1、高中生物知識(shí)體系中的“水” 1水的存在 (1)細(xì)胞中的水 水是活細(xì)胞含量最多的化合物，約占細(xì)胞鮮重的8090，在干種子和休眠時(shí)的種子中含水量較少。水在細(xì)胞中以結(jié)合水和自由水兩種形式存在，結(jié)合水在細(xì)胞中與某些大分子(如蛋白質(zhì))結(jié)合，自由水存在于多種細(xì)胞器(如線粒體、葉綠體、液泡等)和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。 實(shí)際上結(jié)合水與自由水之間沒(méi)有明確的界限。其中，自由水含量的多少?zèng)Q定細(xì)胞的代謝強(qiáng)度，細(xì)胞中(或生物體)的自由水含量越多，代謝越強(qiáng)，但抗性越弱；反之，則代謝減弱，但抗性增強(qiáng)。 (2)細(xì)胞外液中的水 多細(xì)胞植物的細(xì)胞間隙、各種分泌物(如某些漿汁等)和多細(xì)胞動(dòng)物的內(nèi)環(huán)境、分泌物(如消化液、淚液等)、排泄物(如

2、尿液、汗液等)都含有水。 (3)生態(tài)環(huán)境中的水 大氣、水體、土壤等非生物環(huán)境中都含有水。 2水的功能 水是生命存在的先決條件，生命起源于具有水的海洋，沒(méi)有水，則最基本的生命特征新陳代謝及在其基礎(chǔ)上的其他特征就會(huì)消失，生命就會(huì)終結(jié)。 (1)生物體內(nèi)的水 結(jié)合水：細(xì)胞或生物體結(jié)構(gòu)的組成成分。 自由水： a細(xì)胞內(nèi)的良好溶劑，起運(yùn)輸代謝物質(zhì)的作用 生物細(xì)胞中的有機(jī)物、無(wú)機(jī)鹽等都溶解在自由水中，動(dòng)植物的許多分泌物、代謝廢物都是隨自由水而排出體外的。 b新陳代謝的反應(yīng)物 有氧呼吸等許多生化反應(yīng)需要水參與。正常生活的生物，其細(xì)胞中“自由水結(jié)合水”的比值越大，新陳代謝越旺盛，反之則越弱。 c維持細(xì)胞及生物體的

3、固有形態(tài) 由于細(xì)胞含有大量的水分，從而能維持細(xì)胞的緊張度。對(duì)植物而言可使枝葉挺立，便于接受陽(yáng)光和葉面蒸騰，同時(shí)還可使花朵張開(kāi)，利于傳粉，成熟的植物細(xì)胞失水會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離而收縮，吸水時(shí)會(huì)變得硬挺膨脹；對(duì)動(dòng)物而言，細(xì)胞失水會(huì)發(fā)生皺縮，過(guò)度吸水會(huì)脹破。 d調(diào)節(jié)生物的體溫 水具有很高的汽化熱和比熱容，又有較高的導(dǎo)熱性，因此水在生物體內(nèi)的不斷流動(dòng)、蒸發(fā)、葉面蒸騰等能夠使熱量順利地散發(fā)，利于生物體體溫的穩(wěn)定和避免被炎熱夏季的陽(yáng)光灼傷。 e水的其他功能 水分子的極性強(qiáng)，能使溶解于其中的許多物質(zhì)解離成離子，利于生化反應(yīng)的進(jìn)行；水還具有潤(rùn)滑作用。 (2)生態(tài)環(huán)境中的水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成成分 水是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重

4、要組成成分，它保障著生物的生活和生存，影響著某些植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，決定著陸生生物的分布，如干旱沙漠地區(qū)只有少數(shù)耐旱生物生存。另外它還是某些生物進(jìn)化的重要選擇因素。 3水與新陳代謝 (1)水分的吸收 吸水原理：吸脹作用、滲透作用 吸脹作用靠親水性物質(zhì)吸水，如干種子、分生區(qū)細(xì)胞；與細(xì)胞死活無(wú)關(guān)；親水性強(qiáng)弱規(guī)律：蛋白質(zhì)淀粉纖維素，脂肪不具親水性；滲透吸水要有半透膜，靠濃度差吸水。 吸水的部位和動(dòng)力 細(xì)胞的吸水動(dòng)力本質(zhì)上主要來(lái)自細(xì)胞內(nèi)、外液的濃度差(即滲透壓)。對(duì)植物體而言，吸水外因是蒸騰作用和根壓。就吸水部位而言，植物主要靠根尖成熟區(qū)表皮細(xì)胞吸收，其次還有葉片等；單細(xì)胞動(dòng)物靠細(xì)胞直接吸收，如草履蟲(chóng)；低

5、等多細(xì)胞動(dòng)物靠消化腔吸收，如水螅；人和高等動(dòng)物靠消化道中的胃、小腸、大腸吸收，腎小管、集合管對(duì)原尿中水的重吸收等。 蒸騰作用、吸水與吸收礦質(zhì)元素的關(guān)系 (1)蒸騰作用為水和礦質(zhì)元素的吸收提供動(dòng)力，與水和礦質(zhì)元素的吸收無(wú)直接關(guān)系，但有利于水和礦質(zhì)元素的吸收。 (2)水分的運(yùn)輸 低等多細(xì)胞生物通過(guò)細(xì)胞間的滲透運(yùn)輸。高等多細(xì)胞植物可通過(guò)共質(zhì)體(無(wú)數(shù)活細(xì)胞原生質(zhì)體通過(guò)胞間連絲形成的一個(gè)連續(xù)整體)間的滲透運(yùn)輸，即通過(guò)胞間連絲運(yùn)輸，這種方式速率慢；也可通過(guò)質(zhì)外體運(yùn)輸，即通過(guò)非原生質(zhì)的部分，包括細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙、導(dǎo)管運(yùn)輸，這種方式速率快。高等動(dòng)物則通過(guò)血液循環(huán)系統(tǒng)和淋巴循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)輸水分。 (3)水分的利用與

6、產(chǎn)生 新陳代謝利用水(消耗水)的生理過(guò)程及結(jié)構(gòu) a大分子有機(jī)物的消化(水解) 多糖的消化，即“淀粉一麥芽糖一葡萄糖”；部位：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(細(xì)胞內(nèi)消化)、消化道(細(xì)胞外消化)。 蛋白質(zhì)的消化，即“蛋白質(zhì)一氨基酸”；部位：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(細(xì)胞內(nèi)消化)、消化道(細(xì)胞外消化)。 脂肪的消化，即“脂肪一甘油、脂肪酸”；部位：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(細(xì)胞內(nèi)消化)、消化道(細(xì)胞外消化)。 b肝臟和肌肉細(xì)胞中糖元的分解過(guò)程消耗水。 c光合作用的光反應(yīng) 部位：葉綠體囊狀結(jié)構(gòu)薄膜。 d有氧呼吸的第二階段部位：線粒體。 eATP的水解過(guò)程部位：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、葉綠體基質(zhì)、線粒體等。 fATP水解成ADP和Pi時(shí)消耗水。 細(xì)胞中產(chǎn)生水的結(jié)

7、構(gòu)及代謝 a在葉綠體的基質(zhì)中通過(guò)暗反應(yīng)合成有機(jī)物的過(guò)程產(chǎn)生水。 b在線粒體中通過(guò)有氧呼吸的第三階段產(chǎn)生水。 c核糖體上通過(guò)氨基酸的脫水縮合作用產(chǎn)生水。 d高爾基體上通過(guò)臺(tái)成纖維素產(chǎn)生水。 e細(xì)胞核在DNA復(fù)制過(guò)程中產(chǎn)生水。 f動(dòng)物肝臟和肌肉中合成糖元時(shí)產(chǎn)生水。 gADP生成ATP時(shí)產(chǎn)生水。 (4)水的排出 植物：蒸騰作用(占9599)；葉片的吐水；隨某些分泌物排出，如漿汁等。 動(dòng)物：呼出的氣體中的水蒸氣；汗液中的水；尿液中的水；隨某些分泌物排出，如淚液、消化液等。 (5)小結(jié)：水與光合作用、細(xì)胞呼吸水既是光合作用和呼吸作用的原料，也是光合作用和呼吸作用的產(chǎn)物。光合作用和呼吸作用過(guò)程所需要的水和

8、產(chǎn)生的水在植物的整個(gè)水分代謝過(guò)程中所占的比例是很小的，幾乎可以忽略不計(jì)。但充足的水分對(duì)于維持細(xì)胞及其葉綠體的正常形態(tài)和光合作用、呼吸作用的正常進(jìn)行是必需的，如果缺水就使細(xì)胞內(nèi)的環(huán)境變得不利于光合作用的進(jìn)行葉片缺水萎蔫后氣孔關(guān)閉，外界C0：不能進(jìn)入葉片內(nèi)部是缺水限制光合作用進(jìn)行的一個(gè)主要因素。水分對(duì)呼吸作用的影響主要表現(xiàn)在：種子的含水量在一定范圍內(nèi)與呼吸作用強(qiáng)度呈正比例關(guān)系，原因是種子吸水后，種子內(nèi)水解淀粉的酶活性迅速增高，淀粉被水解成葡萄糖，使呼吸作用的底物增加導(dǎo)致呼吸作用強(qiáng)度增加；充足的水分也是維持細(xì)胞和線粒體的正常形態(tài)和呼吸酶系統(tǒng)發(fā)揮催化效率的必要條件。葉片細(xì)胞在一定范圍內(nèi)失水會(huì)使呼吸作用

9、增強(qiáng)，原因是細(xì)胞內(nèi)的水分不足時(shí)，水解類(lèi)酶的活性就會(huì)增強(qiáng)，將細(xì)胞內(nèi)不溶性的糖轉(zhuǎn)變成可溶性的糖，從而使呼吸作用的底物增加，呼吸作用強(qiáng)度增強(qiáng)。這種特性對(duì)植物來(lái)講是對(duì)環(huán)境的一種很好的適應(yīng)，細(xì)胞內(nèi)可溶性物質(zhì)的增加會(huì)使細(xì)胞內(nèi)溶液的濃度增加，有利于保持細(xì)胞內(nèi)的水分。 4人體內(nèi)的水平衡及其調(diào)節(jié) 人體內(nèi)水平衡的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)水的攝入量與排出量之間的平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)的，腎臟中的腎小管和集合管對(duì)水分的重吸收能力是可以調(diào)節(jié)的。人體內(nèi)感受水分狀況的感受器是滲透壓感受器，當(dāng)滲透壓感受器感受到血漿中的滲透壓升高時(shí)，通過(guò)傳人神經(jīng)纖維的興奮傳到大腦皮層，通過(guò)產(chǎn)生渴覺(jué)來(lái)調(diào)節(jié)水的攝人量；傳到下丘腦使下丘腦神經(jīng)細(xì)胞分泌、并由垂體后葉釋放的

10、抗利尿激素(也稱(chēng)加壓素)增加，從而促進(jìn)腎小管和集合管對(duì)水分的重吸收，減少了尿的排出。當(dāng)滲透壓感受器感受到血漿中的滲透壓下降時(shí)，下丘腦的神經(jīng)細(xì)胞減少抗利尿激素的分泌，抑制垂體釋放抗利尿激素，從而使腎小管和集合管對(duì)水的通透性降低，水的排出量增加。通過(guò)這種調(diào)節(jié)機(jī)制，人體的水分代謝保持了平衡。 5水與生物的分布 水在陸地上的分布，決定了陸生生物的面貌。不論是在同一經(jīng)度線的不同緯度線上，還是在同一緯度線的不同經(jīng)度線上，水的分布郡是不均勻的。由于水資源的分布不均勻，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的分布發(fā)生很大的變化。如我國(guó)從東到西為：森林一草原一荒漠一沙漠。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，林下的陰生植物只能在陰濕的環(huán)境中生長(zhǎng)，若上層的喬木被大量砍伐后，這些陰生植物就不能直接在陽(yáng)光下生長(zhǎng)，其原因是：在陽(yáng)光直射下蒸騰作用過(guò)于旺盛，體內(nèi)水分散失過(guò)多而導(dǎo)致死亡。陰生植物不能在陽(yáng)生條件下生長(zhǎng)的原因之一還是水的限制作用。在水域生態(tài)系統(tǒng)中，生活在淡水中的動(dòng)、植物，不能生活在海洋中，原因是海水中鹽濃度高、滲透壓高，這些動(dòng)、植物不能從海水中吸收水分。海洋中的動(dòng)、植物如讓其生活在淡水中，水分就通過(guò)滲透作用大量進(jìn)入體內(nèi)導(dǎo)致代謝障礙，甚至引起死亡。所以高中生物教材上講，在水域生態(tài)系統(tǒng)限制生物分布的因素不是水分而是鹽度，就是這個(gè)道理。 6水的污染水和空氣、食品是人類(lèi)生命和健康的三大要素。在不同種類(lèi)的生物體中，水大約占體重609