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2019-2020年高中生物《2.5 細胞中的無機物》教案 新人教版必修1 三維目標 1.知識與技能 （1）說出水在細胞中的存在形式和作用。 （2）說出無機物在細胞中的存在形式和主要作用。 2.過程與方法 （1）嘗試進行自主個性化的學習。 （2）運用互聯(lián)網(wǎng)、圖書、雜志進行資料的收集和整理。 （3）嘗試將你所獲得的信息表達出來。 （4）嘗試進行科普寫作。 3.情感態(tài)度與價值觀 （1）參與小組合作與交流。 （2）體驗與你的同學分享通過自己的努力所獲得的知識。 （3）認同“細胞是多種元素和化合物構(gòu)成的生命系統(tǒng)”。 教學重點 水和無機鹽在細胞中的存在形式和作用。 教學難點 水的存在形式，結(jié)合水與自由水的區(qū)別。 教學過程 ［課前準備］ 教師到市面上收集一些運動飲料的包裝，并把它拍攝下來；收集一些其他相關(guān)圖片資料，用于課件的制作。 ［師生互動］ （一）細胞中的水 1.水在生物體中的含量 對絕大多數(shù)生物來說，沒有水就不能存活。地球上如果沒有水，也就沒有生命。最早的生命也是在水中誕生的。水在細胞中含量是最多的。在不同種類的生物體中，水的含量差別較大，生物體中水的含量為60％～95％。如，幼嫩植物體中水的含量約為70％，動物體中水的含量約為80％左右。 水在生物體的含量這么高，我們平時似乎并不覺得，那水是以怎樣的形式存在于生物體內(nèi)的呢？ 2.水在細胞中的存在形式 水在細胞中以兩種形式存在。一部分水與細胞內(nèi)的其他物質(zhì)相結(jié)合，叫做結(jié)合水。結(jié)合水是細胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分，大約占細胞內(nèi)全部水分的4.5％。細胞中絕大部分的水以游離的形式存在，可以自由流動，叫做自由水。 自由水大家是好理解的，它是可以流動，可以蒸發(fā)，可以離析的水分子，那么結(jié)合水具體是怎么回事呢？ 結(jié)合水是在生物體內(nèi)或細胞內(nèi)與蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)以氫鍵的形式相結(jié)合形成水膠體（親水力蛋白質(zhì)強于淀粉，淀粉強于纖維素），失去流動性，含量比較穩(wěn)定，不易散失。結(jié)合水是細胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分，不能溶解其他物質(zhì)，不參與代謝作用。結(jié)合水賦予各種組織、器官一定形狀、硬度和彈性，因此某些組織器官的含水量雖多（如人的心肌含水79％），仍呈現(xiàn)堅韌的形態(tài)。 圖2－5－1 氨基、羧基、羥基等均可與水結(jié)合,成為結(jié)合水 下面我們通過幾道習題來區(qū)分兩者： （1）下列屬于結(jié)合水的是 A.血液中的水 B.細胞液中的水 C.干種子細胞中的水 D.蒸騰作用散失的水 答案：C （2）心肌的含水量為79%而呈堅韌的形態(tài)，血液的含水量為82%則是流動的液態(tài)，對這兩種形態(tài)差異正確的解釋是：（心肌中的是結(jié)合水，而血液中的是自由水） 自由水和結(jié)合水在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，當生命活動旺盛時，結(jié)合水向自由水轉(zhuǎn)化，反之，當生命活動緩慢時，自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化。自由水含量少時生命活動緩慢，有利于保存，例如：種子要曬干來保存。反之為了使種子萌發(fā)，要先將種子浸泡在水中一段時間，讓種子吸水，增加自由水的含量。 （3）下列結(jié)合水相對含量比較多的是 A.休眠的大豆子葉細胞 B.休眠的玉米胚乳細胞 C.洋蔥的分生細胞 D.成熟西瓜的果肉細胞 自由水多代謝旺盛，顯然C、D可以排除，休眠的細胞自由水少，代謝很弱，結(jié)合水是指與細胞內(nèi)的親水物質(zhì)相結(jié)合的水，纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)，都是親水物質(zhì)，親水力蛋白質(zhì)強于淀粉，淀粉強于纖維素。大豆子葉細胞中蛋白質(zhì)含量相對比較高，玉米的胚乳，淀粉含量相當高，因為蛋白質(zhì)的親水能力強于淀粉的親水能力，所以休眠的大豆子葉細胞中，結(jié)合水的含量相對比較高，所以答案應(yīng)該是A。 3.水的重要作用 水在生物體中的含量最多，自然也有其重要的意義：水是生命起源的先決條件，沒有水就沒有生命。世界上最早的生命就是在逐漸冷卻的海洋里由蛋白質(zhì)和其他化合物產(chǎn)生出來的。植物也起源于水中，后來其中的一部分才逐漸進化為陸生植物。植物的一切正常生命活動都必須在細胞含有一定的水分狀況下才能進行。天然植被的分布主要受供水情況所控制。農(nóng)作物產(chǎn)量對供水的依賴性也往往超過了任何其他因素。“有收無收在于水”和“水利是農(nóng)業(yè)的命脈”的道理就在這里。 （1）自由水是細胞內(nèi)生化反應(yīng)的良好溶劑：水分子具有極性，是自然界中能溶解物質(zhì)最多的良好溶劑。（水的介電常數(shù)是溶液中最高的，這就意味著按單位容計算，沒有任何溶劑能比水溶解更多的種類和數(shù)量的溶質(zhì)，所以水成為最理想的生物溶劑）動植物體內(nèi)的各種生理生化過程，如礦質(zhì)元素的吸收、運輸,氣體交換，光合產(chǎn)物的合成、轉(zhuǎn)化和運輸以及信號物質(zhì)的傳導等都需以水作為介質(zhì)。 （2）運輸營養(yǎng)和廢物：水在生物體內(nèi)的流動（如血液），可以把其中溶解的營養(yǎng)物質(zhì)運輸?shù)礁鱾€細胞，同時又把細胞代謝產(chǎn)生的廢物運送到排泄器官或者直接運輸?shù)襟w外。 （3）結(jié)合水是組成細胞的成分：結(jié)合水通過氫鍵與蛋白質(zhì)或多糖結(jié)合，成為細胞成分的一部分。 （4）自由水作為反應(yīng)物參與細胞內(nèi)一些反應(yīng)：水是光合作用的原料。在呼吸作用以及許多有機物質(zhì)的合成和分解過程中都有水分子參與。沒有水，這些重要的生化過程都不能進行。 根據(jù)自己已有的知識和生活經(jīng)驗，你還能舉出哪些實例，說明生命活動離不開水？（學生討論） ①在正常情況下，一個人一天需要2千克水。當人體失去6%的水分時，就會出現(xiàn)口渴、尿少和發(fā)燒等癥狀。 ②當人體失水10%～20%時，就會出現(xiàn)幻覺，甚至死亡。對人來說，水比食物還要重要。一個人在饑餓時，可以損失40%的體重而不致斃命，但是如果損失了20%的水分，就能死亡。 ③水在機體內(nèi)還具有潤滑劑的功能，如關(guān)節(jié)液。沒有唾液不能進行吞咽動物。 ④許多動植物的受精作用都離不開水。精子的移動離不開水，一些昆蟲和蛙的受精卵要在水里發(fā)育。 ⑤…… Fe2+、Fe3+等。陰離子有Cl－、SO、PO、HCO等。 細胞中無機鹽的含量雖少，比水遠遠要少，只占1%～1.5%，那無機鹽在生物體內(nèi)有什么作用呢？ 2.無機鹽在細胞中的作用： 課本P35思考與討論： （1）為什么缺鐵會導致貧血呢？ 學生：血紅蛋白是一種紅色含鐵的蛋白質(zhì)，是紅細胞的主要成分，功能是運輸氧氣和一部分二氧化碳。血紅蛋白中的鐵是二價鐵離子，對人來說，小腸也只吸收二價鐵離子，對三價鐵離子是不吸收的。沒有Fe2+就不能合成血紅蛋白，人就會患缺鐵性貧血。 （2）植物體缺鎂會影響光合作用，為什么？ 學生：葉綠素是綠色植物進行光合作用的色素，它能吸收光能用于光合作用。絕大多數(shù)植物葉片的顏色是綠色的，這是葉綠素顯現(xiàn)的顏色。沒有Mg2+就不能合成葉綠素，植物的葉片就會發(fā)黃，影響到光合作用的正常進行。 （3）為什么現(xiàn)在許多食鹽都是加碘鹽呢？ 學生：人缺碘會引起大脖子?。谞钕倌[大），如果幼年時缺碘，造成甲狀腺素合成不足，繼而還會引起大腦發(fā)育落后，出現(xiàn)呆小癥。調(diào)查顯示，我國普遍缺碘，因此要求在食鹽中加碘來補充碘的不足。 （4）你還能想到人體缺哪些無機鹽會引起疾病嗎？ 學生：缺鈣會引起佝僂病。血鈣太低還可能會引起抽搐。 （5）為什么老年人容易骨折而青少年的骨容易變形？ 學生：骨是由有機物和無機物構(gòu)成，骨的有機物使骨具有韌性，而使骨具有硬度，骨整體的彈性和硬度也就是由這兩種化學成分的比例而決定。骨中有機物與無機物的比率會隨著年齡的改變而發(fā)生變化，成年人的骨含有2/3的無機物和1/3的有機物，這樣的比率使骨有最大的堅固性。根據(jù)力學測定，每平方厘米的股骨能承受170至220千克的抗壓（縮）強度（軸向）。由于兒童的骨是有機成分大而無機成分小，故硬度差，但韌性及可塑性大。雖然不易骨折，但卻容易彎曲變形。因此，兒童應(yīng)特別注意良好的坐立姿勢。反之，老年人骨中的無機物隨年日而增多，有機物卻相對地減少，所以骨較脆而易折斷，而且不易愈合。因此，老年人不宜從事太過劇烈和幅度大的活動。 （6）初中提過無機鹽對植物有哪些作用呢？ 學生：含氮的無機鹽促進細胞分裂和生長，使枝葉繁茂。 含磷的無機鹽促進幼苗發(fā)育和花開放，果實種子提早成熟。 含鉀的無機鹽使植物莖稈健壯，促進淀粉的形成。 ［教師總結(jié)］ 從大家的討論我們也可以看出，無機鹽對生物體來說也是具有重要作用的，下面我們來歸納一下： （1）組成細胞中的化合物：例Mg2+是葉綠素分子必需的成分，F(xiàn)e2+是血紅蛋白的主要成分。碳酸鈣是動物和人體的骨和牙齒中的重要成分。 （2）維持細胞和生物體的生命活動：例哺乳動物的血液中必須含有一定量的鈣鹽，如果血液中鈣鹽的含量太低，這種動物就會出現(xiàn)抽搐。 （3）維持生物體內(nèi)的平衡：滲透壓的平衡：細胞內(nèi)外無機鹽的含量是維持原生質(zhì)滲透壓的重要因素。 酸度平衡（即pH平衡）：pH調(diào)節(jié)著細胞的一切生命活動，它的改變影響著原生質(zhì)組成物的所有特性以及在細胞內(nèi)發(fā)生的一切反應(yīng)。例如：各種蛋白質(zhì)對于pH的改變異常敏感，人體血漿pH降低0.5個單位，立即發(fā)生酸中毒。無機離子如HPO/H2PO和H2CO3/HCO等組成重要的緩沖體系來調(diào)節(jié)并維持pH平衡。 離子平衡：動物細胞內(nèi)外的Na+/K+/Ca2+的比例是相對穩(wěn)定的。細胞膜外Na+高、K+低，細胞膜內(nèi)K+高、Na+低。K+、Na+這兩種離子在細胞膜內(nèi)外分布的濃度差，是使細胞可以保持反應(yīng)性能的重要條件。此外，在細胞膜外Na+多Ca2+少時，神經(jīng)細胞會失去穩(wěn)定性，對于外來刺激會過于敏感等等。 板書設(shè)計 第5節(jié) 細胞中的無機物 一、細胞中的水 1.水在生物體中的含量：60%～95% 水生生物>陸生生物 幼年生物>老年生物 2.水在細胞中的存在形式：結(jié)合水（4.5%）和自由水（95.5%） 3.水在細胞中的功能： ①細胞內(nèi)生化反應(yīng)的良好溶劑； ②運輸營養(yǎng)和廢物； ③組成細胞成分； ④作為反應(yīng)物參與細胞內(nèi)一些反應(yīng)。