人教版（2019）生物必修1教案：2-2 细胞中的无机物

第2章 组成细胞的分子
第2节 细胞中的无机物
【素养导引】
1.生命观念:认同一切生命活动都离不开水,形成生命的物质性观念。
2.科学思维:通过对水和无机盐的作用的学习,形成归纳与概括的科学思维。
3.社会责任:关注水和无机盐导致的健康问题。
一、细胞中的水
1.水的含量:
(1)不同生物的差异性:生物体的含水量随着生物种类的不同有所差别。
(2)水在细胞中的地位:水是构成细胞的重要成分,是活细胞中含量最多的化合物。
2.水的存在形式及作用:
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
作用 ①细胞内良好的溶剂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部分
3.水的结构特点:
(1)水是极性分子,因此水是细胞内良好的溶剂。
(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。
4.水的含量与细胞代谢和抗逆性的关系:
(1)细胞代谢方面:正常情况下,细胞内自由水比例越大,细胞的代谢就越旺盛。
(2)抗逆性方面: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.存在形式和含量:
(1)存在形式:大多数以离子的形式存在。
(2)含量:无机盐是细胞中含量很少的无机物。
2.无机盐的功能(连线):
[思考]　小明同学在踢足球的运动中,出现了抽筋的现象,你知道原因可能是什么吗
提示:运动过程中大量出汗,使血液中钙离子浓度降低,引起抽搐。
近几年,甲状腺结节患者明显增多。甲状腺是产生甲状腺激素的场所,结节患者的甲状腺激素含量出现异常,导致疾病的产生。碘是构成甲状腺激素的必要元素。结合所学知识判断:
1.无机盐具有重要作用,甲状腺细胞中碘含量越多越好。 (×)
分析:无机盐不是越多越好,进食时应注意合理搭配。
2.碘在细胞中主要以化合物的形式存在。 (×)
分析:碘属于无机盐,细胞中主要以离子的形式存在。
3.碘用于合成甲状腺激素,体现了无机盐是细胞中某些重要化合物的组成成分。
(√)
学习任务一:细胞中水的存在形式
1.自由水与结合水的相互转化:
(1)条件。
自由水结合水
(2)实例。
①烘干种子时,部分结合水转化为自由水散失掉。
②北方冬小麦在冬天来临时,部分自由水转化为结合水。
[思考探究]　从小麦收获后,储存前需进行晒干处理,晒干过程中何种形式的水减少 若将晒干的小麦进行烘烤,烘烤之后的小麦能否萌发 为什么
提示:小麦晒干的过程中自由水的含量降低。烘烤之后的小麦不能萌发,因为在烘烤过程中会丢失结合水,结合水是细胞的结构成分,结合水丢失,细胞结构被破坏,种子不能再萌发。
2.自由水与结合水的比值与代谢、抗逆性的关系:
[思考探究]　请在下列坐标图中画出自由水与结合水的比值与代谢强度、抗逆性关系的变化曲线。
提示:
　　　　　　　【深化探究】
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,此时的水为何种形式的水 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,转变为何种形式的水
提示:结合水;自由水。
【学习加点料】
1.思维易错:人体不同细胞中,含水量是否相同 举例说明。
提示:否。人体不同细胞新陈代谢的旺盛程度不同,含水量也有差异,如人体骨细胞,含水量较低,而心肌细胞含水量较高。
2.思维易错:晒干的种子中是否还含有自由水
提示: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。
不同有机物分子与水分子的结合能力(亲水性)不同①,研究表明几种有机物的亲水性由大到小依次为:蛋白质、淀粉、纤维素,而脂肪不溶于水②。则下列植物细胞中结合水相对含量最多的是 (　　)
A.休眠的大豆种子细胞
B.休眠的玉米种子细胞
C.洋葱根尖分生区细胞
D.成熟西瓜的果肉细胞
[解题思维]
提取关键点 ①不同有机物分子与水分子的结合能力不同②有机物亲水性由大到小依次为:蛋白质>淀粉>纤维素>脂肪
转化知识点 细胞代谢与自由水含量的关系、生物组织中有机物的含量
排除障碍点 代谢旺盛的细胞,自由水含量较高,蛋白质含量丰富的细胞,结合水含量较高
【解析】选A。休眠的大豆种子自由水含量较低,又含有较多的蛋白质,蛋白质的亲水性最大,因此结合水含量较高,A正确;休眠的玉米种子自由水含量较少,含有较多的淀粉,与蛋白质相比,淀粉的亲水性较弱,因此休眠的玉米种子中结合水的含量较休眠的大豆种子低,B错误;洋葱根尖分生区细胞代谢活动旺盛,结合水含量较低,C错误;西瓜果肉细胞自由水含量较高,结合水含量较低,D错误。
[借题发挥]　休眠种子中是否含有结合水
提示:含有。休眠的种子细胞仍具有活性,若不含结合水,细胞会失去活性。
1.(2022·南平高一检测)2022年3月22日是第25届“世界水日”。下列有关生物体中水的叙述错误的是 (　　)
A.沙漠地区的仙人掌细胞内含量最多的化合物是水
B.细胞内自由水所占比例越大,抵抗寒冷能力越强
C.结合水失去流动性和溶解性,成为生物体的构成成分
D.一定条件下,水在细胞中的两种存在形式可相互转化
【解析】选B。沙漠地区的仙人掌细胞内含量最多的化合物是水,A正确;细胞内自由水所占比例越大,抵抗寒冷能力越弱,B错误;结合水失去流动性和溶解性,成为生物体的构成成分,C正确;一定条件下,水在细胞中的两种存在形式可相互转化,D正确。
2.(2022·海南高一检测)“水是生命之源”,这是因为水具有支持生命的独特性质。下列叙述错误的是 (　　)
A.水分子的空间结构和电子的不对称分布决定其是极性分子
B.带有正电荷或负电荷的分子(或离子)都容易与水结合
C.细胞内的大部分水与其他物质结合失去溶解性和流动性
D.氢键的存在和特点使水呈液态和具有较高的比热容
【解析】选C。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,A正确;由于水是极性分子,带负电荷和带正电荷的分子或离子都容易与水结合,B正确;细胞内小部分水与蛋白质、脂质等结合,失去流动性和溶解性,成为细胞结构的重要组成成分,C错误;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,水在常温下呈液态,D正确。
　　　　【补偿训练】
人的生命活动离不开水,下列有关人体内水的叙述,不正确的是 (　　)
A.人体肝细胞中的水有自由水和结合水两种形式
B.越冬植物细胞内结合水含量较多
C.结合水比例越大,代谢越旺盛
D.水在生物体内的化学反应中可充当反应物
【解析】选C。人体肝细胞中的水有自由水和结合水两种形式,A正确;越冬植物细胞内,代谢缓慢,结合水含量较高,B正确;自由水/结合水的比值高,新陈代谢快,C错误;水在生物体内的化学反应中可充当反应物,如水分参与光合作用等,D正确。
学习任务二:无机盐的存在形式及作用
1.无机盐存在形式及作用的两点归纳:
(1)无机盐并不都以离子的形式存在。
(2)无机盐在细胞内含量很低,但其作用非常重要,且需要保持一定的量,过少和过多都会影响生命活动。
2.无机盐参与构成的常见化合物:
无机盐种类 常见化合物
N 蛋白质、叶绿素、核酸
P 核酸、磷脂
Mg 叶绿素
S 含硫氨基酸
Fe 动物血红素
I 甲状腺激素
【学习加点料】
教材再开发:P22 【思考·讨论】拓展:
植物培养液中镁是一种重要的营养元素,植物缺镁会表现出如图叶片发黄的症状,试分析原因。
提示:镁是叶绿素的组成成分,植物缺镁,叶绿素形成受阻,相对含量较少,导致叶片发黄。
(2022·苏州高一检测)实验一:用不含钙和钾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。①实验二:若将人的红细胞置于浓盐水中,红细胞则会失水皱缩,从而丧失输送氧气的功能②。这些事实说明 (　　)
A.无机盐对维持生物体的新陈代谢有重要作用
B.无机盐是细胞中某些复杂化合物的重要组成成分
C.无机盐对维持生物体的生命活动有重要作用
D.无机盐容易进出细胞
[解题思维]
提取关键点 ①蛙心跳动与Ca和K有关②红细胞皱缩丧失输送氧气的功能
转化知识点 无机盐的作用
排除障碍点 浓盐水中细胞皱缩,说明细胞中的水运至细胞外,而不是无机盐进入细胞内
【解析】选C。由题意知,对离体蛙心进行实验时,用不含钙和钾的生理盐水灌注蛙心,收缩不能维持。用含少量钙和钾的生理盐水灌注时,蛙心可持续跳动数小时,说明含钙和钾的生理盐水对于维持蛙的心跳具有重要作用,这说明无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用。
　　　　　　　[借题发挥]　若将红细胞放入清水中,会出现何种现象
提示:红细胞会吸水膨胀,甚至涨破。
1.已知Mn2+是许多酶的活化剂,如它能激活硝酸还原酶,缺Mn2+的植物无法利用硝酸盐。这说明Mn2+ (　　)
A.对维持细胞形态和功能有重要作用
B.对维持生物体的生命活动有重要作用
C.对维持细胞酸碱平衡有重要作用
D.对调节细胞渗透压有重要作用
【解析】选B。对维持细胞形态、调节渗透压有重要作用的主要是Na+等,A、D错误;Mn2+能够激活硝酸还原酶,使硝酸发生化学变化后被植物体利用,这说明Mn2+对于维持生物体的生命活动有重要作用,B正确;维持酸碱平衡的是缓冲物质,C错误。
2.有关细胞中的无机盐说法正确的是 (　　)
A.细胞中的无机盐都是以离子的形式存在
B.细胞中的无机盐种类丰富、含量高
C.缺镁容易导致植物叶片失绿
D.大量出汗的人应多喝温开水
【解析】选C。细胞中无机盐主要存在形式是离子,A错误;无机盐在生物体内的含量较少,比水分和蛋白质含量都少,B错误;镁是叶绿素的成分,缺镁容易导致植物叶片失绿,C正确;大量出汗的人应多喝淡盐水,D错误。
卷柏生存绝技
　　　卷柏又叫九死还魂草,是因为它可以“死”而复生,这正是它的奇特之处。它的生长环境很特殊,干燥的岩石缝隙中或荒石坡上往往可以寻到它的踪迹。在水分供应充足时,卷柏吸水后枝叶舒展,翠绿可人。一旦失去水分供应,就将枝叶失绿蜷曲抱团,像枯死了一样。但卷柏凭借着有水则生、无水则“死”的生存绝技,不但旱不死,反而代代相传、繁衍生息。
探究:
(1)干旱时,卷柏体内自由水与结合水的比值变________________(填“大”或“小”)。
(2)干枯的卷柏吸水后枝叶舒展,翠绿可人,原因是什么 ________________。
(3)研究发现食用卷柏可以预防佝偻病,由此可知,卷柏中哪种无机盐的含量较高 _______________________________________。
【解析】(1)干旱时,卷柏体内自由水与结合水的比值变小,以应对干旱的环境。
(2)吸水后,新陈代谢加快,叶绿素合成旺盛以用于光合作用,故枝叶舒展,翠绿可人。
(3)佝偻病是缺钙引起的,因此推测卷柏中钙的含量可能较高。
答案:(1)小　(2)吸水后,新陈代谢加快,叶绿素合成旺盛
(3)钙
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
关键能力↓信息转化 ①水分供应充足,卷柏吸水,自由水增多,代谢旺盛
②食用卷柏可以预防佝偻病,预防佝偻病应补充钙盐
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的归纳与概括等素养
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