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专题 02 细胞中的元素和无机物
【考纲解读】
【知识梳理】
1.组成细胞的元素和化合物
(1)组成细胞的元素
①大量元素:_______________________________。
微量元素:_________________________。
主要元素:_________________________。
基本元素:_________________________。
最基本元素:_________________________。
②生物界和非生物界在元素组成上的统一性和差异性
a.统一性的表现:________________________________________________________。
b.差异性的表现:____________________________________________________。
(2)细胞鲜重和干重中元素的含量不同
①占细胞鲜重百分比最多的是______。
②在细胞干重百分比中,最多的是______。
2.元素缺乏症状
B(硼)促进花粉萌发,花粉管伸长,缺硼会出现“__________”的现象;
Mg 是合成_________分子的必需元素。
Fe 是合成_________分子的必需元素。
3.组成细胞的化合物
考点分布 考纲要求 备考指南
组成细胞的元素和化合物
水和无机盐的作用
1.组成细胞的元素和化合物(Ⅰ)
2.水和无机盐的作用(Ⅰ)
明确细胞中化合物的种类和占比。
熟记大量元素和微量元素。
掌握各种有机物的元素组成。
掌握水的存在形式及作用。
明确无机盐作用及缺乏症2
有机化合物有__________________________________________。
无机化合物有__________________。
细胞中含量最高的化合物是______,细胞中含量最多的有机化合物是________。
4.细胞中的水的存在形式有_________和________。
自由水的作用有①细胞内良好的__________;
②参与许多生物__________;
③为细胞提供液体环境;
④运送____________和_____________。
5.细胞中的无机盐
细胞中无机盐的主要存在形式是_______形式。
无机盐的作用是①组成_______________;
②维持细胞和生物体的____________;
③对于维持细胞和生物体正常的_______、_________酸碱平衡非常重要。
【考点精讲】
1.组成细胞的元素和化合物
(1)组成细胞的元素
元素的来源、分类和存在形式
(2)生物界和非生物界在元素组成上的统一性和差异性
a.统一性的表现:组成生物体的元素在无机自然界中都能找到,在元素种类上具有统一性。
b.差异性的表现:同一种元素在生物界和非生物界中的含量差别很大。
(3)组成细胞的化合物3
(4)细胞鲜重和干重中元素与化合物的含量不同
①在组成细胞的元素中,占鲜重百分比:O>C>H>N;占干重百分比:C>O>N>H。
②在组成细胞的化合物中,占鲜重百分比:水>蛋白质>脂质>糖类,但在干重百分比中,蛋白质最多。
典例 1.(2019·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 C
B.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
【答案】B
【解析】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。
【思路点拨】
细胞中元素与化合物的种类及含量的扇形图和柱状图
①若图 1 表示组成人体活细胞的元素含量比例,则甲~丁依次是 O、C、H、N,但占人体细胞干重百分比最
高的元素是图 1 中的甲,其原因是人体细胞鲜重含量最多的化合物是 H2O,而干重含量最多的化合物是蛋白
质。
②若图 2 表示细胞干重中化合物的含量,则②为蛋白质,其标志性元素是图 1 中的丁,若按鲜重计②应为4
水。
③图 1 所示元素在非生物界中一定能(填“一定能”“一定不能”或“不一定能”)找到,这说明生物界和
非生物界具有统一性。
④C、H、N 三种元素在人体的化学成分中,质量分数共占 73%左右(占细胞干重的百分比),而在岩石圈的化
学成分中,质量分数不到 1%,这一事实说明生物界与非生物界具有差异性。
典例 2.(2019·河北正定中学期末)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.脂肪、核苷酸 D.纤维素、丙酮酸
【答案】D
【解析】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;性激素只含有 C、H、O,胰岛素含
有 C、H、O、N,B 错误;脂肪只含有 C、H、O,核苷酸含有 C、H、O、N、P,C 错误;纤维素和丙酮酸都只
含有 C、H、O,D 正确。
【规律方法】根据元素推测化合物的种类
2.细胞中的无机物
(1)细胞中的水
①自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系
自由水/结合水,比值高,细胞代谢旺盛,但抗旱、抗寒、抗热等抗逆性差;比值低,细胞代谢强度降低,
但抗旱、抗寒、抗热等抗逆性增强。
实例:衰老的细胞内水分含量减少,细胞萎缩,体积减小,细胞代谢速率减慢。
②归纳总结细胞中水的产生和利用
产生水 利用水5
①有氧呼吸第三阶段
②氨基酸脱水缩合
③多糖的合成
④DNA 的复制与转录
⑤ADP 形成 ATP
①多糖、蛋白质、脂肪、核酸的分解(水解)
②光反应中水的分解
③有氧呼吸第二阶段中水的利用
④ATP 的水解
(2)细胞中的无机盐
举例细胞中常见无机盐的作用及含量异常情况
无机盐 作用 含量异常
I- 甲状腺激素的组成成分 缺乏时患地方性甲状腺肿;婴、幼儿缺乏患呆小症
Fe2+ 血红蛋白的组成成分 缺乏时患缺铁性贫血
Ca2+ 降低神经系统的兴奋性
血钙过低时,会出现抽搐现象;血钙过高时,会患
肌无力
Mg2+ 叶绿素的组成成分 缺乏会导致叶片发黄
K+
促进植物体内淀粉的运输;
维持动物细胞内液的渗透压
缺乏时植物抗逆能力减弱,易受病害侵袭
Na+ 维持细胞外液的渗透压 缺乏会导致细胞外液渗透压下降
典例 1.(2019·南京校级一模)大多数无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用,下列相关叙述
正确的是( )
A.K+内流是神经纤维产生静息电位的主要原因
B.Mg2+参与叶绿素的合成而直接影响光合作用暗反应
C.I-参与组成的甲状腺激素有促进细胞代谢增加产热的作用
D.过量摄入钠盐会导致血浆中抗利尿激素含量降低
【答案】C
【解析】K+外流是神经纤维产生静息电位的主要原因;Mg2+参与叶绿素的合成而直接影响光合作用的光反
应;I-参与组成甲状腺激素,甲状腺激素具有促进细胞代谢增加产热的作用;过量摄入钠盐会导致细胞外
液渗透压升高,血浆中抗利尿激素含量升高。6
典例 2.(2017·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
【答案】C
【解析】草酸与食物中钙离子结合形成沉淀物不利于钙的吸收;铁是血红蛋白的组成成分,血红蛋白的主
要作用是运输 O2,缺铁会导致哺乳动物血液运输 O2 的能力下降;KH2PO4 不是能源物质,不能为生物体提供
能量;燃烧过程中有机物被分解,剩下的是无机物。
【解题思路】该选项考查的是生物知识与生活的联系,同时需结合化学知识:草酸与食物中钙离子结合形
成沉淀物不利于吸收。生活小知识中常说的小葱拌豆腐不利于钙的吸收,也是这个道理。考生往往一看到
“不利于”这类绝对化的词语就盲目判定选项错误而导致误选。
典例 3.(2014·四川高考)生物体的生命活动离不开水。下列关于水的叙述,错误的是( )
A.在最基本生命系统中,H2O 有自由水和结合水两种存在形式
B.由氨基酸形成多肽链时,生成物 H2O 中的氢来自氨基和羧基
C.有氧呼吸时,生成物 H2O 中的氢来自线粒体中丙酮酸的分解
D.H2O 在光下分解,产生的[H]将固定的 CO2 还原成(CH2O)
【答案】C
【解析】水在最基本的生命系统中有两种存在形式:自由水和结合水;在氨基酸脱水缩合形成多肽链的过
程中,生成物 H2O 中的两个氢原子分别来自两个氨基酸中的氨基和羧基;有氧呼吸第三阶段,O2 与第一阶段
葡萄糖分解产生的[H]和第二阶段丙酮酸分解产生的[H]结合形成 H2O,同时释放出大量能量。线粒体中丙酮
酸的分解要利用 H2O,产生 CO2;光合作用的光反应阶段发生在叶绿体类囊体薄膜上,H2O 在光下被分解成 O2
和[H],[H]可将叶绿体基质中暗反应固定的 CO2 还原成(CH2O)。
【思路点拨】7
本题结合细胞代谢考查细胞中水的存在形式、产生和利用,解题的关键是明确光合作用、细胞呼吸和脱水
缩合等与水有关的代谢过程。
【知识拓展】
小麦幼苗的正常生长需要多种无机盐,你如何设计实验证明某种无机盐 A 是否为幼苗生长所必需的?
请写出实验思路,并根据实验结果作出判断。
提示:对照组将小麦幼苗培养在完全培养液中,小麦幼苗正常生长;实验组将小麦幼苗培养在缺 A 的完全
培养液中,若小麦幼苗正常生长,说明无机盐 A 不是幼苗生长所必需的无机盐,若小麦幼苗不正常生长,
加入无机盐 A 后又恢复正常生长,说明无机盐 A 是小麦幼苗生长所必需的无机盐。
对照法探究植物生长必需的无机盐
1.实验目的:探究无机盐 X 是否是植物生长发育所必需的。
2.实验设计
3.实验中的对照
(1)空白对照Error!
(2)自身对照Error!
对照实验的类型及实验组、对照组的确认
空白对照 对照组为自然状态下不作处理的对象组,实验组为施加实验变量处理的对象组
自身对照 实验处理前的对象组为对照组,实验处理后的对象组为实验组
相互对照
不单设对照组,而是几个实验组相互对照。如“影响酶活性的条件”的实验中,
探究温度对酶活性的影响时,要用热水、正常温度的水、冰水三个实验组来探
究温度对酶活性的影响,进行相互对照,以得出相应的实验结论
条件对照 即给对象施加某种实验处理,虽不是检验假设需要的,但更能充分说明实验变8
量的对照。例如,在动物激素饲喂小动物的实验方案中,饲喂甲状腺激素的为
实验组;饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组;不饲喂药剂的是空白对照组
实验相关说明:
(1)实验中应保证实验材料的统一性,即材料的种类、生长状况等相同。
(2)实验组加入 X 的目的是二次对照,使实验组前后对照,以增强说服力。
(3)该方案也可用于检测某种矿质元素是否是植物正常生长的必需元素。
【真题&模拟速递】
1.(2019·六安模拟)显微镜下分别观察小麦的叶肉细胞和干种子的胚细胞,发现叶肉细胞的细胞质中有明
显的细胞质流动现象,而胚细胞则无此现象,原因是( )
A.叶肉细胞是活细胞,而胚细胞是死细胞
B.叶肉细胞中有自由水,胚细胞中没有自由水
C.叶肉细胞中自由水与结合水的比值大
D.胚细胞中自由水与结合水的比值大
【答案】C
【解析】休眠细胞仍是活细胞,种子在晒干的过程中,自由水大量蒸发,胚细胞中自由水含量较少,结合
水的相对比值增大,细胞代谢不活跃,所以细胞质流动不明显。
2.(2019·徐州高三检测)研究发现,冬小麦在秋冬受低温袭击时,呼吸速率先升高后降低;持续的冷害使
根生长迟缓,吸收能力下降,但细胞内可溶性糖的含量有明显的提高。下列推断错误的是( )
A.冷害初期呼吸作用先增强,有利于抵御寒冷
B.持续低温使线粒体内氧化酶活性减弱,直接影响可溶性糖合成淀粉
C.低温时细胞内结合水的比例上升,有利于适应低温环境
D.低温使根细胞呼吸减弱,吸收矿质营养能力下降
【答案】B
【解析】冷害初期呼吸作用增强,产热量增加,有利于抵御寒冷;可溶性糖合成淀粉过程需要能量,而持
续低温使线粒体内氧化酶活性减弱,影响 ATP 的合成,从而间接影响可溶性糖合成淀粉;低温使细胞内结
合水含量升高,自由水含量降低,以适应低温环境,增强抗寒性;低温使酶活性降低,根细胞呼吸减弱,
根细胞吸收矿质营养的方式是主动运输,需要消耗能量,因此低温下根吸收矿质营养能力下降。
3.(2014·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一9
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
【答案】D
【解析】A、植物体内的自由水能自由移动对于营养物质的运输具有重要作用,故 A 选项正确;
B、细胞中的结合水是细胞结构的重要组成成分,故 B 选项正确;
C、自由水可以参与细胞内的许多化学反应,故 C 选项正确;
D、同种植物萌发种子的含水量比眠种子的含水量高,故 D 选项错误.
4.(2019·新余模拟)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,但是在细胞中的存在形式不同
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形式存在
D.点燃后产生的 CO2 中的 C 只来自种子中的糖类
【答案】A
【解析】图中④是自由水,⑤是结合水,两者在细胞中存在形式不同,A 正确;①晒干的种子能萌发形成幼
苗,②烘干的种子不能萌发形成幼苗,B 错误;③是无机盐,在生物体内主要以离子形式存在,C 错误;点
燃后产生的 CO2 中的 C 来自种子中的有机物,D 错误。
5.(2019·湖南四校联考)互花米草是一种沿海滩涂草本盐沼植物,对水淹的生态环境有很强适应能力。下
图中甲、乙两条曲线分别表示互花米草体内自由水与结合水的比值、K+吸收速率与潮汐水淹时间的关系。
下列叙述中,正确的是( )
A.在进行水淹处理时,实验用水应为自来水
B.互花米草在水淹时间为 3 h/d 的环境下,抗逆性最强
C.水淹时间为 24 h/d 的互花米草长势最差的主要原因是光
D.随水淹时间延长,K+吸收速率逐渐下降,主要与细胞膜上载体数量不足有关
【答案】B
【解析】本实验所选植物互花米草是一种沿海滩涂草本盐沼植物,为保证实验结果的可靠性,实验中选用10
的水应为采样地点的海水,能更好地模拟植物的生存环境,A 错误;自由水与结合水比值的大小与细胞代谢
旺盛程度和抗逆性有关,自由水与结合水比值越大,细胞代谢越旺盛,抗逆性越低,从图中信息可知,互
花米草在水淹时间为 3 h/d 的环境下,抗逆性最强,B 正确;在水淹时间为 24 h/d 时,植物因缺氧而长时间
进行无氧呼吸积累酒精,酒精会对细胞产生毒害作用,从而影响长势,C 错误;由图中曲线可知,随水淹时
间的延长,K+吸收速率逐渐下降,主要与植物水淹后进行无氧呼吸供能不足有关,D 错误。
6.(2018·全国卷Ⅰ,3)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述,错误的是( )
A.在酸性土壤中,小麦可吸收利用土壤中的 N2 和 NO
B.农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C.土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D.给玉米施肥过多时,会因根系水分外流引起“烧苗”现象
【答案】A
【解析】在酸性土壤中,小麦不能吸收利用土壤中的 N2,A 错误;农田适时松土可以增加土壤中的氧气,
增强农作物根系的有氧呼吸,有利于农作物根细胞通过主动运输的方式对矿质元素进行吸收,B 正确;土壤
微生物可以将秸秆中的有机物分解成无机离子等,植物的根系能吸收这些无机离子用于生命活动,C 正确;
给玉米施肥过多时,土壤渗透压升高,当其高于玉米根的细胞液渗透压时,玉米会因根系水分外流而出现
“烧苗”现象,D 正确。
7.(2013·海南卷,1)关于生物体内有机化合物所含元素的叙述,错误的是( )
A.叶绿素含有镁元素 B.血红蛋白含有铁元素
C.脱氧核糖含有磷元素 D.胰岛素含有碳元素
【答案】C
【解析】脱氧核糖属五碳糖仅由 C、H、O 三种元素组成。
8、(2018·南通模拟)下列关于细胞中元素和化合物的描述,正确的是( )
A.脂肪酸与吲哚乙酸的元素组成相同
B.RNA 分子携带大量遗传信息,是绝大多数真核生物的遗传物质
C.与糖类相比,脂肪中 C 的比率较高,C 是活细胞中含量最多的元素
D.蛋白质是活细胞中含量最多的生物大分子,是生命活动的主要承担者
【答案】D
【解析】脂肪酸的元素组成是 C、H、O,吲哚乙酸的元素组成是 C、H、O、N,二者的元素组成不同;只有
少数病毒的遗传物质是 RNA,真核生物和原核生物的遗传物质均为 DNA;活细胞中含量最多的元素是 O。
9、(2019·淄博五中检测)如图是构成细胞的某些化合物的元素组成情况,下列对甲、乙、丙所表示的物质11
及其所能表现的生理功能推测错误的是( )
A.甲可能是叶绿素,能吸收光能进行光合作用
B.乙可能是血红蛋白,有运输氧的作用
C.丙可能是磷脂,是细胞膜的主要成分
D.若植物培养液中缺微量元素 Mg,将导致叶片发黄
【答案】D
【解析】叶绿素中含有 Mg,所以甲可能是叶绿素,能吸收光能进行光合作用;血红蛋白中含有 Fe,所以乙
可能是血红蛋白,有运输氧的作用;磷脂含有的元素是 C、H、O、N、P,所以丙可能是磷脂,是组成细胞膜
的主要成分;Mg 属于大量元素,植物缺 Mg 将导致叶片发黄。10、(2019·成都七中检测)下列关于组成生物
的元素和化合物的说法,正确的是( )
A.细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要
B.生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同
C.细胞中的无机盐多以化合物形式存在
D.植物缺乏 N 和 Mg,将导致叶绿素不能合成,叶片颜色变黄
【答案】D
【解析】组成细胞的微量元素的含量极少,但其作用不可缺少,如缺乏则可能会导致相应的疾病,A 错误;
生物界与非生物界在元素含量上具有差异性,B 错误;细胞中的无机盐多以离子形式存在,C 错误;N 和 Mg
都是组成叶绿素的元素,缺少 N 和 Mg 会影响叶绿素的合成而使叶片发黄,D 正确。
11、(2019·潍坊期末)下列有关水和矿质元素的叙述,错误的是( )
A.矿质元素是细胞内生物大分子的必需组成成分
B.休眠的种子和越冬植物体内,自由水与结合水的比值相对较低
C.合理施肥可提高农作物光合作用速率,从而提高产量
D.水是植物体光合作用和呼吸作用的原料,许多有机物的合成与分解均有水的参与
【答案】A
【解析】多糖中不含有矿质元素。
12、(2018·海南卷,6)将水稻幼苗培养在含 MgSO4 的培养液中,一段时间后,发现营养液中 Mg2+和 SO42-的
含量下降,下列叙述不合理的是( )12
A.Mg2+通过自由扩散进入根细胞
B.MgSO4 必须溶解在水中才能被根吸收
C.根吸收的 Mg2+可以参与叶绿素的形成
D.降低温度会影响水稻根系对 Mg2+的吸收
【答案】A
【解析】无机盐离子通过主动运输进入根细胞,A 错误;土壤中的无机盐必需溶解在水中才能被根吸收,B
正确;Mg 是合成叶绿素的必需元素,C 正确;温度能影响细胞膜的流动性,也会影响到细胞呼吸相关酶的
活性,进而影响物质跨膜运输的速率,影响水稻根系对 Mg2+的吸收,D 正确。
13、(2019 潍坊模拟)下列关于元素和无机盐与人体健康的描述,正确的是( )
A.细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要
B.缺乏 P 时,细胞中磷脂、核酸、ATP 等的合成就会受影响
C.细胞外液渗透压的 90%以上来自 Ca2+,血液中 Ca2+太低会抽搐
D.甲状腺激素含 I、血红蛋白含 Fe 说明无机盐在细胞内主要以化合物的形式存在
【答案】B
【解析】细胞中的微量元素含量极少,但其和大量元素同等重要,A 错误;ATP、DNA、RNA、磷脂等物质都
含 P,因此缺 P 时这些物质的合成都会受影响,B 正确;细胞外液渗透压的 90%以上来自 Na+、Cl-,C 错
误;甲状腺激素含 I、血红蛋白含 Fe,说明无机盐是细胞中某些复杂化合物的重要组成成分,而无机盐在
细胞内主要以离子的形式存在,D 错误。
14、(2018·合肥调研)生物体的生命活动离不开水。下列关于真核细胞中水的叙述,错误的是( )
A.细胞吸收水分是被动运输
B.由氨基酸形成多肽链时,生成物 H2O 中的氢来自氨基和羧基
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.H2O 在光下分解,产生的[H]会进入叶绿体基质
【答案】C
【解析】水分子进出细胞的方式为自由扩散或通过水通道蛋白的协助扩散,属于被动运输,A 正确;氨基酸
脱水缩合形成多肽时,生成物水中的氢分别来自两个氨基酸分子的氨基和羧基,B 正确;有氧呼吸过程中,
生成物水中的氢来自第一、二阶段葡萄糖、丙酮酸的分解,C 错误;光合作用中光反应产生的[H]进入叶绿
体基质中参与暗反应,D 正确。
15、(2019·济南模拟)某科研团队用含有各种必需元素的溶液培养大麦幼苗。实验分两组:甲组在光下,13
乙组在黑暗中,48 小时后测定水分的消耗量和几种离子的浓度变化。表中各离子的数据为实验结束时,溶
液中离子的浓度占实验开始时浓度的百分比。
实验条件
水分的消耗
量(mL)
Ca2+(%) K+(%) Mg2+(%)
甲组 1 070 128 27 184
乙组 425 103 35 115
请回答:
(1)甲组幼苗细胞中能够消耗水并伴随着[H]和 ATP 产生的场所有____________________,细胞产生的一部
分 ATP 可用于通过________方式吸收无机盐离子的过程。
(2)48 小时后,乙组幼苗的鲜重增加,干重下降。原因是
_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(3)从吸收离子的比例上看,大麦幼苗吸收各种离子的速率是不同的,其中对________的吸收速率最大,造
成这种结果的原因主要与细胞膜上运输相关离子的________有关。
【答案】(1)类囊体薄膜和线粒体基质 主动运输
(2)幼苗吸收了大量的水分和无机盐,所以鲜重增加;幼苗不能进行光合作用,只进行呼吸作用消耗了大量
有机物,所以干重下降
(3)K+ 载体蛋白数量
【解析】光合作用的光反应和有氧呼吸的第三阶段能产生[H]和 ATP,所以能够消耗水并伴随着[H]和 ATP 产
生的场所有类囊体薄膜和线粒体基质;无机盐大都通过主动运输的方式进行吸收,少数通过协助扩散的方
式运输,如果需要能量,则一定是主动运输。48 小时后,乙组幼苗的鲜重增加,干重下降。原因是幼苗吸
收了大量的水分和无机盐,所以鲜重增加;幼苗不能进行光合作用,只进行呼吸作用消耗了大量有机物,
所以干重下降。离子的吸收速率主要与载体数量和能量有关。