2021新高考生物人教版一轮学案：必修部分模块1第1单元第1讲　细胞中的元素和化合物、无机物


　　【模块一　分子与细胞】
第一单元　细胞的分子组成
第1讲　细胞中的元素和化合物、无机物
▌考纲研读备考定位▌
考纲要求
核心素养
1.说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成，其中以碳链为骨架形成复杂的生物大分子。
2.指出水在细胞中的含量、存在形式和作用。
3.举例说出无机盐在细胞中的含量和作用。
4.活动：检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质
1.生命观念——通过分析水与细胞代谢及抗逆性的关系，建立起普遍联系的观点。
2.理性思维——通过识图推断细胞中元素和化合物的含量及化合物的元素组成，培养图文转换能力和判断能力。
3.科学探究——通过探究植物生长必需无机盐的作用，掌握实验设计的对照思想和单一变量原则。
考点一　组成细胞的元素和化合物

ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升

1．组成细胞的元素

2．生物界和非生物界在元素种类和含量上的关系

巧学妙记：(1)微量元素：

(2)大量元素：洋人探亲，单留盖美家，即O(洋)、P(人)、C(探)、H(亲)、N(单)、S(留)、Ca(盖)、Mg(美)、K(家)。
3．组成细胞的化合物
化合物

易错整合，判断正误。
(1)细胞的核膜、内质网膜和细胞膜中都含有磷元素(2018·全国卷Ⅲ，T2B)(　√　)
(2)硒是人体必需的微量元素，但不宜摄入过多(2017·全国卷Ⅱ，T7D)(　√　)
(3)在人体活细胞中氢原子的数目最多(重庆卷，T1A)(　√　)
(4)细胞中一种元素的作用能被其他元素替代(江苏卷，T1A)(　×　)
(5)细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要(江苏卷，T1D)(　×　)
(6)生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同(　×　)
(7)Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元素(　×　)

1．生物界和非生物界既然在元素组成上具有统一性，那么为什么会出现元素含量的差异性？
[提示]因为组成细胞的元素是细胞有选择地从无机自然界中吸收获得。
2．如图1是细胞中化合物含量的扇形图，图2是有活性的细胞中元素含量的柱形图，请分析：

(1)若图1表示细胞鲜重，则A、B化合物依次是水、蛋白质。
(2)若图1表示细胞完全脱水后的化合物含量，则A化合物具有多样性，其一定含的元素是C、H、O、N。
(3)若图2表示组成人体细胞的元素含量(占细胞鲜重的百分比)，则a、b、c依次是O、C、H。
(4)大肠杆菌体内的各种元素的含量是否和人体内的完全相同？不完全相同。不同生物体内的各种元素的含量存在较大差异。

KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点

1．细胞中化学元素和化合物的含量

细胞鲜重
细胞干重
元素含量
O>C>H>N
C>O>N>H
化合物含量
水最多
蛋白质最多
原子数量
H原子最多
－
2．几种重要化合物的元素组成
化
合
物
糖类
脂质
蛋
白
质
核酸
ATP
叶
绿
素
类胡萝卜素
脂肪
固醇
磷脂
胡萝
卜素
叶黄素
组
成
元
素
C、H、O
C、H、O
C、H、O、N、P
C、H、O、N(P、S
等)
C、H、O、N、P
C、H、O、N、P
C、H、O、N、Mg
C、H
C、H、O
3．研究化合物中元素转移方向的常用方法——同位素标记法
教材中同位素标记法应用实例归纳如下：


　例1　(2019·安徽省定远重点中学高三上学期期末)下列有关组成生物体细胞的化学元素的叙述中，正确的是(　A　)
A．噬菌体、HIV和人体神经细胞共有的元素是C、H、O、N、P
B．人体细胞中含量最多的元素是C
C．常吸入汽车尾气，可能在体内积累Pb等元素，因此Pb是人体需要的
D．细胞中的微量元素如Fe、Mn、Cu、Ca等含量虽然很少，但不可缺少
[解析]　噬菌体的成分是蛋白质和DNA，HIV的成分是蛋白质和RNA；人体神经细胞中既含有DNA又含有RNA，还含有蛋白质、糖类、脂质、无机物等多种化合物，核酸含有的元素是C、H、O、N、P，蛋白质含有的元素是C、H、O、N，因此噬菌体、HIV和人体神经细胞共有的元素是C、H、O、N、P，A正确；正常人体细胞中鲜重含量最多的元素是O，B错误；常吸入汽车尾气，可能在体内积累Pb等元素，但Pb不是人体需要的元素，C错误；细胞中的微量元素如Fe、Mn、Cu等含量虽然很少，但不可缺少，而Ca是细胞内的大量元素，D错误。

〔对应训练〕
1．(2019·青岛二中学年高三期中)我们如何找到回家的路？荣获2014年诺贝尔生理学或医学奖的三位科学家发现大脑里的神经细胞——“位置细胞”和“网格细胞”起到了重要作用。下列叙述中正确的是(　C　)
A．“位置细胞”鲜重中质量百分比最高的元素是C
B．“网格细胞”干重中质量百分比最高的元素是O
C．上述两种细胞鲜重中原子数量最多的元素均是H
D．P和Mg分别是“位置细胞”中的大量元素和微量元素
[解析]　细胞中鲜重百分比最高的元素是O，干重中质量百分比最高的元素是C。P和Mg都是“位置细胞”中的大量元素。
2．(2019·辽宁锦州期末)用化学分析法测得某有机物的化学元素及含量如表所示，该物质最可能是(　C　)
元素
C
O
N
H
S
Fe
含量(%)
55.64
19.8
16.64
7.34
0.39
0.34
A．核酸 B．脂肪
C．蛋白质 D．糖类
[解析]　核酸的组成元素是C、H、O、N、P，由表格信息可知，该化合物不含有P而含有S、Fe，因此该化合物不是核酸，A错误；脂肪的组成元素只有C、H、O，因此该化合物不是脂肪，B错误；蛋白质的基本组成元素是C、H、O、N，有的蛋白质还有S、Fe等元素，因此该化合物可能是蛋白质，C正确；糖类的组成元素只有C、H、O，因此该化合物不是糖类，D错误。

考点二　细胞中的无机物

ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升

1．细胞中的水
(1)存在形式：自由水和结合水。
(2)

(3)水的转化及其与代谢的关系
①自由水和结合水相互转化：自由水结合水
②自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系
自由水/结合水
2．图解记忆细胞中的无机盐

巧学妙记：巧记无机盐功能的“三个一”
一组成
一调节
一维持
组成化合物
调节酸碱度和渗透压
维持生命活动

易错整合，判断正误。
(1)风干种子中结合水与自由水的比值大(2018·全国卷Ⅱ，T4D)(　√　)
(2)在最基本生命系统中，H2O有自由水和结合水两种存在形式(四川卷，T2A)(　√　)
(3)水是活细胞中含量最多的化合物(　√　)
(4)结合水是细胞和生物体的组成成分(　√　)
(5)细胞内结合水/自由水的比值，种子萌发时比休眠时高(山东卷，T4B)(　×　)
(6)缺铁性贫血是因为体内缺乏铁，血红蛋白不能合成(　√　)
(7)细胞中的无机盐多以化合物形式存在，如CaCO3构成牙齿、骨骼(　×　)

1．无机盐对维持生物体的渗透压有重要作用，维持细胞外液渗透压的主要无机盐离子有哪些？感受渗透压变化的感受器在哪？
[提示]维持细胞外液渗透压的主要是Na＋、Cl－等。感受渗透压变化的感受器位于下丘脑。
2．(教材P36技能训练改编)小麦幼苗的正常生长需要多种无机盐，你如何设计实验证明某种无机盐“A”是否为幼苗生长所必需的？请写出实验思路，并指出对照组设置方法及作用。
[提示]实验思路如下：

说明：本实验中采用甲组、乙组之间的空白对照，以及乙组中实验前(无A)与实验后(有A)之间的自身对照，甲组使用完全培养液，乙组实验前缺A，此时乙组为实验组；与乙组实验前相比，乙组实验后加A能正常生长，则乙组实验后应为实验组。

KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点

1．水的代谢与调节

2．水在生产实际中的应用
生活中的现象
对此现象的解释
种子贮存时需将种子晒干
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
提高花卉对低温的抗性
鲜种子放在阳光下曝晒，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
失去结合水的细胞失去生理活性
　　■
水的含量、存在形式与代谢的关系
(1)影响细胞含水量的因素
①生物种类：如水生生物含水量>陆生生物含水量。
②生长发育阶段：如幼儿>成年；幼嫩部分>成熟部分。
③组织器官种类与代谢程度：如牙齿<骨骼<血液；衰老细胞自由水含量降低。
(2)理解自由水/结合水比值的变化
自由水的作用均与代谢有关，如作为良好溶剂，参与生化反应等，因此自由水的含量升高，有利于新陈代谢。结合水的作用则是组成细胞结构的成分，该水分不容易散失。同时，由于自由水和结合水可相互转化，结合水也可看作是自由水的一种储备。因此，结合水可看作是生物保命的水，有利于抵御不良环境(逆境)。所以，当生物朝代谢方向发展时，主要依靠自由水，自由水/结合水比值增大；当生物朝逆境方向发展时，主要依靠结合水，自由水/结合水比值减小。
比如秋冬季节，蒸腾作用弱，吸水减少，结合水含量相对升高有利于植物抗寒性提高。种子晾晒过程中，丧失的主要是自由水，此时细胞仍具活力，种子烘烤过程中可导致结合水丧失，此时种子丧失活性。
3．举例细胞中常见无机盐的作用及含量异常情况
无机盐
作用
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；婴、幼儿缺乏患呆小症
Fe2＋
血红蛋白的组成成分
缺乏时患缺铁性贫血
Ca2＋
降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＋
叶绿素的组成成分
缺乏会导致叶片发黄
K＋
促进植物内淀粉的运输；维持动物细胞内液的渗透压
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

　例2　(2019·云南省临沧市一中高三期末)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(　C　)

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可以表示人从幼年到成年体内水含量的变化
[解析]　随年龄的增长，人体内含水量下降，自由水与结合水的比值逐渐降低，与曲线①相符，A正确；细胞由休眠转入旺盛代谢过程中，自由水与结合水比值逐渐增大，可用曲线②表示，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逐渐增加，最后达到一恒定值，与曲线③不符，C错误；人体衰老的特征之一就是水的含量减少，从幼年到成年，人体内水的相对含水量逐渐降低，可用曲线①表示，D正确。

〔对应训练〕
3．(2019·湖南四校联考)水是生命之源，下列关于生物体内水的叙述，正确的是(　A　)
A．参与运输营养物质和代谢废物的水是自由水
B．自由水与结合水的比例和新陈代谢的强弱关系不大
C．肽键的断裂、ATP的形成、基因的表达过程均有水的产生
D．在洋葱根尖细胞中能产生水的细胞器有线粒体、叶绿体、核糖体等
[解析]　本题考查生物体内水的作用及产生水的部位等知识。参与运输营养物质和代谢废物的水是自由水，A正确；自由水与结合水的比例和新陈代谢的强弱有很大关系，一般情况下，自由水与结合水的比例越高，新陈代谢越强，反之，新陈代谢越弱，B错误；肽键的断裂属于水解过程，需要消耗水，C错误；洋葱根尖细胞没有叶绿体，D错误。
4．(2020·陕西榆林模拟)无机盐在细胞中主要以离子形式存在，有的参与形成化合物，下列叙述错误的是(　D　)
A．叶绿素含有Mg D．血红蛋白含有Fe
C．胰岛素含有S D．脱氧核糖含有P
[解析]　Mg是叶绿素的组成成分，A正确；Fe是血红蛋白的组成成分，B正确；胰岛素的化学本质是蛋白质，其组成元素中含S，C正确；脱氧核糖属于糖类，组成元素只有C、H、O，D错误。

考点三　实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升

1．连一连

2．完善实验原理及步骤



易错整合，判断正误。
(1)检测氨基酸的含量可用双缩脲试剂进行染色
(2017·全国卷Ⅰ，2B)(　×　)
(2)葡萄糖、蔗糖等与斐林试剂在加热条件下会生成砖红色沉淀(　×　)
(3)还原糖遇到斐林试剂后立即生成砖红色沉淀(　×　)
(4)脂肪的检测一定要用显微镜观察(　×　)
(5)双缩脲试剂和斐林试剂的成分和使用方法相同(　×　)

1．脂肪鉴定实验中为什么用50%的酒精洗去浮色，而不用清水？
[提示]因为苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ易溶于有机溶剂酒精中，而不溶于清水中。
2．在使用双缩脲试剂时，为什么要先加入试剂A，后加入试剂B?
[提示]先加入试剂A，造成碱性环境，只有在碱性环境中，蛋白质才容易与Cu2＋发生颜色反应。
3．鉴定还原糖时使用的斐林试剂为何要现配现用？
[提示]因为斐林试剂很不稳定，容易产生蓝色的Cu(OH)2沉淀，所以应将甲液和乙液分别保存，使用时现配现用。

KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点


1．还原糖的检测

2．脂肪的检测
(1)检测原理
脂肪＋苏丹Ⅲ(或Ⅳ)染液→橘黄色(或红色)。
(2)检测步骤
①方法一：花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅲ(或Ⅳ)染液→橘黄色(红色)。
②方法二：

3．蛋白质的检测

4．斐林试剂与双缩脲试剂比较
比较项目
斐林试剂
双缩脲试剂
成分
甲液
乙液
A液
B液
0.1 g/mL
NaOH溶液
0.05 g/mL
CuSO4溶液
0.1 g/mL
NaOH溶液
0.01 g/mL
CuSO4溶液
反应
原理
可溶性还原糖将Cu(OH)2还原为Cu2O沉淀
具有两个或两个以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2＋反应生成络合物
添加
顺序
甲、乙两液等量混匀后立即使用
先加入A液2 mL摇匀，再加3～4滴B液摇匀
反应
条件
50～65℃水浴加热
不需加热
反应
现象
样液浅蓝色→棕色→砖红色
样液变紫色
相同点
都含有NaOH、CuSO4两种成分，且所用NaOH溶液浓度都是0.1 g/mL
5．三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一”
(1)唯一需要加热——还原糖检测，且必须水浴加热，不能用酒精灯直接加热。若不加热，则无砖红色沉淀出现。
(2)唯一需要显微镜——脂肪检测。
(3)唯一使用酒精——脂肪的鉴定，实验用体积分数为50%的酒精洗去浮色。

　例3　(2019·山西太原高三期末)下列关于食品检验的设计， 正确的是(　D　)
选项
探究主题
实验试剂
预期结果
结论
A
某“色拉油”是否含有脂肪
苏丹Ⅲ染液
红色
含有脂肪
B
某“奶粉”是否含有蛋白质
双缩脲试剂
砖红色
含有蛋白质
C
某“奶片”是否添加淀粉
碘液
蓝色
含有淀粉，不含有蛋白质
D
某“甜味饮料”中是否含有葡萄糖
斐林试剂
砖红色
含有还原糖，但不一定是葡萄糖
[解析]　脂肪可被苏丹Ⅲ染成橘黄色或被苏丹Ⅳ染成红色，A错误；蛋白质与双缩脲试剂反应生成紫色物质，B错误；淀粉遇碘变蓝，但碘液不能检测蛋白质，C错误；还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下反应生成砖红色沉淀，葡萄糖属于还原糖，但麦芽糖和果糖也是还原糖，均能与斐林试剂在水浴加热条件下反应生成砖红色沉淀，D正确。
〔对应训练〕
5．(2019·湖南永州一模)现提供可配制斐林试剂的溶液：甲液(0.1 g/mL的NaOH溶液)、乙液(0.05 g/mL的CuSO4溶液)以及蒸馏水，如果充分利用上述试剂及必需的实验用具，可灵活性地鉴别出下列哪些物质(　C　)
①葡萄糖　②蔗糖　③胃蛋白酶　④RNA
A．只有① B．①和②
C．①和③ D．②、③和④
[解析]　斐林试剂通过加蒸馏水可制成双缩脲试剂，因而上述材料可用于检测还原糖及蛋白质，C正确。
6．(不定项选择题)(2019·山东济南外国语模拟)将刚刚萌发、带有小芽的大麦充分研磨后，过滤得到组织样液。在组织样液中加入下列试剂后振荡均匀，有关实验现象及结论的叙述正确的是( AC )
A．加入苏丹Ⅲ染液，呈现橘黄色，证明发芽的大麦中含有脂肪
B．加入斐林试剂并水浴加热，出现砖红色沉淀，说明发芽的大麦中含有麦芽糖
C．加入碘液，呈现蓝色，证明发芽的大麦中含有淀粉
D．加入双缩脲试剂，呈现蓝色，说明发芽的大麦中含有蛋白质
[解析]　苏丹Ⅲ染液能将脂肪染成橘黄色，A项正确；加入斐林试剂并水浴加热，出现砖红色沉淀，说明发芽的大麦中含有还原糖，但不一定是麦芽糖，B项错误；碘液可用于鉴定淀粉，淀粉遇碘液变蓝色，加入碘液，呈现蓝色，说明发芽的大麦中含有淀粉，C项正确；双缩脲试剂能与蛋白质发生显色反应，产生紫色络合物，D项错误。
课末总结
1．〔思维导图〕

2．〔简答题常考长句分析〕
下图是小麦种子成熟过程中干物质和水分的变化，据图回答：

1．随着种子的成熟，种子中水分减少的主要原因是自由水散失过多。由此导致的细胞呼吸的变化及好处是细胞呼吸减弱，有机物消耗减少，有利于种子的储存。
2．取第20天和第50天的种子分别制成组织样液，加入斐林试剂后水浴加热，发现第20天的砖红色沉淀更多，其原因是小麦种子成熟过程中，可溶性的还原糖转变成了不具有还原性的淀粉。
3．芝麻种子成熟过程中增加的干物质主要是脂肪，用苏丹Ⅲ试剂鉴定芝麻种子含有脂肪的方法是将芝麻种子研磨制成组织样液，在组织样液中加入苏丹Ⅲ染液，若出现橘黄色，则说明芝麻种子中含有脂肪。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2019·海南卷，6)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(　D　)
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
[解析]　淀粉遇碘液会出现蓝色，A正确；葡萄糖与斐林试剂经水浴加热，会呈砖红色，B正确；蛋白质与双缩脲试剂反应显紫色，不需要水浴加热，C正确；脂肪被苏丹IV染液染成红色，脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，D错误。故选D。


2．(2018·全国卷Ⅱ，4)有些作物的种子入库前需要经过风干处理。与风干前相比，下列说法错误的是(　C　)
A．风干种子中有机物的消耗减慢
B．风干种子上微生物不易生长繁殖
C．风干种子中细胞呼吸作用的强度高
D．风干种子中结合水与自由水的比值大
[解析]　A对、C错：风干种子细胞中含水量少，细胞呼吸作用强度低，有机物的消耗慢。B对：风干种子细胞中含水量少，微生物不易在其上生长繁殖。D对：风干种子细胞中自由水的含量相对少，结合水与自由水的比值大。
3．(2017·海南卷，4)无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用。下列相关叙述错误的是(　C　)
A．蔬菜中的草酸不利于机体对食物中钙的吸收
B．缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降
C．和ATP一样，KH2 PO4也能为生物体提供能量
D．植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐
[解析]　草酸与食物中钙结合形成沉淀物不利于吸收，A正确。铁是血红蛋白的组成成分，血红蛋白的主要作用是运输氧，缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降，B正确。无机盐在生物体中是细胞的结构成分、参与并维持生物体的代谢活动、维持生物体内的酸碱平衡、维持细胞的渗透压，C错误。燃烧过程中有机物被分解，剩下来的是无机物，D正确。
4．(上海卷)诺贝尔奖得主屠呦呦在抗疟药物研发中，发现了一种药效高于青蒿素的衍生物蒿甲醚，结构如图。下列与蒿甲醚的元素组成完全相同的物质是(　A　)

A．纤维素　　 B．胰岛素
C．叶绿素 D．甲状腺素
[解析]　据图可知蒿甲醚的组成元素为C、H、O，纤维素为多糖，组成元素为C、H、O；胰岛素属于蛋白质，组成元素为C、H、O、N、S；叶绿素含有镁元素；甲状腺素含有碘元素。
5．(江苏卷，5)关于生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质和DNA的鉴定实验，下列叙述正确的是(　C　)
A．还原糖、DNA的鉴定通常分别使用双缩脲试剂、二苯胺试剂
B．鉴定还原糖、蛋白质和DNA都需要进行水浴加热
C．二苯胺试剂和用于配制斐林试剂的NaOH溶液都呈无色
D．脂肪、蛋白质鉴定时分别可见橘黄色颗粒、砖红色沉淀
[解析]　还原糖鉴定用斐林试剂，DNA的鉴定用二苯胺试剂，A项错误；用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，不需要水浴加热，B项错误；鉴定DNA的二苯胺试剂和斐林试剂的NaOH溶液都是无色的，C项正确；用苏丹Ⅲ染液可将脂肪染成橘黄色，蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应，D项错误。