高考生物二轮复习小专题训练：16　实验分析、设计与评价（解析版）

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高考生物二轮复习小专题训练
16　实验分析、设计与评价
1.绿萝俗称“生命之花”,是一种常见的喜阴的家庭绿植。为了探究不同遮阴处理对绿萝光合作用强度的影响,科研人员进行了相关实验,实验结果如图所示(叶干重/总干重的值越大,说明叶面积越大),请回答下列问题:
(1)该实验可以通过测量单位面积叶片　单位时间内的CO2吸收量(或O2释放量或有机物的积累量)　来反映绿萝的净光合速率。为了进一步测定不同条件下绿萝的实际光合速率,还需要进一步测定　(绿萝的)呼吸速率　。
(2)据图可知,绿萝适应较弱的光照条件的具体机制:通过　增加叶绿素含量和增大叶面积　,从而加强对弱光的利用。
(3)假设不同遮阴处理不影响绿萝的呼吸作用,请据图分析不同遮阴处理对绿萝光合作用的影响:　遮阴程度小于50%时可以促进绿萝的光合作用,且30%遮阴时促进作用较强,遮阴程度超过50%则会抑制绿萝的光合作用　。
(4)已知绿萝叶片的光合产物可通过韧皮部筛管从叶片运输至茎、根等营养器官。请你利用同位素标记法设计实验验证光合产物在绿萝体内的转移过程,请简要写出实验思路:　为绿萝提供14C标记的CO2进行光合作用,每隔一段时间测定绿萝叶片、茎和根的放射性强度　。
[解析] (1)净光合速率=实际光合速率-呼吸速率,常用单位面积叶片、单位时间内的CO2吸收量(或O2释放量或有机物的积累量)来表示。若要进一步测定不同条件下绿萝的实际光合速率,还需要在黑暗条件下测定其相应的呼吸速率。
(2)据图可知,随着遮阴比例增加,绿萝的叶绿素含量和叶干重/总干重的值增加,以吸收更多的光能,而叶干重/总干重的值越大,说明叶面积越大,因此可说明绿萝通过增加叶绿素含量和增大叶面积,从而加强对弱光的利用。
(3)据图可知,遮阴程度小于50%时绿萝的净光合速率大于对照组,且图中30%遮阴时净光合速率最大,遮阴程度超过50%后绿萝的净光合速率小于对照组,若假设不同遮阴处理不影响绿萝的呼吸作用,则可用净光合速率变化表示实际光合速率变化,遮阴程度小于50%时可以促进绿萝的光合作用,且30%遮阴时促进作用较强,遮阴程度超过50%则会抑制绿萝的光合作用。
(4)若要证明光合产物的转移过程,可为绿萝提供14C标记的CO2进行光合作用,每隔一段时间测定绿萝叶片、茎和根的放射性强度。
2.光合作用受多种因素影响,为探究高浓度CO2下氮素供应形态对植物光合作用的影响,研究人员以武运粳稻为实验材料,在人工气候室利用无土栽培技术进行了相关实验,部分结果如下。请回答有关问题:
处理措施 硝态氮正常浓度CO2 硝态氮高浓度CO2 X 氨态氮高浓度CO2
叶绿素SPAD值 50 51 42 44
净光合速率 17.5 21.5 35 42.8
注:SPAD值与叶绿素含量呈正相关,净光合速率单位:[μmol/(m2·s)]。
(1)无土栽培时为保证植物正常生长,除了考虑各种矿质元素的种类和比例外,在配制培养液时还需要考虑　pH、渗透压、溶氧量　(答两点即可)等理化指标。
(2)表中X处理措施应为　氨态氮正常浓度CO2　。据表分析,能够显著提高该水稻净光合速率的氮素供应形态是　氨态氮　,从光合作用的角度分析,该种形态的氮素使净光合速率提高的原因可能是　有利于光合作用有关酶的合成、有利于NADPH合成、有利于光合产物的运输等　。
(3)光合作用的产物有一部分可转化成蔗糖,钾离子能促进蔗糖从叶片运至果实。以灌浆期的水稻作为实验材料,用同位素标记14CO2技术设计实验验证钾离子的上述作用,请完善以下实验思路并预期结果:
实验思路:
①将生长状况一致的水稻平均分成两组,编号为A、B;
②A组供应较低浓度的钾离子,B组供应适宜浓度的钾离子;
③将A、B两组水稻置于同一人工气候室中培养,通入14CO2,一段时间后检测　A、B两组水稻叶片和果实的放射性　。
预期结果:　叶片放射性A组大于B组,果实放射性A组小于B组　。
[解析] (1)在进行实验时要考虑一些重要的无关变量,无关变量要保持相同且适宜,由于本实验是无土栽培,所以要考虑培养液的pH、渗透压、溶氧量等理化指标。
(2)根据已知三组实验的设置可知,X应设置为氨态氮正常浓度CO2。据表分析,在相同的CO2浓度处理下,能够显著提高该水稻净光合速率的氮素供应形态是氨态氮,从光合作用的角度分析,该种形态的氮素可以参与光合作用有关酶的合成、有利于NADPH合成、有利于光合产物的运输等,从而提高净光合速率。
(3)要验证钾离子能促进蔗糖从叶片运至果实,实验自变量是钾离子的浓度,因变量是蔗糖的位置,因此通入14CO2,通过检测放射性的位置来反映蔗糖的位置。A组供应较低浓度的钾离子,B组供应适宜浓度的钾离子,两组水稻置于同一人工气候室中培养,共同通入14CO2,一段时间后检测A、B两组水稻叶片和果实的放射性。预期结果是叶片放射性A组大于B组,果实放射性A组小于B组。
3.野生型果蝇为灰体,常见的隐性突变体有黄体(aa)、黑体(bb)和黑檀体(ee),其中基因e位于Ⅱ号染色体上。科研人员利用野生型、黄体A、黑体B及黑檀体C四种纯合果蝇品系进行杂交实验(杂交过程中没有发生突变):
实验一:野生型(♂)与黄体(♀)杂交,F1中黄体(♂)∶野生型(♀)=1∶1;
实验二:野生型与黑体杂交得F1,F1自由交配,F2中野生型∶黑体=3∶1;
实验三:黑檀体与黑体杂交,F1全为野生型,F1相互交配,F2中野生型∶黑体∶黑檀体=3∶1∶1。
(1)根据实验一可知,基因a位于　X　染色体上;实验一和实验二的结果　不能　(填“能”或“不能”)说明基因a和基因b位于两对同源染色体上。
(2)根据实验三可知,基因b和基因e位于　两　对同源染色体上,实验三中F2的表型只有三种,其原因可能是　基因型为eebb的果蝇会出现纯合致死　。
(3)研究人员发现一种新的黑檀体隐性突变体M,突变性状由基因br控制。为确定基因br与基因e是否为同一基因突变,以及如果基因br与基因e不是同一基因突变,两突变基因是位于同源染色体上还是位于非同源染色体上,请利用野生型、突变体M和黑檀体C设计实验,写出实验思路并预期实验结果及结论(不考虑染色体互换)。　实验思路:让突变体M和黑檀体C果蝇杂交得F1,F1的雌雄果蝇相互交配得到F2,统计F2的表型及比例。
预期结果及结论:
若F1全为黑檀体,则基因br与基因e为同一基因突变;
若F1全为野生型,F2中野生型与黑檀体比例为9∶7,则基因br与基因e不是同一基因突变,且两突变基因位于非同源染色体上;
若F1全为野生型,F2中野生型与黑檀体比例为1∶1,则基因br与基因e不是同一基因突变,且两突变基因位于同源染色体上　。
(4)经研究发现基因br与基因e是由同一基因突变而来,为进一步探究基因br与基因e的区别,科研人员根据基因e设计了引物1、引物2、引物3和引物4(如图甲所示),并选用了不同的引物组合分别对基因e和基因br进行PCR后电泳,结果如图乙所示。
因引物具有序列特异性,根据实验结果得出的结论是　基因br与基因e相比少了区段2　。
[解析] (1)根据实验一的结果可知,控制该性状的基因在向后代传递的过程中与性别相关联,再结合亲子代的表型,可知基因a位于X染色体上。根据实验二的结果分析可知,基因b可能位于常染色体上,如亲代的基因型分别为野生型BB、黑体bb,也可能位于X染色体上,如亲代基因型分别为野生型XBXB、黑体XbY,两种情况都符合实验中子代的结果,因此不能说明基因a和基因b位于两对同源染色体上。(2)根据实验三(黑檀体与黑体杂交,F1全为野生型,F1相互交配,F2中野生型∶黑体∶黑檀体=3∶1∶1)可知,亲代的基因型分别为黑檀体BBee、黑体bbEE,则F1基因型为BbEe,表型全为野生型,若基因位于两对同源染色体上,F1相互交配,则F2中有9B_E_、3B_ee、3bbE_、1bbee,由于F2中只有三种表型,因此可能是基因型为bbee的个体纯合致死,即性状分离比为野生型∶黑体∶黑檀体=3∶1∶1,符合题意。(3)根据题意可知,该实验的目的是确定新的黑檀体隐性突变体M的基因br与基因e是否为同一基因突变,以及如果基因br与基因e不是同一基因突变,两突变基因是位于同源染色体上还是位于非同源染色体上。根据题目中所给的实验材料设计实验,实验思路:让突变体M和黑檀体C果蝇杂交得到的F1,F1的雌雄果蝇相互交配得到F2,统计F2的表型及比例。若基因br与基因e为同一基因突变,则突变体M和黑檀体C果蝇杂交得到的F1全为黑檀体;若基因br与基因e不是同一基因突变,且两突变基因位于非同源染色体上,遵循基因的自由组合定律,那么F1全为野生型,F2中野生型与黑檀体比例为9∶7;若基因br与基因e不是同一基因突变,且两突变基因位于同源染色体上,属于基因连锁,则按照基因的分离定律进行分析,则F1全为野生型,F2中野生型与黑檀体比例为1∶1。(4)根据题意,基因br与基因e是由同一基因突变而来,为进一步探究基因br与基因e的区别,选用了不同的引物组合分别对基因e和基因br进行PCR后电泳,根据图甲和图乙所示的结果可以看出,基因br只有利用引物1-4才有扩增产物,而利用引物1-3和引物2-4扩增没有产物出现,说明基因br与基因e相比少了区段2。
4.根据信息转化的类型可将突触分为化学突触和电突触。图甲表示一种化学突触的兴奋传递过程,图乙表示一种电突触(突触间隙很窄,前后膜之间有离子通道连接,依赖带电离子传递电信号)的兴奋传递过程。回答下列问题:
(1)人体内,突触的连接方式除了轴突—树突型、轴突—胞体型以外,还有轴突—轴突型、轴突—肌肉型和轴突—腺体型等,由此可知,一个神经元上可能存在神经递质受体的部位有　树突膜、胞体膜、轴突膜　。
(2)化学突触和电突触在信号转化、信号传递方向两方面的差异在于　化学突触的信号转化是电信号→化学信号→电信号,信号传递是单向的,电突触信号转化是电信号→电信号,信号传递是双向的　。
(3)若要抑制图甲所示突触处兴奋的传递,则可采取的措施有　抑制突触前膜上钙离子转运蛋白的活性; 抑制突触前膜释放Ach; 抑制突触后膜上Ach受体的活性等　(答出1点即可)。
(4)现有两个离体的神经元(a和b)通过突触相连,为了确定该突触类型与图甲相同还是与图乙相同,有微电压计、微电极等合适的器材可以使用,写出简要的实验思路:　给神经元a适宜强度的刺激,检测神经元b的膜上是否出现膜电位变化,然后给神经元b适宜强度的刺激,检测神经元a的膜上是否出现膜电位变化　。
(5)神经—体液调节指的是通过神经影响激素的分泌,再由激素对机体功能实施调节的方式。在神经—体液调节的神经调节部分,效应器指的是　传出神经末梢及其所支配的肌肉或腺体　;激素调节部分,激素通过体液的运输具有　不定向性　(填“不定向性”或“定向性”)。
[解析] (1)神经递质受体存在于突触后膜上,神经元的树突膜、胞体膜、轴突膜都可以作为突触后膜,因此都可能存在神经递质受体。(2)由所学知识可知,化学突触的信号转化是电信号→化学信号→电信号,信号传递是单向的,由图可知,电突触的信号转化是电信号→电信号,信号传递是双向的。(3)图甲为一种化学突触,由图甲可知,抑制突触前膜上钙离子转运蛋白的活性、 抑制突触前膜释放Ach、 抑制突触后膜上Ach受体的活性等都可以抑制突触处兴奋的传递。(4)图甲是化学突触,是单向传递的,图乙是电突触,是双向传递的。可以给神经元a施加适宜强度的刺激,检测神经元b的膜上是否出现膜电位变化,然后给神经元b施加适宜强度的刺激,检测神经元a的膜上是否出现膜电位变化。若b和a都有膜电位变化,则突触类型与图乙相同,否则与图甲相同。(5)效应器是反射弧最后的环节,在神经—体液调节中的神经调节部分,效应器指的是传出神经末梢及其支配的肌肉或腺体;激素通过体液的运输具有不定向性。
5.番茄植株不耐高温,其生长发育的适宜温度为15~32 ℃,研究环境条件变化对其产量的影响有重要意义。图甲是番茄光合作用部分过程示意图,PSⅠ和PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物,A~E表示相关物质。请分析回答下列问题:
乙
(1)图甲中的B表示　ATP　,叶绿体基质位于　Ⅱ　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)侧,H+从Ⅰ侧到Ⅱ侧　不需要　(填“需要”或“不需要”)消耗能量。
(2)某科研小组用不同温度和光强组合对番茄植株进行处理,实验结果如图乙所示,据图可知,在强光和40 ℃条件下,番茄的光合速率相对值　较低　(填“较低”或“较高”),请推测原因可能是　在强光和40 ℃条件下,气孔开度明显降低,但胞间CO2浓度反而较高,说明并不是吸收的CO2不足,可能是由于温度较高降低了酶的活性,或者强光破坏了叶绿体的结构(类囊体薄膜的结构)　。
(3)已知D1蛋白是一种对类囊体薄膜上色素和蛋白质活性起保护作用的关键蛋白。水杨酸(SA)是一种与抗热性(较高温)有关的植物激素。为避免较高温度对番茄产量的影响,该科研小组进一步研究发现:较高温度会降低细胞内D1蛋白的含量而使光合作用强度降低,在正常和较高温度下,喷洒适宜浓度的水杨酸(SA)均可促进D1蛋白的合成从而增加番茄产量。请设计实验验证该结论(只写实验思路)。
实验思路:　选取生长状况一致的正常番茄植株(幼苗)若干,平均分为A、B、C、D四组,A组置于适宜温度的环境下,B组置于较高温度的环境下,C组置于适宜温度下的同时喷洒适宜浓度的水杨酸(SA),D组置于较高温度下的同时喷洒适宜浓度的水杨酸(SA),其他条件相同且适宜,一段时间后检测各组D1蛋白的含量　。
[解析] (1)由图可知:A、B、C、D、E分别代表O2、ATP、ADP和Pi、C3、C5;其中Ⅱ侧进行暗反应过程,故叶绿体基质为Ⅱ侧,图中由C(ADP和Pi)合成B(ATP)的能量应是H+浓度差提供的,所以H+从Ⅰ侧到Ⅱ侧是不需要消耗能量的协助扩散。(2)在强光和40 ℃条件下,气孔开度明显降低,但胞间CO2浓度较高,说明细胞不能充分利用吸收的CO2,可能是由于温度较高降低了酶的活性,或者强光破坏了叶绿体的结构或类囊体薄膜的结构。(3)要设计实验验证较高温度会降低细胞内D1蛋白的含量以及在正常温度和较高温度下,水杨酸(SA)可促进D1蛋白的合成,所以该实验的自变量为温度是否正常和是否施加水杨酸(SA),因变量为D1蛋白的含量,应设置四组实验,四组实验的处理分别是正常温度、较高温度、正常温度+水杨酸(SA)、较高温度+水杨酸(SA)。
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