高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“货币”ATP优秀导学案

细胞中的化学元素和无机化合物

核心知识点一：细胞中的元素种类、含量以及作用

记忆口诀：铁猛碰新木桶。

问题探究：是不是微量元素的含量少，对细胞行使正常的功能可有可无？

不是，含量虽少，但作用重要。大量元素、微量元素是根据元素的含量划分的。无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，对于维持生物体的生命活动都起着重要的作用。

易错点拨：组成不同生物体的元素种类大体相同，但含量差异很大。鲜重中含量最多的元素是O，数量最多的元素是H，干重中含量最多的元素是C。生物体内的元素不一定都是必需元素，如Pb铅。

核心知识点二：水的存在形式

①水的含量与器官状态之间的关系：自由水含量多为液态，结合水含量多为固态。如血液和心脏。

②温度影响自由水和结合水之间的转化。

③自由水/结合水比值与新陈代谢和抗逆性的关系：

④应用：种子储存前减少自由水，种子萌发前，大量吸收水分。秋冬季节植物体内自由水减少，是对环境的适应。

问题探究：①水对生物的生长至关重要，是不是水分越多对植物的生长越有利？

错，植物长期浸泡在水中，根系会无氧呼吸产生有害的物质，导致烂根。

②分析新鲜的花生、晒干的花生、炒干的花生中自由水与结合水的比值情况，以及与代谢的关系？

新鲜的花生比值较高，代谢旺盛；晒干的花生，比值较低，代谢缓慢，有利于种子储存；炒干的花生，自由水和结合水都下降，细胞失去活性，死亡。

易错点拨：干种子中不是不含自由水，而是自由水的比例很低，结合水的比例较高。

核心知识点三：无机盐的功能与实验设计

验证某种矿质元素生理功能的实验方案：

实验组：正常植物＋缺X培养液共同培养一段时间后，表现出相应的症状，再加入X后，症状消失。

对照组：正常植物＋完全培养液共同培养一段时间后，植物正常生长。

实验相关说明：

（1）实验中应保证实验材料的统一性，即材料的数量、种类、生长状况等相同。

（2）实验组加入X的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。

（3）实验中不能使用土壤以及单独加某一种元素的培养液。

问题探究：①若X为植物必需的元素，在只含X的培养液中培养植物，能否活的长久？

不能，植物的生长需要多种元素。

②植物的生长离不开无机盐的作用，为什么施肥量多了植物的生长反而受到影响了呢？

根系周围无机盐过多会导致植物细胞无法吸水，甚至失水，而出现烧苗现象。

例题1  下列有关组成生物体细胞的化学元素的叙述中，正确的是（    ）

A. 农作物种植中主要施加氮肥、磷肥、钾肥，可以不需要B等微量元素

B. C、H、O、N在细胞中的含量很高，与组成细胞的化合物有关

C. 生物体内的化学元素都来自无机环境，含量与无机环境相当

D. 常吸入汽车尾气，可能在体内积累Pb等人体必需的元素

答案：B

解析：本题主要考查细胞中的化学元素，难度中等。N、P、K是组成细胞的大量元素，需要量大，微量元素的功能同样重要，必不可少，A错误；C、H、O、N在细胞中的含量很高，与组成细胞的化合物有关，B正确；生物体内的化学元素来自无机环境，但是含量差异很大，C错误；Pb不是人体必需的元素，D错误。

例题2  结合下列曲线，对水在生物体内含量的说法，错误的是（    ）

A. 曲线①可表示人一生中体内自由水与结合水的比值随年龄变化的曲线

B. 曲线①可表示新陈代谢速率随结合水与自由水比值的变化

C. 曲线②可以表示种子在晾干的过程中结合水比例的变化

D. 曲线②可以表示植物从幼苗到成体过程中含水量的变化

答案：D

解析：本题主要考查水在生物体内的含量与年龄、代谢的关系，难度较大。随着年龄的增长，人体内自由水的相对含量减少，自由水与结合水的比值减小，A正确；新陈代谢速率越大自由水相对越多，结合水与自由水比值越小，B正确；种子在晾干的过程中失去自由水，因此结合水比例增大，C正确；植物从幼苗到成体的过程中相对含水量逐渐减少，D错误。

例题3  无机盐能维持生物体正常的生命活动。下面列出了若干确定无机盐X是否是植物必需的实验方案，其中正确的设计是（    ）

①以土壤为基质盆栽，浇缺少无机盐X的“完全培养液”

②以沙土为基质盆栽，浇缺少无机盐X的“完全培养液”

③只用缺少无机盐X的“完全培养液”，不用基质

④以土壤为基质盆栽，浇蒸馏水

⑤以沙土为基质盆栽，浇完全培养液

⑥不用基质，只用完全培养液

⑦不用基质，只用含无机盐X的培养液

⑧不用基质，只用蒸馏水

A. 以③为实验组，⑥为对照组

B. 以④为实验组，①为对照组

C. 以②为实验组，⑤为对照组

D. 以⑦为实验组，⑧为对照组

答案：A

解析：本题主要考查确定某无机盐是否为植物必需元素的实验方案，难度较大。植物的生长需要多种无机盐，缺少无机盐或只用含无机盐X的培养液培养植物，植物均不能正常生长，不能作为对照组；土壤、沙土中都含有多种无机盐，不能做对照组。因此对照组只能用完全营养液，而实验组为缺少无机盐X的完全营养液，通过观察植物的生长状况来确定实验结论。

（答题时间：30分钟）

1. 下列关于组成生物体的化学元素和化合物的叙述，正确的是（    ）

A. 组成生物体的元素在无机自然界中都可以找到

B. 人、硝化细菌和烟草花叶病毒所含有的化学元素的种类差异很大

C. 组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，在细胞鲜重中含量最高

D. 人的肌肉细胞中含量最多的化合物是蛋白质

2. 如图1是细胞中3种化合物含量的扇形图,图2是有活性的细胞中元素含量的柱形图,下列说法错误的是（    ）

A. 若图1表示正常细胞的化合物含量,则化合物A、B共有的元素中含量最多的是图2中的a

B. 若图1表示细胞完全脱水后的化合物含量,则化合物A中含量最多的元素为图2中的b

C. 图2中数量最多的元素是C,这与细胞中含量最多的有机物有关

D. 若图1表示正常细胞的化合物含量,则化合物B具有多样性,其必含的元素为C、H、O、N

3. 下列有关水对生命活动影响的叙述，正确的是（    ）

①越冬的植物体内自由水和结合水的比值下降，有利于抵抗不利的环境条件 ②在植物幼嫩部位中自由水含量较衰老部位低 ③在萌发的种子中自由水与结合水的比值下降 ④各种生物体的一切生命活动都离不开水

A. ①④ B. ①③ C. ③④ D. ②④

4. 一个正在进行旺盛生命活动的细胞,假定在其生命活动过程中含水量不变,则下列有关温度对结合水和自由水比例的影响的叙述正确的是（    ）

A. 温度升高,结合水比例减小,自由水比例增大

B. 温度升高,结合水比例增大,自由水比例减小

C. 温度降低,结合水比例减小,自由水比例增大

D. 温度降低,结合水和自由水比例不变

5. 风干种子的萌发需要水分等条件。下列关于风干种子的叙述，错误的是（    ）

A. 风干种子细胞中的水主要以结合水的形式存在

B. 水和无机盐对风干种子的生命活动有重要作用

C. 风干种子萌发时，无机盐为其生命活动提供能量

D. 风干种子燃烧后产生的灰分中含有大量的无机盐

6. 无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用。下列相关叙述正确的是（　　）

A. 蔬菜中的草酸不利于机体对食物中钙的吸收

B. 缺镁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降

C. 大量出汗会排出过多无机盐，需饮用淡盐水以补充能量

D. 细胞中的无机盐均以离子形式存在

7. 图1表示甲、乙两种无机盐离子处于不同浓度时与作物产量的关系；图2表示不同浓度的钙对某种植物花粉萌发和花粉管生长的影响。下列相关描述错误的是（    ）

A. 同一种作物对甲、乙两种无机盐离子的需求量不同

B. 乙的浓度为d时，对提高产量最有利

C. 适宜浓度的钙有利于花粉管的生长

D. 在一定范围内，钙的浓度对花粉萌发率无影响

8. 下列有关细胞中的元素和无机化合物的叙述，正确的是（    ）

A. 细胞中常见的化学元素根据作用的大小分为大量元素和微量元素

B. 组成人体细胞的大量元素中H的含量最多

C. 同一种植物中萌发的种子的含水量比休眠种子多

D. 哺乳动物的血钙太低，会出现肌无力症状

9. 科学研究表明：生命活动旺盛的细胞自由水与结合水的比值较大，而处于休眠状态的细胞自由水与结合水的比值较小。请分析并完成下列问题。

（1）自由水以________的形式存在于细胞内，随着发育期的不同和细胞种类的不同而有很大的差异。自由水占细胞鲜重的绝大部分，是细胞内的良好__________，有利于物质的__________，有利于__________________的顺利进行，所以生命活动旺盛的细胞中自由水的含量________。

（2）干种子内所含的水主要是____________，抗旱性强的植物体细胞内结合水的含量________，处于休眠状态的细胞内自由水的含量________。

（3）如果将晒过的种子再用火烘烤，失去的是________水。

（4）血液凝固时________水转变成________水，说明自由水和结合水可以相互________。

10. 华北某地区经常出现苹果小叶病，有人认为是土壤中缺锌引起的，有人认为是土壤中缺镁引起的，现有如下材料，请你完成下列实验，探究上面猜测哪个正确。

材料用具：三株长势相同的苹果幼苗、蒸馏水、含有植物必需元素的各种化合物。

实验原理：任何一种必需元素在植物体内都有一定的作用，一旦缺乏，就会表现出相应的症状，根据全素培养和相应缺锌、缺镁的培养对苹果生长发育的比较，判断小叶病的病因。

方法步骤：

（1）首先配制全素培养液和相应的缺锌培养液和____培养液，分别放入三个培养缸并编号为A、B、C；

（2）将________的苹果幼苗分别栽培在上述三个缸中；

（3）放在适宜的条件下培养一段时间，观察________；

（4）结果预测和分析：

①________缸内的苹果幼苗正常生长；

②若B缸内苹果幼苗表现出小叶病，而C缸没有，则说明________；

③若________，则说明苹果小叶病是由缺镁引起的；

④若________，则说明苹果小叶病既与缺镁有关，又与缺锌有关；

⑤若________，则说明苹果小叶病与缺镁、缺锌都无关。

1. A  解析：本题考查组成生物体的化学元素和化合物，难度较小。组成生物体的元素在无机自然界中都可以找到，没有一种是生物所特有的，A正确；人、硝化细菌和烟草花叶病毒的元素种类基本相同，含量差异很大，B错误；组成生物体的大量元素中，O在细胞鲜重中含量最高，C错误；人的肌肉细胞中含量最多的化合物是水，D错误。

2. C  解析：本题考查细胞中的元素和化合物的分类，难度中等。由题意可知，图2中a是O元素，若图1表示正常细胞，水的含量最多，故A化合物是水，B是蛋白质，水和蛋白质的共有元素是H和O，两种元素中O的含量最多，A正确；若图1表示细胞完全脱水后化合物的扇形图，则A是蛋白质，蛋白质中含量最多的元素是碳，即图2中的b；B正确；图2中数量最多的元素是c即元素H,与细胞中含量最多的化合物水有关，C错误；若图1是正常细胞，B是蛋白质，蛋白质具有多样性，蛋白质的元素组成是C、H、O、N等，D正确。

3. A  解析：本题考查细胞内水的含量以及存在形式与代谢的关系，难度中等。①水是生命活动的重要条件，细胞内的水以自由水和结合水两种形式存在，细胞中自由水的比例越小，细胞代谢越弱，其抗逆能力越强，①正确；②植物幼嫩部位代谢旺盛，其细胞中自由水含量较衰老部位的高，②错误；③萌发的种子代谢旺盛，细胞中自由水与结合水的比值上升，③错误；④自由水是细胞内良好的溶剂，是许多化学反应的介质，水还是许多化学反应的反应物，所以各种生物体的一切生命活动都离不开水，④正确。综上所述， A正确，B、C、D错误。

4. A  解析：本题考查温度对自由水和结合水比例的影响，难度中等。温度升高，细胞的代谢活动增强，自由水的比例增加，结合水的比例降低，A正确、B错误；温度降低，细胞代谢活动减弱，自由水的比例降低，结合水的比例增加，C、D错误。

5. C  解析：本题考查风干种子中水和无机盐的特点，难度中等。风干种子丢失了大量自由水，水主要以结合水的形式存在，A正确；水和无机盐对风干种子的生命活动有重要作用，B正确；无机盐不能为其生命活动提供能量，C错误；风干种子燃烧后产生的灰分中含有大量的无机盐，D正确。

6. A  解析：本题考查无机盐的存在形式和功能，难度较小。蔬菜中的草酸容易与食物中的钙结合形成草酸钙，不利于机体对钙的吸收，A正确；铁是血红蛋白的组成成分，缺铁会导致血红蛋白含量下降，运输氧气的能力下降，B错误；大量出汗需要饮用淡盐水来补充丢失的水和无机盐，不是补充能量，C错误；细胞中无机盐大多以离子形式存在，少数是细胞内某些化合物的组成成分，D错误。

7. B  解析：本题考查无机盐的功能，难度中等。由图1可知，当甲的浓度为a时，乙的浓度在c-d之间时，作物的产量较高，说明同一植物对不同离子的需求量不同，A正确；乙的浓度在c、d之间，对提高产量有利，B错误；由图2可知，钙的浓度影响花粉管生长速率，适宜的浓度有利于花粉管的生长，C正确；钙的浓度对花粉萌发率没有影响，D正确。

8. C  解析：本题考查细胞中的元素和无机化合物，难度中等。细胞中常见的化学元素，根据含量的多少分为大量元素和微量元素，A错误；组成人体细胞的大量元素中，C是在细胞干重下含量最多，O是在细胞鲜重的情况下含量最多，B错误；同一种植物，当自由水比例增加时，细胞代谢活跃，生长迅速，反之代谢强度就会下降，萌发的种子，其细胞代谢比休眠的种子活跃，因此萌发的种子的含水量比休眠种子多，C正确；哺乳动物的血钙太低，会出现抽搐等症状，D错误。

9.（1）游离；溶剂；运输；生物化学反应；高；

（2）结合水；高；低；

（3）结合；

（4）自由；结合；转化。

解析：本题考查水的存在形式以及自由水和结合水的作用，难度中等。

（1）细胞内的自由水是以游离的形式存在的水，是细胞内良好的溶剂，能自由移动，对于运输营养物质和代谢废物具有重要作用；细胞内的自由水有利于生物化学反应的顺利进行，因此生命活动旺盛的细胞中自由水的含量高。

（2）种子内所含的水主要是结合水；结合水含量越高，新陈代谢强度越弱，抗逆性越强，所以抗旱性强的植物结合水的含量高；处于休眠状态的细胞，新陈代谢弱，自由水的含量低。

（3）晒干的种子用火烘烤，失去的是结合水。

（4）血液凝固时自由水转变成结合水，说明自由水和结合水是可以相互转化的。

10.（1）缺镁；

（2）三株长势相同的；

（3）苹果幼苗的生长发育状况；

（4）A；苹果小叶病是由缺锌引起的；C缸内苹果幼苗表现出小叶病，而B缸没有；B、C两缸内苹果幼苗都表现出小叶病；B、C两缸内苹果幼苗都不表现出小叶病。

解析：本题以实验探究的形式考查无机盐的作用，难度较大。

（1）由实验目的分析出实验的自变量是培养液中否含有锌元素和是否含有镁元素，实验还应遵循对照原则，因此实验分为三组，一组是全营养液作为对照，一组是缺锌的营养液，一组是缺镁的营养液。

（2）对于无关变量的控制应保持相同的条件，所以将三株长势相同的苹果幼苗分别栽培在上述三个缸中。

（3）实验目的是研究无机盐对苹果小叶病的影响，所以相同且适宜的条件下培养一段时间，应观察记录分析苹果幼苗的生长发育情况，是否患小叶病。

（4）①A是对照组，实验结果是已知的，即苹果幼苗正常生长；

②B缸培养液缺乏锌，C缸缺镁元素，而B缸内苹果幼苗表现出小叶病，而C缸没有，因此说明苹果小叶病是由缺锌引起的；

同理分析：

③若C缸内苹果幼苗表现出小叶病，而B缸没有小叶病，则说明苹果小叶病是由缺镁引起的；

④若B、C两缸内苹果幼苗都表现出小叶病，则说明苹果小叶病既与缺镁有关，又与缺锌有关；

⑤若B、C两缸内苹果幼苗都没有表现出小叶病，则说明苹果小叶病与缺镁、缺锌都无关。