2022-2023学年,人教版,,必修一,细胞中元素和化合物,教案【完整版】

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　 第 第 1 节

　细胞中的元素和化合物 [学习目标] 1.说出组成细胞的元素种类与含量，认同生命的物质性。2.通过检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，认同细胞由多种化合物组成。

　一、组成细胞的元素和化合物

　1．组成细胞的元素 (1)生物界和非生物界的统一性和差异性 ①统一性：从化学元素的种类分析，组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到。

　②差异性：从各种元素的相对含量分析，细胞与无机自然界大不相同。

　(2)种类：组成细胞的化学元素，常见的有 20 多种。

　(3)分类 ①大量元素(含量较多)：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg 等。

　②微量元素(含量很少)：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo 等。

　2．组成细胞的化合物 (1)元素存在形式：大多以化合物的形式存在。

　(2)种类及相对含量：水(70%～90%)、蛋白质(7%～10%)、糖类和核酸(1%～1.5%)、脂质(1%～2%)、无机盐(1%～1.5%)。

　判断正误 (1)组成地壳的元素在细胞中都能找到(

　) (2)细胞中含量很少的元素都是微量元素(

　) (3)大量元素和微量元素的划分依据是其发挥生理作用的大小(

　) (4)沙漠中的仙人掌细胞中含量最多的化合物是水(

　) 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√

　 组成细胞的元素和化合物 1．比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量(%)，回答问题：

　元素 地壳 细胞 O 48.6 65.0 Si 26.3 极少 C 0.087 18.0 N 0.03 3.0 H 0.76 10.0

　(1)组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能找到，说明了什么？ 提示 生物界和非生物界具有统一性。

　(2)细胞中的各元素含量和无机自然界中的含量大不相同，这说明了什么？ 提示 生物界和非生物界还具有差异性。

　(3)组成细胞的元素追根溯源来自无机自然界，为什么细胞内各种元素的比例与无机自然界的大不相同？ 提示 生物体是按照生命活动的需要，有选择地从无机自然界中获取元素。

　2．比较玉米细胞与人体细胞的部分元素及含量(干重，质量分数)，回答下列问题：

　元素 玉米细胞 人体细胞 O 44.43 14.62 C 43.57 55.99 H 6.24 7.46 N 1.46 9.33 K 0.92 1.09 Ca 0.23 4.67 P 0.20 3.11 Mg 0.18 0.16 S 0.17 0.78

　注：其他元素占细胞干重的质量分数总计小于 3%。

　(1)玉米细胞与人体细胞含量最多的元素种类是否相同，怎样解释这种现象？ 提示 在玉米细胞和人体细胞中含量最多的四种元素是一样的，都是 C、H、O、N。这是因为玉米和人都是生物，组成它们的主要成分都是水、糖类、脂质和蛋白质等物质，这些物质都含有 C、H、O，蛋白质中还含有大量的 N 元素。

　(2)细胞中有些元素含量很少，如在玉米细胞中，S 只有 0.17%、Mg 只有 0.18%，是否意味着这些元素并不重要？ 提示 细胞中有些元素含量虽然很少，但是却有重要作用，如很多蛋白质都含有 S，叶绿体中的叶绿素分子含有 Mg，如果缺少 S 或 Mg，细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素。

　(3)比较玉米与人体细胞元素种类与含量还可以得出哪些结论？ 提示 玉米细胞中氧元素的含量明显要高于人体细胞，而氮元素的含量明显又低于人体细胞，这说明玉米细胞和人体细胞中的不同有机物的含量有差别，如玉米细胞中的糖类要多一些，而人体细胞中的蛋白质的含量要多一些；钙元素的含量也有区别，这与玉米和人体的物质和结构组成有关。

　3．请尝试构建下列元素的包含关系图 自然界中的元素、组成细胞的元素、大量元素、微量元素、基本元素。

　提示

　4．根据教材 P 17 图 2－1 填空。

　(1)细胞内含量最多的无机化合物是水。细胞内含量最多的化合物是水。占细胞鲜重最多的化合物是水。占细胞鲜重 50%以上的化合物是水。沙漠植物细胞中含量最多的化合物是水。

　(2)细胞内含量最多的有机化合物是蛋白质。

　细胞内含量仅次于水的化合物是蛋白质。

　占细胞干重最多的化合物是蛋白质。

　占细胞干重 50%以上的化合物是蛋白质。

　5．根据已经掌握的知识分析，不同生物材料中富含有机物的成分不同，下面的生物材料中，富含糖类、脂肪、蛋白质的分别有①③⑥⑨、⑤⑦、②④⑧。

　①玉米种子 ②牛奶 ③甘蔗的茎 ④鸡蛋 ⑤花生种子 ⑥甜菜的块根 ⑦蓖麻种子

　⑧大豆种子 ⑨苹果

　1．元素的统一性和差异性

　2．组成细胞的元素种类

　(1)大量元素和微量元素的划分依据是元素的含量，一般以元素含量占生物总重量万分之一的比率为标准，而不是生理作用。

　(2)大量元素和微量元素都是生物体所必需的，但生物体内含有的元素不一定都是必需元素，如 Pb。

　3．组成细胞元素的主要作用 (1)维持生命活动：如 K＋ 可保持心肌正常兴奋性，硼(B)可促进花粉的萌发和花粉管的伸长。

　(2)组成化合物：如糖类、脂质和蛋白质中都含有 C、H、O 等元素。

　1．下图为元素在生物体内的含量分布情况，下列表述不正确的是(

　)

　A．Ⅰ 在非生物界中都能找到，体现了生物界与非生物界的统一性 B．Ⅱ 含量虽少，却是生物体正常生命活动不可缺少的 C．Ⅱ 和 Ⅲ 为生物体的必需元素，一旦缺乏就可能会导致相应的病症 D．P、S、K、Ca、Fe 属于大量元素 答案 D 解析 Fe 属于微量元素，D 错误。

　2.生命的物质基础是组成细胞的元素和化合物，下图中序号代表不同的化合物，面积不同代表含量不同，其中Ⅰ和Ⅱ代表两大类化合物。下列叙述正确的是(

　)

　A．若Ⅴ和Ⅵ分别代表蛋白质和脂质，则Ⅶ代表核酸 B．细胞干重和鲜重中含量最多的化合物分别是Ⅴ和Ⅲ C．医用的生理盐水和糖溶液中的溶质分别属于Ⅳ和Ⅴ D．上述物质中氧原子含量最高的化合物是Ⅱ

　答案 B 解析 根据题图可知，Ⅰ和Ⅱ分别代表无机化合物和有机化合物，若Ⅴ代表蛋白质，Ⅵ代表脂质，则Ⅶ应代表核酸和糖类，A 错误；在细胞干重中含量最多的化合物是蛋白质(Ⅴ)，在细胞鲜重中含量最多的化合物是水(Ⅲ)，B 正确；医用的生理盐水和糖溶液中的溶质分别是 NaCl和葡萄糖，它们分别属于Ⅳ(无机盐)、Ⅵ或Ⅶ(糖类)，而Ⅴ代表蛋白质，C 错误；水中的氧原子含量最高，因此，氧原子含量最高的化合物是Ⅲ，D 错误。

　二、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

　1．实验原理 (1)还原糖(葡萄糖、麦芽糖、果糖等)＋斐林试剂――→水浴加热砖红色沉淀。

　(2)脂肪＋苏丹Ⅲ染液→橘黄色。

　(3)蛋白质＋双缩脲试剂→紫色。

　2．实验流程 (1)还原糖的检测和观察

　(2)脂肪的检测和观察 制作子叶临时切片，用显微镜观察子叶细胞的着色情况(以花生为例)

　(3)蛋白质的检测和观察

　3．注意事项 (1)蛋白质检测时，双缩脲试剂的加入顺序：先加 A 液，再加 B 液，且 B 液不能过量。目的是先制造碱性环境。若先加 B 液或 B 液过量，会生成 Cu(OH) 2 ，干扰颜色反应。

　(2)在蛋白质检测实验中，需要将鸡蛋清稀释到一定程度，否则与双缩脲试剂发生反应后，会黏在试管的内壁上，反应不彻底，试管也不易刷洗。

　判断正误 (1)西瓜、番茄等都含有较多的糖，因此可用于还原糖的鉴定(

　) (2)甘蔗富含糖，是做还原糖鉴定的理想材料(

　) (3)非还原糖与斐林试剂混合后经水浴加热后的现象是溶液为无色(

　) 答案 (1)× (2)× (3)×

　实验检测试剂的比较 1．完善表格，总结斐林试剂和双缩脲试剂的异同。

　项目 斐林试剂 双缩脲试剂 成分相同 NaOH(甲液)和 CuSO 4 (乙液) NaOH(A 液)和 CuSO 4 (B 液) 浓度不同 0.1 g/mL 的 NaOH 溶液、0.05 g/mL 的 CuSO 4 溶液 0.1 g/mL 的 NaOH 溶液、0.01 g/mL 的CuSO 4 溶液 原理不同 新配制的 Cu(OH) 2 与加入的还原糖在水浴加热条件下，与醛基反应被还原生成砖红色的 Cu 2 O 沉淀 在碱性环境下的 Cu 2＋ 与“”结构发生反应，生成紫色络合物 用法不同 甲液和乙液等量混匀后立即使用 先加 A 液 1 mL，摇匀；再加 B 液 4滴，摇匀 使用条件 50～65 ℃温水浴加热 不需加热，摇匀即可 颜色反应 浅蓝色→棕色→砖红色(沉淀) 浅蓝色→紫色

　2.利用斐林试剂的甲液、乙液和蒸馏水能否检测蛋白质？为什么？

　提示 能。斐林试剂的甲液、乙液的成分分别与双缩脲试剂的 A 液、B 液相同，只是斐林试剂乙液的质量浓度比双缩脲试剂 B 液高，只需将斐林试剂的乙液用蒸馏水稀释即可。

　1．实验材料的选择 (1)所选材料应富含被检测的有机物，易出现明显的实验现象。

　(2)材料本身应为白色或近于白色，不干扰实验结果。

　2．三类有机物的检测在操作步骤上的差异 (1)唯一需要加热的——还原糖的检测，若不加热，则无砖红色沉淀出现。

　(2)唯一需要显微镜的——花生子叶切片脂肪的检测。

　(3)混合后加入的——斐林试剂；分别加入的——双缩脲试剂。

　3．易错警示 (1)易忽略斐林试剂本身的颜色 非还原糖(如蔗糖)＋斐林试剂水浴加热后的现象不是无色，而是浅蓝色[Cu(OH) 2 的颜色]。

　(2)误认为脂肪的检测必须使用显微镜 若要观察被染色的脂肪颗粒，则使用显微镜，但若只观察溶液颜色变化，则不必使用显微镜，可以在制备的组织样液中加入苏丹Ⅲ染液，观察溶液的颜色变化。

　3．下列关于实验操作步骤的叙述中，正确的是(

　) A．用于鉴定可溶性还原糖的斐林试剂甲液和乙液，可直接用于蛋白质的鉴定 B．鉴定可溶性还原糖时，要加入斐林试剂甲液后再加入乙液 C．脂肪的鉴定实验中需用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒 D．用于鉴定蛋白质的双缩脲试剂 A 液和 B 液，要混合均匀，再加入含样品的试管中，且现配现用 答案 C 解析 斐林试剂甲液和双缩脲试剂 A 液的成分及质量浓度都相同，斐林试剂乙液和双缩脲试剂 B 液的成分相同但质量浓度不同，因此用于鉴定可溶性还原糖的斐林试剂甲液和乙液不能直接用于蛋白质的鉴定，A 错误；用斐林试剂鉴定可溶性还原糖时，应将甲液和乙液等量混合均匀后再加入待测组织样液中，B 错误；用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，应先加 A 液，再滴加 B 液，D 错误。

　4．香蕉果实成熟过程中，果实中的储藏物不断代谢转化，香蕉逐渐变甜。图 A 中 Ⅰ、Ⅱ 两条曲线分别表示香蕉果实成熟过程中两种物质含量的变化趋势。取成熟到第 X 天和第 Y 天的等量香蕉果肉，分别加等量的蒸馏水制成提取液。然后在 a、b 试管中各加入 5 mL 第 X 天的提取液，在 c、d 试管中各加入 5 mL 第 Y 天的提取液，如图 B。请回答：

　 (1)在 a、c 试管中各加入等量碘液后，a 试管中溶液呈

　色，与 a 试管相比，c 试管中溶液的颜色更

　。图 A 中表示 a、c 两试管中被检测的物质含量变化趋势的曲线是

　。

　(2)在 b、d 试管中各加入等量斐林试剂，水浴加热后，b 试管中出现砖红色沉淀，与 b 试管相比，d 试管中溶液的颜色更

　，两试管中被检测的物质是

　，图 A 中表示这种物质含量变化趋势的曲线是

　。

　(3)如果要检测提取液中是否含有蛋白质，所用的试剂是

　，如果要检测提取液中是否含有脂肪，所用的试剂是

　。

　答案 (1)蓝 浅 Ⅰ (2)深 还原糖 Ⅱ (3)双缩脲试剂 苏丹Ⅲ染液 解析 (1)香蕉果实在成熟过程中，逐渐变甜，应是淀粉转化成了还原糖。由于 a、c 两试管中滴加的是碘液，故检测的是淀粉，两支试管中溶液都呈蓝色，且 c 试管中淀粉的含量少，所以与 a 试管相比，c 试管中溶液的颜色更浅。图 A 中表示淀粉含量变化趋势的曲线是 Ⅰ。(2)斐林试剂用于检测还原糖，d 试管中还原糖含量多，所以与 b 试管相比，d 试管中溶液的颜色更深。图 A 中表示还原糖含量变化趋势的曲线是 Ⅱ。(3)蛋白质可与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应。脂肪可用苏丹 Ⅲ 染液鉴定，染色后呈橘黄色。