高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第5节 细胞中的无机物优秀导学案

www.ks5u.com第2节　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]

二、细胞中的无机盐

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

表二　人体中几种不同器官或组织中水的含量

(1)表一说明：不同生物体内含水量________，一般水生生物体内的含水量比陆生生物________。

(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：

(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：

实验组加入X的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。

【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．①②④  B．③②⑤

C．②③⑤  D．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．PO  D．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．①⑤  B．②③  C．②④  D．③⑤

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)3　0

【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