组成生物体的化学元素
组成生物体的化学元素【自学导引】
一、生命活动的物质基础
构成生物体的各种化学元素和化合物。
二、组成生物体的化学元素
种类说明最基本元素C
动植物体中C都是(相对)最丰富的元素，且是构
成有机物的重要元素，地球上的生命是在C元素
的基础上建立起来的基本元素C、H、O、N这四种元素在组成生物体的元素中含量最多主要元素C、H、O、N、P、S组成原生质的重要元素，占原生质总量的97%大量元素C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg占生物体总重量万分之一以上的必需元素微量元素Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo占生物体总重量万分之一以下的必需元素
矿质
元素
大量元素N、P、S、K、Ca、Mg除C、H、O外，主要由根系从土壤中吸收的元素(表
中列出的是必需矿质元素)微量元素Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl
必需元素
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、
Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl
动植物生命活动所必不可少的大量或微量的各种
元素，由此我们能理解，生物体内的有些元素未
必是生命活动必不可少的。例如植物的必需元素
可通过“溶液培养法”来确定
三、组成生物体的化学元素的重要作用
四、生物界和非生物界具有统一性和差异性
【思考导学】
1．不同物种化学元素大体相同，但各种元素的含量却差别很大，由这些化学元素所构成的各种化合物的结构、数量可能存在差异，因而表现出的形态特征和生理活动存在明显的差别。2．微量元素在生物体内含量虽然很少，但却是生命活动所必需的，一旦缺乏某一种化学元素，就会表现出相应的病症。如人体缺铁会造成贫血，缺碘会造成地方性甲状腺肿。
3．几十年前，新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱，有的甚至发生枯萎，即使施用了大量氮、磷、钾肥也无济于事。后来人们偶然发现牧场内的一小片牧草长势茂盛。原来，这一小片“绿洲”的附近有一座钼矿，矿工上下班总是抄近路走，他们的鞋子上粘有钼矿粉，正是矿工鞋子踩过的地方牧草长得绿油油的。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。根据以上材料分析牧草长势不好的原因。这说明什么问题？
答案：牧草由于缺乏微量元素钼而长势不好。钼是植物所必需的微量矿质元素，对于植物的生长发育具有重要作用。
【学法指导】
1．与生命的基本特征相联系，理解生物体生命活动的物质基础
生命区别于非生命的基本特征之一是生物体都具有共同的物质基础和结构基础。包括两个方面的内容：组成生物体的基本的化学元素和由这些元素构成的化合物。
自然界中的任何生物都是由化学元素组成的，在细胞可找到至少62种元素，其中重要的有24种，这些元素按其在生物体内的含量不同可以分为大量元素和微量元素。但不管含量的多少，这些必需元素在生物体内都有不可替代的作用，没有这些元素，生物体就不能表现出相应的生命活动，甚至呈现出一定的病症。从这个方面说，它们是生物体生命活动的物质基础。
组成生物体的化学元素虽然在生物体内都有一定的生理作用，但是单一的某种元素不可能表现出相应的生理功能，这些元素只有在生活的机体中，在生物体特定的结构基础上，有机地结合成各种化合物，这些化合物与其他的物质相互作用才能体现出相应的生理机能。如蛋白质、核酸、糖类、脂类等化合物有机地结合在一起才能体现出生物体的生命活动。因此，这些化合物也是生命活动的物质基础。
2．抓住关键字、词来理解大量元素和微量元素的概念
理解这两个概念的第一个关键点是“必需元素”，大量元素和微量元素都指的是必需元素，即生物体正常生活所必需的元素。
理解这两个概念的第二个关键点是含量。大量元素是指占生物体总重量的万分之一以上的元素；微量元素的含量却很少。
3．通过总结，掌握各种化学元素的主要作用
这些化学元素的主要作用可总结为三个方面：构原（构成原生质）、组化（组成各种化合物）加影响（影响生物体的生命活动）。
4．辩证地理解生物界和非生物界的统一性和差异性
生物界和非生物界既有统一性，又有差异性，这是一对矛盾的两个方面。
生物界和非生物界都是由化学元素组成的，组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到，没有一种元素是生物界所特有的；生命起源于非生物界；组成生物体的基本元素可以在生物界与非生物界之间反复循环运动。这些都说明生物界和非生物界具有统一性的一面。但是生物和非生物又存在着本质的区别，组成生物体的化学元素，在生物体和无机自然界中的含量相差很大；无机自然界中的各种化学元素不能表现出生命现象，只有在生物的机体中有机地结合在一起，才能表现出生命现象，因此生物界和非生物界又存在着差异性的一面。【例题解析】
［例1］科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时，培养液中添加了多种必需元素。其
离子K+Na+Mg2+Ca2+NO3-H2PO3-SO42-Zn2+
1 1 0.25 1
2 1 0.25 1
培养液浓度
(m·mol/L)
其中植物根细胞吸收最少的离子是
A．Ca2+ B．SO42-Ｃ．Zn2+ Ｄ．H2PO3-
解析：考查生物体内的大量元素和微量元素。根据组成生物体的化学元素在生物体内的含量不同，分成大量元素和微量元素。大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。微量元素包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。由于植物体内含有大量的Ca、S、P等元素，这些元素只能靠根从培养液中吸取，而培养液能为花卉提供Ca、S、P的离子，分别为Ca２＋、SO42-、H2PO3-，因此花卉对这些离子的吸收量较大。而Zn属于微量元素，因此花卉对Zn２＋的吸收量最少。答案：C
错因：正确解答本题的关键是掌握常见的大量元素和微量元素种类，只有准确地找出表中的微量元素，才能找准该题的切入点。
［例2］黑龙江省某地种植的小麦，营养器官生长非常良好，但结实率非常低(原因为花粉发育不良)。据查是由于土壤中缺少某种元素所致。试分析土壤中缺少________元素；根据该元素在植物体内的含量划分，属于_________元素；以上事件主要反映了组成生物体的化学元素的什么生理作用？__________________________。
解析：考查组成生物体的化学元素的重要作用。由于小麦的营养生长良好，说明植物生长所需要的基本元素正常；结实率低，说明生殖生长受到影响，而题干明确告诉花粉发育不良，因此最可能缺少B元素。B元素属微量元素，能促进花粉的萌发和花粉管的伸长，在缺少B 时，花药和花丝萎缩，花粉发育不良，故结实率降低。经过以上分析可以看出，B元素能影响生物体的生命活动。
答案：硼微量影响生物体生命活动的作用
错因：找不准题干中的题眼“花粉发育不良”，或者不知道微量元素硼在生物体内的作用是本题错答的主要原因。
［例3］在探索生命奥秘的过程中，生物学家和化学家都做出了杰出的贡献。科学家发现人体细胞中的大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na等10种，它们全位于元素周期表中前20号元素之内，其他微量元素如Fe、Zn、Cu、Mn、Mo、I、Se等也大多位于第四周期。
（1）占原生质总量97%的6种元素是_____________，其中_________是最基本的元素。（2）当缺乏Zn、Se等微量元素时，会引起人体免疫力下降，从而导致患病率和死亡率增加。这一事实说明了生物体内的化学元素能够_____________________________。
（3）上述元素中，人体蛋白质是由_________________等元素组成，人体从植物体中获得的N、P等元素，可参与____________等化合物的组成。
解析：本题是涉及化学元素、化合物以及蛋白质、核酸等多点内容的综合题目，考查学生对基础知识的识记、理解和进行知识迁移的能力。第（1）小题答案较明确，C、H、O、N、P、S占原生质总量的97%，C是最基本的元素。第2小题则是从生命现象的分析中得出“能够影响生物体生命活动”的结论。第（3）小题蛋白质的元素组成是C、H、O、N等，而人体内含N、P等化学元素的化合物主要是核酸。
答案：（1）C、H、O、N、P、S C （2）影响生物体的生命活动（3）C、H、O、N 蛋白质、核酸
错因：本题属于“高问低答”类型题目，总题干好像生化综合，实际运用的是生物体的化学元素的基本知识。对该部分的基础知识记忆不牢或对题干中的材料理解不透，是本题错答的主要原因。
［例4］下表中各元素的数据代表该元素占原子总量的百分比，请据表回答问题：
3.5
（1）组成人体的化学元素在元素周期表上都有，它普遍存在于非生物界，生物体内不包含特殊的“生命元素”，这个事实说明_______________。
（2）生物从非生物环境中获得的那些元素与环境中的这些元素的比例相差甚远。如岩石圈中，氢、碳、氮加在一起占总原子数不到1%，而在生物体中占总原子数的74%左右。这个事实说明______________________。
（3）人体中的钙在骨和牙齿中以____________的形式存在，成年人缺少时会患__________症。钙在血液中主要以________形式存在，如果含量太低会出现_________现象。
（4）从此表看，人体成分中没有大量的铁，是否人体不含铁？为什么？
解析：组成生物体的化学元素在无机自然界中都能找到，但含量比例相差很大，这说明生物界与非生物界既有统一性又有差异性。组成生物体的化学元素分为大量元素和微量元素，它们在体内都有一定的作用。钙是人体中的大量元素之一，人体中的钙在骨和牙齿中以碳酸钙的形式存在，成年人缺乏时会患骨质疏松症，在血液中以离子的形式存在，一旦缺乏会出现
抽搐现象，人体中也含一定量的铁，它是血红蛋白的组成部分，但是含量很少。
答案：（1）生物界与非生物界具有统一性（2）生物界与非生物界还具有差异性（3）碳酸钙骨质疏松离子抽搐（4）人体含铁。因为铁是构成血红蛋白的成分，但铁在人体中的含量很少，属半微量元素。
错因：本题的常见错误表现在（3）、（4）小题，主要原因是对钙和铁的含量、存在形式和作用不明确。
【基础训练】
一、选择题
1．以下对组成生物体的化学元素的叙述，错误的是
A．组成生物体的化学元素常见的有20多种 B．组成各种生物体的化学元素是大体相同的C．在不同的生物体中，各种元素的含量相差很大
D．组成各种生物体的化学元素是完全一样的
答案：D
2．下列各项中，哪组所包含的元素都占生物体总重量的万分之一以下
A．C、N、P、Fe B．C、N、Ca、Mg C．K、Ca、P、Cu D．Zn、Cu、B、Mo
解析：占生物体总重量万分之一以下的元素属于微量元素，A、B、C、D四项中，只有D项全部属于微量元素。答案：D
3．大约占原生质总量97%的元素主要是
A．C、H、O、N、P、S B．C、H、O、N、P、K
C．C、P、O、N、Cu、Mg D．N、P、S、K、Ca、Mg
答案：A
4．构成细胞的化学元素，没有一种是生命物质所特有的，这个事实说明
A．生物界与非生物界具有统一性 B．生物体由无机物构成
C．生物界与非生物界完全相同 D．生物界与非生物界完全不同
答案：A
5．下列有关微量元素的叙述错误的是
A．微量元素是生物生活所必需的，是含量很少的元素
B．微量元素是维持正常生命活动不可缺少的
C．原生质中所有微量元素的总和少于3%
D．所有的占生物体总重量万分之一以下的元素都是微量元素
解析：考查学生对微量元素的理解。微量元素是指生物生活所必需，但是需要量却很少的一些元素。每种微量元素的含量肯定少于生物体总重量的万分之一，它们的含量虽少，但对于生物体的生命活动不可缺少。由于组成原生质的元素中，C、H、O、N、P、S六种元素占原生质总重量的97%，其他所有元素的总和小于3%，因此微量元素的总和小于3%。综上所述，A、B、C三项都是正确的，只有D是错误的，因为有些元素在生物体内的含量虽然很少，但却不一定是生物体生活所必需的。答案：D
6．缺少下列哪种元素时，可能使花药和花丝萎缩，花粉发育不良
A．B B．N C．P D．K
解析：考查化学元素在生物体内的作用。组成生物体的化学元素能够影响生物体的生命活动，微量元素B能够促进花粉的萌发和花粉管的伸长，当缺少B时，花药和花丝萎缩，花粉发育不良。
答案：A
7．细胞中含量极少的化学元素有
A．Fe、Mn、Zn、Mg B．Zn、Cu、Mn、Ca
C．Zn、Cu、B、Fe D．Mg、Mn、Cu、Mo
答案：C
8．C、H、N 3种元素在组成人体的化学成分中，质量分数共占73%左右，而这三种元素在组成岩石圈的化学成分中，质量分数不到1%。这个事实说明
A．生物界和非生物界具有统一性 B．生物界和非生物界具有差异性
C．这三种元素是组成人体的主要元素 D．生物界和非生物界的组成元素完全不同
答案：B
9．油菜在缺少下列哪种元素时会出现“花而不实”现象
A．N B．Mg C．B D．Zn
答案：C
10．构成细胞的生命物质是
A．水 B．蛋白质 C．核酸 D．原生质
解析：考查原生质的概念，原生质是细胞内的生命物质，分化为细胞膜、细胞质、细胞核，它是由细胞内的各种化合物共同组成，只有各种化合物有机地结合在一起，才能体现生命活动。答案：D
11．生物大分子在生物体的生命活动中具有重要的作用。碳原子本身的化学性质，使它能够通过化学键连结成链或环，从而形成各种生物大分子。可以说，地球上的生命是在碳元素的基础上建立起来的。以上事实可以说明
A．C元素能组成所有的化合物 B．C元素是生物体最基本的元素
C．C元素是各种大分子中含量最多的元素 D．C元素比其他元素重要
解析：生物体是由化学元素组成的，在组成生物体的化学元素中，C是一种主要元素，它能够通过化学键连结成链或环，从而形成各种生物大分子，如蛋白质、核酸、糖类、脂肪，这些化合物是生物体生命活动的物质基础。如果没有碳元素，肯定不会形成这些生物大分子，也就不会表现出各种生命活动。因此C元素是构成生物体的最基本元素。根据题干所给出的条件，无法判断出C元素的含量，因此C项错误；C元素是基本元素，但并不是所有化合物都含C元素，因此A项错误；C元素在生物体内有重要作用，但并不能排除其他元素的重要性，故D项也错。答案：B
12．只存在于蛋白质分子中而不存在于核酸分子中的是
A．N B．O C．P D．S
答案：D
13．组成仙人掌和鲸的基本元素是
A．C、H、O、P B．C、H、O、N C．C、H、O、S D．C、H、O、K
答案：B
14．能促进花粉管萌发与花粉管伸长的化学元素是
A．硼 B．铜 C．锰 D．锌
答案：A
二、非选择题
15．据测定苹果中Zn的含量为0.19毫克/100克，但苹果缺锌时，往往患“小叶病”，这个事实说明_________________________________________________________
解析：考查微量元素的作用。Zn在苹果中的含量为0.19毫克/100克，说明Zn在生物体内的含量很少，属于微量元素，当苹果缺Zn时，会患“小叶病”，说明Zn对于维持正常生命活动是不可缺少的，不仅Zn如此，其余的微量元素也如此。
答案：微量元素在生物体内的含量虽然很少，却是维持正常生命活动不可缺少的
16．科学家对鸡和鸭两种动物体内的某些元素的含量进行测定，得到下表：(每100克中的毫克数)
此表可以说明：_____________________________________________________________。解析：从表中可知，鸡和鸭的体内都含有Cu、Fe、Zn、P、Se等元素。由此说明组成生物体的化学元素大体相同。从表中还可以看出：鸡和鸭体内的每种元素的含量都不相同，并且差别很大。由此可以说明不同的生物体内各种化学元素的含量差别很大。
答案：组成生物体的化学元素虽然大体相同，但在不同的生物体内，各种化学元素的含量却差别很大
17
MgSO４KH２PO４KCl FeCl３H２Ｏ
Ca(NO
３)２
1.0 g 0.25 g 0.25 g 1.2 g 0.005 g 1000 mL
该配方中属于植物所需的大量元素是__________,微量元素是_____________。
答案：H、O、N、P、S、K、Ca、Mg Fe、Cl
18．据据下面玉米植株和成人体内含量较多的化学元素的种类，以及各种元素的含量表，分析回答有关问题。
元素玉米成人
O 44.43 14.62
C 43.57 55.99
H 6.27 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
（1）由表可知，在玉米和人体中含量最多的四种化学元素是______________________。（2）不同生物中，各种化学元素的含量存在着____________性。
（3）组成家兔身体的主要元素是___________。
A．C、H、O、N、Ca、P B．H、O、K、S、P、Mg
C．C、P、O、S、H、N D．N、P、K、Ca、S、Zn
解析：（1）表中列出了玉米和人体内大量元素的含量，从表中数据不难看出玉米和人体中含量最多的四种元素是C、H、O、N，它们是构成生物体的基本元素。
（2）从表中可以看出，玉米和人体中化学元素的种类基本相同，但各种化学元素的含量差
别较大，如氧在玉米体内占44.43%，而在人体内只占14
.62%，因此，不同生物中各种化学元素的含量存在着差异性。
（3）家兔属哺乳动物，其元素组成及含量与人体大体相似，其含量较多的元素是C、H、O、N、Ca、P，但Ca是无机盐的重要元素，生物体大部分有机物是由C、H、O、N、P、S六种元素组成的，这六种元素是组成原生质的主要元素。解答此题需要注意“含量”和“主要”的区别。答案：（1）C、H、O、N（2）差异（3）C
19．人类有一种大脖子病，是由于地方性缺碘造成的，而碘在人体内的含量是极少的。由此说明什么问题？_________________。反映了化学元素的什么生理功能？_________。
答案：微量元素在生物体内的含量虽然很少，但却是生物生活所必需的影响生物体的生命活动
20．某植物学家在验证某一元素是否是某种植物的必需元素时，做了如下实验：
（1）取甲、乙两个植株，分别放在A、B两种培养液中培养。A培养液元素齐全，B培养液只缺少欲验证的元素，其他配方与A培养液相同。观察甲、乙两植株的生长情况。
（2）然后在B培养液中添加该元素，并进一步观察乙植株的生长情况。
结果分析：如果乙植株生长不正常，表现出一种专一的病症，补充该元素后，该症状消失，则说明该元素为__________________________；否则就是_________________________。
解析：植物生活所必需的元素在植物体内都具有非常重要的作用。一旦缺乏，就会表现出相应的病症，补充该元素后，缺乏症就会消失，这样的元素属于必需元素，否则就是非必需元素。答案：必需元素非必需元素
应用创新：
1．下面是生物科技小组设计的一种植物（玉米）在全素与缺素时的水培实验方案。请仔细观察分析方案中的图表资料后，回答下列问题：
植物生长需要的各种主要元素无机盐实验用培养液配制一览表
元素作用缺素时症状
氮1.制造蛋白质的原料
2．叶绿素的重要组成成分
3．其他
1．叶转黄色
2．植株矮小
3．不能正常开花结果，代谢失调，
生长不良
磷1．为核酸的成分2．为酶的成分及代谢作用所必需的元素
3．构成细胞膜的成分1．叶深绿面灰暗，叶背红紫色2．代谢失调，生长不良