第1节 细胞中的元素和化合物
学习目标
核心素养
1．认识生物界与非生物界的统一性和差异性。
2．简述组成细胞的元素与化合物的种类、含量。(重点)
3．尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。(重点)
1．通过对细胞组成元素与自然界组成元素的比较，形成生命与自然界统一的生命观。
2．通过对大量元素和微量元素分类学习，养成比较与分类的科学思维方式。
3．通过检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质的实验，学习科学探究方法。
一、组成细胞的元素
1．生物界与非生物界的统一性和差异性
(1)
(2)原因：组成细胞的元素是生物体有选择地从无机自然界获取的。
2．组成细胞的元素的种类和含量
(1)
(2)含量
①占人体细胞鲜重最多的元素是O。
②占人体细胞干重最多的元素是C。
二、组成细胞的化合物
1．
2．含量
(1)细胞中含量最多的化合物是水。
(2)细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质。
(3)细胞中占干重最多的化合物是蛋白质。
三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1．实验原理[连线]
①还原性糖 a．苏丹Ⅲ(Ⅳ)染液 Ⅰ.砖红色沉淀
②淀粉 b．斐林试剂 Ⅱ.橘黄色(红色)
③脂肪 c．双缩脲试剂 Ⅲ.蓝色
④蛋白质 d．碘液 Ⅳ.紫色
提示：①－b－Ⅰ ②－d－Ⅲ ③－a－Ⅱ ④－c－Ⅳ
2．实验材料的选择
①苹果 ②花生种子 ③豆汁 ④梨 ⑤鸡蛋清 ⑥甘蔗汁 ⑦马铃薯匀浆 ⑧芝麻种子 ⑨西瓜汁 ⑩花生种子匀浆
请将适合的材料编号填到下面横线上：
(1)还原糖检测①④。
(2)脂肪检测②⑩。
(3)蛋白质检测③⑤。
(4)淀粉检测⑦。
3．实验流程
(1)还原糖的检测和观察
(2)脂肪的检测和观察
方法一：花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅲ染液→橘黄色
方法二：
(3)蛋白质的检测和观察
1．生物界和非生物界的统一性体现在所含化学元素的种类上。 ( )
2．大量元素在细胞内作用重大，微量元素在细胞中的作用微小。 ( )
3．Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元素。 ( )
4．占细胞干重含量最多的化学元素是C。 ( )
5．占细胞鲜重最多的化合物是水，占细胞干重最多的化合物是蛋白质。 ( )
6．还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下可产生紫色沉淀。 ( )
7．斐林试剂是由甲液和乙液等量混合均匀后使用。 ( )
8．双缩脲试剂使用时先加B液，摇匀后加A液。 ( )
提示：1．√
2．× 大量元素和微量元素是按照含量划分的，微量元素的作用并不小。
3．× Ca、Mg是大量元素。
4．√ 5.√
6．× 应为砖红色沉淀。
7．√
8．× 应先加A液，摇匀后再加B液。
细胞中的元素和化合物
[问题探究]
1．为什么组成细胞的化学元素在无机自然界都能找到，而组成细胞的元素含量与无机自然界又大不相同？
提示：组成细胞的元素是生物体有选择地从无机自然环境中吸收的。
2．为什么占人体细胞鲜重最多的元素是O，而占干重最多的是C?
提示：在鲜重情况下，组成细胞最多的化合物是H2O，而干重情况下所含的成分主要是有机物。
3．不同细胞中化合物的含量都一样吗？请举例说明。
提示：不一样。如植物的叶肉细胞、果实细胞和种子细胞中通常含有较多的糖类、脂质和蛋白质。又如禾谷类的果实、种子中含淀粉(多糖)较多；花生、芝麻种子中含脂质多；大豆种子中含蛋白质多等等。
[归纳总结]
1．组成细胞的元素种类和含量
(1)大量元素和微量元素划分的依据是含量，而不是生理作用。
(2)生物体内含有的元素不一定是生物所必需的元素，如Pb。
(3)主要元素占人体细胞鲜重比例是O＞C＞H＞N＞P＞S，而占人体细胞干重比例是C＞O＞N＞H＞P＞S。
2．元素的统一性和差异性
3．细胞中的化合物的种类及含量
组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在，其种类及相对含量如下：
易错提醒：有关组成细胞元素的两点提醒
(1)细胞中的元素含量比例中“鲜重”≠“干重”：O在细胞鲜重中含量最多，C在细胞干重中含量最多。
(2)大量元素和微量元素都是生物体所必需的，但生物体内含有的元素不一定都是必需元素，如Pb。
1．牛通过吃草获得化合物和元素，那么牛和草体内的各种化学元素( )
A．种类差异很大，含量大体相同
B．种类和含量差异都很大
C．种类和含量都是大体相同的
D．种类大体相同，含量差异很大
D [不同生物体的细胞内元素种类大体相同，含量相差较大。]
2．人体内的微量元素的含量甚微，但是对人体的健康却起着重要作用。下列各组元素全部是微量元素的是( )
A．I、K、O、S B．B、Mo、Fe、Zn、Cu
C．N、H、O、P、C D．Fe、Ca、Cu、Mg、C
B [观察比较可知，选项A中有O、S、K三种大量元素，选项B中全部都是微量元素，选项C中全部为大量元素，选项D中有C、Mg、Ca三种大量元素。]
生物组织中有机物的检测
[问题探究]
1．还原糖、蛋白质的鉴定实验中，在加相应试剂鉴定之前，为什么要留出一部分组织样液？
提示：留出一部分组织样液的目的是与鉴定后的样液颜色作对比，以增强实验的说服力。
2．实验材料的选择，遵循什么原则？简要分析。
提示：(1)材料本身应无色或白色，以免对实验结果产生干扰。
(2)材料中应富含还原糖、脂肪或蛋白质等相关物质，从而使实验现象明显。
3．蔗糖溶液中加入斐林试剂水浴加热后呈现什么颜色？
提示：蔗糖属于非还原糖，不与斐林试剂发生反应，观察到的现象不是无色，而是浅蓝色[Cu(OH)2的颜色]。
4．斐林试剂与双缩脲试剂成分相同，但在使用时，斐林试剂甲液与乙液必须混合使用，而双缩脲试剂则先滴加A液，再滴加B液，请分析原因。
提示：两个实验的反应原理不同，所以使用方法不同。(1)检测还原糖：反应原理是Cu(OH)2与还原糖反应生成砖红色的Cu2O沉淀，所以先将甲液和乙液混合生成Cu(OH)2后再与还原糖反应。
(2)检测蛋白质：反应原理是肽键在碱性环境中与Cu2＋反应产生紫色络合物，所以先滴加A液的目的是制造碱性环境。
[归纳总结]
1．斐林试剂与双缩脲试剂的比较
斐林试剂
双缩脲试剂
甲液
乙液
A液
B液
成分
质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液
质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液
质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液
质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液
鉴定物质
还原糖
蛋白质
添加顺序
甲、乙两液等量混匀后立即使用
先加入A液1 mL，摇匀，再加入B液4滴，摇匀
反应条件
50～65 ℃温水浴加热
不需加热，摇匀即可
反应现象
浅蓝色→棕色→砖红色沉淀
紫色
2.实验结果分析
(1)鉴定还原糖，是新配制的Cu(OH)2与还原糖反应，Cu(OH)2被还原为Cu2O(砖红色)。
(2)检测蛋白质的原理是肽键在碱性环境中与Cu2＋反应生成紫色络合物，所以加入双缩脲试剂A液的目的是制造碱性环境。
3．检测生物组织中有机物的注意事项
(1)实验材料的选择
①富含被检测的有机物，易出现明显实验现象。
②材料本身应为白色或近于白色，不干扰实验结果。
(2)操作方面的注意事项
①还原糖检测时，使用水浴加热，试管底部不要触及烧杯底部，以防受热不均匀。
②检测生物组织中的脂肪时，染色时间不宜过长，否则脂肪会溶解在酒精中，使橘黄色消失。
③蛋白质检测时，双缩脲试剂的加入顺序：先加A液，再加B液，而且B液不能过量。目的是先制造碱性环境。若先加B液或B液过量，会生成Cu(OH)2，干扰颜色反应。
1．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( )
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
C [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，A项错误；由于菠菜叶片呈绿色，会影响对实验结果的观察，所以不能用菠菜叶替代苹果，B项错误；石英砂的作用是使研磨更充分，C项正确；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，D项错误。]
2．关于生物组织中物质检测的实验，叙述正确的是( )
A．检测还原糖时，需用水浴加热
B．选用西红柿果肉作为实验材料来检测还原糖
C．检测脂肪时，将花生子叶染色后，用盐酸洗去浮色
D．检测蛋白质时，将双缩脲试剂的A、B液混合后再加入蛋白质样液中
A [检测还原糖时，需要用50～65 ℃温水浴加热；西红柿果肉细胞为红色，会干扰实验结果，不适宜作为检测还原糖的材料；检测脂肪时，应用体积分数为50%的酒精洗去浮色；检测蛋白质时，应先加入双缩脲试剂A液，后加入双缩脲试剂B液。]
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．生物体内微量元素含量少，但对于生物体的生命活动不可缺少。
2.组成细胞的化合物中占鲜重最多的是水，占干重最多的是蛋白质。
3.还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下生成砖红色沉淀。
4.脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色(或被苏丹Ⅳ染液染成红色)。
5.蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应。
1．构成月季和孔雀的主要元素有( )
A．C、H、O、N、P、Fe
B．C、H、O、S、N、P
C．H、O、K、S、P、Mg
D．N、P、K、Ca
[答案] B
2．比较植物与动物体内的各种化学元素，可知其( )
A．种类和含量都相差很大
B．种类和含量都相差不大
C．种类相差很大，其中相同元素的含量都大致相同
D．种类大致相同，其中相同元素的含量都相差很大
D [组成不同生物的化学元素种类大致相同，相同元素在不同生物体内的含量相差很大。]
3．原产热带非洲地区的光棍树，树形奇特，无刺无叶，它茎干中的白色乳汁可以制取石油。光棍树细胞中含量最多的有机化合物是( )
A．水 B．脂质
C．蛋白质 D．糖类
C [细胞内含量最多的有机物是蛋白质，由此判定C正确。]
4．双缩脲试剂(A液：0.1 g/mL的NaOH溶液，B液：0.01 g/mL的CuSO4溶液)可以用来检测生物组织中是否存在蛋白质。下列操作步骤正确的是( )
A．待测组织样液→加入B液1 mL→注入A液4滴→观察颜色变化
B．待测组织样液→加入A液1 mL→注入B液4滴→观察颜色变化
C．待测组织样液→加入A液和B液的混合液1 mL→水浴加热→观察颜色变化
D．待测组织样液→加入A液1 mL→注入B液4滴→水浴加热→观察颜色变化
B [双缩脲试剂由A液(质量浓度为0.1 g/mL氢氧化钠溶液)和B液(质量浓度为0.01 g/mL硫酸铜溶液)组成，用于鉴定蛋白质，使用时要先向待测组织样液中加A液1 mL，造成碱性环境，然后再加入B液4滴，最后观察颜色的变化，变成紫色，说明有蛋白质的存在。]
5．根据“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验，回答下列问题：
(1)检测成熟梨汁中是否存在还原糖所用的试剂是__________，该试剂极不稳定，使用时需__________，检测还原糖时还需要进行的处理方法是__________。
(2)检测花生子叶中脂肪的实验中，苏丹Ⅲ染液能将脂肪染成________。用其染色时，要用酒精冲洗，目的是________。
(3)检测黄豆组织中存在蛋白质时，首先向试管内注入2 mL待测组织样液，再向组织样液中加入双缩脲试剂，其中双缩脲试剂B液的量不能超过______________，这是因为_____________________。
[答案] (1)斐林试剂 现配现用 水浴加热(放入盛有50～65 ℃温水的大烧杯中加热) (2)橘黄色 洗去浮色
(3)4滴 过量的双缩脲试剂B液会与A液反应，使溶液呈蓝色，而掩盖生成的紫色
课件51张PPT。第2章 组成细胞的分子第1节 细胞中的元素和化合物元素种类元素含量无机自然界C、H、O、N、P、S、K、Ca、MgFe、Mn、Zn、Cu、B、MoOC水和无机盐脂质核酸水蛋白质蛋白质①④②⑩③⑤⑦白色近于白色蓝砖红色沉淀苏丹Ⅲ染液橘黄苏丹Ⅲ染液酒精溶液橘黄双缩脲双缩脲紫细胞中的元素和化合物 生物组织中有机物的检测 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(三) 细胞中的元素和化合物
(建议用时：25分钟)
[合格基础练]
1．下列选项中全部属于组成细胞的大量元素的是( )
A．P、N、Mn、K B．N、S、Ca、P
C．Fe、S、P、N D．Fe、Mn、B、Mo
B [细胞中的元素根据含量的不同分为大量元素和微量元素，其中大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg，故B正确。]
2．下列有关组成细胞化学元素的叙述，正确的是( )
A．组成细胞最基本的元素是氮
B．活细胞内含量最高的元素是氧
C．Mg、Zn、Ca等大量元素是生物体必不可少的
D．微量元素对于生物体来说可有可无
B [组成细胞最基本的元素是碳，A错误；活细胞内含量最高的元素是氧，B正确；Zn属于微量元素，C错误；尽管生物体内微量元素的含量较低，但有不可替代的作用，D错误。]
3．下列哪项实例能够证明微量元素是生命活动所必需的( )
A．Mg2＋是叶绿素的组成成分
B．油菜缺少B时只开花不结果
C．哺乳动物血液中Ca2＋含量太低，会抽搐
D．缺P会影响ATP的合成
B [A、B、C、D都能证明元素是生命活动所必需的，但只有B项中B(硼元素)是微量元素，P、Mg、Ca是大量元素。]
4．下列食物中的营养成分与检测试剂及显色反应之间的对应关系，错误的是( )
A．淀粉：碘液，蓝色
B．还原糖：斐林试剂，砖红色
C．脂肪：苏丹Ⅲ染液，橘黄色
D．蛋白质：双缩脲试剂，黄绿色
D [蛋白质与双缩脲试剂产生紫色的显色反应。]
5．关于生物组织中还原糖的检测，下列叙述正确的是( )
A．常见的还原糖包括葡萄糖、果糖、麦芽糖
B．对还原糖的检测用双缩脲试剂
C．在组织样液中加入斐林试剂后试管内液体呈现无色，加热后变成砖红色
D．实验结束时将剩余的斐林试剂装入棕色瓶，以便长期保存备用
A [常见的还原糖有葡萄糖、果糖和麦芽糖，A正确；对还原糖的检测用斐林试剂，B错误；在组织样液中加入斐林试剂后试管内液体呈现蓝色，加热后变成砖红色，C错误；斐林试剂应现配现用，不能混合后保存，D错误。]
6．下面是用于无土栽培的一种培养液配方，据表回答下列问题：
Ca(NO3)2
1.0 g
KCl
1.2 g
MgSO4
0.25 g
FeCl3
0.005 g
KH2PO4
0.25 g
H2O
1 000 mL
(1)该配方中植物所需的大量元素是___________________，微量元素是__________。
(2)该配方中组成细胞的基本元素是______________。用该培养液栽培植物，组成生物体的最基本元素的来源是________________。
(3)该配方中明显缺乏的微量元素是__________等。
[答案] (1)H、O、N、P、S、K、Ca、Mg Fe
(2)H、O、N 空气中的CO2
(3)Mn、Zn、Cu、B、Mo
[等级过关练]
7．下列有关组成生物体化学元素的叙述，正确的是( )
A．组成生物体和组成无机自然界的化学元素中，碳元素的含量最多
B．人、动物与植物所含的化学元素的种类差异很大
C．组成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到
D．不同生物体内各种化学元素的含量比例基本相似
C [组成无机自然界的化学元素中，氧元素含量最多，A项错误；不同生物所含化学元素的种类基本相同，B项错误；组成生物体的化学元素，在无机自然界都能找到，没有一种是生物所特有的，C项正确；不同生物体内所含化学元素的比例相差很多，D项错误。]
8．下图表示细胞中几种化合物的含量，以下按图中①②③④顺序排列相对应的是( )
A．水、蛋白质、糖类、脂质 B．蛋白质、糖类、脂质、水
C．水、蛋白质、脂质、糖类 D．蛋白质、水、脂质、糖类
D [组成生物体的化合物分为有机物和无机物，无机物有水和无机盐，有机物包括糖类、脂质、蛋白质和核酸。在细胞鲜重中水的含量最多，其次是蛋白质，最少的是糖类和核酸。]
9．分析下表，可推测( )
溶液
双缩脲试剂
碘液
斐林试剂
甲
＋
－
－
乙
－
＋＋
－
甲、乙混合
＋
＋
＋
注：“＋”显色，“＋＋”显色更深；“－”不显色，淀粉酶能使淀粉水解为麦芽糖。
A．甲溶液含有淀粉 B．乙溶液含有还原糖
C．混合溶液不含淀粉 D．混合溶液含有淀粉酶
D [蛋白质能与双缩脲试剂发生紫色反应，淀粉遇碘变蓝色，斐林试剂与还原糖在水浴加热条件下生成砖红色沉淀。根据溶液甲中的颜色变化可知其含有蛋白质；根据乙溶液中的颜色变化可知其含有淀粉；甲、乙混合后，两溶液中的物质发生反应产生了还原糖，由此可知，甲溶液中含有淀粉酶，乙溶液中含有淀粉。]
10．某小组对大豆种子萌发过程中蛋白质含量变化进行了研究(如下图)，请填充实验原理；判断实验步骤中画线部分是否正确，并更正错误之处；写出实验结果。
(1)实验原理：蛋白质______________________，其颜色深浅与蛋白质含量成正比。
(2)实验步骤：
①将三份等量大豆种子分别萌发1、5、9天后取出，各加入适量蒸馏水，研碎、提取、定容后离心得到蛋白质制备液。
②取3支试管，编号1、2、3，分别加入等量的萌发1、5、9天的蛋白质制备液。
③在上述试管中各加入等量的双缩脲试剂A和B(按比例配制)的混合液，
a
振荡均匀后，在沸水浴中加热观察颜色变化。
b
a：__________________________________________________。
b：__________________________________________________。
(3)实验结果：__________________________________________
______________________________________________________。
[解析] (1)蛋白质与双缩脲试剂作用产生紫色反应，紫色越深说明蛋白质含量越多。(2)双缩脲试剂A液和B液不能同时加入，因为先加NaOH溶液(A液)可以为Cu2＋(B液)与蛋白质反应提供一个碱性环境。若A、B液同时加入，会导致Cu2＋变成Cu(OH)2沉淀而失效。(3)结合图中曲线可以看出，随着萌发天数的增加，蛋白质含量增多。
[答案] (1)可与双缩脲试剂作用产生紫色反应
(2)a错。更正：双缩脲试剂A液1 mL摇匀后，再加入双缩脲试剂B液4滴 b错。更正：不加热或直接观察
(3)1、2、3号试管中颜色依次加深
