师：同学们，大家好。世间万事万物由物质构成，而物质由元素构成。这是组成地壳和组成细胞的部分元素含量表。从表中可知，组成细胞的元素在自然界都能找到，没有一种是细胞特有的。但组成细胞的元素在含量上与地壳相比差异很大，这是因为生物体总是有选择地从无机自然界获取物质组成自身。所以，生物界与非生物界在元素组成上具有统一性和差异性。

　　细胞中的元素约有20多种，一些元素含量相对较多，称为大量元素，如碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁等。不论干重还是鲜重，碳、氢、氧、氮都是含量最多的四种元素，被称为基本元素。其中，碳元素是占细胞干重最多的元素，是细胞中最基本的元素。因为细胞中的生物大分子都以碳链为骨架，所以科学家称碳是生命的核心元素。

　　氢元素主要参与构成水和有机物，是细胞中原子个数最多的元素。氧元素是占细胞鲜重最多的元素，主要参与构成水和有机物。氮元素主要参与构成蛋白质，此外，核酸、ATP、还原氢等有机物中也有氮元素。磷元素主要参与构成核酸、ATP、还原氢以及组成生物膜的磷脂等有机物。

　　还有一些元素在细胞中含量较少，称为微量元素，如铁、锰、锌、铜、硼、钼等。注意，我们是根据元素在生物体内的含量分类，而非生理作用。微量元素虽含量少，但生理作用不可替代。例如，铁元素参与构成血红蛋白，缺铁可能导致贫血。锌元素可促进皮肤、骨骼和新器官的正常发育，维持正常细胞代谢，常被称为生命元素。硼元素主要促进植物花粉管的萌发和伸长，植物缺硼可能出现只开花不结果的病症。

　　细胞中的元素大多以化合物形式存在。细胞中的化合物分为无机化合物和有机化合物。从图表可知，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。但这些数据是基于大量不同种类细胞的统计结果，实际上，不同生物组织的细胞中各种化合物的含量有差别。比如这是玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量。

　　从表中可以看出，玉米细胞和人体细胞中，含量最多的都是碳、氢、氧、氮四种元素。但在玉米细胞中，氧元素含量大于碳元素，大于氢元素，大于氮元素；而在人体细胞中，碳元素含量大于氧元素，其次是氮元素和氢元素。为什么会有这种差异呢？因为植物细胞有细胞壁，其主要成分是纤维素和果胶，所以植物细胞含糖类更多。相比之下，动物细胞含蛋白质更多。所以说，不同种类的细胞，组成元素和化合物的种类基本相同，但含量往往有差异。这既体现了细胞的统一性，又反映了细胞的多样性。

　　下面我们来分析一个有关元素和化合物的数学模型。

　　a选项，若此图表示活细胞中4种基本元素的含量，即碳、氢、氧、氮四种基本元素占细胞鲜重的百分比。由此可推测图中1 - 4分别表示碳、氧、氢、氮四种元素。因为大豆富含蛋白质，其组成元素是碳、氢、氧、氮；花生富含脂肪，其组成元素是碳、氢、氧。所以同等质量的大豆含氮元素比花生多，a选项正确。

　　b选项，若此图表示活细胞中4种化合物的含量，可推导出活细胞中含量最多的化合物2为水，其次1为蛋白质。性激素的化学本质是脂质，确实不属于1蛋白质，b选项正确。

　　c选项，若此图表示活细胞中4种化合物的含量，晒干的小麦种子胚细胞中含量最多的有机物确实是1蛋白质，c选项正确。

　　d选项，若此图表示活细胞中4种基本元素的含量，地壳和活细胞中含量最多的元素都是2氧元素，这一点没错。但这不能说明生物界与非生物界具有统一性，因为统一性指组成细胞的元素都能在自然界找到，没有细胞特有的元素，即生物界与非生物界在元素种类上具有统一性。分析这类数学模型时，一定要明确横纵坐标是元素还是化合物，是鲜重还是干重。

　　人们普遍认为生命起源于原始海洋，生命从一开始就离不开水。现在的生物，包括陆生生物，都与水密不可分。水是活细胞中含量最多的化合物。生物体的含水量因生物种类不同而有差别，一般为60% - 95%。同学们，能判断不同情况下细胞含水量的高低吗？

　　不同种类的生物含水量不同，一般水生生物含水量大于陆生生物，比如水母含水量可达97%。生物体在不同生长发育阶段含水量也有差别，幼儿含水量大于成年人，植物幼嫩部分含水量大于老熟部分。组织器官的含水量与种类及新陈代谢程度有关，牙齿含水量少于骨骼，少于血液。

　　为什么水分子具有支持生命的独特性质呢？这与它的分子结构有关。水是极性分子，氧原子一端略带负电荷，氢原子一端略带正电荷。于是，带正电荷或负电荷的分子和离子都容易与水结合，所以水是良好的溶剂。水分子之间能形成氢键，氢键较弱，易被破坏，只能维持极短时间。这样水中的氢键不断断开又形成，使水在常温下维持液体状态，具有流动性。此外，由于氢键存在，水具有较高的比热容，意味着水能够缓和温度变化，维持细胞温度及代谢速率的相对稳定。

　　细胞中的水有两种存在形式，大部分水以游离形式存在，可自由流动，叫做自由水。自由水是细胞内良好的溶剂，许多物质能溶解其中。自由水还是代谢介质，细胞内的生物化学反应都在自由水中进行。自由水还直接参与许多化学反应，同学们，能说出细胞中哪些反应产生水？哪些消耗水吗？

　　有氧呼吸第三阶段，氧气和还原氢反应生成水。氨基酸脱水缩合、多糖合成、DNA复制与转录，这些由单体聚合形成多聚体的过程都会产生水。类似的，ADP和磷酸结合形成ATP也会产生水。而需要利用水的反应有：有氧呼吸第二阶段，水和丙酮酸反应；光合作用光反应阶段，水分解成氧气和还原氢。此外，蛋白质、多糖、核酸、ATP的水解都需要消耗水。自由水还是内环境的成分之一。多细胞生物体内绝大多数细胞都必须浸润在以水为基础的液体环境中。自由水的流动性使其能够运输营养物质和代谢废物。