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。

(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－3；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－3/H2CO31．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。

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)2MgSO4KH2PO4KHCO3Fe(NO3)3H2O 含量(g) 1.0 0.25 0.25 0.12 0.005 1 000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 0.78B．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；组成细胞结构的重要成分③参与多种生物化学反应；④运送营养物质和代谢废物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PO3－4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－4/HPO2－4和H2CO3/HCO－3等调节并维持pH平衡。