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- 2021-09-26 发布
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第
2
讲 细胞中的元素及无机化合物
考点一 细胞中的元素和化合物
研析教材
内化基本概念
1.
组成细胞的元素
(1)
元素的来源、分类和存在形式
(2)
生物界和非生物界在元素组成上的统一性和差异性
①统一性的表现
:
,
在元素
上具有统一性。
②差异性的表现
:
同一种元素在生物界和非生物界中的
差别很大。
组成生物体的元素在无机自然界中都能找到
种类
含量
2.
细胞中的化合物
[
纠误诊断
]
(1)
在人体活细胞中氢原子的数目最多。
(
)
(2)
细胞中的一种元素的作用能被其他元素替代。
(
)
提示
:
细胞中每种元素的作用是不相同的。
(3)
细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要。
(
)
提示
:
微量元素对维持生命活动是不可缺少的。
(4)
生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同。
(
)
提示
:
生物界中的元素在非生物界都能找到
,
但含量差别很大。
(5)
沙漠植物中含量最多的化合物是水。
(
)
√
×
×
×
√
思考探究
培养科学思维
1.
为什么组成细胞的化学元素在无机自然界都能找到
,
而又与无机自然界的含量大不相同
?
提示
:
因为组成细胞的化学元素归根结底是从无机自然界吸收的
,
生物体吸收自然界中的元素又是有选择性的。
2.
如图
A
是组成人体细胞的主要元素及其比例
,B
是细胞中几种化合物的含量。请据图思考下列问题
:
(1)
如果图
A
表示的是活细胞中的元素含量比例
,
则甲~丁依次为
。
(2)
若按干重计
,
图
B
中②为
,
其标志性元素是
A
图中的
(
填“甲” “乙”“丙”或“丁”
),
按鲜重计②应为
(
此时①为
)
。
(3)
图
A
所示元素在非生物界中
(
填“一定能”“一定不能”或“不一定能”
)
找到。
(4)C
、
H
、
N
三种元素在人体的化学成分中
,
质量分数共占
73%
左右
(
占细胞干重的百分比
),
而在岩石圈的化学成分中
,
质量分数不到
1%,
这一事实说明
.
。
O
、
H
、
C
、
N
蛋白质
丁
水
蛋白质
一定能
生物界
与非生物界具有差异性
[
深度思考
]
细胞中含量最多的两种化合物是水和蛋白质
,
这对细胞的生命活动有什么意义
?
提示
:
水是生命之源
,
生命活动离不开水
,
离开水生命活动就无法进行。蛋白质是生命活动的主要承担者。两种化合物含量高有利于细胞生命活动的正常进行。
题型突破
提升核心素养
题型一 细胞和生物体的组成元素及作用
1.(
2019·
河北衡水金卷
)
如图为元素在生物体内的含量分布情况
,
下列说法错误的是
(
)
A.Ⅰ
在非生物界中都能找到
,
体现了生物界和非生物界的统一性
B.Ⅱ
含量虽少
,
但却是生物体正常生命活动不可缺少的
C.Ⅱ
和
Ⅲ
称为必需元素
,
一旦缺乏可能会导致相应的病症
D.P
、
S
、
K
、
Ca
、
Zn
属于大量元素
D
解析
:
微量元素和大量元素合称为必需元素。
Zn
属于微量元素。
2.(
2019·
湖北武汉联考
)
下列关于组成生物体的化学元素的叙述正确的是
(
)
A.
占细胞鲜重百分比最多的元素是
C
B.
组成
DNA
、磷脂分子的元素种类相同
C.
非生物界与生物界的元素种类相同
D.
组成生物体的化学元素多以离子形式存在
B
解析
:
占细胞鲜重百分比最多的元素是
O;
组成
DNA
、磷脂分子的元素都是
C
、
H
、
O
、
N
、
P,
种类相同
;
组成生物界的元素种类在非生物界中都能找到
,
但非生物界与生物界的元素种类存在差异
;
组成生物体的化学元素多以化合物的形式存在。
题型二 细胞中各类化合物的组成元素及与代谢的联系
3.(
2019·
河北石家庄期末
)
下列各组化合物中
,
由相同元素组成的是
(
)
A.
叶绿素、类胡萝卜素
B.
胰岛素、性激素
C.
脂肪、核苷酸
D.
纤维素、丙酮酸
D
解析
:
叶绿素中含有镁元素
,
与类胡萝卜素的元素组成不同
;
性激素只含有
C
、
H
、
O,
胰岛素含有
C
、
H
、
O
、
N;
脂肪只含有
C
、
H
、
O,
核苷酸含有
C
、
H
、
O
、
N
、
P;
纤维素和丙酮酸都只含有
C
、
H
、
O
。
4.
如图是构成细胞的某些化合物的元素组成情况
,
则对①、②、③所表示的物质及其所能表现的生理功能推测错误
的是
(
)
A.
①可能是叶绿素
,
能吸收光能进行光合作用
B.
②可能是血红蛋白
,
有运输氧的作用
C.
③可能是磷脂
,
是细胞膜的主要成分
D.
①、②、③必为同一类物质
D
解析
:
叶绿素中含有
Mg,
所以①可能是叶绿素
,
能吸收光能进行光合作用
;
血红蛋白中含有
Fe,
所以②可能是血红蛋白
,
有运输氧的作用
;
磷脂含有的元素是
C
、
H
、
O
、
N
、
P,
所以③可能是磷脂
,
是细胞膜的主要成分
;①
、②、③为不同类物质。
题后提升
据特征元素推测化合物的种类
考点二 细胞中的水和无机盐
研析教材
内化基本概念
1.
细胞中的水
(1)
存在形式及作用
(2)
自由水
/
结合水与植物代谢、抗逆性的关系
2.
细胞中的无机盐
(
巧记功能
:
一组成二维持
)
[
纠误诊断
]
(1)
贮藏中的种子不含水分
,
以保持休眠状态。
(
)
提示
:
贮藏中的种子
,
自由水与结合水的比值很低
,
代谢很弱
,
以保持休眠状态
,
并非不含水分。
(2)
植物根系通过主动运输吸收无机盐离子需要
ATP
。
(
)
(3)
细胞中的无机盐大多数以化合物形式存在
,
如
CaCO
3
构成骨骼、牙齿。
(
)
提示
:
细胞中的无机盐大多数以离子形式存在。
(4)
叶绿体中的色素都含有
Mg
。
(
)
提示
:
叶绿素含有
Mg,
类胡萝卜素不含
Mg
。
(5)
在动物体内
,Na
+
主要维持细胞内液的渗透压
,K
+
主要维持细胞外液的渗透压。
(
)
提示
:
Na
+
和
Cl
-
主要维持细胞外液的渗透压
,K
+
主要维持细胞内液的渗透压。
×
√
×
×
×
思考探究
培养科学思维
1.
为什么植物缺少
N
、
Mg
、
P
会影响光合作用
?
提示
:
N
、
Mg
是组成叶绿素的成分
,N
、
P
是组成叶绿体类囊体薄膜和
ATP
的成分
,N
也是组成光合酶的成分
,
因此植物缺少
N
、
Mg
、
P
会影响光合作用。
2.
镁是叶绿素的重要组成元素
,
植物体缺少镁元素会导致叶片变黄
,
影响光合作用。请设计实验证明镁是植物必需的矿质元素。
实验材料
:
某种植物幼苗若干、完全培养液、缺镁培养液。
请写出该实验的设计思路并预测实验结果。
提示
:
选择生理状况相同的植物幼苗若干
,
分成
A
、
B
两组
,A
组用完全培养液培养
,B
组用缺镁培养液培养
,
一段时间后
,
观察两组叶片是否变黄
,
若
B
组叶片变黄
,
再补充镁离子
,
一段时间叶片恢复绿色
,
则证明镁是植物必需的矿质元素。
题型突破
提升核心素养
题型一 水的存在形式、作用及与代谢的关系
1.(
2019·
山东临沂期中
)
关于生物体内水的叙述
,
正确的是
(
)
A.
氨基酸分子之间脱水缩合生成物
H
2
O
中的氢来自氨基
B.
结合水可作为细胞内化学反应的反应物
C.
进入冬季
,
一般植物体内结合水与自由水的比例会升高
D.
核糖体、线粒体和中心体都会生成水
C
解析
:
氨基酸分子之间脱水缩合生成物
H2O
中的氢来自氨基和羧基
;
作为细胞内化学反应的反应物的是自由水
;
核糖体、线粒体会生成水
,
中心体不会生 成水。
2.(
2019·
北京顺义区期末
)
生物体的生命活动离不开水
,
下列关于真核细胞中水的叙述
,
错误的是
(
)
A.
玉米体内的水分参与营养物质的运输
B.
正在萌发的种子中结合水与自由水的比值下降
C.
水分子能与膜上亲水物质结合
,
导致生物膜具有流动性
D.
有氧呼吸产生的
H
2
O
中的
O
全部来自
O
2
C
解析
:
自由水在玉米体内流动
,
可以运送营养物质和代谢废物
;
新陈代谢旺盛的细胞内自由水含量较高
,
正在萌发的种子中结合水与自由水的比值下降
;
组成生物膜的磷脂和蛋白质分子的运动使生物膜具有流动性
;
有氧呼吸产生的
H
2
O
中的
O
全部来自
O
2
。
题型二 无机盐的存在形式及作用
3
.(2019·
河北衡水中学二调
)
下列有关生物体内无机盐的叙述
,
错误的是
(
)
A.
细胞中绝大多数的无机盐以离子的形式存在
B.
生物体内无机盐浓度的大小会影响细胞的吸水或失水
C.
患急性肠炎的病人脱水时输入葡萄糖盐水是常见的治疗方法
D.
给水中毒患者注射质量分数为
1.8%
的盐水
,
是为了降低细胞外液的渗透压
D
解析
:
细胞中绝大多数的无机盐以离子的形式存在
;
水分子是顺相对含量的梯度跨膜运输的
,
生物体内无机盐浓度的大小会影响细胞的吸水或失水
;
患急性肠炎的病人脱水时输入葡萄糖盐水是常见的治疗方法
;
给水中毒患者注射质量分数为
1.8%
的盐水
,
是为了升高细胞外液的渗透压。
4.(
2019·
全国
Ⅲ
卷
)
氮元素是植物生长的必需元素
,
合理施用氮肥可提高农作物的产量。回答下列问题。
(1)
植物细胞内
,
在核糖体上合成的含氮有机物是
,
在细胞核中合成的含氮有机物是
,
叶绿体中含氮的光合色素是
。
解析
:
(1)
核糖体是合成蛋白质的机器
,
蛋白质为含氮有机物
,
细胞核是遗传物质
(
核酸
)
贮存和复制的场所
,
核酸为含氮有机物
,
叶绿素是叶绿体中含氮的光合色素。
答案
:
(1)
蛋白质 核酸 叶绿素
考点三 实验
:
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
实验基础
1.
实验原理
某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生
。
特定的颜色反应
砖红色沉淀
紫色
2.
实验步骤与实验结论
(1)
还原糖的检测
结论
:
说明组织样液中有可溶性
。
还原糖
(2)
脂肪的检测
方法一
:
花生种子匀浆
+3
滴
染液→
。
方法二
:
花生种子
(
浸泡
),
将子叶削成薄片。
苏丹
Ⅲ(
苏丹
Ⅳ)
橘黄色
(
红色
)
观察
:
先在
下寻找到已着色的颗粒再用
观察。
结论
:
圆形小颗粒呈橘黄色
,
说明有
存在。
低倍镜
高倍镜
脂肪
(3)
蛋白质的检测
结论
:
说明组织样液中存在
。
蛋白质
(4)
淀粉的检测
重点透析
1.
区分斐林试剂与双缩脲试剂的“一同三不同”
2.
把握三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一”
唯一
需要
加热
还原糖检测
,
水浴加热。若不加热
,
则无砖红色沉淀出现
唯一
需要显微镜
切片法检测生物组织中的脂肪
唯一
使用
酒精
脂肪的检测
,
用体积分数为
50%
的酒精洗去浮色
3.
关注实验中的四个注意点
选材
不宜选有颜色的实验材料
,
因为有颜色的材料会干扰实验结果
预留样液
物质检测中
,
预留组织样液作对照
待测液
处理
用蛋清作蛋白质检测材料
,
必须充分稀释
,
防止蛋清粘在试管内壁
材料处理
脂肪检测时
,
用体积分数为
50%
的酒精洗去浮色
,
不能用清水
,
因为染料溶于有机溶剂、不溶于水
题型演练
题型一 实验原理和操作
1.(
2017·
全国
Ⅰ
卷
)
下列关于细胞结构与成分的叙述
,
错误的是
(
)
A.
细胞膜的完整性可用台盼蓝染色法进行检测
B.
检测氨基酸的含量可用双缩脲试剂进行显色
C.
若要观察处于细胞分裂中期的染色体可用醋酸洋红液染色
D.
斐林试剂是含有
Cu
2+
的碱性溶液
,
可被葡萄糖还原成砖红色
B
解析
:
台盼蓝为大分子染料
,
完整的细胞膜不允许台盼蓝进入细胞
,
细胞不能被染色
,
故可用台盼蓝染色法检测细胞膜的完整性
;
双缩脲试剂与蛋白质中的肽键发生紫色反应
,
而氨基酸不含肽键
,
无法与双缩脲试剂发生紫色反应
;
醋酸洋红是一种碱性染料
,
可使染色体着色
;
斐林试剂甲液与乙液混合后生成弱氧化性的
Cu(OH)
2
,
可被葡萄糖还原为砖红色沉淀
(Cu
2
O)
。
2.
如图是鉴定生物组织中某种成分的操作流程图。下列相关叙述中正确的是
(
)
A.
图中的甲试剂也可以用于鉴定蛋白质
B.
可用菠菜叶片替代苹果
C.
石英砂的作用是使研磨更充分
D.
甲试剂由甲、乙两种液体组成
,
使用时先加甲液再加乙液
C
解析
:
根据选材及颜色变化可知该实验测定的是还原糖
,
其中甲试剂是斐林试剂
,
斐林试剂不能用于鉴定蛋白质
;
由于菠菜叶片呈绿色
,
会影响对实验结果的观察
,
所以不能用菠菜叶片替代苹果
;
石英砂的作用是使研磨更充分
;
斐林试剂由两种液体
(
甲液和乙液
)
组成
,
使用时应先将甲、乙两液混合后再加入样液中。
题型二 实验结果分析
3.(
2019·
河北衡水金卷
)
现有甲和乙两种物质
,
物质甲遇双缩脲试剂呈紫色
,
物质乙与斐林试剂在水浴状态下不出现砖红色沉淀
,
但物质甲与物质乙混合后可与斐林试剂反应产生砖红色沉淀。下列关于物质甲和物质乙及相关试剂的叙述中
,
错误的是
(
)
A.
物质甲可能是麦芽糖酶
,
物质乙可能是麦芽糖
B.
物质甲一定是蛋白质
,
物质乙一定不是还原糖
C.
物质甲可能是纤维素酶
,
物质乙可能是纤维素
D.
组成双缩脲试剂和斐林试剂的两种溶液种类相同但浓度不完全相同
A
解析
:
由于物质甲与双缩脲试剂反应呈紫色
,
所以物质甲一定是蛋白质
,
物质乙不能与斐林试剂在水浴状态下反应生成砖红色沉淀
,
但与物质甲混合后能产生
,
说明物质乙本身不是还原糖
,
但可以在物质甲的作用下分解产生还原糖。麦芽糖是还原糖
,
与斐林试剂在水浴状态下可产生砖红色沉淀
,
故物质乙不可能是麦芽糖
;
纤维素可在纤维素酶的作用下产生葡萄糖
;
双缩脲试剂和斐林试剂均由氢氧化钠溶液和硫酸铜溶液组成
,
但硫酸铜溶液的浓度不同。
题型三 实验技能综合考查
4.
许多植物如花生、蓖麻等的种子中储存有大量的脂肪。某同学想知道
:
除种子外
,
植物的其他部分如根尖细胞中是否也含有脂肪
?
请帮助他补充完善以下实验方案。
(1)
作出假设
:
根尖细胞中含有脂肪。
(2)
实验原理
:
①
;
②
。
(3)
实验材料
:
新鲜洋葱根尖
,
苏丹
Ⅲ
染液
,
质量分数为
10%
的盐酸
,
体积分数为
50%
的酒精
,
蒸馏水
,
载玻片
,
盖玻片
,
,
刀片
,
培养皿
,
镊子
,
滴管。
(4)
主要实验步骤
:
①取一培养皿
,
向其中加入适量的质量分数为
10%
的盐酸
,
再将洋葱根尖浸泡其中
,5 min
后取出
,
并用清水漂洗。
②以经过处理的洋葱根尖为材料
,
制作洋葱根尖临时装片
,
再在装片的盖玻片上加一块载玻片
,
用手指轻压
,
使根尖组织细胞分散。
③揭去盖玻片
,
在洋葱根尖上滴加
2~3
滴苏丹
Ⅲ
染液
,
染色
3 min
。
④
。
⑤显微镜观察
:
在低倍镜下找到比较清晰的根尖组织
,
并移到
,
换高倍镜观察
,
并调
使物像清晰。
(5)
最可能的结果
:
。
解析
:
(2)
检测根尖细胞中是否含有脂肪
,
该实验原理是
:①
脂肪可以被苏丹
Ⅲ
染液染成橘黄色
;②
苏丹
Ⅲ
可溶于质量分数为
50%
的酒精。
(3)
观察细胞中被苏丹
Ⅲ
染液染色的脂肪
,
需在显微镜下观察。
(4)
用苏丹
Ⅲ
染液染色后
,
需用体积分数为
50%
的酒精洗去浮色并制成临成装片。在低倍镜下找到要观察的目标后
,
因高倍镜下观察到的视野范围小于低倍镜下的观察范围
,
所以需将其先移动到视野中央
,
再换高倍镜。换高倍镜后只需调节细准焦螺旋使物像清晰即可。
(5)
洋葱根尖细胞中应该也有脂肪
,
所以最可能的结果是出现橘黄色。
答案
:
(2)
①脂肪可以被苏丹
Ⅲ
染液染成橘黄色
②苏丹
Ⅲ
可溶于质量分数为
50%
的酒精
(3)
显微镜
(4)
④用吸水纸吸去染液
,
再滴加
1~2
滴体积分数为
50%
的酒精
,
洗去浮色
;
用吸水纸吸去根尖周围的酒精
,
滴一滴蒸馏水
,
盖上盖玻片
,
制成临时装片
⑤视野中央 细准焦螺旋
(5)
洋葱根尖细胞中出现橘黄色
科学探究系列
1
实验材料的选择原则
素能培养
选择理想的生物实验材料是生物科学实验、生物科学探究成败的关键之一。而选择合适的生物实验材料是制订计划与实施计划的关键。生物实验材料的选择应注意以下几点
:
(1)
选择的生物材料应是当地较常见、易于获得的材料。
(2)
选择的生物材料应健壮、新鲜。健壮的生物材料新陈代谢才旺盛
,
生物学特征才明显
,
用作实验效果才好。
(3)
选择的生物材料应价格便宜、成本低廉。这是做任何实验都必须考虑的经济因素。
(4)
最关键的选择原则应该是符合实验目的与要求。
1.
有色、无色材料的选择和处理
实验名称
实验材料
及处理
取材主要原因
鉴定还原糖实验
苹果或梨的匀浆
用还原糖丰富的
,
白色或近于白色的材料
,
以避免色素对实验现象造成干扰
观察
DNA
和
RNA
在细胞中的分布
人的口腔上皮细胞
取材方便
,
细胞结构完整且无色
观察植物细胞质壁分离及复原实验
紫色洋葱表皮细胞
细胞内具有中央液泡
,
且液泡内含有色素便于观察实验现象
用高倍镜观察叶绿体和线粒体实验
新鲜藓类的叶或者菠菜叶、黑藻叶、人的口腔上皮细胞
藓类植物的叶薄而小
,
叶绿体清晰
,
可取整个叶制片
,
选用菠菜叶
(
稍带叶肉
)
的下表皮
(
因为叶肉细胞中含有叶绿体
)
2.
实验材料的生理状态的选择
实验名称
实验材料及处理
取材原因
细胞膜的提取实验
哺乳动物成熟的红细胞
该细胞内无细胞核和各种细胞器
,
避免了其他膜结构对细胞膜的干扰
比较过氧化氢酶在不同条件下的分解
新鲜的肝脏研磨液
肝脏是动物体内重要的解毒器官
,
富含
H
2
O
2
酶
绿叶中色素提取和分离
新鲜的绿叶
(
如菠菜的绿叶
)
使滤液中含较多的色素
观察根尖分生组织细胞的有丝分裂实验
洋葱根尖
该部位细胞分裂旺盛
,
易观察到分裂期染色体的行为变化
1.
在生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定实验中
,
关于实验材料的选择的叙述
,
错误的是
(
)
A.
甘蔗茎的薄壁组织、甜菜的块根等都含有较多的糖
,
且近于白色
,
因此可以用于进行还原糖的检测
B.
花生种子含脂肪多
,
且子叶肥厚
,
是用于脂肪鉴定的理想材料
C.
大豆种子蛋白质含量高
,
是进行蛋白质鉴定的理想植物材料
D.
鸡蛋清含蛋白质多
,
是进行蛋白质鉴定的理想动物材料
A
解析
:
甘蔗茎和甜菜的块根中含有的是蔗糖
,
蔗糖是非还原糖
,
不能作为还原糖检测的材料。
针对训练
2.(
2019·
河北衡水中学五调
)
实验材料是决定实验成功与否的关键因素之一。下列关于实验选材的叙述
,
正确的是
(
)
A.
利用人口腔上皮细胞观察线粒体的形态和分布
B.
利用洋葱根尖成熟区细胞诱导染色体数目加倍
C.
利用山柳菊研究生物遗传的基本规律
D.
利用马蛔虫的受精卵观察细胞的减数分裂
A
解析
:
洋葱根尖成熟区细胞不分裂
,
因此不能诱导染色体数目加倍
;
山柳菊没有容易区分的相对性状
,
有时进行无性繁殖
,
花小难以做人工杂交实验
,
不适合研究生物的遗传规律
;
受精卵进行的是有丝分裂。
3.(
2019·
广西梧州联考
)
下列实验材料的选择理由不合理的是
(
)
A.
恩格尔曼选择水绵的原因之一是水绵具有易于观察的椭球形叶绿体
B.
比较
H
2
O
2
在不同条件下的分解实验中
,
选择肝脏研磨液的理由是含有过氧化 氢酶
C.
在探究细胞呼吸方式时选择酵母菌的理由是它属于兼性厌氧菌
D.
孟德尔选择豌豆的理由之一是豌豆属于自花传粉、闭花受粉植物
A
解析
:
恩格尔曼选择水绵的原因之一是水绵具有易于观察的条带状叶绿体
;
比较
H2O2
在不同条件下的分解实验中
,
选择肝脏研磨液的理由是其含过氧化氢酶
;
酵母菌是兼性厌氧菌
,
既可以进行有氧呼吸
,
也可以进行无氧呼吸
,
因此酵母菌可以作为探究细胞呼吸方式的材料
;
豌豆属于自花传粉、闭花受粉植物
,
自然状态下一般是纯种
,
因此孟德尔选择豌豆作为实验材料。
课堂小结
[
构建知识网络
]
[
强化思维表达
]
1.
大量元素、微量元素都是生物必需的元素
,
对于维持生物体生命活动都起着非常重要的作用。
2.
结合水是细胞结构的重要组成成分
;
自由水是细胞内的良好溶剂
,
参与生化反应
,
为细胞提供液体环境
,
运送营养物质和代谢废物。
3.
无机盐是细胞内某些复杂化合物的组成成分
,
维持细胞和生物体的正常生命活动
,
维持生物体的酸碱平衡和渗透压。
4.
还原糖与斐林试剂发生作用且水浴加热时生成砖红色沉淀
;
脂肪可以被苏丹
Ⅲ
染液染成橘黄色
,
被苏丹
Ⅳ
染液染成红色
;
蛋白质与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应。