第3课时　细胞中的元素和化合物

[目标导读]　1.结合教材P₁₆～₁₇图文，了解组成细胞的化学元素的分类和含量。2.分析教材P₁₇各类化合物含量的比较分析表，了解细胞中主要化合物的种类及含量。3.通过教材P_18～19实验分析，尝试设计检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的实验。

[重难点击]　1.组成细胞的化学元素的分类及含量。2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。

一　组成细胞的元素

阅读教材P_16～17，结合下面的材料，分析回答相关问题。

1.组成细胞的元素种类

材料一　细胞中常见的化学元素有20多种，这些元素在无机自然界都能找到，表1为地壳和人体中含量较多的元素的比较表，表2为人体和玉米所含元素占细胞干重的质量分数(%)。

表1

表2

(1)由表1可以看出

①组成生物体内的任何一种元素都可以在无机自然界找到，说明生物界和非生物界具有统一性。

②同一种元素在人体细胞中的含量与地壳中的含量不同，这体现了生物界和非生物界的差异性。

(2)由表2可得出结论

①不同生物体内所含元素种类基本相同；不同生物体内每种化学元素的含量不同。

②同一生物体内不同化学元素的含量不同，其中C、H、O、N四种元素所占比例较大。

(3)通常我们把含量占万分之一以上的元素称作大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，含量在万分之一以下的元素称作微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。

材料二　几十年前，新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱，有的甚至发黄枯萎，即使使用了大量的N、P、K肥也无济于事，后来，人们偶然发现牧场内的一小片牧草长得十分茂盛，原来，这一片“绿洲”的附近有一座钼矿，矿工每天上下班总是抄近路走，他们的鞋子踩过的地方，牧草绿油油的，经过科学家的化验和分析，一公顷牧草只需150克钼就足够了。

(4)钼属于微量元素。

(5)由材料二分析，钼虽然含量少，但是对生物体具有重要的作用，不可缺少。

2.组成细胞的元素含量

如图为组成人体细胞的主要元素占鲜重和干重的比例图，据图分析回答问题。

(1)只考虑4种元素，在鲜重条件下细胞中含量最多的元素是O，其次是C、H、N；在干重条件下，细胞中含量最多的元素是C，其次是O、N、H。

(2)无论在鲜重还是干重条件下，细胞中都有并且含量最多的元素是C、H、O、N、P、S六种，它们被称作组成细胞的主要元素。C、H、O、N四种元素被称作构成化合物和细胞结构的基本元素。C是构成细胞的最基本元素。

(3)生物体内含有的元素不是大量元素就是微量元素吗？大量元素、微量元素都是必需的元素吗？

答案　生物体内含有的元素有些既不是大量元素也不是微量元素。无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，如果不是生物体必需的元素，不管含量高低，都不是大量元素或者微量元素。

归纳提炼

活学活用

1.判断组成细胞的元素的正误。

(1)生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同(　　)

(2)C是细胞中最基本的元素(　　)

(3)组成人体细胞的主要元素是C、H、O、N、P、S(　　)

(4)细胞中常见元素有C、H、O、N等20多种(　　)

(5)Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元素(　　)

(6)在同一生物的不同体细胞内，各种化学元素的含量相同(　　)

(7)由于微量元素含量很少，即使缺少了，也不会影响生物体的生命活动(　　)

答案　(1) ×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×

解析　不同生物的体细胞内组成它们的化学元素种类大体相同，但含量有差异，同一生物体的不同体细胞内，各种化学元素的含量不同，种类相似。如红细胞中铁元素较表皮细胞多。微量元素是生命活动必需的元素。

二　组成细胞的化合物

组成细胞的元素大多以化合物的形式存在，下图表示细胞中主要化合物的含量，结合该图分析回答下列问题。

1.由上图可知，鲜细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有机化合物是蛋白质，含量最多的无机化合物是水。水是生命之源，生命活动缺少了水就无法进行。

2.如果是在干细胞中，含量最多的化合物是蛋白质，含量最多的有机化合物是蛋白质。蛋白质是组成生物体的重要物质，在生命活动中起重要作用。

3.有机化合物和无机化合物的区别主要看它们的分子组成中是否有碳元素。例如糖类是有机化合物，由碳、氢、氧三种元素组成；水是无机化合物，由氢、氧两种元素组成。

4.不同生物材料中富含有机物的成分不同，请把下面的生物材料进行分类：富含糖类 ；富含脂肪 ；富含蛋白质 。

①玉米种子　②牛奶　③甘蔗的茎　④鸡蛋　⑤花生种子

⑥甜菜的根　⑦蓖麻种子　⑧大豆种子　⑨苹果

答案　①③⑥⑨　⑤⑦　②④⑧

归纳提炼

活学活用

2.判断下列叙述的正误。

(1)生活在沙漠中的仙人掌细胞中，各种化合物占细胞鲜重的含量由多到少的排列顺序是蛋白质、糖类、脂质、水(　　)

(2)细胞中绝大多数元素以化合物的形式存在(　　)

(3)有机化合物对活细胞重要，无机化合物对活细胞不重要(　　)

(4)人体的肌肉细胞中含量最多的物质与过度肥胖者的脂肪细胞中含量最多的物质分别是蛋白质、脂肪(　　)

答案　(1)×　(2) √　(3)×　(4)×

解析　(1)无论是生活在沙漠中，还是在海洋中，所有活细胞中含量最多的化合物都是水。蛋白质是细胞内含量最多的有机化合物，或者说是细胞干重中含量最多的化合物，再次是脂质，糖类和核酸所占比例更小。(3)细胞中的化合物对细胞来说都重要，如缺铁影响红细胞运输氧的功能，进而影响生命活动。(4)人体的肌肉细胞中含量最多的物质与过度肥胖者的脂肪细胞中含量最多的物质都是水。

三　检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

不同生物组织中化合物的种类和数量有一定的差别，我们可以利用某些特殊的显色反应进行检测，请结合教材P_18～19实验进行分析。

1.实验原理

(1)还原糖(葡萄糖、麦芽糖、果糖等)＋斐林试剂―――→砖红色沉淀。

(2)脂肪＋苏丹Ⅲ(Ⅳ)染液→橘黄(红)色。

(3)蛋白质＋双缩脲试剂→紫色。

(4)淀粉＋碘液→蓝色。

2.实验材料的选择

本实验是显色反应，因此选择实验材料时有两个要求：一是要富含待检测的化合物；二是要颜色较浅(无色或白色最佳)。根据此要求，对提供的材料进行选择和分类：

①苹果　②花生种子　③豆汁　④梨　⑤鸡蛋清　⑥甘蔗汁　⑦马铃薯匀浆　⑧芝麻种子　⑨西瓜汁　⑩花生种子匀浆

(1)适合还原糖检测的有①④。

(2)适合脂肪检测的有②⑩。

(3)适合蛋白质检测的有③⑤。

(4)适合淀粉检测的有⑦。

3.完成下面的实验步骤

(1)还原糖的检测和观察

(2)脂肪的检测和观察(以花生为例)

方法一：花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅲ染液→橘黄色。

方法二：制作子叶临时切片，用显微镜观察子叶细胞的着色情况。

(3)蛋白质的检测和观察

(4)淀粉的检测和观察

4.实验讨论

(1)斐林试剂和双缩脲试剂的比较

(2)还原糖和蛋白质鉴定中出现的颜色变化及原因

①用斐林试剂鉴定还原糖的实验：因加入的斐林试剂中含Cu^2＋，故溶液变成浅蓝色，加热后，部分Cu^2＋被还原为砖红色的Cu₂O，因二者混合故呈现棕色，随着反应的继续进行，Cu(OH)₂被全部还原为Cu₂O，故出现砖红色沉淀。

②用双缩脲试剂鉴定蛋白质的实验：加入双缩脲试剂A液，溶液为无色；加入双缩脲试剂B液，因含有Cu(OH)₂，故呈现浅蓝色，振荡均匀后，因为反应的进行，出现紫色的络合物。

5. 实践应用

(1)糖尿病患者尿液中含有葡萄糖，肾炎患者尿液中一般含有蛋白质，这两种疾病可以分别用斐林试剂和双缩脲试剂来检测。

(2)脱脂淡奶粉中不含糖类和脂肪，受到老年人的喜爱，要检验某种脱脂淡奶粉是否合格，可能用到哪些试剂？

答案　符合要求的脱脂淡奶粉应该无糖和脂肪，因此要用到斐林试剂和苏丹Ⅲ(Ⅳ)染液；同时还应该含有丰富的蛋白质，要用双缩脲试剂来检测。

归纳提炼

三类有机物检测在操作步骤上的差异

(1)唯一需要加热——还原糖鉴定，且必须水浴加热，不能用酒精灯直接加热。若不加热，则无砖红色沉淀出现。

(2)唯一需要显微镜——脂肪鉴定。

(3)混合均匀后加入——斐林试剂；分别加入——双缩脲试剂(先加A液，后加B液，且B液不能过量)。两者成分相同，但CuSO₄的浓度不同，所以不能混用。

活学活用

3.分析下表，可推测(　　)

注：“＋”显色；“＋＋”显色更深；“－”不显色。

A.甲溶液含有淀粉 B.乙溶液含有还原糖

C.混合溶液不含淀粉 D.混合溶液含有淀粉酶

问题导析　(1)根据颜色反应，甲溶液中含有蛋白质，不含淀粉、还原糖。

(2)乙溶液中含有淀粉，不含蛋白质、还原糖。

(3)甲、乙混合溶液中含有蛋白质、淀粉、还原糖。

答案　D

解析　双缩脲试剂、碘液、斐林试剂分别用于检测蛋白质、淀粉和还原糖。根据实验结果可知：甲溶液中含有蛋白质，不含淀粉，A项错误；乙溶液中含有淀粉，不含还原糖，B项错误；混合溶液遇碘呈蓝色，说明混合溶液中含有淀粉，C项错误；甲、乙混合后淀粉含量减少并产生了还原糖，说明甲溶液中的淀粉酶将淀粉部分水解产生了还原糖，D项正确。

当堂检测

1.细胞内含量最多的有机化合物和化合物分别是(　　)

A.蛋白质、水 B.蛋白质、无机盐

C.核酸、水 D.脂质、水

答案　A

2.在细胞内含量极少，但对维持生命活动是必不可少的元素有(　　)

A.Fe、Mn、Zn、Mg B.Zn、Cu、Mg、Ca

C.Zn、Cu、B、Mn D.Mg、Mn、Cu、Mo

答案　C

解析　组成生物体的大量元素和微量元素都是维持生命活动必不可少的，其中大量元素含量多，主要包括C、H、O、N、Mg、P、Ca、S、K；而微量元素含量少，主要包括Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo。

3.在新榨取的梨汁中，加入斐林试剂，加热后出现砖红色沉淀；将成熟的花生种子的子叶做成临时切片，用苏丹Ⅲ染液染色后在显微镜下观察，可看到橘黄色的颗粒；向新鲜豆浆中加入双缩脲试剂后，豆浆呈紫色；向马铃薯匀浆中滴加碘液呈现蓝色。上述实验现象证明梨汁、花生种子的子叶、豆浆和马铃薯中主要含有的有机物依次是(　　)

A.葡萄糖、蛋白质、脂肪、淀粉

B.糖类、蛋白质、淀粉、脂肪

C.淀粉、脂肪、蛋白质、淀粉

D.还原糖、脂肪、蛋白质、淀粉

答案　D

解析　根据题意可推知，上述实验现象证明梨汁、花生种子的子叶、豆浆和马铃薯中主要含有的有机物依次是：还原糖、脂肪、蛋白质、淀粉。

4.如图所示是组成细胞的主要元素及其比例(占细胞鲜重的百分比)。根据图示信息回答下列问题：

(1)构成细胞的主要元素有 。

(2)组成生物体的最基本元素占细胞鲜重的 。

(3)S元素主要存在于有机化合物 中。

(4)O元素在细胞鲜重中所占比例最大，为什么不是最基本元素？

。

(5)O、H、N三种化学元素在细胞鲜重中所占比例是 ，而这3种元素在组成岩石圈的化学成分中，质量分数还不到1%，这个事实说明了 。

答案　(1)C、H、O、N、P、S　(2)18%　(3)蛋白质

(4)O元素虽然占细胞鲜重有65%，但由于组成细胞的化合物中含量占85～90%的是H₂O，H₂O中的O元素的质量分数很高，若去掉H₂O，在干重中，C占比例最大，所以C是最基本元素，而O不是　(5)78%　生物界与非生物界具有差异性

40分钟课时作业

基础过关

知识点一　细胞中的元素

1.下列关于组成细胞的微量元素的说法中，不正确的是(　　)

A.通常指生物体生命活动所必需的，但需要量却很少的一些元素

B.生物体中可以有，也可以没有的一些元素

C.微量元素是细胞维持正常生命活动不可缺少的元素

D.Cu、Zn、Mo等元素是细胞内的微量元素

答案　B

解析　微量元素是指细胞内含量在万分之一以下的元素，含量虽少，但在生命活动中是不可缺少的，主要包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。

2.研究表明缺硒可导致克山病。克山病是一种地方性心肌病，急重症病人可发生猝死。营养学和流行病学界专家认为，成人每天硒的摄取量约在40～100 μg就可满足人体需要。根据资料，下列解释不正确的是(　　)

A.硒是人体必需的化学元素

B.硒在人体生长发育过程中的作用不可替代

C.硒的作用重大，只要有了硒，人体就能正常生长发育

D.硒是人体必需的微量元素

答案　C

解析　人体生长发育需要各种大量元素和微量元素，而不是只要有了硒，人体就能正常生长发育。

知识点二　细胞中的化合物

3.大海中的水母、海带，陆地上的蜥蜴、小草等都是生物，都是由细胞构成的。这些生物细胞中含量最多的有机物是(　　)

A.水分 B.蛋白质

C.脂质 D.糖类

答案　B

解析　生物细胞中含量最多的化合物是水分，占细胞的85～90%。构成生物细胞的有机物中，含量最多的是蛋白质，占细胞的7～10%，其次是脂质。

4.原产于热带非洲地区的光棍树，树形奇特，无刺无叶，它茎干中的白色乳汁可以制取“石油”。光棍树细胞中含量最多的化合物是(　　)

A.水 B.脂质

C.蛋白质 D.糖类

答案　A

5.如 图表示细胞中各种化合物或主要元素占细胞鲜重的含量，以下按①②③④顺序排列正确的是(　　)

A.蛋白质、水、脂质、糖类，C、O、H、N

B.蛋白质、糖类、脂质、水，N、H、O、C

C.水、蛋白质、脂质、糖类，H、O、N、C

D.水、蛋白质、糖类、脂质，N、H、C、O

答案　A

解析　本题的解题突破口在②上，若表示化合物，则②为水；若表示元素，则②为氧。

知识点三　检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

6.青苹果汁遇碘溶液呈蓝色，熟苹果汁能与斐林试剂发生反应，这说明(　　)

A.青苹果汁中含淀粉，不含糖类

B.熟苹果汁中含糖类，不含淀粉

C.苹果转熟时，淀粉水解为葡萄糖

D.苹果转熟时，葡萄糖聚合成淀粉

答案　C

解析　青苹果汁遇碘溶液呈蓝色，说明含有淀粉，淀粉是一种多糖。而熟苹果汁能与斐林试剂发生反应，说明含有还原糖，但不能说明不含淀粉。还原糖在植物细胞中常见的有葡萄糖、麦芽糖等，而淀粉不具有还原性，所以在苹果转熟时，淀粉水解为单糖——葡萄糖。

7.下列哪组试剂在使用过程中，必须经过加热(　　)

A.斐林试剂鉴定还原糖的过程中

B.苏丹Ⅳ染液在鉴定动物组织中的脂肪时

C.双缩脲试剂鉴定蛋白质时

D.碘液鉴定淀粉时

答案　A

解析　斐林试剂与还原糖在水浴加热的情况下可发生颜色反应。

8.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的颜色反应如下表，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(　　)

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

答案　A

解析　碘液用于检验淀粉的存在，其颜色反应为蓝色；苏丹Ⅲ染液用于检验脂肪的存在，其颜色反应为橘黄色；双缩脲试剂用于检验蛋白质的存在，其颜色反应为紫色。分析表格可知，甲种子中主要含淀粉，乙种子中主要含脂肪，丙种子中主要含蛋白质。在脂肪的切片法鉴定实验中需要用光学显微镜进行观察。

能力提升

9.近日，小军同学的不良反应引起了父母的担忧：感冒频繁，口腔溃疡反复发作，伤口不易愈合，食欲不振，免疫力低下。比起同龄儿童，小军身体偏矮，偏瘦。去医院后，经检查发现血清中锌的含量过低。对上述材料的解释，不正确的是(　　)

A.锌是人体必需的化学元素

B.锌在人体的生长发育过程中的作用不容替代

C.锌是人体必需的微量元素

D.锌的作用极大，只要有锌，人就能正常生长

答案　D

解析　这道题给我们一个情景，最终给我们点明是因为缺锌造成的。我们知道Zn是微量元素，含量少但不能缺少。答案D的说法太绝对，因为生物体包含很多元素，并且功能各不相同。

10.嫩肉粉的配方为2%木瓜蛋白酶、15%葡萄糖、2%味精及食盐等。某课外活动兴趣小组要对市场上售卖的一种嫩肉粉设计实验进行检测，检测其中是否含有蛋白酶，你认为应该选择的材料和试剂是(　　)

A.淀粉溶液、苏丹Ⅲ染液

B.清水、斐林试剂

C.蛋清溶液、双缩脲试剂

D.清水、双缩脲试剂

答案　D

解析　蛋白酶的化学本质是蛋白质，因此检测蛋白酶的存在与否时应把嫩肉粉溶解于水中并用双缩脲试剂直接检测即可。

11.一位农民种植的某块农田小麦产量总是比邻近地块的低。他怀疑该农田可能是缺少某种元素，为此将该块肥力均匀的农田分成面积相等的五小块，进行田间实验。除施肥不同外，其他田间处理措施相同。实验结果如表所示：

从表中可判断，该农田最可能缺少的元素是(　　)

A.K B.N C.P D.S

答案　A

解析　由表中数据可知，在施用磷酸二氢钾后，小麦收获量明显增加，磷酸二氢钾含有P、O、H、K等元素，通过其他组可知，在施用含P、O、H的肥料后小麦并没有明显增产。故该农田可能缺少K元素。

12.下列关于实验操作步骤的叙述中，正确的是(　　)

A.用于鉴定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.脂肪的鉴定需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的颗粒

C.鉴定还原糖时，要先加入斐林试剂甲液摇匀后再加入乙液

D.用于鉴定蛋白质的双缩脲试剂A液与B液要混合均匀后，再加入含样品的试管中，且必须现用现配

答案　B

解析　斐林试剂与双缩脲试剂所用溶质相同，且所用氢氧化钠溶液的浓度相同，但二者所用的硫酸铜溶液的浓度不同。而脂肪的鉴定中，由于脂肪颗粒小且分散在细胞中，所以需要借助显微镜才能观察到。鉴定还原糖时，甲、乙液要现配现用，等量混合均匀后加入；而鉴定蛋白质时要先加A液，再加B液。

13.鉴定蛋白质时，事先留出一些黄豆组织样液，主要目的是(　　)

A.重复两次，结果准确

B.与加入双缩脲试剂后的颜色作对照

C.再用于还原糖的鉴定

D.失败后还可重做

答案　B

解析　留出样液的主要目的是作对照。

14.下面是用于无土栽培的一种培养液配方，据表回答下列问题。

(1)该配方中属于植物所需的大量元素是 ，微量元素是 。

(2)该配方中组成细胞的基本元素是 。用该培养液栽培植物，组成生物体的最基本元素的来源是 。

(3)如果用该培养液栽培番茄，该配方中明显缺乏的微量元素是 。

答案　(1)H、O、N、P、S、K、Ca、Mg　Fe、Cl　(2)H、O、N　空气中的CO₂　(3)Mn、Zn、Cu、B、Mo等

15.某校生物兴趣小组的同学计划运用所学的知识来鉴定糖尿病患者的尿液，指导教师为培养同学们的科学实验态度，提供了以下材料用具，并要求同学们先写出此实验的设计方案。

材料用具：双缩脲试剂A，双缩脲试剂B，斐林试剂甲液，斐林试剂乙液，苏丹Ⅲ染液，试管3支，量筒3支，烧杯，酒精灯，铁架台，石棉网，清水，尿液样品2瓶(已知其中有一瓶是健康者的尿液，但两瓶均未贴标签)。

以下是小王同学根据老师要求和以上实验材料用具设计的实验方案，其中有些未完成，请你帮他补充。

实验目的：验证糖尿病患者的尿液中含有还原糖。

实验步骤：

(1)取样：用2支量筒分别从两瓶尿样中各取2 mL，分别注入2支试管内。

(2)取试剂：

。

(3)样品与试剂混合：

。

(4)水浴加热：将两支试管用酒精灯隔水加热，观察颜色变化。

(5)预计实验结果：

。

结果分析：

。

答案　(2)用量筒先量取1 mL斐林试剂甲液，倒入一支空试管中，清洗量筒后，再取1 mL斐林试剂乙液，倒入装有斐林试剂甲液的试管中，充分振荡混合　(3)将已配好的斐林试剂均分后，分别倒入装有等量尿液的两支试管内，充分振荡混合　(5)预计实验结果：一支试管中出现砖红色沉淀，另一支无反应　结果分析：出现砖红色沉淀的是糖尿病患者的尿液，因为尿液中含有还原糖，与斐林试剂反应生成砖红色沉淀；无反应的是健康者的尿液，在实验中起对照作用

解析　糖尿病患者的尿液中含有葡萄糖，可以用斐林试剂进行检验，斐林试剂要现配现用，实验还需要加热。

个性拓展

16.某小组对大豆种子萌发过程中蛋白质含量变化进行了研究(如图)，请填充实验原理；判断实验步骤中画线部分是否正确，并更正错误之处；写出实验结果。

(1)实验原理：蛋白质 ，其颜色深浅与蛋白质含量成正比。

(2)实验步骤：

①将三份等量大豆种子分别萌发1、5、9天后取出，各加入适量蒸馏水，研碎、提取、定容后离心得到蛋白质制备液。

②取3支试管，编号1、2、3，分别加入等量的萌发1、5、9天的蛋白质制备液。

③在上述试管中各加入等量的双缩脲试剂A液和B液(按比例配制)的混合液(用a表示)，振荡均匀后，在沸水浴中加热观察颜色变化(用b表示)。

a：

。

b：

。

(3)实验结果： 。

答案　(1)与双缩脲试剂作用产生紫色反应　(2)a.前面画线的内容错。更正：取双缩脲试剂A液1 mL，摇匀后，再加入双缩脲试剂B液4滴　b.后面的画线内容也错。更正：不加热或直接观察　(3)1、2、3号试管中颜色依次加深

解析　(1)蛋白质与双缩脲试剂作用产生紫色反应，紫色越深说明蛋白质含量越多。(2)双缩脲试剂A液和B液不能同时加入，因为先加NaOH溶液(A液)可以为Cu^2＋(B液)与蛋白质反应提供一个碱性环境。若A、B液同时加入，会导致Cu^2＋变成Cu(OH)₂沉淀而失效。(3)结合图中曲线可以看出，随着萌发天数的增加，蛋白质含量增多。