上海市虹口区2023-2024学年高三上学期生物学期末学生学习能力诊断测试试卷
一、利用基于自然的解决方案固“碳”（14分）
1．2016年，世界自然保护联盟提出“基于自然的解决方案（NbS）”，即利用自然方法来解决全球气候变化等社会问题。针对全球气候变暖现象，基于NbS的理念，可通过对生态系统的保护、修复和可持续管理，提高其固碳能力，以缓解温室效应。研究发现，微生物在陆地生态系统碳循环调节过程中起重要作用，部分过程如图1所示，其中虚线箭头表示食物链，实线箭头表示微生物参与碳循环的主要过程。
（1）据题干信息及已学知识分析，下列做法与NbS理念吻合的是（ ）。（多选）
A．防护林的可持续管理 B．退耕还林还草
C．合理耕作和秸秆燃烧 D．修建湿地公园
（2）据图1及已学知识分析，土壤微生物在生态系统碳循环中起的主要作用是（ ）。（多选）
A．获得有机物 B．分解有机物 C．合成有机物 D．转化有机物
（3）调查发现，某地土壤微生物主要有放线菌、真菌等，它们相互作用，共同组成了土壤中的微生物 （种群/群落/生态系统）。
（4）据图1计算，若蜈蚣的食物由40% 行军蚁、60% 线蚓组成，行军蚁和线蚓的食物都分别由50% 植物凋零物和50% 土壤有机质组成，且该生态系统中的营养级效率为20%。若土壤微生物固碳过程中的能量损耗率为20%，在仅以碳作为唯一能源物质的情况下，要满足100 kJ蜈蚣的生存，由微生物固碳后形成的土壤有机质至少为 kJ。
“匍匐大戟”是一种适应能力强、匍匐生长的外来物种，为探究其对土壤微生物固碳能力的影响，研究人员对某地多项生态学指标展开调查，部分数据如表1所示。其中，PLFA是微生物细胞质膜重要的组成成分，其总量与微生物含量呈正相关。
表1
经纬度 气候类型 入侵前后 土壤碳储量
变化的相对值 PLFA/（nmol/g-1） 土壤小动物总量/（只/m3） 植物物种丰富度/（种）
115°33’24”E
37°03’36”N 温带干旱型大陆性季风气候 入侵前 224.6 24.9 168 12
入侵后 182.5 33.1 224 10
（5）据图1、表1推测，匍匐大戟入侵后，该地土壤微生物固碳能力下降的原因可能有 。（编号选填）
①植物固碳的总量下降
②非固碳微生物大量繁殖
③纬度高降水少影响植物生长
④土壤动物对土壤中碳的消耗量增加
（6）为探究土壤微生物的固碳能力，据图1及已学知识分析，可检测的指标有 。（编号选填）
① 调查土壤小动物的丰富度② 调查植物物种的多样性
③ 检测植物光合作用的强度④ 检测空气中CO2的浓度
【答案】（1）A；B；D
（2）A；B；C；D
（3）群落
（4）1562.5
（5）①②④
（6）①②③④
【知识点】土壤中动物类群丰富度的研究；生态系统的结构；生态系统的能量流动；群落的概念及组成
【解析】【解答】(1) 分析题意可知，NbS理念是用自然方法来解决全球气候变化等社会问题，其中防护林的可持续管理、退耕还林还草、修建湿地公园均是遵循自然规律，符合上述理念，而秸秆燃烧对于环境有一定污染，不符合上述理念。故选：ABD。
(2)土壤微生物包括分解者等，能够将有机物分解为无机物，故其作用包括获得有机物、分解有机物转化有机物，且图中的土壤微生物还有固氮作用，说明其也可以合成有机物。故选：ABCD。
(3)群落是指一定区域所有生物的集合，某地土壤微生物主要有放线菌、真菌等，它们相互作用，共同组成了土壤中的微生物群落。
（4）据图1计算，若蝗松的食物中40%行军蚁、60%线蚓组成，行军蚁和线蚓的食物都分别由50%植物凋零物和50%土壤有机质组成，且该生态系统中的营养级效率为20%。若土壤微生物固碳过程中的能量损耗率为20%，在仅以碳作为唯一能源物质的情况下，要满足100kJ蜈蚣的生存，由微生物固碳后形成的土壤有机质至少= (100x40%x1/2÷20%÷20%÷20%) + (100x40%x1/2÷20%) + (100x60%x1/2÷20%÷20%÷20%÷20%)+(100x60%x1/2-÷20%) =1562.5kJ。
(5)据图、表推测，入侵后的土壤碳储量变化的相对值降低，而PLFA升高，据此推测，匍匐大戟入侵后，该地土壤微生物固碳能力下降的原因可能有植物固碳的总量下降、非固碳微生物大量繁殖和土壤动物对土壤中碳的消耗量增加(PLFA是微生物细胞质膜重要的组成成分，其总量与微生物含量呈正相关)，而入侵前后纬度不变，不会影响降水量。故选：①②④。
(6)固碳能力与动植物均有关系，且与环境中的二氧化碳含量有关，故为探究土壤微生物的固碳能力，据图1及已学知识分析，可检测的指标有调查土壤小动物的丰富度、调查植物物种的多样性、检测植物光合作用的强度、检测空气中CO2的浓度。故选：①②③④。
【分析】1、生态系统的结构是指生态系统的组成成分和营养结构（食物链和食物网）。
（1）组成成分又包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者。生产者能将无机物合成有机物，是其他生物物质、能量的来源，主要指绿色植物和化能合成作用的生物，消费者加快生态系统的物质循环，有利于生产者的传粉或种子的传播，主要指动物，分解者将有机物分解为无机物，归还无机环境，指营腐生生活的微生物和动物。
（2）营养结构是指食物链和食物网。
2、群落：同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合
3、生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。生态系统能量流动的起点是生产者，因此输入生态系统的总能量是生产者光合作用固定的太阳能。能量流动的特点是单向流动，逐级递减。研究此生态系统能量流动的意义是调整能量流动关系，使能量持续高效流向对人类最有益的部分。
摄入量=同化量+粪便量；同化量=用于生长、发育繁殖的能量+呼吸散失的能；生长、发育、繁殖的能量=流入下一营养级能量+流入分解者的能量；能量流动效率=下一营养级的同化量/上一营养级的同化量ⅹ100%。
4、调查研究小动物类群的丰富度常用取样器取样的方法进行采集。
二、利用人工改造的微藻捕获“碳”（19分）
2．工业烟气一般含高浓度的CO2（浓度范围为6%~99%），大量释放会加重温室效应。研究人员发现，微藻（单细胞藻类）是一类经济、环保、能循环固碳的微生物，欲利用其吸收烟气中的CO2。微藻固碳的部分机制如图2所示，其中，I~VIII分别表示反应过程；甲、乙、丙、丁、戊分别表示物质， 丁是微藻固碳途径中具催化功能的物质；蛋白1和蛋白2是促进无机碳运输的2种蛋白。然而，大量实验发现，微藻在高浓度CO2条件下，对CO2的利用率低，且在酸性环境下容易出现细胞凋亡现象。为此，研究人员尝试采取多种策略，以期提高微藻对高浓度CO2的耐受能力。
（1）研究人员从某地取样后发现，水体中除微藻外，还有蓝细菌。据已学知识判断，图2中区分微藻与蓝细菌的细胞器是 。
（2）据图2及已学知识判断，微藻细胞内能量转换的主要路经是。（ ）
A．ATP、NADPH→糖类 B．糖类→ATP→电子传递链→ATP
C．光能→电能→ATP、NADPH D．糖类→NADH→电子传递链→ATP
（3）据已学知识判断，图2中微藻细胞内甲既能在镁螯合酶的作用下，转化为一种能在光照下释放高能电子的乙 ；又能在铁螯合酶的作用下转化为戊，继而转化为线粒体内膜上的电子传递蛋白。该蛋白参与能量载体分子 的合成。（编号选填）
①ATP合酶②叶绿素a③磷酸甘油醛
④ATP⑤NADH⑥NADPH
（4）据题干及已学知识推测，图2中丁直接促进的反应过程是（ ）（单选）
A．C3还原 B．五碳糖还原 C．CO2固定 D．五碳糖再生
（5）研究发现，在烟气环境中与微藻细胞分裂有关的蛋白CDK4与cyclinD活性受抑制。上述蛋白能促进细胞从G1进入S期。据此推测，在烟气环境中，微藻细胞内可能出现的现象是（ ）。（多选）
A．染色体数目加倍 B．染色质螺旋化受抑
C．加快RNA的合成 D．纺锤体的组装受抑制
（6）据图2及已学知识推测，微藻在高浓度CO2条件下，利用CO2效率低的原因可能有（ ）。（多选）
A．铁鳌合酶活性增强导致细胞凋亡
B．镁鳌合酶活性降低导致II的速率降低
C．蛋白2活性受抑制导致IV的速率降低
D．蛋白1活性受抑制导致HCO3-浓度降低
（7）研究人员欲采用“CO2梯度驯化”实验驯化微藻，相关技术路线如图3（a）所示。将各驯化阶段的微藻分别置于不同浓度的CO2条件下，检测相关蛋白的活性，结果如图3（b）所示。分析实验结果，并推测“CO2梯度驯化”能提高微藻CO2利用率的原因。
【答案】（1）线粒体和叶绿体
（2）A；C；D
（3）②；④
（4）C
（5）B；D
（6）B；C；D
（7）据实验结果可知，逐渐提高CO2浓度来驯化微藻，可提高类囊体膜上电子传递链相关蛋白活性；CO2驯化浓度越高，相关蛋白活性越高，对高浓度CO2的耐受力越强；推测CO2梯度驯化可能影响囊体膜上电子传递链相关蛋白基因的表达，提高光反应效率，从而加强碳反应对CO2的利用。
【知识点】原核细胞和真核细胞的形态和结构的异同；光合作用的过程和意义；细胞有丝分裂不同时期的特点
【解析】【解答】(1)微藻是一种单细胞藻类，即为低等植物，为真核生物，其细胞结构中除了含有核糖体外，还含有多种细胞器；蓝细菌的细胞中没有核膜包被的细胞核，为原核生物，只有核糖体这一种细胞器，因此图1中区分微藻与蓝细菌的细胞器是叶绿体和线粒体。
(2)微藻细胞为低等植物，其细胞内有叶绿体和线粒体，而叶绿体和线粒体是细胞中与能量转换有关的细胞器，前者中发生的是光合作用，后者中发生的是有氧呼吸过程，则在这两种细胞器种发生能量转换的主要路经是光能→电能→ATP、NADPH，该过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，为光反应过程中的能量转变， ATP、NADPH→糖类发生在叶绿体基质中，代表的是暗反应过程中的能量转移途径；糖类→NADH→电子传递链→ATP代表的是有氧呼吸过程中能量的传递过程，即ACD正确。
故选：ACD。
(3)图1中微藻细胞内甲既能在镁螯合酶的作用下，转化为一种能在光照下释放高能电子的乙②叶绿素a，光反应过程中能释放高能电子的是叶绿素a，因而可推测②为叶绿素a；又能在铁螯合酶的作用下转化为戊，继而转化为线粒体内膜上的电子传递蛋白。该蛋白参与能量载体分子，即直接能源物质ATP，即④的合成。
（4）结合图1可知，丁直接促洗的直接促进的反应过程是二氧化碳的固定过程，即C正确。故选：C。
(5)研究发现，在烟气环境中与微藻细胞分裂有关的蛋白CDK4与cyclinD活性受抑制。上述蛋白能促进细胞从G1进入S期。据此推测，在烟气环境中，CDK4与cyclinD活性受抑制，因此，微藻细胞内可能出现细胞分裂受阻，因此表现为染色质螺旋化受抑制和纺锤体的组装受抑制，即细胞无法完成分裂过程，即BD符合题意。故选：BD。
(6) A、铁鳌合酶活性增强，会促进线粒体的活动，进而使丁增多，促进二氧化碳的固定，使二氧化碳的利用能力上升，A错误；
B、镁鳌合酶活性降低导致叶绿素a即图中乙的合成减少，进而使光合速率下降，因而利用二氧化碳的能力下降，B正确；
C、蛋白1和蛋白2是促进无机碳运输的2种蛋白，若蛋白2活性受抑制则会直接导致二氧化碳进入细胞的速率下降，进而引起利用二氧化碳的能力下降，C正确；
D、蛋白1和蛋白2是促进无机碳运输的2种蛋白，蛋白1活性受抑制导致HCO3-浓度降低，进而影响了二氧化碳的转运，使二氧化碳的利用能力下降，D正确。故选：BCD。
(7)研究人员欲采用“CO2梯度驯化”实验驯化微藻，相关技术路线如图2(a)所示。将各驯化阶段的微藻分别置于不同浓度的CO2条件下，检测相关蛋白的活性，结果如图2(b)所示。实验结果显示，逐渐提高CO2浓度来驯化微藻，可提高类囊体膜上电子传递链相关蛋白活性；CO2驯化浓度越高，相关蛋白活性越高，对高浓度CO2的耐受力越强；推测CO2梯度驯化可能影响囊体膜上电子传递链相关蛋白基因的表达，提高光反应效率，从而加强碳反应对CO2的利用。
【分析】1、光合作用过程分为光反应和暗反应两个阶段，光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上，是水光解产生氧气和NADPH，同时将光能转变成化学能储存在ATP和NADPH中，暗反应又叫碳反应，发生在叶绿体基质中，分为二氧化碳固定和三碳化合物还原两个过程；二氧化碳与五碳化合物结合形成两个三碳化合物叫二氧化碳固定；三碳化合物还原是三碳化合物被NADPH还原形成糖类等有机物，同时将储存在ATP、NADPH中的化学能转移动糖类等有机物中。
2、原核细胞、真核细胞的比较
原核细胞 真核细胞
主要区别 无以核膜为界限的细胞核 有以核膜为界限的细胞核
遗传物质 都是DNA
细胞核 无核膜、核仁，遗传物质DNA分布的区域称拟核；无染色体 有核膜和核仁；核中DNA与蛋白质结合成染色体
细胞器 只有核糖体，无其他细胞器 有线粒体、叶绿体、高尔基体等复杂的细胞器
细胞壁 细胞壁不含纤维素，主要成分是糖类和蛋白质形成的肽聚糖 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，真菌细胞壁的主要成分是几丁质
举例 放线菌、蓝藻、细菌、衣原体、支原体 动物、植物、真菌、原生生物(草履虫、变形虫)等
3、有丝分裂不同时期的特点︰（1）间期∶进行DNA的复制和有关蛋白质的合成；（2）前期∶核膜、核仁逐渐解体消失，出现纺锤体和染色体；（3）中期：染色体形态固定、数目清晰；（4）后期∶着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为染色体，并均匀地移向两极；（5）末期∶核膜、核仁重建、纺锤体和染色体消失。
三、利用遗传学原理检测及预防人类遗传病（24分）
3．先天性葡萄糖—半乳糖吸收不良症（CGGM）是一种单基因遗传病。患者小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，严重患者容易腹泻。健康人小肠上皮细胞运输单糖等物质的部分机理如图4所示，其中SGLT、GLUT2、GLUT5和Na+/K+ATP酶分别表示质膜上的转运蛋白。
（1）物质进出小肠上皮细胞的方式不同。据图4比较，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的运输方式最相似的是 。（编号选填）
① Na+进小肠上皮细胞 ② K+进小肠上皮细胞
③ Na+出小肠上皮细胞 ④ 葡萄糖出小肠上皮细胞
（2）小明腹泻就医，医生对其进行各项检验，结果如表2所示。据图4及已学知识推测，表2中各指标异常的可能原因，并用数字编号选填。
表2
样本 检验项目 检验结果 正常参考范围 推测指标 异常的原因
血液 口服糖溶液后 30~180min血糖变化情况 血糖升高值 ＜1.1 mmol/L 血糖升高值 ＞1.1 mmol/L ⑴ 。
粪便 粪便pH ＜5.0 6.9-7.2 ⑵ 。
① 小肠上皮细胞吸收Na+减少
② 肠道微生物无氧呼吸产生乳酸
③ 消化道双糖或多糖水解酶活性降低
（3）进一步检测发现，小明是CGGM患者。据相关信息及已学知识推测，其患病的原因可能是（ ）。（多选）
A．Na+与葡萄糖或半乳糖竞争SGLT蛋白
B．SGLT蛋白与肠上皮细胞质膜结合异常
C．SGLT蛋白结构改变导致运输功能异常
D．SGLT基因甲基化导致SGLT蛋白减少
（4）对小明及其表型正常父母22号染色体上的SGLT基因进行检测，相关基因编码链的部分序列如图5所示。据此判断，CGGM的遗传方式及变异类型分别是 、 。
（5）在不考虑变异的情况下，小明父母再生一个患CGGM男孩的概率是 。
（6）遗传咨询发现，小明祖父和外祖母都是白化病（常染色体隐性遗传病）患者。若小明父母欲生育二胎，则下列细胞形成的生殖细胞参与受精后，可导致胎儿同时患有白化病（A/a表示白化病基因）和CGGM（B/b表示SGLT基因）的组合是 。（编号选填）
（7）研究发现，CGGM有多种致病类型。若小明的妹妹因SGLT蛋白的甘氨酸（密码子：5’-GGG-3’）被精氨酸（密码子：5’-AGG-3’）替换而引发CGGM，据此推测，小明妹妹SGLT突变基因转录过程中的模板链为5’- -3’。
（8）若小明已到适婚年龄，从检测和预防遗传病的角度，下列建议合理的是 。（编号选填）
①对其妻子进行基因检测 ② 评估遗传病的再发风险率
③ 对其胎儿进行B超检查 ④ 对其胎儿进行染色体分析
（9）目前CGGM的治疗以饮食控制为主，结合相关信息，请对CGGM患者提出合理的饮食建议 。
【答案】（1）②③
（2）①③；②
（3）B；C
（4）常染色体隐性；基因突变
（5）1/8
（6）①④
（7）-CCT-
（8）①②
（9）可以果糖替代葡萄糖和半乳糖作为能量能源物质
【知识点】三种跨膜运输方式的比较；基因突变的类型；人类遗传病的类型及危害；人类遗传病的监测和预防
【解析】【解答】(1) ①Na+进小肠上皮细胞是顺浓度梯度进行的，为协助扩散，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式—主动运输不同，①错误；
②K+进小肠上皮细胞是逆浓度梯度进行的，为主动运输，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式—主动运输相同，②正确；
③Na+出小肠上皮细胞是顺浓度梯度进行的，为主动运输，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式—主动运输相同，③正确；
④葡萄糖出小肠上皮细胞是顺浓度梯度进行的，为协助扩散，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式—主动运输不同，④错误。故选②③。
(2)①小肠上皮细胞吸收Na+减少，则为葡萄糖进入红细胞提供的梯度势能减少，因而会导致补充的葡萄糖无法被吸收，对应表中①的原因；
②肠道微生物无氧呼吸产生乳酸，会导致肠道内酸性增强，因此pH下降，对应表中②的原因；
③消化道双糖或多糖水解酶活性降低，导致消化道内单糖浓度下降，也会引起血糖水平低于正常值，对应表中①的原因。
(3) A、Na+与葡萄糖或半乳糖竞争SGLT蛋白不会引起小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，因为钠离子本身就会与SGLT蛋白结合，A错误；
B、SGLT蛋白与肠上皮细胞质膜结合异常则会导致小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，进而患病，B正确；
C、SGLT蛋白结构改变导致运输功能异常则会导致小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，进而患病，C正确；
D、SGLT基因甲基化会导致SGLT蛋白减少，会影响单糖转运速率，但不会引起小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，D错误。
故选BC。
(4)对小明及其表型正常父母22号染色体上的SGLT基因进行检测，相关基因编码链的部分序列如下图所示。根据图示可知，小明的相关
基因来自父亲和母亲，且双亲均表现正常，因而可确定，该病为常染色体隐性遗传病，且父亲体内的致病基因是由于碱基的缺失导致的，母亲体内的相关致病基因是由于碱基的替换引起的，因此该病的相关基因的变异类型为基因突变。
(5)小明的父母均为携带者，若相关基因用 A/a表示，则小明父母的基因型可表示为Aa，因此，在不考虑变异的情况下，小明父母再生一个患CGGM男孩的概率是1/4x1/2=1/8。
(6)若胎儿同时患有白化病和CGGM，则其基因型可表示为aabb，是由基因型为ab的精子和卵细胞受精产生的，因此，结合图示可知，细胞①④产生的配子结合可产生两病均患的孩子。故选①④。
(7) 小明妹妹含有的SGLT突变基因引起的密码子的变化为：5'-GGG-3'变成了5'-AGG-3’，根据碱基互补配对原则可推测，相应的模板链的变化是5'-CCC-3’变成了5-TCC-3'，即小明妹妹 SGLT突变基因转录过程中的模板链为5-CCT-3'。
(8)①因为小明已经患有该病，因此需要对其妻子进行基因检测，进而可确定其所生孩子患病的概率并可给出合理化的建议，①正确；
②根据对其妻子相关基因的检测结果，评估遗传病的再发风险率，进而达到有效的预防，②正确；
③对其胎儿进行B超检查，无法实现对该病的鉴别，因为从形态上无法做出诊断，③错误；
④该病为基因突变引起的病患，对其胎儿进行染色体分析不能对该病做出相关判断，④错误。
故选①②。
(9)半乳糖吸收不良症表现为患者小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，因此，目前CGGM的治疗以饮食控制为主，其做法是建议患者以果糖替代葡萄糖和半乳糖作为能量能源物质，因为患者对果糖可以正常吸收。
【分析】1、物质跨膜运输的方式 (小分子物质)
运输方式 运输方向 是否需要载体 是否消耗能量 示例
自由扩散 高浓度到低浓度 否 否 水、气体、脂类(如甘油，因为细胞膜的主要成分是脂质)
协助扩散 高浓度到低浓度 是 否 葡萄糖进入红细胞
主动运输 低浓度到高浓度 是 是 几乎所有离子、氨基酸、葡萄糖等
2、几种常见的单基因遗传病及其特点：
（1）伴X染色体隐性遗传病：如红绿色盲、血友病等，其发病特点：男患者多于女患者；隔代交叉遗传，即男患者将致病基因通过女儿传给他的外孙。
（2）伴X染色体显性遗传病：如抗维生素D性佝偻病，其发病特点：女患者多于男患者；世代相传。
（3）常染色体显性遗传病：如多指、并指、软骨发育不全等，其发病特点：患者多，多代连续得病。
（4）常染色体隐性遗传病：如白化病、先天聋哑、苯丙酮尿症等，其发病特点：患者少，个别代有患者，一般不连续。
（5）伴Y染色体遗传：如人类外耳道多毛症，其特点是：传男不传女。
3、基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失或替换，这会导致基因结构的改变，进而产生新基因。
4、遗传病的监测和预防：（1）产前诊断：胎儿出生前，医生用专门的检测手段确定胎儿是否患某种遗传病或先天性疾病，产前诊断可以大大降低病儿的出生率。（2）遗传咨询：在一定的程度上能够有效的预防遗传病的产生和发展。（3）禁止近亲婚配：降低隐性遗传病的发病率。
四、利用生物工程技术生产疫苗（24分）
4．谚语“白露不露身”，是提醒人们“白露”过后，天气冷暖多变，要注意保暖。在正常情况下，当气温下降时，人体可以通过自我调节维持稳态。对于感冒易感人群而言，“寒冷”可能是引发感冒的诱因。从“防”的角度，注射流感疫苗是预防感冒的一种方法；从“治”的角度，口服中草药是我国治疗感冒的一种手段。图6为甲流mRNA疫苗制备的部分流程，其中I~Ⅺ分别表示过程；X、Y、Z分别表示DNA分子的长度；kb表示千碱基对。图7为研究人员利用“角茴香”（一种植物）治疗感冒的相关实验结果。
（1）据已学知识判断，当环境温度下降时，人体参与体温调节的生理反应有（ ）。（多选）
A．骨骼肌战栗 B．肾上腺素分泌增多
C．皮肤血管舒张 D．甲状腺激素分泌增多
（2）甲流病毒是一种RNA病毒，下列人体内的物质与该病毒储存与传递遗传信息的生物大分子在元素组成上相同的是 。（编号选填）
① DNA ② ATP ③ 磷脂 ④ 蛋白质
（3）在制备甲流疫苗的过程中，据图6判断，需要以核糖核苷三磷酸为原料的过程是 （编号选填）；在含氨苄青霉素的培养基中存活的大肠杆菌的环形质粒长度可能是 kb；若用HindⅢ和EcoRⅠ完全酶切上述培养基中某个菌落的质粒，则凝胶电泳后可观察到的DNA条带长度是 kb。
① II
② Ⅲ
③ Ⅴ
④ Ⅵ
（4）据图6判断，若注射甲流mRNA疫苗后，机体内由T淋巴细胞参与的细胞免疫应答过程有 。（编号选填）
① Ⅷ ② Ⅸ ③ Ⅹ ④ Ⅺ
（5）将甲流病毒抗原肽基因逆转录后的编码链部分序列为5’-GTGTAATATA-3’，若将该序列所编码的天冬酰胺替换为缬氨酸，可提高mRNA疫苗的安全性。据此及已学知识判断，采用定点突变改造天然抗原肽时，可作为PCR合成抗原肽突变基因引物的是（ ）。（多选）（密码子：天冬酰胺5’-AAU-3’，缬氨酸5’-GUC-3’）
A．5’ -GTGTGTCATA-3 ’ B．5’ -TATCAGACAC-3’
C．5’ -GTGTCTGATA-3’ D．5’ -TATGACACAC-3’
（6）2023年诺贝尔生理学或医学奖表彰了在mRNA中通过Ψ（一种核苷，如图8所示）替换某种结构相似的核苷，获得性能优化的mRNA疫苗的研究。
据此推测，下列核苷最可能被Ψ替换的是（ ）。（单选）
A． B．
C． D．
（7）据相关信息及已学知识推测，科学家通过Ψ替换mRNA特定位点的核苷所生产的mRNA疫苗的优点可能是提高 。（编号选填）
① 安全性 ② 转录效率 ③ 稳定性 ④ 翻译效率
（8）为探究角茴香治疗病毒性感冒的疗效，研究人员用角茴香提取液灌胃感染甲流的小鼠，5天后测定小鼠血液中能反映炎症反应程度的细胞因子（TNF-α）的表达量，实验结果如图7所示。据此评价，角茴香治疗甲流的疗效，并写出分析过程 。
【答案】（1）A；B；D
（2）①②③
（3）③；Z或Z-Y+X；Z-Y和X或Z-Y和Y
（4）②③
（5）A；D
（6）D
（7）①③④
（8）角茴香对治疗甲流有一定的疗效。因为用奥司他韦治疗病毒感染小鼠后，细胞因子的表达量显著低于未用药的病毒感染小鼠，说明细胞因子的含量与炎症反应程度呈正相关；用角茴香治疗病毒感染小鼠后，细胞因子的表达量显著低于未治疗的病毒感染小鼠，说明角茴香对治疗甲流有一定疗效
【知识点】组成细胞的元素和化合物；体温平衡调节；细胞免疫
【解析】【解答】(1) ABCD、在寒冷环境中，散热加快，当局部体温低于正常体温时，冷觉感受器受到刺激并产生兴奋，兴奋传递到下丘脑的体温调节中枢，通过中枢的分析、综合，再使有关神经兴奋，进而引起皮肤血管收缩，皮肤的血流量减少，散热量也相应减少。同时，汗腺的分泌量减少，蒸发散热也随之减少。在减少热量散失的同时，机体还会主动增加产热。寒冷刺激使下丘脑的体温调节中枢兴奋后，可引起骨骼肌战栗，使产热增加。与此同时，相关神经兴奋后可以促进甲状腺激素、肾上腺素等激素的释放，使肝及其他组织细胞的代谢活动增强，增加产热，ABD正确，C错误。
故选：ABD。
(2) 甲流病毒的遗传物质是RNA，其元素组成为C、H、O、N、P；DNA、ATP、磷脂的元素组成是C、H、O、N、P；蛋白质主要是C、 H、O、N。故选：①②③。
(3)据图分析可知，过程V，提取重组质粒中的DNA经转录形成mRNA需要以核糖核苷三磷酸为原料。故选：③。
能够在含氨苄青霉素的培养基中存活的大肠杆菌有两种一是含有重组质粒的，二是含有普通质粒的，因此环形质粒长度可能是Z-Y+X或Z。用HindIII和EcoRI完全酶切上述培养基中某个菌落的质粒，若该质粒是普通质粒则凝胶电泳后可观察到的DNA条带长度是Z-Y和Y；若该质粒是重组质粒则凝胶电泳后可观察到的DNA条带长度是Z-Y和X。
(4)若注射甲流mRNA疫苗后，机体内由T淋巴细胞参与的细胞免疫应答过程有激活的T细胞增殖分化形成记忆细胞和效应T细胞细胞，以及细胞毒性T细胞与靶细胞紧密接触，激活靶细胞内的溶酶体酶，使得靶细胞裂解释放出抗原，即过程IX、X。故选：②③。
(5) ABCD、将甲流病毒抗原肽基因逆转录后的编码链部分序列为5'-GTGTAATATA-3'，若将该序列所编码的天冬酰胺替换为缬氨酸，又因为密码子：天冬酰胺5'-AAU-3'，缬氨酸5-GUC-3’，因此用定点突变改造天然抗原肽时，可作为PCR合成抗原肽突变基因引物的是5-GTGTG TCATA-3’、5'-TATGACACAC-3’，AD正确，CB错误。故选：AD。
(6)由于在mRNA中通过Ψ替换某种结构相似的核苷，获得性能优化的mRNA疫苗，因此分析结构最可能被Ψ替换的是D。
(7)通过4替换mRNA特定位点的核苷所生产的mRNA疫苗的优点可能是提高安全性、稳定性以及翻译效率。故选：①③④。
(8)因为用奥司他韦治疗病毒感染小鼠后，细胞因子的表达量显著低于未用药的病毒感染小鼠，说明细胞因子的含量与炎症反应程度呈正相关；用角茴香治疗病毒感染小鼠后，细胞因子的表达量显著低于未治疗的病毒感染小鼠，说明角茴香对治疗甲流有一定疗效。
【分析】1、体温调节过程：在寒冷环境下，下丘脑体温调节中枢兴奋，机体通过皮肤血管收缩，血流量减少，骨骼肌和立毛肌收缩，增加产热量，甲状腺分泌甲状腺激素增多，肾上腺分泌肾上腺素增多，增强细胞代谢等过程维持体温恒定；在炎热环境下，下丘脑体温调节中枢兴奋，机体通过皮肤血管舒张、增加血流量和汗腺分泌增强，来增加散热，维持体温恒定。属于神经—体液调节。
2、化合物的元素组成：（1）蛋白质的组成元素有C、H、O、N元素构成，有些还含有P、S；（2）核酸的组成元素为C、H、O、N、P；（3）脂质的组成元素有C、H、O，有些还含有N、P；（4）糖类的组成元素为C、H、O。
3、细胞免疫过程为：（1）感应阶段：吞噬细胞摄取和处理抗原，并暴露出其抗原决定簇，然后将抗原呈递给T细胞；（2）反应阶段：T细胞接受抗原刺激后增殖、分化形成记忆细胞和效应T细胞，同时T细胞能合成并分泌淋巴因子，增强免疫功能。（3）效应阶段：效应T细胞发挥效应，激活靶细胞内的溶酶体酶使靶细胞裂解。
五、利用生物学原理改善抑郁症（19分）
5．研究人员欲探究在神经系统中参与调节等功能的星形胶质细胞质膜上K+通道对小鼠抑郁行为的影响，将小鼠分别放置在超过其体长的水环境中进行“强迫游泳”实验。当小鼠不能积极应对环境压力，出现静止行为，则被视为“抑郁”。研究人员分别用K+通道阻断剂和开放剂处理小鼠，实验结果如图9（a）所示。研究表明，小鼠大脑存在“抑郁中枢”和“快乐中枢”共同参与情绪调控，抑郁中枢对快乐中枢有抑制作用。强迫游泳实验后，小鼠大脑中星形胶质细胞与神经元细胞体发生的部分反应，如图9（b）所示。
（1）据图9分析，强迫游泳会 （促进/抑制）小鼠抑郁行为的发生。
（2）在正常情况下，快乐感觉不会持续发生。据图及已学知识推测，当机体持续产生快乐感觉时，突触后膜多巴胺受体的数量将 （增多/减少/不变）。
（3）实验发现，用氯胺酮（谷氨酸离子型受体阻断剂）可以治疗抑郁症，但大剂量使用可能出现药物成瘾（通过刺激中枢神经造成兴奋或愉快感的一种超乎寻常的行为）。据图9及已学知识，分析上述机理 。
（4）研究人员欲探究运动、肠道有益菌群与抑郁症的关系，利用小鼠开展实验。
实验1：探究肠道有益菌群对健康小鼠运动的影响，实验结果如图10所示；
实验2：探究改善抑郁症的策略。
据图10分析，找出支持表3中相应观点的证据，并用图中数字编号填空。
表3
观点 支持观点的证据 用图10中的数字编号填空
观点1：使用抗生素会减弱运动力
观点2：补充肠道有益菌群能增强运动力
观点3：抗生素可能通过破坏肠道有益菌群影响运动力
（5）研究发现，运动能使小鼠产生多巴胺缓解抑郁症。结合实验1，简述实验2的设计思路。
【答案】（1）促进
（2）减少
（3）服用氯胺酮后，氯胺酮与谷氨酸离子型受体结合，导致 Ca2+不能通过离子型受体进入神经元细胞体内，不能引起神经元细胞体兴奋，使抑郁中枢兴奋减弱，减少对快乐中枢的抑制，使多巴胺释放增多，产生快乐感觉，从而缓解抑郁。若大剂量使用氯胺酮，显著降低对快乐中枢的抑制作用 ，机体过量释放多巴胺，产生超出寻常的快乐感觉。随着机体突触后膜多巴胺受体数量下降，为获得持续的快乐感觉，患者可能加大该药物的使用剂量，出现对药物依赖性增强的成瘾行为
（4）观点1：①②；观点2：①③或②④；观点3：①②④
（5）实验设计：取生理状况相同的小鼠若干只，均分为4组，第1组不施加肠道菌群也不运动，第2组施加肠道有益菌群但不运动，第3组不施加肠道菌群但运动，第4组施加有肠道有益菌群且运动，在相同且适宜条件下实验一段时间后，检测各组小鼠多巴胺分泌量。
若第2、3组小鼠分泌多巴胺含量均高于第1组，说明可以通过运动或增加有益菌群的方式改善抑郁症；若第4组小鼠分泌多巴胺量最高，说明通过运动与增加肠道有益菌群相结合的方式对改善抑郁症的效果更佳；若第2、4组小鼠分泌多巴胺含量与第1组无显著差异，说明运动或增加有益菌群对改善抑郁症没有显著效果。
【知识点】突触的结构；神经冲动的产生和传导
【解析】【解答】(1)根据图1a可知，分别用K+通道阻断剂和开放剂处理小鼠使得处于游泳状态的小鼠所占的比例为下降和上升，可见钾离子通道开放能抑制抑郁症的发生，图1b显示，强迫游泳后钾离子通道被阻断，因而可推测，强迫游泳后会促进小鼠抑郁行为的发生。
(2)在正常情况下，快乐感觉不会持续发生。因为图中显示，当持续产生快乐感觉时会反馈抑制突触后膜上多巴胺受体的作用，因而可推测，当机体持续产生快乐感觉时，突触后膜多巴胺受体的数量将减少。
(3) 实验发现，当抑郁发生时，谷氨酸离子型受体被激活，进而使得钙离子进入细胞中，使抑郁中枢兴奋，可见，用氯胺酮(谷氨酸离子型受体阻断剂)可以治疗抑郁症，即服用氯胺酮后，氯胺酮与谷氨酸离子型受体结合，导致 Ca2+不能通过离子型受体进入神经元细胞体内，不能引起神经元细胞体兴奋，使抑郁中枢兴奋减弱，减少对快乐中枢的抑制，使多巴胺释放增多，产生快乐感觉，从而缓解抑郁。若大剂量使用氯胺酮，显著降低对快乐中枢的抑制作用，机体过量释放多巴胺，产生超出寻常的快乐感觉。随着机体突触后膜多巴胺受体数量下降，为获得持续的快乐感觉，患者可能加大该药物的使用剂量，出现对药物依赖性增强的成瘾行为。
(4)本实验的目的是探究肠道有益菌群对健康小鼠运动的影响，因此实验的自变量是是否有肠道有益菌群的存在，因变量是小鼠运动情况的改变，实验设计中①②的自变量是是否注射抗生素，因此这两组实验的结果支持观点1，即使用抗生素会减弱运动力；
①③或②④的自变量是是否添加肠道益生菌，因此根据这两组的实验数据可支持补充肠道有益菌群能增强运动力的观点；
①②对比说明抗生素能减弱小鼠的运动力，而②④的结果对比说明，肠道益生菌能增强小鼠的运动力，因而能得出的结论为：抗生素可能通过破坏肠道有益菌群影响运动力。
(5)研究发现，运动能使小鼠产生多巴胺缓解抑郁症。结合实验1，进行实验2的实验设计：取生理状况相同的小鼠若干只，均分为4组，第1组不施加肠道菌群也不运动(对照组)，第2组施加肠道有益菌群但不运动，第3组不施加肠道菌群但运动，第4组施加有肠道有益菌群且运动，在相同且适宜条件下实验一段时间后，检测各组小鼠多巴胺分泌量。则支持本实验目的的结果为：第4组小鼠多巴胺的释放量较多，第2、3组小鼠分泌多巴胺含量均高于第1组，该结果支持小鼠产生多巴胺缓解抑郁症的结论；即相关解释可描述为：若第2、3组小鼠分泌多巴胺含量均高于第1组，说明可以通过运动或增加有益菌群的方式改善抑郁症；若第4组小鼠分泌多巴胺量最高，说明通过运动与增加肠道有益菌群相结合的方式对改善抑郁症的效果更佳；若第2、4组小鼠分泌多巴胺含量与第1组无显著差异，说明运动或增加有益菌群对改善抑郁症没有显著效果。
【分析】兴奋在神经元之间需要通过突触结构进行传递，突触包括突触前膜、突触间隙、突触后膜，其具体的传递过程为：兴奋以电流的形式传导到轴突末梢时，突触小泡释放递质（化学信号），递质作用于突触后膜，引起突触后膜产生膜电位（电信号），从而将兴奋传递到下一个神经元。由于递质只能由突触前膜释放，作用于突触后膜，因此神经元之间兴奋的传递只能是单方向的。
1 / 1上海市虹口区2023-2024学年高三上学期生物学期末学生学习能力诊断测试试卷
一、利用基于自然的解决方案固“碳”（14分）
1．2016年，世界自然保护联盟提出“基于自然的解决方案（NbS）”，即利用自然方法来解决全球气候变化等社会问题。针对全球气候变暖现象，基于NbS的理念，可通过对生态系统的保护、修复和可持续管理，提高其固碳能力，以缓解温室效应。研究发现，微生物在陆地生态系统碳循环调节过程中起重要作用，部分过程如图1所示，其中虚线箭头表示食物链，实线箭头表示微生物参与碳循环的主要过程。
（1）据题干信息及已学知识分析，下列做法与NbS理念吻合的是（ ）。（多选）
A．防护林的可持续管理 B．退耕还林还草
C．合理耕作和秸秆燃烧 D．修建湿地公园
（2）据图1及已学知识分析，土壤微生物在生态系统碳循环中起的主要作用是（ ）。（多选）
A．获得有机物 B．分解有机物 C．合成有机物 D．转化有机物
（3）调查发现，某地土壤微生物主要有放线菌、真菌等，它们相互作用，共同组成了土壤中的微生物 （种群/群落/生态系统）。
（4）据图1计算，若蜈蚣的食物由40% 行军蚁、60% 线蚓组成，行军蚁和线蚓的食物都分别由50% 植物凋零物和50% 土壤有机质组成，且该生态系统中的营养级效率为20%。若土壤微生物固碳过程中的能量损耗率为20%，在仅以碳作为唯一能源物质的情况下，要满足100 kJ蜈蚣的生存，由微生物固碳后形成的土壤有机质至少为 kJ。
“匍匐大戟”是一种适应能力强、匍匐生长的外来物种，为探究其对土壤微生物固碳能力的影响，研究人员对某地多项生态学指标展开调查，部分数据如表1所示。其中，PLFA是微生物细胞质膜重要的组成成分，其总量与微生物含量呈正相关。
表1
经纬度 气候类型 入侵前后 土壤碳储量
变化的相对值 PLFA/（nmol/g-1） 土壤小动物总量/（只/m3） 植物物种丰富度/（种）
115°33’24”E
37°03’36”N 温带干旱型大陆性季风气候 入侵前 224.6 24.9 168 12
入侵后 182.5 33.1 224 10
（5）据图1、表1推测，匍匐大戟入侵后，该地土壤微生物固碳能力下降的原因可能有 。（编号选填）
①植物固碳的总量下降
②非固碳微生物大量繁殖
③纬度高降水少影响植物生长
④土壤动物对土壤中碳的消耗量增加
（6）为探究土壤微生物的固碳能力，据图1及已学知识分析，可检测的指标有 。（编号选填）
① 调查土壤小动物的丰富度② 调查植物物种的多样性
③ 检测植物光合作用的强度④ 检测空气中CO2的浓度
二、利用人工改造的微藻捕获“碳”（19分）
2．工业烟气一般含高浓度的CO2（浓度范围为6%~99%），大量释放会加重温室效应。研究人员发现，微藻（单细胞藻类）是一类经济、环保、能循环固碳的微生物，欲利用其吸收烟气中的CO2。微藻固碳的部分机制如图2所示，其中，I~VIII分别表示反应过程；甲、乙、丙、丁、戊分别表示物质， 丁是微藻固碳途径中具催化功能的物质；蛋白1和蛋白2是促进无机碳运输的2种蛋白。然而，大量实验发现，微藻在高浓度CO2条件下，对CO2的利用率低，且在酸性环境下容易出现细胞凋亡现象。为此，研究人员尝试采取多种策略，以期提高微藻对高浓度CO2的耐受能力。
（1）研究人员从某地取样后发现，水体中除微藻外，还有蓝细菌。据已学知识判断，图2中区分微藻与蓝细菌的细胞器是 。
（2）据图2及已学知识判断，微藻细胞内能量转换的主要路经是。（ ）
A．ATP、NADPH→糖类 B．糖类→ATP→电子传递链→ATP
C．光能→电能→ATP、NADPH D．糖类→NADH→电子传递链→ATP
（3）据已学知识判断，图2中微藻细胞内甲既能在镁螯合酶的作用下，转化为一种能在光照下释放高能电子的乙 ；又能在铁螯合酶的作用下转化为戊，继而转化为线粒体内膜上的电子传递蛋白。该蛋白参与能量载体分子 的合成。（编号选填）
①ATP合酶②叶绿素a③磷酸甘油醛
④ATP⑤NADH⑥NADPH
（4）据题干及已学知识推测，图2中丁直接促进的反应过程是（ ）（单选）
A．C3还原 B．五碳糖还原 C．CO2固定 D．五碳糖再生
（5）研究发现，在烟气环境中与微藻细胞分裂有关的蛋白CDK4与cyclinD活性受抑制。上述蛋白能促进细胞从G1进入S期。据此推测，在烟气环境中，微藻细胞内可能出现的现象是（ ）。（多选）
A．染色体数目加倍 B．染色质螺旋化受抑
C．加快RNA的合成 D．纺锤体的组装受抑制
（6）据图2及已学知识推测，微藻在高浓度CO2条件下，利用CO2效率低的原因可能有（ ）。（多选）
A．铁鳌合酶活性增强导致细胞凋亡
B．镁鳌合酶活性降低导致II的速率降低
C．蛋白2活性受抑制导致IV的速率降低
D．蛋白1活性受抑制导致HCO3-浓度降低
（7）研究人员欲采用“CO2梯度驯化”实验驯化微藻，相关技术路线如图3（a）所示。将各驯化阶段的微藻分别置于不同浓度的CO2条件下，检测相关蛋白的活性，结果如图3（b）所示。分析实验结果，并推测“CO2梯度驯化”能提高微藻CO2利用率的原因。
三、利用遗传学原理检测及预防人类遗传病（24分）
3．先天性葡萄糖—半乳糖吸收不良症（CGGM）是一种单基因遗传病。患者小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，严重患者容易腹泻。健康人小肠上皮细胞运输单糖等物质的部分机理如图4所示，其中SGLT、GLUT2、GLUT5和Na+/K+ATP酶分别表示质膜上的转运蛋白。
（1）物质进出小肠上皮细胞的方式不同。据图4比较，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的运输方式最相似的是 。（编号选填）
① Na+进小肠上皮细胞 ② K+进小肠上皮细胞
③ Na+出小肠上皮细胞 ④ 葡萄糖出小肠上皮细胞
（2）小明腹泻就医，医生对其进行各项检验，结果如表2所示。据图4及已学知识推测，表2中各指标异常的可能原因，并用数字编号选填。
表2
样本 检验项目 检验结果 正常参考范围 推测指标 异常的原因
血液 口服糖溶液后 30~180min血糖变化情况 血糖升高值 ＜1.1 mmol/L 血糖升高值 ＞1.1 mmol/L ⑴ 。
粪便 粪便pH ＜5.0 6.9-7.2 ⑵ 。
① 小肠上皮细胞吸收Na+减少
② 肠道微生物无氧呼吸产生乳酸
③ 消化道双糖或多糖水解酶活性降低
（3）进一步检测发现，小明是CGGM患者。据相关信息及已学知识推测，其患病的原因可能是（ ）。（多选）
A．Na+与葡萄糖或半乳糖竞争SGLT蛋白
B．SGLT蛋白与肠上皮细胞质膜结合异常
C．SGLT蛋白结构改变导致运输功能异常
D．SGLT基因甲基化导致SGLT蛋白减少
（4）对小明及其表型正常父母22号染色体上的SGLT基因进行检测，相关基因编码链的部分序列如图5所示。据此判断，CGGM的遗传方式及变异类型分别是 、 。
（5）在不考虑变异的情况下，小明父母再生一个患CGGM男孩的概率是 。
（6）遗传咨询发现，小明祖父和外祖母都是白化病（常染色体隐性遗传病）患者。若小明父母欲生育二胎，则下列细胞形成的生殖细胞参与受精后，可导致胎儿同时患有白化病（A/a表示白化病基因）和CGGM（B/b表示SGLT基因）的组合是 。（编号选填）
（7）研究发现，CGGM有多种致病类型。若小明的妹妹因SGLT蛋白的甘氨酸（密码子：5’-GGG-3’）被精氨酸（密码子：5’-AGG-3’）替换而引发CGGM，据此推测，小明妹妹SGLT突变基因转录过程中的模板链为5’- -3’。
（8）若小明已到适婚年龄，从检测和预防遗传病的角度，下列建议合理的是 。（编号选填）
①对其妻子进行基因检测 ② 评估遗传病的再发风险率
③ 对其胎儿进行B超检查 ④ 对其胎儿进行染色体分析
（9）目前CGGM的治疗以饮食控制为主，结合相关信息，请对CGGM患者提出合理的饮食建议 。
四、利用生物工程技术生产疫苗（24分）
4．谚语“白露不露身”，是提醒人们“白露”过后，天气冷暖多变，要注意保暖。在正常情况下，当气温下降时，人体可以通过自我调节维持稳态。对于感冒易感人群而言，“寒冷”可能是引发感冒的诱因。从“防”的角度，注射流感疫苗是预防感冒的一种方法；从“治”的角度，口服中草药是我国治疗感冒的一种手段。图6为甲流mRNA疫苗制备的部分流程，其中I~Ⅺ分别表示过程；X、Y、Z分别表示DNA分子的长度；kb表示千碱基对。图7为研究人员利用“角茴香”（一种植物）治疗感冒的相关实验结果。
（1）据已学知识判断，当环境温度下降时，人体参与体温调节的生理反应有（ ）。（多选）
A．骨骼肌战栗 B．肾上腺素分泌增多
C．皮肤血管舒张 D．甲状腺激素分泌增多
（2）甲流病毒是一种RNA病毒，下列人体内的物质与该病毒储存与传递遗传信息的生物大分子在元素组成上相同的是 。（编号选填）
① DNA ② ATP ③ 磷脂 ④ 蛋白质
（3）在制备甲流疫苗的过程中，据图6判断，需要以核糖核苷三磷酸为原料的过程是 （编号选填）；在含氨苄青霉素的培养基中存活的大肠杆菌的环形质粒长度可能是 kb；若用HindⅢ和EcoRⅠ完全酶切上述培养基中某个菌落的质粒，则凝胶电泳后可观察到的DNA条带长度是 kb。
① II
② Ⅲ
③ Ⅴ
④ Ⅵ
（4）据图6判断，若注射甲流mRNA疫苗后，机体内由T淋巴细胞参与的细胞免疫应答过程有 。（编号选填）
① Ⅷ ② Ⅸ ③ Ⅹ ④ Ⅺ
（5）将甲流病毒抗原肽基因逆转录后的编码链部分序列为5’-GTGTAATATA-3’，若将该序列所编码的天冬酰胺替换为缬氨酸，可提高mRNA疫苗的安全性。据此及已学知识判断，采用定点突变改造天然抗原肽时，可作为PCR合成抗原肽突变基因引物的是（ ）。（多选）（密码子：天冬酰胺5’-AAU-3’，缬氨酸5’-GUC-3’）
A．5’ -GTGTGTCATA-3 ’ B．5’ -TATCAGACAC-3’
C．5’ -GTGTCTGATA-3’ D．5’ -TATGACACAC-3’
（6）2023年诺贝尔生理学或医学奖表彰了在mRNA中通过Ψ（一种核苷，如图8所示）替换某种结构相似的核苷，获得性能优化的mRNA疫苗的研究。
据此推测，下列核苷最可能被Ψ替换的是（ ）。（单选）
A． B．
C． D．
（7）据相关信息及已学知识推测，科学家通过Ψ替换mRNA特定位点的核苷所生产的mRNA疫苗的优点可能是提高 。（编号选填）
① 安全性 ② 转录效率 ③ 稳定性 ④ 翻译效率
（8）为探究角茴香治疗病毒性感冒的疗效，研究人员用角茴香提取液灌胃感染甲流的小鼠，5天后测定小鼠血液中能反映炎症反应程度的细胞因子（TNF-α）的表达量，实验结果如图7所示。据此评价，角茴香治疗甲流的疗效，并写出分析过程 。
五、利用生物学原理改善抑郁症（19分）
5．研究人员欲探究在神经系统中参与调节等功能的星形胶质细胞质膜上K+通道对小鼠抑郁行为的影响，将小鼠分别放置在超过其体长的水环境中进行“强迫游泳”实验。当小鼠不能积极应对环境压力，出现静止行为，则被视为“抑郁”。研究人员分别用K+通道阻断剂和开放剂处理小鼠，实验结果如图9（a）所示。研究表明，小鼠大脑存在“抑郁中枢”和“快乐中枢”共同参与情绪调控，抑郁中枢对快乐中枢有抑制作用。强迫游泳实验后，小鼠大脑中星形胶质细胞与神经元细胞体发生的部分反应，如图9（b）所示。
（1）据图9分析，强迫游泳会 （促进/抑制）小鼠抑郁行为的发生。
（2）在正常情况下，快乐感觉不会持续发生。据图及已学知识推测，当机体持续产生快乐感觉时，突触后膜多巴胺受体的数量将 （增多/减少/不变）。
（3）实验发现，用氯胺酮（谷氨酸离子型受体阻断剂）可以治疗抑郁症，但大剂量使用可能出现药物成瘾（通过刺激中枢神经造成兴奋或愉快感的一种超乎寻常的行为）。据图9及已学知识，分析上述机理 。
（4）研究人员欲探究运动、肠道有益菌群与抑郁症的关系，利用小鼠开展实验。
实验1：探究肠道有益菌群对健康小鼠运动的影响，实验结果如图10所示；
实验2：探究改善抑郁症的策略。
据图10分析，找出支持表3中相应观点的证据，并用图中数字编号填空。
表3
观点 支持观点的证据 用图10中的数字编号填空
观点1：使用抗生素会减弱运动力
观点2：补充肠道有益菌群能增强运动力
观点3：抗生素可能通过破坏肠道有益菌群影响运动力
（5）研究发现，运动能使小鼠产生多巴胺缓解抑郁症。结合实验1，简述实验2的设计思路。
答案解析部分
1．【答案】（1）A；B；D
（2）A；B；C；D
（3）群落
（4）1562.5
（5）①②④
（6）①②③④
【知识点】土壤中动物类群丰富度的研究；生态系统的结构；生态系统的能量流动；群落的概念及组成
【解析】【解答】(1) 分析题意可知，NbS理念是用自然方法来解决全球气候变化等社会问题，其中防护林的可持续管理、退耕还林还草、修建湿地公园均是遵循自然规律，符合上述理念，而秸秆燃烧对于环境有一定污染，不符合上述理念。故选：ABD。
(2)土壤微生物包括分解者等，能够将有机物分解为无机物，故其作用包括获得有机物、分解有机物转化有机物，且图中的土壤微生物还有固氮作用，说明其也可以合成有机物。故选：ABCD。
(3)群落是指一定区域所有生物的集合，某地土壤微生物主要有放线菌、真菌等，它们相互作用，共同组成了土壤中的微生物群落。
（4）据图1计算，若蝗松的食物中40%行军蚁、60%线蚓组成，行军蚁和线蚓的食物都分别由50%植物凋零物和50%土壤有机质组成，且该生态系统中的营养级效率为20%。若土壤微生物固碳过程中的能量损耗率为20%，在仅以碳作为唯一能源物质的情况下，要满足100kJ蜈蚣的生存，由微生物固碳后形成的土壤有机质至少= (100x40%x1/2÷20%÷20%÷20%) + (100x40%x1/2÷20%) + (100x60%x1/2÷20%÷20%÷20%÷20%)+(100x60%x1/2-÷20%) =1562.5kJ。
(5)据图、表推测，入侵后的土壤碳储量变化的相对值降低，而PLFA升高，据此推测，匍匐大戟入侵后，该地土壤微生物固碳能力下降的原因可能有植物固碳的总量下降、非固碳微生物大量繁殖和土壤动物对土壤中碳的消耗量增加(PLFA是微生物细胞质膜重要的组成成分，其总量与微生物含量呈正相关)，而入侵前后纬度不变，不会影响降水量。故选：①②④。
(6)固碳能力与动植物均有关系，且与环境中的二氧化碳含量有关，故为探究土壤微生物的固碳能力，据图1及已学知识分析，可检测的指标有调查土壤小动物的丰富度、调查植物物种的多样性、检测植物光合作用的强度、检测空气中CO2的浓度。故选：①②③④。
【分析】1、生态系统的结构是指生态系统的组成成分和营养结构（食物链和食物网）。
（1）组成成分又包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者。生产者能将无机物合成有机物，是其他生物物质、能量的来源，主要指绿色植物和化能合成作用的生物，消费者加快生态系统的物质循环，有利于生产者的传粉或种子的传播，主要指动物，分解者将有机物分解为无机物，归还无机环境，指营腐生生活的微生物和动物。
（2）营养结构是指食物链和食物网。
2、群落：同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合
3、生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。生态系统能量流动的起点是生产者，因此输入生态系统的总能量是生产者光合作用固定的太阳能。能量流动的特点是单向流动，逐级递减。研究此生态系统能量流动的意义是调整能量流动关系，使能量持续高效流向对人类最有益的部分。
摄入量=同化量+粪便量；同化量=用于生长、发育繁殖的能量+呼吸散失的能；生长、发育、繁殖的能量=流入下一营养级能量+流入分解者的能量；能量流动效率=下一营养级的同化量/上一营养级的同化量ⅹ100%。
4、调查研究小动物类群的丰富度常用取样器取样的方法进行采集。
2．【答案】（1）线粒体和叶绿体
（2）A；C；D
（3）②；④
（4）C
（5）B；D
（6）B；C；D
（7）据实验结果可知，逐渐提高CO2浓度来驯化微藻，可提高类囊体膜上电子传递链相关蛋白活性；CO2驯化浓度越高，相关蛋白活性越高，对高浓度CO2的耐受力越强；推测CO2梯度驯化可能影响囊体膜上电子传递链相关蛋白基因的表达，提高光反应效率，从而加强碳反应对CO2的利用。
【知识点】原核细胞和真核细胞的形态和结构的异同；光合作用的过程和意义；细胞有丝分裂不同时期的特点
【解析】【解答】(1)微藻是一种单细胞藻类，即为低等植物，为真核生物，其细胞结构中除了含有核糖体外，还含有多种细胞器；蓝细菌的细胞中没有核膜包被的细胞核，为原核生物，只有核糖体这一种细胞器，因此图1中区分微藻与蓝细菌的细胞器是叶绿体和线粒体。
(2)微藻细胞为低等植物，其细胞内有叶绿体和线粒体，而叶绿体和线粒体是细胞中与能量转换有关的细胞器，前者中发生的是光合作用，后者中发生的是有氧呼吸过程，则在这两种细胞器种发生能量转换的主要路经是光能→电能→ATP、NADPH，该过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，为光反应过程中的能量转变， ATP、NADPH→糖类发生在叶绿体基质中，代表的是暗反应过程中的能量转移途径；糖类→NADH→电子传递链→ATP代表的是有氧呼吸过程中能量的传递过程，即ACD正确。
故选：ACD。
(3)图1中微藻细胞内甲既能在镁螯合酶的作用下，转化为一种能在光照下释放高能电子的乙②叶绿素a，光反应过程中能释放高能电子的是叶绿素a，因而可推测②为叶绿素a；又能在铁螯合酶的作用下转化为戊，继而转化为线粒体内膜上的电子传递蛋白。该蛋白参与能量载体分子，即直接能源物质ATP，即④的合成。
（4）结合图1可知，丁直接促洗的直接促进的反应过程是二氧化碳的固定过程，即C正确。故选：C。
(5)研究发现，在烟气环境中与微藻细胞分裂有关的蛋白CDK4与cyclinD活性受抑制。上述蛋白能促进细胞从G1进入S期。据此推测，在烟气环境中，CDK4与cyclinD活性受抑制，因此，微藻细胞内可能出现细胞分裂受阻，因此表现为染色质螺旋化受抑制和纺锤体的组装受抑制，即细胞无法完成分裂过程，即BD符合题意。故选：BD。
(6) A、铁鳌合酶活性增强，会促进线粒体的活动，进而使丁增多，促进二氧化碳的固定，使二氧化碳的利用能力上升，A错误；
B、镁鳌合酶活性降低导致叶绿素a即图中乙的合成减少，进而使光合速率下降，因而利用二氧化碳的能力下降，B正确；
C、蛋白1和蛋白2是促进无机碳运输的2种蛋白，若蛋白2活性受抑制则会直接导致二氧化碳进入细胞的速率下降，进而引起利用二氧化碳的能力下降，C正确；
D、蛋白1和蛋白2是促进无机碳运输的2种蛋白，蛋白1活性受抑制导致HCO3-浓度降低，进而影响了二氧化碳的转运，使二氧化碳的利用能力下降，D正确。故选：BCD。
(7)研究人员欲采用“CO2梯度驯化”实验驯化微藻，相关技术路线如图2(a)所示。将各驯化阶段的微藻分别置于不同浓度的CO2条件下，检测相关蛋白的活性，结果如图2(b)所示。实验结果显示，逐渐提高CO2浓度来驯化微藻，可提高类囊体膜上电子传递链相关蛋白活性；CO2驯化浓度越高，相关蛋白活性越高，对高浓度CO2的耐受力越强；推测CO2梯度驯化可能影响囊体膜上电子传递链相关蛋白基因的表达，提高光反应效率，从而加强碳反应对CO2的利用。
【分析】1、光合作用过程分为光反应和暗反应两个阶段，光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上，是水光解产生氧气和NADPH，同时将光能转变成化学能储存在ATP和NADPH中，暗反应又叫碳反应，发生在叶绿体基质中，分为二氧化碳固定和三碳化合物还原两个过程；二氧化碳与五碳化合物结合形成两个三碳化合物叫二氧化碳固定；三碳化合物还原是三碳化合物被NADPH还原形成糖类等有机物，同时将储存在ATP、NADPH中的化学能转移动糖类等有机物中。
2、原核细胞、真核细胞的比较
原核细胞 真核细胞
主要区别 无以核膜为界限的细胞核 有以核膜为界限的细胞核
遗传物质 都是DNA
细胞核 无核膜、核仁，遗传物质DNA分布的区域称拟核；无染色体 有核膜和核仁；核中DNA与蛋白质结合成染色体
细胞器 只有核糖体，无其他细胞器 有线粒体、叶绿体、高尔基体等复杂的细胞器
细胞壁 细胞壁不含纤维素，主要成分是糖类和蛋白质形成的肽聚糖 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，真菌细胞壁的主要成分是几丁质
举例 放线菌、蓝藻、细菌、衣原体、支原体 动物、植物、真菌、原生生物(草履虫、变形虫)等
3、有丝分裂不同时期的特点︰（1）间期∶进行DNA的复制和有关蛋白质的合成；（2）前期∶核膜、核仁逐渐解体消失，出现纺锤体和染色体；（3）中期：染色体形态固定、数目清晰；（4）后期∶着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为染色体，并均匀地移向两极；（5）末期∶核膜、核仁重建、纺锤体和染色体消失。
3．【答案】（1）②③
（2）①③；②
（3）B；C
（4）常染色体隐性；基因突变
（5）1/8
（6）①④
（7）-CCT-
（8）①②
（9）可以果糖替代葡萄糖和半乳糖作为能量能源物质
【知识点】三种跨膜运输方式的比较；基因突变的类型；人类遗传病的类型及危害；人类遗传病的监测和预防
【解析】【解答】(1) ①Na+进小肠上皮细胞是顺浓度梯度进行的，为协助扩散，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式—主动运输不同，①错误；
②K+进小肠上皮细胞是逆浓度梯度进行的，为主动运输，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式—主动运输相同，②正确；
③Na+出小肠上皮细胞是顺浓度梯度进行的，为主动运输，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式—主动运输相同，③正确；
④葡萄糖出小肠上皮细胞是顺浓度梯度进行的，为协助扩散，与葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式—主动运输不同，④错误。故选②③。
(2)①小肠上皮细胞吸收Na+减少，则为葡萄糖进入红细胞提供的梯度势能减少，因而会导致补充的葡萄糖无法被吸收，对应表中①的原因；
②肠道微生物无氧呼吸产生乳酸，会导致肠道内酸性增强，因此pH下降，对应表中②的原因；
③消化道双糖或多糖水解酶活性降低，导致消化道内单糖浓度下降，也会引起血糖水平低于正常值，对应表中①的原因。
(3) A、Na+与葡萄糖或半乳糖竞争SGLT蛋白不会引起小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，因为钠离子本身就会与SGLT蛋白结合，A错误；
B、SGLT蛋白与肠上皮细胞质膜结合异常则会导致小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，进而患病，B正确；
C、SGLT蛋白结构改变导致运输功能异常则会导致小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，进而患病，C正确；
D、SGLT基因甲基化会导致SGLT蛋白减少，会影响单糖转运速率，但不会引起小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，D错误。
故选BC。
(4)对小明及其表型正常父母22号染色体上的SGLT基因进行检测，相关基因编码链的部分序列如下图所示。根据图示可知，小明的相关
基因来自父亲和母亲，且双亲均表现正常，因而可确定，该病为常染色体隐性遗传病，且父亲体内的致病基因是由于碱基的缺失导致的，母亲体内的相关致病基因是由于碱基的替换引起的，因此该病的相关基因的变异类型为基因突变。
(5)小明的父母均为携带者，若相关基因用 A/a表示，则小明父母的基因型可表示为Aa，因此，在不考虑变异的情况下，小明父母再生一个患CGGM男孩的概率是1/4x1/2=1/8。
(6)若胎儿同时患有白化病和CGGM，则其基因型可表示为aabb，是由基因型为ab的精子和卵细胞受精产生的，因此，结合图示可知，细胞①④产生的配子结合可产生两病均患的孩子。故选①④。
(7) 小明妹妹含有的SGLT突变基因引起的密码子的变化为：5'-GGG-3'变成了5'-AGG-3’，根据碱基互补配对原则可推测，相应的模板链的变化是5'-CCC-3’变成了5-TCC-3'，即小明妹妹 SGLT突变基因转录过程中的模板链为5-CCT-3'。
(8)①因为小明已经患有该病，因此需要对其妻子进行基因检测，进而可确定其所生孩子患病的概率并可给出合理化的建议，①正确；
②根据对其妻子相关基因的检测结果，评估遗传病的再发风险率，进而达到有效的预防，②正确；
③对其胎儿进行B超检查，无法实现对该病的鉴别，因为从形态上无法做出诊断，③错误；
④该病为基因突变引起的病患，对其胎儿进行染色体分析不能对该病做出相关判断，④错误。
故选①②。
(9)半乳糖吸收不良症表现为患者小肠上皮细胞转运葡萄糖及半乳糖障碍，因此，目前CGGM的治疗以饮食控制为主，其做法是建议患者以果糖替代葡萄糖和半乳糖作为能量能源物质，因为患者对果糖可以正常吸收。
【分析】1、物质跨膜运输的方式 (小分子物质)
运输方式 运输方向 是否需要载体 是否消耗能量 示例
自由扩散 高浓度到低浓度 否 否 水、气体、脂类(如甘油，因为细胞膜的主要成分是脂质)
协助扩散 高浓度到低浓度 是 否 葡萄糖进入红细胞
主动运输 低浓度到高浓度 是 是 几乎所有离子、氨基酸、葡萄糖等
2、几种常见的单基因遗传病及其特点：
（1）伴X染色体隐性遗传病：如红绿色盲、血友病等，其发病特点：男患者多于女患者；隔代交叉遗传，即男患者将致病基因通过女儿传给他的外孙。
（2）伴X染色体显性遗传病：如抗维生素D性佝偻病，其发病特点：女患者多于男患者；世代相传。
（3）常染色体显性遗传病：如多指、并指、软骨发育不全等，其发病特点：患者多，多代连续得病。
（4）常染色体隐性遗传病：如白化病、先天聋哑、苯丙酮尿症等，其发病特点：患者少，个别代有患者，一般不连续。
（5）伴Y染色体遗传：如人类外耳道多毛症，其特点是：传男不传女。
3、基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失或替换，这会导致基因结构的改变，进而产生新基因。
4、遗传病的监测和预防：（1）产前诊断：胎儿出生前，医生用专门的检测手段确定胎儿是否患某种遗传病或先天性疾病，产前诊断可以大大降低病儿的出生率。（2）遗传咨询：在一定的程度上能够有效的预防遗传病的产生和发展。（3）禁止近亲婚配：降低隐性遗传病的发病率。
4．【答案】（1）A；B；D
（2）①②③
（3）③；Z或Z-Y+X；Z-Y和X或Z-Y和Y
（4）②③
（5）A；D
（6）D
（7）①③④
（8）角茴香对治疗甲流有一定的疗效。因为用奥司他韦治疗病毒感染小鼠后，细胞因子的表达量显著低于未用药的病毒感染小鼠，说明细胞因子的含量与炎症反应程度呈正相关；用角茴香治疗病毒感染小鼠后，细胞因子的表达量显著低于未治疗的病毒感染小鼠，说明角茴香对治疗甲流有一定疗效
【知识点】组成细胞的元素和化合物；体温平衡调节；细胞免疫
【解析】【解答】(1) ABCD、在寒冷环境中，散热加快，当局部体温低于正常体温时，冷觉感受器受到刺激并产生兴奋，兴奋传递到下丘脑的体温调节中枢，通过中枢的分析、综合，再使有关神经兴奋，进而引起皮肤血管收缩，皮肤的血流量减少，散热量也相应减少。同时，汗腺的分泌量减少，蒸发散热也随之减少。在减少热量散失的同时，机体还会主动增加产热。寒冷刺激使下丘脑的体温调节中枢兴奋后，可引起骨骼肌战栗，使产热增加。与此同时，相关神经兴奋后可以促进甲状腺激素、肾上腺素等激素的释放，使肝及其他组织细胞的代谢活动增强，增加产热，ABD正确，C错误。
故选：ABD。
(2) 甲流病毒的遗传物质是RNA，其元素组成为C、H、O、N、P；DNA、ATP、磷脂的元素组成是C、H、O、N、P；蛋白质主要是C、 H、O、N。故选：①②③。
(3)据图分析可知，过程V，提取重组质粒中的DNA经转录形成mRNA需要以核糖核苷三磷酸为原料。故选：③。
能够在含氨苄青霉素的培养基中存活的大肠杆菌有两种一是含有重组质粒的，二是含有普通质粒的，因此环形质粒长度可能是Z-Y+X或Z。用HindIII和EcoRI完全酶切上述培养基中某个菌落的质粒，若该质粒是普通质粒则凝胶电泳后可观察到的DNA条带长度是Z-Y和Y；若该质粒是重组质粒则凝胶电泳后可观察到的DNA条带长度是Z-Y和X。
(4)若注射甲流mRNA疫苗后，机体内由T淋巴细胞参与的细胞免疫应答过程有激活的T细胞增殖分化形成记忆细胞和效应T细胞细胞，以及细胞毒性T细胞与靶细胞紧密接触，激活靶细胞内的溶酶体酶，使得靶细胞裂解释放出抗原，即过程IX、X。故选：②③。
(5) ABCD、将甲流病毒抗原肽基因逆转录后的编码链部分序列为5'-GTGTAATATA-3'，若将该序列所编码的天冬酰胺替换为缬氨酸，又因为密码子：天冬酰胺5'-AAU-3'，缬氨酸5-GUC-3’，因此用定点突变改造天然抗原肽时，可作为PCR合成抗原肽突变基因引物的是5-GTGTG TCATA-3’、5'-TATGACACAC-3’，AD正确，CB错误。故选：AD。
(6)由于在mRNA中通过Ψ替换某种结构相似的核苷，获得性能优化的mRNA疫苗，因此分析结构最可能被Ψ替换的是D。
(7)通过4替换mRNA特定位点的核苷所生产的mRNA疫苗的优点可能是提高安全性、稳定性以及翻译效率。故选：①③④。
(8)因为用奥司他韦治疗病毒感染小鼠后，细胞因子的表达量显著低于未用药的病毒感染小鼠，说明细胞因子的含量与炎症反应程度呈正相关；用角茴香治疗病毒感染小鼠后，细胞因子的表达量显著低于未治疗的病毒感染小鼠，说明角茴香对治疗甲流有一定疗效。
【分析】1、体温调节过程：在寒冷环境下，下丘脑体温调节中枢兴奋，机体通过皮肤血管收缩，血流量减少，骨骼肌和立毛肌收缩，增加产热量，甲状腺分泌甲状腺激素增多，肾上腺分泌肾上腺素增多，增强细胞代谢等过程维持体温恒定；在炎热环境下，下丘脑体温调节中枢兴奋，机体通过皮肤血管舒张、增加血流量和汗腺分泌增强，来增加散热，维持体温恒定。属于神经—体液调节。
2、化合物的元素组成：（1）蛋白质的组成元素有C、H、O、N元素构成，有些还含有P、S；（2）核酸的组成元素为C、H、O、N、P；（3）脂质的组成元素有C、H、O，有些还含有N、P；（4）糖类的组成元素为C、H、O。
3、细胞免疫过程为：（1）感应阶段：吞噬细胞摄取和处理抗原，并暴露出其抗原决定簇，然后将抗原呈递给T细胞；（2）反应阶段：T细胞接受抗原刺激后增殖、分化形成记忆细胞和效应T细胞，同时T细胞能合成并分泌淋巴因子，增强免疫功能。（3）效应阶段：效应T细胞发挥效应，激活靶细胞内的溶酶体酶使靶细胞裂解。
5．【答案】（1）促进
（2）减少
（3）服用氯胺酮后，氯胺酮与谷氨酸离子型受体结合，导致 Ca2+不能通过离子型受体进入神经元细胞体内，不能引起神经元细胞体兴奋，使抑郁中枢兴奋减弱，减少对快乐中枢的抑制，使多巴胺释放增多，产生快乐感觉，从而缓解抑郁。若大剂量使用氯胺酮，显著降低对快乐中枢的抑制作用 ，机体过量释放多巴胺，产生超出寻常的快乐感觉。随着机体突触后膜多巴胺受体数量下降，为获得持续的快乐感觉，患者可能加大该药物的使用剂量，出现对药物依赖性增强的成瘾行为
（4）观点1：①②；观点2：①③或②④；观点3：①②④
（5）实验设计：取生理状况相同的小鼠若干只，均分为4组，第1组不施加肠道菌群也不运动，第2组施加肠道有益菌群但不运动，第3组不施加肠道菌群但运动，第4组施加有肠道有益菌群且运动，在相同且适宜条件下实验一段时间后，检测各组小鼠多巴胺分泌量。
若第2、3组小鼠分泌多巴胺含量均高于第1组，说明可以通过运动或增加有益菌群的方式改善抑郁症；若第4组小鼠分泌多巴胺量最高，说明通过运动与增加肠道有益菌群相结合的方式对改善抑郁症的效果更佳；若第2、4组小鼠分泌多巴胺含量与第1组无显著差异，说明运动或增加有益菌群对改善抑郁症没有显著效果。
【知识点】突触的结构；神经冲动的产生和传导
【解析】【解答】(1)根据图1a可知，分别用K+通道阻断剂和开放剂处理小鼠使得处于游泳状态的小鼠所占的比例为下降和上升，可见钾离子通道开放能抑制抑郁症的发生，图1b显示，强迫游泳后钾离子通道被阻断，因而可推测，强迫游泳后会促进小鼠抑郁行为的发生。
(2)在正常情况下，快乐感觉不会持续发生。因为图中显示，当持续产生快乐感觉时会反馈抑制突触后膜上多巴胺受体的作用，因而可推测，当机体持续产生快乐感觉时，突触后膜多巴胺受体的数量将减少。
(3) 实验发现，当抑郁发生时，谷氨酸离子型受体被激活，进而使得钙离子进入细胞中，使抑郁中枢兴奋，可见，用氯胺酮(谷氨酸离子型受体阻断剂)可以治疗抑郁症，即服用氯胺酮后，氯胺酮与谷氨酸离子型受体结合，导致 Ca2+不能通过离子型受体进入神经元细胞体内，不能引起神经元细胞体兴奋，使抑郁中枢兴奋减弱，减少对快乐中枢的抑制，使多巴胺释放增多，产生快乐感觉，从而缓解抑郁。若大剂量使用氯胺酮，显著降低对快乐中枢的抑制作用，机体过量释放多巴胺，产生超出寻常的快乐感觉。随着机体突触后膜多巴胺受体数量下降，为获得持续的快乐感觉，患者可能加大该药物的使用剂量，出现对药物依赖性增强的成瘾行为。
(4)本实验的目的是探究肠道有益菌群对健康小鼠运动的影响，因此实验的自变量是是否有肠道有益菌群的存在，因变量是小鼠运动情况的改变，实验设计中①②的自变量是是否注射抗生素，因此这两组实验的结果支持观点1，即使用抗生素会减弱运动力；
①③或②④的自变量是是否添加肠道益生菌，因此根据这两组的实验数据可支持补充肠道有益菌群能增强运动力的观点；
①②对比说明抗生素能减弱小鼠的运动力，而②④的结果对比说明，肠道益生菌能增强小鼠的运动力，因而能得出的结论为：抗生素可能通过破坏肠道有益菌群影响运动力。
(5)研究发现，运动能使小鼠产生多巴胺缓解抑郁症。结合实验1，进行实验2的实验设计：取生理状况相同的小鼠若干只，均分为4组，第1组不施加肠道菌群也不运动(对照组)，第2组施加肠道有益菌群但不运动，第3组不施加肠道菌群但运动，第4组施加有肠道有益菌群且运动，在相同且适宜条件下实验一段时间后，检测各组小鼠多巴胺分泌量。则支持本实验目的的结果为：第4组小鼠多巴胺的释放量较多，第2、3组小鼠分泌多巴胺含量均高于第1组，该结果支持小鼠产生多巴胺缓解抑郁症的结论；即相关解释可描述为：若第2、3组小鼠分泌多巴胺含量均高于第1组，说明可以通过运动或增加有益菌群的方式改善抑郁症；若第4组小鼠分泌多巴胺量最高，说明通过运动与增加肠道有益菌群相结合的方式对改善抑郁症的效果更佳；若第2、4组小鼠分泌多巴胺含量与第1组无显著差异，说明运动或增加有益菌群对改善抑郁症没有显著效果。
【分析】兴奋在神经元之间需要通过突触结构进行传递，突触包括突触前膜、突触间隙、突触后膜，其具体的传递过程为：兴奋以电流的形式传导到轴突末梢时，突触小泡释放递质（化学信号），递质作用于突触后膜，引起突触后膜产生膜电位（电信号），从而将兴奋传递到下一个神经元。由于递质只能由突触前膜释放，作用于突触后膜，因此神经元之间兴奋的传递只能是单方向的。
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