第一节 细胞中的元素和无机化合物
[学习目标] 1.说出组成细胞的主要元素及分类。2.说明水在细胞中的存在形式和作用。3.举例说出无机盐在细胞中的存在形式和作用。
一、构成细胞的元素
1.来源:从无机自然界中获取。
2.特点
(1)不同的元素在地壳中和在生物细胞中所占的比例各不相同。
(2)不同生物体内所含的元素种类基本相同,但每种元素的含量存在一定的差异。
3.种类:生物体中常见的元素有20多种。
4.分类:根据含量分类。
5.含量:生物细胞中含量最多的元素是O,约占细胞鲜重的65%,然后依次是C、H、N。
二、水和无机盐是细胞中的无机化合物
1.细胞中化合物的分类及含量
(1)细胞中元素的存在形式:组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在。
(2)细胞中化合物的分类及含量:化合物分为无机化合物和有机化合物。活细胞中含量最多的无机化合物是水,含量最多的有机化合物是蛋白质。
2.水赋予细胞许多特性
(1)水的含量:在活细胞中,水是含量最多的物质,约占细胞重量的2/3。
(2)水的性质:水分子之间形成氢键,使得水分子具有许多特殊的理化性质。例如,水分子具有极性;水的熔点和沸点较高。
(3)水的存在形式和作用。
3.细胞中的无机盐与生命活动关系密切
(1)含量:约占细胞重量的1%。
(2)存在形式:常以离子的形式存在。
(3)作用。
①维持细胞的渗透压和生物体液的酸碱平衡。
②参与物质组成,维持细胞正常的代谢活动。
(4)含量异常的病症(连线)。
(5)精准农业:能根据农田的土壤元素状况和作物的元素缺乏或过剩状况,实施定位、定量的精准施肥,高效地利用各类农业资源,取得较好的经济效益和环境效益。
判断正误
(1)组成细胞的各种元素都是以化合物的形式存在的。( )
【答案】 ×
【提示】 组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在,如水、蛋白质等,少数以离子形式存在。
(2)细胞中不存在无机自然界没有的特殊元素。( )
【答案】 √
(3)Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元素。( )
【答案】 ×
【提示】 Ca、Mg属于大量元素,Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo是组成细胞的微量元素。
(4)无机盐在生物体内主要以离子的形式存在。( )
【答案】 √
(5)秋冬季节,蒸腾作用弱,吸水减少,结合水含量相对提高,有利于植物抗寒。( )
【答案】 √
任务一 分析构成细胞的元素
表1为组成地壳和组成细胞的部分元素的含量(%)的比较,表2为玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重,质量分数)的比较,表3为 1976~1983年期间一项“硒的缺少与克山病发生相关性”研究的数据。
表1
元素 O Si C N H
地壳 48.60 26.30 0.087 0.03 0.76
细胞 65.0 极少 18.0 3.0 10.0
表2
元素 玉米 细胞 人体 细胞 元素 玉米 细胞 人体 细胞
氧 44.43 14.62 硫 0.17 0.78
碳 43.57 55.99 磷 0.20 3.11
氮 1.46 9.33 镁 0.18 0.16
氢 6.24 7.46 铁 0.08 0.012
钾 0.92 1.09 硅 1.17 0.005
钙 0.23 4.67 锌 — 0.01
注:其他元素占细胞干重的质量分数总计小于3%。
表3
组别 观察人数 发病人数 发病率/‰
实验组(补Se) 88 373 11 0.12
对照组(不补Se) 54 550 237 4.34
(1)表1中组成细胞的化学元素在无机自然界中都能找到,这说明了什么 细胞中的各元素含量和无机自然界中的含量大不相同,这又说明了什么
【提示】 生物界和无机自然界具有统一性。生物界和无机自然界具有差异性。
(2)表2中玉米细胞与人体细胞在组成细胞的元素种类和含量上有什么关系
【提示】 不同生物体内所含的元素种类基本相同,但每种元素的含量存在一定的差异。
(3)表2中哪些是大量元素,哪些是微量元素
【提示】 大量元素有氧、碳、氮、氢、钾、钙、硫、磷、镁;微量元素有铁、硅、锌。
(4)分析表3,请简述自变量和因变量分别是什么 从环境中的元素与人体健康关系的角度分析表3,可说明什么问题
【提示】 自变量为是否补硒,因变量为克山病的发病率。可说明生物体会因环境中缺乏某种元素而发生该元素的缺乏症。
核心归纳
1.细胞中元素的分类
(1)大量元素和微量元素划分的依据是各种元素在生物体中的含量,而不是生理作用。
(2)大量元素和微量元素都是必需元素,而生物体内含有的元素不一定都是生物体所必需的元素,如人体内可能含有Pb。
2.判断元素与化合物的四个“明确”
典型例题
1.(2025·盐城期中)有着植物界的“大熊猫”美称的红豆杉,其活细胞中含量最多的元素是( )
[A]C [B]O [C]H [D]N
【答案】 B
【解析】 活细胞内水的含量最多,故细胞内含量最多的元素为O。
2.(2025·无锡月考)研究表明缺硒可导致克山病。克山病是一种地方性心肌病,急重症病人可发生猝死。营养学和流行病学专家认为,成人每天摄取40~100 μg的硒就可以满足机体的需要。根据资料,下列解释错误的是( )
[A]硒是人体必需的化学元素
[B]硒是人体的微量元素
[C]人体只要有了硒就能正常生长发育
[D]硒在人体生长发育过程中的作用不可替代
【答案】 C
【解析】 硒是人体必需的化学元素,其作用无法替代,但人体所需的元素很多,并不是只要有了硒,人体就能正常生长发育。
任务二 分析水的特性及水与细胞代谢和抗逆性的关系
探究1 分析水的特性
资料1 在农业生产中,农民常常将收获的种子晒干进行保存,并且种子在播种前,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。
资料2 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)水为什么能成为细胞内良好的溶剂呢
【提示】 水分子的空间结构与电荷的不对称分布,使得水分子具有极性,这让几乎所有带电荷的或具有极性基团的分子都能溶解在水中。
(2)种子晒干过程中失去的水分,在细胞中以哪种形式存在 将种子晒干,在生产实践中有什么用处
【提示】 以自由水形式存在。将种子晒干,减少了其中自由水的含量,使其代谢水平降低,进而减少有机物消耗,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。
探究2 分析水与细胞代谢和抗逆性的关系
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变化,抗寒能力逐渐增强,下图表示某种植物在不同时期含水量的变化。回答下列问题。
(1)在9月初期自由水含量远高于结合水,这对植物的生长发育有什么影响
【提示】 自由水含量高,细胞代谢旺盛,有利于植物的生长发育。
(2)9~12月,植物的自由水与结合水含量的比值如何变化 试分析植物体内发生的这一变化是怎样与低温相适应的。
【提示】 自由水与结合水含量的比值逐渐减小。植物体内的自由水含量下降、结合水含量上升,可防止结冰而损害自身,使植物抗寒能力逐渐增强,有利于植物度过不良环境。
核心归纳
1.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,从而提高抗寒性。
2.自由水和结合水的比值与代谢的关系
(1)图示。
(2)曲线。
典型例题
3.(2025·无锡期中)细胞中可以溶解许多化学物质,在生物体的许多化学反应中充当溶剂的是( )
[A]蛋白质 [B]结合水
[C]自由水 [D]葡萄糖
【答案】 C
【解析】 自由水是良好的溶剂,自由水在生物体的许多化学反应中充当溶剂。
4.(2025·泰州期中)人们普遍认为,地球上最早的生命孕育在海洋中,生命从一开始就离不开水。下列有关叙述正确的是( )
[A]细胞内结合水主要与蛋白质等物质结合
[B]同一植株中老叶细胞内自由水含量远高于幼叶细胞
[C]细胞内的自由水和结合水都能参与物质运输和化学反应
[D]北方冬小麦细胞内结合水的比例在冬天来临前逐渐下降
【答案】 A
【解析】 代谢越旺盛的细胞内含有的自由水越多,同一植株中,幼叶细胞比老叶细胞内自由水含量高;自由水是良好的溶剂,能运输营养物质和代谢废物,参与化学反应,但结合水是细胞结构的重要组成部分,不作为溶剂、不参与物质运输和化学反应;北方冬小麦在冬季来临前细胞内自由水比例逐渐降低,结合水比例逐渐上升,代谢减慢,抗逆性增强。
任务三 分析细胞中无机盐的功能
资料1 一种叶绿素分子和血红素分子局部结构简图如下:
资料2 运动员在激烈的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,缺少硼时会导致只开花不结果。
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。
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。
(1)资料1说明无机盐的功能是什么
【提示】 无机盐参与物质组成。
(2)资料2说明无机盐的功能是什么
【提示】 无机盐能维持细胞正常的代谢活动。
(3)资料3说明无机盐的功能是什么
【提示】 无机盐能维持细胞的渗透压。
(4)资料4说明无机盐的功能是什么
【提示】 无机盐能维持生物体液的酸碱平衡。
核心归纳
1.元素缺乏与病症的相关性
种类 缺乏时引起的症状
Fe 人体患贫血
I 人幼年患呆小症,成年患甲状腺肿大(大脖子病)
Zn 影响人体生长发育、大脑发育和性成熟
Se 患克山病
Ca 哺乳动物缺钙会出现肌肉抽搐现象
B 只开花不结果
Mg 影响植物叶绿素的合成,影响光合作用的进行
2.“对照法”探究无机盐X是否是植物生长必需的无机盐
(1)实验设计。
(2)实验中的对照分析。
②自身对照
典型例题
5.(2025·盐城期中改编)谚语有云“收多收少在于肥”,由此说明无机盐在农作物的生命活动中发挥着重要的作用。下列关于无机盐的叙述,错误的是( )
[A]Mg是叶绿素的重要成分
[B]N是作物中蛋白质、核酸和叶绿素等物质的组成成分
[C]无机盐可以为生命活动提供能量
[D]细胞中的无机盐大多数以离子形式存在
【答案】 C
【解析】 无机盐不能为生命活动提供能量。
6.农谚有云“谷连谷,坐着哭”,这是指在同一块土地上连续多年只种谷子,其产量会逐年下降。下列相关叙述错误的是( )
[A]谷子由根部吸收的无机盐既参与物质组成,又能维持细胞的形态和功能
[B]不同的农作物对土壤矿质元素的需求是有差异的
[C] “谷连谷,坐着哭”可能与土壤缺乏某些矿质元素有关
[D]谷子秸秆充分晒干后,其体内剩余的物质主要是无机盐
【答案】 D
【解析】 当谷子秸秆充分晒干后,其中的自由水大量散失,剩余物质主要为有机物,此外还包含结合水和无机盐等成分。
随堂检测
1.(2025·无锡月考)下列有关组成生物体细胞的化学元素的叙述,正确的是( )
[A]Zn是人体中200多种酶的组成成分,这说明Zn是人体内的大量元素
[B]人体活细胞中含量最多的元素是O
[C]常吸入汽车尾气,可能在体内积累Pb等元素,因此Pb是人体需要的元素
[D]组成细胞的元素中,C、H、O、B的含量很多
【答案】 B
【解析】 Zn是人体中200多种酶的组成成分,这说明Zn参与物质组成,不能说明Zn是人体内的大量元素;常吸入汽车尾气,可能在体内积累Pb等元素,但Pb不是人体需要的元素;B是微量元素,在细胞内的含量很少。
2.(2025·宿迁月考)下列关于水的说法, 错误的是( )
[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]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的要高
[C]结合水是细胞结构的重要组成成分
[D]在盐渍条件下的植物,其细胞内结合水的含量相对较多
【答案】 B
【解析】 自由水与结合水的比值越高,抗逆性越差,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的要低。
3.无机盐对生物体的生命活动起着重要作用。下列叙述正确的是( )
[A]哺乳动物缺少钙时,会出现肌肉抽搐现象,说明无机盐对于维持细胞酸碱平衡非常重要
[B]人输液时用生理盐水而不是蒸馏水,这说明无机盐维持细胞的渗透压
[C]无机盐在细胞中含量很少,所以属于微量元素
[D]番茄植株的老叶尖端和边缘出现失绿的现象,与缺少镁有关
【答案】 B
【解析】 哺乳动物缺少钙时,会出现肌肉抽搐现象,说明无机盐维持细胞正常的代谢活动;无机盐中也包含大量元素,如N、P、Mg等;番茄植株的老叶尖端和边缘出现失绿的现象,与缺少钾有关。
4.(2024·南通期中)一位农民种植的某块农田小麦产量总是比邻近地块的低。他怀疑该农田可能是缺少某种元素,为此他将该块肥力均匀的农田分成面积相等的五小块,除施肥不同外,其他田间处理措施相同。实验结果如下表。
地块 甲 乙 丙 丁 戊
施肥 情况 尿素 碳酸二 氢钾 磷酸二 氢铵 硫酸铵 不施肥
小麦收 获量/kg 55.56 65.26 56.88 55.44 55.11
从表中可判断,该农田最可能缺少的元素是( )
[A]P [B]N [C]K [D]S
【答案】 C
【解析】 由小麦收获量可看出,施用尿素、磷酸二氢铵、硫酸铵和不施肥时产量均在55 kg左右,只有施用碳酸二氢钾的情况下小麦产量最高,说明增产与K有关,因此该农田最可能缺少的元素是K。
5.(多选)(2025·泰州月考)很多人喜欢喝茶,下图是采摘的新鲜茶叶细胞中几种化合物的含量条形图。下列有关叙述正确的有( )
[A]茶叶细胞和人体细胞所含元素的种类大致相同,但含量差异很大
[B]采摘的新鲜茶叶的细胞中既含有大量元素,又含有微量元素
[C]图中的化合物①和化合物②中共有的化学元素是C、H、O
[D]若此图只表示采摘的新鲜茶叶细胞中有机化合物的含量,则化合物②为蛋白质
【答案】 ABD
【解析】 根据活细胞中化合物的含量分析可知,化合物①和化合物②分别代表蛋白质和水,其共有元素为H和O。
植物吸收水分和无机盐依赖根尖的根毛区,水分及无机盐对植物的生长发育具有至关重要的作用。下图为将不同植物置于不同的无机盐溶液中进行培养,植物吸收不同离子的情况。
(1)施肥主要为作物提供无机盐。“追肥在雨前,一夜长一拳”,农耕者一般在雨前追施化肥的原因是化肥中的矿质元素需要溶解在水中以离子的形式被植物的根系吸收。
(2)通过图示分析,你能得出的结论是什么 (答出2点)
【提示】 植物吸收水分和无机盐是两个相对独立的过程;不同作物对同种离子的吸收有差异;同种作物对不同离子的吸收量不同。
课时作业
(时间:30分钟 分值:55分)
第1~8题每题3分,第9~10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1 细胞中的元素
1.(2025·盐城期中)下列元素在生物体内含量很少,但对维持生物体正常生命活动必不可少的元素是( )
[A]Fe、Mn、Zn、Mg [B]Zn、Cu、Mn、Fe
[C]Zn、Cu、B、C [D]C、Mn、Cu、Mo
【答案】 B
【解析】 Mg是大量元素,含量较多;Zn、Cu、Fe、Mn是微量元素;C是大量元素,含量
较多。
2.(2025·盐城月考)草通过光合作用获得能量,兔子通过吃草获得能量,草和兔子体内的各种化学元素( )
[A]种类差异很大,含量大体相同
[B]种类和含量差异都很大
[C]种类和含量都是大体相同的
[D]种类大体相同,含量差异很大
【答案】 D
【解析】 兔子通过吃草从草中获得营养物质,因而,兔子和草体内的各种化学元素的种类大体相同,但是由于生物类型的差异,二者的元素含量差异很大。
3.(2024·扬州月考)下图为元素在生物体内的含量分布情况。下列表述错误的是( )
[A]Ⅰ在无机自然界中都能找到,体现了生物界与无机自然界的统一性
[B]Ⅱ含量虽少,但却是生物体正常生命活动不可缺少的
[C]Ⅱ和Ⅲ有二十多种,一旦缺乏可能会导致相应的病症
[D]Mn、Mo、K、B属于微量元素
【答案】 D
【解析】 K属于大量元素。
知识点2 细胞中的水和无机盐
4.(2025·镇江期中)生命从一开始就离不开水,下列相关叙述错误的是( )
[A]水在细胞中以自由水和结合水两种形式存在
[B]自由水是良好的溶剂,可直接参与化学反应
[C]细胞内结合水的存在形式主要是与蛋白质、脂肪等物质结合,失去流动性和溶解性
[D]细胞内结合水/自由水比值上升,细胞抵抗不良环境的能力增强
【答案】 C
【解析】 细胞内结合水的存在形式主要是与蛋白质、多糖等物质结合,失去流动性和溶解性。
5.(2025·连云港期中)下列有关生物体内无机盐的叙述,错误的是( )
[A]人体血钙太低会出现肌肉乏力现象
[B] 番茄果实缺少钙会出现脐腐现象
[C]食物中缺碘可能会导致地方性甲状腺肿
[D]磷酸氢二钾和磷酸二氢钾等能维持生物体液的酸碱平衡
【答案】 A
【解析】 人体血钙太低会出现肌肉抽搐现象,血钙过高会出现肌肉乏力现象。
6.(2025·徐州期中)有人总结了养花秘诀:无氧不生根,无氮不长叶,无磷不开花,无镁下叶黄。下列分析错误的是( )
[A]N、P均是花卉生长过程中所需的大量元素
[B]N、P在花卉细胞中主要以化合物的形式存在
[C]Mg为叶绿素的组成元素,缺乏会影响花卉的光合作用
[D]N、P、Mg在细胞中的相对含量与无机自然界中的基本相同
【答案】 D
【解析】 细胞中常见的化学元素中,含量较多的有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等,称为大量元素。N、P均是花卉生长过程中所需的大量元素;组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在,N、P在花卉细胞中主要以化合物的形式存在;Mg为叶绿素的组成元素,叶绿素是进行光合作用的色素,缺乏Mg会影响花卉的光合作用;N、P、Mg在细胞中的相对含量与无机自然界中的相对含量存在差异。
7.(2025·徐州期中)《氾胜之书》是西汉晚期的一部农学著作,书中提到收获的粮食要“曝使极燥”,降低粮食的含水量后入仓储存。下列说法错误的是( )
[A]种子萌发形成根系后,能吸收溶于水的无机盐离子
[B]“曝使极燥”使种子细胞丧失全部水,从而抑制种子新陈代谢
[C]种子生长发育的不同时期,细胞内自由水与结合水的比值可能不同
[D]干旱环境中生长的黄豆,其细胞中结合水与自由水的比值相对较高
【答案】 B
【解析】 “曝使极燥”后,种子细胞的结合水不会丧失,自由水大部分丧失,新陈代谢减慢,便于储存。
8.(2025·盐城期中)精准农业可以根据耕地土壤状况和植物的长势实施定位、定量的精准田间管理。下列相关叙述正确的是( )
[A]植物细胞内的自由水是组成细胞的重要成分
[B]通过检测土壤湿度,保证植物细胞内自由水和结合水比例不变
[C]补充土壤中矿质元素可以提高植物合成糖类的能力
[D]植物吸收微量元素镁可用于合成叶绿素,缺镁会导致植物叶片变黄
【答案】 C
【解析】 植物细胞内的结合水是组成细胞的重要成分;自由水和结合水可以相互转化,故植物细胞内自由水和结合水比例会改变;矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分,补充土壤中矿质元素可以提高植物合成糖类的能力;镁属于大量元素。
综合提升练
9.(多选)(2025·宿迁期中)结合下列曲线,分析有关无机物在生物体内含量的说法,正确的有( )
[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①可以表示植物越冬过程中,体内自由水相对含量的变化
[C]曲线②可以表示细胞代谢速率随自由水与结合水比值的变化
[D]曲线③可以表示一粒新鲜的玉米种子被烘干的过程中,其内无机盐的相对含量变化
【答案】 ABC
【解析】 随着年龄的增长,人体细胞逐渐衰老,细胞代谢速率减慢,细胞内自由水含量减少,则自由水与结合水的比值逐渐降低,可以用曲线①表示;植物越冬过程中,代谢减慢,体内自由水相对含量逐渐降低,可以用曲线①表示;细胞内自由水与结合水比值逐渐增大的过程中,新陈代谢速率逐渐变快,当超过一定的比值时,代谢速率达到相对稳定,可用曲线②表示;玉米种子被烘干的过程中,所含水分逐渐减少,则其内的无机盐相对含量逐渐增加,最后达到一恒定值而不会下降,与曲线③不符。
10.(多选)(2025·宿迁月考)图甲表示Ⅰ、Ⅱ两种无机盐离子处于不同浓度时与作物产量的关系,图乙表示钙对某种植物花粉管生长的影响。下列相关叙述正确的有( )
[A]据图甲可知,Ⅱ的浓度为b时,对提高作物的产量最有利
[B]据图甲可知,Ⅱ的浓度为d时,虽然对提高作物产量有利,但会造成肥料的浪费
[C]据图乙可知,适宜浓度的钙有利于花粉管的生长
[D]据图乙可知,钙对花粉管生长速率的影响随钙浓度变化而变化
【答案】 BCD
【解析】 据图甲可知,Ⅱ的浓度为c~d时,对提高作物的产量最有利;据图甲可知,当Ⅱ的浓度为c左右时(曲线峰值之前),提高作物产量的效果与浓度为d时相同,因此在Ⅱ的浓度为d时,虽然对提高作物产量有利,但会造成肥料的浪费;据图乙可知,随着钙浓度的增大,植物花粉管生长速率表现为先增大后减小,因此适宜浓度的钙有利于花粉管的生长;据图乙可知,钙浓度不同时,花粉管生长速率不同,这说明钙对花粉管生长速率的影响随钙浓度变化而变化。
11.(9分)(2025·扬州月考)潍县青萝卜甜脆多汁,稍有辣味,膳食纤维丰富,具有较高的营养价值和保健功能。回答下列问题。
(1)青萝卜细胞中含量最多的化合物是 ,青萝卜种子萌发初期,细胞内结合水/自由水的值 (填“上升”“不变”或“下降”)。
(2)青萝卜甜脆多汁,是由于含水量较高,糖等多种物质溶解于水中,说明细胞中的水的功能为 ;青萝卜细胞中还有些水是不能流动的,其主要功能是 。
(3)在青萝卜生长发育过程中,需要供给足够的营养,如果钾供应不足,叶片边缘变褐色,肉质根不能正常膨大,这说明无机盐具有 的功能。
(4)Mg是水稻生长所必需的元素,如果稻田中缺乏Mg,会造成水稻减产,其原因是Mg是构成 的元素,从而影响了光合作用。
(5)科学家从某一稻田中取样分析,发现该稻田中含有Cu、K、Ca、B、Zn、P、Mn、Fe等多种元素,其中属于微量元素的是 。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)水 下降 (2)作为良好溶剂 构成细胞结构的重要组成部分(2分)
(3)维持细胞正常的代谢活动(2分) (4)叶绿素
(5)Cu、B、Zn、Mn、Fe
【解析】 (1)青萝卜细胞中含量最多的化合物是水,青萝卜种子萌发初期,细胞代谢加快,自由水含量增加,结合水含量减少,故细胞内结合水与自由水的比值下降。(2)青萝卜甜脆多汁,是由于含水量较高,糖等多种物质溶解于水中,说明细胞中的水是一种良好的溶剂。结合水是被细胞内其他物质束缚而不易自由流动的水,其主要功能是构成细胞结构的重要组成部分。(3)如果钾供应不足,叶片边缘变褐色,肉质根不能正常膨大,这说明无机盐能够维持细胞正常的代谢活动。(4)Mg可以参与构成叶绿素,叶绿素可参与光合作用,水稻缺乏Mg会影响光合作用,造成水稻减产。(5)稻田中含有Cu、K、Ca、B、Zn、P、Mn、Fe等多种元素,其中属于微量元素的是Cu、B、Zn、Mn、Fe。
12.(10分)(2024·南京月考)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,请你完成下列实验,探究上面的猜测哪个正确。
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。
实验原理:任何一种植物必需元素在植物体内都有一定的作用,一旦植物缺乏这种元素,就会表现出相应的症状。通过对苹果幼苗进行全素培养、缺锌培养和缺镁培养,并比较其生长发育状况,来判断苹果小叶病的病因。
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。
将三株长势相同的苹果幼苗分别栽培在上述A、B、C三个培养缸中。
(2)放在适宜的条件下培养一段时间,观察苹果幼苗的 。
(3)结果预测和分析: 缸内的苹果幼苗正常生长。
①若B缸内苹果幼苗表现出小叶病,而C缸内苹果幼苗不表现出小叶病,则说明
。
②若 ,则说明苹果小叶病是由缺镁引起的。
③若 ,则说明苹果小叶病既与缺镁有关,又与缺锌有关。
④若 ,则说明苹果小叶病与缺镁、缺锌都无关。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)缺镁 (2)生长发育状况 (3)A ①苹果小叶病是由缺锌引起的 ②C缸内苹果幼苗表现出小叶病,而B缸内苹果幼苗不表现出小叶病(2分) ③B、C两缸内苹果幼苗都表现出小叶病(2分) ④B、C两缸内苹果幼苗都不表现出小叶病(2分)
【解析】 (1)由实验目的分析出实验的自变量是培养液中是否含有锌元素和是否含有镁元素,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。(2)该实验的因变量为苹果幼苗的生长发育状况,所以放在适宜的条件下培养一段时间后,应观察苹果幼苗的生长发育状况。(3)结果预测和分析:A缸是全素培养液,因此A缸内的苹果幼苗正常生长。①如果B缸内苹果幼苗表现出小叶病,而C缸内苹果幼苗不表现出小叶病,则说明苹果小叶病是由缺锌引起的。②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缸内苹果幼苗不表现出小叶病。③若 B、C两缸内的苹果幼苗都表现出小叶病,则说明苹果小叶病与缺锌和缺镁都有关。④若B、C两缸内苹果幼苗都不表现出小叶病,则说明苹果小叶病与缺锌和缺镁都无关。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第一节 细胞中的元素和无机化合物
课时作业
(时间:30分钟 分值:55分)
第1~8题每题3分,第9~10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1 细胞中的元素
1.(2025·盐城期中)下列元素在生物体内含量很少,但对维持生物体正常生命活动必不可少的元素是( )
[A]Fe、Mn、Zn、Mg [B]Zn、Cu、Mn、Fe
[C]Zn、Cu、B、C [D]C、Mn、Cu、Mo
【答案】 B
【解析】 Mg是大量元素,含量较多;Zn、Cu、Fe、Mn是微量元素;C是大量元素,含量
较多。
2.(2025·盐城月考)草通过光合作用获得能量,兔子通过吃草获得能量,草和兔子体内的各种化学元素( )
[A]种类差异很大,含量大体相同
[B]种类和含量差异都很大
[C]种类和含量都是大体相同的
[D]种类大体相同,含量差异很大
【答案】 D
【解析】 兔子通过吃草从草中获得营养物质,因而,兔子和草体内的各种化学元素的种类大体相同,但是由于生物类型的差异,二者的元素含量差异很大。
3.(2024·扬州月考)下图为元素在生物体内的含量分布情况。下列表述错误的是( )
[A]Ⅰ在无机自然界中都能找到,体现了生物界与无机自然界的统一性
[B]Ⅱ含量虽少,但却是生物体正常生命活动不可缺少的
[C]Ⅱ和Ⅲ有二十多种,一旦缺乏可能会导致相应的病症
[D]Mn、Mo、K、B属于微量元素
【答案】 D
【解析】 K属于大量元素。
知识点2 细胞中的水和无机盐
4.(2025·镇江期中)生命从一开始就离不开水,下列相关叙述错误的是( )
[A]水在细胞中以自由水和结合水两种形式存在
[B]自由水是良好的溶剂,可直接参与化学反应
[C]细胞内结合水的存在形式主要是与蛋白质、脂肪等物质结合,失去流动性和溶解性
[D]细胞内结合水/自由水比值上升,细胞抵抗不良环境的能力增强
【答案】 C
【解析】 细胞内结合水的存在形式主要是与蛋白质、多糖等物质结合,失去流动性和溶解性。
5.(2025·连云港期中)下列有关生物体内无机盐的叙述,错误的是( )
[A]人体血钙太低会出现肌肉乏力现象
[B] 番茄果实缺少钙会出现脐腐现象
[C]食物中缺碘可能会导致地方性甲状腺肿
[D]磷酸氢二钾和磷酸二氢钾等能维持生物体液的酸碱平衡
【答案】 A
【解析】 人体血钙太低会出现肌肉抽搐现象,血钙过高会出现肌肉乏力现象。
6.(2025·徐州期中)有人总结了养花秘诀:无氧不生根,无氮不长叶,无磷不开花,无镁下叶黄。下列分析错误的是( )
[A]N、P均是花卉生长过程中所需的大量元素
[B]N、P在花卉细胞中主要以化合物的形式存在
[C]Mg为叶绿素的组成元素,缺乏会影响花卉的光合作用
[D]N、P、Mg在细胞中的相对含量与无机自然界中的基本相同
【答案】 D
【解析】 细胞中常见的化学元素中,含量较多的有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等,称为大量元素。N、P均是花卉生长过程中所需的大量元素;组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在,N、P在花卉细胞中主要以化合物的形式存在;Mg为叶绿素的组成元素,叶绿素是进行光合作用的色素,缺乏Mg会影响花卉的光合作用;N、P、Mg在细胞中的相对含量与无机自然界中的相对含量存在差异。
7.(2025·徐州期中)《氾胜之书》是西汉晚期的一部农学著作,书中提到收获的粮食要“曝使极燥”,降低粮食的含水量后入仓储存。下列说法错误的是( )
[A]种子萌发形成根系后,能吸收溶于水的无机盐离子
[B]“曝使极燥”使种子细胞丧失全部水,从而抑制种子新陈代谢
[C]种子生长发育的不同时期,细胞内自由水与结合水的比值可能不同
[D]干旱环境中生长的黄豆,其细胞中结合水与自由水的比值相对较高
【答案】 B
【解析】 “曝使极燥”后,种子细胞的结合水不会丧失,自由水大部分丧失,新陈代谢减慢,便于储存。
8.(2025·盐城期中)精准农业可以根据耕地土壤状况和植物的长势实施定位、定量的精准田间管理。下列相关叙述正确的是( )
[A]植物细胞内的自由水是组成细胞的重要成分
[B]通过检测土壤湿度,保证植物细胞内自由水和结合水比例不变
[C]补充土壤中矿质元素可以提高植物合成糖类的能力
[D]植物吸收微量元素镁可用于合成叶绿素,缺镁会导致植物叶片变黄
【答案】 C
【解析】 植物细胞内的结合水是组成细胞的重要成分;自由水和结合水可以相互转化,故植物细胞内自由水和结合水比例会改变;矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分,补充土壤中矿质元素可以提高植物合成糖类的能力;镁属于大量元素。
综合提升练
9.(多选)(2025·宿迁期中)结合下列曲线,分析有关无机物在生物体内含量的说法,正确的有( )
[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①可以表示植物越冬过程中,体内自由水相对含量的变化
[C]曲线②可以表示细胞代谢速率随自由水与结合水比值的变化
[D]曲线③可以表示一粒新鲜的玉米种子被烘干的过程中,其内无机盐的相对含量变化
【答案】 ABC
【解析】 随着年龄的增长,人体细胞逐渐衰老,细胞代谢速率减慢,细胞内自由水含量减少,则自由水与结合水的比值逐渐降低,可以用曲线①表示;植物越冬过程中,代谢减慢,体内自由水相对含量逐渐降低,可以用曲线①表示;细胞内自由水与结合水比值逐渐增大的过程中,新陈代谢速率逐渐变快,当超过一定的比值时,代谢速率达到相对稳定,可用曲线②表示;玉米种子被烘干的过程中,所含水分逐渐减少,则其内的无机盐相对含量逐渐增加,最后达到一恒定值而不会下降,与曲线③不符。
10.(多选)(2025·宿迁月考)图甲表示Ⅰ、Ⅱ两种无机盐离子处于不同浓度时与作物产量的关系,图乙表示钙对某种植物花粉管生长的影响。下列相关叙述正确的有( )
[A]据图甲可知,Ⅱ的浓度为b时,对提高作物的产量最有利
[B]据图甲可知,Ⅱ的浓度为d时,虽然对提高作物产量有利,但会造成肥料的浪费
[C]据图乙可知,适宜浓度的钙有利于花粉管的生长
[D]据图乙可知,钙对花粉管生长速率的影响随钙浓度变化而变化
【答案】 BCD
【解析】 据图甲可知,Ⅱ的浓度为c~d时,对提高作物的产量最有利;据图甲可知,当Ⅱ的浓度为c左右时(曲线峰值之前),提高作物产量的效果与浓度为d时相同,因此在Ⅱ的浓度为d时,虽然对提高作物产量有利,但会造成肥料的浪费;据图乙可知,随着钙浓度的增大,植物花粉管生长速率表现为先增大后减小,因此适宜浓度的钙有利于花粉管的生长;据图乙可知,钙浓度不同时,花粉管生长速率不同,这说明钙对花粉管生长速率的影响随钙浓度变化而变化。
11.(9分)(2025·扬州月考)潍县青萝卜甜脆多汁,稍有辣味,膳食纤维丰富,具有较高的营养价值和保健功能。回答下列问题。
(1)青萝卜细胞中含量最多的化合物是 ,青萝卜种子萌发初期,细胞内结合水/自由水的值 (填“上升”“不变”或“下降”)。
(2)青萝卜甜脆多汁,是由于含水量较高,糖等多种物质溶解于水中,说明细胞中的水的功能为 ;青萝卜细胞中还有些水是不能流动的,其主要功能是 。
(3)在青萝卜生长发育过程中,需要供给足够的营养,如果钾供应不足,叶片边缘变褐色,肉质根不能正常膨大,这说明无机盐具有 的功能。
(4)Mg是水稻生长所必需的元素,如果稻田中缺乏Mg,会造成水稻减产,其原因是Mg是构成 的元素,从而影响了光合作用。
(5)科学家从某一稻田中取样分析,发现该稻田中含有Cu、K、Ca、B、Zn、P、Mn、Fe等多种元素,其中属于微量元素的是 。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)水 下降 (2)作为良好溶剂 构成细胞结构的重要组成部分(2分)
(3)维持细胞正常的代谢活动(2分) (4)叶绿素
(5)Cu、B、Zn、Mn、Fe
【解析】 (1)青萝卜细胞中含量最多的化合物是水,青萝卜种子萌发初期,细胞代谢加快,自由水含量增加,结合水含量减少,故细胞内结合水与自由水的比值下降。(2)青萝卜甜脆多汁,是由于含水量较高,糖等多种物质溶解于水中,说明细胞中的水是一种良好的溶剂。结合水是被细胞内其他物质束缚而不易自由流动的水,其主要功能是构成细胞结构的重要组成部分。(3)如果钾供应不足,叶片边缘变褐色,肉质根不能正常膨大,这说明无机盐能够维持细胞正常的代谢活动。(4)Mg可以参与构成叶绿素,叶绿素可参与光合作用,水稻缺乏Mg会影响光合作用,造成水稻减产。(5)稻田中含有Cu、K、Ca、B、Zn、P、Mn、Fe等多种元素,其中属于微量元素的是Cu、B、Zn、Mn、Fe。
12.(10分)(2024·南京月考)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,请你完成下列实验,探究上面的猜测哪个正确。
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。
实验原理:任何一种植物必需元素在植物体内都有一定的作用,一旦植物缺乏这种元素,就会表现出相应的症状。通过对苹果幼苗进行全素培养、缺锌培养和缺镁培养,并比较其生长发育状况,来判断苹果小叶病的病因。
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。
将三株长势相同的苹果幼苗分别栽培在上述A、B、C三个培养缸中。
(2)放在适宜的条件下培养一段时间,观察苹果幼苗的 。
(3)结果预测和分析: 缸内的苹果幼苗正常生长。
①若B缸内苹果幼苗表现出小叶病,而C缸内苹果幼苗不表现出小叶病,则说明
。
②若 ,则说明苹果小叶病是由缺镁引起的。
③若 ,则说明苹果小叶病既与缺镁有关,又与缺锌有关。
④若 ,则说明苹果小叶病与缺镁、缺锌都无关。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)缺镁 (2)生长发育状况 (3)A ①苹果小叶病是由缺锌引起的 ②C缸内苹果幼苗表现出小叶病,而B缸内苹果幼苗不表现出小叶病(2分) ③B、C两缸内苹果幼苗都表现出小叶病(2分) ④B、C两缸内苹果幼苗都不表现出小叶病(2分)
【解析】 (1)由实验目的分析出实验的自变量是培养液中是否含有锌元素和是否含有镁元素,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。(2)该实验的因变量为苹果幼苗的生长发育状况,所以放在适宜的条件下培养一段时间后,应观察苹果幼苗的生长发育状况。(3)结果预测和分析:A缸是全素培养液,因此A缸内的苹果幼苗正常生长。①如果B缸内苹果幼苗表现出小叶病,而C缸内苹果幼苗不表现出小叶病,则说明苹果小叶病是由缺锌引起的。②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缸内苹果幼苗不表现出小叶病。③若 B、C两缸内的苹果幼苗都表现出小叶病,则说明苹果小叶病与缺锌和缺镁都有关。④若B、C两缸内苹果幼苗都不表现出小叶病,则说明苹果小叶病与缺锌和缺镁都无关。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共55张PPT)
第一章 细胞的分子组成
第一节 细胞中的
元素和无机化合物
1.说出组成细胞的主要元素及分类。2.说明水在细胞中的存在形式和作用。3.举例说出无机盐在细胞中的存在形式和作用。
一、构成细胞的元素
1.来源:从 中获取。
2.特点
(1)不同的元素在地壳中和在生物细胞中所占的比例各不相同。
(2)不同生物体内所含的元素 基本相同,但每种元素的 存在一定的差异。
3.种类:生物体中常见的元素有 多种。
无机自然界
种类
含量
20
4.分类:根据 分类。
含量
5.含量:生物细胞中含量最多的元素是 ,约占细胞鲜重的65%,然后依次是 。
O
C、H、N
二、水和无机盐是细胞中的无机化合物
1.细胞中化合物的分类及含量
(1)细胞中元素的存在形式:组成细胞的各种元素大多以 的形式存在。
(2)细胞中化合物的分类及含量:化合物分为无机化合物和有机化合物。活细胞中含量最多的无机化合物是 ,含量最多的有机化合物是 。
化合物
蛋白质
水
2.水赋予细胞许多特性
(1)水的含量:在活细胞中,水是含量 的物质,约占细胞重量的2/3。
(2)水的性质:水分子之间形成 ,使得水分子具有许多特殊的理化性质。例如,水分子具有 ;水的 和 较高。
最多
氢键
极性
熔点
沸点
(3)水的存在形式和作用。
游离
溶剂
代谢废物
蛋白质
重要成分
3.细胞中的无机盐与生命活动关系密切
(1)含量:约占细胞重量的 。
(2)存在形式:常以 的形式存在。
(3)作用。
①维持细胞的 和生物体液的 。
②参与物质组成,维持细胞正常的 。
1%
离子
渗透压
酸碱平衡
代谢活动
(4)含量异常的病症(连线)。
(5)精准农业:能根据农田的 状况和作物的 状况,实施定位、定量的精准施肥,高效地利用各类农业资源,取得较好的经济效益和环境效益。
土壤元素
元素缺乏或过剩
判断正误
(1)组成细胞的各种元素都是以化合物的形式存在的。( )
【提示】 组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在,如水、蛋白质等,少数以离子形式存在。
(2)细胞中不存在无机自然界没有的特殊元素。( )
×
√
(3)Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元素。
( )
【提示】 Ca、Mg属于大量元素,Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo是组成细胞的微量元素。
×
(4)无机盐在生物体内主要以离子的形式存在。( )
√
(5)秋冬季节,蒸腾作用弱,吸水减少,结合水含量相对提高,有利于植物抗寒。
( )
√
任务一 分析构成细胞的元素
表1为组成地壳和组成细胞的部分元素的含量(%)的比较,表2为玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重,质量分数)的比较,表3为 1976~1983年期间一项“硒的缺少与克山病发生相关性”研究的数据。
表1
元素 O Si C N H
地壳 48.60 26.30 0.087 0.03 0.76
细胞 65.0 极少 18.0 3.0 10.0
表2
元素 玉米细胞 人体细胞 元素 玉米细胞 人体细胞
氧 44.43 14.62 硫 0.17 0.78
碳 43.57 55.99 磷 0.20 3.11
氮 1.46 9.33 镁 0.18 0.16
氢 6.24 7.46 铁 0.08 0.012
钾 0.92 1.09 硅 1.17 0.005
钙 0.23 4.67 锌 — 0.01
注:其他元素占细胞干重的质量分数总计小于3%。
表3
组别 观察人数 发病人数 发病率/‰
实验组
(补Se) 88 373 11 0.12
对照组
(不补Se) 54 550 237 4.34
(1)表1中组成细胞的化学元素在无机自然界中都能找到,这说明了什么 细胞中的各元素含量和无机自然界中的含量大不相同,这又说明了什么
【提示】 生物界和无机自然界具有统一性。生物界和无机自然界具有差异性。
(2)表2中玉米细胞与人体细胞在组成细胞的元素种类和含量上有什么关系
【提示】 不同生物体内所含的元素种类基本相同,但每种元素的含量存在一定的差异。
(3)表2中哪些是大量元素,哪些是微量元素
【提示】 大量元素有氧、碳、氮、氢、钾、钙、硫、磷、镁;微量元素有铁、硅、锌。
(4)分析表3,请简述自变量和因变量分别是什么 从环境中的元素与人体健康关系的角度分析表3,可说明什么问题
【提示】 自变量为是否补硒,因变量为克山病的发病率。可说明生物体会因环境中缺乏某种元素而发生该元素的缺乏症。
「核心归纳」
1.细胞中元素的分类
(1)大量元素和微量元素划分的依据是各种元素在生物体中的含量,而不是生理作用。
(2)大量元素和微量元素都是必需元素,而生物体内含有的元素不一定都是生物体所必需的元素,如人体内可能含有Pb。
2.判断元素与化合物的四个“明确”
「典型例题」
1.(2025·盐城期中)有着植物界的“大熊猫”美称的红豆杉,其活细胞中含量最多的元素是( )
[A]C [B]O [C]H [D]N
B
【解析】 活细胞内水的含量最多,故细胞内含量最多的元素为O。
2.(2025·无锡月考)研究表明缺硒可导致克山病。克山病是一种地方性心肌病,急重症病人可发生猝死。营养学和流行病学专家认为,成人每天摄取40~
100 μg的硒就可以满足机体的需要。根据资料,下列解释错误的是( )
[A]硒是人体必需的化学元素
[B]硒是人体的微量元素
[C]人体只要有了硒就能正常生长发育
[D]硒在人体生长发育过程中的作用不可替代
C
【解析】 硒是人体必需的化学元素,其作用无法替代,但人体所需的元素很多,并不是只要有了硒,人体就能正常生长发育。
任务二 分析水的特性及水与细胞代谢和抗逆性的关系
探究1 分析水的特性
资料1 在农业生产中,农民常常将收获的种子晒干进行保存,并且种子在播种前,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。
资料2 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)水为什么能成为细胞内良好的溶剂呢
【提示】 水分子的空间结构与电荷的不对称分布,使得水分子具有极性,这让几乎所有带电荷的或具有极性基团的分子都能溶解在水中。
(2)种子晒干过程中失去的水分,在细胞中以哪种形式存在 将种子晒干,在生产实践中有什么用处
【提示】 以自由水形式存在。将种子晒干,减少了其中自由水的含量,使其代谢水平降低,进而减少有机物消耗,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。
探究2 分析水与细胞代谢和抗逆性的关系
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变化,抗寒能力逐渐增强,下图表示某种植物在不同时期含水量的变化。回答下列问题。
(1)在9月初期自由水含量远高于结合水,这对植物的生长发育有什么影响
【提示】 自由水含量高,细胞代谢旺盛,有利于植物的生长发育。
(2)9~12月,植物的自由水与结合水含量的比值如何变化 试分析植物体内发生的这一变化是怎样与低温相适应的。
【提示】 自由水与结合水含量的比值逐渐减小。植物体内的自由水含量下降、结合水含量上升,可防止结冰而损害自身,使植物抗寒能力逐渐增强,有利于植物度过不良环境。
「核心归纳」
1.自由水与结合水在一定条件下可以相互转化
(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,从而提高抗寒性。
2.自由水和结合水的比值与代谢的关系
(1)图示。
(2)曲线。
「典型例题」
3.(2025·无锡期中)细胞中可以溶解许多化学物质,在生物体的许多化学反应中充当溶剂的是( )
[A]蛋白质 [B]结合水
[C]自由水 [D]葡萄糖
C
【解析】 自由水是良好的溶剂,自由水在生物体的许多化学反应中充当溶剂。
4.(2025·泰州期中)人们普遍认为,地球上最早的生命孕育在海洋中,生命从一开始就离不开水。下列有关叙述正确的是( )
[A]细胞内结合水主要与蛋白质等物质结合
[B]同一植株中老叶细胞内自由水含量远高于幼叶细胞
[C]细胞内的自由水和结合水都能参与物质运输和化学反应
[D]北方冬小麦细胞内结合水的比例在冬天来临前逐渐下降
A
【解析】 代谢越旺盛的细胞内含有的自由水越多,同一植株中,幼叶细胞比老叶细胞内自由水含量高;自由水是良好的溶剂,能运输营养物质和代谢废物,参与化学反应,但结合水是细胞结构的重要组成部分,不作为溶剂、不参与物质运输和化学反应;北方冬小麦在冬季来临前细胞内自由水比例逐渐降低,结合水比例逐渐上升,代谢减慢,抗逆性增强。
任务三 分析细胞中无机盐的功能
资料1 一种叶绿素分子和血红素分子局部结构简图如下:
资料2 运动员在激烈的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,缺少硼时会导致只开花不结果。
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。
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。
(1)资料1说明无机盐的功能是什么
【提示】 无机盐参与物质组成。
(2)资料2说明无机盐的功能是什么
【提示】 无机盐能维持细胞正常的代谢活动。
(3)资料3说明无机盐的功能是什么
【提示】 无机盐能维持细胞的渗透压。
(4)资料4说明无机盐的功能是什么
【提示】 无机盐能维持生物体液的酸碱平衡。
「核心归纳」
1.元素缺乏与病症的相关性
种类 缺乏时引起的症状
Fe 人体患贫血
I 人幼年患呆小症,成年患甲状腺肿大(大脖子病)
Zn 影响人体生长发育、大脑发育和性成熟
Se 患克山病
Ca 哺乳动物缺钙会出现肌肉抽搐现象
B 只开花不结果
Mg 影响植物叶绿素的合成,影响光合作用的进行
2.“对照法”探究无机盐X是否是植物生长必需的无机盐
(1)实验设计。
(2)实验中的对照分析。
「典型例题」
5.(2025·盐城期中改编)谚语有云“收多收少在于肥”,由此说明无机盐在农作物的生命活动中发挥着重要的作用。下列关于无机盐的叙述,错误的是
( )
[A]Mg是叶绿素的重要成分
[B]N是作物中蛋白质、核酸和叶绿素等物质的组成成分
[C]无机盐可以为生命活动提供能量
[D]细胞中的无机盐大多数以离子形式存在
C
【解析】 无机盐不能为生命活动提供能量。
6.农谚有云“谷连谷,坐着哭”,这是指在同一块土地上连续多年只种谷子,其产量会逐年下降。下列相关叙述错误的是( )
[A]谷子由根部吸收的无机盐既参与物质组成,又能维持细胞的形态和功能
[B]不同的农作物对土壤矿质元素的需求是有差异的
[C] “谷连谷,坐着哭”可能与土壤缺乏某些矿质元素有关
[D]谷子秸秆充分晒干后,其体内剩余的物质主要是无机盐
D
【解析】 当谷子秸秆充分晒干后,其中的自由水大量散失,剩余物质主要为有机物,此外还包含结合水和无机盐等成分。
思维导图
随堂检测
1.(2025·无锡月考)下列有关组成生物体细胞的化学元素的叙述,正确的是
( )
[A]Zn是人体中200多种酶的组成成分,这说明Zn是人体内的大量元素
[B]人体活细胞中含量最多的元素是O
[C]常吸入汽车尾气,可能在体内积累Pb等元素,因此Pb是人体需要的元素
[D]组成细胞的元素中,C、H、O、B的含量很多
B
【解析】 Zn是人体中200多种酶的组成成分,这说明Zn参与物质组成,不能说明Zn是人体内的大量元素;常吸入汽车尾气,可能在体内积累Pb等元素,但Pb不是人体需要的元素;B是微量元素,在细胞内的含量很少。
2.(2025·宿迁月考)下列关于水的说法, 错误的是( )
[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]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的要高
[C]结合水是细胞结构的重要组成成分
[D]在盐渍条件下的植物,其细胞内结合水的含量相对较多
B
【解析】 自由水与结合水的比值越高,抗逆性越差,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的要低。
3.无机盐对生物体的生命活动起着重要作用。下列叙述正确的是( )
[A]哺乳动物缺少钙时,会出现肌肉抽搐现象,说明无机盐对于维持细胞酸碱平衡非常重要
[B]人输液时用生理盐水而不是蒸馏水,这说明无机盐维持细胞的渗透压
[C]无机盐在细胞中含量很少,所以属于微量元素
[D]番茄植株的老叶尖端和边缘出现失绿的现象,与缺少镁有关
B
【解析】 哺乳动物缺少钙时,会出现肌肉抽搐现象,说明无机盐维持细胞正常的代谢活动;无机盐中也包含大量元素,如N、P、Mg等;番茄植株的老叶尖端和边缘出现失绿的现象,与缺少钾有关。
4.(2024·南通期中)一位农民种植的某块农田小麦产量总是比邻近地块的低。他怀疑该农田可能是缺少某种元素,为此他将该块肥力均匀的农田分成面积相等的五小块,除施肥不同外,其他田间处理措施相同。实验结果如下表。
地块 甲 乙 丙 丁 戊
施肥情况 尿素 碳酸二氢钾 磷酸二氢铵 硫酸铵 不施肥
小麦收
获量/kg 55.56 65.26 56.88 55.44 55.11
从表中可判断,该农田最可能缺少的元素是( )
[A]P [B]N [C]K [D]S
C
【解析】 由小麦收获量可看出,施用尿素、磷酸二氢铵、硫酸铵和不施肥时产量均在55 kg左右,只有施用碳酸二氢钾的情况下小麦产量最高,说明增产与K有关,因此该农田最可能缺少的元素是K。
5.(多选)(2025·泰州月考)很多人喜欢喝茶,下图是采摘的新鲜茶叶细胞中几种化合物的含量条形图。下列有关叙述正确的有( )
[A]茶叶细胞和人体细胞所含元素的种类大致相同,但含量差异很大
[B]采摘的新鲜茶叶的细胞中既含有大量元素,又含有微量元素
[C]图中的化合物①和化合物②中共有的化学元素是C、H、O
[D]若此图只表示采摘的新鲜茶叶细胞中
有机化合物的含量,则化合物②为蛋白质
ABD
【解析】 根据活细胞中化合物的含量分析可知,化合物①和化合物②分别代表蛋白质和水,其共有元素为H和O。
联系实际 迁移应用
植物吸收水分和无机盐依赖根尖的根毛区,水分及无机盐对植物的生长发育具有至关重要的作用。下图为将不同植物置于不同的无机盐溶液中进行培养,植物吸收不同离子的情况。
(1)施肥主要为作物提供 。“追肥在雨前,一夜长一拳”,农耕者一般在雨前追施化肥的原因是
。
(2)通过图示分析,你能得出的结论是什么 (答出2点)
无机盐
化肥中的矿质元素需要溶解在水中以离子的
形式被植物的根系吸收
【提示】 植物吸收水分和无机盐是两个相对独立的过程;不同作物对同种离子的吸收有差异;同种作物对不同离子的吸收量不同。
