高中生物人教必修1同步讲义第2章 组成细胞的分子 第1节 细胞中的元素和化合物.docx
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高中生物人教必修1同步讲义第2章组成细胞的分子第1节细胞中的元素和化合物
第1节 细胞中的元素和化合物
内容标准要求
核心素养对接
学业质量水平
1.简述细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成。
2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
1.生命观念——物质与能量观：
生物体是由元素和化合物组成的。
水平一
2.科学思维——归纳与概括：
从元素的种类、含量等方面总结组成细胞的元素。
水平二
3.科学探究——通过对检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的学习形成科学探究的学科素养。
水平二
研读教材·梳理探究
组成细胞的元素和化合物
———————————————知识梳理———————————————
1.组成细胞的元素
（1）种类：
细胞中常见的化学元素有20多种。
（2）分类：
（3）生物界和非生物界的统一性和差异性：
①统一性：
从化学元素的种类分析，组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到。
②差异性：
从化学元素的含量分析，细胞与非生物相比有很大不同。
2.组成细胞的化合物
[典例1]如图是活细胞中3种元素含量或3种化合物含量的扇形图，如表是几种细胞中6种大量元素的百分比含量，下列叙述错误的是（ ）
元素
O
C
H
N
P
S
玉米细胞（干重）
44.43
43.57
6.24
1.46
0.20
0.17
人细胞（干重）
14.62
55.9
7.46
9.33
3.11
0.78
人活细胞
65.0
18.0
10.0
3.0
1.40
0.30
A.若扇形图代表化合物的含量，则甲、乙分别代表水和蛋白质
B.若扇形图代表元素的含量，则甲、乙、丙分别代表氧、碳、氢三种元素
C.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C，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糖类较多
D.组成生物界和非生物界的化学元素在含量上相差很大，说明生物界和非生物界具有一定的差异性
解析 表中数据显示在玉米细胞干重中所占比例明显高于人细胞干重的元素是“O”而不是“C”。
该差异的主要原因是组成玉米细胞的化合物中糖类较多。
答案 C
[典例2]如图表示细胞中各种化合物占细胞鲜重的含量，按①②③④顺序排列正确的是（ ）
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
解析 组成活细胞的化合物中，水的含量最多，因此，占细胞鲜重的化合物中最多的是水，其次是蛋白质、脂质、糖类。
答案 D
联想质疑
★巧记：
微量元素，铁猛碰新木桶（Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu）。
据“H2O”确认干重、鲜重元素种类
★细胞鲜重中O和化合物H2O含量最多，干重中C和化合物蛋白质含量最多。
1.在玉米细胞和人体细胞干重中含量较多的四种元素一样吗？
怎样解释这种现象？
提示：
一样，都是O、C、H、N，这与组成细胞的化合物有关。
2.就人体细胞而言，干重与鲜重中含量占前四位的元素分别是什么？
出现这种差异的原因是什么？
提示：
干重：
C>O>N>H 鲜重O>C>H>N，因为鲜重中“H2O”含量最多，故可导致鲜重中“O、H”比例上升。
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
———————————————知识梳理———————————————
1.实验原理（连线）
2.实验步骤
（1）还原糖的检测：
（2）脂肪的检测和观察：
（3）蛋白质的检测和观察：
肽键在碱性环境下与双缩脲试剂中的Cu2＋发生反应生成紫色络合物，因此双缩脲试剂可检测蛋白质和多肽
———————————————素养提升———————————————
科学探究——检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1.斐林试剂和双缩脲试剂的“一同三不同”
斐林试剂本身是浅蓝色[Cu（OH）2]的颜色
提示 NaOH CuSO4 0.1g/mL 斐林 碱性 等量混合均匀 A液 B液 0.05g/mL 0.01g/mL
2.实验操作
（1）三类有机物检测时的两个唯一：
唯一需要水浴加热的是：
________________。
唯一需要显微镜观察的是：
________________。
（2）检测生物组织中的脂肪时，染色时间不宜过长，原因是_____________________________________________________________________。
（3）鉴定还原糖时使用的斐林试剂为何要现配现用？
_____________________________________________________________________。
（4）鉴定蛋白质时，加入试剂B后，如果没有产生紫色反应，可能的原因是什么？
_____________________________________________________________________。
提示
（1）还原糖 脂肪
（2）染色时间过长，脂肪会溶解到染色剂中
（3）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。
（4）可能加入的双缩脲试剂B过量，CuSO4在碱性溶液中生成大量的蓝色Cu（OH）2絮状沉淀，会遮蔽实验中所产生的紫色，影响观察结果。
[典例3]下列关于实验操作步骤的叙述，正确的是（ ）
A.用于检测还原糖的NaOH溶液和CuSO4溶液，可直接用于蛋白质的鉴定
B.检测脂肪时需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒
C.检测还原糖时，要先加入NaOH溶液摇匀后，再加入CuSO4溶液
D.用于检测蛋白质的NaOH溶液与CuSO4溶液要混合均匀后，再加入含样品的试管中，且必须现配现用
解析 斐林试剂甲液与双缩脲试剂A液相同，但斐林试剂的乙液与双缩脲试剂B液不相同，因此斐林试剂甲液和乙液不可直接用于蛋白质检测，A错误；脂肪检测实验中，需要借助显微镜才能观察到被染成橘黄色的脂肪颗粒，B正确；用斐林试剂检测还原糖时，要将甲液和乙液等量混合均匀后再使用，C错误；用双缩脲试剂检测蛋白质时，要先加A液，后加B液，D错误。
答案 B
[变式训练]下表中关于食品检验的设计及结论对应正确的是（ ）
选项
探究主题
检测试剂
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
某口服液中是否含有氨基酸
双缩脲试剂
紫色
含有氨基酸
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
某无糖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 脂肪能被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，A错误；蛋白质能与双缩脲试剂发生紫色反应，氨基酸不能与双缩脲试剂发生相应的颜色反应，B错误；淀粉遇碘液变蓝色，某奶片用碘液检测后出现蓝色，说明该奶片含有淀粉，但不能说明其不含蛋白质，C错误；与斐林试剂在水浴加热条件下发生反应出现砖红色沉淀的物质为还原糖，但还原糖包括葡萄糖、果糖等，故不能确定该还原糖一定为葡萄糖，D正确。
答案 D
联想质疑
★斐林试剂甲、乙两液混合均匀后立即使用，需加热。
★三大有机物的检测中，使用显微镜观察的只有脂肪。
★双缩脲试剂先加A液，后加B液，不需加热。
★西瓜不能作为鉴定还原糖的实验材料，因为西瓜自身的颜色会掩盖反应的颜色变化。
★甘蔗不含还原糖
1.脂肪的检测是否一定要用显微镜？
提示：
不是，也可以在组织样液中直接滴加苏丹Ⅲ染液。
2.如何简单区分“脱脂奶粉”和“全脂奶粉”？
提示：
选择苏丹Ⅲ染液，通过对比被测奶粉中试剂变色的程度来确定被测奶粉中脂肪含量高低。
课堂小结
随堂检测
1.下列关于组成生物体化学元素的叙述，正确的是（ ）
A.在组成生物体与组成无机自然界的化学元素中，碳元素的含量均为最高
B.人、动物和植物所含的化学元素种类差异很大
C.组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到
D.不同的生物体内各种化学元素的含量基本相似
解析 组成生物体的化学元素中，氧元素的含量最多；人、动物与植物所含的化学元素种类基本相同；不同的生物体内各种化学元素的含量差异很大。
答案 C
2.如图为元素在生物体内的含量分布情况，下列表述不正确的是（ ）
A.Ⅰ在非生物界中都能找到，体现了生物界与非生物界的统一性
B.Ⅱ含量虽少，但却是生物体正常生命活动不可缺少的
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.P、S、K、Ca、Zn属于大量元素
解析 组成细胞的各种化学元素，在自然界中都能找到，没有一种是自然界没有的，这体现了生物界与非生物界具有统一性，A正确；微量元素含量虽少，但却是生物体正常生命活动不可缺少的，B正确；大量元素和微量元素均为必需元素，一旦缺乏可能会导致相应的病症，C正确；Zn属于微量元素，D错误。
答案 D
3.微量元素在生物体内含量虽然很少，却是维持正常生命活动不可缺少的。
这可通过下面的哪一实例得到证实（ ）
A.缺Mg时叶片变黄
B.油菜缺B时只开花不结果
C.动物血液中钙盐的含量太低会抽搐
D.缺P会导致作物植株矮小
解析 本题实际考查微量元素的种类，四个选项叙述都正确，但只有B选项叙述的B元素是微量元素，其他的皆是大量元素。
答案 B
4.下列哪组试剂在使用过程中必须加热（ ）
A.斐林试剂鉴定还原糖
B.苏丹Ⅲ染液鉴定脂肪
C.双缩脲试剂鉴定蛋白质
D.碘液鉴定淀粉
解析 苏丹Ⅲ染液、双缩脲试剂、碘液均在常温下使用，只有斐林试剂在使用时需50～65℃水浴加热。
答案 A
5.下图为鉴定蛋白质的流程图，其中甲、乙、丙、丁的含义分别是（ ）
A.黄豆浆、双缩脲、1mL、4滴
B.花生种子研磨液、双缩脲、4滴、1mL
C.黄豆浆、双缩脲、4滴、1mL
D.花生种子研磨液、斐林试剂、1mL、4滴
解析 鉴定蛋白质既可以用蛋清稀释液，也可以用黄豆浆滤液；鉴定蛋白质所用的试剂是双缩脲试剂，先加A液1mL，再加B液4滴。
答案 A
课时作业
（时间：
30分钟）
知识点1 细胞中的元素和化合物
1.在番茄幼苗的培养液中，除了必需的微量元素、NH
、PO
和CO2外，还有必需的大量元素是（ ）
A.C、H、O、NB.K、Ca、Mg、Fe
C.Mn、Mo、Cu、ZnD.K、Ca、Mg、S
解析 H、O、N、C在题干中已经给出，A错误；Fe属于微量元素，不是大量元素，B错误；Mn、Mo、Cu、Zn都是微量元素，C错误；K、Ca、Mg、S属于大量元素，且题干中没有给出，D正确。
答案 D
2.牛通过吃草，从草中获得化合物和化学元素，那么，牛和草在化学元素的种类以及相同化学元素的含量上分别是（ ）
A.种类差异很大，含量上大体相同
B.种类和含量差异都很大
C.种类和含量都大体相同
D.种类大体相同，含量差异较大
解析 构成不同生物体的化学元素种类大体相同，含量差异较大，D正确。
答案 D
3.有着“植物大熊猫”和世界上最长寿树种美称、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。
其体内含量最多的化学元素和微量元素分别是（ ）
A.O和MgB.C和Mn
C.O和FeD.H和Ca
解析 在生物体内，占细胞鲜重最多的元素是O；细胞中的微量元素有Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu。
答案 C
4.下列有关图示的分析，错误的是（ ）
A.如果该图所示为组成活细胞的化合物，则m中含有的元素为H、O
B.如果该图表示的是组成活细胞的化合物，则m是蛋白质
C.如果该图表示的是组成活细胞的元素含量，则m是氧元素
D.如果该图表示的是活细胞中的元素，则其中Mo的含量很少
解析 细胞鲜重含量最多的是水而不是蛋白质。
答案 B
知识点2 生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的检测
5.对下表中所列待测物质的检测，选用的试剂及预期结果都正确的是（ ）
待测物质
检测试剂
预期显色结果
①
葡萄糖
双缩脲试剂
砖红色沉淀
②
脂肪
苏丹Ⅲ染液
橘黄色
③
淀粉
斐林试剂
蓝色
④
蛋白质
双缩脲试剂
紫色
A.①③B.②③
C.①④D.②④
解析 还原糖可与斐林试剂反应产生砖红色沉淀，①错误；脂肪可被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，②正确；淀粉遇碘变蓝色，③错误；蛋白质可与双缩脲试剂发生紫色反应，④正确。
答案 D
6.向盛有一定面糊的试管中加入适量的α－淀粉酶，65℃（α－淀粉酶的最适温度）水浴保温后，先后加入1mL0.1g/mL的NaOH溶液摇匀后再加入4滴0.01g/mLCuSO4溶液，摇匀后，试管内立即出现的现象是（α－淀粉酶是蛋白质，能水解淀粉，但自身不消耗）（ ）
A.产生砖红色沉淀B.溶液呈蓝色
C.溶液呈现紫色D.溶液不变化
解析 因为α－淀粉酶是催化剂，它的化学本质为蛋白质，在反应过程中化学本质不变，所以遇双缩脲试剂会立即发生紫色反应。
答案 C
7.下列关于“还原糖、脂肪和蛋白质的鉴定实验”的叙述，正确的是（ ）
A.糖尿病患者的尿液中加入斐林试剂后，液体呈现无色，加热后出现砖红色沉淀
B.在脂肪的鉴定实验中，用体积分数为75%的酒精洗去花生子叶表面的苏丹Ⅲ浮色
C.用于鉴定还原糖的斐林试剂经改造后，可用于蛋白质的鉴定
D.鉴定豆浆中的蛋白质时，先加NaOH溶液，振荡后加入等量的CuSO4溶液
解析 糖尿病患者的尿液中加入斐林试剂后，液体呈现蓝色，加热后出现砖红色沉淀；在脂肪的鉴定实验中，用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色；将斐林试剂中的CuSO4溶液稀释五倍后，可用于蛋白质的鉴定；鉴定豆浆中的蛋白质时，先加NaOH溶液1mL，振荡后加入少量的（3～4滴）CuSO4溶液，观察颜色变化。
答案 C
8.小麦种子萌发时产生淀粉酶，将淀粉水解为麦芽糖、葡萄糖等。
小麦种子萌发的最适温度为30℃左右（此时产生淀粉酶的速度最快）。
取适量小麦种子在20℃和30℃培养箱中培养4天后，作如下处理：
在3支试管中加入等量斐林试剂并加热至50℃左右，摇匀后观察试管中的颜色。
结果是（ ）
A.甲呈蓝色，乙呈砖红色，丙呈无色
B.甲呈无色，乙呈砖红色，丙呈蓝色
C.甲、乙都呈砖红色，丙呈无色
D.甲呈浅砖红色，乙呈砖红色，丙呈蓝色
解析 由“小麦种子萌发的最适温度为30℃左右”可知，在30℃培养箱中萌发的种子产生的淀粉酶多于在20℃条件下萌发的种子产生的淀粉酶，因此乙试管中淀粉水解后产生的麦芽糖、葡萄糖等还原糖比甲试管中多，所以甲的颜色较乙浅。
丙中没有发生反应，呈现斐林试剂溶液的颜色，即Cu2＋的颜色。
答案 D
9.某生物兴趣小组在野外发现一种组织颜色为白色的不知名野果，该小组把这些野果带回实验室欲鉴定其中是否含有还原糖、脂肪和蛋白质，下列叙述正确的是（ ）
A.对该野果进行脂肪的鉴定实验需用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色
B.若对该野果的组织样液加入斐林试剂并水浴加热出现较深的砖红色，说明该野果中含有大量的葡萄糖
C.进行蛋白质的鉴定时可用斐林试剂的甲液和乙液代替双缩脲试剂A液和B液，因为它们的成分相同
D.进行还原糖鉴定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
解析 向该野果的组织样液中加入斐林试剂并水浴加热出现较深的砖红色，说明该野果中含有大量的还原糖，但不能确定是葡萄糖，B错误；双缩脲试剂和斐林试剂的成分相同，但成分的浓度不同，C错误；斐林试剂使用时是将甲液和乙液等量混合后立即使用，不能长期放置，D错误。
答案 A
10.右图所示，容器底部是培养基，其中含有植物生长所需的全部养分，如果有人在配制培养基时使用了NH4NO3、KNO3、CaCl2·2H2O、MgSO4·7H2O、螯合铁溶液、微量元素溶液，但缺少了一种必需元素，为补充这种元素，应添加的化合物是（ ）
A.Ca（NO3）2B.KCl
C.KH2PO4D.K2SO4
解析 依题意，培养基中不缺乏微量元素，大量元素中除C、H、O外，还应有N、P、S、K、Ca、Mg，从培养基的成分分析，培养基中缺少P，KH2PO4能提供P。
答案 C
11.某校生物兴趣小组进行了生物组织中还原糖检测的实验（如下图），下列叙述正确的是（ ）
A.在实验材料选择方面，用苹果比用植物叶片的效果要好
B.在制备生物组织样液时，加入石英砂的主要目的是促进还原糖的溶解
C.用于该实验检测的斐林试剂也可用于检测蛋白质，只是添加试剂的顺序不同
D.由于斐林试剂不稳定，在使用斐林试剂时要先加质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液，后加入质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液
解析 在制备生物组织样液时，加入石英砂的主要目的是使研磨充分，B错误；斐林试剂和双缩脲试剂中CuSO4溶液的浓度不同，C错误；在使用斐林试剂时应将甲液和乙液等量混匀后加入组织样液，D错误。
答案 A
12.在检测生物组织中的可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的实验中，需要根据实验选择不同的实验材料；请根据下表所列各种材料回答问题：
各种可供实验的材料
梨
黄桃
胡萝卜
黄豆
花生种子
小麦种子
（1）其中适合于鉴定可溶性还原糖的是________，理由是_____________________
___________________________________________________。
（2）与小麦种子相比，花生种子更适合用来鉴定脂肪，这是因为____________________________________________________________________。
在做脂肪鉴定的实验中用到50%的酒精溶液，其作用是________________。
（3）小麦种子中糖类化合物的含量很高，却不适合用来做还原糖的鉴定，这是因为______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
（4）蛋白质可与________发生________色反应，据此可鉴定蛋白质的存在。
解析
（1）梨中含有较多的可溶性还原糖，且梨的组织细胞的颜色浅，不会干扰颜色反应。
（2）小麦种子含淀粉较多，花生种子含脂肪较多，故花生种子更适宜用来鉴定脂肪。
实验中染色以后需要使用酒精洗去浮色以便于观察。
（3）小麦种子含淀粉较多，淀粉不是还原糖，故小麦种子不适合用来做还原糖的鉴定。
（4）蛋白质可与双缩脲试剂反应产生紫色络合物。
答案
（1）梨 梨的组织细胞的颜色浅，且还原糖含量较高
（2）小麦种子的脂肪含量没有花生种子高，且不容易做切片 洗去切片的浮色
（3）小麦种子含淀粉较多，淀粉不是还原糖
（4）双缩脲试剂 紫
13.据药理研究，一种茅草的根内含有降血糖的因子及多种有益于健康的成分，某公司将它开发成一种保健饮料。
该产品是否适用于糖尿病患者，生物学兴趣小组的同学以此作为研究课题。
请你完成下面的实验鉴定报告。
（1）实验目的：
鉴定一种茅草的根是否含有还原糖和淀粉。
（2）实验原理：
还原糖可用________检测，淀粉可用________来检测。
（3）实验器材：
一种茅草根、所需试剂、研钵、烧杯、试管、纱布、漏斗、酒精灯、试管夹、火柴、滴管等。
（4）实验步骤：
①用研钵将该种茅草根磨碎，过滤，取其滤液。
②取A、B两支试管，各加入2mL滤液。
③往A试管中加入________，摇匀，放入盛有50～65℃温水的大烧杯中加热约2min。
观察试管中的颜色变化。
④往B试管中加入________，观察试管中的颜色变化。
（5）可能出现的实验现象及分析：
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
解析
（2）还原糖的鉴定：
与斐林试剂水浴加热呈砖红色；淀粉鉴定：
与碘液反应呈蓝色。
（4）③A试管需要水浴加热，加入的应为斐林试剂。
④A试管加入的是斐林试剂，则B试管加入的是碘液。
（5）①如果A管出现砖红色沉淀，说明茅草的根内含有还原糖；否则没有。
②如果B管出现蓝色，说明茅草的根内含有淀粉；否则没有。
答案
（2）斐林试剂 碘液
（4）③1mL现配斐林试剂 ④2滴碘液
（5）①如果A试管出现砖红色沉淀，说明茅草的根内含有还原糖；否则没有。
②如果B试管出现蓝色，说明茅草的根内含有淀粉；否则没有
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