引入
为什么沙漠植物能忍受极端缺水，而水生植物离开水很快就死？
为什么种子晒干后能保存很久，一旦吸水就开始萌发？
为什么缺铁会贫血，缺镁叶片会发黄？
水和无机盐是细胞中含量最多的无机物。它们不提供能量，却决定了细胞的物理状态、反应环境和电化学平衡。生命活动几乎全部发生在水环境中，而无机盐则以离子形式参与其中。
正文
水
定义
水是细胞中含量最多的化合物，以自由水和结合水两种形式存在。
自由水与结合水
| 类型 | 存在方式 | 功能 | 比例变化 |
|---|---|---|---|
| 自由水 | 可以自由流动 | 溶剂、运输、反应介质、参与代谢 | 代谢旺盛时比例高 |
| 结合水 | 与蛋白质等结合 | 结构组成、抗逆性 | 休眠、干旱时比例高 |
两者可以相互转化：
| 状态变化 | 自由水/结合水 | 代谢 | 抗逆性 |
|---|---|---|---|
| 种子萌发 | 比值升高 | 增强 | 减弱 |
| 种子休眠 | 比值降低 | 减弱 | 增强 |
| 干旱胁迫 | 比值降低 | 减弱 | 增强 |
这解释了“晒干保存种子”的原理：降低自由水比例，代谢几乎停止，微生物也难以繁殖。
水的作用
| 作用 | 说明 |
|---|---|
| 良好溶剂 | 极性分子，能溶解离子和极性分子 |
| 运输介质 | 血液、木质部导管中的运输 |
| 反应介质 | 绝大多数生化反应在水中进行 |
| 参与代谢 | 光合作用的水解、呼吸作用的水生成 |
| 调节温度 | 比热容大，缓冲温度变化 |
| 维持形态 | 植物细胞的膨压 |
水的比热容大（）源于氢键：升温需要先破坏氢键，因此吸收大量热量而温度变化小。海洋能调节气候、生物体能稳定体温，都依赖这一性质。
无机盐
定义
无机盐是细胞中含量较少、以离子形式存在的无机物，占细胞鲜重的 。
存在形式
多数以离子形式存在（如 、、、），少数以化合物形式存在（如骨骼中的 、血红蛋白中的 、叶绿素中的 ）。
主要元素的作用
| 元素 | 存在形式 | 作用 | 缺乏症状 |
|---|---|---|---|
| 血红蛋白、细胞色素 | 运输氧、电子传递 | 缺铁性贫血 | |
| 叶绿素中心、多种酶的辅因子 | 光合作用、酶的激活 | 叶片失绿（黄化） | |
| 骨骼牙齿、血浆 | 结构、凝血、肌肉收缩 | 骨质疏松、抽搐 | |
| 细胞外液主要阳离子 | 维持渗透压、神经兴奋 | 低钠血症 | |
| 细胞内主要阳离子 | 维持静息电位、心跳 | 心律失常 | |
| 甲状腺激素 | 调节代谢 | 甲状腺肿大 | |
| 骨骼、核酸、ATP | 结构、能量转移 | 骨骼发育不良 | |
| 多种酶的辅因子 | 催化、免疫 | 生长迟缓、味觉减退 |
与 的区别是常考点： 在血红蛋白中负责结合氧， 在叶绿素中负责吸收光能。两者的缺乏症状完全不同。
功能
| 功能 | 例子 |
|---|---|
| 构成细胞结构 | 构成骨骼、牙齿 |
| 维持渗透压 | 、 维持细胞外液渗透压 |
| 维持酸碱平衡 | 、 构成缓冲对 |
| 维持神经肌肉兴奋性 | 过低导致抽搐 |
| 酶的激活剂 | 激活多种激酶 |
| 参与光合作用 | 是叶绿素的必需元素 |
吸收方式
| 方式 | 说明 |
|---|---|
| 主动运输 | 逆浓度梯度，消耗 ATP，如根吸收 |
| 被动运输 | 顺浓度梯度，如 进入细胞 |
植物根系吸收无机盐是主动运输，需要消耗呼吸作用提供的能量。这解释了为什么土壤板结、缺氧时施肥效果差——根系无法呼吸，也就无法主动吸收。
种子萌发时的变化
干燥种子萌发初期，大分子储藏物质被水解：
| 物质 | 变化 | 结果 |
|---|---|---|
| 淀粉 | 水解为葡萄糖 | 提供能量、增加渗透压 |
| 脂肪 | 分解为甘油和脂肪酸，进一步转化 | 干重增加氧元素比例 |
| 蛋白质 | 水解为氨基酸 | 用于合成新蛋白 |
脂肪含氧比例低，转化为糖类需要额外加氧，因此萌发初期干重中氧元素比例上升、碳元素比例下降。这是“脂肪变成糖”在元素层面的体现。
常见误区
| 错误说法 | 问题 |
|---|---|
| “干种子不含水” | 含结合水，只是自由水极少 |
| “无机盐越多越好” | 浓度过高会造成盐胁迫 |
| “缺水只影响代谢速度” | 严重时蛋白质变性、膜结构破坏 |
| “植物吸收无机盐靠被动运输” | 主要是主动运输，需消耗能量 |
引出
为什么自由水与结合水的比值可以作为抗逆性的指标？
为什么脂肪转化为糖时，氧元素质量分数会上升？
盐碱地为什么既缺水又缺肥？