第5节 细胞中的无机物
学习目标
核心素养
1．说出水在细胞中的存在形式及作用。(重点)
2．说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。(重点)
3．了解元素和化合物与生命系统的关系。
1．通过对水和无机盐的存在形式与作用的学习，形成结构与功能相适应的生命观念。
2．通过对水和无机盐的作用的学习，养成归纳与概括的科学思维方式。
一、细胞中的水
1．含量特点
(1)含量最多。
(2)含水量与生物种类与发育阶段的关系：
2．水的存在形式及主要作用
存在形式
自由水
结合水
概念
细胞中以游离的形式存在的水
细胞中与其他物质相结合的水
含量
约占细胞内全部水分的95.5%
约占细胞内全部水分的4.5%
功能
①细胞内的良好溶剂
②参与细胞内的生物化学反应
③为细胞提供液体环境
④运送营养物质和代谢废物
是细胞结构的重要组成成分
二、细胞中的无机盐
1．含量
无机盐是细胞中含量很少的无机物，仅占细胞鲜重的1～1.5%。
2．存在形式
细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。
3．功能
(1)是细胞内许多复杂化合物的重要组成成分。
(2)维持细胞和生物体的生命活动，如哺乳动物的血液中若钙离子含量太低，会出现抽搐等症状。
(3)维持细胞的酸碱平衡。
三、细胞是多种元素和化合物构成的生命系统
1．化学元素：C、H、O、N等化学元素在细胞内含量丰富，是构成细胞中主要化合物的基础。
2．化合物
(1)以碳链为骨架的糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机化合物是构成细胞生命大厦的基本框架。
(2)糖类和脂肪提供生命活动的重要能源。
(3)水和无机盐也具有重要的生理功能。
3．在生命活动中的意义
各种元素和化合物的含量和比例保持相对稳定，保证了细胞生命活动的正常进行。
1．新鲜幼嫩的植物细胞中只含有自由水，代谢旺盛。 ( )
2．水分在细胞内不参与细胞结构组成。 ( )
3．缺铁性贫血是因为体内缺乏铁，血红蛋白不能合成。 ( )
4．细胞中的无机盐多以化合物形式存在，如CaCO3构成牙齿、骨骼。 ( )
5．小麦种子燃尽后的灰烬是无机盐。 ( )
提示：1．× 新鲜幼嫩的植物组织结合水与自由水的比例小。
2．× 结合水参与构成细胞结构组成。
3．√
4．× 细胞中的无机盐多数以离子状态存在。
5．√
细胞中的水
[问题探究]
1．在探索外星球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环节。想一想这是为什么？
提示：生命活动离不开水。生命活动是通过生物化学反应完成的，生物化学反应在水环境中进行。
2．将少量干燥种子放入干燥的试管内，放在酒精灯火焰上烘烤，试管内壁上出现少量水珠。该水分在细胞中以哪种形式存在？如果用上述烘烤后的种子播种，种子能否萌发？
提示：以结合水形式存在。如果将烘烤后的种子播种下去，种子不能萌发，因为结合水是细胞内的结构物质，失掉结合水，细胞结构被破坏，细胞死亡，导致种子失去活性。
3．粮食收获以后，为什么要晒干后储存？播种前为什么要浸种？
提示：粮食晒干后，细胞内的自由水含量降低，代谢强度降低，利于粮食的长期储存；播种前浸种可以使细胞内自由水含量增加，使代谢强度增加，从而促进种子萌发。
[归纳总结]
1．自由水与结合水相互转化的原因
(1)水分子与细胞内的亲水性物质如蛋白质、淀粉、纤维素等以氢键相结合。
(2)温度升高，水分子的动能增加，会逃脱氢键的束缚成为自由水。
2．水与代谢的关系
3．水在生产实际中的应用
生活中的现象
对此现象的解释
种子在贮存时需将种子晒干
减少自由水含量，降低种子的代谢，延长种子寿命
干种子用水浸泡后仍能萌发
失去自由水的种子仍保持其生理活性
低温环境下减少花卉浇水
提高花卉对低温的抗性
鲜种子放在阳光下暴晒，重量减轻
自由水散失，代谢减弱
干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠
种子晒干后，仍含有结合水，用酒精灯加热会失去结合水
炒熟的种子浸泡后不萌发
失去结合水的细胞失去生理活性
易错提醒：关于生物体内水分的两个“并不是”
(1)水是生命之源，但并不是水越多越好，如长期浸泡在水中的陆生植物会死亡。
(2)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。
1．当植物由代谢旺盛的生长期转入休眠期时，体内结合水与自由水的比值通常会( )
A．升高 B．下降
C．无变化 D．上下波动
A [当植物由代谢旺盛的生长期转入休眠期时，新陈代谢速率降低，体内结合水与自由水的比值升高，A正确。]
2．生物体的一切生命活动都离不开水，水是构成细胞的重要无机物，它在细胞中以结合水和自由水两种形式存在。下列叙述错误的是( )
A．自由水是各种代谢活动的介质
B．幼儿体内的含水量高于成年人
C．种子晒干后，结合水含量减少，代谢减慢
D．植物成熟部分比幼嫩部分含水量低
C [自由水是细胞内良好的溶剂，是各种代谢活动的介质，为代谢活动提供液体环境；生物体的不同发育时期含水量不同，幼儿体内含水量高于成年人，植物的幼嫩部分含水量高于成熟部分；种子晒干后，自由水含量减少，代谢减慢。]
细胞中的无机盐
[问题探究]
1．人缺Fe会患贫血，植物缺Mg叶片会发黄，请分析其中的原因，由此说明无机盐具有什么生理作用？
提示：Fe是血红蛋白的组成成分，Mg是叶绿素的成分；说明无机盐是复杂化合物组成成分。
2．激烈的足球比赛场上，运动员有时会出现下肢肌肉抽搐的现象，这是什么原因？
提示：剧烈运动使运动员大量出汗，随汗液丢失大量的钙盐，致使血液中钙离子含量太低而发生抽搐。
3．医生给病人输入药物时，为什么常用生理盐水作溶剂？
提示：质量分数为0.9%的氯化钠溶液的浓度，是人体细胞所处液体环境的浓度，也称生理盐水。当人体需要补充盐溶液或输入药物时，输入生理盐水或用生理盐水作为药物的溶剂，以保证人体细胞的生活环境不被改变，从而维持细胞的正常形态和功能。
[归纳总结]
1．无机盐的生理功能
功能
举例
细胞内某些复杂的化合物的重要组成成分
Mg2＋是叶绿素分子必需的成分，Fe2＋是血红蛋白分子必需的成分
参与并维持生物体的生命活动
哺乳动物血液中必须含有一定的Ca2＋，如果血液中钙离子的含量过低就会出现抽搐现象
维持生物体内的平衡
渗透压的平衡
Na＋、Cl－对细胞外液渗透压起重要作用，K＋则对细胞内液渗透压起重要作用
酸碱平衡(即pH平衡)
人血浆中的HCO、HPO等对血浆pH的稳定起重要作用
2.几种常见无机盐的功能
P——参与细胞膜等结构的构成。
N——参与蛋白质合成。
Fe——参与血红蛋白合成。
I——参与甲状腺激素合成。
Mg——参与叶绿素合成。
1．下列关于细胞中无机盐的叙述，错误的是( )
A．在细胞中无机盐主要以分子状态存在
B．有的无机盐可以与蛋白质结合
C．有的无机盐游离在水中维持细胞的渗透压和pH
D．Mg2＋是合成叶绿素分子的原料
A [细胞中大多数的无机盐以离子状态存在，A项错误；Fe2＋与蛋白质结合形成血红蛋白，B项正确；以离子状态存在的无机盐可以维持细胞的渗透压和pH，C项正确；叶绿素分子中含有Mg2＋，D项正确。]
2．生长在含盐量高、干旱土壤中的盐生植物，通过在液泡中贮存大量的Na＋而促进细胞吸收水分，该现象说明液泡内Na＋参与( )
A．调节渗透压 B．组成体内化合物
C．维持正常pH D．提供能量
A [液泡内的各种矿质离子等能够参与调节细胞液的渗透压，盐生植物液泡中贮存大量的Na＋，增大了细胞液的渗透压，使细胞吸水能力增强。]
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．水在细胞中以自由水和结合水两种形式存在。
2.细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。
3.无机盐对维持细胞和生物体的生命活动有非常重要的作用。
4.一些无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分。
5.糖类、蛋白质、核酸、脂质等是构成细胞生命大厦的基本框架。
1．下列关于植物体内水分的叙述，错误的是( )
A．植物体内的水分参与营养物质的运输
B．水是构成叶肉细胞的重要化合物之一
C．自由水可作为细胞内化学反应的反应物
D．同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同
D [植物体内营养物质的运输需要自由水的参与，A项正确；结合水可构成叶肉细胞的组分，B项正确；自由水可作为细胞内化学反应的反应物，参与化学反应，C项正确；萌发的种子代谢旺盛，故同种植物萌发种子的含水量高于休眠种子的含水量，D项错误。]
2．下图曲线能正确反映大豆种子萌发至幼苗过程中，细胞中自由水与结合水的比值(纵坐标)变化的是( )
A．a B．b C．c D．d
B [大豆种子萌发至幼苗过程中，细胞新陈代谢先逐渐增强，然后达到相对稳定的状态，自由水与结合水的比值先升高，然后趋于稳定，即图中b曲线。]
3．下列关于无机盐的叙述，不正确的是( )
A．可维持细胞的酸碱平衡
B．无机盐在细胞内含量相对较多
C．磷是合成核苷酸的原料
D．钾离子可调节细胞的渗透压平衡
B [无机盐在细胞内含量相对较少。]
4．人体内血钙浓度低于0.01 g/100 mL时，外界只要有轻微
刺激，神经肌肉就会出现强烈的抽搐。这一实例说明钙在人体内的重要作用之一是( )
A．维持细胞和生物体的生命活动
B．调节内环境的酸碱平衡
C．神经细胞的重要组成成分
D．维持细胞正常渗透压
A [由题意可知，当血液含钙量过低时，可导致神经肌肉抽搐，这一实例说明钙对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用。]
5．下表是几种植物部分器官灰分中各成分的含量，请根据表格回答下列几个问题。(说明：灰分即无机物)
植物成分
K2O
Na2O
CaO
MgO
Fe2O3
P2O5
SO2
SiO2
Cl
小麦种子
30.2
0.6
3.5
13.2
0.6
47.5
—
0.7
—
小麦茎叶
13.6
1.4
5.8
2.5
0.6
4.8
—
67.4
—
玉米种子
29.8
1.1
2.2
15.5
0.8
45.6
0.8
2.1
0.9
玉米茎叶
27.2
0.8
5.7
11.4
0.8
9.1
—
40.2
—
马铃薯块茎
60.0
3.0
2.6
4.9
1.1
16.9
6.5
2.1
3.4
(1)从上表的比较中可以看出，植物的________含磷最多，含钾次之。这说明这两种元素对________形成是非常重要的。
(2)从上表还可以看出，植物的茎和叶中含________较多；地下贮藏器官含________最多，这可证明该元素在贮藏淀粉的过程中起着很大作用。
(3)因此，对于收获籽粒的农作物应该多施________肥，对于收获块茎的农作物应该多施________肥。
[答案] (1)种子 果实、种子 (2)硅 钾 (3)磷 钾
课件46张PPT。第2章 组成细胞的分子第5节 细胞中的无机物最多>>游离95.5%4.5%良好溶剂生物化学反应液体环境营养物质和代谢废物细胞结构1～1.5%离子生命活动抽搐酸碱平衡C、H、O、N碳链基本框架糖类和脂肪水和无机盐相对稳定细胞中的水 细胞中的无机盐 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(七) 细胞中的无机物
(建议用时：25分钟)
[合格基础练]
1．水对细胞的活动有重要作用，细胞内的水可分为自由水和结合水，其中结合水的作用是( )
A．细胞内的良好溶剂
B．运输营养物质
C．参与细胞内许多生物化学反应
D．作为细胞结构的组成成分
D [结合水是细胞结构的组成成分。]
2．下列有关水的说法错误的是( )
A．自由水在人体内是良好溶剂
B．水能与蛋白质结合
C．人体内废物的排出需要水
D．代谢旺盛时，结合水与自由水的比值升高
D [自由水的作用有：是细胞内的良好溶剂，运送营养物质和代谢废物，参与化学反应(新陈代谢)，代谢旺盛时，自由水与结合水的比值升高。能与蛋白质结合的水为结合水。]
3．人体内缺少钠盐时，会四肢无力，恶心呕吐甚至胸闷。这个事实说明无机盐的作用是( )
A．组成生物体的重要结构 B．调节细胞的pH
C．维持生物体的生命活动 D．是人体重要的能源物质
C [此题考查无机盐的作用。缺少钠盐时，会四肢无力，恶心呕吐甚至胸闷，因此说明钠盐能维持生物体的生命活动。]
4．碳酸酐酶含有一条卷曲的多肽链和一个锌离子。该酶能催化反应H2CO3→CO2＋H2O，可使人免于CO2中毒。以上现象说明锌离子不参与( )
A．调节细胞外液渗透压 B．组成体内化合物
C．维持pH稳定 D．维持正常生命活动
A [碳酸酐酶中含有锌离子，说明锌离子能组成化合物；该酶催化的结果是导致H2CO3分解，使人免于CO2中毒，表明锌离子能维持pH稳定和维持正常生命活动。]
5．下列关于无机盐的叙述，错误的是( )
A．缺铁性贫血是因为体内缺乏铁，血红蛋白不能合成
B．Mg2＋是叶绿素的成分之一，缺Mg2＋影响光合作用
C．细胞中的无机盐大多数以化合物的形式存在，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，所以常在食盐中加碘
C [铁是血红蛋白的组成成分，缺铁则不能合成血红蛋白；Mg2＋是叶绿素的组成成分，缺Mg2＋则不能合成叶绿素，进而影响光合作用；细胞中的无机盐大多数以离子的形式存在；碘是合成甲状腺激素的原料，在食盐中加碘是为了补充碘，预防因缺碘而引起的地方性甲状腺肿。]
6．在植物细胞中，自由水和结合水的相对含量的变化，是与生命活动相适应的。
(1)农民将新收获的种子放在场院晒，是为了除去部分________，然后再将其储存。这样做有两个目的，一是防止水分过多而霉变；二是可降低种子的_________作用，从而减少有机物的消耗。说明_________水多、代谢旺盛。
(2)如果将晒过的种子再用火烤，失去的是________水。
(3)血液凝固时，________水变成__________水，说明
______________________________________________________。
[答案] (1)自由水 呼吸 自由 (2)结合 (3)自由 结合 自由水和结合水是可以相互转化的
[等级过关练]
7．某运动饮料广告词：“解口渴，更解体渴。”其中的“解体渴”主要是指( )
A．该饮料中含有大量水，补充剧烈运动散失的水分
B．该饮料中含有葡萄糖，补充剧烈运动散失的能量
C．该饮料中含有大量水和少量无机盐，补充剧烈运动散失的水分和无机盐
D．该饮料中添加的无机盐，能补充剧烈运动散失的能量
C [“解口渴”主要是补充机体内的水分，“解体渴”除补充水分外，还补充机体损失的无机盐。无机盐不能提供能量。]
8．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
C [根据单因子变量原则，研究丙离子的浓度大小对植物生长的影响，要保持甲、乙离子的浓度相同。]
9．设计一个实验证明镁盐为小麦生活必需的无机盐，根据提供的实验材料用品，完成实验步骤，并得出相应结论。
(1)材料用品：完全培养液甲，缺镁的完全培养液乙，适当的固定材料，广口瓶若干，长势相似的小麦幼苗，含镁的无机盐。
(2)方法步骤：
①取两个洁净的广口瓶编号A、B，并向A中加入一定量的完全培养液甲，向B中加入______________________________________________________。
②取________________分为两组，将其中一组放入A瓶中，另一组放入B瓶中。
③将两广口瓶置于________条件下培养一段时间，观察____________。
(3)实验现象：A瓶____________，B瓶____________。
结论：______________________________________________________。
(4)通过以上实验还不能完全证明镁盐为植物生活所必需的无机盐，应如何补充才能说明问题？
______________________________________________________
______________________________________________________。
[解析] 根据实验目的，本实验的自变量是营养液中镁的有无，其他条件均应相同。溶液培养法可以用来判定某元素是不是必需元素，运用对照原则，将小麦幼苗随机分为两组，分别放在含镁和不含镁的培养液中培养，观察实验结果，对结果进行分析，得出结论。
[答案] (2)①等量的缺镁的完全培养液乙 ②长势相似的小麦幼苗 ③相同的适宜 小麦幼苗的生长状况
(3)小麦幼苗生长正常 小麦幼苗不能正常生长 镁盐是植物生活所必需的无机盐 (4)再向B瓶中添加适量镁盐，观察小麦幼苗能否恢复正常生长
