生物元素含量解析

第一章 第一節

一、選擇題

1．下列有關組成生物體化學元素的論述，正確的是?

A．組成生物體和組成無機自然界的化學元素中，碳元素的含量最多

B．人、動物與植物所含的化學元素的種類差異很大

C．組成生物體的化學元素在無機自然界都可以找到

D．不同生物體內各種化學元素的含量比例基本相似

答案：C

2.如上圖所示細胞中各種化合物或主要元素佔細胞鮮重的含量，以下按①②③④順序排列正確的是?

A．水、蛋白質、糖類、脂質；N、H、O、C

B．蛋白質、糖類、脂質、水；O、C、N、H

C．水、蛋白質、脂質、糖類；H、O、C、N

D．蛋白質、水、脂質、糖類；C、O、H、N

答案：D

3．2011·鄭州模擬?北京地區種植的大白菜於秋末冬初收穫?在立冬日砍收白菜?。人們發現，收穫的大白菜外部葉片的鈣元素含量遠遠高於菜心，菜心的氮元素含量卻遠遠高於外部葉片，而肥沃的菜園土富含各種礦質營養。對此現象合理的解釋是?

A．大白菜生長後期的氣溫偏低

B．北方的土壤氮元素含量比鈣元素高

C．鈣在植物體內可被不同器官重複利用

D．氮在植物體內形成穩定的化合物

解析：由題幹北京地區種植的大白菜在立冬日砍收，可推測大白菜生長後期的氣溫偏低，A正確；由收穫的大白菜外部葉片的鈣元素含量高於菜心，外部葉片的氮元素含量低於菜心可知，鈣在植物體內不能被不同器官重複利用，氮可被重複利用，不形成穩定化合物，C、D錯誤；又因為肥沃的菜園土富含各種礦質營養，推出B錯誤。

答案：A

4．關於生物體內水和無機鹽的敘述，不正確的是?

A．體內參與運輸營養物質和代謝廢物的水是自由水

B．某些無機鹽是組成ATP、RNA和纖維素的必需成分

C．生物體內無機鹽濃度的大小會影響細胞的吸水或失水

D．自由水與結合水的比例隨生物個體代謝的強弱而變化

解析：纖維素是一種多糖，只由C、H、O三種元素組成，不含無機鹽。

答案：B

5．在高等植物細胞中有兩種大量元素，澱粉中不含有，但核酸中含有。關於這兩種元素的相關敘述，錯誤的是?

A．這兩種元素是構成生物膜、ATP和染色體的組成元素

B．其中一種施用過多時會造成農作物倒伏，另一種與植物糖類合成和運輸有關

C．青少年對這兩種元素的攝入量要大於排出量

D．在只缺乏這兩種元素的培養液中培養正常植株，首先表現出缺素症的是老葉

答案：B

6.根據上表，得出的正確結論是?

A．如果它們分別是動物和植物，則甲是動物，乙是植物

B．等質量的組織中，甲所含的熱量少於乙

C．兩者體細胞中，乙的染色體和基因比甲多

D．兩者的含水量比較，可推測甲比乙多

解析：考查元素和化合物的組成及功能。甲乙的元素組成中，甲中氧多，乙中N、P、S較多。分析可推測，甲中糖多，乙中蛋白質較多；等質量的生物組織中，糖氧化分解釋放熱量少，如他們分別代表動、植物，則甲為植物，乙為動物。

答案：B

7．2013·廣安診斷?下列有關細胞中各種化學成分的敘述，錯誤的是?

A．如果測得某種有機物分子的主要元素組成及含量分別是：C為92.393%，N為

2.745%，O為3.518%，H為1.214%，S為0.006%，Fe為0.006%，則該物質最可能是蛋白質

B．在一個細胞中有機物的含量是不變的，無機物的含量變化比較大，特別是水的含量變化很大

C．無論鮮重還是乾重，組成細胞的元素中C、H、O、N的含量最多

D．假定一個細胞含水量保持不變，適當提高溫度會使結合水與自由水之比減小

解析：隨著新陳代謝的進行，一個細胞中有機物和無機物的含量都是變化的；A項，有機物分子的元素組成主要為C、H、O、N，故最可能是蛋白質；C項，C、H、O、N四種元素在組成生物體的元素中含量最多；D項，適當提高溫度，細胞酶的活性增強，新陳代謝旺盛，自由水相對增多，使結合水與自由水之比減小。

答案：B

8．2013·衡水中學調研?關於構成生物體的元素的敘述中，正確的是??

①大量元素B能促進花粉的萌發和花粉管的伸長②人體內血鈉含量過低，會引起心肌的自動節律異常，甚至導致心律失常③落葉與正常葉相比Ca和Mg的含量基本不變④氧元素是組成生物體的基本元素之一⑤氮元素是光合作用過程中各種酶的成分，施氮肥過多時會造成農作物倒伏⑥Mg是葉綠素的成分，糖類運輸到塊莖、種子等器官中需要＋K

A．①②④⑤⑥ B．①④⑤⑥

C．④⑤⑥ D．①②③④⑤⑥

解析：本題考查組成生物體的化學元素的種類和作用。B屬於微量元素；血鉀含量過低引起心肌的自動節律異常，甚至導致心律失常；落葉與正常葉相比Ca的含量基本不變，Mg的含量減少。

答案：C

9．植物在冬季來臨過程中，隨著氣溫的逐漸降低，體內發生了一系列適應低溫的生理生化變化，抗寒力逐漸增強。下圖為冬小麥在不同時期含水量和呼吸速率變化關係圖。請根據圖推斷以下有關說法中，錯誤的是?

A．冬季來臨過程中，自由水明顯減少是呼吸速率下降的主要原因

B．結合水與自由水含量的比值，與植物的抗寒性呈現明顯的正相關

C．隨著氣溫和土壤溫度的下降，根系的吸水量減少，組織的含水量下降

D．隨溫度的緩慢降低，植物的呼吸作用逐漸減弱，有利於減少有機物的消耗

解析：從橫座標分析，9～12月溫度降低，而細胞中含水量曲線呈逐漸下降趨勢。植物吸水的主要動力是蒸騰作用，隨著溫度降低，植物的蒸騰作用減弱，使植物體的水分減少，加上溫度降低，使新陳代謝減弱，自由水與結合水的比例減小，植物的抗逆性增強。但呼吸速率下降的主要原因是由於溫度過低導致酶活性降低。

答案：A

10．無機鹽離子對細胞和生物體生命活動的維持均具重要作用，下列相關內容對應正確的是?

＋＋①細胞外液滲透壓—K②細胞內液滲透壓—Na③甲狀腺激素—I④血紅蛋白

＋＋—Fe3⑤類胡蘿蔔素—Mg2

A．①③⑤ B．③④⑤

C．③⑤ D．③

＋＋解析：K與維持細胞內液滲透壓有關；Na與維持細胞外液滲透壓有關；參與構成

＋＋血紅蛋白的應為Fe2；Mg2參與葉綠素的組成而不是類胡蘿蔔素。

答案：D

11．2009年3月22日是第十七屆“世界水日”，宣傳的主題是“跨界水——共享的水，共享的機遇”。水汙染、水資源短缺導致的水危機日趨嚴重，研究表明，80%的疾病是由水汙染引起的。下列有關人體內水的敘述，錯誤的是?

A．水在病變細胞中以結合水和自由水形式存在

B．在胰島素的合成過程中伴隨著水的產生

C．人體衰老細胞中自由水含量減少，代謝緩慢

D．冬季，植物體內自由水含量相對增高，以增強植物的抗寒能力

解析：冬季，植物體內結合水含量相對增高，以增強抗寒能力，細胞中水有自由水和結合水兩種，衰老細胞中自由水含量下降。

答案：D

12．2011·冀州中學期中?組成生物體的化學元素，在生物體中起重要作用，下列有關光合作用中幾種元素的作用，敘述正確的是?

A．P是構成ATP的必需元素，光合作用中光反應和暗反應過程中有ATP的合成

B．C是組成碳水化合物的基本元素，在光合作用中CO2形成?CH2O

C．N是葉綠素的組成成分，缺乏N植物就不能進行光合作用

D．O是構成有機物的基本元素之一，光合作用製造的有機物中的氧來自H2O

解析：本題考查生物體內化學元素的生理作用，解答時可以通過“元素→化合物→生理作用”這條主線進行推導。P參與光反應中ATP、NADPH的合成，光合作用的暗反應過程沒有ATP的合成；C參與糖類的合成，在暗反應中，CO2形成?CH2O；N是葉綠素的組成成分，缺乏N，植物的光合作用下降；O參與光合作用中有機物的合成，但有機物中的氧來自於CO2。

答案：B

一、組成細胞的元素

注意：（1）大量元素和微量元素的劃分依據是含量，而不是生理作用的大小。無論是大量元素還是微量元素，都是生物體必需的元素。

（2）細胞鮮重含量最多的元素是O，細胞乾重含量最多的元素是C。

（3）碳是最基本元素不是因為乾重含量最多，而是因為碳易構成基本骨架，是大分子物質形成的基礎。

2、存在形式：主要以化合物的形式存在。

3、元素的生理作用

（1）組成細胞的化合物

(2)元素影響生命活動

N：是構成蛋白質、核酸等物質的主要元素，能促進植物的細胞分裂。植物缺氮時葉片發黃。

P：是構成核酸、磷脂、ATP、NADPH等物質的重要元素。缺磷時葉片暗綠，並出現紫色。

K：提高神經系統興奮性，維持細胞內液滲透壓。人體缺鉀，心律失常。K在植物體內可促進光合作用中糖類的合成和運輸。Ca：是牙齒、骨骼的組成元素。Ca可調節肌肉收縮，血鈣過高會造成肌無力，血鈣過低會引起抽搐。人體缺鈣，兒童患佝僂病，成年人患骨質疏鬆症。

S：構成蛋白質的重要元素。

Mg：是葉綠素的主要成分。缺鎂，植物的葉片發黃。

Fe：是血紅蛋白的主要成分。人體缺鐵會患缺鐵性貧血症。

B：促進花粉的萌發和花粉管的伸長，有利於受精作用順利進行。缺硼，花葯和花絲萎縮，花粉發育不良，造成“花而不實”。I：甲狀腺激素的合成原料。成年人缺碘時，患地方性甲狀腺腫。

4、生物界與非生物界的統一性和差異性

二、組成細胞的'化合物

組成細胞的化合物分為無機化合物和有機化合物，含量最多的無機化合物是水，含量最多的有機化合物是蛋白質

①是細胞和生物體中含量最多的物質(如精瘦肉中的水，沙漠植物中的水)。

②含水量：水生＞陸生、幼年＞成年＞老年、代謝旺盛＞代謝緩慢、幼嫩細胞＞衰老細胞。

注意：(1)水的存在形式與器官形態的關係

心肌和血液總的含水量差不多，但心肌呈固態，血液呈液態，原因是二者自由水和結合水的比例不同。

(2)水的存在形式與代謝的關係

若細胞內自由水比例升高，則代謝旺盛，反之，結合水比例升高代謝緩慢。如：種子萌發時，先要吸收大量的水分，以增加自由水的含量，並加快代謝速度。

(3)水的存在形式與抗寒性的關係

結合水不參與代謝作用，但結合水的相對含量與植物的抗寒性有關。如：秋冬季節，蒸騰作用減弱，植物吸水減少，結合水相對含量升高，因結合水不易結冰和蒸騰，從而使植物抗寒性加強。

(4)水的存在形式與溫度的關係

在活細胞內，受溫度的影響，自由水和結合水可相互轉化，具體轉化如下：

自由水結合水

一般情況，適當升高溫度時，自由水含量將升高，反之，自由水含量降低，結合水增多。

細胞內水分變化

①環境惡化——自由水↓，結合水↑。

②細胞衰老——自由水↓，結合水↑。

③生命活動增強——自由水↑，結合水↓

(5)種子與水的關係

①種子晒乾時減少的為自由水，但仍能保持生命活性，仍能萌發；試管加熱或炒熟則喪失結合水，種子死亡不萌發；種子萌發吸水主要是增多自由水，代謝加強，呼吸作用加快。

②不同種子親水能力不同，大豆(主要含蛋白質)>小麥、玉米、大米(主要含澱粉)>花生(主要含脂肪)。

生物體內水的代謝圖解

2．無機鹽及其生理作用

（1）主要以離子形式存在

（2）生理作用

①是細胞的結構成分。（見前面元素）

②參與並維持生物體的代謝活動。如哺乳動物血液中鈣鹽的含量過低就會出現抽搐。③維持生物體內的平衡

A、滲透壓的平衡：Na對細胞外液滲透壓起重要作用，K則對細胞內液滲透壓起決定作用。

B、酸鹼平衡(即pH平衡)：如人血漿中HCO3-、HPO42-等的調節。

（3）生物體內無機鹽生理功能的實驗驗證

(1)對照組：

植物＋完全培養液?→正常生長

(2)實驗組：＋＋

注意：

①實驗中應保證實驗材料的統一性，即材料的種類、生長狀況等。

②實驗組加入X鹽的目的是二次對照，使實驗組前後對照，以增強說服力。

生物體的化學元素及其作用

存在於生物體（植物和動物）內的元素大致可分為：

（1）必需元素，按其在體內的含量不同，又分為常量元素和微量元素；

（2）非必需元素；

（3）有毒（有害）元素。

人體內大約含30多種元素，其中有11種為常量元素，如C，H，O，N，S，P，Cl，Ca，Mg，Na，K等，約佔99.95％，其餘的0.05％為微量元素或超微量元素。

必需元素是指下列幾類元素：

（1）生命過程的某一環節（一個或一組反應）需要該元素的參與，即該元素存在於所有健康的組織中；

（2）生物體具有主動攝入並調節其體內分佈和水平的元素；

（3）存在於體內的生物活性化合物的有關元素；

（4）缺乏該元素時會引起生化生理變化，當補充後即能恢復。

哪些是構成人體的必需元素？19世紀初，化學家開始分析有機化合物，清楚地認識到活組織主要由C，H，O和N四種元素組成。僅這四種元素就約佔人體體重的96％。此外，體內還有少量P。將人體內這五種元素的化合物揮發後就會留下一些白灰，大部分是骨骼的殘留物，這灰乃是無機鹽的集合，在灰裡可找到普通的食鹽（NaCl）。食鹽並不僅僅是增進食物味道的調味品，而是人體組織中的一種基本成分。食草動物有時甚至達到要舔吃鹽漬地，以便彌補食物中

所缺乏的鹽。

在實際研究中，確定某元素是否為必需元素，既與該元素在體內的濃度有關，也與它的存在狀態和生物活性密切相關。人體中的每一元素呈現不同的生物效應，而效應的強弱依賴於特定器官或體液中該元素的濃度及其存在的形態。對於每種必需元素，都有一段其相應的最佳健康濃度，有的具有較大的體內恆定值，有的在最佳濃度和中毒濃度之間只有一個狹窄的安全限度。元素濃度和生物功能的相關性可用圖表示。

有20～30種普遍存在於組織中的元素，它們的濃度是變化的，而它們的生物效應和作用還未被人們認識，有待於研究，所以稱它們為非必需元素。另外一些則是能顯著毒害機體的元素。如，血液中非常低濃度的鉛、鎘或汞，具有有害的作用，就可稱為有毒元素，亦稱有害元素。

從海水中必需微量元素的含量與人體中主要元素的對比，說明賴以生存的環境中的元素是生物進化的結果。人類在適應生存和進化中，逐漸形成一套攝入、排洩和適應這些元素的保護機制，即人體內的元素，不論是常量或微量，維持平衡狀態是經過人類長期進化形成的。許多元素是否是必需還是有害，和攝入量（即在體內的濃度）有關。每一種必需元素在體內都有其合適的濃度範圍，超過或不足都不利於人體健康。例如，人們對碘的最小需要量為／天，耐受量為1000mg／天，當大於10000mg／天即為中毒量。若人體自身用以維持穩態的調節機制出現障礙，便會發生疾病。有時元素的過量可能比缺乏更

令人擔憂，因為某個元素的缺乏易於補充，而過量往往則難以清除，或清除過程中會產生副作用。另外共存元素的相互影響——在生物體記憶體在協同或拮抗作用，對元素濃度比例的要求就更復雜了。例如鋅可以抑制鎘的毒性，銅可以促進鐵的吸收等。由於元素間的相互作用，當評定某一微量元素對人體健康的影響時，還必須考慮與其有關元素的存在。

表1歸納了主要生物元素及其功能。在生命物質中，除C，H，O，S和N參與各種有機化合物外，其他生物元素各具有一定的化學形態和功能，這些形態包括它們的遊離水合離子，與生物大分子或小分子配體形成的配合物，以及構成硬組織的難溶化合物等。

表1生物元素及其功能元素功能

水，有機化合物的組成成分

植物生長必需

有機化合物組成成分

有機化合物組成成分

水，有機化合物的組成成分

鼠的生長因素，人骨骼的成長所必需

細胞外的陽離子，Na+

酶的啟用，葉綠素構成，骨骼的成分

在骨骼、軟骨形成的初期階段所必需HBCNOFNaMgSi

P

SCl

K

鈣

V

鉻

錳

鐵含在ATP等之中，為生物合成與能量代謝所必需蛋白質的組分，組成Fe-S蛋白質細胞外的陰離子，Cl-細胞外的陽離子，K+骨骼、牙齒的主要組分，神經傳遞和肌肉收縮所必需鼠和綠藻生長因素，促進牙齒的礦化促進葡萄糖的利用，與胰島素的作用機制有關酶的啟用、光合作用中水光解所必需最主要的過渡金屬，組成血紅蛋白、細胞色素、鐵－硫

蛋白等

鈷

銅

Zn

Se

Mo

Sn紅血球形成所必需的維生素Br2的組分銅蛋白的組分，鐵的吸收和利用許多酶的活性中心，胰島素組分與肝功能肌肉代謝有關黃素氧化酶，醛氧化酶．固氮酶等所必需鼠發育必需

甲狀腺素的成分I

這些元素在生物體內所起到的生理和生化作用，主要有幾個方面。

（1）結構材料。無機元素中Ca，P構成硬組織，C，H，O，N，S

構成有機大分子結構材料，如：多糖、蛋白質等。

（2）運載作用。人對某些元素和物質的吸收、輸送以及它們在體內的傳遞等物質和能量的代謝過程往往不是簡單的擴散或滲透過程，而需要有載體。金屬離子或它們所形成的一些配合物在這個過程中擔負重要作用。如含有Fe2+的血紅蛋白對O2和CO2的運載作用等。

（3）組成金屬酶或作為酶的啟用劑。人體內約有四分之一的酶的活性與金屬離子有關。有的金屬離子參與酶的固定組成，稱為金屬酶。有一些酶必需有金屬離子存在時才能被啟用以發揮它的催化功能，這些酶稱為金屬啟用酶。

（4）調節體液的物理、化學特性。體液主要是由水和溶解於其中的電解質所組成。生物體的大部分生命活動是在體液中進行的。為保證體內正常的生理、生化活動和功能，需要維持體液中水、電解質平衡和酸鹼平衡等。存在於體液中的Na+，K+，Cl-等發揮了重要作用。

（5）“信使”作用。生物體需要不斷地協調機體內各種生物過程，這就要求有各種傳遞資訊的系統。細胞間的溝通即訊號的傳遞需要有接受器。化學訊號的接受器是蛋白質。Ca2+作為細胞中功能最多的信使，它的主要受體是一種由很多氨基酸組成的單肽鏈蛋白質，稱鈣媒介蛋白質（分子量為16700）。氨基酸中的竣基可與Ca2+結合。鈣媒介蛋白質與Ca2+結合而被啟用，活化後的媒介蛋白質可調節多種酶的活力。因此Ca2+起到傳遞某種生命資訊的作用。也有細胞內信使，Ca2+也是細胞內信使。

有些元素可同時在幾個方面發揮作用。例如Ca2+就有多方面的生物功能。下面僅就Ca，P，Na，K等的主要生物功能作簡要介紹。