資源簡介

第一節　水和無機鹽是構成細胞的重要無機物
1.說出細胞主要由C、H、O、N、P、S等元素構成。
2.指出水大約占細胞重量的2/3,以自由水和結合水的形式存在,賦予了細胞許多特性,在生命活動中具有重要作用。
3.舉例說出無機鹽在細胞內含量雖少,但與生命活動密切相關。
　1.采用歸類法分析比較主要元素與微量元素。
2.歸納、概括水和無機鹽在生命活動中的作用,并對兩者的含量、存在形式等進行比較。
一、細胞主要由C、H、O、N、P和S等元素組成
1.構成細胞的主要元素
主要包括C、H、O、N、P和S等,其中C、H、O、N四種元素在人體中所占比重在96%以上。
2.微量元素
是在人體中的含量很低,但對維持細胞正常的結構和生命活動均起著重要作用的元素。
組成人體的化學元素在元素周期表上都有,它普遍存在于非生物界,生物界沒有特殊的“生命元素”,這個事實說明什么
提示:說明生物界與非生物界具有統一性。
二、水為生命活動提供了條件
1.水的含量
細胞的含水量一般為60%～90%,水是生物體內含量最多的化合物。
2.水的特性
(1)水分子中由于正負電荷的吸引,水分子之間會形成氫鍵。
(2)一個水分子可以通過氫鍵與另外4個水分子相連,這是水分子的締合。
3.水的功能
(1)水作為良好的溶劑,能幫助溶解和運輸營養物質及代謝產物。
(2)水分子之間的氫鍵使得水具有調節溫度的作用。
(3)水還是細胞中某些代謝的反應物和產物。
(4)水在動、植物的分布、繁殖、生長發育以及動物體色、動物行為等方面有著深遠的影響。
玉米種子入庫前必須干燥處理,降低種子中的含水量,試分析其中的生物學原理。
提示:含水量低能降低種子的代謝,減少有機物消耗;同時能防止種子發霉。
三、無機鹽與細胞生活密切相關
1.無機鹽的存在形式和含量
(1)含量:在生物體內含量不高,約占1%～1.5%。
(2)存在形式:多數以離子形式存在。
2.生理功能
(1)對維持生物體的生命活動有著重要的作用:維持血漿的正常濃度、酸堿平衡以及神經、肌肉的興奮性等,如哺乳動物血液中的Ca2+含量過低,則會發生抽搐。
(2)是細胞的重要組成成分之一:如磷酸鈣是骨細胞的重要成分。
(3)是某些復雜化合物的重要組成成分:如Mg2+是葉綠素的必需成分、Fe2+是血紅蛋白的必需成分。
做口腔上皮細胞的實驗時,必須將口腔上皮細胞置于載玻片上的0.9%NaCl溶液中,這是為什么
提示:0.9%NaCl溶液與細胞內液是等滲溶液,從而維持細胞正常的形態。
[自主學習檢測]——教材基礎熟記于心
1.東北虎和其所捕食動物體內的各種化學元素種類差異很大,含量大體相同。(　×　)
提示:不同生物所含元素種類差異不大,但含量差異很大。
2.每個氫鍵中的氫原子同時屬于兩個氧原子,而每個水分子中的氧原子可以形成兩個氫鍵,所以一個水分子可以通過氫鍵與另外2個水分子相連,即水分子的締合。(　×　)
提示:一個水分子可以通過氫鍵與另外4個水分子相連。
3.血漿中的Na+和Cl-對于維持酸堿平衡具有重要作用。(　×　)
提示:Na+和Cl-為中性離子,故Na+和Cl-的作用不是維持血漿酸堿平衡。
4.患急性腸胃炎的病人脫水時需要補充體內丟失的無機鹽來補充能量。(　×　)
提示:患急性腸胃炎的病人脫水時需補充體內丟失的無機鹽,但無機鹽不能提供能量。
5.微量元素由于含量極少,因此不是細胞所必需的元素。(　×　)
提示:微量元素雖然含量低,但對維持細胞正常的結構和生命活動均起著重要作用。
6.氟是骨骼和牙齒的正常成分,可防止出現齲齒、老年人骨質疏松等癥狀,這說明無機鹽可構成細胞內某些復雜化合物。(　√　)
任務一　分析細胞中的元素組成
[任務突破]
1.元素在生物體內的含量特點
(1)不同生物體內的化學元素,種類大致相同,但同種元素的含量差別很大。
(2)同一生物體內的不同元素的含量不相同。
(3)同一生物不同類型的細胞中,同種元素的含量也不盡相同。
2.從元素看生物界與非生物界的統一性和差異性
[遷移應用]
[典例1] (2022·浙江溫州三校聯考)下列關于組成生物體的化學元素的敘述,錯誤的是(　A　)
A.在同一種生物體內,各種化學元素的含量相同
B.在組成生物體的元素中,碳是生命系統的核心元素
C.在不同的生物體內,組成它們的化學元素的種類大體相同
D.組成生物體的化學元素依其含量可分為大量元素和微量元素
解析:在同一種生物體內,各種化學元素的含量是不同的。
任務二　水和無機鹽的存在形式及功能
[任務突破1]
1.自由水和結合水的比較
存在 形式 自由水 結合水
定義 細胞中絕大部分的水以游離的形式存在,可以自由流動 在細胞內與其他物質相結合的水
特點 流動性強、易蒸發,可參與物質代謝 不流動、不蒸發,與其他物質結合
功能 ①細胞內良好的溶劑;②某些代謝的反應物和產物;③為細胞提供液體環境;④運送營養物質和代謝產物 是細胞結構的重要組成成分
聯系 自由水和結合水在一定條件下可以相互轉化
2.水與細胞代謝強度、抗逆性的關系
在正常情況下,細胞內自由水與結合水含量的比值越大,細胞的代謝就越旺盛,但抗逆性越差;自由水與結合水含量的比值越小,細胞抵抗干旱和寒冷等不良環境的能力就越強,但細胞代謝越弱。
[遷移應用]
[典例2-1] 水是細胞的重要組成成分,在細胞中有自由水和結合水兩種存在形式。如圖為水的存在形式、相互轉化及其功能的部分概念圖,據圖分析錯誤的是(　B　)
A.甲表示的是“組成細胞的結構”,若該部分水失去會導致細胞死亡
B.若乙表示“調節溫度”,這是水具有極性的原因
C.干旱時,細胞內自由水與結合水的比值減小,其抵抗干旱的能力增強
D.升溫時,細胞內自由水與結合水的比值增大,其細胞代謝水平會升高
解析:甲表示結合水的功能,結合水是細胞結構的重要組成成分,如果這部分水失去會導致細胞死亡;水由于氫鍵的存在,使得水具有調節溫度的作用;干旱時,細胞內自由水與結合水的比值減小,細胞的新陳代謝減弱,其抵抗干旱的能力增強;升溫時,細胞內自由水與結合水的比值增大,其細胞代謝水平會升高。
[任務突破2]
常見無機鹽的生理作用及缺乏引起的疾病或癥狀
元素 生理作用 缺乏引起的疾病 或癥狀
Fe 血紅蛋白、含鐵酶類的成分等 缺鐵性貧血等
Ca 促進牙齒和骨骼生成,調節神經、肌肉的敏感性等 骨質疏松、抽搐等
P 構成骨骼、牙齒的重要元素等 骨骼發育不良等
I 甲狀腺激素的組成成分等 甲狀腺腫大、呆小癥等
Mg 葉綠素的重要組成成分等 葉綠素合成受阻,影響植物光合作用等
[遷移應用]
[典例2-2] (2022·杭州高一期末)某同學上完體育課后,因出汗使Ca2+大量流失而發生抽搐。此事實可以說明(　A　)
A.Ca2+可以維持生物體正常的生命活動
B.Ca2+是某些復雜化合物的重要組成成分
C.高濃度Ca2+促進肌肉興奮
D.Ca2+維持血漿正常濃度
解析:出汗使Ca2+大量流失,導致Ca2+大量減少而發生抽搐,說明Ca2+可以維持生物體正常的生命活動。
[任務突破3]
同位素與同位素示蹤
(1)同位素:同一元素的質子數相同,但中子數可能不同。質子數相同而中子數不同的同一元素的不同原子互稱為同位素。簡單地說,同位素指質量不同而化學性質相同的原子。
(2)同位素示蹤:放射性同位素標記可以顯示物質的運行和變化規律。研究者通過追蹤用放射性同位素標記的化合物可以弄清楚化學反應的詳細過程,也能追蹤物質的轉移途徑,這種研究技術稱為同位素示蹤。
(3)提醒:①要研究某物質(或結構)的運行規律,最好是標記該物質(或結構)的特有元素。②一個實驗中若有多個物質(或結構)需要進行示蹤研究時,應分多次實驗單獨標記觀察,因為現有儀器可以檢測出放射性,但不能檢測出是哪種元素的放射性。③在進行示蹤觀察時,不考慮放射性對該物質(或結構)的影響。
[遷移應用]
[典例2-3] 元素和化合物是細胞的重要組成部分,因此可用某些元素的特有屬性進行實驗研究。元素H、P、S、I等同位素具有放射性,元素O、N等同位素無放射性,可根據此區別進行分析應用,下列相關敘述錯誤的是(　D　)
A.不能通過檢測18O的放射性探究光合作用產生氧氣的來源
B.通過131I產生的γ射線和β射線殺死甲狀腺的病變細胞,可以對病癥起到治療作用
C.甲狀腺細胞吸收碘合成甲狀腺激素說明無機鹽是某些復雜化合物的重要組成成分
D.光合作用中追蹤C和H的變化可在同一組實驗中同時進行
解析:18O不具有放射性,因此不能通過檢測18O的放射性探究光合作用產生氧氣的來源;通過131I產生的γ射線和β射線殺死甲狀腺的病變細胞,可以對病癥起到治療作用;碘可以用于合成甲狀腺激素說明無機鹽是復雜化合物的重要組成成分;一個實驗中若有多個物質(或結構)需要進行示蹤研究時,應分多次實驗單獨標記觀察,因為現有儀器可以檢測出放射性,但不能檢測出是哪種元素的放射性。
基礎達標練
1.(2022·綠谷聯盟高一期中)下列有關構成人體細胞的主要元素的表述,正確的是(　A　)
A.細胞主要是由C、H、O、N、P和S等元素組成
B.人體細胞中有的元素在自然界中找不到
C.C元素是核心元素,含量最高
D.微量元素含量很少,作用不大
解析:組成細胞的元素中C、H、O、N、P、S含量高達96%以上,被稱為主要元素;人體細胞中所有的元素在自然界中都可以找到,體現了生物界與非生物界的統一性;細胞鮮重中含量最多的元素是O,細胞干重中含量最多的元素是C;微量元素在人體內含量極少,但它們對于維持生命活動,促進人體健康生長和發育都有極其重要的作用。
2.(2022·舟山高一質量檢測)在生物體內含量極少,但對于維持生物體的正常生命活動必不可少的元素有(　A　)
A.Zn、Cu、B、Mn
B.Zn、Cu、Mg、Ca
C.Fe、Mn、Zn、Mg
D.Mg、Mn、Cu、Mo
解析:Zn、Cu、B、Mn均屬于微量元素,在生物體中含量極少,但對于維持生物體的正常生命活動必不可少;Mg、Ca屬于大量元素。
3.(2022·溫州高一期末)某同學經常頭暈,經檢查發現血紅蛋白含量偏低,被診斷為貧血,醫生建議該同學補充(　A　)
A.Fe2+ B.Mg2+ C.K+ D.Ca2+
解析:血液里紅細胞的數量過少,或者紅細胞中的血紅蛋白的含量過低,稱為貧血。貧血患者應多吃一些含蛋白質和鐵質豐富的食物,這是因為Fe2+是血紅蛋白的組成成分。
4.剛剛從農業大學畢業的小劉,準備利用所學的知識在農村培育無土栽培蔬菜。他配制的培養液中含有Mg2+、K+、Ca2+、Zn2+,其濃度都是0.1 mol·L-1,培養一段時間后,培養液中剩余最多的是(　C　)
A.Ca2+ B.Mg2+
C.Zn2+ D.K+
解析:Zn屬于微量元素,需要量較少,故培養液中剩余最多的是Zn2+。
5.(2022·寧波高一期末)下列有關生物體內的水和無機鹽的敘述,
正確的是(　A　)
A.水是生物體中含量最多的化合物
B.結合水越多,代謝越旺盛
C.無機鹽均以離子形式存在
D.Mg2+是構成各種光合色素的必需成分
解析:細胞的含水量一般在60%～90%,水是構成細胞的重要成分,也是活細胞中含量最多的化合物;細胞中自由水所占的比例越多,細胞代謝就越旺盛;細胞中大多數無機鹽以離子形式存在,少數參與組成化合物;Mg是構成葉綠素的元素,并非所有光合色素都含Mg2+。
6.C、H、N三種化學元素的質量分數共占人體干重化學成分的73%
左右,而這三種元素在組成巖石圈的化學成分中,質量分數不到1%。這個事實說明(　D　)
A.生物界和非生物界具有統一性
B.生物界與非生物界本質是不同的
C.生物界沒有一種元素是生物所特有的,生物和非生物從本質上看是相同的
D.生物界和非生物界具有差異性
解析:由題意可知,C、H、N三種化學元素的質量分數在人體干重中占73%左右,在巖石圈中不到1%,說明在生物界和非生物界中元素的含量不同,即生物界和非生物界之間具有差異性。
7.(2022·浙江高一三校聯考)下列有關水的敘述中,錯誤的是(　C　)
A.水是極性分子,可以作為良好的溶劑
B.水能夠參與細胞中的某些代謝反應
C.水蒸發時,水分子之間形成氫鍵
D.水能影響動植物的生長發育等方面
解析:水是極性分子,有極性的分子或離子都易溶于水中,因此水是一種良好的溶劑;水是細胞中某些代謝反應的反應物和產物;水蒸發時,水分子之間的氫鍵斷裂;水是生物體內含量最多的化合物,能影響動植物的生長發育。
8.(2022·寧波高一期末)無機鹽離子對于維持生命活動有重要作用。下列敘述錯誤的是(　B　)
A.有的無機鹽既可以維持神經細胞的興奮性,同時也會維持細胞的正常形態
B.哺乳動物的血液中Ca2+濃度過高會引起抽搐
C.患急性腸炎的病人脫水時,需要及時補水和無機鹽
D.細胞中的無機鹽大多數以離子的形式存在
解析:血液中Ca2+濃度過高會引起肌無力,過低會引起抽搐。
9.(2022·寧波高一上學期期末)在冬季來臨過程中,隨著氣溫的逐漸降低,植物體內發生了一系列適應低溫的生理生化變化,此時細胞中自由水的比例會(　A　)
A.逐漸降低 B.逐漸升高
C.保持不變 D.不能確定
解析:進入冬季,隨著氣溫和土壤溫度的下降,組織細胞中的含水量下降,其中結合水相對含量升高,自由水相對含量下降,自由水與結合水比值逐漸降低,植物抗寒性增強,適應低溫環境。
10.(2022·溫州高一月考)“落紅不是無情物,化作春泥更護花”這一詩句蘊含著生物學知識:落花經微生物分解后形成的無機鹽可被植物重新吸收利用。下列敘述正確的是(　D　)
A.無機鹽主要以化合物形式被吸收
B.吸收的Mg2+可用于合成各種色素
C.將植物葉片烘干后剩余物質主要是無機鹽
D.無機鹽含量過少可導致植物出現相應病癥
解析:無機鹽以離子形式被吸收,通常不能以化合物形式被吸收;吸收的Mg2+可用于合成葉綠素,有的色素不含Mg2+,如類胡蘿卜素;烘干去除的主要是自由水,將植物葉片烘干后剩余物質主要是蛋白質;無機鹽對于植物生長非常重要,如P是細胞中多種物質的組成成分,無機鹽含量過少可導致植物出現相應病癥。
11.水是一切生命賴以生存的基礎,是社會經濟發展不可缺少和不可替代的重要自然資源和環境要素。請分析回答下列問題。
(1)“一方水土養一方人。”飲水是提供人體必需的礦物質和微量元素的重要途徑之一。在天然無污染的泉水中,含有Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Fe等人體必需元素,其中屬于微量元素的是　 ,
運輸氧氣的物質中起重要作用的元素是　　　　 。
(2)有些減肥藥的主要成分是利尿劑,服用后使人體失去較多的水分和無機鹽,因而在服藥期間會出現口渴、尿多、疲勞等癥狀,服用過量甚至會危及生命。水對人體生命活動的作用有
　　　　　　　　　 　、　
　　　　　　　　　 　、　
　　　　　　　 　　　(答出三點即可)。
(3)有人將海水稀釋后直接用于無土栽培,其現實意義是　　　　　。如用這種稀釋的海水栽培蔬菜,應考慮的主要問題是　
　。
解析:(1)在天然無污染的泉水中,含有Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Fe等人體必需元素,其中屬于大量元素的是K、Ca、P、Mg,Cu、Zn、Fe屬于微量元素。因為Fe2+是血紅蛋白的組成成分之一,故運輸氧氣的
物質中起重要作用的元素是Fe。
(2)水對人體生命活動的作用包括細胞內的良好溶劑、運輸營養物質和代謝產物、參與細胞中的化學反應、調節溫度等。
(3)有人將海水稀釋后直接用于無土栽培,其現實意義是節約淡水
資源。如用這種稀釋的海水栽培蔬菜,應考慮的主要問題是稀釋后所含離子的種類及其濃度是否適宜蔬菜生長。
答案:(1)Cu、Zn、Fe　Fe
(2)細胞內的良好溶劑　運輸營養物質和代謝產物　參與細胞內的化學反應
(3)節約淡水資源(或利用海水資源等)　稀釋后所含離子的種類及其濃度是否適宜蔬菜生長
12.分析下列事實,回答有關問題。
事實一　在正常人的血漿中,NaHCO3的含量約為H2CO3含量的20倍。當血漿中的NaHCO3含量減少時,會形成酸中毒;當血漿中的H2CO3含量減少時,則形成堿中毒。
事實二　在初生蝌蚪或幼小植物體內,當水的含量降低時機體代謝強度降低;當水的含量升高時,機體代謝強度升高。
事實三　P是構成骨骼、牙齒、肌肉及血液的重要元素;Zn是多種酶的結構中心;Na是體液的主要組成成分。
(1)事實一表明　 。
(2)對事實二中現象的全面解釋是
　。
(3)事實三表明　 。
解析:(1)NaHCO3和H2CO3的含量變化可調節人的血漿酸堿平衡,說明無機鹽具有調節酸堿平衡(pH)的作用。(2)水與細胞代謝強度有關,原因是水是生物體內良好的溶劑,能幫助溶解和運輸營養物質及代謝產物;水還是細胞中某些代謝的反應物和產物。(3)P、Zn、Na能參與合成復雜的化合物,說明無機鹽是細胞內某些復雜化合物的重要組成成分。
答案:(1)無機鹽具有調節酸堿平衡(pH)的作用
(2)水是生物體內良好的溶劑,能幫助溶解和運輸營養物質及代謝
產物;水還是細胞中某些代謝的反應物和產物
(3)無機鹽是細胞內某些復雜化合物的重要組成成分
綜合提升練
13.下列關于生物體內水分和無機鹽的敘述,錯誤的是(　A　)
A.干種子內結合水的相對含量較低,不能進行旺盛的生命活動
B.旱生植物比水生植物具有較強的抗旱能力,其原因之一是結合水的相對含量較高
C.鎂離子是葉綠素的重要成分,缺鎂會造成葉片發黃
D.生理鹽水能維持人體細胞滲透壓的平衡,防止細胞過度吸水而漲破
解析:代謝活動旺盛,細胞內自由水相對含量高,干種子內結合水的相對含量較高,不能進行旺盛的生命活動;旱生植物比水生植物具有較強的抗旱能力,其生理原因之一是結合水相對含量較高,自由水的相對含量較低;鎂是葉綠素的組成成分,缺鎂時無法合成葉綠素,但葉子中的葉黃素和胡蘿卜素的含量沒有改變,因此缺鎂的葉片發黃;生理鹽水滲透壓和人體細胞的相近,防止細胞脫水或過度吸水。
14.如圖表示土壤中甲、乙兩種元素的含量變化與某植物生長速率的關系,下列分析合理的是(　D　)
A.該植物生長所需要甲元素的量比乙元素的量多
B.施含乙元素的肥料比施含甲元素的肥料更有利于該植物生長
C.種植該植物時,應在早期施用含甲元素的肥料,后期施用含乙元素的肥料
D.當土壤中乙元素的含量為Ⅰ時,適當增施含乙元素的肥料能促進該植物生長
解析:由題圖可知,當該植物生長速率最大時對甲元素需要量小于乙元素;當該植物生長速率最大時對甲元素需要量小于乙元素,但不能說明施含乙元素的肥料比施含甲元素的肥料更有利于該植物生長;該曲線沒有表現植物發育的不同時期對甲元素、乙元素的需求情況,不能得出C選項的結論;當土壤中乙元素的含量為Ⅰ時,植物生長速率較低,乙元素濃度在Ⅱ左右時植物生長速率最大,故當土壤中乙元素的含量為Ⅰ時,適當增施含乙元素的肥料能促進該植物生長。
15.取生長狀態相同的兩組番茄幼苗,置于表中所列A、B兩種培養液中,在相同且適宜條件下培養,甲組用A培養液,乙組用B培養液。
(表中“+”表示有,“-”表示無)
培養液成分 A B
Ca(NO3)2 + +
KH2PO4 + +
KCl + +
MgSO4 + -
FeSO4 + +
其他微量元素 + +
蒸餾水 + +
(1)若干天后發現,兩組番茄苗下部葉片顏色不同,推測甲組呈　　　,乙組呈　 。
如果要進一步探究乙組現象出現的原因,應該
　。
(2)在培養液中最多的成分是　 。
(3)該實驗采用的方法可用來研究
　。
解析:(1)分析A、B兩種培養液可知,B培養液中缺少Mg,Mg是葉綠素合成的原料,因此缺鎂會影響葉綠素的合成,葉片呈現出黃色或黃綠色。驗證某元素是否是植物生長必需的元素,實驗設計思路是沒有該元素時,植物不能正常生長,加入該元素后,植物恢復正常生長。因此,要進一步探究乙組現象出現的原因,應該在乙組幼苗出現癥狀后再在培養液中加入適量硫酸鎂,一段時間后觀察葉片的顏色,若葉片變成綠色,說明乙組葉片出現黃色是缺乏鎂元素造成的。(3)由于A培養液為完全營養液,B培養液為缺Mg營養液,因此該實驗方法可以用來研究某元素(無機鹽)是否是植物生長所必需的。
答案:(1)綠色　黃色或黃綠色　在乙組幼苗出現癥狀后再在培養液中加入適量硫酸鎂　(2)水(蒸餾水)　(3)某元素(無機鹽)是否是植物生長所必需的

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