2024年高中生物新教材同步必修第一冊 第2章 第2節(jié)　細胞中的無機物

第2節(jié)細胞中的無機物[學習目標]1.簡述水在細胞中的存在形式和作用。2.說出無機鹽在細胞中的存在形式和主要作用。一、細胞中的水1．水的含量(1)在活細胞中含量最多的化合物是水。(2)生物種類不同含水量不同，一般為60%～95%，水母的含水量達到97%。2．水的特點(1)水分子是極性分子，因此水是良好的溶劑。(2)水分子具有氫鍵，易于斷裂和形成，使水具有流動性和較高的比熱容。3．水的存在形式及作用形式自由水結合水概念細胞中絕大部分的水呈游離狀態(tài)，可以自由流動與細胞內(nèi)的其他物質(zhì)相結合的水功能①細胞內(nèi)良好的溶劑；②參與生物化學反應；③為細胞提供液體環(huán)境；④運送營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物是細胞結構的重要組成部分4.水的含量與細胞代謝和抗逆性的關系正常情況下，細胞內(nèi)自由水所占的比例越大，細胞的代謝就越旺盛；而結合水越多，細胞抵抗干旱和寒冷等不良環(huán)境的能力就越強。判斷正誤(1)生物種類不同，含水量不同，如陸生生物含水量多于水生生物()(2)生物的含水量與生長發(fā)育階段有關，幼嫩組織的細胞中含水量高()(3)曬干的種子不含自由水()答案(1)×(2)√(3)×解析(1)不同種類的生物體中，水的含量不同，水生生物含水量比陸生生物的多。(3)曬干的種子中自由水含量較低，而非不含自由水。任務一：分析細胞中水的存在形式及其相互轉(zhuǎn)化1．剛收獲的小麥種子，農(nóng)民往往將其曬干后再儲藏，在這個過程中，種子丟失的主要是哪種形式的水？種子還有活性嗎？提示該過程中種子丟失的主要是自由水；種子仍保留活性。2．如果將曬干的種子放在試管中加熱，會發(fā)現(xiàn)試管壁上有水珠出現(xiàn)，該過程中種子丟失的主要是哪種形式的水？種子還有活性嗎？提示該過程中種子丟失的主要是結合水；種子失去活性。3．曬干的種子能夠長久保存，浸泡吸水后能夠萌發(fā)，據(jù)此推斷自由水和結合水的比值與細胞的代謝強度之間有什么關系？提示在一定范圍內(nèi)，自由水和結合水的比值越大，細胞代謝越旺盛。4．越冬的植物、干旱地區(qū)植物的細胞中，結合水含量升高，這表明自由水和結合水的比值與生物的抗逆性有什么關系？提示在一般情況下，自由水和結合水的比值越小，細胞抗逆性越強。1．自由水與結合水的相互轉(zhuǎn)化(1)條件：自由水eq\o(,\s\up7(溫度降低),\s\do5(溫度升高))結合水。(2)實例①烘干種子時，部分結合水轉(zhuǎn)化為自由水散失掉。②水果放入冰箱冷藏時，部分自由水轉(zhuǎn)化為結合水。2．自由水與結合水相對含量與細胞代謝的關系(1)圖示(2)曲線1．人們普遍認為，地球上最早的生命孕育在海洋中，生命從一開始就離不開水。下列關于水的說法錯誤的是()A．水是極性分子，帶電分子(或離子)易與水結合，因此水是一種良好的溶劑B．由于氫鍵的存在，使水可以緩解溫度的變化，有利于維持生命系統(tǒng)的穩(wěn)定性C．結合水主要是水與蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)結合，是細胞中水的主要存在形式D．種子萌發(fā)時結合水與自由水的比值減小，細胞代謝增強答案C解析自由水是細胞中水的主要存在形式，結合水是細胞結構的重要組成成分，可與蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)結合，賦予各種組織、器官一定的形狀、硬度和彈性，C錯誤。2．(2023·河南南陽高一期中)水在植物的生命活動中具有重要作用。風干的種子只有吸收足夠的水才能進行旺盛的代謝活動，使胚生長。小麥種子萌發(fā)過程中吸水量隨時間變化的趨勢如圖所示。下列敘述錯誤的是()A．經(jīng)階段Ⅰ吸水后，種子中的水主要是以自由水的形式存在B．風干的小麥種子中只有結合水，沒有自由水C．胚生長過程中，結合水/自由水的比值較風干種子中小D．一定時間內(nèi)，隨著小麥種子萌發(fā)時間的延長，吸水量不斷增加答案B解析風干的小麥種子中含有結合水和自由水，B錯誤。二、細胞中的無機鹽1．存在形式和含量2．無機鹽的生理功能生理功能舉例組成某些復雜化合物①Mg是構成葉綠素的元素；②Fe是構成血紅素的元素；③P是組成細胞膜、細胞核的重要成分，也是細胞必不可少的許多化合物的成分維持細胞和生物體的生命活動①Na＋缺乏會引發(fā)肌肉酸痛、無力等；②哺乳動物血液中Ca2＋的含量太低，會出現(xiàn)抽搐等癥狀維持生物體內(nèi)的平衡①滲透壓的平衡；②酸堿平衡判斷正誤(1)細胞中，無機鹽均以離子形式存在()(2)無機鹽含量過多或過少都會影響生物體的正常生命活動()(3)植物秸稈燃燒產(chǎn)生的灰燼中含有豐富的無機鹽()答案(1)×(2)√(3)√解析(1)細胞中大多數(shù)無機鹽以離子的形式存在。任務二：分析并探究無機鹽的作用1．無機鹽在細胞(鮮重)中的含量僅為1%～1.5%，但卻有著重要的作用，請結合下列材料分析無機鹽的有關知識。(1)材料1一種葉綠素分子和血紅素分子局部結構簡圖如下：由材料可以看出，無機鹽是某些復雜化合物的重要組成成分。(2)材料2足球運動員在激烈比賽中有時會出現(xiàn)肌肉抽搐的現(xiàn)象，這是隨著汗液丟失了大量鈣離子引起的；硼能促進花粉的萌發(fā)和花粉管的生長，缺少硼時常導致“花而不實”。由材料說明，無機鹽對維持生物體的正常生命活動有著重要的意義。(3)材料3生理鹽水是指與哺乳動物血液和淋巴液等滲的無機鹽溶液，常用的是質(zhì)量分數(shù)為0.9%的氯化鈉溶液。人體的紅細胞在生理鹽水中會保持原有的形態(tài)，如果放到清水里，會吸水漲破。由材料說明，無機鹽能調(diào)節(jié)人體的滲透壓，維持細胞的正常形態(tài)。(4)材料4人體代謝過程中產(chǎn)生的一些代謝物質(zhì)會改變體液的酸堿度，人體血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等物質(zhì)，可以中和這些變化。由材料說明，無機鹽對于維持人體內(nèi)環(huán)境酸堿平衡的相對穩(wěn)定具有重要作用。2．“焦邊”是由缺鉀所引起的植物葉片邊緣出現(xiàn)枯黃色的現(xiàn)象。請完善實驗步驟探究小麥“焦邊”是由缺鉀導致的，準備以下材料用具：若干株長勢基本相同的小麥幼苗、濃度相同的全素培養(yǎng)液、缺鉀全素培養(yǎng)液等。(1)實驗步驟：①取兩只廣口瓶，編號為甲、乙。在甲瓶加入100mL的全素培養(yǎng)液，向乙瓶中加入_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；②將____________________________________________________________________________分別栽種在甲、乙培養(yǎng)瓶中；③在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間，觀察________________________________________。(2)實驗結果與結論：①若甲瓶的小麥幼苗正常生長，____________________________________________________________________________________________________________________________________，則說明小麥葉片“焦邊”是由缺鉀引起的；②若___________________________________________________________________________，則說明小麥葉片“焦邊”不是由缺鉀引起的。(3)通過實驗證實“焦邊”是由缺鉀導致的，為增強實驗的說服力，在上述實驗的基礎上如何改進完善？_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示(1)①100mL缺鉀全素培養(yǎng)液②長勢基本相同的小麥幼苗隨機均分為兩組③小麥葉片是否出現(xiàn)“焦邊”現(xiàn)象(2)①乙瓶的小麥葉片出現(xiàn)“焦邊”現(xiàn)象②甲、乙瓶中的小麥均未出現(xiàn)“焦邊”現(xiàn)象(3)可以在缺鉀全素培養(yǎng)液中加入鉀，觀察植物葉片生長是否恢復正常3．下列關于無機鹽的敘述，錯誤的是()A．缺鐵性貧血是由于體內(nèi)缺乏鐵，不能合成血紅素引起的B．鎂是構成葉綠素的成分之一，缺鎂會影響光合作用的進行C．患急性腸胃炎的病人脫水時只需要補充體內(nèi)丟失的水分D．碘是合成甲狀腺激素的原料，所以常在食鹽中加碘答案C解析患急性腸胃炎的病人脫水時，不僅需要補充水分，還需要補充體內(nèi)丟失的無機鹽，C錯誤。4．蘋果含有微量元素Zn，而Zn是構成與記憶力息息相關的核酸和蛋白質(zhì)不可缺少的元素，兒童缺Zn會導致大腦發(fā)育不良，因此蘋果又稱為記憶之果。這說明無機鹽離子()A．對維持酸堿平衡有重要作用B．對維持細胞形態(tài)有重要作用C．對調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的濃度有重要作用D．對維持生物體的生命活動有重要作用答案D解析由題干信息“Zn是構成與記憶力息息相關的核酸和蛋白質(zhì)不可缺少的元素，兒童缺Zn就會導致大腦發(fā)育不良”，這說明無機鹽對于維持生物體的正常生命活動有重要作用，D正確。題組一細胞中的水1．(2023·貴州貴陽高一期中)圖甲表示幾種生物體內(nèi)的含水量，圖乙表示人體內(nèi)有關組織或器官的含水量。對圖中數(shù)據(jù)分析，可以得出的結論是()①構成生物體的成分中水的含量最多②生物體的含水量與生物的生活環(huán)境密切相關③代謝旺盛的組織器官含水較多④組織器官的形態(tài)結構差異與水的存在形式相關A．①②③④ B．僅①②③C．僅①② D．僅①答案A解析由圖甲可知，構成生物體的成分中水的含量最多，①正確；由圖甲可知，水生生物的含水量高于陸生生物，說明生物體的含水量與其生活環(huán)境密切相關，②正確；由圖乙可知，代謝旺盛的組織或器官中含水量較多，③正確；由圖乙可知，血液和心臟的含水量相差無幾，但心臟呈固態(tài)，而血液呈液態(tài)，說明組織或器官的形態(tài)差異與水的存在形式相關，④正確。2．下列有關細胞內(nèi)水的功能的敘述中，不正確的是()A．參與新陳代謝，運輸代謝廢物B．儲存能量C．是細胞結構的重要組成成分D．作為良好的溶劑答案B解析水屬于無機物，不能儲存能量，B錯誤。3．(2023·河北保定高一月考)豌豆的種子有圓粒和皺粒。圓粒種子含淀粉多，成熟時能有效地保留水分。而皺粒種子含蔗糖多，在成熟時由于失水而皺縮。下列有關敘述錯誤的是()A．細胞內(nèi)的水有自由水和結合水兩種形式B．圓粒種子保留的水分主要是結合水C．皺粒種子失去的水分主要是自由水D．種子儲存前要曬干的主要目的是防止霉變答案D解析新鮮種子中含水量越高，細胞的代謝越旺盛，種子越不容易儲存，故在儲存前要曬干，以抑制種子的代謝，并防止霉變，D錯誤。4.如圖所示為水分子結構示意圖，根據(jù)所學知識判斷，下列說法正確的是()A．水之所以是良好的溶劑，是因為結構①這種弱引力的存在B．結構②使水分子成為極性分子，從而使水具有較高的比熱容C．水在細胞中多以自由水形式存在，在生命活動中承擔重要作用D．細胞中結合水的含量是不斷變化的，結合水越多，細胞代謝越旺盛答案C解析①是氫鍵，由于氫鍵這種弱引力的存在，使得水在常溫下具有流動性、較高比熱容，水之所以是良好的溶劑是因為水分子是極性分子，A錯誤；②是共價鍵，氫、氧原子對電子的吸引能力不同，使得水分子具有不對稱性，成為極性分子，帶有正電荷或負電荷的分子(或離子)都容易與水結合，使水成為良好的溶劑，B錯誤；細胞中自由水的含量是不斷變化的，自由水所占比例越大，細胞代謝越旺盛，D錯誤。5．磁共振技術可應用于臨床疾病診斷。因為許多疾病會導致組織和器官內(nèi)水分發(fā)生變化，這種變化恰好能在磁共振圖像中反映出來。下列有關敘述錯誤的是()A．構成人體的不同組織和器官含水量不同B．水是細胞內(nèi)良好的溶劑C．水分子的化學性質(zhì)與其結構無關D．發(fā)生病變的器官，代謝強度可能會發(fā)生改變答案C解析若水與其他親水性物質(zhì)結合形成結合水，其結構與自由水相比，肯定會有所變化，進而化學性質(zhì)也會發(fā)生變化，C錯誤。題組二細胞中的無機鹽6．無機鹽對生物體的生命活動起著重要作用。下列敘述正確的是()A．血液中Ca2＋含量太低，動物會出現(xiàn)抽搐等癥狀，說明無機鹽對于維持細胞酸堿平衡非常重要B．人輸液時用生理鹽水而不是蒸餾水，這說明無機鹽在維持細胞的正常形態(tài)和功能中具有重要作用C．無機鹽在細胞中含量很少，所以屬于微量元素D．哺乳動物體內(nèi)Na＋含量增加，會導致肌肉酸痛、無力答案B解析血液中Ca2＋含量太低，會出現(xiàn)抽搐等癥狀，說明無機鹽對于維持生物體的生命活動具有重要作用，A錯誤；無機鹽中也包含大量元素，如N、P、Mg等，C錯誤；哺乳動物體內(nèi)Na＋缺乏，會導致肌肉酸痛、無力等，D錯誤。7．某醫(yī)生在對離體蛙心進行實驗中發(fā)現(xiàn)，用不含鈣和鉀的生理鹽水灌注蛙心，收縮不能維持。用含少量鈣和鉀的生理鹽水溶液灌注時，蛙心可持續(xù)跳動數(shù)小時，實驗說明鈣鹽和鉀鹽()A．是細胞中某些復雜化合物的重要組成部分B．對維持生物體的生命活動有重要作用C．對維持細胞的形態(tài)有重要作用D．為蛙心的持續(xù)跳動提供能量答案B解析該實驗不能說明鈣鹽和鉀鹽是細胞中某些復雜化合物的重要組成部分，A錯誤；無機鹽具有維持細胞滲透壓、保持細胞形態(tài)的重要作用，但是本實驗未體現(xiàn)，C錯誤；鈣鹽和鉀鹽不具有提供能量的作用，D錯誤。8．(2023·北京西城高一期末)植物缺鉀會引起葉片邊緣出現(xiàn)枯黃的現(xiàn)象。下表是某課外小組探究鉀對植物生長影響的培養(yǎng)液配方，下列相關敘述不正確的是()組別培養(yǎng)液類型培養(yǎng)液所含主要成分的質(zhì)量濃度/(mg·L－1)KNO3CaCl2·2H2OMgSO4·7H2O(NH4)2SO4甲完全培養(yǎng)液25000150150134乙缺素培養(yǎng)液0150250134A.Mg2＋是合成葉綠素必需的無機離子B．設置甲組的目的是作為實驗的對照組C．若營養(yǎng)液的濃度過高會導致植物萎蔫D．該方案能達到探究鉀對植物生長影響的目的答案D解析分析表格可知，兩組營養(yǎng)液中MgSO4·7H2O用量不同，且缺素培養(yǎng)液缺K＋也缺NOeq\o\al(－,3)，無法排除硝酸根離子對實驗結果的影響，故該方案不能達到實驗目的，D錯誤。9．倉儲小麥等種子或糧食要純凈干燥、顆粒完整，但有時候儲存不當會生出一種小蟲子，這種小蟲子叫赤擬谷盜。它們一生都不需要“飲水”，也吃不到含水豐富的食物，可它們?nèi)阅苷Ｉ睿湓蚴?)A．赤擬谷盜的生命活動不需要水B．赤擬谷盜體內(nèi)儲存著供其一生用的水C．赤擬谷盜的細胞內(nèi)結合水比自由水含量高D．赤擬谷盜在新陳代謝中產(chǎn)生水答案D解析正常生物的生命活動都離不開水，結合題意可知，赤擬谷盜雖不飲水，也吃不到含水量豐富的食物，可它們?nèi)阅苷Ｉ睿且驗槠鋾么x過程中產(chǎn)生的水，D正確。10．“有收無收在于水，收多收少在于肥?！蹦成锱d趣小組以玉米幼苗為實驗材料進行了如下探究實驗。下列敘述中，錯誤的是()A．步驟一損失的水在細胞中主要以游離形式存在，是細胞內(nèi)的良好溶劑B．步驟二損失的水主要與細胞內(nèi)其他物質(zhì)相結合，在細胞內(nèi)的含量相對穩(wěn)定C．步驟三損失的主要是無機鹽，它們在細胞中主要以離子形式存在D．干旱環(huán)境中生長的玉米，其細胞中結合水與自由水的比值相對較高答案C解析構成細胞的有機物容易燃燒，步驟三損失的是構成細胞的有機物，步驟三剩余的灰分為無機鹽，C錯誤。11．結合下列曲線，分析有關無機物在生物體內(nèi)含量的說法，錯誤的是()A．曲線①可表示植物越冬過程中，體內(nèi)水相對含量的變化B．曲線②可表示細胞代謝速率隨自由水與結合水比值的變化C．曲線①可表示人一生中體內(nèi)自由水與結合水的比值隨年齡變化的曲線D．曲線③可表示一粒新鮮的玉米種子在烘箱中被烘干的過程中，其內(nèi)無機鹽相對含量的變化答案D解析植物越冬過程中，體內(nèi)細胞代謝逐漸減弱，推測體內(nèi)水含量逐漸減少，所以曲線①可以表示植物越冬過程中，體內(nèi)水相對含量的變化，A正確；在一定范圍內(nèi)，自由水與結合水的比值越大，細胞代謝越旺盛，B正確；人的一生中，隨著年齡增長，細胞代謝活動逐漸降低，因此曲線①可表示人一生中體內(nèi)自由水與結合水的比值隨年齡的變化，C正確；玉米種子被烘干的過程中所含水分越來越少，其內(nèi)的無機鹽相對含量逐漸增加，最后達到一恒定值，D錯誤。12．為探究干旱脅迫對不同種源赤皮青岡幼苗葉片自由水和結合水含量的變化，某科研小組開展了相關研究，結果如表(CK：對照組；T1：輕度干旱脅迫；T2：中度干旱脅迫；T3：重度干旱脅迫)。下列說法錯誤的是()地區(qū)指標CKT1T2T3浙江慶元自由水含量47.9448.3840.6130.15結合水含量25.6028.4730.6338.97自由水/結合水1.871.701.330.77湖南洞口自由水含量51.6149.7939.1731.08結合水含量19.7524.2626.2332.43自由水/結合水2.612.051.490.96A.隨干旱脅迫加劇，葉片中的部分水分失去流動性和溶解性B．隨干旱脅迫加劇，葉片中自由水含量均下降C．隨干旱脅迫加劇，葉片中細胞代謝均逐漸減弱D．隨干旱脅迫加劇，幼苗對低溫的適應能力可能逐漸增強答案B解析由題中信息可知，隨干旱脅迫加劇，結合水含量一直上升，所以葉片中的部分水分失去流動性和溶解性，A正確；隨干旱脅迫加劇，葉片中自由水含量不是均下降，浙江慶元幼苗輕度干旱脅迫(T1)下自由水含量比對照組高，B錯誤；隨干旱脅迫加劇，自由水/結合水的值一直降低，所以葉片中細胞代謝均逐漸減弱，C正確；隨干旱脅迫加劇，自由水/結合水的值一直降低，幼苗對低溫的適應能力可能逐漸增強，D正確。13．圖甲表示A、B兩種無機鹽離子處于不同濃度時與作物產(chǎn)量的關系；圖乙表示鈣對某種植物花粉管生長的影響。下列相關敘述中，不正確的是()A．據(jù)圖甲可知，B的濃度為b時，對提高作物的產(chǎn)量最有利B．據(jù)圖甲可知，B的濃度為d時，雖然對提高產(chǎn)量有利，但會造成肥料的浪費C．據(jù)圖乙可知，適宜濃度的鈣有利于花粉管的生長D．據(jù)圖乙可知，鈣對花粉管生長速率的影響隨濃度變化而變化答案A解析據(jù)圖甲可知，B的濃度在c～d范圍內(nèi)時，對提高作物的產(chǎn)量最有利，A錯誤；據(jù)圖甲可知，當B的濃度為c左右時(曲線峰值之前)，提高作物產(chǎn)量的效果與濃度為d時相同，而d＞c，因此在B的濃度為d時，雖然對提高產(chǎn)量有利，但會造成肥料的浪費，B正確；據(jù)圖乙可知，植物花粉管生長速率隨著鈣離子濃度的增大，表現(xiàn)為先增大后減小，因此適宜濃度的鈣有利于花粉管的生長，C正確；據(jù)圖乙可知，鈣的濃度對花粉管的生長有影響，花粉管生長速率隨鈣的濃度的變化而變化，D正確。14．清朝揚州八怪之一的鄭板橋有詩云：“東北人參鳳陽梨，難及濰縣蘿卜皮”。濰縣青蘿卜甜脆多汁，稍有辣味，膳食纖維豐富，具有較高的營養(yǎng)價值和保健功能。請回答下列問題：(1)青蘿卜細胞中含量最多的化合物是________，青蘿卜種子萌發(fā)初期，結合水與自由水的比值________(填“上升”“不變”或“下降”)。(2)青蘿卜甜脆多汁，是由于含水量較高，糖等多種