浙科版高中生物必修1分子与细胞第一章细胞的分子组成学案

第一章　细胞的分子组成

第一节　水和无机盐是构成细胞的重要无机物

1.细胞主要由C、H、O、N、P和S等元素组成

(1)细胞是由物质组成的,物质是由元素构成的。

(2)地球上存在的天然元素有90多种,构成细胞的主要元素包括C、H、O、N、P和S等。

(3)组成人体的元素中C、H、O、N所占比重在96%以上,有些元素含量很低,如Fe、Zn、Cu、I及Mn、B等,被称为微量元素。

2.水为生命活动提供了条件

(1)水的含量

水在细胞中一般占60%～90%,是细胞中含量最多的化合物。

(2)水的功能

①水是极性分子,凡是有极性的分子或离子都易溶于水中。水作为良好的溶剂,能帮助溶解和运输营养物质及代谢产物。

②水分子之间的氢键使得水具有调节温度的作用。

③水还是细胞中某些代谢的反应物和产物。

④水在动、植物的分布、繁殖、生长发育以及动物体色、动物行为等方面也有深远影响。

3.无机盐与细胞生活密切相关

(1)无机盐的存在形式和含量

①存在形式:多数以离子的形式存在。

②含量:约占生物体内含量的1%～1.5%。

(2)无机盐的生理功能[连线]

概念一　细胞主要由C、H、O、N、P和S等元素组成

[概念情境]

下表中各元素的数据代表该元素占原子总量的百分比。

请思考以下问题。

(1)组成人体细胞的化学元素在元素周期表上都有,它普遍存在于非生物界, 在地球的无机环境中都能找到,没有一种化学元素是细胞所特有的。这个事实可以说明什么?

提示:说明生物界与非生物界具有统一性。

(2)生物体中的各种元素的比例与环境中的元素的比例相差甚远。这个事实又可说明什么?

提示:说明生物界与非生物界具有差异性。

细胞的元素组成

[典例] 下表所列为玉米植株和人体内含量较多的元素的种类以及各类元素的含量(占细胞干重的质量分数%)。

据此表不能得出的结论是(　D　)

A.组成生物体的化学元素种类基本相同

B.同种元素在不同生物体内含量不同

C.不同元素在同一生物体内含量也有差异

D.C是细胞中含量最多的元素,是构成细胞的基本元素

解析:组成人体和玉米的基本元素是C、H、O、N,组成生物体的化学元素种类基本相同;由表中的数据可知,同种元素在不同生物体内含量不同;不同元素在同一生物体内含量也有差异;O是活细胞中含量最多的元素,C是构成细胞的基本元素。

[概念误区] 元素在生物体内的含量特点

(1)不同生物体内的化学元素,种类大致相同,但同种元素的含量差别很大。

(2)同一生物体内的不同元素的含量不相同。

(3)同一生物不同类型的细胞中,同种元素的含量也不尽相同。

概念二　水为生命活动提供了条件

[概念情境]

阅读以下两段材料。

资料1:如表所示是几种不同生物体中水的含量。

资料2:种子在入库之前需晾晒,将干种子用水浸泡后种子能萌发,但干种子不经水浸泡不能萌发。

请思考以下问题。

(1)由资料1你能归纳出什么结论?

提示:构成生物体的成分中水的含量最多,不同生物体内含水量不同。

(2)种子入库前必须对其干燥处理,降低种子中的含水量。试分析其中的生物学道理。

提示:种子入库前必须对其干燥处理,降低种子中的含水量,含水量低能降低种子的代谢,减少有机物消耗,同时能防止种子发芽霉变。

水的含量及功能

[典例] 水被认为是生命的摇篮,下列关于水分子特性的叙述中错误的是(　B　)

A.能形成氢键 B.非极性分子

C.良好的溶剂 D.能调节温度变化

解析:水是极性分子,具有极性的分子或离子都易溶于水。

与水有关的问题整合

概念三　无机盐与细胞生活密切相关

[概念情境]

人体缺铁可引起贫血症。钙在人体内的总量达1 300 g,一旦离子化钙在血浆中的浓度明显下降,神经肌肉兴奋性会大大增加,相反,血钙过高会引起肌无力。

请思考以下问题。

(1)一般的贫血症患者因为缺铁影响了什么物质的合成?该物质主要起什么作用?

提示:铁是构成血红蛋白的必需元素,一般的贫血症患者因为缺铁影响了血红蛋白合成。该物质的主要作用是运输氧气。

(2)分析材料中铁、钙在人体中的作用,尝试说出无机盐在生物体内的两个重要作用。

提示:①无机盐是重要化合物的组分;②无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用。

无机盐的存在形式及功能

[典例] 下列关于无机盐的叙述,正确的是(　A　)

A.HC可参与维持血浆的酸碱平衡

B.Mg2+是所有光合色素的必需成分

C.无机盐在生物体内多数以复杂化合物的形式存在

D.哺乳动物血液中Ca2+浓度过高会发生抽搐

解析:HC属于缓冲物质,可参与维持血浆的酸碱平衡;Mg2+是叶绿素的成分之一,类胡萝卜素中没有Mg2+;细胞中的无机盐大多数以离子形式存在;哺乳动物血液中Ca2+浓度过低会发生抽搐,Ca2+浓度过高会发生肌无力。

[概念误区] (1)水和无机盐在生物体内具有重要作用,但是两者均不能为生物体提供能量。

(2)无机盐多数以离子的形式存在,但组成生物体的无机盐也有以化合物形式存在的,如组成骨骼、牙齿的碳酸盐、磷酸盐等。

植物的种子都有一定的寿命,在低湿、低温、低氧的环境下可适当延长种子的储藏时间。种子储藏前通常会进行干燥处理,处理后种子的含水量是否越低越好呢?请完成相关实验进行研究。

材料用品:含水量分别为1%、5%、9%、13%、17%的水稻种子各100粒,恒温箱5个。

要求与说明:种子储藏期为一年。

实验步骤:

(1)将五份种子分别置于5个恒温箱中储藏一年,期间应注意密闭和适时通风。

(2)储藏期满后,在相同的条件下测定五份种子的发芽率,应提供的条件有适宜的温度、充足的水分、充足的空气(或氧气)。

实验结果:

分析与结论:

(3)含水量为1%的水稻种子发芽率为零,原因是含水量过低,胚细胞缺水死亡,种子失去生命力。含水量为17%的水稻种子发芽率为零,原因是含水量过高,种子呼吸较旺,易霉变失去生命力。

(4)该实验的结论是种子的含水量必须保持在一定范围内才利于储藏,过高或过低都会使种子失去生命力。

解析:(1)在储藏种子的过程中要密闭以降低种子的细胞呼吸,但又不能使种子长期缺氧进行厌氧呼吸,否则厌氧呼吸产生的乙醇对细胞有毒害作用,故又要定期通风以维持恒温箱中较适宜的氧气含量。(2)种子发芽需要的外界条件有适宜的温度、充足的水分、充足的空气。(3)含水量为1%的水稻种子发芽率为零,原因是含水量过低,胚细胞缺水死亡,种子失去生命力;含水量为17%的水稻种子发芽率为零,原因是含水量过高,种子呼吸较旺盛,已霉变失去生命力。(4)该实验的结论是种子的含水量必须保持在一定范围内才利于储藏,过高或过低都会使种子失去生命力。

1.人体红细胞中血红蛋白含有的无机盐是(　B　)

A.Mg2+ B.Fe2+

C.Ca2+ D.K+

解析:Fe2+是组成血红蛋白的必需成分,血红蛋白分子中不含Mg2+、Ca2+、K+等离子。

2.复合维生素片中含C、N、Ca、Fe、O等元素,其中属于组成生物体的微量元素的是(　B　)

A.Ca B.Fe 

C.C D.N

解析:组成生物体的微量元素包括Fe、Zn、Cu、I等。

3.下列关于无机盐的说法中,正确的是(　B　)

A.细胞中大多数无机盐以化合物的形式存在

B.细胞中大多数无机盐以离子的形式存在

C.无机盐在细胞中含量很高,但作用不大

D.无机盐是细胞中的主要能源物质

解析:细胞中大多数无机盐以离子形式存在;无机盐在细胞中含量很少,但具有重要作用,不可替代;无机盐不能为生命活动提供能量。

4.动物与植物在化学组成上十分相近,组成它们的元素中,以C、H、O、N含量最多,占总量95%以上,其中在人体细胞中C的含量占干重的55.99%。矿质元素的含量较少,约占5%。构成动、植物体的化学元素并非都以游离态存在,绝大部分以化合态构成复杂的有机和无机化合物。以上事实可以说明(　A　)

A.C是构成细胞的最基本的元素

B.生物界和非生物界具有差异性

C.有机物和无机物在细胞中均起重要作用

D.不同生物中各种化合物含量基本相同

解析:据题意可知,C元素在细胞干重中含量最高,是构成有机物的基本骨架,是构成细胞的最基本的元素;生物界和非生物界具有差异性是指同种元素在生物界和非生物界含量差异较大,题干中并未说明;题干未说明有机物和无机物在细胞中的作用;不同生物中各种化合物含量通常差异较大。

5.一位农民种植的某块农田,小麦产量总是比邻近地块的低,他怀疑该农田可能是缺少某种无机盐。为此,他将该块肥力均匀的农田分成面积相等的四小块,进行田间试验。除施肥不同外,其他田间管理措施相同。试验结果如表:

从表中判断,该农田缺少最多的无机盐是(　A　)

A.K B.N 

C.P D.S

解析:只有在施用钾肥的情况下小麦的产量最高,为65.68kg,而其他三个地块的产量无明显区别,说明该地块产量低是缺少钾元素引起的。

概念理解练

1.下列有关无机盐的叙述中,错误的是(　D　)

A.夏季植物叶片由绿变黄,可能是土壤缺Mg所致

B.正常人饮食不当出现贫血,可能是食物中缺Fe所致

C.长期偏食的人出现肌肉抽搐,可能是食物中缺Ca所致

D.在炎热的夏季,人们经常在开水中加少量食盐是为了补充水分

解析:Mg是构成叶绿素的必需成分,所以夏季植物叶片由绿变黄,可能是土壤缺Mg所致;缺Fe会导致血红蛋白合成不足,进而引起贫血;缺Ca会引起肌肉抽搐;在炎热的夏季,开水加食盐的目的是补充无机盐。

2.百岁兰是生长于沙漠地区的一种裸子植物,以其能适应极端气候和防沙固土的特点而闻名。其细胞内含量最多的化合物是(　A　)

A.水  B.脂肪  C.蛋白质  D.核酸

解析:活细胞内含量最多的化合物是水。

3.下列与生物体内无机盐的功能无关的是(　C　)

A.维持正常pH

B.维持血浆正常浓度

C.提供能量

D.组成体内化合物

解析:无机盐不能为生命活动提供能量。

4.在探索外星空间是否存在生命的过程中,科学家始终把寻找水作为最关键的一环,其重要依据是(　D　)

A.水中含有氧元素

B.水在生物体中含量最多

C.水可以在生物体内流动

D.一切生命活动都离不开水

解析:水是生命之源,生物体的生命活动离不开水,水对生物最重要的作用即生化反应都必须在以水为主要成分的液体环境中进行,故在探索外星空间是否存在生命的过程中,科学家始终把寻找水作为最关键的一环。

5.夏季,人在高温作业或剧烈运动后,要喝淡盐水;在患急性肠胃炎时,要及时补充生理盐水。这样做的主要目的是(　C　)

A.降温

B.提供能量

C.维持水和无机盐代谢的平衡

D.消毒

解析:由于高温作业或剧烈运动后随汗液流失过多的水和无机盐,为了补充水和无机盐,维持水、盐代谢平衡应喝些淡盐水;患急性肠胃炎要及时注射生理盐水的主要目的是补充水和无机盐,维持水和无机盐代谢的平衡。

6.刚刚从农学院毕业的小刘,准备利用所学的知识在农村搞无土栽培。他配制的培养液中含有Mg2+、K+、Ca2+、Zn2+,其浓度都是0.1 mol·L-1,培养一段时间后,培养液中剩余最多的是(　C　)

A.Ca2+ B.Mg2+ C.Zn2+ D.K+

解析:Zn属于微量元素,植物生长时的需要量较少,吸收的也较少,故培养液中Zn2+剩余最多。

7.人体体液中存在着许多缓冲物质,它们既能与酸性物质发生反应,又能与碱性物质发生反应,这说明无机盐(　B　)

A.能够维持细胞的正常浓度

B.能够维持生物体体液的酸碱平衡

C.能够维持神经肌肉的兴奋性

D.是构成细胞的成分

解析:C和HC等是血液中的酸碱缓冲对,能够维持生物体体液的酸碱平衡。

8.2020年,我国纪念“世界水日”和“中国水周”活动的主题为“坚持节水优先,建设幸福河湖”。下列关于水的叙述,错误的是(　C　)

A.细胞内的许多生化反应需要水的参与

B.植物幼嫩部分一般比老熟部分含水量多

C.水可为生命活动提供能量

D.水是良好的溶剂

解析:细胞内的许多生化反应需要水的参与;植物幼嫩部分一般比老熟部分代谢更旺盛,含水量多;水不能为生命活动提供能量;水是良好的溶剂。

9.人的红细胞必须生活在含有0.9%的氯化钠溶液中,若将红细胞置于蒸馏水中,红细胞会因吸水过多而破裂;若将红细胞置于浓盐水中,红细胞会因为失水而皱缩,因而丧失输送氧气的功能。所以医生给脱水病人注射用的是生理盐水(0.9%的氯化钠溶液)。这个事例说明(　A　)

A.无机盐对维持细胞的形态和功能有重要作用

B.只有红细胞有这种特征

C.水分子容易进出细胞

D.无机盐离子容易进出细胞

解析:由题意可知,红细胞在含有0.9%的氯化钠的溶液中形态不会改变,在蒸馏水中红细胞会因吸水过多而破裂,在浓盐水中红细胞会因为失水而皱缩,这说明一定浓度的无机盐对于维持渗透压、保持细胞的形态和功能稳定具有重要作用。

10.苹果含有元素Zn,被称为记忆之果。儿童缺Zn,会导致大脑发育不完善。已知有70多种酶的活性与Zn有关,下列相关叙述正确的是(　C　)

A.苹果中含有大量的水和无机盐,常吃苹果有利于儿童生长发育

B.Zn是构成细胞的大量元素

C.Zn和记忆的关系,体现了无机盐对维持生命活动有重要作用

D.人体缺Zn会导致病症,因此在饮食中该元素补充越多越好

解析:细胞中含有大量的水,但是细胞中的无机盐含量非常少;Zn是构成细胞的微量元素;Zn和记忆的关系,体现了无机盐对维持生命活动有重要作用;人体缺Zn会导致病症,因此在饮食中该元素需合理补充,并不是越多越好。

素养提升练

11.某医生对离体的蛙心脏进行实验,发现用不含钙和钾的生理盐水灌注蛙心脏,蛙心脏收缩不能维持,而用含有少量钙和钾的生理盐水灌注,蛙心脏可持续跳动数小时。说明钙盐和钾盐(　B　)

A.是细胞中某些复杂化合物的重要组成部分

B.对维持生物体的生命活动有重要作用

C.对维持细胞的形态有重要作用

D.为蛙心脏的持续跳动提供能量

解析:实验不能说明钙盐和钾盐是细胞中某些复杂化合物的重要组成部分;用不含钙和钾的生理盐水灌注蛙的心脏,收缩不能维持,用含有少量钙和钾的生理盐水灌注时,蛙的心脏可持续跳动数小时。蛙心脏的细胞收缩与持续跳动属于生命活动的范畴,因此两者对比分析,能说明钙盐和钾盐对维持生物体的生命活动有重要作用;无机盐具有维持细胞渗透压,保持细胞形态的重要作用,但是本实验未体现;钙盐和钾盐不具有提供能量的作用。

12.如图是小麦种子成熟过程中干物质和水分的变化,下列叙述中错误的是(　C　)

A.随着种子的成熟,种子的生命活动由代谢活跃状态转入休眠状态

B.种子的鲜重随着种子的成熟会发生改变

C.种子中水分减少的主要原因是植物吸收的水分减少

D.种子成熟期间的这两种物质的变化和种子萌发时相反

解析:分析题图可知,小麦种子成熟过程中水分含量逐渐降低,种子的生命活动由代谢活跃状态转入休眠状态;随着种子的成熟,干物质的量逐渐上升,含水量逐渐下降,种子的鲜重会发生改变;种子中水分减少的主要原因是干物质积累;种子成熟期间干物质的量升高,含水量下降,种子萌发时干物质的量降低,含水量升高。

13.表1和表2表示一些生物体的含水量和人体组织器官的含水量。从表中数据分析,可得出的正确结论是(　D　)

表1　几种不同生物体的平均含水量

表2　人体中几种不同组织器官的平均含水量

①构成生物体的成分中水的含量最多　②生物体的含水量与生物生活环境密切相关　③代谢旺盛的组织器官含水量较高　④组织器官的形态结构差异与水的含量有关

A.①④ B.②③

C.①②③ D.①②③④

解析:根据表1几种不同生物体的平均含水量可以判断,构成生物体的成分中水的含量最多;表1所列各种生物的生活环境不同,生物体的含水量也不尽相同,说明生物体的含水量与生物生活的环境密切相关;根据表2几种不同组织器官的含水量可以判断,代谢旺盛的组织器官含水量较高,且组织器官的形态结构差异与水的含量有关。

14.为了测定某种元素是不是植物的必需元素,应采用的方法是(　C　)

A.检测正常叶片中该元素的含量

B.分析根系对该元素的吸收过程

C.观察含全部营养的培养液中去掉该元素后植株生长发育状况

D.分析环境条件对该元素吸收的影响

解析:该实验的目的是确定某种元素是不是植物的必需元素,采用溶液培养法,即观察含全部营养的培养液中去掉该元素前、后植株生长发育状况,如果植株仍然正常生长,说明该元素不是植物所必需的,否则说明该元素是必需的元素。

15.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,探究上面的猜测哪个正确。

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。

要求与说明: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。

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) 　　　　                       　　　　　。

(3)放在适宜的条件下培养一段时间,　                    。

(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。

解析:(1)(2)该实验的自变量为镁、锌的有无,因变量为苹果幼苗是否出现小叶病。实验中通过全素培养液与缺镁培养液、缺锌培养液对照,分别说明镁元素、锌元素在苹果叶片发育过程中的作用。三组实验中培养苹果幼苗的条件要完全相同,以保证实验结果不同完全由自变量引起。(3)实验结束,要观察苹果幼苗的叶片发育是否正常来判断镁、锌的作用。(4)全素培养液中生长的苹果幼苗,叶片发育正常;缺锌培养液中的苹果幼苗的叶片若出现小叶病,缺镁培养液中的苹果幼苗叶片发育正常,则说明小叶病是由缺锌导致的;缺锌培养液中的苹果幼苗的叶片不出现小叶病,缺镁培养液中的苹果幼苗叶片出现小叶病,则说明小叶病是由缺镁导致的;若缺锌培养液和缺镁培养液中的苹果幼苗叶片都出现小叶病,则说明小叶病是由缺镁和缺锌导致的;若缺锌培养液和缺镁培养液中的苹果幼苗叶片均不出现小叶病,则说明小叶病与缺镁和缺锌无关。

答案:(1)缺镁

(2)将三株长势相同的苹果幼苗分别栽培在上述三种培养液中

(3)观察苹果幼苗的生长发育状况

(4)①A　②苹果小叶病是由缺锌引起的　③C缸内苹果幼苗表现出小叶病,而B缸没有　④B、C两缸内苹果幼苗都表现出小叶病　⑤B、C两缸内苹果幼苗都不表现出小叶病