資源簡介

第2章 組成細胞的分子
第1節　細胞中的元素和化合物
年級 高一年級 授課時間 1課時
課題 第1節　細胞中的元素和化合物
教材分析 由于生物科學的許多問題都是在細胞層次上尋求解答的，要深入闡明細胞生命活動的規律，必須要了解生物大分子的結構和功能，要從系統的角度來認識細胞，首先要了解細胞這個系統的物質組成，因此本章節內容是學習本模塊其它章節的基礎。通過本節內容的學習可以讓學生從組成細胞的元素和化合物的角度，了解細胞的物質組成，認同生命本質上是物質的，為形成生命的物質觀、樹立辯證唯物主義的世界觀打下基礎。同時使學生在微觀層面上了解生命的物質性和生物界的物質統一性,為后續學習進一步打下基礎。通過開展“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”的探究實踐活動，有助于發展學生的科學探究能力和實證意識，也促進學生更加認同“糖類、脂質與蛋白質等化合物參與組成了細胞”這一事實，為后續各節學習奠定基礎。
教學目標 1.說出組成細胞的元素都來自自然界但各元素相對含量又與無機環境不同。 2.說出組成細胞的大量元素和主要微量元素，說出組成細胞的化合物的主要種類。 3.嘗試檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質，進行實驗操作、觀察結果，基于實驗簡述組成細胞的物質的特殊性。
教學重、難點 1.教學重點 (1)組成細胞的主要元素和化合物。 (2)檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質。 2.教學難點 檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質。
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教學內容 教師活動 學生活動
引入新課 PPT展示情境 《中國居民膳食指南科學研究報告(2021)》中指出：受社會經濟發展水平不平衡、人口老齡化和不健康飲食生活方式等因素的影響，我國仍存在一些亟待解決的營養健康問題。 展示問題，學生探討： 1.什么是合理膳食？ 合理膳食是指一日三餐所提供的營養必須滿足人體的生長、發育和各種生理、體力活動的需要。合理飲食可以達到顯著減肥的目的。 2.合理膳食與細胞內的分子組成有什么聯系？ 細胞內的分子來源于食物中的營養物質 3.你能否結合自身情況及所處環境，為自己制作一個合理的“周進食計劃”并認真執行？ 食物多樣，谷類為主。 吃動平衡，健康體重。 多吃蔬果、奶類、大豆。 適量吃魚、禽、蛋、瘦肉。 少鹽少油，控糖限酒。 杜絕浪費，興新食尚。 通過學生對問題的探討，繼續提問：我們的食物主要來自植物，植物中的元素主要來自環境，植物中的元素與環境中的元素有哪些異同？ 探討我國仍存在一些亟待解決的營養健康問題，并對PPT展示的有關問題作出回答。
一、組成細胞的元素和化合物 組織學生以小組為單位，進行如下探究活動。 活動一:比較組成地殼和組成細胞(鮮重)部分元素的種類和含量，指導學生發現問題，進行交流。 1.比較組成地殼和組成細胞的部分元素的含量(%)，回答問題： (1)組成細胞的化學元素，在無機自然界中都能找到，說明了什么？ 生物界和非生物界具有統一性。 (2)細胞中的各種元素的相對含量與無機自然界的大不相同，這說明了什么？ 生物界和非生物界還具有差異性。 (3)組成細胞的元素追根溯源來自無機自然界，為什么細胞內各種元素的比例與無機自然界的大不相同？ 生物體是按照生命活動的需要，有選擇地從無機自然界獲取元素的。 活動二:比較組成玉米細胞和人體細胞的部分元素及含量，圍繞教材所提出的問題組織學生討論交流。 2.比較組成玉米細胞和人體細胞的部分元素及含量(干重，質量分數)，回答下列問題： (1)在玉米細胞和人體細胞中含量較多的四種元素一樣嗎 怎樣解釋這種現象 因為玉米和人都是生物，組成它們的主要成分都是水、糖類、脂質和蛋白質等物質，這些物質含有C、H、O,蛋白質中還含有大量的N元素。 (2)玉米細胞中氧元素的含量明顯要高于人體細胞，而氮元素的含量明顯又低于人體細胞，怎樣解釋這種現象 玉米細胞和人體細胞中的不同有機物的含量有差別，如玉米細胞中的糖類要多一些，而人體細胞中的蛋白質的含量要多一些。 (3)細胞中有些元素含量很少，如在玉米細胞中，s只有0.17%，Mg只有0.18%，是否意味著這些元素并不重要 細胞中有些元素含量雖然很少，但是卻有重要作用，如很多蛋白質都含有S，葉綠體中的葉綠素分子含有Mg,如果缺少S或Mg，細胞就不能合成這些蛋白質或葉綠素。 由上述元素的含量引出大量元素、微量元素。 1.組成細胞的元素 (1)生物界和非生物界的統一性和差異性 ①統一性:從化學元素的種類分析，組成細胞的化學元素，在無機自然界中都能夠找到。 ②差異性:從各種元素的相對含量分析，細胞與無機自然界大不相同。 (2)種類:組成細胞的化學元素，常見的有20多種。 (3)分類 ①大量元素(含量較多): 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。 引導學生構建自然界的組成元素、組成生物細胞的元素、大量元素、微量元素、含量較多元素等元素的關系圖。 核心歸納 在人體細胞中，鮮重時含量最多的元素是O ;干重時含量最多的元素是C。 拓展元素缺乏與疾病的相關性： 2.組成細胞的化合物 展示圖片，引導學生觀察，了解組成細胞的化合物種類。 引導學生分析餅圖，了解組成細胞的化合物的種類及相對含量。 得出共識： 細胞中含量最多的化合物是水， 含量最多的有機物是蛋白質， 干重中含量最多的化合物是蛋白質。 根據老師所提問題，分組討論。在與同學的交流中，認識到組成生物體的元素與組成地殼的元素有相似性又有區別。 分組討論并回答問題。在與同學的交流中，認識到玉米細胞和人體細胞中元素及其功能。 嘗試構建下列概念的包含關系圖。自然界中的元素、組成細胞的元素、大量元素、微量元素、基本元素。 對比組成人體細胞鮮重和干重的主要元素。 了解缺乏某些元素可能會引起某些疾病。 觀察了解組成細胞的化合物種類。 分析餅圖，得出共識 。
習題鞏固 1.(2023·吉林長春二中高一期末)如圖為元素在生物體內的含量分布情況，下列敘述錯誤的是 A.P、S、K、Ca、Zn屬于大量元素 B.Ⅰ在非生物界中都能找到，體現了生物界與非生物界的統一性 C.Ⅱ和Ⅲ為生物體的必需元素，一旦缺乏就可能會導致相應的病癥 D.Ⅱ含量雖少，卻是生物體正常生命活動不可缺少的 【答案】A 【解析】Zn屬于微量元素,A敘述錯誤; I是組成生物體的元素,在非生物界中都能找到,體現了生物界與非生物界的統一性，B敘述正確;大量元素和微量元素均為生物體的必需元素,一旦缺乏可能會導致相應的病癥,C敘述正確;微量元素在細胞內含量雖少,但卻是生物體正常生命活動不可缺少的,D敘述正確。 故選A。 2.生命的物質基礎是組成細胞的元素和化合物，如圖中序號代表不同的化合物，面積不同代表含量不同，其中Ⅰ和Ⅱ代表兩大類化合物。下列敘述正確的是 A.若Ⅴ和Ⅵ分別代表蛋白質和脂質，則Ⅶ代表核酸 B.細胞干重和鮮重中含量最多的化合物分別是Ⅴ和Ⅲ C.醫用的生理鹽水和糖溶液中的溶質分別屬于Ⅳ和Ⅴ D.上述物質中氧原子含量最高的化合物是Ⅴ 【答案】B 【解析】根據題圖可知，I和II分別代表無機物和有機物,若V代表蛋白質, VI代表脂質,則Ⅶ應代表核酸和糖類,A錯誤:在細胞干重中含量最多的化合物應為蛋白質(V ),鮮重中含量最多的化合物是水(Ⅲ),B正確;醫用的生理鹽水和糖溶液的溶質分別是NaCl和葡萄糖,它們分別屬于IV(無機鹽)、VI或Ⅶ (糖類),而V代表蛋白質,C錯誤;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錯誤。 故選B。 3.如圖1是細胞中化合物含量的扇形圖，圖2是有活性的細胞中元素含量的柱形圖，請分析: (1)若圖1表示細胞鮮重，則A、B化合物依次___________。 (2)若圖1表示細胞完全脫水后的化合物含量，則A化合物一定含的元素是________________。 (3)若圖2表示組成人體細胞的元素含量(占細胞鮮重的百分比),則a、b、c依次是__________。 【答案】(1)水、蛋白質 (2) C、H、O、N (3) O、C、H 【解析】(1)細胞鮮重中含量最多的是水，其次是蛋白質。根據扇形圖的比例可判斷正常細胞中A、B分別為水和蛋白質。 (2)完全脫水后細胞聽A為蛋白質，蛋白質一定含的元素是 C、H、O、N。 (3)圖2柱形圖比例代表有活性的細胞中元素含量，含量最多是O,其次是C,再次是H。 思考、討論回答問題，加深對組成細胞的元素和化合物的認識。
二、檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質 學生思考討論以下問題： 1.所有細胞中各種化合物的種類和含量都一樣嗎？ 2.根據你的生活經驗，說說哪些植物器官的細胞中富含糖類、脂質或蛋白質？ 講述物質鑒定類實驗的基本思路： 鑒定原理，實驗選材(要求:顏色淺或接近于淺色,富含某種有機物的材料),實驗流程。 指導學生選擇適當的材料進行相應的物質鑒定，閱讀教材熟悉實驗原理及實驗操作步驟： (1)還原糖(葡萄糖、麥芽糖、果糖等)＋斐林試劑→磚紅色沉淀。 (2)脂肪＋蘇丹Ⅲ染液→橘黃色。 (3)蛋白質＋雙縮脲試劑→紫色。 播放實驗操作視頻。 列表比較實驗結果： 總結歸納檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質實驗。 1.請學生完善表格，總結斐林試劑和雙縮脲試劑的異同 2.利用斐林試劑的甲液、乙液和蒸餾水能否檢測蛋白質？為什么？ 能。斐林試劑的甲液、乙液的成分分別與雙縮脲試劑的A液、B液相同，只是斐林試劑的乙液的質量濃度比雙縮脲試劑的B液高，只需將斐林試劑的乙液用蒸餾水稀釋即可。 3.鑒定可溶性還原糖的實驗材料是否可選擇西瓜、番茄、馬鈴薯、甘蔗組織樣液？ 不可以。西瓜和番茄組織樣液本身的顏色對于鑒定時的顏色反應起著掩蓋作用，導致實驗現象不明顯；馬鈴薯含淀粉，淀粉為非還原糖；甘蔗主要含蔗糖，為非還原糖。應選顏色為白色或近白色、富含葡萄糖、果糖或麥芽糖等還原糖的植物組織樣液，以蘋果、梨的勻漿最好。 相互討論，各抒己見。在討論中可能會存在異議，針對這些異議，思考如何來證明自己的預測結果的正確性。 熟悉實驗原理及實驗操作步驟。 觀看實驗視頻，了解實驗操作步驟。 針對剛才討論中有異議的材料，設計表格，組內分工協作，進行實驗。 根據實驗現象，圍繞思考題進行討論交流。 完善總結斐林試劑和雙縮脲試劑的異同的表格。 進一步分析斐林試劑的使用及可溶性還原糖的實驗材料的選擇。
習題鞏固 4.(2023·四川宜賓高一期末)某生物興趣小組對作物種子發育過程中有機物的積累及轉化進行動態監測。下列關于檢測方法及出現結果的敘述，不正確的是 A.小麥種子加水浸泡→用小刀縱切→在切面滴加碘液→依據被染成藍色檢測淀粉 B.甜玉米籽加水研磨→離心取上清液→加斐林試劑→觀察磚紅色沉淀檢測還原糖 C.花生種子切片→蘇丹Ⅲ染液染色→顯微鏡觀察細胞內被染成橘黃色的脂肪顆粒 D.雞蛋清加水攪拌→加NaOH溶液→再加CuSO4溶液→依據紫色反應檢測蛋白質 【答案】B 【解析】甜玉米籽中含有較多的還原糖，加水研磨后離心取上清液→加斐林試劑，通過水浴加熱后方可觀察磚紅色沉淀的有無，進而可檢測還原糖的存在，B錯誤。 5.NaOH溶液和CuSO4溶液可作為斐林試劑(甲液和乙液)檢測生物組織中的還原糖，也可作為雙縮脲試劑(A液和B液)檢測生物組織中的蛋白質。下列有關斐林試劑和雙縮脲試劑的敘述，錯誤的是 A.斐林試劑和雙縮脲試劑的使用方法不同 B.甲液和A液的濃度不同，乙液和B液的用量相同 C.還原糖的檢測需要加熱，蛋白質的檢測不需要加熱 D.斐林試劑檢測還原糖和雙縮脲試劑檢測蛋白質時反應呈現的顏色不同 【答案】B 【解析】A、斐林試劑和雙縮脲試劑的使用方法不同，斐林試劑的甲液和乙液需要先混合后加入，雙縮脲試劑需要先加A液，后滴加B液，A正確; B、甲液和A液都是濃度為0.1g/mL的NaOH溶液，乙液和B液的用量不同，B液的用量較少(4滴) ，B錯誤; C、還原糖的檢測需要水浴加熱至50~65℃，蛋白質的檢測不需要加熱，C正確; D、斐林試劑檢測還原糖時顏色呈磚紅色，雙縮脲試劑檢測蛋白質時顏色呈紫色，D正確。 故選B。 6．油菜種子成熟過程中部分有機物的變化如下圖所示。將不同成熟階段的種子制成勻漿后檢測，檢測結果正確的是 (　　) 【答案】C 【解析】第10d有可溶性糖，不排除有還原糖的可能，故加入斐林試劑，水浴加熱后可能出現磚紅色沉淀；種子中一定有蛋白質，加入雙縮脲試劑后會呈現紫色；第30 d種子中有脂肪，與蘇丹Ⅲ染液發生反應，呈現橘黃色；第40 d種子中無淀粉，加入碘液后不會呈現藍色。 思考、討論回答問題，加深對檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質實驗的了解。
課堂小結
板書設計 一、組成細胞的元素和化合物 1.組成細胞的元素和化合物 (1)生物界和非生物界的統一性和差異性 (2)種類：常見的有20多種 (3)分類 ①大量元素(含量較多)：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.組成細胞的化合物 (1)元素存在形式:大多以化合物的形式存在 (2)種類及相對含量 細胞中含量最多的化合物是水 細胞內含量最多的有機化合物是蛋白質 干重中含量最多的化合物是蛋白質。 二、 檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質 1.實驗原理 (1)還原糖(葡萄糖、麥芽糖、果糖等)＋斐林試劑→磚紅色沉淀。 (2)脂肪＋蘇丹Ⅲ染液→橘黃色。 (3)蛋白質＋雙縮脲試劑→紫色。 2.實驗步驟 3.實驗結果 4.實驗注意事項
課后練習 1. 基于對細胞元素組成、元素含量等的認識，判斷下列相關表述是否正確。 （1）細胞中不存在無機自然界沒有的特殊元素。（ ） （2）細胞中微量元素含量最少，作用也很微小。（ ） （3）不同種類的細胞其組成元素和化合物種類基本相同，但含量往往有一定的差異，這既體現了細胞的統一性，又反映了細胞的多樣性。（ ） 【答案】(1)√(2)×(3)√ 【解析】（1組成細胞中的元素在無機自然界中都能找到。 （2）細胞中微量元素含量雖少，但作用一樣重要。 （3）不同種類的細胞其組成元素和化合物種類基本相同，這體現了細胞的統一性，但含量往往有一定的差異，這反映了細胞的多樣性。 2.將下列試劑與相應的待測樣品、相應的實驗結果用線連接起來。 蘇丹Ⅲ染液 豆漿 磚紅色沉淀 斐林試劑 梨汁 橘黃色 雙縮脲試劑 花生子葉 紫色 【答案】 3.在下列有機化合物中，人體細胞內含量最多的一種是（ ） A.脂質 B.糖類 C.蛋白質 D.核酸 【答案】C 【解析】人體細胞內含量最多的是蛋白質。 4.科學家在研究生物體的化學成分時，發現組成生物體的元素在無機自然界中也都存在，這一事實主要說明（ ） A.生物來源于非生物 B.生物界與無機自然界具有統一性 C.生物界與無機自然界具有差異性 D.生物與非生物在元素組成上沒有區別 【答案】B 【解析】科學家在研究生物體的化學成分時，發現組成生物體的元素在非生物界中也都存在，這一事實主要說明生物界與非生物界具有統一性。無法證明生物與非生物沒有其它區別或生物來源于非生物，也不能證明生物界與非生物界具有差異，故選B。. 5.組成細胞的元素追根溯源來自無機環境，為什么細胞內各種元素的比例與無機環境的大不相同？ 雖然組成細胞的元素來自無機環境，但是構成細胞的主要元素C、H、O、N含量與無機環境差異很大，這與細胞內的有機化合物如糖類、脂質、蛋白質和核酸有關。 6.將細胞內含有的各種物質配齊，并按照它們在細胞中的比例放在一個試管中，能構成個生命系統嗎？為什么？ 不能。因為生命系統內部是一個嚴謹有序的結構，不是由物質隨意堆砌而成的。

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