2021高考生物人教版一轮教师用书第一单元第2讲　细胞中的元素及无机化合物

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

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:组成生物体的元素在无机自然界中都能找到,在元素种类上具有统一性。

②差异性的表现:同一种元素在生物界和非生物界中的含量差别很大。

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。(　√　)

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 O、H、C、N。

(2)若按干重计,图B中②为蛋白质,其标志性元素是A图中的丁(填“甲”“乙”“丙”或“丁”),按鲜重计②应为水(此时①为蛋白质)。

(3)图A所示元素在非生物界中一定能(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(　D　)

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

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(　B　)

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

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(　D　)

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

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(　D　)

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

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。

考点二　细胞中的水和无机盐

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CaCO3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。

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(　C　)

A.氨基酸分子之间脱水缩合生成物H2O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

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(　C　)

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H2O中的O全部来自O2

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H2O中的O全部来自O2。

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(　D　)

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

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　　　　　。 

(2)农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮()和硝态氮()。已知作物甲对同一种营养液(以硝酸铵为唯一氮源)中和的吸收具有偏好性(和同时存在时,对一种离子的吸收量大于另一种)。请设计实验对这种偏好进行验证,要求简要写出实验思路、预期结果和结论。

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。

(2)欲验证作物甲对同一种营养液中和的吸收具有偏好性(和同时存在时,对一种离子的吸收大于另一种),则可以用营养液培养法(其中以硝酸铵为唯一氮源)培养甲作物,一段时间后,检测营养液中和剩余量。若营养液中剩余量小于剩余量,则说明作物甲偏好吸收,反之则偏好吸收。

答案:(1)蛋白质　核酸　叶绿素

(2)实验思路:配制营养液(以硝酸铵为唯一氮源),用该营养液培养作物甲,一段时间后,检测营养液中和剩余量。

预期结果和结论:若营养液中剩余量小于剩余量,则说明作物甲偏好吸收;若营养液中剩余量小于剩余量,则说明作物甲偏好吸收。

考点三　实验:检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

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。

还原糖+斐林试剂砖红色沉淀

脂肪+

蛋白质+双缩脲试剂→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滴苏丹Ⅲ(苏丹Ⅳ)染液→橘黄色(红色)。

方法二:花生种子(浸泡),将子叶削成薄片。

观察:先在低倍镜下寻找到已着色的颗粒再用高倍镜观察。

结论:圆形小颗粒呈橘黄色,说明有脂肪存在。

(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

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”

3.关注实验中的四个注意点

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(　B　)

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Cu2+的碱性溶液,可被葡萄糖还原成砖红色

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(Cu2O)。

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(　C　)

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

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　)

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

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