山东省2023高考生物-第1单元-细胞及其分子组成(2)细胞中的元素和化合物及细胞中的无机物导学案(含解析)

第2讲细胞中的元素和化合物及细胞中的无机物李仕才考纲要求全国卷五年考情1.水和无机盐的作用(Ⅰ)2023卷ⅢT30,2023卷ⅡT42.实验：检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质2023卷ⅠT2,2023卷ⅠT29考点一|组成细胞的元素和化合物(对应学生用书第5页)[识记—基础梳理]1．组成细胞的元素2．组成细胞的化合物eq\a\vs4\al([辨析与识图])1．判断正误(1)在人体活细胞中氢原子的数目最多。(√)(2)细胞中的一种元素的作用能被其他元素替代。(×)【提示】细胞中每种元素的作用是不相同的。(3)细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要。(×)【提示】微量元素对维持生命活动是不可缺少的。(4)植物细胞中含量最多的四种元素C、H、O和N。(√)(5)生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同。(×)【提示】种类相同，含量差别很大。(6)蛋白质是活细胞中含量最多的化合物。(×)【提示】蛋白质是活细胞中含量最多的有机物。(7)沙漠植物中含量最多的化合物是水。(√)2．据图思考(1)占细胞鲜重和干重最多的元素分别是O和C，原因是占细胞鲜重最多的化合物是水，水中含量最多的元素是O；占细胞干重最多的化合物是蛋白质，蛋白质中含量最多的元素是C。(2)组成人体细胞的主要元素为C、H、O、N、P、S。[理解—深化探究]1．依据事实确定生物界和非生物界在元素种类和含量上的关系2．细胞中元素的生理功能(1)根据实例判断元素的生理功能：(2)组成细胞的化合物：根据元素组成将核酸、糖类、脂肪、磷脂、蛋白质和ATP等化合物填入适当的方框内。[运用—考向对练]考向考查化合物的组成元素及作用1．(2023·石景山区期末)下列各组化合物中，由相同元素组成的是()A．叶绿素、类胡萝卜素B．胰岛素、性激素C．油脂、核苷酸D．纤维素、丙酮酸D[叶绿素中含有镁元素，与类胡萝卜素的元素组成不同，A错误；性激素只含C、H、O，胰岛素含有C、H、O、N，B错误；油脂只含有C、H、O，核苷酸含有C、H、O、N、P，C错误；纤维素和丙酮酸含有C、H、O，D正确。]2．(2023·湖北重点中学联考)下列关于组成生物体的化学元素的叙述正确的是()A．占细胞鲜重百分比最多的元素是CB．组成DNA、磷脂分子的元素种类相同C．非生物界与生物界的元素种类相同D．组成生物体的化学元素多以离子形式存在B[占细胞鲜重百分比最多的元素是O，A项错误；组成DNA、磷脂分子的元素都是C、H、O、N、P，种类相同，B项正确；组成生物界的元素种类在非生物界中都能找到，但非生物界与生物界的元素种类存在差异，C项错误；组成生物体的化学元素多以化合物的形式存在，D项错误。]eq\a\vs4\al([技法总结]判断元素与化合物分子的四个“明确”)考点二|细胞中水和无机盐的作用(对应学生用书第6页)[识记—基础梳理]1．细胞中水的存在形式及作用eq\a\vs4\al(1,)(2)自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系自由水/结合水eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(比值高⇒代谢旺盛，但抗逆性差,比值低⇒代谢强度降低，但抗寒、,抗旱、抗热等抗逆性增强))2．无机盐的存在形式及功能eq\a\vs4\al([思维辨析])1．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。(√)2．自由水可作为细胞内化学反应的反应物。(√)3．同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同。(×)【提示】萌发种子的含水量较高。4．贮藏中的种子不含水分，以保持休眠状态。(×)【提示】贮藏中的种子，自由水与结合水的比值很低，代谢很弱，以保持休眠状态，并非不含水分。5．植物根系通过主动运输吸收无机盐离子需要ATP。(√)6．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。(×)【提示】无机盐大多数以离子形式存在。7．植物缺Mg引起光反应和暗反应强度均减弱。(√)8．K＋和Na＋对神经细胞有重要作用。(√)[理解—深化探究]1．细胞中产生水的结构有细胞质基质、线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核、高尔基体等；利用水的生理过程包括光合作用、细胞呼吸、有机大分子的水解等。2．在动物体内，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。3．缺乏N、Mg、P，植物的光合作用受影响，原因是：N、Mg是组成叶绿素的成分，P是组成类囊体膜和ATP的成分。4．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[运用—考向对练]考向1考查细胞中水的存在形式、作用及与代谢的关系1．(2023·福州模拟)下列关于水与生命关系的叙述错误的是()A．生物体的生命活动离不开水B．种子萌发时，自由水与结合水比值增大C．自由水是细胞结构的重要组成成分，自由水含量越高，生物体的抗逆性越强D．水参与光合作用、呼吸作用以及有机物的合成与分解过程C[结合水是细胞结构的重要组成成分，结合水含量越高，生物体的抗逆性越强。]2．(2023·石景山区期末)下列有关水的叙述，正确的是()【导学号：67110006】A．H2O在光下分解，产生的[H]参与三碳化合物的生成B．由氨基酸形成多肽链时，生成物H2O中的氢全部来自氨基C．有氧呼吸时，生成物H2O中的氢全部来自线粒体中丙酮酸的分解D．由于水分子间的氢键，使得细胞中的水具有缓和温度变化的作用D[光合作用过程中水光解产生的还原氢用于还原三碳化合物形成葡萄糖，A错误；氨基酸脱水缩合形成多肽链的过程中脱去的水分子中的H来自氨基酸的氨基和羧基，B错误；有氧呼吸时，生成物H2O中的氢来自葡萄糖和水，C错误；由于水分子间的氢键，使得细胞中的水具有缓和温度变化的作用，D正确。]eq\a\vs4\al([规律总结]水的存在形式、产生与利用)考向2考查无机盐的作用3．(2023·武汉调研)下列有关无机盐的叙述，错误的是()A．动物细胞内的无机盐大多数以离子形式存在B．植物叶肉细胞内Mg可分布在类囊体的薄膜上C．血浆中的无机盐浓度会影响抗利尿激素的分泌D．用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌不能标记DNAD[细胞内的无机盐大多数以离子形式存在，A正确；植物叶肉细胞内Mg是合成叶绿素的原料，故可分布在类囊体的薄膜上，B正确；血浆中的无机盐浓度会影响渗透压，进而影响抗利尿激素的分泌，C正确；由于DNA中含有N元素，故用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌能标记DNA，D错误。]4．下列关于无机盐在生物体中功能的叙述，错误的是()A．镁是叶绿体中参与光合作用的各种色素的组成元素B．人体缺铁会影响正常的有氧呼吸功能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A[镁是构成叶绿素的元素之一。人体缺铁会影响血红蛋白的合成，从而影响氧的运输，进而影响有氧呼吸功能。人体血液中Ca2＋浓度太低，会出现抽搐症状。在探究小麦生长发育需要Mg2＋的实验中要设置实验组和对照组。]eq\a\vs4\al([规律总结]各类无机盐参与形成的化合物种类)无机盐参与形成的化合物N(NOeq\o\al(－,3))蛋白质、ATP(ADP)、叶绿素、核酸(DNA或RNA)P(POeq\o\al(3－,4))ATP(ADP)、磷脂、核酸(DNA或RNA)Mg2＋叶绿素S(SOeq\o\al(2－,4))某些蛋白质的特征元素Fe2＋动物的血红蛋白I－甲状腺激素考点三|检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质(实验)(对应学生用书第7页)[原理流程]1．检测原理(1)糖类的检测(2)脂肪的检测：脂肪＋eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(苏丹Ⅲ染液→橘黄色,苏丹Ⅳ染液→红色))(3)蛋白质的检测：蛋白质＋双缩脲试剂→紫色2．实验流程(1)还原糖的检测选材：含糖量较高、白色或近于白色的植物组织eq\a\vs4\al(制备组织样液)eq\a\vs4\al(显色,反应：)结论：组织样液中含有可溶性还原糖(2)脂肪的检测方法一：花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅲ染液→橘黄色方法二：取材：花生种子(浸泡)，将子叶切成薄片↓eq\a\vs4\al(制片\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①取最理想的薄片，放在载玻片中央,②滴2～3滴苏丹Ⅲ染液染色3min,③去浮色1～2滴体积分数为50%的酒精溶液)))↓制成临时装片(滴一滴蒸馏水，盖上盖玻片)↓观察：先在低倍镜下找到已着色颗粒，再用高倍显微镜观察↓结论：圆形小颗粒呈橘黄色，说明植物组织中有脂肪存在(3)蛋白质的检测选材与制备：蛋清稀释液或豆浆滤液↓显色反应↓结论：组织样液中存在蛋白质[实验关键]1．三个实验中都不宜选取有颜色的材料，否则会干扰实验现象。2．脂肪检测的过程中滴加1～2滴体积分数为50%的酒精的目的是洗去浮色，原因是苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染液易溶于酒精。3．蛋白质检测中，若用大豆作材料，必须提前浸泡；若用蛋清作材料必须稀释，防止其黏在试管上不易清洗；且该实验应预留部分组织样液作对比。4．物质检测实验一般不设对照实验，若需设对照实验，对照组应加入已知成分的物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，对照组可加入稀释的鸡蛋清。5．使用双缩脲试剂和斐林试剂时：(1)对于斐林试剂，必须等量混合后加入，且现用现配。(2)对于双缩脲试剂，必须先加A液，后加B液，且B液不能过量。6．脂肪检测现象观察时：(1)若要观察被染色的脂肪颗粒，则使用显微镜。(2)若通过观察组织样液颜色变化，则不必使用显微镜。[对点练习]1．(2023·成都市一模)双缩脲试剂(A液：0.1g/mL的NaOH溶液，B液：0.01g/mL的CuSO4溶液)可以用来检测生物组织中是否存在蛋白质。下列操作步骤正确的是()A．待测组织样液→加入B液1mL→注入A液4滴→观察颜色变化B．待测组织样液→加入A液1mL→注入B液4滴→观察颜色变化C．待测组织样液→加入A液和B液的混合液1mL→水浴加热→观察颜色变化D．待测组织样液→加入A液1mL→注入B液4滴→水浴加热→观察颜色变化B[双缩脲试剂由A液(质量浓度为0.1g/mL氢氧化钠溶液)和B液(质量浓度为0.01g/mL硫酸铜溶液)组成，用于鉴定蛋白质，使用时要先向待测组织样液中加A液1mL，造成碱性环境，然后再加入B液4滴，最后观察颜色的变化，变成紫色，说明有蛋白质存在。]2．用碘液、苏丹Ⅲ染液和双缩脲试剂测得甲、乙、丙三种植物的干种子中三大类有机物颜色反应如下表，其中“＋”的数量代表颜色反应深浅程度，下列有关说法不正确的是()试剂种类碘液苏丹Ⅲ染液双缩脲试剂甲＋＋＋＋＋＋＋乙＋＋＋＋＋＋＋＋丙＋＋＋＋＋＋＋A．乙种子中主要含蛋白质B．碘液、苏丹Ⅲ染液和双缩脲试剂与相应的物质发生的颜色反应分别是蓝色、橘黄色和紫色C．在观察颜色时有可能用到光学显微镜D．这三种试剂的使用均不需要水浴加热A[由表可知，甲中主要含淀粉，乙中主要含脂肪，丙中主要含蛋白质。]3．将小麦种子分别置于20℃和30℃培养箱中培养4天，依次取等量的萌发种子分别制成提取液Ⅰ和提取液Ⅱ。取3支试管甲、乙、丙，分别加入等量的淀粉液，然后按下图加入等量的提取液和蒸馏水，水浴保温5分钟，立即在3支试管中加入等量斐林试剂摇匀并水浴加热，观察试管中颜色。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、乙皆呈蓝色，丙呈砖红色D．甲呈浅砖红色，乙呈砖红色，丙呈蓝色D[本题考查可溶性还原糖的鉴定，意在考查考生的理解及实验分析能力。萌发的小麦种子可产生淀粉酶，能将淀粉分解成可溶性还原糖。在不同的温度条件下，产生淀粉酶的量不同，30℃时淀粉酶产生量大于20℃时，因此提取液Ⅱ中淀粉酶的量大于提取液Ⅰ，故乙试管中产生的还原糖多于甲试管，丙试管中无还原糖，因此用斐林试剂鉴定，甲呈浅砖红色，乙呈砖红色，丙呈蓝色[即Cu(OH)2的颜色]。]真题验收|感悟高考淬炼考能(对应学生用书第8页)1．(2023·全国卷Ⅰ)下列关于细胞结构与成分的叙述，错误的是()A．细胞膜的完整性可用台盼蓝染色法进行检测B．检测氨基酸的含量可用双缩脲试剂进行显色C．若要观察处于细胞分裂中期的染色体可用醋酸洋红液染色D．斐林试剂是含有Cu2＋的碱性溶液，可被葡萄糖还原成砖红色B[考查有机物检测实验的颜色反应。台盼蓝是细胞活性染料，常用于检测细胞膜的完整性与细胞的存活率，是组织和细胞培养中最常用的细胞活性鉴定染色剂。A正确；双缩脲试剂的作用原理是Cu2＋在碱性条件下与肽键发生反应生成紫色络合物，因为氨基酸中没有肽键，故不会与双缩脲试剂发生反应，也就不能用双缩脲试剂检测氨基酸的含量。B错误；染色体可被碱性染料染成深色，常用的碱性染料为龙胆紫溶液或醋酸洋红液。C正确；斐林试剂的甲液是质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液，乙液是质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液，应现配现用。可溶性还原糖中含有的醛基或酮基具有弱还原性，在水浴加热的条件下可与氢氧化铜发生氧化还原反应，把Cu2＋还原成砖红色的Cu2O(氧化亚铜)沉淀。D正确。]2．(2023·海南高考)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C[细胞中无机盐的生理功能：组成细胞中的某些重要化合物；维持生物体的正常的生命活动；维持生物体内的平衡；蔬菜中的草酸与食物中钙结合形成草酸钙，不利于机体对食物中钙的吸收，A正确；Fe2＋是血红蛋白的必需成分，而血红蛋白主要参与氧气的运输，B正确；KH2PO4是缓冲物质维持酸碱平衡，不作为能源物质，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。]3．(2023·海南高考)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和休眠种子的相同D[植物体内的水分具有运输功能，能参与无机盐、有机物等营养物质的运输，A正确；水是构成细胞的重要化合物之一，即为叶肉细胞的重要化合物之一，B正确；自由水可作为反应物参与光合作用、呼吸作用等许多化学反应，C正确；一般情况下，种子萌发时需要吸收水分，故同种植物萌发种子与休眠种子相比，含水量不相同，D错误。]4．(2023·广东高考)油菜种子成熟过程中部分有机物的变化如下图所示，将不同成熟阶段的种子匀浆后检测，结果正确的是()选项取样时间检测试剂检测结果A第10天斐林试剂不显色B第20天双缩脲试剂不显色C第30天苏丹Ⅲ试剂橘黄色D第40天碘液蓝色C[A项，分析曲线可知，油菜种子在成熟过程中，可溶性糖和淀粉不断转化为脂肪储存起来；第10天时仍然存在较多的可溶性糖，可溶性糖中的还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下会出现砖红色沉淀；B项，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的存在；C项，在第30天时，脂肪含量较高，脂肪与苏丹Ⅲ试剂发生反应呈现橘黄色；D项，在第40天时，淀粉已经消耗殆尽，用碘液检测不会发生显色反应。]5．(2023·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：【导学号：67110007】(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)种子风干时，大部分自由水丧失，种子中的水主要以结合水形式存在。当种子重新吸水后，自由水比例上升，种子中的水主要以自由水形式存在。(2)种子的吸水速率可以通过单位时间内的吸水量来判断。阶段Ⅱ中，种子的吸水量变化不大，吸水速率较慢；但由于种子自由水的比例上升，代谢加强，因此呼吸速率大于阶段Ⅰ。(3)细胞膜主要由蛋白质和脂质组成，也含有少量的糖类等。在细胞膜中，磷脂双分子层构成了膜的基本支架，磷脂双分子层虽然具有疏水性的，但还是有少部分水分可以由此进入细胞，大部分水分通过水通道蛋白进入细胞内。[答案](1)结合水自由水(2)小于大于(3)磷脂(或脂质)双分子层水通道蛋白1．大量元素、微量元素都是生物必需的元素，对于维持生物体生命活动都起着非常重要的作用。2．占细胞鲜重含量最多的元素是氧，占细胞干重含量最多的元素是碳。3．活细胞中自由水/结合水的比值高低能反映该细胞的代谢水平。4．斐林试剂是甲液和乙液等量混合使用；双缩脲试剂是先加A液1mL，再加B液4滴。5．还原糖与斐林试剂发生作用且水浴加热时生成砖红色沉淀。6．脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，被苏丹Ⅳ染液染成红色。7．蛋白质与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应。一鉴定类实验总结(对应学生用书第9页)1．某些特定化学物质的检测方法物质试剂预期实验结果蛋白质双缩脲试剂(先加A液，摇匀，再加B液，摇匀)紫色反应脂肪苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液橘黄色或红色还原糖斐林试剂(现用现配，水浴加热)砖红色沉淀淀粉碘液蓝色酒精酸性重铬酸钾溶液灰绿色CO2澄清石灰水石灰水变混浊溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄DNA吡罗红、甲基绿染色剂DNA被甲基绿染成绿色RNARNA被吡罗红染成红色2．实验拓展延伸eq\a\vs4\al(1物质,鉴定)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(无需提取直接鉴定还原糖等→加试剂，根,据产生的特定颜色变化进行鉴定,提取后再鉴定色素等→层析法分离鉴定))(2)定量检测指标eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(还原糖、蛋白质、淀粉：颜色的深浅,CO2：变浑浊程度或速度,色素：色素带的宽窄))(2023·丰台区期末)关于高中生物学实验中的试剂和用途，下列叙述正确的是()A．用斐林试剂检测西瓜汁中是否含有还原糖B．用健那绿染色观察黑藻叶绿体的形态和运动C．用苏丹Ⅲ染色观察花生子叶细胞中的脂肪D．用溴麝香草酚蓝溶液检测酵母菌培养液中的酒精[解析]红色的西瓜汁会对还原糖的鉴定产生颜色干扰，A错误；健那绿染液是专一性的线粒体的活细胞染料，观察叶绿体不需要染色，B错误；脂肪可用苏丹Ⅲ染液(或苏丹Ⅳ染液)鉴定，呈橘黄色(或红色)，C正确；检测酵母菌培养液中的酒精应用酸性重铬酸钾溶液，D错误。[答案]Ceq\a\vs4\al([备选例题])某同学以新鲜洋葱鳞片叶内表皮为材料，经不同处理和染色剂染色，用高倍显微镜观察。下列描述正确的是()A．经吡罗红甲基绿染色，可观察到红色的细胞核B．经吡罗红甲基绿染色，可观察到绿色的细胞质C．经健那绿染色，可观察到蓝绿色颗粒状的线粒体D．经苏丹Ⅲ染色，可观察到橘黄色颗粒状的蛋白质[解析]解答本题需熟练掌握各实验所用的材料及实验原理，并联系细胞中物质的分布与检测方法。吡罗红和甲基绿对RNA和DNA的亲和力不同，甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红使RNA呈现红色。而DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中，用吡罗红甲基绿染色后，细胞核呈现绿色，细胞质呈现红色，故A、B两项错误。健那绿是将活细胞中线粒体染色的专一性染料，可使活细胞中颗粒状的线粒体呈现蓝绿色，故C正确。苏丹Ⅲ可使脂肪呈现橘黄色，在显微镜下可观察到细胞中橘黄色的脂肪颗粒，故D错误。[答案]C[对点练习]1．在检测下列物质时所选用的实验材料、试剂和反应现象都正确的是()选项检测物质实验材料试剂反应现象A还原糖胡萝卜斐林试剂砖红色沉淀B蛋白质豆浆双缩脲试剂蓝色C脂肪花生子叶苏丹Ⅲ染液橘黄色DDNA人口腔上皮细胞吡罗红红色C[物质检测中，选用的实验材料一般用白色或无色，这样可避