学年高中生物第2章第1节细胞中的元素和无机化合物教案苏教版必修1.docx

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学年高中生物第2章第1节细胞中的元素和无机化合物教案苏教版必修1

第一节　细胞中的元素和无机化合物

学习目标

核心素养

1.说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成，它们以碳链为骨架形成复杂的生物大分子。

2.指出水大约占细胞重量的2/3，以自由水和结合水的形式存在，赋予了细胞许多特性，在生命中具有重要作用。

3.举例说出无机盐在细胞内含量虽少，但与生命活动密切相关。

1.从元素的种类和含量等角度理解生物界和非生物界的统一性和差异性。

2.通过饼状图分析、列表格等方法归纳组成生命的元素、无机物的作用。

3.按照科学探究的要求，提出验证或探究植物必需的无机盐的方案。

一、组成细胞的元素

1．元素的种类

（1）按与生命的关系，可以分为必需元素和非必需元素。

缺乏必需元素可能导致疾病。

（2）种类：

细胞中常见的化学元素有20多种。

2．特点

（1）组成生物体的任何一种元素在无机自然界都能找到。

（2）不同生物体内所含元素种类基本相同，但每种元素的含量却有多有少。

3．含量

（1）地壳中含量最多的元素是氧，再依次是硅、铝、铁。

（2）生物细胞中含量最多的元素是氧，然后分别是碳、氢、氮。

4．生物会因缺乏某些元素而产生该元素的缺乏症。

如一些山区居民患有克山病，该病与缺硒有明显关系。

二、细胞中的无机化合物

1．组成细胞的化合物

（1）

（2）含量

①鲜重条件下，含量最多的化合物是水。

②鲜重条件下，含量最多的有机化合物是蛋白质。

③干重条件下，含量最多的化合物是蛋白质。

2．水

（1）自由水

①含义：

在细胞内可以自由流动。

②作用

a．良好的溶剂。

b．细胞中生物化学反应的介质。

c．有些自由水直接作为反应物参与生物化学反应。

d．运送营养物质和代谢废物。

e．参与细胞中各种代谢作用。

（2）结合水

①含义：

在细胞中通过氢键等与蛋白质、糖类等物质结合在一起。

②作用：

组成细胞结构的重要成分。

（3）水与代谢的关系

①在代谢旺盛的细胞中，自由水的含量一般较多。

②抗逆性较强的细胞中，结合水的含量相对较多。

3．细胞中的无机盐

含量

较少

存在形式

主要以离子形式存在，如Na＋、K＋、Ca2＋、Cl－、HCO

；少数以化合态存在，如I－构成甲状腺激素等

生理

作用

合成有机化合物的原料，如Mg2＋是叶绿素的必需成分、P是合成核苷酸的原料

合成某些具有特殊生理功能的物质的原料，如Fe2＋是血红蛋白的重要成分

维持细胞的酸碱平衡，如红细胞中的K2HPO4/KH2PO4、HCO

/H2CO3

1．生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同。

（　　）

2．Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元素。

（　　）

3．某些无机盐是细胞内一些大分子物质的组成成分，如Fe2＋参与血红蛋白的构成，Mg2＋参与叶绿素的形成。

（　　）

4．自由水的作用比结合水的作用大。

（　　）

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．不同细胞内自由水与结合水的比例基本相同。

（　　）

[答案]　1.×　提示：

生物界和非生物界在元素组成的种类相同，但含量相差很大。

2．×　提示：

Ca、Mg是组成细胞的大量元素。

3．√

4．×　提示：

自由水、结合水的作用都非常大。

5．√

6．×　提示：

不同生活环境、生活状态下的细胞中，自由水与结合水的比例是不同的。

细胞内自由水与结合水的比例越大，其新陈代谢越旺盛；反之，越弱。

组成细胞的元素

[问题探究]

下表为一种无土栽培营养液的主要配方，据表回答下列有关问题。

成分

Ca（NO3）2

MgSO4

KH2PO4

KHCO3

Fe（NO3）3

H2O

含量（g）

1.0

0.25

0.25

0.12

0.005

1000

1.表中属于大量元素和微量元素的分别是哪些元素？

提示：

大量元素：

C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。

微量元素：

Fe。

2．表中元素在非生物界中都能找到，体现了生物界与非生物界之间具有统一性还是差异性？

为什么没有一种化学元素是生物界所特有的？

提示：

统一性。

生命起源于非生物界，且组成生物体的化学元素是从无机自然界获取的。

[讲解归纳]

1．元素的分类

（1）大量元素和微量元素都是生物体生命活动所必需的。

（2）鲜重状态下，4种基本元素的含量是O＞C＞H＞N；干重状态下，4种基本元素的含量是C＞O＞N＞H。

2．元素的统一性和差异性

巧学好记：

谐音巧记组成细胞的大量元素和微量元素

（1）大量元素（C、H、O、N、S、P、Ca、Mg、K），可利用谐音“她请杨丹留人盖美家”来记忆。

（2）微量元素（Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu），可利用谐音“铁猛碰新木桶”来记忆。

1．下表所列为玉米植株和人体内含量较多的元素的种类以及各类元素的含量[占细胞干重的质量分数（%）]，据此表可以得出的正确结论是（　　）

元素

O

C

H

N

K

Ca

P

Mg

S

玉米

44.43

43.75

6.24

1.46

0.92

0.23

0.20

0.18

0.17

人

14.62

55.99

7.46

9.33

1.09

4.67

3.11

0.16

0.78

A.组成不同生物体的化学元素的种类基本相同

B．同种元素在不同生物体内含量基本相同

C．组成不同生物体的化学元素的种类差异较大

D．C是细胞中含量最多的元素，它是构成细胞的基本元素

A　[组成不同生物体的化学元素的种类基本相同，A正确、C错误；由表中数据可知，同种元素在不同生物体内含量相差较大，B错误；O是细胞鲜重中含量最多的元素，C是细胞干重中含量最多的元素，D错误。

]

（1）占细胞鲜重含量最多的元素是什么？

占细胞干重含量最多的元素又是什么？

提示：

占细胞鲜重含量最多的元素是O，占细胞干重含量最多的元素是C。

（2）由题干表格分析可得出的结论是什么？

提示：

不同生物体的组成元素的种类基本相同，但含量相差很大。

2．下列有关组成生物体化学元素的叙述，正确的是（　　）

A．组成生物体的化学元素，根据其含量的不同可分为大量元素和微量元素两大类

B．Zn是人体中200多种酶的组成成分，这说明Zn是大量元素

C．微量元素在生物体内含量很少，所以人体不存在微量元素缺乏症

D．原核生物的细胞内含微量元素，真核生物的细胞内不含微量元素

A　[组成生物体的化学元素，根据其含量的不同可分为大量元素（占生物体总量的万分之一以上）和微量元素（维持生命活动所必需的，但含量很少）两大类，A正确；Zn是人体中200多种酶的组成成分，但其在生物体内含量少，故Zn为微量元素，B错误；微量元素在生物体内含量很少，却是维持生物体正常生命活动不可缺少的，若缺乏，会出现微量元素缺乏症，如缺锌、缺碘都会出现相应的病症，C错误；原核生物和真核生物的细胞内均既有大量元素，也有微量元素，D错误。

]

细胞中的水

[问题探究]

鲜种子放在阳光下曝晒，重量减轻；干种子用水浸泡后仍能萌发，但干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠，再浸泡后不再萌发。

1．活细胞中含量最多的化合物和含量最多的有机物分别是什么？

提示：

含量最多的化合物是水，含量最多的有机物是蛋白质。

2．干种子用水浸泡后仍能萌发，但干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠，再浸泡后不再萌发的原因分别是什么？

提示：

前者是失去自由水的种子仍保持其生理活性，但后者失去的是结合水。

3．与枝叶繁茂的夏季相比，冬季的北方落叶树结合水与自由水的比值上升了还是下降了？

这有何意义？

提示：

冬季的落叶树的结合水与自由水的比值有所上升。

可降低代谢，增强抗逆性，对于树木抵御严寒有重要意义。

[讲解归纳]

1．水的含量

（1）在活细胞中，水是含量最多的化合物。

（2）不同的生物体内含水量不同。

水生生物体内的含水量比陆生生物的多。

（3）同一生物不同器官含水量不同。

代谢旺盛的器官、组织含水量较多。

（4）同一生物不同的发育阶段水的含量也不相同。

如人体内的含水量：

幼年期大于成年期，成年期大于老年期。

2．水在细胞中的存在形式及其生理功能

水分子以自由水和结合水两种形式存在于细胞中。

二者的比较如下：

项目

自由水

结合水

特点

以游离形式存在，可以自由流动，易蒸发

在细胞内与其他物质结合在一起，不流动，不蒸发

含量

95%以上

约4.5%

功能

①细胞内的良好溶剂；

②为细胞提供液体环境；

③参与多种生物化学反应；

④运送营养物质和代谢废物

组成细胞结构的重要成分

3.自由水与结合水的关系及功能验证

（1）自由水与结合水的相互转化：

条件：

自由水

结合水

（2）自由水与结合水的功能及验证：

（3）自由水与结合水的比值与代谢、抗逆性的关系：

①图示：

②曲线：

③在生产中的应用。

a．种子萌发时，需要吸收水分，增加自由水含量。

b．种子储存前晒干是为了降低自由水含量，降低代谢速率，以延长储存时间。

c．越冬作物减少灌溉，可提高作物对低温的抗性。

4．细胞中两种形式的水的相对含量不同，会影响组织、器官的形态特点，如心肌和血液中水的含量相当，但心肌中结合水含量相对较高，血液中自由水含量相对较高。

1．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（　　）

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

C　[本题主要考查水与细胞代谢的关系。

风干种子中自由水含量减少，细胞呼吸减弱，有机物消耗减慢，A正确、C错误；种子中含水少，微生物在缺水状态下不易生长和繁殖，B正确；种子风干过程中减少的是自由水，结合水与自由水的比值增大，D正确。

]

2．磁共振技术可应用于临床疾病诊断。

许多疾病会导致组织和器官内的水含量发生变化，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，其细胞代谢速率往往会发生改变

B　[人体的不同组织和器官的含水量不同，A正确；水在细胞中以自由水与结合水的形式存在，自由水与结合水的功能不同，自由水与结合水不是一成不变的，二者可以相互转化，B错误；组织发生病变，会影响组织内的化学变化，C正确；发生病变的器官，其细胞代谢速率往往会发生变化，D正确。

]

特别提醒：

（1）并不是所有活细胞中水的含量都是最多的。

一般来说，细胞中含量最多的成分是水，但也有部分细胞中水分的含量不是最多，如脂肪细胞、骨细胞和干种子细胞。

脂肪细胞中脂肪含量最多，取猪的皮下脂肪组织提炼油，出油率为80%左右。

（2）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。

（3）生物体内的水≠细胞内的水。

生物体内的水除了存在于细胞内以外，细胞与细胞之间也有，如动物体的细胞外液。

细胞中的无机盐

[讲解归纳]

1．无机盐的生理功能

（1）细胞内某些化合物的重要组成部分，如：

无机盐

生理功能

Mg2＋

叶绿素必需的原料

Fe2＋

血红蛋白的重要成分

PO

合成核苷酸的原料

Zn2＋

人体内200多种酶的重要组成成分

CaCO3

动物和人体骨骼、牙齿中的重要成分

（2）维持生物体的生命活动，如：

无机盐

生理功能

K＋

维持细胞内液的渗透压

Na＋

维持细胞外液的渗透压

Ca2＋

哺乳动物血液中钙盐含量太低，会出现抽搐

Mn2＋

某些酶的活化因子

各种离子

维持细胞和生物体内的酸碱平衡

（3）维持生物体内的平衡

①渗透压的平衡：

Na＋、Cl－对维持血浆等的渗透压起重要作用，K＋对维持细胞内液的渗透压起重要作用；

②酸碱平衡（即pH平衡）：

无机盐离子组成重要的缓冲体系，如H2PO

/HPO

和H2CO3/HCO

等调节并维持pH平衡。

2．无机盐含量异常及其症状表现

含量异常

症状表现

缺少Ca2＋

哺乳动物会肌肉抽搐

番茄果实会出现脐腐现象

Ca2＋过多

哺乳动物会出现肌肉乏力现象

缺少K＋

番茄植株老叶尖端和边缘会失绿，直至干枯坏死

缺少I－

人体会患地方性甲状腺肿大

缺少Fe2＋

人体会患缺铁性贫血

特别提醒：

1．无机盐并不都是以离子形式存在的，如骨骼中的CaCO3以化合物形式存在。

2．无机盐在细胞中的含量很低，但是其作用非常重要，过多或过少都会影响细胞或生物体的正常生命活动，如植物缺氮时，叶色淡绿。

1．下列关于无机盐的叙述，错误的是（　　）

A．缺铁性贫血是因为体内缺乏铁，血红蛋白不能合成

B．Mg2＋是叶绿素的成分之一，缺Mg2＋影响光合作用

C．细胞中的无机盐大多数以化合物形式存在，如CaCO3构成骨骼、牙齿

D．碘是合成甲状腺激素的原料，所以常在食盐中加碘

C　[铁是血红蛋白的组成成分，缺铁则不能合成血红蛋白；Mg2＋是叶绿素的组成成分，缺Mg2＋则不能合成叶绿素，进而影响光合作用；细胞中的无机盐大多数以离子形式存在；碘是合成甲状腺激素的原料，在食盐中加碘是为了补充碘，预防因食物中缺碘而引起地方性甲状腺肿。

]

2．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．KH2PO4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

C　[蔬菜中的草酸与钙结合成草酸钙，影响机体对食物中钙的吸收，A正确；Fe是血红蛋白的组成成分，缺铁会影响血红蛋白的合成，导致哺乳动物血液运输O2的能力下降，B正确；KH2PO4参与维持细胞的酸碱平衡，但不能为生物体提供能量，C错误；植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐，D正确。

]

[课堂小结]

知识网络构建

核心语句归纳

1.生物体中常见的元素有20多种，在无机自然界中都可以找到。

2.在组成生物体的元素中C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等元素含量较多，称为大量元素。

3.不同的生物体内所含的元素种类基本相同，但元素的含量却有多有少。

4.在活细胞中，水是含量最多的物质，一般约占细胞总质量的85%～90%。

水分子以自由水和结合水两种形式存在于细胞中。

5.细胞中的无机盐常以离子形式存在，虽然含量比较少，但在生物体的生命活动中却是不可缺少的。

6.无机盐的作用包括维持细胞的酸碱平衡、合成有机物的原料、合成某些具有特殊生理功能物质的原料等。

1．人体内有多种微量元素，它们的质量总和不到体重的千万分之一，但是对人的健康起着重要的作用，下列各组元素全部是微量元素的是（　　）

A．Na、K、Cl　　　B．Mn、Fe、B

C．N、Mg、MoD．Mo、Ca、Cu

B　[微量元素主要包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo，K为大量元素，A错误。

Mn、Fe、B属于微量元素，B正确。

N、Mg属于大量元素，C错误。

Ca属于大量元素，D错误。

]

2．下列关于生物体内水的叙述，不正确的是（　　）

A．结合水是细胞的重要组成成分

B．血细胞中的水大部分是自由水

C．细胞内结合水与自由水的比值与代谢强度无关

D．自由水可参与细胞内物质的运输与化学反应

C　[细胞中水有两种存在形式：

自由水和结合水，其中结合水为结构物质，即它是细胞结构的重要组成成分，A项正确；细胞中自由水含量大约占95.5%，B项正确；结合水与自由水的相对含量决定细胞的代谢强度，结合水与自由水比值越低，则细胞代谢强度越大，C项错误；D为自由水的两项功能。

]

3．“黄金搭档”含多种维生素及钙、铁、锌、硒等矿物质，因具有能改善人体代谢和免疫功能、保障青少年体格和智力正常发育等保健功能而受到广大消费者的青睐。

下列叙述错误的是（　　）

A．人体对钙、铁、锌、硒等无机盐的吸收与水关系不大

B．补铁将有助于对缺铁性贫血症的治疗

C．血钙过低的成年人会患骨质疏松症、肌肉抽搐等疾病

D．维生素不是能源物质，但对生物体的新陈代谢起调节作用

A　[钙、铁、锌、硒等大多数无机盐必须溶解在水中，以离子的形式被吸收。

]

4．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。

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：

___________________。

（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中的重要组成部分，铁是血红蛋白的主要成分，这说明无机盐的生理作用是________________________；注射时用质量分数为0.9%的氯化钠溶液，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”，饮水是提供人体必需的矿物质和微量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______________________________________。

[解析]　

（1）生物体内的水包括自由水和结合水。

自由水的生理作用：

是细胞内的良好溶剂，参与多种生物化学反应，运送营养物质和代谢废物。

（2）由“碳酸钙是人体骨骼和牙齿中的重要组成部分，铁是血红蛋白的主要成分”可知，无机盐是细胞内某些化合物的重要组成成分。

由“对维持细胞内外渗透压非常重要”可知，无机盐可以维持生物体的生命活动。

（3）在Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Na、Fe中，K、Ca、P、Mg属于大量元素。

[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

（2）构成细胞内某些化合物　维持生物体的生命活动

（3）K、Ca、P、Mg

[教材课后习题答案]（教师用书独具）

评价指南（P11）

一、单项选择题

1．A　2.C　3.A　4.B　5.C　6.A　7.C　8.B

二、技能增进题

马铃薯块茎富含糖类，花生种子富含脂肪，大豆种子富含蛋白质。