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第2讲　细胞中的元素和化合物、细胞中的无机物
　1.水和无机盐的作用(Ⅰ)。
2.实验:检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质。
考点一　细胞中的元素和化合物
1.细胞中的元素
(1)元素的来源、分类和存在形式
图1-2-1
(2)生物界和非生物界在元素种类和含量上的关系
图1-2-2
2.细胞中的化合物
图1-2-3
3.正确区分细胞鲜重和干重中的元素和化合物的含量
图1-2-4
【易错辨析】
(1)细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要。
(　　)
(2)细胞中一种元素的作用能被其他元素替代。
(　　)
(3)因为脂质中的脂肪是储能物质,所以脂质在组成细胞的化合物中,占细胞干重百分比最多。
(　　)
(4)淀粉、脂肪、蛋白质和核酸4种生物分子都含C、H、O、N这4种元素。
(　　)
(5)细胞中的脱氧核糖核酸和脂肪酸都不含氮元素。(　　)
(1)氮元素属于组成细胞的　　　　(填“大量”或“微量”
)元素,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　　　　。氮元素在DNA分子上存在于　　　　中;DNA的全称是　　　　　　　,其在原核细胞中主要存在于　　　内;有丝分裂过程中DNA的复制发生在　　　　期。氮元素主要存在于蛋白质中的　　　　;蛋白质功能多种多样,其中具有催化功能的蛋白质是　　　　;具有免疫功能的蛋白质是　　　　。?
(2)磷元素属于组成细胞的　　　　(填“大量”或“微量”
)元素。磷元素在细胞中有无机态磷和有机态磷两种存在形式,其中在细胞质基质　　　　　(填“有”或“没有”)无机态的游离磷酸,判断的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;细胞核含有的有机态磷主要有　　　　　　　　　　　　　　　(填4种)。磷元素组成的化合物在遗传信息的传递过程中也起重要的作用,其中在翻译过程中能识别并转运氨基酸的含磷化合物是　　　　。?
1.[2020·山西太原模拟]
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.组成人体细胞的主要元素中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
2.组成生物体的化学元素在无机环境中都可以找到,且对生物体的生命活动具有一定的作用。下列叙述正确的是
(　　)
A.无机盐离子主要参与生物体内代谢废物的运输
B.无机盐的功能不包括维持内环境的渗透压
C.用32P标记可示踪蛋白质分子合成、加工的过程
D.碳链是构成生物体内有机大分子的基本骨架
?
易错提醒
有关生物体内元素的错误认识
(1)误以为生物体内大量元素重要,微量元素不重要
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非常重要的作用。
(2)误以为在所有情况下细胞内含量最多的元素都是C
在细胞鲜重中含量最多的元素是O而不是C,在细胞干重中含量最多的元素是C。
考点二　细胞中的水和无机盐
1.细胞中的水
(1)细胞中水的存在形式和功能
图1-2-5
(2)自由水与结合水的比值和细胞代谢的关系
①关系
图1-2-6
②实例:衰老的细胞内水分含量减少,细胞萎缩,体积减小,细胞代谢速率减慢。
2.细胞中的无机盐
图1-2-7
【易错辨析】
(1)贮藏中的种子不含水分,以保持休眠状态。
(　　)
(2)活细胞中无机盐含量最少,作用也最小。
(　　)
(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。
(　　)
(4)严重缺铁的人和正常人相比不容易产生乳酸中毒。
(　　)
(5)人体内Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低。
(　　)
(6)水和无机盐都可以作为细胞的能源物质。
(　　)
(1)心肌含水量约为79%,心肌呈固态,血液中含水量为83%,血液呈液态,二者状态不同的原因可能是什么???　
。?
(2)[必修1
P36]对于患急性肠炎的病人,治疗时经常需要输入盐水,这是为什么???　
。?
角度一　考查细胞中水的存在形式及功能
1.下列有关生物体内水的说法,错误的是
(　　)
A.在休眠的细菌体内,自由水与结合水的比值较低
B.水既是呼吸作用的原料,也是呼吸作用的产物
C.用O浇灌植物,在周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到放射性
D.在渗透作用过程中,水分子从高浓度溶液向低浓度溶液扩散
2.植物在冬季来临时,随着气温的逐渐降低,体内发生了一系列适应低温的生理生化变化,抗寒能力逐渐增强。如图1-2-8为冬小麦在不同时期含水量和呼吸速率变化的关系图,请据图推断,以下说法正确的是
(　　)
图1-2-8
A.冬季来临,自由水明显减少是呼吸速率下降的主要原因
B.结合水与自由水含量的比值,与植物的抗寒能力呈现明显的负相关
C.随着气温和土壤温度的下降,根系的吸水量减少,组织中的含水量上升
D.随温度的缓慢降低,植物的呼吸作用逐渐减弱,有利于减少有机物的消耗
?
题后归纳
水在生产实践中的应用
(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生理活性。
(3)干种子不浸泡则不萌发?自由水含量少,代谢缓慢。
(4)烘干的种子浸泡后不萌发?失去结合水的细胞失去生理活性。
角度二　考查细胞中无机盐的功能及其实验分析
3.[2020·北大附中月考]
下列关于无机盐的叙述,不正确的是
(　　)
A.Mg2+是叶绿素的组成成分之一,植物缺Mg2+会黄叶,影响光合作用
B.缺铁会导致血液运输O2的能力下降,患缺铁性贫血
C.长期缺碘的地区的人们患甲亢的比例较高
D.植物能吸收微生物分解有机物产生的无机物,植物燃烧的灰烬中有丰富的无机盐
4.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是否是植物生长必需的物质的实验方案,其中正确的实验设计是
(　　)
①以土壤为基质盆栽,浇缺少无机盐X的“缺素培养液”
②以沙土为基质盆栽,浇缺少无机盐X的“缺素培养液”
③只用缺少无机盐X的“缺素培养液”,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
?
题后归纳
验证生物体内无机盐生理功能的实验
(1)对照组
植物+完全培养液正常生长。
(2)实验组
图1-2-9
分析:
①实验中应保证实验材料相同,即材料的种类、生长状况一致等。
②实验组加入X盐的目的是二次对照,使实验组形成前后对照,以增强实验的说服力。
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
(1)还原糖+斐林试剂砖红色沉淀
(2)脂肪+
(3)蛋白质+双缩脲试剂→紫色
2.实验步骤
(1)还原糖的鉴定
图1-2-10
(2)脂肪的鉴定
方法一:向待测组织样液中滴加3滴苏丹Ⅲ染液,观察样液被染色的情况。
方法二:
(3)蛋白质的鉴定
图1-2-11
3.实验材料的选择和处理
(1)可溶性还原糖的鉴定实验中选材的标准:选用还原糖含量较高且为白色或近于无色的生物组织(或器官),因为颜色反应明显,易于观察。
(2)不能选用甘蔗、甜菜或马铃薯鉴定还原糖的原因:甘蔗和甜菜所含的糖类为蔗糖,是非还原糖,马铃薯所含的糖类为淀粉,也是非还原糖,因此甘蔗、甜菜和马铃薯都不宜作为实验材料。
(3)脂肪的鉴定实验中,实验材料最好选择花生种子,其脂肪含量比较高,也便于切片操作。
(4)蛋白质的鉴定实验,最好选用富含蛋白质的生物组织。植物材料常用大豆,浸泡1~2
d,适于研磨,动物材料常用鸡蛋蛋清稀释液。
4.实验中需要注意的问题
(1)鉴定还原糖的实验中,加入斐林试剂后,试管中溶液呈蓝色,是斐林试剂的颜色,水浴加热后快速反应生成氧化亚铜,即生成砖红色沉淀。
(2)斐林试剂与双缩脲试剂的“一同五不同”
项目
斐林试剂
双缩脲试剂
CuSO4溶液浓度
0.05
g/mL
0.01
g/mL
检测物质
还原糖
蛋白质
使用方法
甲、乙两液等量混
合均匀后再使用
先加入A液,
再加入B液
反应条件
50~65
℃水浴加热
不需加热
反应现象
浅蓝色→棕色→砖红色
无色→紫色
一相同
　含有NaOH和CuSO4两种成分,且NaOH的质量浓度都是0.1
g/mL
角度一　考查生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质的鉴定实验
1.“颜色反应”是鉴定特定物质的常用方法。下列叙述正确的是
(　　)
A.可以使用斐林试剂检测待测样液中是否含有葡萄糖
B.用苏丹Ⅲ染液和苏丹Ⅳ染液检测组织切片内的脂肪时,染色的时间长短不同
C.若待测样液中不含蛋白质,则加入双缩脲试剂后样液颜色不变
D.斐林试剂和双缩脲试剂所含物质种类不同,使用方法也不同
2.下列有机物的鉴定实验中,导致实验失败的操作是
(　　)
A.鉴定淀粉时,直接把碘液加入淀粉样液中
B.鉴定脂肪时,在花生种子匀浆中滴加染液后,直接进行观察
C.鉴定还原糖时,60
℃水浴加热
D.鉴定蛋白质时,把双缩脲试剂A液和B液混合后再加入蛋白质样液中
?
易错提醒
实验过程中的4个易错点
(1)易忽略斐林试剂本身的颜色
非还原糖(如蔗糖)+斐林试剂水浴加热后的现象不是无色而是浅蓝色[Cu(OH)2的颜色]。
(2)易混淆双缩脲试剂和斐林试剂的使用
混合后加入——斐林试剂,且现配现用;分别加入——双缩脲试剂(先加A液,后加B液,且B液不能过量)。
(3)易写错“斐”和“脲”字
“斐林试剂”中的“斐”不可错写成“非”,双缩脲试剂中“脲”不可错写成“尿”。
(4)误认为脂肪的鉴定必须使用显微镜
若要观察被染色的脂肪颗粒,则需要使用显微镜,但若要观察溶液颜色变化,则不需要使用显微镜。
角度二　以曲线、图表和柱形图考查种子成熟与萌发时有机物的变化
3.油菜种子成熟过程中部分有机物的变化如图1-2-12所示。将不同成熟阶段的种子制成匀浆后检测,结果正确的是
(　　)
选项
取样时间
检测试剂
检测结果
A
第10天
斐林试剂
不显色
B
第20天
双缩脲试剂
不显色
C
第30天
苏丹Ⅲ染液
橘黄色
D
第40天
碘液
蓝色
图1-2-12
4.图1-2-13为实验测得的小麦、大豆和花生干种子中三类有机物的含量百分比,据图分析,下列叙述错误的是
(　　)
图1-2-13
A.同等质量的种子中,大豆所含的N最多,小麦所含的N最少
B.三种种子中有机物均来自光合作用,含量的差异与种子所含基因有关
C.萌发时,三种种子都会不同程度地吸水,为细胞呼吸创造条件
D.相同质量的三种种子萌发需要O2的量相同,所以三种种子的播种深度应该相同
?
题后归纳
(1)种子形成与萌发过程中的有机物及检测
种子形成与萌发过程
有机物及检测
种子形成初期
　可溶性糖较多,用斐林试剂检测呈砖红色
种子成熟过程
　可溶性糖转化为淀粉(粮食作物)或脂肪(油料作物)或蛋白质(豆类作物),有机物干重增加
种子萌发
　储存的有机物(淀粉、脂肪等)转化为可溶性糖,一般有机物干重下降
(2)种子发育及处理过程中水的变化
种子发育及处理过程
水的变化
种子萌发
　自由水/结合水的值大幅度上升,代谢旺盛
种子成熟过程
　在种子成熟时自由水/结合水的值下降,代谢较弱
种子风干
　失去的主要是自由水,种子的活性未丧失
种子烘干
　失去结合水,种子的活性丧失
经典真题·高考预测
1.[2020·江苏卷]
下列关于细胞中无机化合物的叙述,正确的是
(　　)
A.自由水是生化反应的介质,不直接参与生化反应
B.结合水是细胞结构的重要组成成分,主要存在于液泡中
C.无机盐参与维持细胞的酸碱平衡,不参与有机物的合成
D.无机盐多以离子形式存在,对维持生命活动有重要作用
2.[海南卷]
下列检测生物分子的实验中,关于颜色变化的叙述错误的是
(　　)
A.淀粉遇碘液可显蓝色
B.葡萄糖与斐林试剂反应呈砖红色
C.蛋白质与双缩脲试剂反应显紫色
D.脂肪被苏丹Ⅳ染液染成橘黄色
3.[全国卷Ⅰ]
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Cu2+的碱性溶液,可被葡萄糖还原成砖红色
4.[2020·东北三校一模]
有关生物体内水和无机盐的叙述,正确的是
(　　)
A.镁是所有光合色素的组成成分
B.植物蒸腾作用失去的水是自由水
C.秋冬季节,植物体内结合水与自由水比值下降
D.骨骼和牙齿中的钙主要以离子形式存在
5.[2020·山东济宁模拟]
取成熟到第2天和第4天的等量香蕉果肉,分别加等量的蒸馏水制成提取液,然后在a、c试管中各加5
mL第2天的提取液,在b、d试管中各加5
mL
第4天的提取液。如图1-2-14所示,在a、b试管中各加入等量碘液,在c、d试管中各加入等量的斐林试剂,煮沸。观察比较颜色变化,结果是
(　　)
图1-2-14
A.a、b试管内溶液呈蓝色,且a比b颜色浅;c、d试管内出现砖红色沉淀,且c比d颜色浅
B.a、b试管内溶液呈蓝色,且a比b颜色深;c、d试管内出现砖红色沉淀,且c比d颜色浅
C.a、b试管内溶液呈蓝色,且a比b颜色浅;c、d试管内出现砖红色沉淀,且c比d颜色深
D.a、b试管内溶液呈蓝色,且a比b颜色深;c、d试管内出现砖红色沉淀,且c比d颜色深
1.重要概念
(1)P16细胞中常见的化学元素有20多种,有些含量很少,如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等,被称为微量元素。
(2)P35一部分水与细胞内的其他物质相结合,叫作结合水。细胞中绝大部分的水以游离的形式存在,可以自由流动,叫作自由水。
2.重点易错语句
(1)P17
占细胞鲜重含量最多的元素是氧,占细胞干重含量最多的元素是碳。
(2)P18
斐林试剂是甲液和乙液等量混合使用。还原糖与斐林试剂在水浴加热时生成砖红色沉淀。
(3)P19
双缩脲试剂是先加A液1
mL,再加B液4滴。
(4)P18
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。
(5)P17
组成细胞的元素大多以化合物的形式存在。
3.边角知识
(1)P19
检测脂肪的过程中,要用体积分数为50%的酒精溶液,洗去浮色。
(2)P37
组成细胞的元素中C、O、H、N的含量最多,其中C是构成细胞的最基本的元素。
(3)P37
一些无机盐是细胞内复杂化合物的重要组成成分,许多种无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有非常重要的作用。
第2讲　细胞中的元素和化合物、细胞中的无机物
考点一
●
基础自主梳理
1.(1)C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg　Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu　C　基本骨架　C、H、O、N
(2)种类　统一　含量　差异
2.水　无机盐　干重
3.O>C>H>N　水>蛋白质　H2O　C>O>N>H　蛋白质
【易错辨析】
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
[解析]
(1)微量元素是生物体内含量很少但必不可少的元素。
(2)细胞中每种元素的作用是不同的,是不能被替代的。
(3)在组成细胞的化合物中,占细胞干重百分比最多的是蛋白质。
(4)淀粉、脂肪只含有C、H、O
3种元素。
(5)组成脱氧核糖核酸的元素为C、H、O、N、P。
【教材拓展】
(1)大量　蛋白质　核酸　叶绿素　碱基　脱氧核糖核酸　拟核　间　肽键　酶　抗体
(2)大量　有　细胞质基质是ATP的合成场所之一,而磷酸是合成ATP的原料(或细胞质基质中进行的某些化学反应需要ATP水解提供能量,而磷酸是ATP的水解产物)　磷脂、DNA、RNA、ATP
(或ADP)　tRNA
●
素养全面提升
1.C　[解析]
大量元素和微量元素的区分依据的是含量的多少,而不是作用的大小,A错误;组成人体细胞的元素中,含量最多的元素是O(细胞鲜重)或C(细胞干重),B错误;与休眠种子相比,萌发种子的代谢活跃,含水量较多,C正确;哺乳动物的血钙太低,会出现抽搐等症状,D错误。
2.D　[解析]
自由水主要参与生物体内代谢废物的运输,A错误。无机盐具有维持内环境的渗透压的作用,B错误。蛋白质中不含P,所以不能用32P标记示踪蛋白质分子合成、加工的过程,C错误。碳链是构成生物体内有机大分子的基本骨架,D正确。
考点二
●
基础自主梳理
1.(1)结合水　细胞结构　自由水　生物化学反应　液体环境　营养物质和代谢废物
(2)旺盛　差　缓慢　强
2.
离子　复杂化合物　生命活动
【易错辨析】
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
[解析]
(1)贮藏中的种子,自由水与结合水的比值低,代谢弱,以保持休眠状态,并非不含水分。
(2)活细胞内无机盐含量虽然很少,但其作用却非常重要,是不可取代的。
(3)细胞中的无机盐大多数以离子形式存在。
(4)铁是构成血红蛋白的成分之一,缺铁会导致血红蛋白含量减少,影响氧气的运输,进而影响有氧呼吸,导致体内无氧呼吸加剧,产生大量的乳酸,容易发生乳酸中毒。
(5)动作电位的形成与Na+内流有关,人体内Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低。
(6)水和无机盐都不能提供能量,都不能作为细胞的能源物质。
【教材拓展】
(1)心肌和血液中都含自由水和结合水,且都是自由水含量高,但由于自由水与结合水所占的比例不同,故呈现不同的状态
(2)腹泻使患急性肠炎的病人在丢失水的同时也丢失了大量的无机盐,为了维持患者体内水盐平衡,需要补充盐水
●
素养全面提升
1.D　[解析]
自由水与结合水的比例越高,新陈代谢越旺盛,休眠的细菌新陈代谢很弱,自由水与结合水的比值较低,A正确;在有氧呼吸的第二阶段水与丙酮酸反应生成二氧化碳和[H],在有氧呼吸的第三阶段,[H]与氧气反应生成水,B正确;用O浇灌植物,植物通过蒸腾作用使O出现在周围空气中,光合作用光反应阶段会产生氧气,O中的18O进入氧气中,经过细胞呼吸,O中的18O进入二氧化碳中,C正确;在渗透作用过程中,水分子从低浓度溶液向高浓度溶液扩散,D错误。
2.D　[解析]
冬季气温下降是呼吸速率下降的主要原因;结合水与自由水含量的比值越大,植物抗寒能力越强;在9~12月份,植物组织中的含水量一直在下降;温度降低,呼吸酶的活性降低,植物的细胞呼吸减弱,有机物的消耗减少,综上所述,A、B、C错误,D正确。
3.C　[解析]
Mg2+是叶绿素的组成成分之一,缺Mg2+会影响叶绿素的合成,进而影响光合作用,A正确;Fe是血红蛋白的组成成分,缺Fe会使血红蛋白的含量减少,运输氧气的功能降低,引起缺铁性贫血,B正确;碘是合成甲状腺激素的原料,长期缺碘的地区,人们的甲状腺激素合成不足,而甲亢是甲状腺激素分泌过多导致的,C错误;植物能吸收微生物分解有机物产生的无机物,植物燃烧的灰烬中有丰富的无机盐,D正确。
4.A　[解析]
欲确定无机盐X是否是植物生长必需的物质,应进行有无无机盐X的对照实验。沙土和土壤均含有多种元素,不能用于实验。应以缺少无机盐X的“缺素培养液”作为实验组,用完全培养液作为对照组,进行对照实验,A正确。
考点三
●
素养全面提升
1.B　[解析]
斐林试剂只能检测出待测样液中是否含有还原糖,而葡萄糖、麦芽糖等都是还原糖,不能检测出待测样液中是否含有葡萄糖,A错误;苏丹Ⅲ染液和苏丹Ⅳ染液都能用于检测组织切片内的脂肪,但苏丹Ⅲ染液的染色时间是3
min,苏丹Ⅳ染液的染色时间是1
min,B正确;双缩脲试剂本身呈蓝色,即使待测样液中不含蛋白质,加入双缩脲试剂后样液颜色也会发生改变,C错误;斐林试剂和双缩脲试剂所含物质种类相同,但是所含物质的浓度不完全相同,使用方法也不同,D错误。
2.D　[解析]
淀粉的鉴定要用碘液,不需要加热,可直接将碘液滴加到淀粉样液中,A不符合题意;向花生种子匀浆中滴加苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染液,可直接通过肉眼观察颜色变化,B不符合题意;用斐林试剂鉴定还原糖时,可以在50~65
℃条件下水浴加热,C不符合题意;鉴定蛋白质时,应先加双缩脲试剂A液,再滴加双缩脲试剂B液,D符合题意。
3.C　[解析]
分析题图可知,第10
d有可溶性糖,不排除有还原糖的可能,故加入斐林试剂,水浴加热后可能出现砖红色沉淀,A错误;种子中一定有蛋白质,加入双缩脲试剂后会出现紫色反应,B错误;第30
d种子中脂肪含量较高,与苏丹Ⅲ染液发生反应,呈现橘黄色,C正确;第40
d种子中无淀粉,加入碘液后不会呈现蓝色,D错误。
4.D　[解析]
同等质量的种子中,大豆所含的蛋白质最多,所以大豆所含的N最多,小麦所含的蛋白质最少,所以小麦所含的N最少,A项正确;三种种子中有机物均来自光合作用,不同生物种子有机物含量的差异与其所含基因有关,B项正确;萌发时,三种种子都会不同程度地吸水,为细胞呼吸创造条件,C项正确;相同质量的三种种子萌发时,由于花生种子的脂肪含量较多,所以需要O2的量最多,花生种子的播种深度应较浅,D项错误。

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