学年新教材生物苏教版必修一教案第1章 第1节 细胞中的元素和无机化合物.docx

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学年新教材生物苏教版必修一教案第1章第1节细胞中的元素和无机化合物

第一节　细胞中的元素和无机化合物

课标内容要求

核心素养对接

1．简述细胞主要由C、H、O、N、P等元素构成。

2．简述水在细胞中的存在形式和重要作用。

3．简述无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。

1．生命观念——阐明生物体是由元素和化合物组成的，初步形成生命的物质观，为辩证唯物主义世界观的形成奠定基础。

2．科学思维——归纳概括水和无机盐在细胞中的作用。

3．科学探究——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、构成细胞的元素

1．元素的含量

（1）地壳（包括大气）中含量最多的元素是O，其次是Si、Al、Fe。

（2）生物细胞中含量最多的元素是O，然后依次是C、H、N。

2．元素的种类

（2）C、H、O、N、P、S等元素构成了细胞结构和功能所需的基本物质。

3．特点

（1）组成生物体的任何一种元素都可以在无机自然界中找到。

（2）不同生物体内所含的元素种类基本相同，但每种元素的含量存在一定的差异。

4．生物体会因环境中缺乏某种元素而发生该元素的缺乏症。

如一些山区居民患有克山病，该病与缺硒有明显关系。

二、水和无机盐是细胞中的无机化合物

1．组成细胞的化合物

（1）组成细胞的各种元素大多以化合物（compound）的形式存在。

化合物分为无机化合物和有机化合物。

（2）科学家测得某种植物细胞中的主要化合物及其质量分数。

类别

化合物

质量分数（%）

无机化合物

水

85.0～90.0

无机盐

1.0～1.5

有机化合物

蛋白质

7.0～10.0

脂质

1.0～2.0

糖类和核酸

1.0～1.5

2．水赋予细胞许多特性

（1）水在细胞中的含量

在活细胞中，水是含量最多的物质，约占细胞重量的2/3。

（2）水的分子结构与理化特性

①水分子由两个氢原子和一个氧原子以共价键（由实线表示）结合组成。

②在相邻水分子之间存在相互联结的作用力，即氢键。

③水分子的空间结构与电荷的不对称分布，使得水分子具有极性，这让几乎所有带电荷的或具有极性基团的分子都能溶解在水中。

④氢键使水分子间的作用力大大增强，水的熔点和沸点也因此而增高。

（3）自由水

①含义：

自由水以游离的形式存在，参与细胞中各种代谢活动。

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化反应。

d．运送营养物质和代谢废物。

（4）结合水

①含义：

被细胞内其他物质（如蛋白质）束缚而不易自由流动的水。

②作用：

组成细胞的重要成分。

3．细胞中的无机盐与生命活动关系密切

（1）含量：

约占细胞重量的1%。

（2）存在形式：

常以离子形式存在。

（3）生理功能

作用

举例

维持细胞的渗透压和生物体液的酸碱平衡

细胞中的磷酸氢二钾、磷酸二氢钾等参与维持生物体液的酸碱平衡

参与物质组成，维持细胞正常的代谢活动

合成血红蛋白需要铁，合成甲状腺激素需要碘，合成叶绿素需要镁

（4）当某些无机盐含量过多或过少时，生物体可能会出现相应的病症。

生物

某些无机盐

症状

哺乳动物

缺少钙

肌肉抽搐

钙过多

肌肉乏力

番茄

缺少钙

果实出现脐腐现象

缺少钾

老叶尖端和边缘出现失绿甚至干枯坏死的现象

（5）精准农业能根据农田的土壤元素状况和作物的元素缺乏症，实施定位、定量的精准施肥，高效地利用各类农业资源，并取得较好的经济效益和环境效益。

精准农业也许会成为未来农业的发展方向。

判断对错（正确的打“√”，错误的打“×”）

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．不同细胞内自由水与结合水的比例基本相同。

（　　）

提示：

1.×　生物界和非生物界的元素组成的种类相同，但含量相差很大。

2．×　Ca、Mg是组成细胞的大量元素。

3．√

4．×　自由水、结合水的作用都非常大。

5．×　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。

　构成细胞的元素

1．组成细胞的元素的种类和含量

（1）大量元素和微量元素的划分依据是元素在细胞中含量的多少，而不是生理作用的大小。

（2）无论干重还是鲜重，细胞中C、H、O和N这四种元素含量最多。

2．元素的统一性和差异性

元素与化合物的关系

组成细胞的各种元素在生物体中大多以化合物的形式存在，如镁形成叶绿素、铁形成血红蛋白等。

但有少数元素是以单质形式存在的，如硫磺细菌中的S是以硫磺颗粒的形式存在的。

另外少数元素以离子的形式存在，如K以K＋的形式存在于细胞内液中。

1．某同学在配制培养植物的培养基时使用了NH4NO3、KNO3、CaCl2·2H2O、MgSO4·7H2O、螯合铁溶液、微量元素溶液，但缺少了一种必需的大量元素，为补充这种元素，应添加的化合物是（　　）

A．Ca（NO3）2B．KCl

C．KH2PO4D．K2SO4

C　[该同学在配制培养植物的培养基时使用了NH4NO3、KNO3、CaCl2·2H2O、MgSO4·7H2O、螯合铁溶液、微量元素溶液，但缺少了一种必需的大量元素，从提供的物质看缺少P元素，为补充这种元素，应添加的化合物是KH2PO4，C正确。

]

2．如图甲是细胞中化合物含量的扇形图，图乙是有活性的细胞中元素含量的柱形图，下列说法不正确的是（　　）

A．若图甲表示细胞鲜重，则A、B化合物依次是H2O、蛋白质

B．若图乙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

C．地壳与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．若图甲表示细胞完全脱水后的化合物含量，则A化合物是蛋白质

C　[若图甲表示细胞鲜重，则A化合物为水，B化合物为蛋白质，A正确；若图乙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，B正确；生物界与非生物界具有统一性是指组成细胞的元素都能在自然界中找到，没有一种是细胞特有的，C错误；若图甲表示细胞完全脱水后的化合物含量，细胞干重中含量最高的化合物是蛋白质，故A化合物是蛋白质，D正确。

]

　水赋予细胞许多特性

1．水与代谢的关系

2．自由水与结合水相互转化的原因

（1）水分子与细胞内的亲水性物质如蛋白质、淀粉、纤维素等以氢键相结合。

（2）温度升高，水分子的动能增加，会逃脱氢键的束缚成为自由水。

3．水在生产实际中的应用

生活中的现象

对此现象的解释

种子在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

鲜种子放在阳光下暴晒，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其生理活性

实践应用：

在冬季来临时，随着气温的逐渐降低，植物体内发生了一系列适应低温的变化，如可溶性糖含量增加、细胞代谢减弱等。

研究表明，细胞内溶液浓度升高，冰点降低。

（1）结合所学知识及上述信息，解释“霜打的茄子——蔫儿了”。

（2）有些蔬菜富含淀粉，但“霜打”后的蔬菜格外“甜”。

请结合所学知识解释其原因。

提示：

（1）当外界温度降低时，茄子中的自由水含量减少，导致表皮皱缩。

（2）温度降低，蔬菜中的淀粉分解为可溶性糖，增大了细胞液浓度，降低了细胞液的冰点，使细胞不容易冻坏，可溶性糖主要是葡萄糖，因此蔬菜变甜了。

1．如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．④和⑤是同一种物质，但是在细胞中存在的形式不同

B．①和②均能萌发形成幼苗

C．③在生物体内主要以化合物的形式存在

D．点燃后产生的CO2中的C只来自种子中的糖类

A　[据图分析，种子晒干使自由水散失，故④应为自由水，烘干使结合水散失，故⑤应为结合水，A正确；晒干后的种子可再萌发，但烘干的种子已经死亡，不能萌发，B错误；种子点燃后，糖类和其他有机物形成二氧化碳和水等散失，留下的物质为无机盐，无机盐在生物体内大多数以离子形式存在，C、D错误。

]

2．（多选）水在生物体及细胞内的生命活动中具有非常重要的生理功能，下列叙述不正确的是（　　）

A．自由水和结合水是不可以转化的

B．不同种生物细胞的自由水和结合水的比值相同，则它们的代谢强度也相同

C．水分过多与水分过少对生物新陈代谢的影响相同

D．细胞中的许多生化反应需要水的参与

ABC　[自由水与结合水在一定的条件下可以相互转化，A错误；不同生物细胞内水的含量可能不同，即使不同种生物细胞内的自由水和结合水的比值相同，它们的代谢强度也不一定相同，B错误；水分过多或过少对生物新陈代谢活动的影响不同，C错误；细胞中的许多生化反应需要水的参与，D正确。

]

关于生物体内水分的两个“并不是”

（1）水是生命之源，但并不是水越多越好，如长期浸泡在水中的陆生植物会死亡。

（2）晒干的种子失去自由水，并不是不含有自由水，而是自由水含量大幅度降低。

　细胞中的无机盐与生命活动关系密切

1．无机盐存在形式及作用的两点归纳

（1）无机盐并不都以离子的形式存在，如骨骼中的钙以CaCO3的形式存在。

（2）无机盐在细胞内含量很低，但其作用非常重要，且需要保持一定的量，缺失和过多都可能影响生命活动。

2．无机盐的生理功能

（1）参与物质组成，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）维持细胞正常的代谢活动，如：

无机盐

生理功能

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

（3）维持细胞的渗透压和生物体液的酸碱平衡

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。

3．某些无机盐含量异常及其症状表现

含量异常

症状表现

缺少Ca2＋

哺乳动物会出现肌肉抽搐现象

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，甚至干枯坏死

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

4.某些元素过剩或缺乏时黄瓜叶片的症状

元素种类

作用

含量异常时，症状表现

N

蛋白质、核酸和叶绿素等物质不可缺少的组成成分

缺N

植株不仅生长矮小、瘦弱，叶色淡绿，还表现为花少，果实少而小

N过剩

植株生长过旺、叶色浓绿、果实迟熟

P

细胞的重要组成成分，对作物体内的物质合成、转化与转移都起着重要作用

缺P

作物除生长矮小、瘦弱外，还表现为叶色暗绿、缺乏光泽，开花结果少

P过剩

作物叶片大小正常，但呈现失绿黄化现象

K

缺K

叶色呈暗绿色或紫蓝色，老叶尖端和边缘逐步失绿，发黄焦枯

Mg

叶绿素的重要组成成分

缺Mg

叶脉之间会变黄，但叶脉周围仍呈现清晰的绿色

深化探究：

设计一个实验证明镁盐为小麦生长必需的无机盐，根据提供的实验材料用品，完成实验步骤，并得出相应结论。

（1）材料用品：

完全培养液甲，缺镁的完全培养液乙，适当的固定材料，广口瓶若干，长势相似的小麦幼苗，含镁的无机盐。

（2）方法步骤：

①取两个洁净的广口瓶编号A、B，并向A瓶中加入一定量的完全培养液甲，向B瓶中加入________________________。

②取____________________分为两组，将其中一组放入A瓶中，另一组放入B瓶中。

③将两广口瓶置于____________条件下培养一段时间，观察____________________。

（3）实验现象：

A瓶________________，B瓶_______________________。

结论：

_______________________________________________。

（4）通过以上实验还不能完全证明镁盐为植物生长所必需的无机盐，应如何补充才能说明问题？

_____________________________。

[解析]　根据实验目的，本实验的自变量是营养液中镁的有无，其他条件均应相同。

溶液培养法可以用来判定某元素是不是必需元素，运用对照原则，将小麦幼苗随机分为两组，分别放在含镁和不含镁的培养液中培养，观察实验结果，对结果进行分析，得出结论。

[答案]　

（2）①等量的缺镁的完全培养液乙　②长势相似的小麦幼苗

③相同的适宜　小麦幼苗的生长状况

（3）小麦幼苗正常生长　小麦幼苗不能正常生长　镁盐是植物生长所必需的无机盐

（4）再向B瓶中添加适量镁盐，观察小麦幼苗能否恢复正常生长

1．关于细胞中无机盐的相关叙述正确的是（　　）

A．无机盐都是以离子形式存在于细胞中的

B．人大量出汗会排出过多的无机盐，导致体内的水盐平衡和酸碱平衡失调，这时应多喝淡盐水

C．哺乳动物血液中钙离子含量太低，会出现抽搐等症状，说明无机盐对于维持细胞酸碱平衡非常重要

D．无机盐在细胞中含量很少，所含元素都属于微量元素

B　[细胞中的无机盐绝大多数以离子形式存在，A错误；哺乳动物血液中钙离子含量太低，会出现抽搐等症状，说明无机盐对于维持细胞和生物体的正常生命活动有重要作用，C错误；无机盐所含的元素也有大量元素，D错误。

]

2．下列实例中能证明微量元素是生命活动所必需的元素的是（　　）

A．镁是叶绿素的组成成分

B．油菜缺少硼时只开花不结果

C．哺乳动物血液中钙盐含量太高，出现肌无力现象

D．缺磷会影响ATP的合成

B　[A、C、D项中的镁、钙、磷都是大量元素，B项中的硼为微量元素。

]

溶液培养法——验证某无机盐是否为植物生长发育所必需的

[课堂小结]

知识网络构建

核心语句背诵

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、Na、Cl等元素在生物体内含量较多，称为大量元素。

3.不同生物体内所含的元素种类基本相同，但每种元素的含量存在一定的差异。

4.在活细胞中，水是含量最多的物质，约占细胞重量的2/3。

水分子以自由水和结合水两种形式存在于细胞中。

5.自由水以游离的形式存在，参与细胞中各种代谢活动。

6.结合水是被细胞内其他物质（如蛋白质）束缚而不易自由流动的水，是组成细胞的重要成分。

7.细胞中的无机盐含量虽少，但具有重要的生理功能，与生命活动关系密切。

1．下列关于植物体内水分的叙述，错误的是（　　）

A．植物体内的水分参与营养物质的运输

B．水是构成叶肉细胞的重要化合物之一

C．自由水可作为细胞内化学反应的反应物

D．同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同

D　[植物体内营养物质的运输需要自由水的参与，A项正确；结合水可构成叶肉细胞的组分，B项正确；自由水可作为细胞内化学反应的反应物，参与化学反应，C项正确；萌发的种子代谢旺盛，故同种植物萌发种子的含水量高于休眠种子的含水量，D项错误。

]

2．（多选）组成人体细胞的元素含量有不同的统计方法，如鲜重中C占18%，O占65%，而干重中C占55.99%，O占14.62%。

下列关于人体细胞元素组成的说法，正确的是（　　）

A．人体细胞中C、H、O、Fe都是大量元素

B．干重中C的含量高是因为细胞失水

C．组成人体细胞的元素，常见的有20多种

D．构成人体细胞的元素在地壳中不一定能找到

BC　[Fe是微量元素，不是大量元素，A项错误；鲜重和干重是根据细胞是否失水划分的，干重中C的含量高是因为细胞失水，B项正确；组成细胞的元素常见的有20多种，C项正确；构成人体细胞的所有元素在地壳中都能找到，没有一种是人体细胞所特有的，D项错误。

]

3．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

C　[草酸是生物体的一种代谢产物，广泛分布于植物、动物和真菌体中，草酸容易与钙离子结合形成草酸钙，不利于机体对食物中钙的吸收，A项正确；哺乳动物缺铁，会影响血红蛋白的合成，导致血液运输O2的能力下降，B项正确；无机物不能为生物体提供能量，C项错误；植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐，D项正确。

]

4．试回答下列问题：

（1）种子在入仓之前需晾晒，所去除的水分主要是细胞中的________水。

（2）将干种子用水浸泡后种子能萌发，但干种子不经水浸泡不能萌发，这说明_______________________________________________________。

（3）新鲜的鸡蛋清呈液态胶状，而臭鸡蛋清则是相对更“稀”的液体，呈水状，这是因为在新鲜的鸡蛋清中的水与蛋白质结合在一起，形成液态胶体，这时的水为______，而臭鸡蛋中的蛋白质被微生物分解成小分子物质，使这部分水释放出来，转变为________。

（4）贫血症患者血液运输________的能力低。

一般的贫血症患者除要补充铁以外，还应多吃一些含________丰富的食物。

（5）人体中含钙最多的是________。

A．肌肉B．骨组织

C．上皮组织D．神经组织

（6）人在长跑后，因流汗过多常出现抽搐现象，这时应及时补充含________的食物。

[解析]　

（1）自由水是自由流动的水，通过晾晒能蒸发出去。

（2）干种子用水浸泡后，会大量吸水，这些水能参与细胞内的许多化学反应，促进种子萌发。

（3）蛋白质是亲水性物质，与水结合后形成液态胶体。

蛋白质被微生物分解成小分子物质后，结合水会转变为自由水。

（4）贫血症患者血红蛋白含量降低，运输O2的能力降低。

补充蛋白质丰富的食物，可为人体提供氨基酸，用于合成血红蛋白。

（5）在人体中骨骼和牙齿中的钙含量高。

（6）血液中钙离子含量过低会引起抽搐。

[答案]　

（1）自由　

（2）自由水与细胞代谢强度有关，自由水多，代谢旺盛　（3）结合水　自由水　（4）O2　蛋白质　（5）B　（6）钙