无机盐??生命之素

编辑: 逍遥路 关键词: 高中生物 来源: 高中学习网


  一、知识体系

 二、知识解析

(一)含量:很少,1%~1.5%

(二)存在形式:大多数以离子状态存在于细胞中(动物骨骼和牙齿中的Ca是以化合物的形式存在的,植物体内的Ca和Fe是以稳定化合物的形式存在的),较多的阳离子有:K+、Na+、Ca2+、Mg2+等;较多的阴离子有:Cl-、PO43-、SO42-、HCO3-等。

(三)功能:

1.有些无机盐是细胞中某些复杂化合物的重要组成部分,如:Mg2+是叶绿素的成分;P是构成核苷酸、ATP的成分;Fe2+是血红蛋白的主要成分等。

2.许多种无机盐离子对于维持生物体的生命活动有重要作用,如植物缺少某些必需的矿质元素会表现出相应的缺素症状;人和动物缺少某些无机盐也会产生相应的疾病。

3.对维持细胞的酸碱平衡非常重要,如正常人血液的pH通常在7.35-7.45之间,变化很小。其平衡的调节与人体血液中含有许多对酸碱起缓冲作用的物质-缓冲物质密不可分。每一对缓冲物质是由一种弱酸和相应的一种强碱盐组成,如H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4等。

(四)无机盐与代谢

1.无机盐与植物代谢

(1)植物的矿质营养

①矿质元素的定义:除了C、H、O以外,主要由根系从土壤中吸收的元素叫做矿质元素。

②植物必需的矿质元素:

●研究方法??溶液培养法:

含义:是指用含有全部或部分矿质元素的营养液培养植物的方法。

步骤(如何证明某种元素是植物必需的矿质元素):首先用缺素培养液培养植物,植物出现缺素症状(要设计对照实验);然后向培养液中添加缺少的元素,相关症状消失(自身前后对比)。

●种类:

大量元素:N、P、K、S、Ca、Mg

微量元素:Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni

③矿质元素的吸收:

●部位:根,最活跃的部位是成熟区的表皮细胞。

●形式:土壤溶液中的矿质元素必需溶解于水中以离子形式被吸收。

●方式:土壤溶液中的矿质元素是通过主动运输(需要哪些条件?)的方式透过根尖成熟区表皮细胞的细胞膜进入细胞内部的。

●特点:矿质离子的吸收具有选择性,这与根细胞膜上载体的种类和数量有关;成熟区表皮细胞吸收矿质元素和渗透吸水是两个相对独立的过程(如何理解?)。

④运输:矿质元素进入根尖成熟区表皮细胞以后,随着水分最终进入根尖内的导管,并且进一步运输到植物体的各个器官中。因此,矿质离子在植物体内运输的动力是蒸腾作用。

⑤利用:

植物体内的存在状态

举    例

利    用

离子状态

K

再度利用

不稳定化合物

N、P、Mg

稳定化合物

Ca、Fe

一次利用

⑥应用:

●合理施肥:

依据:不同植物对各种必需的矿质元素需要量不同;同一种植物在不同生长发育时期,对各种必需的矿质元素需要量也不同。

含义:就是指根据植物的需肥规律,适时地、适量地施肥,以便使植物体茁壮生长,并且获得少肥高效的结果。

●无土栽培:含义、特点、优点

⑦影响矿质元素吸收的因素

●遗传因素:植物吸收矿质离子的种类和数量,主要取决于植物的遗传性。不同生物DNA不同,控制合成的根细胞膜上运载离子的载体种类和数量不同,因而,根细胞吸收矿质离子的种类和数量不同。根表现出对矿质离子的吸收具有选择性。

●温度影响:在一定范围内,根部吸收矿质元素速率随土壤温度的增高而加快。这是由于温度影响了根部的呼吸速率,从而影响主动运输。但温度过高,作物吸收矿质元素的速率下降;因为高温使酶的活性受影响,从而影响呼吸作用所致。温度过低时,吸收减少;因为低温时,代谢弱,主动运输慢。

●土壤的通气状态:土壤通气状况能直接影响根吸收矿质元素。如右图所示:?

AB段表示在一定的范围内,根吸收矿质元素离子的速率随氧分压的升高而加快。原因是在一定范围内,氧气供应越好,呼吸作用越强,根吸收矿质元素就越多。

BC段表示当氧分压增大到一定值时,根吸收离子的速率不再随氧分压升高而加快,这是由于根细胞膜上载体的数量限制。

 

 

 

 

 

●土壤中溶液浓度的影响,如右图所示:

曲线AB段表示在一定离子浓度范围内,根吸收离子的速率随离子浓度的增大而加快,两者成正比。原因是当外界溶液浓度较低时,离子载体与离子结合还未达到饱和。

曲线BC段表示当离子浓度增大到一定数值时,根的吸收速率不再增加。这是由根细胞膜上载体的数量决定的,当离子载体达到饱和后,继续提高溶液浓度,离子吸收量不会随之增加。?

曲线CD段表示当离子浓度过高时,将会使根细胞失水,从而影响根细胞正常的代谢活动,使离子吸收速率下降。?

●pH的影响:一方面pH能影响根细胞中酶的活性,而影响根的呼吸作用,从而对矿质元素的吸收有影响。另一方面,土壤溶液pH的改变,可以引起土壤溶液中养分的溶解或沉淀;影响矿质元素在土壤中的存在状况,从而影响对其吸收。例如在碱性加强时,铁、磷酸根、钙、镁、铜、锌等离子逐渐形成不溶解状态,能被植物吸收的量便减少。

⑧N素来源??生物固氮:

●含义:固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程。

●研究意义:对于解决粮食问题具有十分重要的意义。

●固氮微生物的种类:

共生固氮微生物??根瘤菌:形态、代谢类型、特点、与豆科植物的关系、根瘤的形成。

自生固氮微生物??圆褐固氮菌:特点(固氮能力强;能分泌生长素,促进植株的生长和果实的发育)、应用(制成菌剂,施到土壤中,可提高农作物产量。)

●过程:不做要求。

●意义:在自然界氮循环(如右图)中具有十分重要的作用。

●在农业生产中的应用:土壤中氮素来源的重要途径;对豆科植物进行根瘤菌拌种,可提高豆科作物的产量;用豆科植物做绿肥或饲养家畜,可增产和获得更多畜产品;让非豆科植物能自行固氮,可提高产量,有利于生态环境的保护。

(2)植物的水分代谢

土壤溶液中矿质离子的浓度和细胞液的浓度影响到水分的吸收。

(3)植物的光合作用

矿质元素影响到植物的光合作用速率,如:

●Mg是合成叶绿素的原料;缺少老叶先变黄。

●Fe参与叶绿素的合成;缺少幼叶先变黄。

●P是NADP+和ATP的组成成分,在维持叶绿体膜的结构和功能上有重要作用;

●绿色植物通过光合作用合成糖类,以及将糖类运输到块根、块茎和种子等器官中,都需要钾;等等。

●N是与光合作用有关酶、ATP、NADP+的成分,也是合成蛋白质的原料;施用过多会造成作物倒伏,从而影响光合效率。

(4)植物的呼吸作用

①植物根细胞的呼吸速率影响矿质元素的吸收;

②矿质元素在植物体内的含量也会影响到植物的呼吸速率,如:

●N是与呼吸作用有关酶的成分;

●P是ATP的组成成分,在维持线粒体膜的结构和功能上有重要作用。

2.无机盐与人体代谢:

(1)来源及排出途径:

 

来 源

排  出

无机盐

Na+

食盐(6-10g)

途径:肾脏(主要)、汗液、粪便

特点:排出量几乎等于摄入量

K+

食物(2-4g)

途径:肾脏(主要)

特点:多吃多排,少吃少排,不吃也排。

(2)平衡的调节:大纲不做要求,此处略。

(3)平衡意义:

①钠盐:维持细胞外液的渗透压等方面有重要作用。

②钾盐:维持细胞内液的渗透压、心肌舒张、正常兴奋性等。

(4)无机盐在动物体内作用及异常:

Fe2+:是血红蛋白是主要成分,缺乏会导致缺铁性贫血。

Ca和P:碳酸钙是动物和人体的骨骼、牙齿中的重要成分,幼年缺乏会导致佝偻病,成年人缺乏会导致骨软化病,老年人缺乏会导致骨质疏松症。太阳光中的紫外线可促进人体内的胆固醇转化成VD,因此,日光浴可以有效地预防儿童佝偻病的发生。如果哺乳动物血液中钙盐的含量太低会出现抽搐。血钙过高则会引起肌无力等疾病。

I:是合成甲状腺激素的原料,缺乏会导致甲状腺增生肿大,患地方性甲状腺肿,俗称大脖子病。

Na:当人在高温条件下工作、剧烈运动或是患某些疾病(如剧烈呕吐、严重腹泻)时,都会丢失大量的水和无机盐(主要是钠盐)。这时如果不及时补充水和食盐,就会导致机体的细胞外液渗透压下降并出现血压下降、心率加快、四肢发冷等症状,严重的甚至昏迷等。这时只要及时补充生理盐水,就可以缓解上述症状。因此,对于在高温条件下工作的人、重体力劳动者或是某些病人来说,应当特别注意补充足够的水和食盐。

K:人在大量出汗、剧烈呕吐或腹泻时,除了丢失水和Na+外,还会丢失K+。K+不仅在维持细胞内液的渗透压上起到决定性作用,而且还具有维持心肌舒张、保持心肌正常兴奋性等重要作用。当血钾含量过低时,会出现多种临床症状,如心肌的自动节律异常,并导致心律失常,等等。蔬菜和水果中含有丰富的K+,只要保持合理膳食,就能满足机体的需要。

(五)无机盐与生物的生殖发育:

B:微量元素B能够促进花粉的萌发和花粉管的伸长,当柱头和花柱中积累了大量B时,有利于受精作用的顺利进行。当缺少B时,花药和花丝萎缩,花粉发育不良。

Ca和P:影响人和动物骨骼的发育。

(六)无机盐与生态环境:

1.物质循环:

(1)N循环:

详见前面的相关内容。

(2)S循环:

途径:教材图9-3

2.环境污染

(1)酸雨:

●形成原因:大气中SO2过多,是形成酸雨的主要原因。

  ●大气中SO2的主要来源:化石燃料的燃烧、火山爆发、微生物的分解作用

●危害:水体酸化,使鱼类的生殖和发育受到严重影响;直接伤害植物的芽和叶,影响植物的生长;腐蚀建筑物和金属材料等。

(2)富营养化:由于水体中N、P等植物必需的矿质元素含量过多,导致藻类植物等大量繁殖,这些生物死亡后,被微生物分解产生H2S、CH4等有毒物质,致使鱼类和其他水生生物大量死亡。若发生在池塘和湖泊即称为水华,若发生在海水即称为赤潮。

(七)其它:

1.无机盐与发酵工程:微生物培养的培养基成分

2.无机盐与细胞工程:组织培养、动物细胞培养的培养基成分

3.无机盐与基因工程:用CaCl2处理细菌的细胞壁,以增大其通透性,有利于目的基因的导入;与基因工程相关酶中含有N元素、相关基因中含有N、P元素等。


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