消耗的有机物比较多，同时还会释放大量的热，容易使种子发热发霉，种子晾晒后，自由水含量降低，代谢减弱，从而延长种子的保存时间，因此晾干后的种子主要抑制了自由水的作用，选项中 A 、 B 、 D 项描述的都是自由水的作用， C 项描述的是结合水的作用，故 C 项符合题意。 1 ． (2019 · 江西鹰潭月考 ) 谷蠹是贮粮的重要害虫，下图表示谷蠹的死亡率与小麦含水量和温度的关系，据图分析错误的是 ( 　　 ) 变式训练 A ．谷蠹死亡率是水和温度综合作用的结果 B ．在含水量 10% ～ 14% 的条件下，谷蠹的最适生存温度基本不变 C ．仓库储存小麦的理想条件是温度为 30 ℃ 、含水量小于 8% D ．含水量小于 14% ，温度高于 30 ℃ 时，谷蠹死亡率上升 答案： C 解析： 分析题图可知，谷蠹死亡率是水和温度综合作用的结果， A 正确；由题图可知，在含水量 10% ～ 14% 的条件下，谷蠹的最适生存温度基本不变， B 正确；温度为 30 ℃ 时，小麦的呼吸作用较强，有机物消耗多， C 错误；由题图可知，含水量小于 14% ，温度高于 30 ℃ 时，谷蠹死亡率上升， D 正确。 方法指导： 该类试题考查同学们从曲线图中提取有效信息的能力和定性、定量分析的能力，弄清题图曲线所代表的含义是正确答题的关键。解答时抓住三点：第一，看清横轴、纵轴的生物学意义；第二，看曲线的变化趋势；第三，重点分析曲线的关键点 ( 如最高点、最低点、拐点等 ) 。 1 ． 无机盐的含量 无机盐在细胞中含量很少，仅占细胞鲜重的 1% ～ 1.5% 。 2 ． 无机盐的存在形式 (2) 少数无机盐离子与其他化合物相结合，如 Fe 是构成血红素的元素， Mg 是构成叶绿素的元素。 二 细胞中的无机盐 3 ． 组成生物体的无机盐的生理功能 无机盐在细胞中的含量虽然很低，但是其作用非常重要，无机盐含量过多或过少都会影响细胞或生物体正常的生命活动。 (1) 一些无机盐是细胞和生物体内某些复杂化合物的重要组成成分，血红素是血红蛋白的组成成分，如植物体缺少了 Mg ，叶绿素将无法合成， P 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。 (2) 对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用，如人体内缺 Na ＋ 会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等， Ca 2 ＋ 可调节肌肉收缩。 (3) 维持细胞的渗透压，例如，大量出汗会排出过多的无机盐，降低了内环境的渗透压，打破了原有的稳态，需要及时补充生理盐水。 下图是一种叶绿素分子 ( 左 ) 和血红素分子 ( 右 ) 的局部结构简图，下列说法不正确的是 ( 　　 ) A ．合成叶绿素和血红蛋白分别需要镁和铁 B ．植物体缺镁会影响光合作用 C ．人体缺铁会影响血红蛋白对氧的运输 D ．镁和铁分别存在于植物和动物细胞中 典例剖析 典例 2 D 解析： Mg 2 ＋ 是叶绿素的重要组成成分，叶绿素是光合作用必需的色素；而 Fe 2 ＋ 是血红素的组成成分，血红素是血红蛋白的组成成分缺乏 Fe 2 ＋ 就会影响红细胞的功能； Fe 和 Mg 在动物和植物细胞中都有。 2 ． (2020 · 甘肃会宁一中月考 ) 已知 Mn 2 ＋ 是许多酶的活化剂，如 Mn 2 ＋ 能激活硝酸还原酶，缺乏 Mn 2 ＋ 的植物就无法利用硝酸盐，这说明无机盐离子 ( 　　 ) A ．对维持细胞形态有重要作用 B ．对维持生物体的生命活动有重要作用 C ．对维持生物体酸碱平衡有重要作用 D ．对维持和调节细胞内的渗透压有重要作用 变式训练 B 解析： 分析题意可知， Mn 2 ＋ 可以激活植物体内许多酶，对维持植物体正常的生命活动有重要作用， B 项正确；题干信息不能说明无机盐离子在维持细胞形态、维持酸碱平衡、维持和调节细胞内的渗透压等方面的作用， A 、 C 、 D 项错误。 方法指导： 正确解答此类题的关键是结合具体实例，分析细胞内离子的生理功能，即一个成分，三个维持：细胞中的无机盐含量很少；维持细胞和生物体正常生命活动，维持细胞的正常形态，维持生物体的稳态 ( 如酸碱平衡 ) 。 指点迷津 · 拨云见日 1 ． 自由水和结合水的功能验证： 2 ．自由水与结合水的比值与代谢、抗逆性的关系： (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 种子储存前晒干是为了降低自由水含量，降低代谢速率，以延长储存时间。 ③ 越冬作物减少灌溉，可提高作物对低温的抗性。 生物体内含水量可变化，且自由水和结合水可相互转化。如图所示曲线错误的是 ( 　　 ) 典例 3 D 解析： 自由水含量与细胞代谢强度呈正相关，细胞代谢加快，则自由水含量增加，结合水含量减少， A 项正确；随着年龄的增长，生物体内细胞代谢逐渐减弱，则自由水 / 结合水的值逐渐减小， B 项正确；小麦开花后时间即小麦种子成熟时间越长，小麦种子中的水分含量越少， C 项正确； 9 月至 11 月，温度逐渐降低，则植物体内结合水含量相对上升，而自由水含量相对下降，即结合水 / 自由水比值逐渐增强，植物抗寒能力增强， D 项错误。 规律总结： 细胞内水的存在形式及变化规律 (1) 环境恶化 —— 自由水 ↓ ，结合水 ↑ 。 (2) 细胞衰老 —— 自由水 ↓ ，结合水 ↑ 。 (3) 生命活动增强 —— 自由水 ↑ ，结合水 ↓ 。  问题探讨 ⇨ P20 1 ． 提示： 水在细胞中的重要作用：水是细胞结构的重要组成成分，是细胞内的良好溶剂，许多种物质能够溶解在水中，细胞内的许多生物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。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新陈代谢中产生的废物，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： 表中属于无机盐的成分有氯化钠、氯化钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钠。运动员运动时随着出汗丢失大量的无机盐，需要在饮料中添加无机盐。无机盐在细胞中的重要作用：细胞中许多有机物的重要组成成分，调节细胞的生命活动等。  旁栏思考 ⇨ P21 细胞中的离子的主要功能 离子 功能 Na ＋ 维持细胞外液的渗透压 K ＋ 促进植物体内淀粉的运输；维持动物细胞内液的渗透压 Ca 2 ＋ 降低神经系统的兴奋性，维持肌细胞的舒张  思考 · 讨论 ⇨ P22 1 ． 提示： 光合作用不能缺少叶绿素，而叶绿素的分子结构中不能缺少的元素之一就是镁。镁是叶绿素的组成元素之一，因此，缺镁时叶绿素的形成受到阻碍，从而影响光合作用。 2 ． 提示： 人类贫血症中有缺少红细胞和缺少血红蛋白两种类型，它们都可导致贫血。而血红蛋白的分子结构不能缺少的一种元素就是铁，所以缺铁会导致血红蛋白的合成障碍，引起贫血。缺铁性贫血是一种常见的贫血症。正常人体内含铁量约为 3 ～ 5 g ，它是制造血红蛋白的主要原料之一。当铁缺乏时，血红蛋白就不能合成，从而发生缺铁性贫血。 3 ． 提示： 植物体缺 P 常表现为生长发育不正常，这说明无机盐会影响生物体的生命活动。 P 是核酸、磷脂、 ATP 的重要成分之一，缺 P 会影响蛋白质的合成，抑制细胞的分裂，进而影响植物的生长发育。  旁栏思考 ⇨ P22 摄入食盐过多、过少造成的危害 1 ．摄入食盐过多的危害： (1) 引起高血压； (2) 引起组织水肿； (3) 增加胃癌发病率； (4) 伤肾； (5) 体内钙易流失。 2 ．摄入食盐过少的危害： (1) 精神萎靡； (2) 夜间肌肉抽搐； (3) 一系列精神健康问题； (4) 低钠低氯血症等。  练习与应用 ⇨ P22 一、概念检测 (1)× 　结合水与其他化合物结合，不能作为溶剂。 (2)× 　衰老的组织器官中水含量降低，自由水含量降低。 (3)× 　晒干的秸秆主要成分是有机物。 二、拓展应用 1 ． 提示： 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。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 ． 提示： 火星上存在水及生命必需的无机盐。