师：NBA 球员每天要进行大量训练，挥汗如雨，饮料是他们必不可少的补充食物。喝什么饮料能快速补充散失的水分和能量呢？我们来看姚明所喝的这款运动员饮料的主要化学成分。思考两个问题：喝饮料主要是为身体补充水分，水在细胞中起什么作用呢？表中哪些成分是无机盐？为什么运动员喝的饮料要添加无机盐？无机盐在细胞生活中起什么作用？或许你现在还不能很好地回答这两个问题，那就让我们带着问题一起来学习“细胞中的无机物”。皮肤含水量越高越娇嫩，种子的萌发离不开水，科学家在火星表面发现了湖泊和海洋沉积岩，也清晰地看到了水的流动痕迹，据此推测火星上曾经或者现在存在着生命。为什么他们会做出如此推测呢？这是因为人们普遍认为生命起源于海洋，生命从一开始就离不开水。让我们一起来探究一下水的奥秘。首先我们来看一下水在细胞和生物体当中的含量，根据资料一，你能得出什么结论呢？

　　生：水是细胞中含量最多的化合物。

　　师：好的，仔细分析一下资料。这是水母、鱼类、蛙、哺乳动物和藻类生物体当中的含水量。据此你可以得到什么结论呢？

　　生：不同种类生物的含水量不同。

　　师：并且我们还发现水生生物的含水量一般要大于陆生生物。请看资料 3，这是人在不同发育阶段的含水量，你又有什么新的发现呢？

　　生：同种生物的不同发育时期含水量不同。

　　师：并且我们还发现幼年生物的含水量要大于老年生物，而植物的幼嫩部分的含水量大于成熟部分。请看资料 4，同一生物体的不同组织器官含水量是否相同呢？你能否根据你的推断，将下列的组织器官按含水量由大到小进行一个排序呢？

　　生：如果答案是血液、心脏、骨骼肌、骨骼、牙齿，那么恭喜答对了，它们具体的含水量分别是多少呢？

　　师：根据资料 4，你得出了什么结论呢？

　　生：同一生物，不同组织器官的含水量不同。

　　师：在刚才的资料中，我们还发现心脏和血液含水量相差不大，可是它们的形态却很不一样，这是什么原因造成的呢？大家可以看一下水在细胞当中的存在形式的模型。其实水在细胞当中有两种存在形式，其中绝大部分的水呈游离状态，可以自由流动，这一部分水我们称作自由水。它的特点是容易流动，容易蒸发，有溶解性。还有一部分水与细胞内的其他物质，比如说蛋白质和多糖等化合物结合在一起，这一部分水我们称作结合水。结合水的特点是不易散失，并且失去了流动性和溶解性。这两种水在细胞当中含量具体占多少呢？

　　生：自由水约占细胞内水分的 95.5%，而结合水约占水分的 4.5%。

　　师：无论是自由水还是结合水，都对生物体有非常重要的作用。那么自由水和结合水从功能上看有什么差异呢？大家请看，水蜜桃香甜多汁，当你咬开它的时候，冒出的汁水主要是什么形式的水？会有哪些物质溶解其中呢？这说明水又有什么功能呢？

　　生：冒出的汁水主要是自由水，酸酸甜甜的水蜜桃，肯定有糖类和一些有机酸溶解其中，这说明水是良好的溶剂。

　　师：为什么水能成为良好的溶剂呢？让我们一起来看一段视频。

　　（视频播放完毕）

　　师：好的，水是极性分子，所以带正电或负电的分子容易与之结合，故水是良好的溶剂。另外，水分子之间容易形成氢键，保证了水分子具有流动性，也是由于氢键的存在，水分子具有较大的比热容，水可以保持稳定性。水的这种特性对于维持生命系统的稳定性十分重要。这是我们非常熟悉的光合作用，你发现水了吗？据此推断，水又有什么功能呢？

　　生：水参与细胞内许多生物化学反应。

　　师：在血液中自由水较多，你能根据血液的功能来判断自由水的功能吗？

　　生：通过水在生物体内的流动，可以把营养物质运送到各个细胞，同时也把各个细胞在代谢中产生的废物运送到排泄器官，或者直接排出体外。

　　师：血液是由血细胞和血浆组成的，离开了血浆的血细胞很快就会死亡。这又说明自由水可以为细胞提供什么环境呢？

　　生：水为细胞生活提供液体环境。

　　师：综上所述，自由水的功能有细胞内的良好溶剂，参与许多生物化学反应，为细胞生活提供液体环境，还可以运输营养物质和代谢废物。那么结合水的功能呢？

　　生：结合水是细胞结构的重要组成部分，它与细胞内的蛋白质、多糖等化合物结合在一起，从而使得水失去了流动性和溶解性，成为了生物体的结构成分。

　　师：我们在生活中怎样辨别新鲜鸡蛋和臭鸡蛋呢？敲开新鲜鸡蛋后，蛋清是液态胶状，而臭鸡蛋它的蛋清相对更稀。在新鲜鸡蛋和臭鸡蛋中的水分，它的主要存在形式是怎样的呢？

　　生：新鲜蛋清中的水是结合水，而臭蛋清中的水是自由水。

　　师：是的，在新鲜的蛋清当中，水和蛋白质结合在一起形成了液态胶状，这时候的水是结合水。而臭鸡蛋中的蛋白质被微生物分解成小分子物质，使得这部分结合水释放出来，转变成了自由水。由此可见，自由水和结合水是可以转化的。我们再以种子为例来进行一个探究，请大家先思考以下 4 个问题。

　　生：将种子放在阳光下两天，重量减轻，自由水大量散失。

　　生：晒干的种子用水浸泡仍能萌发，说明失去大部分自由水的种子仍保持其生理活性。

　　生：晒干的种子不浸泡，一般不萌发，是因为自由水少，代谢弱。

　　生：将种子放在试管中，用酒精灯加热，管壁上有水珠，此时种子失去的主要是结合水。

　　生：失去结合水的种子浸泡后也不能萌发，因为结合水是细胞结构的重要组成部分，失去结合水，细胞结构被破坏，种子失去了生理活性。

　　师：同学们回答得非常好。根据刚才的探究实验，我们发现自由水和结合水的比例和代谢速率之间又有什么关系呢？

　　生：自由水和结合水比例增大，代谢速率增大。自由水和结合水比例减小，代谢速率减小。

　　师：所以自由水和结合水的比例与代谢速率的关系，如果我们用曲线表示的话是这样的。这是北方冬小麦在冬天来临之前，随着气温的逐渐降低，体内发生了一系列的生理变化。你能据此推断自由水和结合水的比例与植物的抗逆性之间又有什么关系呢？

　　生：自由水和结合水比例降低，抗逆性增大。

　　师：回答正确，这是因为随着自由水和结合水的比例降低，可以避免气温下降时自由水过多而导致结冰，从而损伤自身，所以自由水和结合水的比例越低，抗逆性越强。如果用曲线来表示自由水和结合水的比例与抗逆性之间的关系又是怎样的呢？请同学们尝试着在坐标曲线当中再加一条曲线表示出来。

　　（学生完成曲线绘制后）

　　师：所以自由水和结合水的比例与植物抗逆性之间的关系是这样的，你画对了吗？初中我们做过这样的实验，将谷和小麦的种子烧尽，最终都会得到一些灰白色的灰烬，这些灰烬是什么呢？