2020-2021学年第2节 细胞中的无机物学案设计

这是一份2020-2021学年第2节 细胞中的无机物学案设计，共14页。学案主要包含了细胞中的水，细胞中的无机盐等内容，欢迎下载使用。


一、细胞中的水
1．水的含量及特性
(1)含量：①活细胞中含量最多的化合物。
②生物体的含水量随着生物种类的不同有所差别。
(2)特性：水分子之间靠氢键结合，呈液态，具有较高的比热容。
2．水的存在形式及作用
3．水的含量与细胞代谢、抵抗不良环境的能力的关系
(1)细胞内自由水所占比例越大，细胞的代谢就越旺盛。
(2)细胞内结合水越多，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强。
二、细胞中的无机盐
1．含量：占细胞鲜重的1%～1.5%。
2．存在形式：大多数以离子的形式存在。
(1)阳离子：主要有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等。
(2)阴离子：主要有Cl－、SOeq \\al(2－,4)、POeq \\al(3－,4)、HCOeq \\al(－,3)等。
3．功能
(1)是细胞必不可少的许多化合物的成分，如Mg是构成叶绿素的元素。
(2)对维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用，如哺乳动物的血液中Ca2＋含量降低，会出现抽搐现象等。
(3)维持细胞的酸碱平衡，如HCOeq \\al(－,3)。
(1)种子贮存前，先要晾晒，目的是减少结合水的含量，降低种子的代谢速率，以延长种子的寿命。( × )
(2)水不仅是细胞代谢所需的原料，也是细胞代谢的产物。( √ )
(3)生理盐水能维持人体渗透压的平衡，防止细胞过度吸水而涨破。( √ )
(4)镁是构成叶绿素和类胡萝卜素的元素。( × )
知识点一 细胞中的水
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
[温馨提醒] 关于生物体内水的三个“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。
(3)细胞内的结合水并不是在细胞内单独存在，而是吸附在纤维素、淀粉和蛋白质等大分子表面，形成水合物，作为细胞的结构成分。
发展素养
1．晒干的种子和烘干的种子均不能萌发，原因是否相同？说出你的理由。(科学思维——水平二)
提示：不同。晒干的种子不能萌发是因为自由水含量减少，细胞代谢减弱，而烘干的种子不能萌发是因为结合水减少，种子的细胞结构遭到破坏。
2．秋季，农民收获的玉米需经晾晒后才能入库贮存。结合所学知识，试分析其中的生物学道理。(社会责任——水平二)
提示：自由水含量降低，细胞代谢减弱，可减少有机物消耗，同时能防止种子发芽霉变。
1．(原创)2020年3月22日是第28个“世界水日”。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．生物的种类不同，生物体内的含水量可能不同
B．水在病变细胞中以结合水和自由水的形式存在
C．失去大量自由水的种子仍保持其生理活性
D．冬季植物体内自由水含量相对增多，以增强植物的抗寒能力
答案：D
2．(2020·包头一中高一期末)在寒冷天气下，农作物细胞中自由水与结合水的比值及农作物抗寒性都发生了相应变化，图中能正确描述这种变化的是( )
解析：选D。寒冷天气下，细胞中的自由水相对减少，而结合水则相对增多，细胞抵抗寒冷环境的能力增强。
知识点二 细胞中的无机盐
常见无机盐的功能与缺乏症
[温馨提醒]
无机盐在细胞中含量很低，但作用非常重要，过多或过少都会影响生物体正常的生命活动，如Ca2＋过多会导致肌无力。
发展素养
观察动物和人的细胞时，要将其放入生理盐水中；在运动员喝的饮料中添加无机盐；青少年生长发育期缺钙容易腿抽筋。试分析上述内容的原因。(科学思维——水平二)
提示：无机盐对维持细胞的正常形态(细胞内外的渗透压平衡)起重要作用。运动员剧烈运动过程中大量出汗会导致无机盐的流失，需适当补充无机盐以维持机体的正常生命活动。血液中Ca2＋的含量过低就会出现抽搐现象。
1．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
答案：D
2．下列关于无机盐的叙述，错误的是( )
A．缺铁性贫血是体内缺乏铁，不能合成血红蛋白引起的
B．Mg2＋是构成叶绿素的成分之一，缺Mg2＋会影响光合作用的进行
C．细胞中的无机盐大多数以化合物的形式存在，如CaCO3是骨骼、牙齿的主要成分
D．碘是合成甲状腺激素的原料，所以常在食盐中加碘
解析：选C。铁是血红素的组成成分，缺铁则不能合成血红蛋白；Mg2＋是叶绿素的组成成分，缺Mg2＋植物则不能合成叶绿素，进而影响光合作用；细胞中的无机盐大多数以离子的形式存在；碘是合成甲状腺激素的原料，在食盐中加碘是为了预防因食物中缺碘而引起的地方性甲状腺肿大。
[随堂检测]
1．下列关于植物体内水分的叙述，错误的是( )
A．植物体内的水分参与营养物质的运输
B．水是构成叶肉细胞的重要化合物之一
C．自由水可作为细胞内化学反应的反应物
D．同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同
答案：D
2．下图为对刚收获的种子所做的一系列处理，据图分析，下列有关说法正确的是( )
A．①和②均有生命活力，但是含水量不同
B．①→②的过程中没有发生水存在形式之间的转化
C．④和⑤是同一种物质，但是在细胞中的存在形式不同
D．②不含水分，可作为种子贮藏
解析：选C。失去结合水的②不再具有生命活力，A错误；烘干过程中部分结合水转化为自由水散失，B错误；④和⑤都是水，但是在细胞中的存在形式不同，④是来自细胞中的自由水，⑤主要是来自细胞中的结合水，C正确；②不再具有生命活力，不能作为种子贮藏，D错误。
3．(2020·大庆四中高一期中)养花的人有时会把树枝燃烧后剩下的草木灰倒在花盆中。这实际上是给植物施加了( )
A．蛋白质 B．核酸
C．无机盐 D．植物所需全部元素
解析：选C。由于蛋白质、核酸等有机物容易燃烧，树枝燃烧后剩下的草木灰主要含有无机盐，可以为植物生长提供无机盐。
4．英国医生塞达尼·任格在对离体蛙心进行的实验中发现，用不含钙的生理盐水灌注蛙心，其收缩不能维持；用含有少量钙和钾的生理盐水灌注时，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成分
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着重要作用
D．为蛙心的持续跳动提供能量
解析：选B。题干中的无机盐是离子态不是化合态的，说明了无机盐是生物体进行正常生命活动的必要条件，A错误，B正确；题干中使用的是含少量钙和钾的钠盐溶液，对渗透压影响不大，C错误；无机盐不能提供能量，D错误。
5．下表为不同条件或生物不同部位的含水量或比值(用a表示)。则表中数据符合实际的是( )
解析：选D。萌发的种子代谢旺盛，自由水相对较多，结合水相对较少，A不符合实际；幼嫩部位比衰老部位的代谢旺盛，自由水含量高，B不符合实际；冬季的松树为了抵抗低温，自由水大量减少，因此，含水量低于春季的松树，C不符合实际；热带地区水分充足，植物代谢旺盛，自由水与结合水的比值高于温带植物，D符合实际。
[课时作业]
A 合格性考试
1．下列关于水的说法，不正确的是( )
A．水生生物和陆生生物活细胞中含量最高的化合物都是水
B．水是生命之源，一切生命活动都离不开水
C．细胞衰老时，自由水与结合水的比值会降低
D．一般而言，抗干旱的植物体内自由水与结合水的比值与一般植物相比要高
解析：选D。水是活细胞内含量最高的化合物，A正确；生物体内的各种生化反应都必须在以水为基础的环境中进行，离开水，一切生命活动都将不能进行，B正确；与幼嫩的细胞相比，衰老的细胞内自由水的含量下降，则自由水与结合水的比值会降低，C正确；细胞内结合水含量上升时，会增强其抗旱、抗寒等抗性，因而抗干旱植物体内自由水与结合水的比值与一般植物相比要低，D错误。
2．幼小植物体内自由水与结合水的比值不断增大时，植物体内新陈代谢活跃，生长迅速；自由水与结合水的比值不断减小时，植物体内的新陈代谢减弱，生长缓慢。下面有关此现象的解释正确的是( )
①结合水是构成植物细胞结构的一部分
②结合水参与某些代谢反应
③自由水是各种代谢活动的介质
④自由水参与某些代谢反应
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选C。自由水是良好的溶剂，营养物质和代谢废物在水中运输，自由水又参与一些代谢过程，因此自由水与结合水的比值增大时，代谢加快。
3．现有含水量①10%、②12%、③14%、④16%的小麦分别贮存于条件相同的四个粮仓中，在贮存过程中，有机物损耗最少的是( )
A．① B．②
C．③ D．④
解析：选A。活的小麦种子细胞中含水量高，细胞代谢旺盛，消耗有机物多；细胞中含水量低，细胞代谢缓慢，消耗有机物少。
4．月季体内含有大量的水分，当它丢失了其中的一种水分后，很快就死掉了，这种水是( )
A．自由水 B．结合水
C．结晶水 D．蒸发水
解析：选B。生物体细胞内的水以两种形式存在，一种是自由水，另一种是结合水。结合水在细胞中的含量很少，但这部分水是细胞结构的重要组成部分，一旦丢失，细胞的生命活动就会受到影响。
5．(2020·舟山高一检测)水是生命之源，下列对生物体内水的描述，不正确的是( )
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
解析：选D。结合水在细胞中与其他化合物相结合，含量较为稳定，一般维持在4.5%左右；自由水在细胞中以游离的形式存在，是细胞内良好的溶剂，是各种代谢活动的介质，运送养料与代谢废物；冬天植物为了增强抗逆性，自由水转化为结合水，结合水所占比值比夏天高；不同器官含水量有所不同，血液中主要含有自由水，故呈现液态，心肌内含结合水较多，较为坚韧。
6．(2020·江苏苏州高一期末)第31届夏季奥林匹克运动会在巴西里约热内卢举行，一名马拉松比赛参赛者在跑完全程后，下肢肌肉突然发生抽搐，这是因为大量排汗而向外排出了过量的( )
A．水 B．钙盐
C．钠盐 D．尿素
答案：B
7．人体的骨骼和牙齿中含Ca2＋和POeq \\al(3－,4)，这说明无机盐具有的生理功能是( )
A．是细胞和生物体结构的重要成分
B．维持细胞正常的形态和功能
C．调节细胞的酸碱平衡
D．维持细胞正常的生命活动
解析：选A。Ca2＋和POeq \\al(3－,4)是骨骼和牙齿的重要组成成分。
8．(2020·河南郑州一中高一期中)进行异体器官移植时，器官在被剥离后必须马上放入一种“特殊液体”中，对这种“特殊液体”的成分及其作用的分析，正确的是( )
A．有红细胞，为离体器官提供氧气
B．有免疫细胞，清除抗原
C．有氯化钠，保持细胞形态
D．有多种水解酶，为细胞提供生物催化剂
解析：选C。进行器官移植前的关键是保持器官正常的生理形态，防止细胞脱水导致器官坏死，因此要将器官放在与其等渗的生理盐水中保存。
9．(2020·成都七中高一期中)植物的种子都有一定的寿命，种子要安全储存，首先要晒干，在低温、低湿、低氧的环境下可适当延长种子的贮藏时间。植物种子需要浸润在水中或者潮湿的土壤中，以及提供一定浓度的氧气才能够萌发。研究发现在种子萌发过程中种子内贮存的淀粉开始大量消耗，提供能量促使种子萌发；若土壤中镁的含量低，萌发的幼苗叶片变黄，当严重缺镁时幼苗坏死。请回答下列问题：
(1)种子细胞中水的存在形式是__________________，萌发过程中种子吸水主要是增加__________的含量。
(2)淀粉的消化过程需要水的参与，说明水的生理作用是_______________；镁在幼苗发育过程中的生理作用是____________________________。
(3)探究细胞含水量分别为1%、5%、9%、13%、19%的种子储存一年后的发芽率，实验结果如下表所示：
①在适宜的温度条件下测定五组实验种子的发芽率，还应提供的条件是____________。
②含水量为1%的种子发芽率为零，可能的原因是_____________________。
解析：(1)种子细胞中水的存在形式有自由水和结合水两种，萌发过程中种子吸水主要是增加自由水的含量。(2)淀粉的消化过程需要水的参与，说明水的生理作用是作为细胞代谢过程的反应物或生成物；镁元素可以合成叶绿素，促进幼苗进行光合作用，即镁元素是某些复杂化合物(如叶绿素)的重要组成物质。(3)①种子要进行有氧呼吸，要保证适宜的温度及通风条件。②含水量为1%的种子发芽率为零，原因可能是种子含水量过低，胚细胞缺水死亡，种子失去生活力。
答案：(1)自由水和结合水 自由水
(2)作为细胞代谢过程的反应物或生成物 镁元素是某些复杂化合物(如叶绿素)的重要组成物质
(3)①适宜通风 ②种子含水量过低，胚细胞缺水死亡，种子失去生活力
10．分析下列事实，回答有关问题：
(1)事实一：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，会引起酸中毒；当血浆中H2CO3含量减少时，则引起碱中毒。这表明___________________________________________。
(2)事实二：在细胞内的液体、人和动物的血浆等体液中，都含有多种多样生物必需的溶质，而且水在生物体内是可以流动的。这表明______________。
(3)事实三：Mg2＋是叶绿素分子必需的成分，Fe2＋是血红素分子的重要成分，Ca2＋是动物及人体骨骼和牙齿的重要成分。这表明______________________。
解析：阅读题干中的三个事实材料，可提取出关键信息，如事实一中“酸中毒”“碱中毒”，事实二中“溶质”“流动”，事实三中“成分”等。然后再分析推理。事实一中的相应物质减少，会引起酸中毒或碱中毒，表明这些物质可以维持酸碱平衡；事实二中的细胞内液体、血浆等体液中有溶质的存在，表明水可作为溶剂，能运输物质；事实三中列举的实例，说明三种离子均可作为某些化合物的组成成分。
答案：(1)无机盐可以维持酸碱平衡
(2)水是一种良好的溶剂，参与物质的运输
(3)无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分
B 等级性考试
11．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．人体内的不同组织和器官的含水量是不一样的
B．水在细胞中的存在形式及功能是不会改变的
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，细胞代谢速率往往会发生改变
解析：选B。不同组织和器官的含水量不同。水在细胞中的存在形式是自由水和结合水，二者可以发生转化，所以功能可以改变。组织发生病变，会影响组织内的化学变化，细胞的代谢速率也会改变。
12．(2020·成都七中高一期中)某校研究性学习小组在进行验证Ni是植物必需矿质元素的实验时，设计了以下四组实验，你认为其中最恰当的是( )
解析：选C。沙土中也含有Ni，缺Ni的营养液加入沙土后也具有Ni，A错误；植物生长、发育的必需矿质元素有很多种，缺一不可，B项中的实验组和对照组都因缺少多种矿质元素而使植物无法生长，B错误；C项中的对照组是完全营养液，实验组是缺Ni营养液，遵循对照原则和单一变量原则，C正确；沙土中含有Ni，D项中对照组和实验组都含有Ni，D错误。
13．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，下列说法错误的是( )
A．合成叶绿素和血红素分别需要Mg2＋和Fe2＋
B．植物体缺Mg2＋会影响光合作用
C．人体缺Fe2＋会影响血红素对氧的运输
D．Mg和Fe分别存在于植物和动物细胞中
解析：选D。Mg2＋是合成叶绿素必需的，叶绿素是光合作用必需的色素；而Fe2＋是血红素的组成成分，若缺乏就会影响红细胞的功能；Fe和Mg在动物体和植物体细胞中都存在。
14．下图是小麦种子成熟过程中干物质和水分的变化，据图分析，下列叙述不正确的是( )
A．随着种子的成熟，种子的生命活动由代谢活跃状态转入休眠状态
B．种子的鲜重随着种子的成熟而逐渐降低
C．种子中水分减少的主要原因是植物吸收的水分减少
D．种子成熟期间这两种物质的变化与种子萌发时相反
解析：选C。种子成熟过程中，自由水大量减少，从而增强种子的抗性，这是种子水分减少的主要原因，并非植物吸收水分减少的结果。
15．(2020·江西九江七校高一联考)某地区经常出现苹果小叶病，有人认为是土壤中缺锌引起的，有人认为是土壤中缺镁引起的。现有如下材料，请完成下列实验，证实上面的猜测哪个是正确的。
(1)材料用具：三株长势相同的苹果幼苗、蒸馏水、含有植物必需元素的各种化合物。
(2)实验原理：任何一种必需元素在植物体内都有一定的作用，一旦缺乏，就会表现出相应的症状。根据全素培养液和相应缺锌、缺镁的培养液对苹果生长、发育的比较，判断小叶病的病因。(注：全素培养液是指含有植物生长所需全部必需元素的培养液，缺锌、缺镁的培养液是除锌元素或镁元素外其他必需元素齐全的培养液)
(3)方法步骤：
①首先配制全素培养液、缺锌培养液和__________培养液，分别放入三个培养缸并编号为A、B、C。
②将三株苹果幼苗分别培养在上述三种培养液中。
③放在适宜的条件下培养一段时间，观察苹果幼苗的生长、发育状况。
(4)结果预测和分析：
①________缸内的苹果幼苗正常生长。
②若B缸内苹果幼苗表现出小叶病，而C缸没有，则说明_______________；若C缸内苹果幼苗表现出小叶病，而B缸没有，则说明_________________；若B、C两缸内的幼苗都不表现为小叶病，则说明____________________________。
(5)若实验证明苹果小叶病是由缺锌引起的，从科学研究的严谨角度出发，还应增加的实验步骤是__________________________________________________。
解析：(3)①由实验目的可知，实验的自变量是培养液中是否含有锌元素和镁元素，实验还应遵循对照原则，因此实验分为三组，一组是全素培养液作为对照，一组是缺锌的培养液，一组是缺镁的培养液。(4)结果预测和分析：①A缸是全素培养液，因此A中的苹果幼苗正常生长。②如果苹果小叶病是由缺锌引起的，则B缸内苹果幼苗表现出小叶病，而C缸内苹果幼苗没有小叶病；如果苹果小叶病是由缺镁引起的，则C缸内苹果幼苗表现出小叶病，而B缸内苹果幼苗没有小叶病。如果苹果小叶病与缺锌和缺镁都无关，则B、C两缸内幼苗与A相同，都不表现为小叶病。(5)由题意可知，该实验的目的是证明苹果小叶病是由缺锌引起的，还应增加一组实验，在缺锌培养液B缸中加入一定量的含锌的无机盐，观察苹果幼苗的小叶病是否恢复正常，若恢复正常，说明苹果小叶病确实是由缺锌引起的。
答案：(3)①缺镁
(4)①A ②苹果小叶病是由缺锌引起的 苹果小叶病是由缺镁引起的 苹果小叶病与缺锌和缺镁都无关
(5)在缺锌培养液B中加入一定量的含锌的无机盐(放在适宜条件下培养一段时间)，观察苹果幼苗的生长发育情况。一段时间后小叶病消失，幼苗恢复正常生长
课标要求
核心素养
素养对接
素养水平
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。
生命观念：认同一切生命活动都离不开水。
水平一
科学思维：利用生活中的现象(如新鲜种子晾晒前后)理解自由水与结合水的转化及其与代谢的关系。
水平二
种类
功能
缺乏时引起的症状
Fe
血红素的重要组成成分
缺铁性贫血症
Mg
叶绿素的重要组成成分
植物叶绿素合成受阻，影响光合作用
Zn
很多酶的组成成分
生长、发育不良，生殖腺功能受影响
Ca
骨骼、牙齿的重要组成成分
骨骼畸形；抽搐等
I
甲状腺激素的重要组成成分
甲状腺肿大；呆小症
B
促进花粉的萌发和花粉管的伸长
油菜缺B时，“花而不实”
Na
维持动物细胞的细胞外液渗透压
动物细胞的细胞外液渗透压降低；过低时不能维持正常的细胞形态
核心知识小结
[要点回眸]
[答题必备]
生物体的含水量与生物种类有关。
水在细胞内以自由水和结合水两种形式存在。
结合水是细胞结构的组成部分。
自由水的功能：(1)细胞内的良好溶剂；(2)为细胞提供液体环境；(3)参与生化反应；(4)运输营养物质和代谢废物。
自由水和结合水的比值会影响新陈代谢和抗逆性：在一定范围内，自由水的含量越高，新陈代谢越强；自由水含量越低，抗逆性越强。
细胞内大多数无机盐以离子的形式存在。
无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分，对维持细胞生物体的正常生命活动，维持细胞的渗透压和酸碱平衡有重要作用。
选项
不同条件或生物不同部位的细胞
对比
A
结合水所占比值：萌发的种子(a1)、休眠的种子(a2)
a1>a2
B
自由水含量：植物幼嫩部位(a1)、衰老部位(a2)
a1C
总含水量：春季的松树(a1)、冬季的松树(a2)
a1D
自由水/结合水的值：热带植物(a1)、温带植物(a2)
a1>a2
含水量
1%
5%
9%
13%
19%
发芽率
0
30%
95%
88%
0