高一生物（2019人教版）必修1同步学案：2.2 细胞中的无机物（含答案）

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高一生物（2019人教版）必修1同步教案
2.2细胞中的无机物
学习目标 素养目标
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。 1．生命观念——认同一切生命活动都离不开水。 2．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。
分点突破（一）　细胞中的水
基础·落实
1．水的含量及特点
(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。
(3)水的结构特点
①水是极性分子，因此水是良好的溶剂。
②水分子具有氢键，易于断裂和形成，使水具有流动性和较高的比热容。
2．水的存在形式和作用
项目 自由水 结合水
形式 在细胞中以游离的形式存在 与细胞内其他物质相结合
含量 约占95．5% 约占4．5%
作用 ①细胞内的良好溶剂 ②参与化学反应 ③为细胞提供液体环境 ④运送营养物质和代谢废物 是细胞结构的重要组成成分
3．自由水和结合水的比例与细胞代谢的关系
(1)自由水/结合水越大，细胞的代谢就越旺盛。
(2)结合水/自由水越大，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强。
深化·认知
一、在“思考探究”中解惑
1．如图中①②代表细胞中水的存在形式,A、B、C、D代表水的功能,完成有关问题:
(1)写出①和②的含义:①结合水,②自由水。
(2)写出A、B、C、D反映出的以上两种水的作用:
A．组成细胞结构;
B．提供细胞生活的液体环境;
C．参与许多生物化学反应;
D．运送营养物质和代谢废物。
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。
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。
二、在“系统思维”中提能
1．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
2．自由水与结合水相对含量的变化在生产中的应用
(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。
应用·评价
1．“绵绵的春雨，是她润醒了小草，润绿了杨树，润开了报春花。”此过程中，细胞中自由水与结合水的相对含量变化表示正确的是(　　)
解析：B　春天生物复苏过程中，细胞中自由水/结合水的值变大，细胞代谢水平提高。
2．水是生命之源，是一切生命活动的基础。下列关于水的说法，不正确的是(　　)
A．水生生物和陆生生物的活细胞中含量最高的化合物都是水
B．冬眠的青蛙体内结合水与自由水的比值升高
C．植物越冬时，自由水与结合水比值会降低
D．一般而言，抗干旱的植物，体内自由水与结合水的比值比一般植物要高
解析：D　无论是陆生生物还是水生生物，细胞鲜重中化合物最多的都是水，A正确；细胞内自由水的含量越高，代谢强度越大，但生物的抗性会越弱。冬眠的青蛙，代谢强度降低，结合水的比例会升高，B正确；温度降低时，细胞中酶活性降低，使细胞代谢降低。自由水向结合水转化，使自由水比例降低，C正确；抗干旱的植物，体内自由水与结合水的比值比一般植物要低，D错误。
分点突破（二）　细胞中的无机盐
基础·落实
1．存在形式：大多数以离子的形式存在。
(1)阳离子主要有Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等。
(2)阴离子主要有Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等。
2．含量：占细胞鲜重的1%～1．5%。
3．无机盐的生理功能与实例(连线)
深化·认知
一、在“思考探究”中解惑
1．近几年,甲状腺结节患者明显增多,与长期食用加碘盐有关,如图是甲状腺激素的结构简式，据图探究下列问题：
(1)由图示可知,I是构成甲状腺激素的组成成分,体现了无机盐的什么功能
提示:构成复杂化合物的成分。
(2)由于补碘过量导致了疾病的发生,说明什么问题
提示:无机盐具有重要的作用,虽然无机盐不足会导致一些疾病,但并不是无机盐越多越好,进食时应注意合理搭配。
2．酷暑季节，室外作业的工人会大量出汗，有同学认为工人应多喝纯净水以补充散失的水分。请结合所学知识，评价上述说法是否合理，并说出评价依据。
提示:不合理。工人大量出汗排出水的同时，会排出过多的无机盐，从而导致体内的无机盐含量减少，而纯净水几乎不含无机盐。
二、在“系统思维”中提能
1．无机盐功能的验证方法
(1)实验目的：探究无机盐X是否是植物生长发育所必需的。
(2)实验设计
(3)实验中的对照
①空白对照
②自身对照
2．常见无机盐的作用与缺乏症
种类 作用 缺乏时引起的症状
Fe 构成血红素的元素 缺铁性贫血症
Mg 构成叶绿素的元素 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 维持动物细胞的渗透压 动物细胞渗透压降低；过低时不能维持正常的细胞形态
应用·评价
1．(2021·江苏常州高一检测)下列关于无机盐的叙述，错误的是(　　)
A．缺铁性贫血是由于体内缺乏铁，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，例如CaCO3是骨骼、牙齿的主要成分
D．碘是合成甲状腺激素的原料，缺碘影响甲状腺激素的合成
解析：C　缺铁性贫血是因为体内缺乏铁，血红蛋白合成减少，因为Fe2＋是血红蛋白的主要成分，A正确；Mg2＋是叶绿素的成分之一，缺Mg2＋会影响叶绿素的合成进而影响光合作用，B正确；细胞中的无机盐大多数以离子的形式存在，C错误；甲状腺激素是含碘的氨基酸衍生物，碘是合成甲状腺激素的原料，缺碘影响甲状腺激素的合成，D正确。
特别提醒
有关无机盐的两点提醒
(1)无机盐并不是都以离子的状态存在，如骨骼中的CaCO3以化合物的形式存在。
(2)无机盐在细胞中的含量很低，但是其作用非常重要，过多或过少都会影响细胞或生物体的正常生命活动，如植物缺氮或镁时，叶片会发黄
2．设计实验探究X是否属于植物生长所必需的无机盐，某同学的构思如图所示，本实验中采用甲组、乙组之间的空白对照以及乙组中实验前(无X)与实验后(有X)之间的自身对照。两次对照中属于实验组的依次是(　　)
A．甲组、乙组实验前 B．甲组、乙组实验后
C．乙组、乙组实验前 D．乙组、乙组实验后
解析：D　所谓实验组是接受实验变量处理的对象组，故两次对照中属于实验组的依次为乙组、乙组实验后。
网络构建(一图串尽主干知识)
［课时跟踪检测］
［基础巩固练］
知识点一　细胞中的水
1．（2021·湖北武汉高一期中）冬小麦要经过严寒的冬季，在春季分蘖，在夏季收获。细胞中的结合水与自由水的比值从冬季到春季的变化情况是(　　)
A．不变 B．下降
C．升高 D．没有规律
解析：B　结合水是组成细胞结构的重要成分，在寒冷环境中，体内结合水的含量相对增多，使植物的抗逆性增强，以适应不良的环境，自由水参与代谢，因此当代谢旺盛时，自由水含量相对上升。
2．（2021·江苏淮安高一检测）结合下列曲线，分析有关无机物在生物体内含量的说法，错误的是(　　)
A．曲线①可表示人一生中体内自由水与结合水的比值随年龄变化的曲线
B．曲线②可表示细胞新陈代谢速率随自由水与结合水比值的变化
C．曲线③可以表示一粒新鲜的种子在烘箱中被烘干的过程中，其内无机盐的相对含量变化
D．曲线①可以表示人从幼年到成年体内含水量的变化
解析：C　衰老的细胞中自由水含量减少，细胞内自由水与结合水的比值也将减小，故曲线①可表示人一生中体内自由水与结合水的比值随年龄变化的曲线，A正确；细胞内自由水与结合水的比值升高后，新陈代谢速率增强，当超过一定的比值时，新陈代谢速率达到相对稳定，曲线②可表示新陈代谢速率随自由水与结合水比值的变化，B正确；新鲜的种子被烘干的过程中所含水分越来越少，其内的无机盐相对含量逐渐增加，最后达到一恒定值，不能用曲线③表示，C错误；幼儿体内的含水量高于成年人体内水的含量，幼儿体内水的含量约为77%，随年龄增加，体内含水量逐渐减小，故曲线①可以表示人从幼年到成年体内含水量的变化，D正确。
3．（2021·江苏南京高一检测）在探索外星空间是否存在生命的过程中，科学家始终把寻找水作为最关键的一环，这是因为“水是生命之源”。下列关于水的说法错误的是(　　)
A．水是极性分子，带电分子（或离子）易与水结合，因此水是一种良好的溶剂
B．水可以缓解温度的变化，有利于维持生命系统的稳定性
C．结合水是细胞结构的重要组成部分，可与蛋白质、多糖等物质结合
D．种子萌发时细胞中结合水与自由水的比值增大，细胞代谢增强
解析：D　水是极性分子，带电分子（或离子）易与水结合，因此水是一种良好的溶剂，A正确；水温不易改变，可以缓解温度的变化，有利于维持生命系统的稳定性，B正确；结合水是细胞结构的重要组成部分，可与蛋白质、多糖等物质结合，赋予各种组织、器官一定的形状、硬度和弹性，C正确；种子萌发时自由水增多，结合水与自由水的比值减小，细胞代谢增强，D错误。
知识点二　细胞中的无机盐
4．英国医生塞达尼·任格在对离体蛙心进行实验时发现，用不含钙离子和钾离子的生理盐水灌注蛙心，蛙心收缩不能维持。用含有少量钙离子和钾离子的生理盐水灌注蛙心时，蛙心可以持续跳动数小时。实验说明钙和钾(　　)
A．是某些重要化合物的组成成分
B．对维持细胞形态有重要作用
C．对维持生命活动有重要作用
D．为蛙心持续跳动提供能量供应
解析：C　蛙心可以持续跳动数小时的原因是用含有少量钙离子和钾离子的生理盐水灌注蛙心，不能说明钙和钾是某些重要化合物的组成成分；含有少量钙离子和钾离子的生理盐水对心脏细胞吸水影响不大，不能说明钙和钾对维持细胞形态有重要作用；用不含钙离子和钾离子的生理盐水灌注蛙心，蛙心收缩不能维持，用含有少量钙离子和钾离子的生理盐水灌注蛙心时，蛙心可以持续跳动数小时，实验说明钙和钾对维持生命活动有重要作用；钙离子和钾离子不是能源物质，不能为蛙心持续跳动提供能量供应。
5．无机盐能维持生物体正常的生命活动。下面列出了若干确定无机盐X是否是植物必需的实验方案，其中正确的设计是(　　)
①以土壤为基质盆栽，浇缺少无机盐X的“完全培养液”
②以沙土为基质盆栽，浇缺少无机盐X的“完全培养液”
③只用缺少无机盐X的“完全培养液”，不用基质
④以土壤为基质盆栽，浇蒸馏水
⑤以沙土为基质盆栽，浇完全培养液
⑥不用基质，只用完全培养液
⑦不用基质，只用含无机盐X的培养液
⑧不用基质，只用蒸馏水
A．以③为实验组，⑥为对照组
B．以④为实验组，①为对照组
C．以②为实验组，⑤为对照组
D．以⑦为实验组，⑧为对照组
解析：A　设计实验遵循的原则有对照原则和单一变量原则，由于本实验为了研究无机盐X是否是植物必需的元素，而土壤、沙土中都可能含有这种无机盐，因此不能用基质做实验。对照组应该是用完全培养液，而实验组为缺少无机盐X的缺素培养液，进而通过观察植物的生长状况可知无机盐X是否是植物必需，A正确。
6．（2021·河北衡水高一期末）下列关于生物体内水和无机盐的叙述，正确的是(　　)
A．长时间剧烈运动会导致血钙浓度上升，引起肌肉抽搐
B．植物在冬季自由水与结合水的比值会下降，从而适应寒冷环境
C．细胞中的无机盐对生命活动具有重要作用，均以离子形式存在
D．新鲜的谷物在晾晒过程中失去的水主要是结合水
解析：B　血钙浓度过低会引起肌肉抽搐，A错误。植物在冬季，结合水的比例会上升，自由水与结合水的比值会下降，从而适应寒冷环境，B正确。细胞中的无机盐，绝大多数以离子的形式存在，有少部分以化合物的形式存在，C错误。新鲜的谷物在晾晒过程中失去的　水主要是自由水，D错误。
7．（2021·江苏南京高一检测）近些年由于温室效应导致北极海冰持续融化。已知降低空气中CO2的浓度能缓解温室效应，海洋浮游植物是吸收CO2的主力军。马丁设想：向海洋投放水溶性铁能促进浮游植物吸收CO2进行光合作用，降低CO2浓度，从而减缓温室效应。针对以上介绍，下列说法正确的是(　　)
A．铁元素是微量元素，CO2中的碳、氧均是大量元素
B．铁以化合物的形式被浮游植物吸收
C．铁元素是构成浮游植物叶绿素的组成成分
D．海水温度的高低不会影响浮游植物吸收铁
解析：A　铁是组成生物体的微量元素，碳、氧均是大量元素，A正确；铁以离子的形式被浮游植物吸收，B错误；叶绿素的组成元素是C、H、O、N、Mg，没有铁元素，C错误；海水温度的高低会影响浮游植物酶的活性，影响细胞呼吸，影响细胞的能量供应，从而影响浮游植物吸收铁，D错误。
8．（2021·江苏淮安高一检测）下列关于细胞中无机盐的叙述，正确的是(　　)
A．人大量出汗会排出过多无机盐，导致体内细胞的代谢平衡失调，这时应多喝淡盐水
B．不同生物体内无机盐的种类和含量大体相同
C．哺乳动物血液中钙离子含量太低，会出现抽搐等症状，说明无机盐对于维持细胞酸碱平衡非常重要
D．无机盐在细胞中含量很少，所含元素都属于微量元素
解析：A　大量出汗，丢失大量水分，同时丢失大量无机盐，因此会导致人体水盐和酸碱平衡失调，这时应多喝淡盐水来补充，A正确；不同生物体内的细胞中无机盐的种类大体相同，但含量差异很大，B错误；哺乳动物血液中钙离子含量太低，会出现抽搐等症状，说明无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用，C错误；无机盐所含元素不都属于微量元素，如钙、镁属于大量元素，D错误。
9．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(　　)
培养液编号 ① ② ③ ④ ⑤
甲离子 20 30 50 30 40
乙离子 55 45 60 45 55
丙离子 10 15 20 25 25
A．①⑤ B．②③
C．②④ D．③⑤
解析：C　研究丙离子的浓度大小对植物生长的影响，可设置两组实验，将丙离子浓度设为两组实验的自变量。而甲、乙两种离子的浓度应相同。故应选择②④两种培养液，C正确。
［素养提升练］
10．(多选)（2022·天津高一月考）如图为对刚收获的种子所做的一系列处理，据图分析有关说法正确的是(　　)
A．④和⑤是同一种物质，但是在细胞中存在形式不同
B．①和②均能萌发形成幼苗
C．③在生物体内主要以离子的形式存在
D．点燃后产生的CO2中的C只来自种子中的糖类
解析：AC　据图分析可知，种子晒干使自由水散失，故④应为自由水。烘干使结合水散失，故⑤应为结合水，A正确。晒干后的种子可再萌发，但烘干的种子已经死亡，不能萌发，B错误。种子点燃后，糖类和其他有机物形成二氧化碳和水等散失，留下的物质为无机盐，无机盐在生物体内大多数以离子的形式存在，C正确，D错误。
11．(多选)（2021·湖南长沙高一期末）风干种子的萌发需要水分等条件。下列关于风干种子的叙述，正确的是(　　)
A．风干种子细胞中的水主要以结合水的形式存在
B．水和无机盐对风干种子的生命活动有重要作用
C．风干种子萌发时，无机盐为其生命活动提供能量
D．风干种子燃烧后产生的灰烬中含有丰富的无机盐
解析：ABD　风干种子丢失了大量自由水，水主要以结合水的形式存在，A正确；水和无机盐对风干种子的生命活动有重要作用，B正确；无机盐不能为生命活动提供能量，C错误；风干种子燃烧后产生的灰烬中含有丰富的无机盐，D正确。
12．(多选)如图是小麦种子成熟过程中干物质和水分的变化曲线图，据图分析下列叙述正确的是(　　)
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减少
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：ABD　由题图可知，在小麦种子成熟过程中，种子的生命活动由代谢活跃状态转入休眠状态；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，种子水分的减少并非是植物吸水减少的结果。
13．水在植物的生命活动中具有重要作用。风干种子只有吸收足够的水才能进行旺盛的代谢活动，使胚生长。小麦种子萌发过程中吸水量随时间变化的趋势如图所示。回答下列问题：
（1）植物细胞中的水通常以结合水和自由水两种形式存在，风干种子细胞中的水主要以
的形式存在。经阶段Ⅰ吸水后，种子中的水主要是以 的形式存在。
（2）在阶段Ⅱ，种子吸水速率 （填“大于”“小于”或“等于”）阶段Ⅰ，呼吸速率 （填“大于”“小于”或“等于”）阶段Ⅰ。
解析：（1）风干种子失去了大部分自由水，细胞中的水主要以结合水的形式存在。经阶段Ⅰ吸水后，种子中的水主要是以自由水的形式存在。（2）在阶段Ⅱ，种子吸水量变化不大，吸水速率小于阶段Ⅰ，但自由水含量增加，代谢增强，呼吸速率大于阶段Ⅰ。
答案：（1）结合水　自由水　（2）小于　大于
14．根据细胞中无机盐的功能，回答有关问题：
(1)如图表示构成细胞的某些化合物的元素组成情况，并且丙主要分布在细胞核内。请推测甲、乙、丙最可能表示的物质及其所能表现的生理功能。
甲： ；生理功能为 。
乙： ；生理功能为 。
丙： ；生理功能为 。
(2)分析下列事例
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NaHCO3的含量减少时，会形成酸中毒；当血浆中的H2CO3含量减少时，则形成碱中毒。
事实二：在初生蝌蚪或幼小植物体内，当自由水的比例减小时，机体代谢强度降低；当自由水的比例增大时，机体代谢活跃。
事实三：Mg是构成叶绿素的元素，Fe是构成血红素的元素，碳酸钙是动物和人体的骨骼和牙齿的主要成分。
①事实一表明某些无机盐可调节细胞的 。
②你对事实二中的现象的全面解释是 是良好的溶剂，是 反应的介质并参与某些反应。
③事实三表明无机盐是细胞中 的重要组成成分。
解析：(1)由于甲物质含有C、H、O、N和Mg,因此其为叶绿素；乙物质含有C、H、O、N和Fe、S，因此其为血红素；丙物质含有C、H、O、N和P，且丙主要分布在细胞核内，因此其为DNA。(2)事实一说明NaHCO3和H2CO3对细胞的酸碱平衡调节有重要作用。事实二说明自由水和结合水的比例影响细胞代谢。事实三则说明无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分。
答案：(1)叶绿素　光能的吸收、传递、转换　血红素　构成动物红细胞的重要组成成分(或主要运输氧气，也运输一部分二氧化碳) 　DNA　生物的遗传物质　(2)①酸碱平衡　②自由水　细胞代谢　③某些复杂化合物
15．试回答下列问题：
(1)种子在入仓之前需晾晒，所去除的水分主要是细胞中的 水。
(2)将干种子用水浸泡后种子能萌发，但干种子不经水浸泡不能萌发，这说明
。
(3)新鲜的鸡蛋清呈液态胶状，而臭鸡蛋清则是相对更“稀”的液体，呈水状，这是因为在新鲜的鸡蛋清中的水与蛋白质结合在一起，形成液态胶体，这时的水为 ，而臭鸡蛋中的蛋白质被微生物分解成小分子物质，使这部分水释放出来，转变为 。
(4)贫血症患者血液运输 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。
(5)人体中含钙最多的是 。
A．肌肉 B．骨组织
C．上皮组织 D．神经组织
(6)人在长跑后，因流汗过多常出现抽搐现象，这时应及时补充含 的食物。
解析：(1)自由水通过晾晒能蒸发出去。(2)干种子用水浸泡后，会大量吸水，这些水能参与细胞内的许多化学反应，促进种子萌发。(3)蛋白质是亲水性物质，与水结合后形成液态胶体。蛋白质被微生物分解成小分子物质后，结合水会转变为自由水。(4)贫血症患者血红蛋白含量降低，运输O2的能力降低。补充蛋白质丰富的食物，可为人体提供氨基酸，用于合成血红蛋白。(5)在人体中骨骼和牙齿中钙含量高。(6)血液中钙离子含量过低会引起抽搐。
答案：(1)自由　(2)自由水与细胞代谢强度有关，自由水多，代谢旺盛　(3)结合水　自由水　(4)O2　蛋白质　(5)B　(6)Ca2+