2020年高考生物一轮复习讲义：必修1 第一单元 第2讲 细胞中的元素和化合物、细胞中的无机物

第2讲　细胞中的元素和化合物、细胞中的无机物

[考纲明细]　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

课前自主检测

判断正误并找到课本原话

1．生物体有选择地从无机自然界获取各种物质来组成自身。(P16—正文)(√)

2．占鲜重和占干重前4位的元素分别是O、C、H、N和C、O、N、H。(P17—图2－1、2－2)(√)

3．组成细胞的元素都以化合物形式存在。(P17—正文)(×)

4．并不是所有细胞中化合物的含量都一样。(P17—思考与讨论)(√)

5．斐林试剂与双缩脲试剂的组成成分完全相同。(P18—实验)(√)

6．观察花生子叶中脂肪时，需用蒸馏水洗去浮色，再进行观察。(P19—实验)(×)

7.双缩脲试剂A、B要混合均匀后使用，且需水浴加热及显微镜观察。(P19—实验)(×)

8．自由水是细胞结构的重要组成成分。(P35—正文)(×)

9．有一种贫血症是因为缺少Mg2＋而导致的。(P35—思考与讨论)(×)

10．血液中钙离子含量太低，会出现抽搐症状。(P36—正文)(√)

11．患急性肠炎的病人脱水时需及时补充水分和无机盐，因此，要输入葡萄糖盐水。(P36—与生活的联系)(√)

12．证明某一种或某几种无机盐是植物生长发育所必需的，只需将幼苗放入缺素培养液观察植物生长状况即可。(P36—技能训练)(×)

　真题重组　判断正误

(1)(2008·江苏高考)性激素、生长激素、胰岛素是由相同种类元素组成的。(×)

(2)(2013·海南高考)脱氧核糖含有磷元素。(×)

(3)(2014·四川高考)在最基本的生命系统中，H2O有自由水和结合水两种存在形式。(√)

(4)(2014·海南高考)水是构成叶肉细胞的重要化合物之一。(√)

(5)(2015·山东高考)细胞内结合水/自由水的比值，种子萌发时比休眠时高。(×)

知识自主梳理

一、组成细胞的元素

1．存在形式：大多以化合物的形式存在。

2．分类

(1)大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。

(2)微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo等。

(3)基本元素：C、H、O、N。

(4)最基本元素：C。

(5)干重前四位：C、O、N、H。

(6)鲜重前四位：O、C、H、N。

3．组成细胞的元素的来源

(1)来源：生物体有选择地从自然界中获得。

(2)生物界与非生物界的统一性和差异性：组成不同生物体的元素，种类基本相同，含量相差很大。

二、细胞中化合物

2．细胞中化合物的比较

三、细胞中水的存在形式和作用

1．存在形式：结合水和自由水。

[易错判断]

1．细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要。(×)

2．细胞中的一种元素的作用能被其他元素替代。(×)

3．细胞中常见的化学元素有C、H、O、N等20多种，其中C是最基本元素。(√)

4．人体活细胞中氧的含量最多，但氢原子的数量最多。(√)

[特别提醒]

统一性体现在种类基本相同，差异性体现在含量不同。

[特别提醒]

自由水跟代谢密切相关。结合水是细胞结构不可分割的一部分，一旦失去结合水，细胞结构被破坏，细胞死亡。

[深入思考]思考下列实际问题，做出合理推测：

1．新鲜小麦种子放在阳光下，质量减轻的原因？

提示　自由水散失。

2．干种子用水浸泡后仍能萌发说明什么？

提示　失去自由水的种子仍能保持其生理活性。

3．自由水、结合水与温度变化的关系

自由水和结合水可相互转化，即：自由水结合水。

4．自由水、结合水与细胞代谢及抗逆性的关系

四、无机盐

1．在细胞中的存在形式：主要是离子。

2．生理作用

(1)是某些复杂化合物的组成成分，如Mg2＋参与叶绿素合成；Fe2＋参与血红蛋白合成；I－参与甲状腺激素合成。

(2)维持细胞和生物体的正常生命活动。

例：血Ca含量过低，会出现抽搐症状；血Ca含量过高，会出现肌无力症状；缺B，花而不实。

(3)维持生物体的渗透压和酸碱平衡。

例：Na＋对细胞外液渗透压起重要作用，K＋对细胞内液渗透压起重要作用，人血浆中HCO、HPO对血浆pH的稳定有重要作用。

五、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

1．检测原理(显色反应或染色)

(1)糖类的检测

2．材料的选择：要检测的物质含量高；白色或无色。

3．实验步骤

(1)还原糖的检测

生物组织样液―→斐林试剂(甲液和乙液混合均匀)―→水浴加热(50～65 ℃)―→砖红色沉淀

(2)脂肪的检测

方法一：花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅲ(或苏丹Ⅳ)染液→橘黄色(或红色)

3．干种子不浸泡就不萌发，原因是什么？

提示　自由水与细胞代谢强度有关，自由水越少，代谢强度越低。

4．种子晒干后储存的原理是什么？

提示　减少自由水含量，降低呼吸作用，延长种子寿命。

5．低温环境减少花卉浇水的原因是什么？

提示　提高植物对低温的抗性。

[深入思考]

1．(P19—讨论)本实验所选生物材料中有机化合物的种类、含量一样吗？这对我们选择食物有什么启发？

提示　所选生物材料中有机化合物的种类、含量不一样，由于种类和含量的原因，可能没有一种食物含有所检测的全部物质，所以平时应该注意全面膳食，保证均衡营养。

2．生物材料原有的颜色是否会影响实验结果？

提示　因为本实验是利用颜色反应进行检测，所以生物材料原有颜色会影响实验结果。

3．还原糖检测时，溶液颜色变化：浅蓝色→棕色→砖红色(沉淀)的原因？

提示　开始时的浅蓝色是Cu(OH)2的颜色，后来的棕色是浅蓝和砖红色的混合色，最后Cu2＋全部生成Cu2O，溶液呈现砖红色。

4．蛋白质检测时，为什么先加A液再加B液？B液为什么不能过量？

提示　蛋白质中的肽键在碱性条件下能与Cu2＋生成紫色络合物，所以先加A液营造碱性环境，后加B液提供Cu2＋。其中双缩脲试剂B液的量不能过多，因为过多的双缩脲试剂

方法二：

(3)蛋白质的检测

豆浆(或稀蛋清)―→双缩脲试剂A液―→摇匀―→双缩脲试剂B液―→摇匀―→溶液呈紫色

注：双缩脲试剂与肽键作用呈紫色。

　B液会与双缩脲试剂A液反应生成Cu(OH)2，使溶液呈蓝色进而掩盖实验生成的紫色。

5．为什么利用斐林试剂的甲液、乙液和蒸馏水也能鉴定蛋白质？

提示　斐林试剂的甲液、乙液的成分分别与双缩脲试剂的A液、B液相同，只是斐林试剂的乙液的质量浓度比双缩脲试剂的B液大，故只需将斐林试剂乙液用蒸馏水稀释即可用来鉴定蛋白质。

考点题型突破

考点　　细胞中的元素和化合物

题型一 元素的种类和功能

1．一种植物和一种哺乳动物体内细胞的某些化学元素含量(占细胞干重的质量分数%)如下表所示，下列有关叙述正确的是(　　)

A．碳元素的含量说明有机物是干重的主要成分

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．经测定该植物某有机物含C、H、O、N、S，此化合物可能是RNA

答案　A

解析　有机物以碳链为基本骨架，细胞干重含C多，表明有机物是干重的主要成分，A正确；两种生物体内所含的化学元素的种类基本相同，含量有差别，B错误；蛋白质基本元素组成为C、H、O、N，还含有S等，N、S含量说明动物组织含蛋白质较多，若动物血钙低则会发生肌肉抽搐，C错误；RNA元素组成为C、H、O、N、P，D错误。

2．(2018·成都外国语学校检测)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，下列说法错误的是(　　)

A．若图1表示细胞鲜重，则A、B化合物依次是H2O、蛋白质

B．若图2表示组成人体细胞的元素含量，则a、b、c依次是O、C、H

C．地壳与活细胞中含量最多的元素都是a，因此说明生物界与非生物界具有统一性

D．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，其必含的元素为C、H、O、N

答案　C

解析　若图1表示细胞鲜重，含量最多的化合物是H2O，其次是蛋白质，A正确；若图2表示组成人体细胞的元素含量，则含量最多的元素是O，其次是C、H，B正确；组成生物界的元素在无机自然界中都能找到，说明生物界与非生物界具有统一性，C错误；细胞干重中含量最多的化合物是蛋白质，其具有多样性，必含的元素为C、H、O、N，D正确。

题后归纳

1.三种常考元素

(1)最基本的元素(或核心元素)为“C”(干重最多)。

(2)含量最多的元素为“O”(鲜重最多)。

(3)数目最多的元素为“H”。

2．生物界与非生物界间及各种生物彼此之间就化学元素“种类”来看具有统一性，就元素“含量”来看却具有差异性。

3．判断元素与化合物的四个“明确”

题型二 根据元素判断化合物

3．如图为不同化学元素组成的化合物示意图，以下说法不正确的是(　　)

A．若①为某种具有催化作用的化合物，则①的初步水解产物为多肽，彻底水解产物为氨基酸

B．若②大量积累于人和动物皮下和内脏器官周围，则②为脂肪

C．若③为构成细胞膜基本骨架的分子，则③为磷脂

D．若④在低血糖时直接分解以补充血糖，则④可能是肌糖原和肝糖原

答案　D

解析　由示意图中的元素组成特点，可以判断①可能是蛋白质，②④可能是糖类或脂肪，③可能是核酸、磷脂等。根据A项中的“催化作用”可以确定①是蛋白质类的酶，其初步水解产物为多肽，彻底水解产物为氨基酸，A正确；通过B项的叙述可以确定②是生物体内的储能物质——脂肪，B正确；磷脂是构成细胞膜基本骨架的分子，磷脂含有的化学元素有C、H、O、N、P等，C正确；在低血糖时，肝糖原可以分解，来补充血糖，但肌糖原不能直接分解以补充血糖，即④可能是肝糖原，但不会是肌糖原，D错误。

技法提升

 “两法”解决物质推断题

(1)通过比较记忆特殊有机物的元素组成

(2)推测某一结构(或物质)的元素组成

首先分析该结构或物质的组成成分，再推测其元素组成。如：

细胞膜→蛋白质＋糖类＋磷脂→C、H、O、N、P；

染色体→蛋白质＋DNA→C、H、O、N、P；

核糖体→蛋白质＋RNA→C、H、O、N、P；

病毒→蛋白质＋核酸→C、H、O、N、P。

[3－1]　(2019·郑州一中调研)下列化合物中，由相同种类元素组成最多的一组是(　　)

①胰岛素　②乳糖　③核苷酸　④磷脂　⑤[H]　⑥脂肪　⑦RNA　⑧抗体　⑨纤维素　⑩ATP

A．①②⑥⑦⑧ B．④⑤⑥⑧⑨

C．②⑤⑥⑦⑩ D．③④⑤⑦⑩

答案　D

解析　①胰岛素是蛋白质，其组成元素有C、H、O、N、S；②乳糖属于糖类，其组成元素有C、H、O；③核苷酸是核酸的基本组成单位，其组成元素有C、H、O、N、P；④磷脂属于脂质，其组成元素有C、H、O、N、P；⑤[H]组成元素有C、H、O、N、P；⑥脂肪属于脂质，其组成元素有C、H、O；⑦RNA属于核酸，其组成元素有C、H、O、N、P；⑧抗体是蛋白质，其组成元素有C、H、O、N、S；⑨纤维素属于糖类，其组成元素有C、H、O；⑩ATP组成元素有C、H、O、N、P；所以，选项D中含化学元素种类相同，都是由C、H、O、N、P五种元素组成。

[3－2]　右图是构成细胞的某些化合物的元素组成情况。则对①、②、③所表示的物质及其所能表现的生理功能推测错误的是(　　)

A．①可能是叶绿素，能吸收光能进行光合作用

B．②可能是血红蛋白，有运输氧的作用

C．③可能是磷脂，是细胞膜的主要成分

D．①、②、③必为同一类物质

答案　D

解析　叶绿素中含有Mg，所以①可能是叶绿素，能吸收光能进行光合作用，A正确；血红蛋白中含有Fe，所以②可能是血红蛋白，有运输氧的作用，B正确；磷脂含有的元素是C、H、O、N、P，所以③可能是磷脂，是细胞膜的主要成分，C正确；由以上分析可知，①、②、③不是同类物质，D错误。

考点　　细胞中的水和无机盐

题型一 水的存在形式与功能

1．(2018·云南玉溪检测)下列有关水的叙述错误的是(　　)

①自由水参与运输营养物质和代谢废物　②生物体内的化学反应离不开水　③水是组成细胞的成分之一　④细胞内水的存在形式为结合水和自由水　⑤自由水与结合水的比例与细胞代谢的强弱关系不大　⑥不同细胞内自由水与结合水的比例基本相同

A．①④⑤ B．①②④ 

C．⑤⑥ D．③⑥

答案　C

解析　自由水与结合水的比例越大，细胞代谢活动越旺盛，⑤错误；不同细胞的代谢强度不同，自由水的含量直接影响细胞的代谢强度，所以不同细胞中自由水与结合水的比例不相同，⑥错误。

2．磁共振技术可应用于临床疾病诊断，因为许多疾病会导致组织和器官内的水分发生变化，这种变化恰好能在磁共振图像中反映出来。下列有关叙述错误的是(　　)

A．构成人体的不同组织和器官中含水量是不一样的

B．水在细胞中的存在形式及功能是不会改变的

C．组织发生病变，会影响组织内的化学变化

D．发生病变的器官，细胞代谢速率往往会发生改变

答案　B

解析　在人体代谢旺盛的组织和器官中含水量相对较高，代谢较弱的组织和器官中含水量相对较低，A正确；自由水和结合水在细胞中是可以相互转化的，B错误；组织发生病变，会影响组织内的化学变化，C正确；器官发生病变，细胞代谢速率往往会发生改变，如癌变细胞的代谢会加快，D正确。

3．(2018·郑州质检)下图为对刚收获的种子所做的一系列处理，据图分析有关说法正确的是(　　)

A．①和②均能够萌发形成幼苗

B．③在生物体内主要以化合物的形式存在

C．④和⑤是同一种物质，但是在细胞中存在形式和含量不同

D．点燃后产生的CO2中的C全部来自种子中的糖类

答案　C

解析　种子晒干过程丢失的是自由水，细胞仍有活性，而烘干过程失去的是结合水，因此①能萌发，②不能萌发，A错误；③为种子中的无机盐，主要以离子形式存在，B错误；④为自由水，⑤为结合水，前者在细胞中以游离形式存在，后者与细胞内的其他物质结合，二者在细胞中的含量也不同，C正确；种子中除糖类外还有其他有机物，因此产生的CO2中的C也可能来自其他有机物，D错误。

题后归纳

 衍射法归纳细胞中的水

题型二 无机盐的功能分析及实验验证

4．下列关于无机盐在生物体内所起作用的叙述，错误的是(　　)

A．合成DNA、RNA、脂肪等物质时，都需要磷酸盐作原料

B．根瘤菌的固氮酶中含有钼、铁，说明某些金属元素可以成为一些复杂化合物的构成元素

C．观察人的口腔上皮细胞时要用浓度为0.9%的生理盐水，这说明无机盐在维持细胞的形态和功能中有重要作用

D．人缺碘会患大脖子病，是因为碘是合成甲状腺激素的重要原料

答案　A

解析　脂肪的组成元素只有C、H、O，因此合成时不需要磷酸盐，A错误；固氮酶中含有钼、铁，说明某些无机盐离子参与构成细胞中一些复杂化合物，B正确；0.9%的生理盐水与细胞内液渗透压相同，细胞的形态没有变化，说明无机盐在维持细胞的形态和功能中有重要作用，C正确；碘是合成甲状腺激素的重要原料，D正确。

5．设计实验探究X是否属于植物生长所必需的无机盐，某同学的构思大致如下：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X)与实验后(有X)之间的自身对照。下列叙述正确的是(　　)

A．两次对照中属于对照组的依次是甲组、乙组实验后

B．此实验的无关变量只是选一些相同的植物

C．此实验如果是无土栽培，则实验前营养液不需要灭菌

D．为防止外界影响，此实验需在黑暗密闭条件下进行

答案　C

解析　该实验的两次对照中属于对照组的依次是甲组、乙组实验前，A错误；此实验的无关变量有相同的植物、培养条件、培养液的量和浓度等，B错误；若实验是无土栽培，则实验前营养液不需要灭菌，C正确；由于培养的是植物，故需在光照下进行，D错误。

技法提升

 探究无机盐对植物生长的作用

(1)无机盐吸收的主要方式：主动运输。

(2)无机盐生理功能的验证

①对照组

植物＋完全培养液→正常生长

②实验组

实验　　检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质

1．(2019·河北武邑中学周测)对下表的有关分析错误的是(　　)

A．甲可能是麦芽糖溶液

B．①是斐林试剂，使用时需水浴加热

C．乙液可能是一种酶溶液

D．②是紫色，③是核苷酸

答案　D

解析　还原糖与斐林试剂反应经水浴加热生成砖红色沉淀，故①是斐林试剂，甲是葡萄糖、果糖、麦芽糖等还原糖的一种，A、B正确；蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应，大多数酶是蛋白质，蛋白质的基本单位是氨基酸，C正确，D错误。

2．油菜种子成熟过程中部分有机物的变化如图所示，将不同成熟阶段的种子匀浆后检测，结果正确的是(　　)

答案　C

解析　据图分析可知，第10天时有较多的可溶性糖，其中的还原糖与斐林试剂水浴加热后，会出现砖红色沉淀，A错误；蛋白质是生物体生命活动的体现者，在整个种子成熟过程中都能检测到蛋白质，用双缩脲试剂检测可显紫色，B错误；在第30天时，脂肪含量较高，加入苏丹Ⅲ试剂后，出现橘黄色，C正确；在第40天时，淀粉已经消耗为零，用碘液检测不会发生显色反应，D错误。

3．下列有关检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质三个实验的叙述中，不正确的是(　　)

A．只有脂肪的检测需要使用显微镜

B．可溶性还原糖的鉴定中可用酒精灯直接加热到50～65 ℃

C．检测还原糖、蛋白质所用方法不相同

D．三个实验的最终颜色均不相同

答案　B

解析　三种物质的鉴定实验中，脂肪的鉴定需要使用显微镜，A正确；还原糖的鉴定需要水浴加热到50～65 ℃，而不是用酒精灯直接加热，B错误；鉴定还原糖的实验中，斐林试剂的甲液和乙液是等量混合均匀后再加入样液中，现配现用，而鉴定蛋白质用的双缩脲试剂则是先加A液1 mL，再加B液4滴，C正确；鉴定还原糖、脂肪和蛋白质的实验中溶液或组织分别呈现砖红色、橘黄色(或红色)和紫色，D正确。

题后归纳

 1.区分斐林试剂与双缩脲试剂的“一同三不同”

2．三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一”

方向真题体验

1．(2016·上海高考)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．纤维素

B．胰岛素

C．叶绿素

D．甲状腺素

答案　A

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，A正确；胰岛素属于蛋白质，组成元素为C、H、O、N等，B错误；叶绿素含有Mg，C错误；甲状腺激素含有I，D错误。

2．(2016·江苏高考)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(　　)

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

答案　C

解析　鉴定还原糖、DNA可分别使用斐林试剂、二苯胺试剂，A错误；鉴定还原糖和DNA都需要水浴加热，而鉴定蛋白质不需要水浴加热，B错误；二苯胺试剂和用于配制斐林试剂的NaOH溶液都呈无色，C正确；用苏丹Ⅲ鉴定脂肪时可见橘黄色颗粒，用双缩脲试剂鉴定蛋白质时会发生紫色反应，D错误。

3．(2016·海南高考)水在植物的生命活动中具有重要作用。风干种子只有吸收足够的水才能进行旺盛的代谢活动，使胚生长。小麦种子萌发过程中吸水量随时间变化的趋势如图所示。回答下列问题。

(1)植物细胞中的水通常以结合水和自由水两种形式存在。风干种子细胞中的水主要是以________的形式存在。经阶段Ⅰ吸水后，种子中的水主要是以________的形式存在。

(2)在阶段Ⅱ，种子吸水速率________(填“大于”“小于”或“等于”)阶段Ⅰ，呼吸速率________(填“大于”“小于”或“等于”)阶段Ⅰ。

(3)从细胞组成和结构的角度来推测，水分可经过细胞膜中的________________、________从细胞外进入细胞内。

答案　(1)结合水　自由水　(2)小于　大于

(3)磷脂双分子层　水通道

解析　(1)风干种子失去了大部分自由水，细胞中的水主要以结合水的形式存在。经阶段Ⅰ吸水后，种子中的水主要是以自由水的形式存在。

(2)在阶段Ⅱ，种子吸水量变化不大，吸水速率小于阶段Ⅰ，但自由水含量增加，代谢增强，呼吸速率大于阶段Ⅰ。

(3)磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架，水分子可以通过自由扩散经过磷脂双分子层从细胞外进入细胞内，也可以通过水通道蛋白进入细胞内。