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1、第二课时细胞中的元素和化合物细胞中的无机物知识诠释思维发散一、组成细胞的元素1.组成细胞的元素种类(约20种)2.组成细胞的元素含量细胞鲜重中O的含量最高,其次是C、H、N、P等;细胞干重中C含量最高,其次是O、N、H、Ca等。3.统一性与差异性1.组成细胞的化合物的种类及质量分数组成细胞的化合物2.组成细胞元素和化合物的关系及特点(1)关系细胞生命系统(2)特点活细胞中的化合物,含量和比例处于不断变化之中,但又保持相对稳定。三、水和无机盐1.水在细胞中的存在形式和作用水2.细胞中的无机盐(1)存在形式:细胞中大多数无机盐以离子的形式存在,叶绿素中的Mg、血红蛋白中的Fe等以化合态存在。(2)
2、无机盐的生物功能a.复杂化合物的组成成分b.维持正常的生命活动。c.维持酸碱平衡和渗透压平衡。核心突围技能聚合一、细胞中的元素和化合物1.分析组成细胞的化学元素(1)归纳元素的种类大量元素和微量元素划分的依据是含量,而不是生理作用。生物体内含有的元素不一定是生物所必需的元素。主要元素占人体鲜重比例的顺序依次是O、C、H、N、P、S。(2)根据元素组成可进行物质种类的判断根据不同化合物的元素组成来判断其归属为哪类化合物。如某化合物只含C、H、O,则可判断此化合物属糖类或脂肪;S是蛋白质的标志元素等。几种有机物的元素组成归纳如下:(3)组成细胞的元素来源组成细胞的元素全部来自无机环境,这一观点体现
3、了生物界与非生物界的统一性。组成细胞的元素的含量与无机自然界大不相同,这一观点体现了生物界与非生物界的差异性。思维误区规避1.不要错认为微量元素的作用没有大量元素的大。2.不要误认为蛋白质只能标记S元素,核酸只能标记P元素,组成化合物的任何一种元素都可标记。标记的目的是区分和跟踪,区分时要找两种物质特有的元素进行标记。(2)有关化合物含量的各种说法归纳2.浅析组成细胞的化合物(1)图示组成细胞的化合物细胞内含量最多的化合物水细胞内含量最多的无机化合物占细胞鲜重含量最多的化合物占细胞鲜重50%以上的化合物精瘦肉细胞中含量最多的化合物沙漠植物细胞中含量最多的化合物成熟甜西瓜细胞中含量最多的化合物细
4、胞内含量仅次于水的化合物蛋白质细胞内含量最多的有机化合物占细胞干重最多的化合物占细胞干重50%以上的化合物典例1(2013年湖南重点中学月考)右图为某些化学元素组成不同化合物的示意图,以下说法不正确的是()A.若为某种具有催化作用的化合物,则被初步水解的产物为多肽,彻底水解的产物为氨基酸B.若大量积累于皮下和内脏器官周围,则较之糖原为更好的储能物质C.若为构成细胞膜基本骨架的分子,则为磷脂D.若在低血糖时分解补充血糖,则可能是肌糖原和肝糖原【答案】D典例2(2011年四会模拟)下图表示细胞中4类有机化合物的关系,每个椭圆形代表一类有机物,则以下列出的这4种化合物名称中,最合理的一组是()A.:
5、脂质、酶、蛋白质、激素B.:激素、脂质、蛋白质、酶C.:酶、蛋白质、激素、脂质D.:激素、脂质、酶、蛋白质【思路剖析】酶有蛋白质和RNA两种,激素有氨基酸类、肽类、蛋白质类和固醇类等。选项所涉及的脂质、酶、蛋白质、激素四类有机化合物中,因为酶大部分是蛋白质,所以酶与蛋白质有交叉部分;有的激素也是蛋白质,所以激素与蛋白质也有交叉;有的激素属脂质,所以激素与脂质有交叉。通过分析看出,与其他物质单交叉的有酶和脂质,与其他物质双交叉的有蛋白质和激素。再看图中4个椭圆,两个大两个小。大的含义是范围广,小的含义是范围窄。显然蛋白质的范围比酶和激素的范围广;脂质的范围比激素的范围广。【答案】C形式自由水结合
6、水定义细胞中绝大部分的水以游离的形式存在,可以自由流动与细胞内的其他物质相结合的水含量约占细胞内全部水分的95.5%约占细胞内全部水分的4.5%特点流动性强、易蒸发、加压可分离,可参与物质代谢不流动、不蒸发、不能分离,与其他物质结合二、透析细胞内水的有关问题1.细胞内水的两种存在形式比较功能是细胞内良好的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是细胞结构的重要组成成分联系自由水和结合水在一定条件下可相互转化自由水结合水2.水的含量特点及与代谢程度和抗逆性的关系(1)含量特点细胞和生物体中含量最多的物质(如精肉中的水,沙漠植物中的水)。含水量:水生陆生、幼年成年老年、代谢旺盛代谢
7、缓慢、幼嫩细胞衰老细胞。(2)与代谢强度的关系一般情况下,代谢活跃时,生物体含水量在70%以上。含水量降低,生命活动不活跃或进入休眠。当自由水比例增加时,生物体代谢活跃,生长迅速。如干种子内所含的主要是结合水,干种子只有吸足水分获得大量自由水,才能进行旺盛的生命活动。(3)与抗逆性的关系当自由水向结合水转化较多时,代谢强度就会下降,抗寒、抗热、抗旱的性能提高。旱生植物比水生植物具有较强抗旱能力,其生理原因之一就是结合水含量较高。3.自由水和结合水的存在及其基本生理功能的验证(1)鲜种子放在阳光下暴晒,重量减轻自由水散失。(2)干种子用水浸泡后仍能萌发失去自由水的种子仍保持其生理活性。(3)干种
8、子不浸泡则不萌发自由水越少,代谢越缓慢。(4)干种子放在试管中,用酒精灯加热,试管壁上有水珠失去的主要是结合水。(5)失去结合水的种子浸泡后不萌发失去结合水的细胞失去生理活性。规律精讲精析分析细胞内水时应注意以下几点:(1)分析思路(2)相关结论4.水的代谢图解A.体内参与运输营养物质和代谢废物的水是自由水B.某些无机盐是组成ATP、RNA和纤维素的必需成分C.生物体内无机盐浓度的大小会影响细胞的吸水或失水D.自由水与结合水的比例随生物个体代谢的强弱而变化典例3(2011年云南模拟)关于生物体内水和无机盐的叙述,不正确的是()【思路剖析】细胞内的水分为结合水和自由水。自由水是良好的溶剂,体内营
9、养物质和代谢废物是溶于其中运输的,故A正确。无机盐指细胞中的K+、Ca2+、N、S等物质,组成纤维素的C、H、O不以无机盐的形式存在,故B错误。细胞吸水和失水与周围溶液浓度有关,若细胞内溶液浓度大于其周围溶液浓度,则细胞吸水;反之,则失水,故C正确。自由水与结合水的比值越大,说明自由水的含量高,细胞代谢越旺盛;反之,则弱,故D正确。【答案】B典例4“绵绵的春雨,是她润醒了小草,润绿了杨树,润开了报春花。”小草被润醒了、杨树被润绿了、报春花被润开的过程中细胞中自由水与结合水的变化,下图表示正确的是()【思路剖析】随复苏时间的推移,植物代谢越来越强,自由水含量增加,结合水含量减少。【答案】B1.无
10、机盐代谢与其功能整合三、与无机盐相关问题的剖析对照组:正常植物+完全培养液生长正常实验组:正常植物+缺X“完全培养液”a.若生长正常则X不是必需无机盐b.若出现病症则X是必需无机盐2.植物必需无机盐的实验验证1.实验中应保证实验材料的统一性,即材料的种类、生长状况等。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.进行植物必需无机盐的实验验证时,所使用的容器不能含有被验证元素。为了保证植物生活正常,还要给植物根部供氧。实验探究进阶无机盐功能含量异常I-甲状腺激素的组成成分缺乏时患地方性甲状腺肿Fe2+血红蛋白的组成成分缺乏时患贫血3.部分无机盐离子的具体功能分析Ca2+降
11、低神经系统的兴奋性血钙过低时,会出现抽搐现象;血钙过高时,会患肌无力Mg2+组成叶绿素的元素之一缺乏时叶片变黄,无法进行光合作用B促进花粉的萌发和花粉管的伸长油菜缺硼时,会出现“花而不实”K+促进植物体内淀粉的运输;动物细胞内液渗透压的维持缺乏时植物抗逆能力减弱,易受病害侵袭Na+维持细胞外液的渗透压缺乏会导致细胞外液渗透压下降典例5下列是无土栽培营养液的配方,请据此回答有关问题:配方:NH4NO3、KNO3、CaCl22H2O、MgSO4、螯合铁溶液、微量元素溶液。(1)为使作物正常生长,还需补充含等元素的化合物。(2)植物吸收NH4NO3可用于合成。A.脂肪和RNAB.蛋白质和ATPC.核
12、苷酸和纤维素D.淀粉和酶(3)营养液中某些无机盐离子浓度比根细胞内的低,植物仍可通过方式吸收无机盐离子。若栽培池内较长时间通气不畅,作物根部可能出现的症状是,其生理原因是。(4)有些无机盐离子可重复利用,有的不能重复利用,可重复利用的无机盐离子缺乏时,老叶先表现出缺乏症,不可重复利用的无机盐离子缺乏时,幼叶先表现出缺乏症。请设计实验证明Mg是可重复利用的元素。实验材料:长势相同的玉米幼苗、蒸馏水、含有植物必需元素的各种化合物。实验步骤:配制全素培养液和缺镁培养液,分别放入两组培养瓶中,并编号A、B。放在适宜条件下培养一段时间,。实验现象:在全素培养液中的玉米幼苗生长正常,。【思路剖析】(1)植
13、物生长需要C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等大量元素和微量元素。(2)脂肪、淀粉和纤维素只含C、H、O三种元素。(3)植物可通过主动运输吸收无机盐。长期缺氧,根进行无氧呼吸产生酒精,会毒害根。(4)据题干信息可知,可重复利用的元素缺乏时,老叶先表现症状,此实验的自变量是镁的有无,因变量是老叶先变黄,还是幼叶先变黄。的玉米幼苗分别栽培在上述两种培养液中观察玉米幼苗的生长情况实验现象:在缺镁培养液中生长的玉米幼苗老叶先变黄【答案】(1)P(2)B(3)主动运输根变黑(烂根)根进行无氧呼吸,细胞内积累酒精(4)将长势相同1.(2011年惠州调研)人的肝脏细胞中含量最多的有机物是()A.水B.蛋
14、白质C.脂肪D.肝糖原【思路剖析】在所有的活细胞中,含量最多的化合物是水,含量最多的有机化合物是蛋白质。【答案】B2.(2012年泰州模拟)C、H、O三种元素在人体内质量分数约为73%,而在组成岩石圈的化学成分中还不到1%,这一事实说明了()A.生物界与非生物界具有相似性B.生物界与非生物界的元素组成是不同的C.生物界与非生物界具有统一性D.生物界与非生物界存在差异性量不同,说明了生物界和非生物界存在着差异性。组成生物体的元素和组成非生物体的元素的种类相差不大,说明了生物界和非生物界具有统一性。【答案】D【思路剖析】同类元素在生物界和非生物界中的含3.(2013年潍坊高三月考)下图表示构成生物
15、体的元素、化合物及其作用,其中a、b、d、e代表小分子,A、B、E、F代表不同的生物大分子,请据图回答下列问题:(1)物质a表示,其在原核细胞中共有种。(2)若E是动物细胞中的储能物质,则E是,其在人体中主要分布于细胞。(3)物质d是。物质F是,其在动植物细胞中均可含有,并且由于含能量多而且占体积小,被生物体作为长期备用能源物质,从进化的角度看,这是经过长期。(4)物质b的名称是,图中的?是指元素。若某种B分子由n个b(平均相对分子质量为m)形成的两条链组成,则该B分子的相对分子质量大约为。(5)下图是某物质的部分结构示意图,请补充完整。【答案】(1)核苷酸8(2)糖原肝细胞和肌肉(3)雌性激
16、素脂肪自然选择的结果(4)氨基酸Nmn-(n-2)18(5)-CO-NH-基础角度思路一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分)1.(基础再现)下列关于组成生物体的化学元素的说法中,正确的是()A.哺乳动物血液中钙过多时会出现抽搐B.O元素是活细胞中含量最多的元素,C元素是生物体内最基本的元素C.玉米和人体内所含有的元素种类大体相同,同一种元素在两者体内的含量相差不大D.随着叶龄的增加,叶片中各种元素的含量将逐渐增加【思路剖析】哺乳动物血液中钙过少时,神经系统的兴奋性增强,会出现抽搐,故A错误。由于活细胞含有大量的水分,所以活细胞中O元素含量最多;由于C元素在细胞干重中含量最多且有机物是
17、以碳链为骨架的,所以,C元素是生物体内最基本的元素,故B正确。玉米和人体内所含的元素种类大体相同,但同一元素在两者体内的含量差别较大,如N元素。玉米中以淀粉为主,C、H、O含量较高,而N含量较低;人体蛋白质含量较高,所以N元素含量要高,故C错误。随着叶龄的增加,水的含量逐渐减少,H和O的含量会逐渐减少,故D错误。【答案】B2.(基础再现)某生物兴趣小组对某一物质进行测定,发现其中C、H、N三种元素的质量分数仅占1%,该物质可能是()A.水果B.岩石C.肌肉组织D.枯死的植物【思路剖析】仅C元素在生物体内的含量就比较高,故该物质不可能是生物。【答案】B3.(视角拓展)神九升空、举国欢庆!但在太空
18、中,宇航员骨钙流失的速度将会是地面的10倍。骨骼也是一种组织,它们的形状会因承受压力的变化而变化。骨骼组织中既有破骨细胞,又有成骨细胞。成骨细胞不断地贮藏磷酸钙,而破骨细胞不断地除去它。通常情况下,这两种代谢动态平衡。失重时,骨头缺少压力,促使成骨细胞活动的刺激没有了,但破骨细胞的活动还在继续,因此,破骨与成骨的平衡被破坏了,骨钙流失得多,骨骼变轻变脆。据此推测,长期太空生活不会使得人()A.骨质疏松B.肌无力,回到地面难以站立C.抽搐D.身体畸形【思路剖析】此题是信息题,分析可知长期太空生活会打破内环境与骨钙平衡,呈现前多后少之势,会发生A、B、D,不会出现抽搐现象,C错误。【答案】C4.(
19、高度提升)某同学在验证镁是植物正常生长的必需元素时,发现对照组和实验组生长状况相同。可能的原因是()定期更换培养液对照组的培养器皿没清洗干净培养时间短光照相同A.B.C.D.清洗干净可能导致对照组培养液中也含有了镁,故可能。培养时间短,也可导致实验现象不明显,故可能。实验组和对照组除了自变量不同外,其余无关变量必须相同,故排除。【答案】C【思路剖析】定期更换培养液可保证无机盐和氧气的供应,但由于培养液成分不同,对照组和实验组植物生长状况肯定不同,故排除。对照组的培养器皿没5.(高度提升)水被誉为“生命之源”。下列有关水的说法错误的是()A.人老了脸上会皱巴巴的,是因为年老时与幼儿时相比,细胞中
20、的自由水含量减少了B.沙漠植物比温带植物含结合水比例高,寒带植物比温带植物含结合水比例高C.光合产物如淀粉的合成、转化和运输等这些都需要以水作介质,作介质的水是自由水D.小麦干种子中的水主要是自由水【思路剖析】刚收下的小麦种子经过曝晒后种子变干,曝晒失去的水是自由水,小麦干种子中的水主要是结合水。【答案】D6.(能力综合)五个大小相同的马铃薯幼根与物种A的幼根分别放入甲戊五种不同浓度的蔗糖溶液中,数小时后,取出称重,质量变化如下图所示。以下关于该实验结果的说法正确的是()A.物种A比马铃薯更耐干旱B.在甲溶液中加入适量的蔗糖酶,在最初一段时间,其中的马铃薯幼根细胞液浓度将减小C.物种A在与马铃
21、薯根细胞液等渗的完全培养液中不能正常生长D.当马铃薯根细胞在乙蔗糖溶液中质量不再发生变化时,渗透作用依然进行【思路剖析】本题考查渗透作用,意在考查解读图表信息的能力。由图示马铃薯与物种A在同一种蔗糖溶液中的质量变化可看出,物种A的根细胞液浓度小于马铃薯的根细胞液浓度,故物种A在与马铃薯根细胞液等渗的溶液中不能正常生长,马铃薯较物种A更耐旱。在甲溶液中加入蔗糖酶后蔗糖水解,溶液浓度升高,马铃薯根细胞液浓度因细胞失水而增大。当处于乙蔗糖溶液中的马铃薯根细胞质量不再发生变化时,半透膜两侧已没有浓度差了,故不再发生渗透作用,但水分子依然有跨膜的运动。【答案】C7.(能力综合)结合下列曲线,分析有关无机
22、物在生物体内含量的说法,错误的是()A.曲线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.曲线可以表示细胞呼吸速率随自由水与结合水比值的变化C.曲线可以表示一粒新鲜的玉米种子在烘箱中被烘干的过程中,其内无机盐的相对含量变化D.曲线可以表示人从幼年到成年,体内水相对含量的变化【思路剖析】人一生中体内自由水与结合水的比值随年龄增加呈下降趋势,故A、D正确。在一定范围内,细胞呼吸速率与“自由水和结合水比值”是呈正相关的,故B正确。一粒新鲜的玉米种子在烘箱中被烘干的过程中,其内无机盐的相对含量变化是上升的,故C错误。【答案】C8.(视角拓展)一种植物和一种哺乳动物体内细胞的某些化学元素含量
23、(占细胞干重的质量分数/%)如下表数据,下列有关叙述正确的是()元素CHONPCaS植物43.57 6.2444.43 1.460.200.230.17动物55.99 7.4614.62 9.333.114.670.78A.经测定,该植物某有机物含C、H、O、N、S,此化合物可能携带氨基酸进入核糖体B.这两种生物体内所含的化学元素的种类差异很大C.N、S的含量说明动物组织含蛋白质较多,若该动物血钙高则会发生肌肉抽搐D.C的含量说明有机物是干物质的主要成分很大,故B错误。动物血钙低则会发生肌肉抽搐,故C错误。由于表中是某些化学元素含量占细胞干重的质量分数,而C元素主要存在于有机物中,所以,D项正
24、确。【答案】D【思路剖析】携带氨基酸进入核糖体的是tRNA,RNA中不含S元素,故A错误。从表中可看出,这两种生物体内所含的化学元素的种类差异不大,含量差异9.(高度提升,12分)智能温室无土栽培作物,易于管理,优质高产。下图是该项技术在现代农业中的应用,请思考并回答下列问题:二、非选择题(本题共4小题,共52分)(1)无土栽培所用营养液中的无机盐在植物体内的作用是和。植物因种类和生长发育阶段不同对无机盐的需求也不同,所以应视具体情况调整,供作物性吸收无机盐离子。(2)植物因种类不同对无机盐的吸收也不同,这与细胞膜上的有关。(3)从生态学的角度考虑,水属于因素。(4)从细胞代谢角度看,水要参与
25、作用和作用。(5)从物质跨膜运输角度考虑,水和无机盐的吸收(填“同步”或“不同步”)。【思路剖析】(1)无机盐在植物体内的作用是参与细胞的组成和调节生命活动。植物因种类和生长发育阶段不同对无机盐的需求也不同,所以,对于不同种类或不同发育阶段的植物,营养液配方应有不同。作物会选择性吸收无机盐离子。(2)无机盐的吸收是主动运输。不同植物细胞膜上载体的种类和数量是不同的,所以吸收无机盐的种类和数量也不同。(3)水在生态系统中是非生物因素。(4)水参与植物的生理活动有光合作用、呼吸作用、蒸腾作用。(5)由于水的吸收属自由扩散,无机盐的吸收属主动运输,所以水和无机盐的吸收不同步。【答案】(1)细胞的组成
26、成分调节生命活动营养液配方选择(2)载体(3)非生物(4)光合呼吸(5)不同步10.(基础再现,12分)据下图回答下列问题:C、H、OB(1)如果A代表N元素,则细胞中含有以上元素的化合物有。(2)如果B代表的物质在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用,则B代表的物质其基本单位是,它(填“属于”或“不属于”)生命系统结构层次中的成分。(3)如果B代表的物质是磷脂,其作用是构成。【答案】(1)蛋白质、核酸、磷脂(2)核苷酸不属于(3)各种膜结构的重要成分11.(视角拓展,12分)正确操作、全面仔细地考虑是做出正确实验结论的前提。小明在做“探究镁与叶绿素的合成有关”的实验时,出
27、现了下列三个问题:(1)第一次实验,实验组的小麦苗也变绿了。(2)第二次实验,小麦苗的根烂了。(3)第三次实验,实验组和对照组的小麦苗都萎蔫了。(4)第四次实验,成功了!请你选择其中的一个问题,帮小明分析可能的原因。【思路剖析】这是一道实验纠错题。实验组小麦苗变绿说明培养液中有镁离子,问题可能出在容器上,如用了含镁的容器。烂根说明根部缺氧。实验组和对照组的小麦苗都萎蔫了,说明小麦缺少水,可能没及时更换培养液,根吸水后导致培养液浓度升高。【答案】(1)第一次失败的原因可能是用了含镁的容器或容器壁上有镁元素。(2)第二次失败的原因可能是没向培养液中充气,或过一段时间将小麦苗捞出晾根。(3)第三次失
28、败的原因可能是没及时更换培养液导致细胞失水。12.(能力综合,16分)互花米草是一种滩涂草本盐沼植物,对水淹的生态环境有很强适应能力,曾被称为“保滩护堤、促淤造陆的最佳植物”。来自美国东海岸的互花米草在引入我国后,出现生长蔓延、破坏生态环境的严重问题。为了探究互花米草对水淹生态环境的适应机制,为进一步调控措施的研究提供依据,某科研小组以“探究互花米草体内自由水和结合水的比值与潮汐水淹时间的关系”为课题,设计了如下实验:选取同一海滩的互花米草幼苗分别栽种于多个沙盆中。将长势相同、生长良好的互花米草幼苗平均分成5组,分别在每天进行0h、3h、6h、12h和24h的水淹处理。在处理50天后,采取整株
29、植株测定自由水与结合水含量,计算自由水与结合水的比值。实验结果如下表所示:分析实验过程及实验结果,回答以下问题:(1)在该实验中,是自变量。请结合表格数据在图中绘出折线图。水淹时间h/d0361224自由水/结合水 1.50.751.251.11.0(2)为了能最大限度地模拟互花米草水淹的生态环境,在进行水淹处理时,实验用水应为水,来源于。(3)自由水与结合水的比值和植物的代谢能力及抗逆性有密切的关系。根据实验结果可知,互花米草在水淹时间为h/d的环境下,抗逆性最强。(4)在实验结束时,水淹时间为24h/d的实验组互花米草长势最差,甚至死亡,导致该现象发生的主要原因是。【思路剖析】实验探究的是互花米草体内自由水与结合水的比值和潮汐水淹时间的关系,自变量是水淹时间,因变量是自由水与结合水的比值。若自由水与结合水的比值越大,新陈代谢越旺盛,抗逆性越弱,反之,抗逆性越强;若长期水淹,互花米草进行无氧呼吸,造成供能不足、酒精中毒,所以水淹时间为24h/d的实验组互花米草长势最差,甚至死亡。为排除无关变量的干扰,模拟互花米草水淹的生态环境,采用的水样应来源于互花米草生活地的海水。结合表中数据绘制折线图时,采用在坐标图中标点连线的方法完成。(2)海互花米草采样地点(3)3(4)互花米草长期遭水淹,进行无氧呼吸,造成供能不足、酒精中毒【答案】(1)水淹时间见下图
