2020版高考生物新创新一轮复习通用版讲义：必修①第一单元第2讲细胞中的元素和化合物

第2讲 细胞中的元素和化合物

一、组成细胞的元素和化合物

二、组成细胞的水的存在形式和功能

1．写出A、B、C、D所反映的以上两种水的功能
A．组成细胞结构。
B．提供细胞生活的液体环境。
C．作为反应物，参与反应。
D．有利于物质运输。
2．判断在不同情况下细胞含水量的高低(填“＞”或“＜”)
(1)生物种类：水生生物含水量>陆生生物含水量。
(2)生长发育阶段：幼儿>成年；幼嫩部分>成熟部分。
(3)组织器官种类与代谢程度：牙齿花生(主要含脂肪)。
(3)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，超过该范围，种子的萌发率又会随着水分的增加而降低。
4．有关无机盐的2个结论
(1)无机盐离子中Na＋、Cl－对维持血浆渗透压至关重要，人体血浆渗透压90%以上来自Na＋和Cl－。
(2)Na＋、K＋对细胞内外渗透压的作用不同。Na＋主要维持细胞外液的渗透压，K＋主要维持细胞内液的渗透压。
[练题点·全过关]
1．(2014·四川高考)生物体的生命活动离不开水。下列关于水的叙述，错误的是(　　)
A．在最基本生命系统中，H2O有自由水和结合水两种存在形式
B．由氨基酸形成多肽链时，生成物H2O中的氢来自氨基和羧基
C．有氧呼吸时，生成物H2O中的氢来自线粒体中丙酮酸的分解
D．H2O在光下分解，产生的[H]将固定的CO2还原成(CH2O)
解析：选C　H2O在最基本的生命系统中有两种存在形式：自由水和结合水。在氨基酸脱水缩合形成多肽链的过程中，生成物H2O中的两个氢原子分别来自两个氨基酸中的氨基和羧基。有氧呼吸第三阶段，O2与第一阶段葡萄糖分解产生的[H]和第二阶段丙酮酸分解产生的[H]结合形成H2O，同时释放出大量能量；线粒体中丙酮酸的分解要利用H2O，产生CO2。光合作用的光反应阶段发生在叶绿体类囊体薄膜上，H2O在光下被分解成O2和[H]，[H]可将叶绿体基质中暗反应固定的CO2还原成(CH2O)。
2．(2019·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
解析：选C　自由水与结合水的比例越大，细胞代谢活动越旺盛，⑤错误；不同细胞代谢活动和功能不同，自由水的含量直接影响细胞的代谢活动，所以不同细胞中自由水与结合水的比例不相同，⑥错误。
3．(2019·临漳月考)下列关于生物体内无机盐的相关叙述，错误的是(　　)
A．细胞中的无机盐主要以离子形式存在
B．Mg是叶绿体中参与光合作用的各种色素的组成元素
C．人体血液中Ca2＋浓度太低会出现抽搐症状
D．在探究小麦生长发育需要Mg2＋的实验中必须设置对照实验
解析：选B　Mg是叶绿素的组成成分，类胡萝卜素中不含有Mg，B错误。

一、科学探究——无机盐的功能与实验验证
对照法探究植物生长必需的无机盐
1．实验目的：探究无机盐X是否是植物生长发育所必需。
2．实验设计

3．实验中的对照
(1)空白对照
对照组：植物＋完全培养液
实验组：植物＋缺X培养液
(2)自身对照
对照组：缺X培养液(加入无机盐X之前)
实验组：加入无机盐X后
[针对训练]
1．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。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
解析：选D　所谓实验组是接受实验变量处理的对象组，故两次对照中属于实验组的依次为乙组、乙组实验后。
2．为了确定某种矿质元素是否是植物的必需元素，应采用的方法是(　　)
A．检测正常叶片中该矿质元素的含量
B．分析根系对该矿质元素的吸收过程
C．分析环境条件对该矿质元素吸收的影响
D．观察含全部营养的培养液中去掉该矿质元素前、后植株生长发育状况的影响
解析：选D　确定某种矿质元素是否是植物的必需元素，应采用溶液培养法，在人工配制的完全培养液中，除去某种矿质元素，然后观察植物的生长发育情况：如果植物的生长发育仍正常，说明该元素不是植物所必需的；如果植物的生长发育不正常(出现特定的缺乏症状)，且只有补充了该种元素(其他元素无效)后，植物的生长发育又恢复正常，说明该元素是必需的矿质元素。
二、科学思维——种子萌发过程中水和有机物的变化
1．大豆种子萌发过程中鲜重的变化曲线如图所示，假定研究过程中种子呼吸的底物全为葡萄糖，下列有关说法正确的是(　　)

A．阶段Ⅰ中大豆种子吸收水分的方式为被动运输，而在阶段Ⅲ中为主动运输
B．阶段Ⅱ期间种子鲜重基本不变，因为此期间种子无代谢过程
C．阶段Ⅲ中大豆种子大量吸水之后代谢加快，种子的干重迅速增加
D．若测得阶段Ⅲ种子吸收O2与释放CO2的体积比为3∶4，则此时种子的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖相等
解析：选D　种子吸水萌发使鲜重增加，自由水经自由扩散进入细胞并参与阶段Ⅲ细胞代谢，A错误；阶段Ⅱ是种子的休眠期，细胞的代谢活动较弱，B错误；阶段Ⅲ中大豆种子大量吸水之后代谢加快，种子的鲜重迅速增加，C错误；设无氧呼吸过程消耗的葡萄糖为X，则无氧呼吸产生的CO2为2X，有氧呼吸消耗的葡萄糖为Y，有氧呼吸过程吸收的O2为6Y，产生的CO2为6Y，由题意可得关系式：6Y∶(6Y＋2X)＝3∶4，解得X＝Y，D正确。
2．(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)从细胞膜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。
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)细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架，由于磷脂分子的尾巴具有疏水性，少量的小分子的水分子可以经磷脂分子间隙进入细胞，大部分应经过水通道进入细胞。
答案：(1)结合水　自由水　(2)小于　大于
(3)磷脂(或脂质)双分子层　水通道(合理即可)
[素养提升]
理解种子萌发过程中有关物质和生理过程的变化
1．水的变化决定了种子的总质量变化，如图所示

种子萌发过程中，水分的变化应该是逐渐上升的，在胚根长出之前，种子的吸水方式是吸涨作用，之后是通过渗透作用吸水。
2．有机物的变化
(1)有机物的种类增加，因为细胞呼吸会产生许多中间产物。
(2)从有机物的质量来看，一般情况下，有机物的变化应该是先减少后增多，真叶长出之前由于呼吸作用要消耗大量有机物，而此时无法进行光合作用，所以只有有机物的消耗；在萌发长出真叶之后，由于可以利用叶绿体进行光合作用制造有机物，光合作用逐渐大于细胞呼吸，因此有机物的量会逐渐上升。
(3)也有萌发初期有机物增加的情况，如油菜种子的萌发。
3．细胞呼吸的变化
胚根尚未突破种皮，有氧呼吸受到影响，胚根突破种皮，有氧呼吸加强，如图所示。

4．光合作用的变化
种子萌发过程中出土，双子叶种子的子叶见光变绿就可以进行光合作用，但光合作用真正开始于幼苗时期。

一、选择题
1．(2019·太原月考)下列物质中元素组成相同的一组是(　　)
A．糖原、胰岛素、甲状腺激素 B．ATP、DNA、RNA
C．淀粉、淀粉酶、淀粉酶基因 D．纤维素、性激素、生长激素
解析：选B　糖原、淀粉、纤维素、性激素的组成元素是C、H、O；甲状腺激素、胰岛素、淀粉酶、生长激素的主要组成元素是C、H、O、N；ATP、DNA、RNA、淀粉酶基因的组成元素是C、H、O、N、P。
2．某无土栽培的培养液中含有Mg2＋、K＋、Ca2＋、Fe3＋，其浓度都是0.1 mol·L－1，培养一段时间后，培养液中剩余最多的是(　　)
A．Fe3＋ B．Mg2＋
C．K＋ D．Ca2＋
解析：选A　Fe属于微量元素，植物需要量较少，故培养一段时间后，培养液中剩余最多。
3．(2018·南通模拟)下列关于细胞中元素和化合物的叙述，正确的是(　　)
A．脂肪酸与吲哚乙酸的元素组成相同
B．RNA分子携带大量遗传信息，是绝大多数真核生物的遗传物质
C．与糖类相比，脂肪中C的比率较高，C是活细胞中含量最多的元素
D．蛋白质是活细胞中含量最多的生物大分子，是生命活动的主要承担者
解析：选D　脂肪酸的元素组成是C、H、O，吲哚乙酸的元素组成是C、H、O、N，二者的元素组成不同；只有少数病毒的遗传物质是RNA，真核生物和原核生物的遗传物质均为DNA；活细胞中含量最多的元素是O。
4．(2019·安徽重点高中模拟)下列有关水和无机盐的叙述，错误的是(　　)
①细胞中的无机盐含量很少，大多数无机盐以离子的形式存在
②耐旱植物的细胞液浓度高，自由水少，代谢缓慢
③严重缺铁的人容易产生乳酸中毒
④患急性肠炎的病人，需要输入普通的淡盐水
⑤种子收获后，晒干过程中散失的水分是结合水
⑥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
A．①②③ B．②③④
C．④⑤⑥ D．②④⑥
解析：选C　无机盐在细胞中的含量很少，仅占细胞鲜重的1%～1.5%，多数以离子的形式存在，①正确；耐旱植物的细胞液浓度高，自由水少，代谢缓慢，②正确；严重缺铁的人，血红蛋白含量下降，影响氧气的运输，有氧呼吸强度减弱，无氧呼吸强度增强，乳酸含量增多，易发生乳酸中毒，③正确；患急性肠炎的病人，需要输入含葡萄糖的生理盐水，④错误；种子收获后，晒干过程中散失的水分是自由水，⑤错误；在洋葱根尖细胞中能产生水的细胞器有线粒体、核糖体等，且洋葱根尖细胞中没有叶绿体，⑥错误。
5．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(　　)
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，KH2PO4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：选C　草酸可与钙形成不溶性的草酸钙，不利于机体对钙的吸收，A正确；铁是合成血红蛋白不可缺少的成分，故缺铁会影响血液运输O2的能力，B正确；无机盐不能为生物体提供能量，C错误；植物秸秆燃烧剩下的灰烬中无机盐含量丰富，D正确。
6．用含32P的磷酸盐培养液培养动物细胞，一段时间后，细胞的结构以及化合物中均具有放射性的是(　　)
①脱氧核糖　②核膜　③ATP　④脂肪　⑤转运RNA
A．①③ B．①③⑤
C．②③⑤ D．②③④⑤
解析：选C　脱氧核糖与脂肪，只含C、H、O，不含P元素；核膜、ATP与转运RNA中均含有P元素。
7．(2019·衡阳模拟)下列有关无机盐的含量、存在形式和生理作用的叙述，错误的是(　　)
A．无机盐在细胞内含量很少，主要以离子形式存在；具有维持渗透压、酸碱度及细胞正常生命活动的功能
B．人体内Na＋主要存在于细胞内液，K＋主要存在于细胞外液，血液中Ca＋缺乏时导致肌肉抽搐
C．某些无机盐是细胞内一些大分子物质的组成成分，如Fe参与血红蛋白的构成，Mg参与叶绿素的形成
D．氮是植物体内的重要元素之一，酶、核酸、ATP中都含有氮元素
解析：选B　人体内Na＋主要存在于细胞外液，K＋主要存在于细胞内液。
8．以下反应不能产生水的是(　　)
A．10个氨基酸合成为十肽 B．由葡萄糖合成纤维素
C．肝脏细胞合成糖原 D．ATP生成ADP和Pi
解析：选D　多肽与多糖的合成，都是产生水的反应；ATP生成ADP和Pi的过程中需要水的参与，是消耗水的反应，不产生水。
9．在正常人的一生中，细胞内自由水与结合水的比值P随年龄变化(y)的曲线是(　　)

解析：选D　细胞内自由水与结合水的比值与细胞代谢有关。年龄越小，细胞代谢越旺盛，则自由水的含量越高，随着年龄增加，细胞代谢减缓，自由水含量下降，则两者比值变小。
10．如表是人体肌细胞受刺激后，细胞内钙含量和肌肉收缩力量随时间的变化关系。
时间(ms)
0
30
60
90
120
150
180
钙含量(mmol/mL)
0
7.8
2.2
0.5
0
0
0
肌肉收缩力量(N)
0
2.0
5
3.5
2.1
0.5
0
表中数据可以说明(　　)
A．细胞内钙浓度越高肌肉收缩力量越大
B．肌肉收缩力量随时间不断增强
C．钙离子进入肌细胞的方式是主动运输
D．肌肉在达到最大收缩力前钙离子释放
解析：选D　由表格数据可看出，在肌肉收缩力量未达到最大时，钙含量已经达到最大，当肌肉收缩力量达到最大时，钙含量已经下降了，说明肌肉收缩力量达到最大前钙离子已经开始释放，所以并不是钙离子浓度越高肌肉收缩力量越大，肌肉的收缩力量与时间无关，表中的数据不足以说明钙离子进入细胞的方式。
11．N、P等元素在植物体内形成的化合物往往不稳定，在逆境中可从老叶转移至幼叶，而Ca、Mn等元素形成的稳定化合物不易转移。某植株成熟叶正常，部分幼叶出现病态，用Ca(NO3)2根部施肥后幼叶恢复正常。下面是施肥后根尖成熟区细胞吸收Ca2＋、NO和H2O的示意图，正确的是(　　)

解析：选C　由题意可知，用Ca(NO3)2根部施肥后幼叶恢复正常，说明部分幼叶出现病态可能是缺乏Ca2＋或NO，又由题干信息知，成熟叶正常，这说明缺乏的是不能再被利用的元素Ca2＋；用Ca(NO3)2根部施肥后，土壤溶液浓度升高，根细胞吸水能力下降，吸收Ca2＋量增加，吸收NO不变，随细胞吸收Ca2＋量增加，细胞液浓度升高，细胞吸水的能力又逐渐增强。
12．研究发现，砷(As)可以富集在植物体内，转化为毒性很强的金属有机物，影响水稻的株高、根长和干重；加P(与As原子结构相似)处理后水稻茎叶和根中P含量增加、As含量相对减少，水稻生长加快，干重增加。对此现象不合理的解释是(　　)
A．As在水稻细胞内富集，由细胞膜的结构特点决定
B．As进入水稻细胞，导致有关酶失去活性，影响细胞代谢
C．P影响As的吸收，与细胞膜上的载体种类和数量有关
D．P是构成磷脂、核酸和ATP的重要元素，能促进水稻生长发育
解析：选A　As在水稻细胞内富集，是由细胞膜的功能特点决定的；As可能是有关酶的抑制剂，与酶结合后使酶的构象发生改变，使酶丧失活性，从而影响细胞的代谢；P与As通过载体运输进入细胞时，若载体的种类相同，而P更易与载体结合，从而抑制植物对As的吸收；磷脂、核酸和ATP中都含P，而这些化合物是水稻正常生长发育所必需的。
二、非选择题
13．人体所需要的营养物质主要是水、无机盐、维生素、糖类、脂质和蛋白质等。这些营养物质在人体细胞中有着重要的作用。
(1)自由水的生理作用：_________________________________________________
________________________________________________________________________。(答出2点即可)
(2)牛奶、奶粉中都添加钙、铁等元素，其中碳酸钙是人体骨骼和牙齿的重要组成成分，铁是血红蛋白的组成成分，这说明无机盐的生理作用是______________________；生理盐水对维持细胞内外渗透压非常重要，这说明无机盐的生理作用是_________________。
(3)俗话说“一方水土养一方人”，饮水是人体获得必需元素的重要途径之一。在天然无污染的泉水中，含有Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Na、Fe等人体必需元素，其中属于大量元素的是______________________________。
答案：(1)①是细胞内的良好溶剂；②参与多种生物化学反应；③运送营养物质和代谢废物；④为多细胞生物体内的细胞提供良好的液体环境(任答2点即可)
(2)构成细胞内某些复杂化合物的重要成分　维持生物体内环境的平衡　(3)K、Ca、P、Mg
14．(2019·北京西城模拟)草原可分为温带草原与热带草原两类，我国草原主要属于温带草原。草原牧鸡是指在植物生长季节里于草地上放养家鸡，使其自由活动、采食、生长和繁殖，充分利用草地系统的植物茎、叶、种子、枯落物、植食昆虫等优良的生态资源，产出优质禽产品的生产活动。
(1)有人担心“草原牧鸡”所产生的鸡粪会改变土壤的C、N、P等元素含量和比例，进而对植物生长等造成影响。研究者选择了C、N、P作为计量土壤肥力的元素进行调查，结果如图1、图2所示。


①N是体现土壤肥力的重要指标，缺N会使植物叶片变黄和严重影响产量。下列化合物含N元素的是________。
a．叶绿素 b．ATP
c．纤维素 d．淀粉酶
②图1、图2结果表明，鸡粪添加量对土壤C含量的影响________，碳磷比和鸡粪添加量之间无显著相关性，而碳氮比同鸡粪添加量呈极显著________关系，氮磷比同鸡粪添加量之间具有极显著的________关系。鸡粪添加可以通过________________提高土壤肥力，对退化草地的恢复具有积极意义。
(2)请写出鸡粪中的C元素再次被植物所利用的过程__________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①叶绿素的组成元素有C、H、O、N、Mg，ATP的组成元素有C、H、O、N、P，纤维素的组成元素有C、H、O，淀粉酶的组成元素有C、H、O、N。因此，含N元素的化合物是a、b、d。②图1、图2结果表明，鸡粪添加量对土壤C含量的影响不显著，仍保持在一定的水平上。碳磷比和鸡粪添加量之间无显著相关性，而碳氮比同鸡粪添加量呈显著负相关关系，氮磷比同鸡粪添加量之间具有显著的正相关关系。鸡粪添加可以通过增加N含量提高土壤肥力，对退化草地的恢复具有积极意义。(2)鸡粪中的C元素可再次被植物所利用，其过程为鸡粪有机物中的C经微生物分解形成二氧化碳，再以二氧化碳的形式被植物所利用。
答案：(1)①a、b、d　②不显著　负相关　正相关　增加N含量　(2)鸡粪有机物中的C经微生物分解形成二氧化碳，再以二氧化碳的形式被植物所利用
15．关于C、H、O、N、P、S在玉米和人细胞(干重)以及活细胞中的含量如下表，请分析回答下列问题：
元素
O
C
H
N
P
S
玉米细胞(干重)
44.43
43.57
6.24
1.46
0.2
0.17
人细胞
(干重)
14.62
55.99
7.46
9.33
3.11
0.78
活细胞
65
18
10
3
1.4
0.3
(1)以上元素在活细胞中含量明显比人细胞(干重)含量多的是O和________，发生差异的原因是活细胞中的各种化合物中含量最多的是________。
(2)水在生命活动中有极其重要的作用，细胞内含水量的多少直接影响新陈代谢作用。
①从上述信息可以推断，植物细胞内自由水与结合水的含量比值变________，则新陈代谢加强。
②浸泡约一周时间，黄豆芽已长得又白又粗，1 kg的黄豆能长出5 kg的黄豆芽，在这个过程中，黄豆细胞内的有机物含量变化是__________，种类变化是__________，其原因是________________________________________________________________________。
(3)由表中数据可以看出，在玉米细胞(干重)中所占比例明显高于人细胞(干重)中的元素是O，发生这种差异的一个主要原因是组成玉米细胞的化合物中________成分较多，此类化合物主要作为________结构的基本组成成分。
(4)蛋白质和核酸是构成原生质的最重要的化合物，在表中元素中，这两种化合物在元素组成上最明显的差异是__________________________________________________。
解析：(1)活细胞中含量最多的化合物是水，占85%～90%，水的组成元素是H和O，因此活细胞中比干细胞中明显增多的元素是O和H。(2)细胞中自由水与结合水的比值越大，新陈代谢作用越强。在萌发过程中，黄豆细胞内的有机物含量减少，种类增多，其原因是进行细胞呼吸消耗有机物，产生许多中间代谢产物。(3)与人体细胞相比，玉米细胞中糖类较多，其中的纤维素是细胞壁的主要组成成分，因此在玉米细胞(干重)中所占比例明显高于人细胞(干重)中的元素是O。(4)蛋白质和核酸是构成原生质的最重要的化合物，在题表中的元素中，这两种化合物在元素组成上最明显的差异是蛋白质含有S，而核酸含有P。
答案：(1)H　水　(2)①大　②减少　增多　进行细胞呼吸消耗有机物，产生许多中间代谢产物　(3)糖类　细胞壁　(4)蛋白质含S、核酸含P