第一章 生命的物质基础

赫成军

　　 本章教材分析

　　一、本章的主要内容和特点
　　本章包括《组成生物体的化学元素》和《组成生物体的化合物》两节教材。第一节教材需用1课时教学，第二节教材需2课时教学。此外，有一个学生实验。
　　第一节《组成生物体的化学元素》。首先，在节的引言中，明确指出自然界中的生物和非生物都是由化学元素组成的。接着，讲述组成生物体的化学元素、组成生物体化学元素的重要作用、生物界与非生物界的统一性和差异性三方面内容。
　　关于组成生物体化学元素的内容，一开始就指出组成生物体化学元素主要有20多种，紧接着以玉米和人体为例，将含量较多的化学元素以及各种元素的含量列成表。通过对表中内容的分析，概括出两点：一是组成玉米和人体的基本元素是C、O、H、N ；二是组成生物体各种化学元素，在不同的生物体内，含量相差很大，由此进一步提出了大量元素和微量元素的概念和种类。
　　关于组成生物体化学元素的重要作用的内容，首先强调指出，在大量元素中，C是最基本的元素，C、H、O、N、P、S这6种元素是组成原生质的主要元素。接着，说明组成生物体多样的化合物，这些化合物是生物体结构和生命活动的物质基础。
　　关于生物界与非生物界的统一性和差异性的内容，主要是从组成生物体和自然界的化学元素的相同和不同，提出了辩证唯物主义观点：一点是从组成生物体的化学元素在生物体内的含量与在无机自然界的含量相比，两者相差很大的事实，来说明生物界和非生物界还具有差异性。
　　第二节《组成生物体的化合物》。在节的引言中给出了原生质这个名词和概念，明确提出组成生物体的化合物，主要包括无机化合物的水和无机盐，有机化合物的糖类、脂类、蛋白质和核酸。然后，依次讲述构成细胞的这6种化合物。
　　关于无机化合物的水，着重说明它在细胞中含量最多；水在不同的生物体中和不同的组织、器官中含量不同；水在细胞中以结合水和自由水两种形式存在；水在生物体内的作用。最后强调指出，生物体的一切生命活动，绝对不能离开水。
　　关于无机盐，强调指出它在细胞中虽然含量很少，但是有多方面的重要作用；大多数无机盐以离子状态存在于细胞中；又对维持生物体的生命活动有重要作用。
　　关于糖类、主要说明它是由C、H、O 3种化学元素组成，它是细胞的主要能源物质；糖类大致分为单糖、二糖和多糖等几类（其中的葡萄糖、核糖、脱氧核糖、淀粉、糖元等是重要种类）以及它们在生物体内的分布和重要作用。
　　关于脂类，主要说明它是由C、H、O3种元素组成，一般包括脂肪、类脂和固醇等；这几类物质在生物体内的分布和重要作用。强调指出，磷脂是构成细胞膜和多种细胞器膜结构的重要组成成分。
　　关于蛋白质，是本节的重点内容，教材中比较详细地讲述了有关内容。首先，强调蛋白质在细胞中只比水的含少，大致占细胞干重的50％以上，它是细胞中各种结构的重要化学成分。接着，说明蛋白质由C、H、O、N4种化学元素组成；它是一种高分子化合物，相对分子质量很大；基本组成单位是氨基酸；蛋白质的分子结构是由许多氨基酸分子相互连接而成；蛋白质分子的多样性，决定了蛋白质在生物体内有多种重要的功能。
　　关于核酸，首先明确指出核酸是遗传信息的载体，它对生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成有极重要的作用。然后，说明核酸由C、H、O、N、P等元素组成，也是一种高分子化合物；核酸的基本单位是核苷酸；核酸可以分为脱氧核糖核酸和核糖核酸两大类。
　　本节教材的最后一段提出，任何一种化合物都不能单独地完成某一种生命活动，只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。这里也体现了辩证唯物主义的观点。
　　在本章中，为了配合学习的有机化合物的内容，安排了学生实验《生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定》，主要是根据某些化学试剂能够使生物组织中有关的有机化合物产生特定的颜色反应，来鉴定生物组织中有糖、脂肪和蛋白质的存在。

　　 二、本章与其他章的联系
　　1、本章是绪论后的开篇章，所讲内容是最基础的知识，因此与后面的各章都有密切的关系，是学习好其他各章的基础，教学中要注意前后知识的联系。
　　2、组成生物体的化学元素和化合物的知识，是讲述第二章《生命的基本单位－－细胞》的重要基础。例如讲述细胞膜的结构和功能，会用到磷脂、蛋白质等知识。
　　3、第三章《生物的新陈代谢》，与本章联系十分紧密。例如：讲述植物的物质代谢时，要用到酶、水、大量元素、微量元素等知识。在讲到人和动物的物质代谢时，要用到糖类、脂类和蛋白质的知识。
　　4、第四章《生命活动的调节》在讲到激素的调节作用时，要用到蛋白质等知识。
　　5、第七章《遗传和变异在讲到生物体的遗传性和变异性时，关于蛋白质和核酸的知识，是重要的基础知识。
　　6、第八章《生物与环境》在讲到生态系统中的物质循环和能量流动时，需要本章有关化学元素和化合物的知识基础。

　　 三、本章的知识结构

　　第一节 组成生物体的化学元素

　　教材分析

　　本节教材是学习本章的基础，所讲的内容是生物学最基础的知识，组成生物体的化学元素构成生物体的各种化合物，化合物构成了细胞，细胞是生命的单位，除病毒以外，生物体都是由细胞构成的。为此是讲述第二章《生命的基本单位――细胞》的重要基础。与后面的各章都有密切的关系，也是学习好其他各章的基础，教学中要注意前后知识的联系。

　　 一、 教学目标
　　1、知识目标：
　　①、识记组成生物体的化学元素主要有二十多种，包括大量元素和微量元素（Ｂ）
　　②、识记组成生物体化学元素的重要作用（B）
　　③、识记生物界与非生物界的统一性和差异性（B）
　　2、能力目标：
　　通过对组成生物体的化学元素的学习培养学生理解记忆能力。
　　3、情感目标：
　　通过对组成生物体的化学元素的学习，使学生理解生命的物质性，生命物质变化发展的特殊性，生物界与非生　　物界构成物质的统一性和差异性。对学生进行辩证唯物主义观点的教育。

　　二、教学重点
　　１、 组成生物体的化学元素，大量元素和微量元素。
　　２、 组成生物体的化学元素的重要作用。

　　三、教学难点
　　生物界与非生物界的统一性和差异性

　　教法指导

　　一、授课思路
　　１、 "对比分析"和"讨论"相结合的启发式教学方法。使学生通过对比、讨论发现并且概括出组成生物体的化学元素的特点：①从无机的非生命环境中元素的组成与生物体元素组成的对比中，发现它们的统一性，了解生物体的元素组成特点；②从动物体与植物体组成元素的对比中，发现不同类型的生物体，元素的组成有区别；③从生物体内不同元素的含量对比中，发现生物体元素组成的特点，以及这些特点与构成生物体的化合物、生物体特性的联系。
　　２、 在教学中，应注意学生的知识背景。如果按照教材顺序安排教学，可以联系初中生物课有关的知识，联系本地学生的生活常识。
　　３、 本节教学应该渗透以下几点：①从元素水平就可以看出生物的物质性世界上没有生命体特有的元素），以及组成生物体物质的特殊性；②组成生物体的元素的作用，只有在生活的机体中，在生物体特定的结构基础上，在与其他物质的相互作用中才能体现出来；③生物体的大量元素和微量元素是依据含量划分的，不可轻视微量元素的作用。另外，生物体中不仅仅都是必需元素，环境中的有些非必需元素也会进入到生物体中。
　　二、教学准备
　　１、 多媒体投影片：①无机的非生命环境中的元素与生物体的元素对比表；②动物体（或人体）与植物体组成元素的对比表。
　　三、课时安排
　　本节共按排1课时。

　　学法指导

　　本节内容是学习后面知识的基础，主要是识记的知识多，为此应在记忆上下点功夫。通过对比分析、讨论、归纳总结的方法，概括出组成生物体的化学元素的特点以及生物界和非生物界的统一性和差异性。

　　教案实例

教学过程：
　　复习提问：
　　1、生物的基本特征包括哪些方面？
　　2、生物科学的发展经历了哪些阶段？
　　3、生物科学向哪两个方向发展？

　　导入新课：
　　 通过复习提问，根据学生回答的情况分析总结引入新课。（也可以用教材的引言导入新课：地球上的生物，现在已知的大约200万种。不同种类的生物体，在个体大小、形态结构和生理功能方面都不相同。但是，组成生物体的化学元素和化合物是大体相同的，也就是说，生物体生命活动都有共同的物质基础。下面我们来学习第一章 生命的物质基础）。

　　板书：
　　第一章 生命的物质基础
　　自然界中的生物和非生物都是由化学元素组成的。科学家通过研究各种生物的原生质，即细胞内的生命物质，查明了组成生物体的化学元素的种类、数量和作用。
　　第一节 组成生物体的化学元素（板书）
　　一、 组成生物体的化学元素（板书）
　　对比分析：出示多媒体幼灯片，比较组成玉米和人体的元素的种类和含量。
元素　　玉米　　人
O 　　44.43　　14.62
C 　　43.57　　55.99
H 　　6.24　　 7.43
N 　　1.46　　 9.33
Si 　　1.17　　0.005
K 　　0.92　　 1.09
Ca 　　0.23 　　4.46
P 　　0.20 　　3.11
Mg 　　0.18 　　0.16
S　　　0.17　　0.78
Cl 　　0.14　　0.47
Al　　 0.11　　 --
Fe 　　0.08　　0.012
Mn　　 0.04 　　--
Na 　　　--　　0.47
Zn 　　　--　　0.01
Rb 　　　--　　0.005

　　学生观察分析，对比讨论，得出如下科学的结论。
　　1、从动物体与植物体组成元素的对比中，发现不同类型的生物体，元素的组成有区别。
　　2、从生物体内不同元素的含量对比中，发现生物体元素组成的特点，以及这些特点与构成生物体化合物、生物体特性的联系：①组成玉米和人体的基本元素是C，此外还含有O、H和N，这4种 元素在组成生物体的元素中含量最多。②组成生物体的化学元素虽然大体相同，但是，在不同的生物体内，各种化学元素的含量相差很大。
根据组成生物体的化学元素，在生物体内含量的不同，分成两大类。
1、分类

　　二、组成生物体的化学元素的重要作用（板书）
　　阅读回答：组成生物体的化学元素有哪些重要作用？①在组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，C、H、O、N、P、S、6种元素是组成原生质的主要元素，大约共占原生质总量的97％。生物体大部分有机化合物是由上述6种元素组成的。例如；蛋白质是由C、H、O、N等元素组成的，核酸则是由C、H、O、N、P等元素组成的。②生物体的化学元素，还将进一步组成多种多样的化合物，这些化合物是生物体生命活动的物质基础。例如蛋白质、核酸、糖类、脂肪等。③化学元素能够影响生物体的生命活动。例如：微量元素B能够促进花粉的萌发和花粉管的伸长，当柱头和花柱中积累了大量B时，有利于受精作用的顺利进行。在缺少B时，花药和花丝萎缩，花粉发育不良。
　　按元素的生物功能大致分为：
　　①构成原生质的基本元素，如有机物中普遍由C、H、O等元素组成。
　　②调节机体活动的元素：如离子态的K＋、Ca2+、Na+、H-、Cl-、HCO3-等。
　　③与蛋白质结合的元素：如Fe（血红蛋白、细胞色素等）、Cu（血蓝素、细胞色素氧化酶等）、Mo（固氮酶）、Zn（DNA聚合酶、RNA聚合酶）等。
　　④微量调节元素：如B、Cr、Se、N、As等，在构成有机物分子或在某些生理活动中处于关键地位，是生命活动必不可少的。
　　阅读回答：为什么生物界和非生物界具有统一性和差异性？
　　①组成生物体化学元素，在无机自然界都可以找到，没有一种化学元素是生物界所特有的，这个事实说明，生物界和非生物界具有统一性。
　　②组成生物体的化学元素，在生物体内和在无机自然界中的含量相差很大。例如：C、H、N3种化学元素在组成人体的化学成分中，质量分数共点73％左右，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，生物界和非生物界还具有差异性。
　　教师小结：①从元素水平就可以看出生物的物质性（世界上没有生命体特有的元素）以及组成生物体物质的特殊性；②组成生物体的元素的作用，只有在生活的机体中，在生物体特定的结构基础上，在与其他物质的相互中才能体现出来；③生物体的大量元素和微量元素是依据含量划分的，不可轻视微量元素的作用。另外，生物体中不仅仅都是必需元素，环境中的有些非必需元素也会进入到生物体中。 难点解析

　　1、理解原生质的概念：
　　地球上的生物种类繁多、形态和大小各异，但从物质组成来看，都是由原生质组成的，这是生命的物质基础。原生质这一基本概念源于19世纪，1861年德国动物学家苏尔才（M.Schultze）发表一篇论文说明一切生活细胞都是这种胶状物质，被称为原生质，一切生命现象都是由这种原生质发生的。19世纪末生物学家赫胥黎（T.H.Huxley）给原生质下了一个定义：原生质是生命的物质基础。现普遍认为，原生质并非单一的某种或某类化合物，而是由多种化合物所组成的复杂的胶体，这种胶体具有不断自我更新的能力，成为一种生命物质的体系。由于组成原生质的各种化合物之间发生复杂的化学应，从而产生各种各样的生命现象。
　　原生质是细胞内的生命物质，原生质的主要成分是蛋白质、脂类和核酸，这些物质通过新陈代谢，不断地自我更新。构成细胞的这一小团原生质可分化为细胞膜、细胞质和细胞核等部分。一个动物细胞的结构包括细胞膜、细胞质和细胞核三个部分，所以一个动物细胞就是一小团原生质。但一个植物细胞不是一小团原生质，因为植物细胞的细胞壁不是原生质的组成部分。
　　通过对原生质的成分分析我们知道，原生质主要由蛋白质、脂类和核酸等化合物组成 的，这些化合物是由元素构成的。下面我们来学习生物体的化学元素。

　　2、列举一些元素在生物体内的具体作用

　　S是是很多蛋白质都含有的元素；Mg是叶绿素的必要成分，缺少Mg会使叶绿素的合成减少，所以缺Mg后植物的绿色减退，会逐渐表现出黄色；Fe是合成血红蛋白质的重要成分，缺Fe会使血红蛋白合成减少，产生贫血；B能够促进花粉的萌发和花粉管的伸长，当柱头和花柱中积累了大量B时，有利于受精作用的顺利进行，缺B会使植物出现"花而不实"现象；Ca会影响骨骼的生长，幼儿缺Ca会使骨骼发育不良，出现佝偻病、牙齿生长慢，成年人缺Ca会导致骨质疏松。

　　3、生物界和非生物界在元素组成上的统一性和差异性
　　组成生物体的化学元素约为60种，这些元素在无机自然界都可以找到，没有一种元素是生物所特有的，这说明了生物界和非生物界具有统一性。C、H、O、N、P、S元素约占原生质总量的97％，与无机自然界的组成有明显的区别，这说明了生物界和非生物界具有差异。

　　反馈练习　
一、选择题
1、下列有关原生质的叙述，正确的是（ ）
A、 一个动物细胞就是一团原生质
B、 细胞核不属于原生质
C、 原生质专指细胞质
D、 原生质是指具有原始生命的物质
2、生物体进行生命活动的物质基础是指（ ）
A、 各种化学元素
B、 大量元素和微量元素
C、 各种化合物
D、 组成生物体的各种元素和化合物
3、生命的基本元素包括（ ）
A、C、H、O、N
B、K、Na、Ca、Mg、Cl、Fe
C、C、H、O、N、P
D、C、H、O、N、P、S
4、下列哪项不是组成生物体的大量元素（ ）
A、C B、N C、Mg D、Cu
5、组成核酸的化学元素是（ ）
A、C、H、O、N
B、C、H、O
C、C、H、O、N、P
D、C、H、O、N、P、S
6、C、H、N3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3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是完全不同的
7、组成家兔身体的主要元素是（ ）
A、C、H、O、O、Ca、P
B、C、P、O、S、H、N
C、N、P、K、Ca、S、Zn
D、H、O、K、S、P、Mg
8、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
9、占原生质97％的6种元素是（ ）
A、C、H、S、Ca、B、K
B、C、H、O、N、Ca
C、H、O、P、S、N、B
D、C、H、O、N、P、S
二、简答题
10、地球上的非生命物质由92种元素组成，生物体内常见的元素约有29种，试问：
（1）与天然元素的关系是 。
（2）生物体内的元素与天然元素的关系表明 。
11、组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到，这个事实说明了什么？（答案）

12、请举例说明微量元素在生物体内的含量少，却是维持正常生命活动不可缺少的。