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第一节 细胞中的元素和无机化合物
必备知识 清单破
知识点 1 构成细胞的元素
1.元素的含量
(1)地壳(包括大气)中含量最多的元素是O,其次是Si、Al、Fe。
(2)生物细胞中含量最多的元素是O,然后依次是C、H、N。
(3)组成生物体的任何一种元素都可以在无机自然界中找到。
2.元素的种类
(1)生物体中常见的元素有20多种,可根据各种元素的含量进行分类。
1、大量元素:C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na、Cl等。
2、微量元素:Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Co、Se等。
(2)C、H、O、N、P、S等元素构成了细胞结构和功能所需的基本物质。
1.组成细胞的主要化合物及其质量分数(以某种植物细胞为例)
知识点 2 水和无机盐是细胞中的无机化合物
类别 化合物 质量分数(%)
无机 化合物 水 85.0~90.0
无机盐 1.0~1.5
有机 化合物 蛋白质 7.0~10.0
脂质 1.0~2.0
糖类和核酸 1.0~1.5
2.水赋予细胞许多特性
(1)水在细胞中的含量:在活细胞中,水是含量最多的物质,约占细胞重量的2/3。
(2)水的分子结构与理化特性
1、水分子由两个氢原子和一个氧原子以共价键结合组成。
2、在相邻水分子之间,一个水分子的氧原子与另一个水分子的氢原子以静电引力相互吸引
形成一种分子间相互联结的作用力,在化学上,这种作用力被称为氢键。
3、水分子的空间结构与电荷的不对称分布,使得水分子具有极性,这让几乎所有带电荷的或
具有极性基团的分子都能溶解在水中。
4、氢键使水分子间的作用力大大增强,水的熔点和沸点也因此而增高。
(3)水在细胞中的存在形式和重要作用
1、自由水
a.自由水以游离的形式存在,参与细胞中各种代谢活动。
b.重要作用:良好的溶剂;细胞中几乎所有生化反应的介质;有些自由水直接作为反应物参与
生化反应;运送营养物质和代谢废物。
2、结合水:被细胞内其他物质(如蛋白质)束缚而不易自由流动的水,是组成细胞的重要成
分。
3.细胞中的无机盐与生命活动关系密切
(1)无机盐的存在形式:常以离子形式存在。
(2)细胞中的无机盐作用和举例
1、维持细胞的渗透压和生物体液的酸碱平衡,如细胞中的磷酸氢二钾、磷酸二氢钾等参与
维持生物体液的酸碱平衡。
2、参与物质组成,维持细胞正常的代谢活动,如合成血红蛋白需要铁,合成甲状腺激素需要
碘,合成叶绿素需要镁。
生物 某些无机盐含量 症状
哺乳 动物 缺少钙 肌肉抽搐
钙过多 肌肉乏力
番茄 缺少钙 果实出现脐腐现象
缺少钾 老叶尖端和边缘出现失绿甚至干枯坏死的现象
(3)某些无机盐含量过多或过少,生物体可能会出现相应病症
(4)精准农业:能根据农田的土壤元素状况和作物的元素缺乏或过剩状况,实施定位、定量的
精准施肥,高效地利用各类农业资源,取得较好的经济效益和环境效益。精准农业也许会成
为未来农业的发展方向。
知识辨析
1.生活在沙漠的仙人掌与生活在海水中的鲨鱼,组成它们的化学元素的种类大体相同,这种说
法正确吗
2.细菌中的组成元素砷(As)可能在无机自然界中找不到,这种说法正确吗
3.Ca、Fe、Mn、Zn、B、Mo等是组成细胞的微量元素,这种说法正确吗
提示
提示
提示
正确。不同生物体内所含的元素种类基本相同。
不正确。组成生物体的任何一种元素在无机自然界中都能找到。
不正确。Ca属于大量元素。
4.夏季植物叶片由绿变黄,可能是土壤中缺镁导致的,这种说法正确吗
5.正常人饮食不当出现贫血,可能是食物中缺铁导致的,这种说法正确吗
6.自由水与结合水的比例与细胞新陈代谢的强弱关系不大,这种说法正确吗
7.晒干的种子细胞内不含有水分,导致细胞代谢停止,有利于种子长时间储存,这种说法正确吗
提示
提示
提示
提示
正确。一般情况下,夏季植物叶片不会由绿变黄,镁元素是叶绿素的重要组成成分,所以夏季植物叶片由绿变黄,可能是土壤中缺镁所致。
正确。铁是血红蛋白合成的原料,缺铁会导致血红蛋白合成障碍,进而引起贫血。
不正确。自由水与结合水的比例越大,细胞新陈代谢越旺盛。
不正确。晒干的种子细胞内仍含有水分,只是自由水含量较低,使细胞代谢水平降低,有利于储存。
1.种子的含水量并不是越多越好
在一定范围内,种子的萌发率随着水分的增加而升高,超过一定范围,种子的萌发率又会
随着水分的增加而降低。
2.自由水与结合水的相对含量对细胞代谢和抗逆性的影响
关键能力 定点破
定点 1 水的相关内容
由图可知,在正常情况下,自由水与结合水比值越小,细胞代谢越缓慢,但抗逆性越强;该比
值越大,细胞代谢越旺盛,但抗逆性越差。
3.与水有关的现象及解释
常见现象 对此现象的解释
种子在储存时需将种子晒干 减少自由水含量,降低种子的代谢,延长种子寿命
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
低温环境下,减少花卉浇水的次数 增强花卉对低温的抗性
鲜种子放在阳光下暴晒,重量减轻 自由水散失,代谢减弱
干种子放在试管中,用酒精灯加热,试管壁上有水珠 种子晒干后,仍含有结合水,用酒精灯加热会失去结合水
炒熟的种子浸泡后不萌发 失去结合水的种子失去其生理活性
1.实验原理
当植物缺乏某种元素时,植物会表现出该种元素缺乏症,甚至死亡。根据植物的元素缺
乏症,可以利用补充该元素的方法使植物的生长恢复正常。
2.实验流程
定点 2 溶液培养法验证某元素是否为植物生长发育所必需的 第一章 细胞的分子组成
第一节 细胞中的元素和无机化合物
基础过关练
题组一 构成细胞的元素
1.有着“植物大熊猫”和“世界上最长寿树种”美称并且在地球上已有250万年历史的红豆杉,入选2010年世博会中国馆珍稀植物展出品种。在活的红豆杉植株体内含量最多的元素是( )
A.C B.H C.N D.O
2.(易错题)组成人体细胞的主要元素种类及其平均含量(占细胞鲜重的百分比)如表所示,下列相关说法不正确的是( )
元素 O C H N P S 其他微量元素
平均含量 65 18 10 3 1.4 0.3 小于3
A.组成人体细胞的主要元素是碳、氢、氧、氮、磷、硫等
B.表中各种元素在无机自然界中都可以找到
C.表中C、H、O、N、P、S等元素构成了细胞结构和功能所需的基本物质
D.其他微量元素平均含量小于3,所以作用也很小
3.(教材习题改编)如图标注了植物体所处的土壤环境和大气环境中的部分元素组成情况,相关叙述正确的是( )
A.图中所标出的元素均为大量元素
B.镁是合成叶黄素的必需化学元素
C.从土壤中吸收的元素为微量元素
D.植物缺氮时叶色暗绿,开花较多
4.科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时,培养液中添加了多种必需化学元素,配方如表所示,其中花卉根细胞吸收最少的离子是( )
离子 K+ Na+ Mg2+ Ca2+ N H2P S Zn2+
培养液浓度 (g/L) 1 1 0.25 1 2 1 0.25 1
A.Ca2+ B.S
题组二 细胞中的水
5.下列叙述不属于生物体中自由水的作用的是( )
A.许多离子和分子的良好溶剂
B.提高生物体的抗逆性
C.几乎所有的生化反应的介质
D.作为反应物直接参与生化反应
6.如图为水分子之间靠氢键结合的示意图,下列相关叙述正确的是( )
A.水分子的“O端”带正电荷,“H端”带负电荷
B.②的存在可以使水能与蛋白质等相结合
C.1个水分子最多可通过②与另外2个水分子相连
D.①的存在使水具有较高的熔点和沸点
7.“珍惜地下水,珍视隐藏的资源”是2022年世界水日的主题。下列关于生物体中水的叙述,正确的是( )
A.细胞中的自由水和结合水均可参与化学反应
B.细胞内的自由水和结合水含量稳定,不可以相互转化
C.种子萌发时,细胞内结合水/自由水的值比休眠时低
D.种子晒干储存可减少细胞内结合水的含量
8.绵绵的春雨润醒了小草,润绿了杨树,润开了报春花。下列各图为植物在复苏过程中,细胞中自由水与结合水相对含量变化的曲线图,其中表示正确的是( )
题组三 细胞中的无机盐
9.如图是生长在温室大棚中的番茄果实出现的脐腐现象,主要原因是 ( )
A.土壤溶液中缺少Ca2+
B.结果期遭遇病毒感染
C.土壤溶液中缺少K+
D.保温不够出现了冻害
10.下列关于无机盐的叙述,错误的是( )
A.克山病(一种地方性心肌病)是由缺硒引起的
B.人体内缺钙会出现肌肉抽搐现象
C.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
D.碘是合成甲状腺激素的原料,所以常在食盐中加碘
11.苹果含有微量元素Zn,而Zn是构成与记忆力息息相关的核酸和蛋白质不可缺少的元素,儿童缺Zn就会导致大脑发育不良,因此苹果又称为“记忆之果”。这说明无机盐离子( )
A.对维持酸碱平衡有重要作用
B.对维持细胞形态有重要作用
C.对调节细胞内的浓度有重要作用
D.对维持生物体的生命活动有重要作用
12.设计实验探究X是否属于植物生长所必需的无机盐,某同学的构思大致为:本实验中甲组、乙组之间形成对照,乙组中实验前(无X)与实验后(有X)之间形成对照。两次对照中属于实验组的依次是 ( )
A.甲组、乙组实验前 B.甲组、乙组实验后
C.乙组、乙组实验前 D.乙组、乙组实验后
能力提升练
题组 细胞中的元素和无机化合物的综合
1.下图为元素在生物体内的含量分布情况,下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ都以化合物的形式存在
B.Ⅰ大多能在无机自然界找到,少部分为细胞特有
C.Ⅱ和Ⅲ称为必需元素,一旦缺乏就可能会导致相应的病症
D.C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Cu等元素都属于Ⅲ
2.古有“白云峰下两枪新,腻绿长鲜谷雨春”赞美龙井茶。下列关于西湖龙井的说法,错误的是( )
A.茶叶细胞和人体细胞所含元素种类大致相同但含量差异很大
B.采摘的新鲜茶叶细胞中含量最高的化合物和有机物分别是水和蛋白质
C.采摘的新鲜茶叶的细胞中C、O、Ca、Fe四种元素的含量最多
D.采摘的新鲜茶叶的细胞中既含有大量元素,也含有微量元素
3.结合下列曲线,有关无机物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②可表示细胞代谢强度随自由水与结合水比值的变化
C.曲线③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①可以表示植物越冬过程中,体内水含量的变化
4.下列有关图示的分析中,不正确的是( )
A.如果该图表示的是组成活细胞的化合物含量,则A是蛋白质
B.如果该图表示的是组成活细胞的化合物含量,则A中含有的元素是H、O
C.如果该图表示的是组成活细胞的元素含量,则A是氧元素
D.如果该图表示的是组成活细胞的元素含量,则其中Mo的含量很少
5.(多选题)“有收无收在于水,收多收少在于肥”。某生物兴趣小组以玉米幼苗为实验材料进行了如下探究实验。下列叙述正确的是( )
A.步骤一损失的水在细胞中以游离形式存在,是细胞内的良好溶剂
B.步骤二损失的水与细胞内其他物质相结合,是组成细胞的重要成分
C.步骤三损失的主要是无机盐,它们在细胞中主要以离子形式存在
D.干旱环境中生长的玉米,其细胞中结合水与自由水的比值相对较低
答案与分层梯度式解析
第一章 细胞的分子组成
第一节 细胞中的元素和无机化合物
基础过关练
1.D 2.D 3.A 4.C 5.B 6.B 7.C 8.B
9.A 10.C 11.D 12.D
1.D 在活的红豆杉植株体内含量最多的元素是O,D符合题意。
2.D 微量元素含量虽少,但是生物体所必需的,对维持生物体的正常生命活动有重要作用,D错误。
易错提醒 大量元素、微量元素是依据细胞中元素的含量划分的,它们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,而且这种作用是不可或缺、不可替代的。
3.A 题图所标注的C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg九种元素均为大量元素,其中N、P、S、K、Ca、Mg是从土壤中吸收的元素,A正确,C错误;镁是合成叶绿素的必需化学元素,B错误;植物缺氮时,植株不仅生长矮小、瘦弱,叶色淡绿,还表现为花少,果实少而小,D错误。
4.C 对四个选项进行分析:
选项 所含元素及种类 分析
A Ca是大量元素 大量元素在细胞中含量较多,植物根细胞对其吸收较多,A、B、D不符合题意
B S、O是大量元素
D P、O、H是大量元素
C Zn是微量元素 微量元素在细胞中含量较少,植物根细胞吸收的量也较少,C符合题意
5.B 结合水是组成细胞的重要成分,结合水相对含量越高,生物体的抗逆性越强,因此提高生物体的抗逆性不属于生物体中自由水的作用,B符合题意。
6.B 水分子由2个氢原子和1个氧原子以共价键(①)结合组成,氧的一端带负电荷,氢的一端带正电荷,A错误;氢键(②)的存在使水有较高的熔点和沸点,且可以使水分子与其他含有电负性原子的分子(如蛋白质)结合,B正确,D错误;1个水分子最多可通过氢键与另外4个水分子相连,C错误。
7.C 细胞中的结合水与细胞内的其他物质相结合,不能参与化学反应,A错误;细胞内的自由水和结合水可以相互转化,B错误;种子萌发时,自由水含量上升,故种子萌发时细胞内结合水/自由水的值低于休眠时,C正确;种子晒干储存可减少细胞内自由水的含量,D错误。
8.B 植物在复苏过程中,细胞新陈代谢活动逐渐增强,因此自由水相对含量升高,结合水相对含量降低,B正确。
9.A 番茄果实出现脐腐现象与缺少钙有关;番茄植株的老叶尖端和边缘出现失绿甚至干枯坏死的现象,与缺少钾有关,A符合题意。
10.C 人体内缺钙会出现肌肉抽搐现象,而钙过多时会出现肌肉乏力现象,B正确;细胞中的无机盐大多数以离子形式存在,C错误。
11.D 由题意知,锌是构成与记忆力息息相关的核酸和蛋白质不可缺少的元素,儿童缺锌就会导致大脑发育不良,这说明无机盐对于维持生物体的正常生命活动有重要作用,D符合题意。
12.D 分析题图可知,空白对照实验中,甲组营养液是含有X的完全营养液,乙组是只缺乏X的完全营养液,因此甲组是对照组,乙组是实验组;自身对照实验中,乙组实验前营养液缺乏X,幼苗生长异常,加入X,幼苗恢复正常生长,实验后的现象与实验前的现象进行对照,因此,该组实验中实验前是对照组,实验后是实验组。综上分析,D符合题意。
能力提升练
1.C 2.C 3.C 4.A 5.AB
1.C 组成细胞的元素大多数以化合物的形式存在,A错误;组成细胞的元素在无机自然界都能找到,没有一种是细胞所特有的,B错误;Cu属于微量元素,D错误。
2.C 不同细胞中的元素种类大致相同,含量差异较大,A正确;采摘的新鲜茶叶细胞中含量最高的化合物是水,含量最高的有机物是蛋白质,B正确;采摘的新鲜茶叶的细胞中O、C、H、N四种元素的含量最多,Fe是微量元素,含量很少,C错误。
3.C 衰老的个体中自由水含量减少,自由水与结合水的比值也将减小,因此随年龄增长,自由水与结合水的比值减小,与曲线①相符,A正确;细胞内自由水与结合水的比值升高后,代谢增强,当超过一定的值,代谢速率达到相对稳定,与曲线②相符,B正确;玉米种子被烘干的过程中所含水分越来越少,其内的无机盐相对含量增大,最后会维持不变,与曲线③不符,C错误;植物越冬过程中,代谢减慢,自由水含量减少,体内水含量减少后保持相对稳定,与曲线①相符,D正确。
思路点拨 细胞内自由水与结合水的比值与细胞代谢强度呈正相关;新鲜玉米种子在烘箱中被烘干的过程中所含水分减少,无机盐的相对含量先增大后不变。
4.A 在活细胞中,水的含量最多,如果题图表示的是组成活细胞的化合物含量,则A是水,其含有的元素是H、O,A错误,B正确;在活细胞中含量最多的元素是氧元素,如果题图表示的是组成活细胞的元素含量,则A是氧元素,Mo属于微量元素,含量很少,C、D正确。
思路点拨 在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;在活细胞中含量最多的元素是氧元素。
5.AB 与正常环境中生长的玉米相比,干旱环境中生长的玉米,细胞中结合水含量相对较多,故其细胞中结合水与自由水的比值相对较高,D错误。
