第1、5节　细胞中的元素和化合物/细胞中的无机物

一、组成细胞的元素和化合物
1．组成细胞的元素分类

(1)按含量分
(2)按作用分
水
蛋白质
蛋白质
斐林试剂
砖红色沉淀
橘黄色
双缩脲试剂
紫色
自由水
结合水
生长发育
良好溶剂
化学反应
营养物质
代谢废物
液体环境
2．细胞中的无机盐
(1)含量：很少，占细胞鲜重的1%～1.5%。
(2)存在形式：绝大多数以_______的形式存在，少部分是细胞内复杂化
合物的组成成分。
(3)功能：维持细胞和生物体的__________，维持细胞的_______平衡等。
1．(教材课后题组合)关于细胞中的元素和化合物的说法，不正确的是(　　)
A．组成细胞的元素同样存在于自然环境中，说明生物界与非生物界具有统一性
B．组成细胞的元素有C、H、O、N等20多种，其中C是最基本的元素
C．构成细胞的主要化合物是有机物，水和无机盐在活细胞中并不重要
D．细胞中含量最多的化合物是水
【解析】　细胞中的有机物和无机物在活细胞中都有重要的作用。
【答案】　C
离子
生命活动
酸碱
2．对于生物体内自由水的叙述不正确的是(　　)
A．生物体代谢旺盛时含量最丰富的物质
B．不发生化学反应
C．生物体内各种反应的介质
D．植物越冬时，自由水含量降低
【解析】　自由水是可以参与代谢的、以游离形式存在的水，代谢旺盛时含量多，可以作为各种反应的介质，还可作为水解反应、光合作用及细胞呼吸的反应物。进入冬季，部分自由水转化为结合水使自由水含量降低，抗寒能力增强。代谢越旺盛的细胞，含自由水越多；反之，含结合水越多。
【答案】　B
3．(2010·安溪模拟)关于细胞中的无机盐的叙述，下列哪项有误(　　)
A．有的可与脂质结合形成磷脂
B．有的可以与蛋白质结合形成结合蛋白
C．有的游离在水中维持细胞的渗透压和pH
D．在细胞中无机盐主要以分子状态存在

【解析】　细胞中的无机盐主要以离子状态存在。
【答案】　D
【解析】　鉴别脂肪可以利用苏丹Ⅲ，呈现橘黄色，也可以利用苏丹Ⅳ，呈现红色；蛋白质与双缩脲试剂反应呈紫色。
【答案】　D
5．现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液各一瓶，可用双缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将它们鉴定出来。请回答：
(1)用试剂将上述4种溶液初步鉴定如下，请填充相应内容：

(2)区分发生显色反应一组溶液的方法及鉴定结果是_________。
【解析】　由于稀蛋清和淀粉酶溶液的本质是蛋白质，蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应，而葡萄糖和淀粉不与双缩脲试剂反应，所以可以用双缩脲试剂将4种溶液分为两组；葡萄糖属于还原糖，可与斐林试剂作用产生砖红色沉淀，而淀粉不能，所以可用斐林试剂将淀粉与葡萄糖分开；淀粉可被淀粉酶分解形成还原糖，还原糖可与斐林试剂反应产生砖红色沉淀，而稀蛋清无这一特性，所以可以用淀粉溶液和斐林试剂将稀蛋清和淀粉酶区分开。
【答案】　(1)
(2)将淀粉溶液分别与发生显色反应的两种溶液混合，一段时间后，用斐林试剂分别处理上述两种混合液，水浴加热后观察到无颜色变化的溶液是稀蛋清溶液，出现砖红色沉淀的溶液是淀粉酶溶液
1.种类与含量
组成生物体的化学元素常见的有20多种，各种元素的归属范围归纳如下：

(1)上述元素分类是指生物的整体概况，具体到某种生物时元素的归属可能不同。
(2)大量元素和微量元素都是组成生物体的必需元素。
(3)占细胞干重最多的元素是C，占细胞鲜重最多的元素是O；无论干重还是鲜重，C、H、O、N四种元素的含量最多。
2．统一性与差异性
(1)生物界与非生物界及不同生物之间在元素种类上具有统一性，而在元素含量上具有差异性。
(2)生物体的元素是生物根据自身生命活动的需要，有选择地从无机环境中吸收的，这体现了生物界与非生物界的统一性。
(3)生物直接或间接获得无机环境中元素的方式及元素在生物界与非生物界之间的循环运动：

3．主要作用
(1)维持机体的生命活动，如K＋可保持心肌正常的兴奋性。
(2)组成化合物，如糖类和脂肪由C、H、O三种元素组成，核酸由C、H、O、N、P五种元素组成，蛋白质由C、H、O、N等元素组成。
1．有关生物体细胞组成元素的叙述，错误的是(　　)
A．在不同生物的体细胞内，组成它们的化学元素种类大体相同
B．组成细胞的最基本元素是C
C．在同一生物的不同体细胞内，各种化学元素的含量相同
D．组成生物体细胞的化学元素，在无机自然界中都能找到
【解析】　不同生物的体细胞内和同一生物的不同体细胞内，各种化学元素的种类大体相同，含量有差别。
【答案】　C
4．在生产实践中的应用
(1)种子贮存前，晒干是为了减少自由水含量，降低种子的代谢速率，以延长寿命。
(2)越冬作物减少灌溉，可提高作物对低温的抗性。
2．(2010·广州调研)水在生物体内是一种良好的溶剂，是各种化学反应的介质。下列有关水的说法正确的是(　　)
A．水分减少是细胞癌变的基本特征之一
B．核糖体中进行的化学反应有水生成，水也是有氧呼吸的反应物和生成物
C．当人体缺水时，血浆的渗透压会降低，从而产生渴觉
D．构成生物膜的主要成分是蛋白质、磷脂和水
【解析】　水分减少是细胞衰老的基本特征之一，核糖体中进行的化学反应是氨基酸的脱水缩合。当人体缺水时，血浆的渗透压会升高，从而产生渴觉。构成生物膜的主要成分中没有水。
【答案】　B
3．(2011·金陵中学检测)用含32P的磷酸盐培养液培养动物细胞，一段时间后，细胞的结构及其化合物中不具有放射性的是(　　)
A．脱氧核糖　　　　　 B．核膜
C．ATP D．tRNA
【解析】　核膜上含有磷脂，ATP和tRNA中都含有磷酸。
【答案】　A
(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：
(3)蛋白质的检测
选材与制备：蛋清稀释液或豆浆滤液

结论：组织样液中存在蛋白质
4．根据“生物组织中可溶性还原糖、脂肪和蛋白质的鉴定”实验，回答下列问题：
(1)鉴定成熟苹果果肉中存在还原糖所用的试剂是______，该试剂与细胞内还原糖发生作用，形成________沉淀。
(2)在鉴定花生子叶中的脂肪的实验中，能将脂肪染成橘黄色的染液是________，用其染色时，冲洗浮色要用酒精，这是因为酒精________________。
(3)鉴定黄豆组织中存在蛋白质时，向组织液中加入双缩脲试剂A摇匀，再向样液中加入双缩脲试剂B摇匀。其中双缩脲试剂B的量只有4滴，而不能过量，为什么？
(4)本实验注意事项：①斐林试剂极不稳定，其甲液和乙液需______，使用时再临时混合均匀用于实验。②双缩脲试剂的使用，应先加试剂______，造成碱性环境，再加试剂________。③在可溶性还原糖的鉴定中，对试管中溶液加热时，试管底部不要触及________；试管口不要朝向_______________，以免溶液沸腾时冲出试管造成烫伤。
【解析】　本题考查“生物组织中可溶性还原糖、脂肪和蛋白质的鉴定”实验的操作和基本知识。(1)还原糖具有还原性，能将斐林试剂中的Cu2＋还原成Cu＋，生成Cu2O砖红色沉淀，所以可用斐林试剂鉴定还原糖的存在；(2)苏丹Ⅲ可将脂肪染成橘黄色。苏丹Ⅲ能溶解在酒精中，根据这一性质可用酒精洗去浮色，便于观察。(3)双缩脲试剂鉴定蛋白质的原理是蛋白质与双缩脲试剂反应形成紫色。若加入过量的双缩脲试剂B即CuSO4，CuSO4本身呈蓝色，与试剂A反应产生的Cu(OH)2也呈蓝色，会掩盖生成的紫色，影响实验结果的观察。
【答案】　 (1)斐林试剂　砖红色　(2)苏丹Ⅲ　能溶解苏丹Ⅲ　(3)过量的双缩脲试剂B会与试剂A反应，使溶液呈蓝色，而掩盖生成的紫色　(4)①分别配制、储存　②A液(0.1 g/mL NaOH溶液)　B液(0.01 g/mL CuSO4溶液)　③烧杯底部　实验者或其他人
2011年3月20日是第十九个“世界水日”，宣传的主题是“城市水资源管理”。水污染、水资源短缺导致的水危机日趋严重，研究表明，80%的疾病是由水污染引起的。下列有关人体内水的叙述，错误的是(　　)
A．水在细胞中以结合水和自由水形式存在
B．在胰岛素的合成过程中伴随着水的产生
C．人体衰老细胞中自由水含量减少，代谢缓慢
D．冬季，植物体内自由水含量相对增高，以增强植物的抗寒能力
【答案】　D
鸡的血液由血细胞和血浆组成，在血细胞中含有蛋白质，血浆中也含有蛋白质。请利用所学知识设计一个实验来证明血浆蛋白的存在。材料与仪器：新鲜鸡血，柠檬酸钠(可防止血液凝固)以及其他所需仪器与试剂。
(1)所采用的实验原理是_______________________。
(2)实验步骤：
第一步：取新鲜鸡血放入试管内并加入少量的柠檬酸钠。
第二步：_________________________________。
第三步：_________________________________。
(3)预期实验现象为_________________________，
可得出的实验结论为_______________________。
【解析】　此题考查蛋白质检测的应用，分析的思路流程如下：
①蛋白质检测试剂及显色反应→②排除血细胞的红色对显色结果的影响→③检测操作→④注意验证实验的结果。
【答案】　(1)蛋白质可与双缩脲试剂发生紫色反应　(2)第二步：将试管静置一段时间后，分离出上清液即血浆　第三步：将双缩脲试剂加入血浆中，观察溶液颜色变化　(3)出现紫色反应　血浆中含有血浆蛋白
课题2　实验材料的选取
在生物学实验中正确选择实验材料是实验成功的保证。我们学习过的很多科学家的经典实验如恩格尔曼实验、孟德尔实验和赫尔希和蔡斯实验等都巧妙地选择了实验材料。在教材中的学生实验中，实验材料的选择一定要科学合理。在还原性糖、脂肪和蛋白质的鉴定中选择的实验材料要注意两个方面：量多、色淡，实验材料的颜色不能影响显色反应的观察。观察有丝分裂选择根尖的分生区，观察减数分裂选择动物的精巢或植物的花药。提取细胞膜要选择哺乳动物的红细胞。观察细胞的质壁分离和质壁分离复原要选择含有紫色大液泡的紫色洋葱表皮细胞。
选择实验材料的基本要求是：①材料要符合实验的要求；②所选择的材料要容易获得；③实验材料不能对实验结果的观察产生干扰。
(2011·金陵中学检测)实验材料的选择关系到实验的成败，下列相关实验材料选择正确的是(　　)
A．苹果汁用于脂肪的鉴定实验
B．菠菜叶稍带些叶肉的下表皮用于观察线粒体
C．鸡的红细胞悬液用于观察动物细胞的有丝分裂
D．过氧化氢酶用于探究pH对酶活性的影响
【解析】　此题考查教材相关实验的材料的选择。苹果汁中脂肪含量极少，不适于脂肪的鉴定，脂肪的鉴定宜选用花生浆；菠菜叶肉细胞适于观察叶绿体，观察线粒体要用健那绿染色，绿色会掩盖蓝绿色的显色反应，观察线粒体应选人的口腔上皮细胞；鸡血细胞不分裂，观察动物细胞的有丝分裂宜选受精卵；探究pH对酶活性的影响的实验选用过氧化氢酶而不选
用淀粉酶，因为过氧化氢本身不受pH的影响，而淀粉在强酸强碱的作用下会水解。
【答案】　D
1．(2010·全国新课标卷)若要在普通显微镜下观察到质壁分离、RNA和脂肪，下列四组材料中应选择的一组是(　　)
A．水稻胚乳和花生子叶
B．天竺葵叶和水稻胚乳
C．紫色洋葱和花生子叶
D．天竺葵叶和紫色洋葱
【解析】　观察质壁分离时细胞一定要是活的，且细胞的细胞液中有一定的色素，便于观察液泡的颜色变化和大小变化，而水稻胚乳细胞是死细胞不能做质壁分离的材料；天竺葵叶片绿色较深，会干扰观察质壁分离；可用洋葱鳞片叶表皮细胞观察RNA的分布；二是水稻胚乳中主要含淀粉，含脂肪少，不便于观察脂肪。
【答案】　C
2．(2010·中山模拟)洋葱是生物学中较为常用的实验材料，下列有关叙述中不恰当的是(　　)
A．利用洋葱的根尖分生区细胞观察有丝分裂
B．利用洋葱的根尖成熟区细胞做低温诱导染色体加倍的实验
C．利用洋葱的鳞片叶观察细胞质壁分离及复原现象
D．利用洋葱的绿叶做叶绿体中色素的提取和分离实验
【解析】　做低温诱导染色体加倍的实验和观察有丝分裂需要用能进行分裂的材料，根尖成熟区细胞无分裂能力。
【答案】　B
1．(原创题)下列最符合自由水生理功能的是(　　)
A．与细胞内其他物质结合
B．细胞结构的组成成分
C．溶解、运输代谢物质
D．仅能溶解无机盐
【解析】　自由水是细胞内的良好溶剂，可溶解、运输代谢物质。
【答案】　C
2．(2011·烟台测试)现提供新配置的斐林试剂甲液(0.1 g/mL NaOH溶液)、乙液(0.05 g/mL CuSO4溶液)、蒸馏水，则充分利用上述试剂及必需的实验用具，能鉴别出下列哪些物质(　　)
①葡萄糖　②蔗糖　③胰蛋白酶　④DNA
A．只有①　　B．①和②　　C．①和③　　D．①和④
【解析】　用斐林试剂鉴别出葡萄糖，然后将0.05 g/mLCuSO4用蒸馏水稀释为0.01 g/mL CuSO4，鉴别出胰蛋白酶。
【答案】　C
3．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
【答案】　C
4．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。取适量小麦种子在20 ℃和30 ℃培养箱中培养4天后，做如下处理：
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
【解析】　丙试管中淀粉是非还原糖，试管中的颜色为斐林试剂的颜色；提取液中含有酶和麦芽糖及葡萄糖，30 ℃时的提取液中酶和还原糖的含量高于20 ℃时的提取液，因此甲试管中还原糖少于乙试管，甲呈浅砖红色，乙呈砖红色。
【答案】　D
5．人体肌细胞中可以以水作为反应物的生化反应有(　　)
①光合作用　②糖原水解　③呼吸作用　④氨基酸的脱水缩合　⑤H2O2的分解
A．②③ B．①②③ C．③⑤ D．①③④

【解析】　在叶绿体的基粒中光反应要分解水生成氧气和[H]，但肌细胞不能进行光合作用。核糖体中氨基酸的脱水缩合、H2O2的分解是产生水，而不需要水作为反应物。

【答案】　A
6．有人提出植物体除种子外，其他部位如根尖细胞中是否也有脂肪？有同学对此开展课题研究，假设你是其中的一员，请根据课题研究要求，回答以下问题：
(1)探究课题：洋葱的根尖细胞中是否含有脂肪。
(2)实验假设：___________________________________。
(3)材料用具：新鲜洋葱根尖、苏丹Ⅲ染液、体积分数为50%的乙醇溶液、蒸馏水、______________、刀片、培养皿、镊子、滴管等。
(4)方法步骤：
①选取新鲜的洋葱根尖并做徒手切片，选取2～3片最薄切片放置在载玻片的中央。
②______________________________________________。
③_______________________________________________。
④______________________________________________。
(5)预期结果与相应结论：
①_________________________________________________。
②______________________________________________。
【解析】　本实验为探究性实验，实验假设可有两种情况。实验材料和用具中必须使用显微镜，还要用到载玻片、盖玻片和吸水纸。实验步骤中注意染色和用酒精洗去浮色。
【答案】　(2)洋葱的根尖细胞中含有脂肪
(3)显微镜、载玻片、盖玻片、吸水纸
(4)②用滴管吸取苏丹Ⅲ染液对根尖切片进行染色3 min
③用吸水纸吸去染液，滴加体积分数为50%的乙醇溶液洗去浮色
④用吸水纸吸去根尖切片周围的乙醇溶液，滴上一滴蒸馏水，盖上盖玻片，在显微镜下观察
(5)①若在切片中看到被染成橘黄色的颗粒，则说明洋葱根尖细胞中含有脂肪(假设成立)
②若在切片中没有看到被染成橘黄色的颗粒，则说明洋葱根尖细胞中不含脂肪(假设不成立)