第2節(jié)細(xì)胞中的無機物課程：高中生物學(xué)教材：高中生物學(xué)人教版必修1分子與細(xì)胞章節(jié)：第2節(jié)細(xì)胞中的無機物教材分析本節(jié)教材重點落實的內(nèi)容是細(xì)胞中水和無機鹽的存在形式及其生理功能。通過介紹水在細(xì)胞中的兩種存在形式——自由水和結(jié)合水，以及它們在細(xì)胞代謝和抗逆性中的作用，幫助學(xué)生理解生物體與水的密切關(guān)系；結(jié)合水分子極性和氫鍵的形成，解釋水作為良好溶劑、參與生化反應(yīng)、維持生命系統(tǒng)穩(wěn)定性的原因，體現(xiàn)了從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的視角認(rèn)識生命現(xiàn)象的思想。對無機鹽以離子形式存在及其在葉綠素、血紅素、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和神經(jīng)肌肉活動中的關(guān)鍵作用的闡述，引導(dǎo)學(xué)生從元素水平理解其對生命活動的必要性。圖文結(jié)合展示氫鍵示意圖，增強微觀過程的直觀性。內(nèi)容設(shè)計有助于學(xué)生形成生命的物質(zhì)觀和結(jié)構(gòu)功能觀，培養(yǎng)基于證據(jù)和邏輯的科學(xué)思維，認(rèn)識水和無機鹽在健康生活（如補鹽、種子儲存）中的實際意義，增強關(guān)注生命健康的社會責(zé)任感。學(xué)情分析學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)和功能，對水作為生命之源的概念有初步認(rèn)識，在化學(xué)課上也了解了分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的基礎(chǔ)知識。高中生的抽象思維能力逐步增強，但對微觀分子層面的理解仍存在困難，特別是水分子的極性特征和氫鍵的形成機制。本節(jié)重點在于理解水作為良好溶劑的原理及其對生命活動的重要意義，難點在于掌握自由水和結(jié)合水的區(qū)別及其與細(xì)胞代謝的關(guān)系。學(xué)生需要能夠運用分子極性原理解釋水的特性，并分析不同環(huán)境下細(xì)胞內(nèi)水分存在形式的變化規(guī)律。教學(xué)目標(biāo)生命觀念：

通過分析水的極性和氫鍵形成原理，解釋水作為良好溶劑及維持生命穩(wěn)定性的原因；結(jié)合實例說明自由水與結(jié)合水對細(xì)胞代謝和環(huán)境適應(yīng)性的影響?？茖W(xué)思維：

比較不同生物體含水量的差異，歸納水在細(xì)胞中的存在形式及功能；運用離子平衡原理，分析無機鹽對維持生命活動的作用。科學(xué)探究：

通過小組討論，設(shè)計表格對比自由水與結(jié)合水的特點，并總結(jié)其與細(xì)胞代謝的關(guān)系；結(jié)合生活實例，探討無機鹽缺乏時的癥狀及解決方案。社會責(zé)任：

結(jié)合飲水健康與電解質(zhì)平衡知識，倡導(dǎo)科學(xué)補水的重要性；關(guān)注干旱地區(qū)植物適應(yīng)機制，樹立保護水資源的意識。重點難點教學(xué)重點1.水是細(xì)胞中含量最多的化合物，具有良好的溶劑性質(zhì)。

2.自由水與結(jié)合水的定義及其在細(xì)胞中的不同作用。

3.無機鹽在細(xì)胞中主要以離子形式存在并維持生命活動。教學(xué)難點1.水分子極性與氫鍵形成的關(guān)系及其對生命的意義。

2.自由水與結(jié)合水比例變化對細(xì)胞代謝的影響。

3.無機鹽維持細(xì)胞滲透壓和酸堿平衡的作用機制。課堂導(dǎo)入在炎熱的夏日，劇烈運動后大量出汗會讓人感到口渴，這一常見現(xiàn)象體現(xiàn)了人體對水的迫切需求。不僅人體如此，自然界中眾多生物都與水緊密相連。比如沙漠中的仙人掌，雖身處干旱環(huán)境，卻也蘊含大量水分以維持生命。而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，合理灌溉能顯著影響農(nóng)作物的生長與產(chǎn)量。從這些生活與自然現(xiàn)象不難看出，水對于生物至關(guān)重要。那水在細(xì)胞中究竟扮演著怎樣的角色？有著何種獨特性質(zhì)？此外，我們將種子燃燒后會留下灰燼，這些灰燼就是無機鹽，它在細(xì)胞中又起著什么作用？接下來，讓我們一同深入探究細(xì)胞中的水和無機鹽。探究新知細(xì)胞中的水情境展示情境資料在干旱地區(qū)，農(nóng)民常通過晾曬種子以延長其儲存時間。北方冬小麥在入冬前會經(jīng)歷一系列生理變化，以抵御低溫環(huán)境。實驗表明，曬干的種子代謝活動顯著降低，而低溫環(huán)境下小麥細(xì)胞中水分的存在形式也發(fā)生改變。這些現(xiàn)象均與細(xì)胞中水的狀態(tài)密切相關(guān)。此外，人體在劇烈運動后若未及時補水，會出現(xiàn)乏力、頭暈等癥狀，這與細(xì)胞內(nèi)水分流失導(dǎo)致代謝紊亂有關(guān)。任務(wù)探究為什么晾曬種子能延長其儲藏時間？這與細(xì)胞中水的存在形式有何關(guān)系？北方冬小麥在冬季來臨前，細(xì)胞中水分的存在形式發(fā)生了怎樣的變化？這種變化對植物有何意義？從分子層面分析，水為何能在細(xì)胞中發(fā)揮溶劑作用并參與多種生化反應(yīng)？任務(wù)分析晾曬種子減少了細(xì)胞中的自由水含量，使細(xì)胞代謝活動減弱，從而降低呼吸作用等生命活動強度，有利于長期儲藏。冬小麥在低溫來臨前，自由水比例下降，結(jié)合水比例上升，增強了細(xì)胞抵抗寒冷的能力，避免自由水結(jié)冰造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷。水分子具有極性，能夠與帶電分子或離子相互作用，使其溶解于水中，同時水分子可直接參與水解、光合作用等生物化學(xué)反應(yīng)。知識講解（一）水是細(xì)胞的重要組成成分水是構(gòu)成細(xì)胞的重要成分，也是活細(xì)胞中含量最多的化合物。不同生物體含水量存在差異，一般為60%～95%，水母可達(dá)97%。多細(xì)胞生物的絕大多數(shù)細(xì)胞必須浸潤在以水為基礎(chǔ)的液體環(huán)境中，水在體內(nèi)流動可運輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物。（二）水的分子結(jié)構(gòu)決定其功能特性水分子的極性：

水分子由2個氫原子和1個氧原子構(gòu)成，氧原子吸引共用電子能力較強，使氧端帶部分負(fù)電荷，氫端帶部分正電荷，形成極性分子。由于其極性，水能與帶電分子或離子結(jié)合，因此是良好的溶劑。氫鍵的形成與作用：

水分子之間可通過氫鍵相互連接。一個水分子的氧端（負(fù)電性區(qū)）與另一個水分子的氫端（正電性區(qū)）之間產(chǎn)生靜電吸引力，形成氫鍵。氫鍵較弱且易斷裂，維持時間短，使水在常溫下保持液態(tài)并具有流動性。同時，氫鍵的存在使水具有較高的比熱容，有助于維持生命系統(tǒng)溫度穩(wěn)定。水分子之間靠氫鍵結(jié)合示意圖（三）水在細(xì)胞中的存在形式及其功能自由水：

細(xì)胞中絕大部分水呈游離狀態(tài)，可自由流動，稱為自由水。自由水是細(xì)胞內(nèi)良好的溶劑，參與多種生物化學(xué)反應(yīng)，并負(fù)責(zé)運輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物。結(jié)合水：

一部分水與細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)結(jié)合，失去流動性和溶解性，稱為結(jié)合水，約占細(xì)胞全部水分的4.5%。結(jié)合水是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要組成部分。自由水與結(jié)合水的比例影響細(xì)胞代謝：

自由水比例越高，細(xì)胞代謝越旺盛；結(jié)合水比例升高，則細(xì)胞抗逆性增強，如抗旱、抗寒能力提高。前沿?zé)狳c植物抗逆性中水分子動態(tài)調(diào)控研究進展2023年，日本理化學(xué)研究所（RIKEN）團隊在《NaturePlants》發(fā)表研究成果，揭示了擬南芥中一種新型脫水響應(yīng)蛋白（DRP1）如何通過調(diào)控細(xì)胞內(nèi)自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化來增強植物抗凍能力。研究發(fā)現(xiàn)，DRP1蛋白在低溫誘導(dǎo)下被激活，促進水分子與細(xì)胞骨架蛋白結(jié)合，顯著提升結(jié)合水比例，從而防止細(xì)胞內(nèi)冰晶形成。該機制為培育耐寒作物提供了新靶點，展示了細(xì)胞水平水分調(diào)控在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用潛力。細(xì)胞中的無機鹽情境展示情境資料在高溫環(huán)境下進行長時間運動后，人體大量出汗，不僅流失水分，還排出多種無機鹽。若不及時補充，可能出現(xiàn)肌肉酸痛、乏力甚至抽搐等癥狀。臨床上也常見因電解質(zhì)紊亂導(dǎo)致的心律失常或神經(jīng)功能障礙。這提示我們，雖然無機鹽在細(xì)胞中含量極少，但其生理作用不可忽視。任務(wù)探究為什么大量出汗后需要補充淡鹽水，而不僅僅是喝水？若血液中Ca2結(jié)合生活實例，分析無機鹽在維持細(xì)胞正常生命活動中發(fā)揮哪些關(guān)鍵作用？任務(wù)分析大量出汗會導(dǎo)致Na+等無機鹽離子大量流失，單純補水會稀釋血漿中電解質(zhì)濃度，可能引起細(xì)胞水腫和神經(jīng)肌肉興奮性異常，因此需通過飲用淡鹽水補充N血液中Ca2無機鹽在構(gòu)成重要化合物（如血紅素含F(xiàn)e知識講解（一）細(xì)胞中無機鹽的存在形式細(xì)胞中的大多數(shù)無機鹽以離子形式存在，如Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2（二）無機鹽的含量特點無機鹽是細(xì)胞中含量很少的無機物，僅占細(xì)胞鮮重的1%~1.5%，遠(yuǎn)低于水和其他有機物。（三）無機鹽的主要功能構(gòu)成重要化合物的組成成分

Mg2+是葉綠素分子的必需成分，F(xiàn)e2+是血紅蛋白中血紅素的核心元素，P參與構(gòu)成細(xì)胞膜（磷脂）、核酸（維持細(xì)胞和生物體的生命活動

Na+缺乏可導(dǎo)致神經(jīng)、肌肉細(xì)胞興奮性降低，表現(xiàn)為肌肉無力；哺乳動物血液中維持細(xì)胞的酸堿平衡

某些無機鹽離子如HCO3?、圖5-5細(xì)胞中部分無機鹽離子的存在形式及其功能示意圖前沿?zé)狳c植物根系高效吸收鐵元素的分子機制新發(fā)現(xiàn)2023年，日本理化學(xué)研究所團隊在《Nature》發(fā)表研究，揭示了水稻根部一種新型轉(zhuǎn)運蛋白OSA1，能感知土壤pH變化并激活Fe課堂練習(xí)第1題【題文】綠色植物、藍(lán)細(xì)菌體內(nèi)有多種色素分子，如葉綠素、藻藍(lán)素、類胡蘿卜素和花青素等，其中某些色素分子能夠吸收光。下列敘述正確的是（

）A．藍(lán)細(xì)菌體內(nèi)有藻藍(lán)素，其葉綠體中進行的生命活動需要藻藍(lán)素吸收的光參與B．藍(lán)細(xì)菌、綠色植物體內(nèi)都具有葉綠素，葉綠素由N、Mg等元素構(gòu)成C．綠色植物體內(nèi)有類胡蘿卜素，類胡蘿卜素可吸收藍(lán)紫光和紅光D．綠色植物吸收的光僅用于光合作用中的光反應(yīng)階段【答案】B第2題【題文】農(nóng)諺是我國勞動人民智慧的結(jié)晶和經(jīng)驗的總結(jié)，其中蘊含著很多生物學(xué)原理。下列關(guān)于農(nóng)諺的分析，錯誤的是（

）A．“玉米帶大豆，十年九不漏”講的是套種的好處，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的間作、套種均是通過不同作物對資源的互補利用來提高農(nóng)作物產(chǎn)量的B．“谷連谷，坐著哭”突顯了輪作的優(yōu)勢，輪作可避免田地中一些元素大量減少C．“鋤頭出肥”指的是松土有利于植物生長，土壤板結(jié)主要影響植物根系的呼吸作用，進而影響植物的光合作用D．“無水肥無力”是指施肥的同時應(yīng)適當(dāng)澆水，礦質(zhì)元素溶解在水中容易被植物吸收，在細(xì)胞中各元素主要以離子形式存在【答案】D第3題【題文】如圖所示，將下列有關(guān)內(nèi)容依次填入關(guān)系框中，若圈的大小代表包含關(guān)系，則下列敘述正確的（）A．①細(xì)胞生物②真核生物③原核生物④細(xì)菌⑤病毒B．①脂質(zhì)②脂肪③膽固醇④性激素⑤維生素DC．①無機物②水③無機鹽④Cl-⑤HD．①糖類②多糖③二糖④蔗糖⑤半乳糖【答案】C板書設(shè)計細(xì)胞中的水一、水的含量不同生物含水量有差別，水是細(xì)胞中含量最多化合物。二、水的作用溶劑、參與化學(xué)反應(yīng)、運輸?shù)?。三、存在形式自由水、結(jié)合水及各自作用。細(xì)胞中的無機鹽一、存在形式離子形式。二、作用構(gòu)成成分、維持生命活動、酸堿平衡。教學(xué)反思本節(jié)課圍繞“細(xì)胞中的水和無機鹽”展開教學(xué)，通過生活實例（如口渴、種子儲存）引導(dǎo)學(xué)生理解水對生命的重要性，并結(jié)合分子結(jié)構(gòu)分析水的極性與氫鍵特性，解釋其作為溶劑和維持生命穩(wěn)定的作用；通過燃燒實驗引入無機鹽的