2.2 细胞中的无机物--人教版2019高中生物学必修1教学课件(共38张PPT)

(共38张PPT)
第2节　细胞中的无机物
第2章 组成细胞的分子
生物
学习目标
①通过分析不同生物体和组织的含水量，归纳水的含量规律，说明自由水与结合水的特征及其与细胞代谢、抗逆性的关系。（科学思维、生命观念）
②结合典型生物学实例，分析并总结无机盐的存在形式和主要功能，认同无机盐对维持生命活动的重要意义。（生命观念、科学思维）
③设计合理的对照实验，验证某种无机盐(如Mg)对植物生长的影响，并预测其结果。 （科学探究）
学习重难点
重点：
1.细胞中水的存在形式（自由水与结合水）及其功能。
2.无机盐在细胞中的主要作用。
难点：
1.自由水与结合水的相互转化机制及其与代谢、抗逆性的关联。
2.设计具备科学性、可操作性的验证无机盐作用的实验方案。
口渴了,你喝什么？
运动员在运动时怎么补水？
导入新课
成分 质量浓度/(g·L-1)
蔗糖 30
其他糖类 10
柠檬酸 10
柠檬香精 0.8
氯化钠 1.0
氯化钾 0.1
磷酸二氢钠 0.1
磷酸二氢钾 0.1
碳酸氢钠 0.1
水 1000
饮料的化学成分表
水和无机盐在细胞中各有什么作用？
无机盐
新课讲授
[探究一]细胞中的水
1.含水量 分析下列关于含水量的资料，可分别得出什么结论？
化合物 水 无机盐 蛋白质 脂质 糖类 核酸
所占比例/% 70～90 1～1.5 7～10 1～2 1～1.5 结论1：细胞中含量最多的化合物是水。
资料1.细胞中主要化合物及相对含量
依据上表中的数据可得出什么结论？
结论2：不同生物的含水量不同；
水生生物的含水量一般高于陆生生物。
依据上表中的数据，你能找到什么规律？
资料2.不同种生物的相对含水量
生物 水母 鱼类 蛙 哺乳动物 藻类 高等植物
相对含水量/% 97% 80%～85% 78% 65% 90% 60%～80%
新课讲授
[探究一]细胞中的水
新课讲授
[探究一]细胞中的水
资料3.幼儿和成人体内的含水量
生长发育阶段 婴儿 幼儿 成人 老人
含水量/% 91 72 60 50
结论3：同一生物不同生长发育阶段的含水量不同。
幼年＞老年；幼嫩部分＞成熟部分。
依据上表中的数据可得出什么结论？
资料4. 人体中几种不同器官或组织中的含水量 组织或器官 牙齿 骨骼 骨骼肌 心肌 血液
含水量/% 10 22 76 79 83
依据上表中的数据可得出什么结论？
新课讲授
[探究一]细胞中的水
结论4：同一生物不同组织或器官的含水量不同。
新课讲授
[探究一]细胞中的水
心脏和血液的含水量很接近,为何心脏呈固态而血液却呈流动的液态？
思考
水的存在形式不同
自由水（95.5%）
结合水（4.5%）
以游离的形式存在，可以自由流动
与细胞内其他化合物（蛋白质、多糖等物质）相结合
2.生物体内水的作用
分析下列材料, 结合教材P20～21,分析并总结水的作用。
资料1.细胞中有一种水可以与蛋白质、多糖等物质结合，失去流动性和溶解性。
资料2.水是光合作用的原料，呼吸作用以及许多有机物的合成和分解都需要水的参与。
资料3.组织细胞必需浸润在组织液中，红细胞必须浸润在血液中，淋巴细胞必须浸润在淋巴液中。
构成细胞和生物体结构的重要成分。
参与细胞内的许多生物化学反应。
为细胞提供液体环境。
新课讲授
[探究一]细胞中的水
分析下列材料, 结合教材P20～21,分析并总结水的作用。
资料4.细胞中的物质，如各种离子、氨基酸、葡萄糖等，必须溶于水中才能被细胞吸收和利用。
资料5.水在生物体内流动，把营养物质运送到各个细胞，同时也把各个细胞在新陈代谢中产生的代谢废物，运送到排泄器官或者直接排出体外。
细胞内良好的溶剂。
运输营养物质和代谢废物。
新课讲授
[探究一]细胞中的水
3.水分子的结构与特性
（1）水分子为什么是良好的溶剂？
（2）结合氢键的形成及特点，说明水分子为什么具有流动性。
（3）水分子为什么对维持生命系统的稳定性十分重要？
水分子是极性分子，带有正电荷或负电荷的分子(或离子)都容易与水结合。
水分子之间的氢键比较弱，易被破坏，只能维持极短时间，这样氢键不断断裂，又不断地形成，使水在常温下具有流动性。
氢键的存在使水具有较高的比热容，温度不易发生改变。
自主阅读
新课讲授
[探究一]细胞中的水
阅读教材P20～21的楷体字部分，回答下列问题。
想一想：细胞中自由水和结合水的含量是否稳定不变？
新课讲授
[探究一]细胞中的水
鸡蛋从新鲜到变质过程中，结合水的比例下降，而自由水的比例会上升。
想一想：细胞中自由水和结合水的含量是否稳定不变？
新鲜的鸡蛋清
--胶状液体
坏掉的鸡蛋清
--稀的液体
结论:在一定条件下自由水与结合水可以相互转化。
资料1.卷柏的耐旱力极强，一旦失去水分供应，就将枝叶卷曲抱团，失去绿色，根能自行从土壤中分离，卷缩似拳状随风移动，这时的卷柏几乎没有生命现象；但只要根系在水中浸泡后就又可舒展，变得翠绿可人。
(1)干旱时，卷柏体内自由水与结合水的比值如何变化
(2)干枯的卷柏吸收水分后，恢复生长，代谢变得旺盛，说明自由水含量和代谢强度的关系是什么？
一般情况下，自由水的含量越高，代谢强度越高。
降低。
4.自由水、结合水的相对含量与细胞代谢及抗逆性的关系
新课讲授
[探究一]细胞中的水
4.自由水、结合水相对含量与细胞代谢及抗逆性的关系
新课讲授
[探究一]细胞中的水
资料2. 在冬季来临之前，随着气温逐渐下降，植物体内自由水的比例降低，结合水的比例升高，能有效防止细胞内结冰，增强抗寒能力，这说明自由水的含量和抗逆性的关系是怎样的
一般来说，自由水的比例越低，结合水的比例越高，植物的抗逆性就越强。
思考：请在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。
总结归纳
自由水
结合水
概念:
在细胞中呈游离状态，可以自由流动；
含量:
多，占所有水的绝大部分
功能
①细胞内良好的溶剂
②参与细胞内的生物化学反应
③为细胞提供液体环境
④运输营养物质和代谢废物
概念:
含量:
少，占细胞内全部水分的4.5%
功能：
细胞结构的重要组成部分
与细胞内蛋白质与多糖等结合，失去流动性
水分子
相互转化
水在细胞中的存在形式：自由水和结合水
解释在生产实际中进行如下操作的原因：
（1）储存种子前晒干：
降低自由水的比例，进而降低新陈代谢速率，延长种子的寿命。
（2）种子萌发时需浇水：
增加自由水的含量，使代谢加快。
（3）越冬作物减少灌溉：
降低自由水的含量，提高作物对低温的抗性。
学以致用——与生活的联系
（4）烘干种子失去的水主要是 ，种子还能萌发吗？
结合水
不能
将小麦种子和植物秸秆等点燃烧尽，最终都会得到一些灰白色的灰烬，这些灰烬主要是什么呢
？
细胞中的无机盐
无机盐
无机盐在细胞和生物体中是如何存在的？有什么作用？
1.存在形式
——大多数以离子的形式存在
阳离子：Na+、K+ 、Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+ 、Fe3+等
阴离子：Cl-、SO42- 、PO43- 、HCO3-等
——少数以化合物的形式存在（如牙齿、骨骼中的CaCO3）
很少，仅占1%～1.5%
2.含量
含量少代表不重要吗？
新课讲授
[探究二]细胞中的无机盐
血红素分子（局部）
资料1.下图是一种叶绿素分子和血红素分子的局部结构图
一种叶绿素分子（局部）
讨论：(1)植物体缺Mg会影响光合作用，为什么
(2)有一种贫血症叫缺铁性贫血症，为什么缺Fe会导致贫血
新课讲授
[探究二]细胞中的无机盐
3.作用
Mg是叶绿素的组成元素，缺镁时叶绿素的合成受阻，进而影响光合作用。
铁参与构成血红素，缺铁导致血红素的合成障碍，进而导致贫血。
I是组成甲状腺激素的成分
资料2. 植物在缺乏N、P、K等营养物质时会出现各种症状，因此生产过程中
常要给植物施肥。若玉米在生长过程中缺乏P，植株就会特别矮小，根系发
育差，叶片小且呈暗绿偏紫色。
这说明P对于植物正常的生长发育是必不可少的。P作为植物生长发育所必需的大 量元素之一，是许多重要化合物（如核酸、ATP 等）和生物膜等的重要组成成分，也在光合作用和呼吸作用等与能量代谢有关的反应中扮演重要角色。当P供应不足时，核酸的合成会受到影响，并会波及蛋白质的合成，还会影响体内糖类的代谢。
功能一：细胞内某些复杂化合物的重要组成成分。
新课讲授
[探究二]细胞中的无机盐
3.作用
讨论:(3)植物体缺P常表现为生长发育不正常，这说明什么 分析为什么植物
体缺P会影响其生长发育。
ATP的结构式
新课讲授
[探究二]细胞中的无机盐
3.作用
资料3.人在剧烈运动时，会大量排汗，这可能会引起肌肉抽搐，这是因为有大量的Ca2+随汗液排出，造成血钙过低；而血钙过高则会出现肌无力。人体内Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸疼、无力等。
功能二：维持细胞和生物体的正常生命活动。
血钙不足→抽搐
血钙过高→肌无力
Na+缺乏→肌肉酸痛、无力等
新课讲授
[探究二]细胞中的无机盐
3.作用
资料4.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。人体红细胞在生理盐水中会保持原有的形态，在清水中则会吸水涨破。
功能三：维持细胞的渗透压平衡，维持细胞的正常形态。
9%
0.09%
失水皱缩
吸水膨胀
新课讲授
[探究二]细胞中的无机盐
3.作用
资料5.食物(蔬菜、水果)中往往含有一些碱性物质(如Na2CO3)；进行剧烈运动之后, 会感到腰酸、膝盖酸等，这是因为运动时产生了乳酸；人体血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等物质，可以中和这些变化,使体液的pH维持在7.35～7.45。
剧烈运动时：乳酸
H2O+CO2
+ NaHCO3
乳酸钠+ H2CO3
功能四：维持细胞和生物体的酸碱平衡。
在缓冲系统中进一步分解
我是实验员
如何设计实验，证明某种无机盐是这种植物生长发育所必需的？
我是实验员
实验设计：验证Mg是小麦幼苗生长发育必需的无机盐，写出实验步骤和预期结果。
材料用具：完全培养液甲、只缺Mg的培养液乙、适当的容器和固定材料、小麦幼苗、含Mg的无机盐。
1.实验原理
若缺乏某种无机盐，植物的生长发育发生障碍。植物在缺乏该种无机盐的环境中表现出某一症状，可以补充该种无机盐使植物恢复正常。
自变量：
因变量：
无关变量：
等量生长状况一致的小麦幼苗、培养环境一致、加入的培养液的体积和浓度一致等。
培养液中是否有Mg。
是否出现缺Mg症状（叶片发黄）
我是实验员
（1）空白对照
对照组：
实验组：
植物+完全培养液
（2）自身对照
对照组：
实验组：
缺Mg的培养液(加入Mg之前)
加入含Mg的无机盐后
植物+只缺Mg的培养液
2.实验中的对照
3.设计实验时应注意的事项
（1）实验中应保证实验材料的统一性，即材料的种类、数量、生长状况等应一致。(无关变量相同且适宜)
（2）每组放入的植物不能是一株，因为一株植物存在偶然性。
（3）实验原则：单一变量原则、对照原则、等量原则等。
4.实验步骤和预期结果
①将长势相似的小麦幼苗平均分成两组，编号为A、B。
②将A组小麦幼苗放在只缺Mg的培养液乙中培养，B组幼苗放在等量的完全培养液甲中培养。
③将两组小麦幼苗放在相同的适宜环境中培养数天，观察小麦幼苗的生长状况。
④向A组小麦幼苗中加入适量的含Mg的无机盐，一段时间后，观察A组小麦幼苗的生长状况。
（2）预期结果：
B组幼苗正常生长，A组幼苗不能正常生长，加入Mg后，生长恢复正常。
取材分组编号
实验处理
观察记录
我是实验员
实验组
对照组
对照组
实验组
含X的
完全培养液
幼苗
正常生长
相应的
缺X的培养液
幼苗
正常生长
X不是必需的无机盐
生长不正常
X是
必需的无机盐
正常生长
一段时间
小结：实验流程
加入X
我是实验员：验证某种无机盐是不是植物生长发育所必需的无机盐
＋
＋
实验组加入X的目的是________ _____________________________。
使实验组形成自身前后对照，以增强说服力
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．由于氢键的存在，使水可以缓解温度的变化，有利于维持生命系统的稳定性
C．结合水主要是水与蛋白质、多糖等物质结合，是细胞中水的主要存在形式
D．种子萌发时结合水与自由水的比值减小，细胞代谢增强
【练习1】
当堂训练
C
磁共振成像技术(MRI)可应用于临床疾病诊断，人体MRI的主要对象实际上是水分子，因为许多疾病会导致组织和器官内的水存在形式发生转化，磁共振对组织中水的变化非常敏感。下列叙述错误的是 (　　)
A．水是活细胞中含量最多的化合物，不同组织和器官的含水量不同
B．水在细胞中的存在形式发生转化与细胞的代谢强度无关
C．组织发生病变，新陈代谢速率往往会发生改变
D．脑水肿磁共振图像可以反映脑组织中自由水和结合水的变化情况
【练习2】
B
当堂训练
儿童缺锌会导致大脑发育不良，这说明无机盐离子( )
A.对维持酸碱平衡有重要作用
B.对维持细胞形态有重要作用
C.对调节细胞内的渗透压有重要作用
D.对维持生物体的生命活动有重要作用
【练习3】
D
当堂训练
锌是许多酶的活化剂，影响叶绿素合成有关酶的活性，镁是构成叶绿素的元素。某地区种植的冬小麦经常出现白苗病，为查明原因，某科研小组利用三组长势相同的冬小麦幼苗开展实验，如下表所示。下列分析正确的是（ ）
A．第①组的冬小麦幼苗正常生长
B．若第②③两组冬小麦幼苗均正常生长，则白苗病的病因是缺锌和镁
C．若第②组出现白苗病，第③组正常生长，则白苗病的病因是缺锌
D．若第③组出现白苗病，第②组正常生长，则白苗病的病因是缺镁
【练习4】（不定项）
当堂训练
组别 培养液 实验处理 观察指标
① 全素培养液 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
② 缺锌培养液 ③ 缺镁培养液 ACD
【练习5】
当堂训练
5.发生山体塌方且有被掩埋人员时，为了救出被掩埋人员，要迅速打通生命通道，向被困人员输送水和营养液。人体所需要的营养物质主要是水、无机盐、维生素、糖类、脂质和蛋白质。这些营养物质在人体细胞中有着重要的作用。
(1)被运送的牛奶、奶粉中都添加钙、铁等元素。其中碳酸钙是人体骨骼和牙齿中的重要组成部分，铁是血红素的重要成分，这说明无机盐的生理作用是
；如果钙离子的含量太低，会出现抽搐现象，这说明无机盐的生理作用是 。
(2)俗话说，“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。天然无污染的泉水含有Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Fe等人体必需元素，其中属于大量元素的是 。
参与物质组成或构成某些复杂的化合物
维持细胞和生物体正常的生命活动
K、Ca、P、Mg
(3)水在人体内有着重要作用，水在人体细胞中的存在形式有自由水和 两种，其中自由水的生理作用有① ② ；③运输营养物质和代谢废物；④为细胞提供液体环境。
(4)某生物小组想要验证“钙离子的含量太低，会出现抽搐现象”这一论题，用了小鼠进行了实验，请完善以下实验步骤：
①选择 ，随机均分成甲、乙两组；
②甲组小鼠饲喂适量含钙的饲料；乙组小鼠 ；
③将甲、乙小鼠放在相同且适宜的环境中饲养一段时间，并随时观察记录。
预期实验现象： 。
实验结论： 。
结合水
是细胞内良好的溶剂
参与许多生物化学反应
生长发育状况相同的小鼠若干只
饲喂等量的不含钙的饲料
甲组小鼠表现正常，乙组小鼠出现抽搐现象
钙离子的含量太低，会出现抽搐现象
课堂小结
谢谢大家