第2章 组成细胞的分子 第2节 细胞中的无机物-2024-2025学年高一生物必修一（人教版）教学课件

第2节细胞中的无机物1.说出水在细胞中的存在形式和作用,认同其在生命活动中具有重要作用。2.举例说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。「学习目标」预习案·自主学习一、细胞中的水1.水的含量水是构成

的重要成分,也是活细胞中含量

的化合物。2.水的结构特点(1)水分子是一个

分子,因此水是良好的溶剂。(2)水分子与周围水分子可以形成氢键,因此水具有较高的

,由于氢键易于断裂和形成,使水具有

。细胞最多极性比热容流动性3.水的存在形式及作用项目自由水结合水形式在细胞中以

的形式存在与

相结合作用①细胞内良好的溶剂;②参与

反应;③为细胞提供

;④运送营养物质和

废物是

的重要组成部分游离细胞内的其他物质生化液体环境代谢细胞结构4.水的含量与细胞代谢和抗逆性的关系(1)细胞代谢方面:在正常情况下,细胞内

所占的比例越大,细胞的

就越旺盛。(2)抗逆性方面:

越多,细胞抵抗

等不良环境的能力就越强。二、细胞中的无机盐1.存在形式和含量(1)存在形式:细胞中大多数无机盐以

的形式存在。(2)含量:无机盐是细胞中含量

的无机物。自由水代谢结合水干旱和寒冷离子很少2.无机盐的生理功能及实例生理功能实例组成某些结构和化合物Mg是构成

的元素;Fe是构成

的元素;P是组成

、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生命活动如果哺乳动物的血液中

含量过低就会出现抽搐等症状;人体内

缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低,最终引发肌肉酸痛、无力等维持酸碱平衡叶绿素血红素细胞膜Ca2+Na+[正误判断](1)因为水分子电子的不对称分布,为极性分子,所以具有流动性。(

)提示:水分子的空间结构及电子的不对称分布,使水分子成为一个极性分子;而水分子之间的氢键比较弱,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。(2)水有较高的比热容,其温度相对容易发生改变。(

)提示:水具有较高的比热容,其温度相对不容易发生改变。××(3)休眠的种子比萌发的种子结合水比例高。(

)(4)植物缺乏N和Mg,将导致叶绿素不能合成,叶片颜色变黄。(

)(5)当大量出汗后,人体应及时补充清水。(

)提示:大量出汗会丢失水和无机盐,应及时补充淡盐水。(6)长期缺铁会导致血红蛋白合成障碍,进而引起贫血。(

)√√×√探究案·互动探究探究一细胞中的水「问题情境」在农业生产中,农民常常将收获的种子晒干进行保存。种子在播种前,一般需要浸种催芽,浸种的做法是在常温下,用清水浸泡,确保水面淹没所有种子。浸种催芽能提高种子的发芽率和整齐度,方便后期播种管理。如果将晒干后的粮食放入试管中进行加热,会发现试管壁上有水珠出现。(1)水是细胞内良好溶剂的原因是什么?提示:水分子的空间结构及电子的不对称分布,使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。(2)种子晒干过程中失去的水分,在细胞中主要以哪种形式存在?这样做在生产实践中有什么用处?提示:主要以自由水形式存在。将种子晒干减少了其中自由水的含量而使其代谢水平降低,减少有机物消耗,同时便于储藏。(3)晒干后的小麦种子在试管中加热,试管壁上出现的水珠在细胞中主要以什么形式存在?此时的种子还能萌发吗?试从细胞中水的角度说明理由。提示:试管壁上出现的水珠在细胞中主要是以结合水形式存在的。不能萌发。结合水是细胞结构的重要组成部分,结合水散失,细胞结构被破坏,种子死亡,不能再萌发。(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含量与生物的抗逆性有什么关系?提示:在正常情况下,结合水和自由水的比值越大,细胞抗逆性越强。(5)种子播种前要浸种的原因是什么?提示:播种前浸种可以使细胞内自由水含量增加,使代谢强度增加,从而促进种子萌发。归纳总结1.种子代谢与水的关系种子晒干时减少的是自由水,但种子仍保持生命活性,可以萌发;种子萌发吸水使细胞内自由水含量增加,新陈代谢加快;晒干的种子烘干后丧失结合水,种子死亡不萌发。2.自由水/结合水的值与细胞代谢和抗逆性的关系3.自由水与结合水在一定条件下可以相互转化自由水结合水(1)细胞内结合水主要以氢键的形式与蛋白质、多糖等物质结合,当温度升高时,水分子动能增加,会挣脱氢键的束缚成为自由水。(2)降温时,部分自由水转化为结合水,避免自由水过多结冰损害自身,可以提高抗寒性。1.下列有关水的特性与水的生理功能相互对应关系的叙述,不正确的是(

)A.水分子的极性决定其是细胞内良好溶剂,许多物质可以溶解其中B.水分子间弱吸引力氢键决定其具有流动性,是物质运输所必需的C.水具有较高的比热容,为细胞创造舒适的液体环境D.水在低温下结冰,利于细胞处于休眠状态从而度过不利环境条件「即时应用」√解析:水是极性分子,凡是有极性的分子或离子都易溶于水中,因此水分子的极性特征决定了水是良好的溶剂;水分子间的弱吸引力氢键可以不断地断裂,又不断地形成,这决定了其具有流动性,是物质运输所必需的;水具有较高的比热容,吸收相同的热量,温度变化小,有利于维持生命系统的稳定性,可以为细胞创造舒适的液体环境;自由水在低温下结冰,冰晶会破坏细胞的结构,因此冬天植物细胞的结合水含量升高利于细胞处于休眠状态从而度过不利环境条件。2.“珍惜地下水,珍视隐藏的资源”是2022年世界水日的主题。下列关于生物体中水的叙述,正确的是(

)A.细胞中的自由水和结合水均可参与化学反应B.细胞内的自由水和结合水含量稳定,不可以相互转化C.细胞内自由水/结合水的值,种子萌发时比休眠时高D.种子晒干储存可减少细胞内结合水的含量,其上的微生物不易生长繁殖√解析:细胞中的自由水可参与化学反应,结合水与细胞内的其他物质相结合,不能参与化学反应;细胞内的结合水大约占细胞内全部水分的4.5%,细胞内的自由水和结合水在特定条件下可以相互转化;在正常情况下,细胞内自由水所占的比例越大,细胞的代谢就越旺盛,故细胞内自由水/结合水的值,种子萌发时比休眠时高;种子晒干储存可减少细胞内自由水的含量,其中的微生物不易生长繁殖。方法技巧判断自由水、结合水比例变化的方法(1)看环境条件是否恶化,若环境条件恶化,则自由水相对含量下降,结合水相对含量上升。(2)看生命活动强度或状态的变化,若生命活动增强,则自由水相对含量上升,结合水相对含量下降。探究二细胞中的无机盐「问题情境」无机盐在细胞(鲜重)中的含量仅为1%～1.5%,却有着重要的作用,请结合下列资料分析无机盐的有关知识。(1)资料1

一种叶绿素分子和血红素分子局部结构简图如下:由资料可以看出无机盐是

。某些复杂化合物的重要组成成分(2)资料2

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,缺少硼时会导致“花而不实”。由资料说明无机盐对

有着重要的意义。(3)资料3

生理盐水是指与哺乳动物血浆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。由资料说明无机盐能调节人体的

,维持细胞的

。维持生物体的正常生命活动渗透压正常形态(4)资料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,可以中和这种变化。上述资料说明,无机盐对于维持人体内环境

的相对稳定具有重要作用。酸碱平衡归纳总结1.常见无机盐的作用与缺乏症种类作用缺乏时引起的症状Fe2+构成血红素的元素缺铁性贫血Mg2+构成叶绿素的元素植物叶绿素合成受阻,影响光合作用Zn2+很多酶的组成成分生长发育不良,生殖腺功能受影响Ca2+骨骼、牙齿及血液的成分骨骼畸形、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,会导致“花而不实”Na+维持神经、肌肉细胞的兴奋性等神经、肌肉细胞的兴奋性降低,肌肉酸痛、无力等2.对照法探究植物生长必需的无机盐(1)实验原理:若缺乏该种无机盐,植物的生长发育发生障碍,不能完成其正常生命活动。植物在缺乏该种无机盐的环境中表现出某一病症后,可以通过补充该无机盐,使植物恢复正常。(2)实验设计。(3)实验中的对照。③实验中应保证实验材料的统一性,即植物的种类、生长状况等应一致。④实验组在幼苗生长不正常后加入X的目的:与实验组加入X前形成对照,植物恢复正常生长,更能说明X是必需无机盐,使实验更有说服力。3.市售的各种功能性饮料可为运动员补充水、能量、无机盐等营养。下列有关无机盐叙述正确的是(

)A.无机盐是细胞中含量很少但很重要的物质B.无机盐在细胞中主要以化合物的形式存在C.人体体内Ca2+过多时,会引起抽搐等症状D.植物叶肉细胞缺Mg会影响花青素的合成「即时应用」√解析:无机盐仅占细胞鲜重的1%～1.5%,但对维持生命活动的正常进行具有重要作用;无机盐主要以离子的形式存在;人体体内Ca2+过少时,会引起抽搐等症状,过多时会引起肌无力;Mg2+是叶绿素的必要成分,植物叶肉细胞缺Mg时,会影响植物叶绿素的合成,但Mg不是花青素的组成成分,因而不会影响花青素的合成。4.为验证铁是植物生长发育所必需的元素,某兴趣小组成员将大豆幼苗放在相应的培养液中进行培养。下列与实验设计有关的叙述正确的是(

)A.本实验必须设置对照组,对照组的培养液为溶有适量铁离子的蒸馏水B.为保证根系对铁离子的吸收,应尽量提高培养液中铁离子的浓度C.实验过程中需定期补充培养液,定期通入空气增加培养液中的溶解氧D.如果缺铁一组出现了叶片变黄的现象,说明铁元素是叶绿素的重要组成成分√解析:本实验自变量为铁离子的有无,且实验设计应遵循单一变量原则,故对照组的培养液为溶有适量铁离子的完全培养液;铁离子浓度过高会对植物造成损伤,故培养液中铁离子的浓度应适宜;为保证幼苗的正常生长,实验过程中需定期补充培养液,定期通入空气增加培养液中的溶解氧;如果缺铁一组出现了叶片变黄的现象,则还需添加补充实验,即在缺铁组中加入铁元素,若叶片重新变绿,可说明铁元素是叶绿素的组成成分。课堂小结思维导图金句必备1.水在细胞中以自由水和结合水两种形式存在。2.结合水是细胞结构的重要组成部分。3.自由水的功能:是细胞内良好的溶剂;为细胞提供液体环境;参与生物化学反应;运输营养物质和代谢废物。4.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,自由水含量越高,细胞新陈代谢越旺盛;自由水含量越低,细胞抗逆性越强。5.细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。6.无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分,对维持细胞和生物体的正常生命活动、维持细胞的渗透压和酸碱平衡都有重要作用。随堂检测1.“夜来春雨润垂杨,春水新生不满塘。日暮平原风过处,菜花香杂豆花香。”下列各图为植物在春天复苏、生长过程中细胞中自由水与结合水相对含量变化的曲线图,则图示表示正确的是(

)1234ABCD√1234解析:春天植物复苏,代谢增强,自由水增多,结合水减少。2.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.水是细胞内许多生物化学反应的反应物B.水为细胞内的生物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部分D.水是细胞内良好的溶剂,可运输养料和代谢废物√2341解析:含水量高,种子的呼吸旺盛,水是细胞内许多生物化学反应的反应物,这利于种子表面的霉菌的繁殖,所以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;水为细胞内的化学反应提供了水溶液环境,含水量高的种子,细胞呼吸旺盛,消耗自身的有机物较多,不利于储存,故要将种子晒干;种子晒干,不会丢失结合水,这和结合水无关;水是细胞内良好的溶剂,可运输养料和代谢废物,含水量高的种子,细胞呼吸旺盛,容易导致多种微生物滋生,不利于储存。23413.研究发现用不含Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时,蛙心收缩不能维持,而用含有少量Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时,心脏能持续跳动数小时。在正常人的血浆中,NaHCO3的含量约为H2CO3含量的20倍,当血浆中NaHCO3的含量减少时,会形成酸中毒,当血浆中H2CO3的含量减少时,会形成碱中毒。医用生理盐水是质量分数为0.9%的氯化钠溶液,临床上可用来补液和洗涤伤口。上面一系列事实分别说明(

)①无机盐是细胞内许多重要化合物的组成成分②许多无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用③无机盐对于维持细胞的酸碱平衡非常重要④无机盐可维持细胞渗透压,从而维持细胞正常形态A.②④③ B.②③④ C.①③④ D.①②③√34123412解析:用不含Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时,蛙心收缩不能维持,而用含有Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时,心脏能持续跳动数小时,这说明Ca2+和K+具有维持细胞和生物体正常生命活动的作用;当血浆中NaHCO3的含量减少时,会形成酸中毒,当血浆中H2CO3的含量减少时,则形成碱中毒,这表明无机盐具有维持细胞的酸碱平衡的作用;医用生理盐水是质量分数为0.9%的氯化钠溶液,临床上可用来补液和洗涤伤口,这是因为其渗透压与细胞内液相同,利于维持人体细胞活性及正常形态。4.虽然生物体内的无机盐含量不多,但在缺乏时,生命活动难以正常进行。(1)某地种植的水稻经常出现白苗病。观点一认为是土壤中缺锌引起的,理由是锌是许多酶的活化剂,缺锌导致叶绿素合成有关酶的活性降低,使叶片失绿;观点二认为是土壤中缺镁引起的,理由是

。1234镁是叶绿素的组成元素,缺镁将导致叶绿素不能形成,使叶片失绿解析:(1)镁是构成叶绿素的元素,植物从土壤中吸收镁元素供叶绿体合成叶绿素。若土壤中缺乏镁元素,则导致叶肉细胞的叶绿体中无法形成叶绿素,因而植物表现出白苗病。1234(2)某同学利用三组长势相同的正常水稻幼苗完成下列实验,探究哪种观点正确。1234组别培养液实验处理观察指标A完全培养液相同且适宜条件下培育相同的一段时间幼苗的生长发育状况B缺锌培养液C缺镁培养液①预测实验结