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2019-2020年高一生物 細胞中的無機物示范教案 新人教版 ●從容說課 《細胞中的無機物》的知識內(nèi)容并不難，主要是讓學生了解水和無機鹽在細胞中的存在形式和作用，在講授無機化合物水時，可以從水在細胞、組織中的含量入手，引出水的兩種存在形式。引導學生分析兩種形式的水在細胞中的作用，理解水的含量與生命活動的狀態(tài)密切相關。在講述水時，要注意滲透出兩種形式的水存在著動態(tài)轉(zhuǎn)化，不能截然分開。恰當?shù)剡\用生活常識，說明水的存在狀態(tài)和作用，將會更吸引學生，使學生加深對水的認識。關于無機鹽的教學，可以從學生已知的知識中提出問題，通過簡明的分析，使學生懂得無機鹽的存在形式和作用。例如，為什么在觀察動物和人的細胞時，要用一定濃度的生理鹽水?為什么長期缺乏鐵會出現(xiàn)缺鐵性貧血?從這些問題的分析過程中，歸納出無機鹽對維持細胞形態(tài)、參與重要的物質(zhì)組成等作用。 本節(jié)最后一段是對全章的小結，旨在點明“細胞是多種元素和化合物構成的生命系統(tǒng)”，“活細胞中的這些化合物，含量和比例處在不斷變化之中。但又保持相對穩(wěn)定，以保證細胞生命活動的正常進行”。教師要在最后總結中給學生分析、強調(diào)、點明。 ●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，結合水與自由水的區(qū)別。 ●教具準備 1.學生作業(yè)。 2.學生講學課件。 3.教師課件。 ●課時安排 1課時 ●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；收集一些其他相關圖片資料，用于課件的制作。 ［情境創(chuàng)設］ 教師課件展示一些市面上的“運動飲料”圖片，引起學生興趣，接著教師課件中出現(xiàn)一個運動飲料化學成分表（可拍攝某牌子的飲料包裝）。 “這是飲料的化學成分表，表中哪些成分屬于無機鹽？為什么要在運動員喝的飲料中添加這些無機鹽呢？那么無機鹽在生活中起什么作用呢？” “另外還有一個問題，為什么人會口渴呢？” 課件呈現(xiàn)園藝師為植物澆水的畫面，“為什么我們在種植植物時也那么強調(diào)澆水，水在細胞內(nèi)起什么作用呢？” ［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。 一般來說，①水生生物的含水量大于陸生生物的含水量，例如，水母的身體里水的含量竟約為97％（顯示水母的圖片）。②幼年生物的含水量要大于老年生物的含水量（顯示幼兒與老人的圖片），所以人體老化的特征之一是身體細胞含水量的下降。③同一生物在生長發(fā)育的不同時期，含水量也是不相同的。在不同的組織、器官中，水的含量也不相同。例如，血液含水83％、肌肉含水76％、骨骼含水約25％、牙含水10％、唾液含水99.5％、脂肪組織含水20％左右，因此成人中肌肉發(fā)達而體型消瘦的人其水分所占比例高于體脂多的胖體型者。 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)相結合，叫做結合水。結合水是細胞結構的重要組成成分，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，那么結合水具體是怎么回事呢？ 結合水是在生物體內(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。結合水是細胞結構的重要組成成分，不能溶解其他物質(zhì)，不參與代謝作用。結合水賦予各種組織、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、羥基等均可與水結合,成為結合水 下面我們通過幾道習題來區(qū)分兩者： （1）下列屬于結合水的是 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：（心肌中的是結合水，而血液中的是自由水） 自由水和結合水在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，當生命活動旺盛時，結合水向自由水轉(zhuǎn)化，反之，當生命活動緩慢時，自由水向結合水轉(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，結合水是指與細胞內(nèi)的親水物質(zhì)相結合的水，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，結合水的含量相對比較高，所以答案應該是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?！坝惺諢o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）結合水是組成細胞的成分：結合水通過氫鍵與蛋白質(zhì)或多糖結合，成為細胞成分的一部分。 （4）自由水作為反應物參與細胞內(nèi)一些反應：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…… （二）細胞中的無機鹽 初中我們做實驗，將骨和小麥的種子燒盡，最終都會得到一些灰白色的灰燼，請問這些灰燼是什么呢？ 學生：是無機鹽。 1.無機鹽在細胞中的存在形式： 細胞中大多數(shù)無機鹽以離子的形式存在，含量較多的陽離子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、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病（甲狀腺腫大），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。 ［教師精講］ 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。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。 ［評價反饋］ 1.某地區(qū)曬干的小麥種子的含水量約為14%，此時活細胞內(nèi)水分 A.全部為自由水 B.全部為結合水 C.主要為自由水 D.主要為結合水 2.在患急性腸炎時，要及時注射生理鹽水；不慎外傷后要用0.9%的鹽水清潔傷口；在高溫作業(yè)時，要喝淡鹽水。以下各項中屬于以上三種做法的主要原因依次是 ①消毒 ②維持水分代謝的平衡 ③維持無機鹽代謝的平衡 ④降溫 ⑤是細胞的等滲溶液并有清潔作用 A.①②④ B.③②⑤ C.②⑤③ D.②③④ 參考答案： 1.D 2.C ［課堂小結］ 到這里，我們就講完了細胞內(nèi)的六大類化合物。總結一下：細胞是多種元素和化合物構成的生命系統(tǒng)。C、H、O、N等化學元素在細胞內(nèi)含量豐富，是構成細胞中主要化合物的基礎。以碳鏈為骨架的糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等有機化合物，構成細胞生命大廈的基本框架；糖類和脂肪提供了生命活動的主要能源；水和無機鹽與其他物質(zhì)一道，共同承擔起構建細胞、參與細胞生命活動等重要生理功能?；罴毎械倪@些化合物，含量和比例處在不斷變化之中。但又保持相對穩(wěn)定，以保證細胞生命活動的正常進行。 ［布置作業(yè)］ 完成課本P36練習及P38自我檢測。 ［課后拓展］ 植物組織中自由水和結合水含量的測定 原理： 植物組織中的水分是由被膠粒所固著的結合水及不被膠粒所固著的自由水兩部分所組成。結合水不蒸發(fā)和結冰，不能作為溶劑，也不被溶質(zhì)奪取，所以當植物組織被浸入較濃的糖溶液中脫水，一定時間后仍未被奪取的水分作為結合水，而被奪取的水分作為自由水。自由水的量可根據(jù)所加糖液濃度的降低量來計算。再由植物組織的總含水量減去自由水量，即可求得結合水量。 植物體內(nèi)自由水和結合水含量及其比值常與植物的生長及抗性有密切關系。自由水較多時，代謝活動常較強，生長速度也較快，但抗性往往降低；而結合水含量多時，則情況相反。所以自由水與結合水含量是植物抗性生理的一個指標。 儀器藥品： 阿貝氏折射儀、分析天平、烘箱、超級恒溫水浴、直徑5 mm鉆孔器、干燥器、濾紙、稱量瓶、吸濾管、移液管、65%～70%（W/V）蔗糖溶液 操作步驟： 1.取稱量瓶2個，洗凈、烘干、稱重后備用。 2.在田間選定待測作物，摘取在生長、部位、葉齡等較一致的葉片5～10片。 3.用直徑5 mm鉆孔器，在葉子的半邊鉆下小圓片，每葉5片，放入1號稱量瓶中，蓋緊。然后在葉子的另半邊的對稱位置上同樣鉆下5個小圓片，放入2號稱量瓶，蓋緊。 4.1號稱量瓶于105 ℃烘箱中烘干至恒重，以計算含水量（%）。 5.2號稱量瓶中分析天平上稱重，求得樣品鮮重Wf。 6.用移液管吸取5 mL 60%蔗糖溶液，加到2號稱量瓶中，加蓋后再在分析天平上稱重，求得所加蔗糖溶液的重量B。小心搖動瓶中溶液，使與樣品混合均勻，放在陰涼處4到5小時，其間經(jīng)常搖動。 7.在老師指導下，將折射儀與超級恒溫水浴相邊連，水浴溫度調(diào)節(jié)到20 ℃。 8.用吸濾管（在玻璃管的一端塞上少許脫脂棉，另一端配上橡皮吸頭）吸取2號瓶中上層透明的溶液少許，滴一滴在折射儀棱鏡在毛玻璃上，旋緊棱鏡，測定浸出液的含糖百分數(shù)B2。棱鏡用蒸餾水清洗后，再用同樣方法測得原來蔗糖溶液的含糖百分數(shù)B1。 9.計算：按下式計算植物樣品中自由水含量（%）。 β= 式中：β為自由水含量（%）； B為加入樣品中蔗糖溶液的重量； B1為原蔗糖溶液深度百分數(shù)； B2為加樣后糖溶液的濃度百分數(shù)； Wf為植物樣品鮮重。 公式（1）系根據(jù)如下關系求得： 若A為樣品中自由水重量， 加樣后糖溶液中自由水量為（B+A）（1－B2）， 原來糖溶液中自由水量為B（1－B1）， 則樣品中自由水量A=（B+A）（1－B2）－B（1－B1）， 簡化得：A=。β=== 式（2）和式（1）完全相等。 求得自由水含量（%）后，即可根據(jù)下式求出結合水含量（%）。 結合水含量（%）=組織含水量（%）－組織中自由水量（%） 實驗作業(yè)： 1.植物組織中的自由水與結合水的生理作用有何不同？ 2.結合水含量何以與植物的抗逆性有關？ ●板書設計 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作為反應物參與細胞內(nèi)一些反應。 二、細胞中的無機鹽 1.無機鹽在生物中的含量：1%～1.5% 2.無機鹽在生物中存在形式：離子 3.無機鹽的功能： ①組成細胞中的化合物。 ②維持細胞和生物體的生命活動。 ③維持生物體內(nèi)的平衡。