浙科版（2019）生物必修一 第一章第一节　水和无机盐是构成细胞的重要无机物 学案（word版含答案）

第一节　水和无机盐是构成细胞的重要无机物
1.说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成。
2.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,在生命活动中具有重要作用。
3.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。
　1.采用归类法分析比较主要元素与微量元素。
2.归纳、概括水和无机盐在生命活动中的作用,并对两者的含量、存在形式等进行比较。
一、细胞主要由C、H、O、N、P和S等元素组成
1.构成细胞的主要元素
主要包括C、H、O、N、P和S等,其中C、H、O、N四种元素在人体中所占比重在96%以上。
2.微量元素
是在人体中的含量很低,但对维持细胞正常的结构和生命活动均起着重要作用的元素。
组成人体的化学元素在元素周期表上都有,它普遍存在于非生物界,生物界没有特殊的“生命元素”,这个事实说明什么
提示:说明生物界与非生物界具有统一性。
二、水为生命活动提供了条件
1.水的含量
细胞的含水量一般为60%～90%,水是生物体内含量最多的化合物。
2.水的特性
(1)水分子中由于正负电荷的吸引,水分子之间会形成氢键。
(2)一个水分子可以通过氢键与另外4个水分子相连,这是水分子的缔合。
3.水的功能
(1)水作为良好的溶剂,能帮助溶解和运输营养物质及代谢产物。
(2)水分子之间的氢键使得水具有调节温度的作用。
(3)水还是细胞中某些代谢的反应物和产物。
(4)水在动、植物的分布、繁殖、生长发育以及动物体色、动物行为等方面有着深远的影响。
玉米种子入库前必须干燥处理,降低种子中的含水量,试分析其中的生物学原理。
提示:含水量低能降低种子的代谢,减少有机物消耗;同时能防止种子发霉。
三、无机盐与细胞生活密切相关
1.无机盐的存在形式和含量
(1)含量:在生物体内含量不高,约占1%～1.5%。
(2)存在形式:多数以离子形式存在。
2.生理功能
(1)对维持生物体的生命活动有着重要的作用:维持血浆的正常浓度、酸碱平衡以及神经、肌肉的兴奋性等,如哺乳动物血液中的Ca2+含量过低,则会发生抽搐。
(2)是细胞的重要组成成分之一:如磷酸钙是骨细胞的重要成分。
(3)是某些复杂化合物的重要组成成分:如Mg2+是叶绿素的必需成分、Fe2+是血红蛋白的必需成分。
做口腔上皮细胞的实验时,必须将口腔上皮细胞置于载玻片上的0.9%NaCl溶液中,这是为什么
提示:0.9%NaCl溶液与细胞内液是等渗溶液,从而维持细胞正常的形态。
[自主学习检测]——教材基础熟记于心
1.东北虎和其所捕食动物体内的各种化学元素种类差异很大,含量大体相同。(　×　)
提示:不同生物所含元素种类差异不大,但含量差异很大。
2.每个氢键中的氢原子同时属于两个氧原子,而每个水分子中的氧原子可以形成两个氢键,所以一个水分子可以通过氢键与另外2个水分子相连,即水分子的缔合。(　×　)
提示:一个水分子可以通过氢键与另外4个水分子相连。
3.血浆中的Na+和Cl-对于维持酸碱平衡具有重要作用。(　×　)
提示:Na+和Cl-为中性离子,故Na+和Cl-的作用不是维持血浆酸碱平衡。
4.患急性肠胃炎的病人脱水时需要补充体内丢失的无机盐来补充能量。(　×　)
提示:患急性肠胃炎的病人脱水时需补充体内丢失的无机盐,但无机盐不能提供能量。
5.微量元素由于含量极少,因此不是细胞所必需的元素。(　×　)
提示:微量元素虽然含量低,但对维持细胞正常的结构和生命活动均起着重要作用。
6.氟是骨骼和牙齿的正常成分,可防止出现龋齿、老年人骨质疏松等症状,这说明无机盐可构成细胞内某些复杂化合物。(　√　)
任务一　分析细胞中的元素组成
[任务突破]
1.元素在生物体内的含量特点
(1)不同生物体内的化学元素,种类大致相同,但同种元素的含量差别很大。
(2)同一生物体内的不同元素的含量不相同。
(3)同一生物不同类型的细胞中,同种元素的含量也不尽相同。
2.从元素看生物界与非生物界的统一性和差异性
[迁移应用]
[典例1] (2022·浙江温州三校联考)下列关于组成生物体的化学元素的叙述,错误的是(　A　)
A.在同一种生物体内,各种化学元素的含量相同
B.在组成生物体的元素中,碳是生命系统的核心元素
C.在不同的生物体内,组成它们的化学元素的种类大体相同
D.组成生物体的化学元素依其含量可分为大量元素和微量元素
解析:在同一种生物体内,各种化学元素的含量是不同的。
任务二　水和无机盐的存在形式及功能
[任务突破1]
1.自由水和结合水的比较
存在 形式 自由水 结合水
定义 细胞中绝大部分的水以游离的形式存在,可以自由流动 在细胞内与其他物质相结合的水
特点 流动性强、易蒸发,可参与物质代谢 不流动、不蒸发,与其他物质结合
功能 ①细胞内良好的溶剂;②某些代谢的反应物和产物;③为细胞提供液体环境;④运送营养物质和代谢产物 是细胞结构的重要组成成分
联系 自由水和结合水在一定条件下可以相互转化
2.水与细胞代谢强度、抗逆性的关系
在正常情况下,细胞内自由水与结合水含量的比值越大,细胞的代谢就越旺盛,但抗逆性越差;自由水与结合水含量的比值越小,细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强,但细胞代谢越弱。
[迁移应用]
[典例2-1] 水是细胞的重要组成成分,在细胞中有自由水和结合水两种存在形式。如图为水的存在形式、相互转化及其功能的部分概念图,据图分析错误的是(　B　)
A.甲表示的是“组成细胞的结构”,若该部分水失去会导致细胞死亡
B.若乙表示“调节温度”,这是水具有极性的原因
C.干旱时,细胞内自由水与结合水的比值减小,其抵抗干旱的能力增强
D.升温时,细胞内自由水与结合水的比值增大,其细胞代谢水平会升高
解析:甲表示结合水的功能,结合水是细胞结构的重要组成成分,如果这部分水失去会导致细胞死亡;水由于氢键的存在,使得水具有调节温度的作用;干旱时,细胞内自由水与结合水的比值减小,细胞的新陈代谢减弱,其抵抗干旱的能力增强;升温时,细胞内自由水与结合水的比值增大,其细胞代谢水平会升高。
[任务突破2]
常见无机盐的生理作用及缺乏引起的疾病或症状
元素 生理作用 缺乏引起的疾病 或症状
Fe 血红蛋白、含铁酶类的成分等 缺铁性贫血等
Ca 促进牙齿和骨骼生成,调节神经、肌肉的敏感性等 骨质疏松、抽搐等
P 构成骨骼、牙齿的重要元素等 骨骼发育不良等
I 甲状腺激素的组成成分等 甲状腺肿大、呆小症等
Mg 叶绿素的重要组成成分等 叶绿素合成受阻,影响植物光合作用等
[迁移应用]
[典例2-2] (2022·杭州高一期末)某同学上完体育课后,因出汗使Ca2+大量流失而发生抽搐。此事实可以说明(　A　)
A.Ca2+可以维持生物体正常的生命活动
B.Ca2+是某些复杂化合物的重要组成成分
C.高浓度Ca2+促进肌肉兴奋
D.Ca2+维持血浆正常浓度
解析:出汗使Ca2+大量流失,导致Ca2+大量减少而发生抽搐,说明Ca2+可以维持生物体正常的生命活动。
[任务突破3]
同位素与同位素示踪
(1)同位素:同一元素的质子数相同,但中子数可能不同。质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。简单地说,同位素指质量不同而化学性质相同的原子。
(2)同位素示踪:放射性同位素标记可以显示物质的运行和变化规律。研究者通过追踪用放射性同位素标记的化合物可以弄清楚化学反应的详细过程,也能追踪物质的转移途径,这种研究技术称为同位素示踪。
(3)提醒:①要研究某物质(或结构)的运行规律,最好是标记该物质(或结构)的特有元素。②一个实验中若有多个物质(或结构)需要进行示踪研究时,应分多次实验单独标记观察,因为现有仪器可以检测出放射性,但不能检测出是哪种元素的放射性。③在进行示踪观察时,不考虑放射性对该物质(或结构)的影响。
[迁移应用]
[典例2-3] 元素和化合物是细胞的重要组成部分,因此可用某些元素的特有属性进行实验研究。元素H、P、S、I等同位素具有放射性,元素O、N等同位素无放射性,可根据此区别进行分析应用,下列相关叙述错误的是(　D　)
A.不能通过检测18O的放射性探究光合作用产生氧气的来源
B.通过131I产生的γ射线和β射线杀死甲状腺的病变细胞,可以对病症起到治疗作用
C.甲状腺细胞吸收碘合成甲状腺激素说明无机盐是某些复杂化合物的重要组成成分
D.光合作用中追踪C和H的变化可在同一组实验中同时进行
解析:18O不具有放射性,因此不能通过检测18O的放射性探究光合作用产生氧气的来源;通过131I产生的γ射线和β射线杀死甲状腺的病变细胞,可以对病症起到治疗作用;碘可以用于合成甲状腺激素说明无机盐是复杂化合物的重要组成成分;一个实验中若有多个物质(或结构)需要进行示踪研究时,应分多次实验单独标记观察,因为现有仪器可以检测出放射性,但不能检测出是哪种元素的放射性。
基础达标练
1.(2022·绿谷联盟高一期中)下列有关构成人体细胞的主要元素的表述,正确的是(　A　)
A.细胞主要是由C、H、O、N、P和S等元素组成
B.人体细胞中有的元素在自然界中找不到
C.C元素是核心元素,含量最高
D.微量元素含量很少,作用不大
解析:组成细胞的元素中C、H、O、N、P、S含量高达96%以上,被称为主要元素;人体细胞中所有的元素在自然界中都可以找到,体现了生物界与非生物界的统一性;细胞鲜重中含量最多的元素是O,细胞干重中含量最多的元素是C;微量元素在人体内含量极少,但它们对于维持生命活动,促进人体健康生长和发育都有极其重要的作用。
2.(2022·舟山高一质量检测)在生物体内含量极少,但对于维持生物体的正常生命活动必不可少的元素有(　A　)
A.Zn、Cu、B、Mn
B.Zn、Cu、Mg、Ca
C.Fe、Mn、Zn、Mg
D.Mg、Mn、Cu、Mo
解析:Zn、Cu、B、Mn均属于微量元素,在生物体中含量极少,但对于维持生物体的正常生命活动必不可少;Mg、Ca属于大量元素。
3.(2022·温州高一期末)某同学经常头晕,经检查发现血红蛋白含量偏低,被诊断为贫血,医生建议该同学补充(　A　)
A.Fe2+ B.Mg2+ C.K+ D.Ca2+
解析:血液里红细胞的数量过少,或者红细胞中的血红蛋白的含量过低,称为贫血。贫血患者应多吃一些含蛋白质和铁质丰富的食物,这是因为Fe2+是血红蛋白的组成成分。
4.刚刚从农业大学毕业的小刘,准备利用所学的知识在农村培育无土栽培蔬菜。他配制的培养液中含有Mg2+、K+、Ca2+、Zn2+,其浓度都是0.1 mol·L-1,培养一段时间后,培养液中剩余最多的是(　C　)
A.Ca2+ B.Mg2+
C.Zn2+ D.K+
解析:Zn属于微量元素,需要量较少,故培养液中剩余最多的是Zn2+。
5.(2022·宁波高一期末)下列有关生物体内的水和无机盐的叙述,
正确的是(　A　)
A.水是生物体中含量最多的化合物
B.结合水越多,代谢越旺盛
C.无机盐均以离子形式存在
D.Mg2+是构成各种光合色素的必需成分
解析:细胞的含水量一般在60%～90%,水是构成细胞的重要成分,也是活细胞中含量最多的化合物;细胞中自由水所占的比例越多,细胞代谢就越旺盛;细胞中大多数无机盐以离子形式存在,少数参与组成化合物;Mg是构成叶绿素的元素,并非所有光合色素都含Mg2+。
6.C、H、N三种化学元素的质量分数共占人体干重化学成分的73%
左右,而这三种元素在组成岩石圈的化学成分中,质量分数不到1%。这个事实说明(　D　)
A.生物界和非生物界具有统一性
B.生物界与非生物界本质是不同的
C.生物界没有一种元素是生物所特有的,生物和非生物从本质上看是相同的
D.生物界和非生物界具有差异性
解析:由题意可知,C、H、N三种化学元素的质量分数在人体干重中占73%左右,在岩石圈中不到1%,说明在生物界和非生物界中元素的含量不同,即生物界和非生物界之间具有差异性。
7.(2022·浙江高一三校联考)下列有关水的叙述中,错误的是(　C　)
A.水是极性分子,可以作为良好的溶剂
B.水能够参与细胞中的某些代谢反应
C.水蒸发时,水分子之间形成氢键
D.水能影响动植物的生长发育等方面
解析:水是极性分子,有极性的分子或离子都易溶于水中,因此水是一种良好的溶剂;水是细胞中某些代谢反应的反应物和产物;水蒸发时,水分子之间的氢键断裂;水是生物体内含量最多的化合物,能影响动植物的生长发育。
8.(2022·宁波高一期末)无机盐离子对于维持生命活动有重要作用。下列叙述错误的是(　B　)
A.有的无机盐既可以维持神经细胞的兴奋性,同时也会维持细胞的正常形态
B.哺乳动物的血液中Ca2+浓度过高会引起抽搐
C.患急性肠炎的病人脱水时,需要及时补水和无机盐
D.细胞中的无机盐大多数以离子的形式存在
解析:血液中Ca2+浓度过高会引起肌无力,过低会引起抽搐。
9.(2022·宁波高一上学期期末)在冬季来临过程中,随着气温的逐渐降低,植物体内发生了一系列适应低温的生理生化变化,此时细胞中自由水的比例会(　A　)
A.逐渐降低 B.逐渐升高
C.保持不变 D.不能确定
解析:进入冬季,随着气温和土壤温度的下降,组织细胞中的含水量下降,其中结合水相对含量升高,自由水相对含量下降,自由水与结合水比值逐渐降低,植物抗寒性增强,适应低温环境。
10.(2022·温州高一月考)“落红不是无情物,化作春泥更护花”这一诗句蕴含着生物学知识:落花经微生物分解后形成的无机盐可被植物重新吸收利用。下列叙述正确的是(　D　)
A.无机盐主要以化合物形式被吸收
B.吸收的Mg2+可用于合成各种色素
C.将植物叶片烘干后剩余物质主要是无机盐
D.无机盐含量过少可导致植物出现相应病症
解析:无机盐以离子形式被吸收,通常不能以化合物形式被吸收;吸收的Mg2+可用于合成叶绿素,有的色素不含Mg2+,如类胡萝卜素;烘干去除的主要是自由水,将植物叶片烘干后剩余物质主要是蛋白质;无机盐对于植物生长非常重要,如P是细胞中多种物质的组成成分,无机盐含量过少可导致植物出现相应病症。
11.水是一切生命赖以生存的基础,是社会经济发展不可缺少和不可替代的重要自然资源和环境要素。请分析回答下列问题。
(1)“一方水土养一方人。”饮水是提供人体必需的矿物质和微量元素的重要途径之一。在天然无污染的泉水中,含有Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Fe等人体必需元素,其中属于微量元素的是　 ,
运输氧气的物质中起重要作用的元素是　　　　 。
(2)有些减肥药的主要成分是利尿剂,服用后使人体失去较多的水分和无机盐,因而在服药期间会出现口渴、尿多、疲劳等症状,服用过量甚至会危及生命。水对人体生命活动的作用有
　　　　　　　　　 　、　
　　　　　　　　　 　、　
　　　　　　　 　　　(答出三点即可)。
(3)有人将海水稀释后直接用于无土栽培,其现实意义是　　　　　。如用这种稀释的海水栽培蔬菜,应考虑的主要问题是　
　。
解析:(1)在天然无污染的泉水中,含有Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Fe等人体必需元素,其中属于大量元素的是K、Ca、P、Mg,Cu、Zn、Fe属于微量元素。因为Fe2+是血红蛋白的组成成分之一,故运输氧气的
物质中起重要作用的元素是Fe。
(2)水对人体生命活动的作用包括细胞内的良好溶剂、运输营养物质和代谢产物、参与细胞中的化学反应、调节温度等。
(3)有人将海水稀释后直接用于无土栽培,其现实意义是节约淡水
资源。如用这种稀释的海水栽培蔬菜,应考虑的主要问题是稀释后所含离子的种类及其浓度是否适宜蔬菜生长。
答案:(1)Cu、Zn、Fe　Fe
(2)细胞内的良好溶剂　运输营养物质和代谢产物　参与细胞内的化学反应
(3)节约淡水资源(或利用海水资源等)　稀释后所含离子的种类及其浓度是否适宜蔬菜生长
12.分析下列事实,回答有关问题。
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,当水的含量降低时机体代谢强度降低;当水的含量升高时,机体代谢强度升高。
事实三　P是构成骨骼、牙齿、肌肉及血液的重要元素;Zn是多种酶的结构中心;Na是体液的主要组成成分。
(1)事实一表明　 。
(2)对事实二中现象的全面解释是
　。
(3)事实三表明　 。
解析:(1)NaHCO3和H2CO3的含量变化可调节人的血浆酸碱平衡,说明无机盐具有调节酸碱平衡(pH)的作用。(2)水与细胞代谢强度有关,原因是水是生物体内良好的溶剂,能帮助溶解和运输营养物质及代谢产物;水还是细胞中某些代谢的反应物和产物。(3)P、Zn、Na能参与合成复杂的化合物,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)无机盐具有调节酸碱平衡(pH)的作用
(2)水是生物体内良好的溶剂,能帮助溶解和运输营养物质及代谢
产物;水还是细胞中某些代谢的反应物和产物
(3)无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分
综合提升练
13.下列关于生物体内水分和无机盐的叙述,错误的是(　A　)
A.干种子内结合水的相对含量较低,不能进行旺盛的生命活动
B.旱生植物比水生植物具有较强的抗旱能力,其原因之一是结合水的相对含量较高
C.镁离子是叶绿素的重要成分,缺镁会造成叶片发黄
D.生理盐水能维持人体细胞渗透压的平衡,防止细胞过度吸水而涨破
解析:代谢活动旺盛,细胞内自由水相对含量高,干种子内结合水的相对含量较高,不能进行旺盛的生命活动;旱生植物比水生植物具有较强的抗旱能力,其生理原因之一是结合水相对含量较高,自由水的相对含量较低;镁是叶绿素的组成成分,缺镁时无法合成叶绿素,但叶子中的叶黄素和胡萝卜素的含量没有改变,因此缺镁的叶片发黄;生理盐水渗透压和人体细胞的相近,防止细胞脱水或过度吸水。
14.如图表示土壤中甲、乙两种元素的含量变化与某植物生长速率的关系,下列分析合理的是(　D　)
A.该植物生长所需要甲元素的量比乙元素的量多
B.施含乙元素的肥料比施含甲元素的肥料更有利于该植物生长
C.种植该植物时,应在早期施用含甲元素的肥料,后期施用含乙元素的肥料
D.当土壤中乙元素的含量为Ⅰ时,适当增施含乙元素的肥料能促进该植物生长
解析:由题图可知,当该植物生长速率最大时对甲元素需要量小于乙元素;当该植物生长速率最大时对甲元素需要量小于乙元素,但不能说明施含乙元素的肥料比施含甲元素的肥料更有利于该植物生长;该曲线没有表现植物发育的不同时期对甲元素、乙元素的需求情况,不能得出C选项的结论;当土壤中乙元素的含量为Ⅰ时,植物生长速率较低,乙元素浓度在Ⅱ左右时植物生长速率最大,故当土壤中乙元素的含量为Ⅰ时,适当增施含乙元素的肥料能促进该植物生长。
15.取生长状态相同的两组番茄幼苗,置于表中所列A、B两种培养液中,在相同且适宜条件下培养,甲组用A培养液,乙组用B培养液。
(表中“+”表示有,“-”表示无)
培养液成分 A B
Ca(NO3)2 + +
KH2PO4 + +
KCl + +
MgSO4 + -
FeSO4 + +
其他微量元素 + +
蒸馏水 + +
(1)若干天后发现,两组番茄苗下部叶片颜色不同,推测甲组呈　　　,乙组呈　 。
如果要进一步探究乙组现象出现的原因,应该
　。
(2)在培养液中最多的成分是　 。
(3)该实验采用的方法可用来研究
　。
解析:(1)分析A、B两种培养液可知,B培养液中缺少Mg,Mg是叶绿素合成的原料,因此缺镁会影响叶绿素的合成,叶片呈现出黄色或黄绿色。验证某元素是否是植物生长必需的元素,实验设计思路是没有该元素时,植物不能正常生长,加入该元素后,植物恢复正常生长。因此,要进一步探究乙组现象出现的原因,应该在乙组幼苗出现症状后再在培养液中加入适量硫酸镁,一段时间后观察叶片的颜色,若叶片变成绿色,说明乙组叶片出现黄色是缺乏镁元素造成的。(3)由于A培养液为完全营养液,B培养液为缺Mg营养液,因此该实验方法可以用来研究某元素(无机盐)是否是植物生长所必需的。
答案:(1)绿色　黄色或黄绿色　在乙组幼苗出现症状后再在培养液中加入适量硫酸镁　(2)水(蒸馏水)　(3)某元素(无机盐)是否是植物生长所必需的