高考生物真题演练&模拟精选：专题23 实验探究（含答案）

专题23　实验探究
五年高考
1.(2022北京,20,12分)人体细胞因表面有可被巨噬细胞识别的“自体”标志蛋白C,从而免于被吞噬。某些癌细胞表面存在大量的蛋白C,更易逃脱吞噬作用。研究者以蛋白C为靶点,构建了可感应群体密度而裂解的细菌菌株,拟用于制备治疗癌症的“智能炸弹”。
(1)引起群体感应的信号分子A是一种脂质小分子,通常以　自由扩散　的方式进出细胞。细胞内外的A随细菌密度的增加而增加,A积累至一定浓度时才与胞内受体结合,调控特定基因表达,表现出细菌的群体响应。
(2)研究者将A分子合成酶基因、A受体基因及可使细菌裂解的L蛋白基因同时转入大肠杆菌,制成AL菌株。培养的AL菌密度变化如图1。其中,AL菌密度骤降的原因是:AL菌密度增加引起A积累至临界浓度并与受体结合,　启动L蛋白表达引起AL菌短时间内大量裂解　。
图1
(3)蛋白K能与蛋白C特异性结合并阻断其功能。研究者将K基因转入AL菌,制成ALK菌株,以期用于肿瘤治疗。为验证ALK菌能产生蛋白K,应以　AL　菌株裂解的上清液为对照进行实验。请从下列选项中选取所需材料与试剂的序号,完善实验组的方案。
实验材料与试剂:
①ALK菌裂解的上清液
②带荧光标记的K的抗体
③带荧光标记的C的抗体
④肿瘤细胞
实验步骤:
先加入　①④　保温后漂洗,再加入　②/③　保温后漂洗,检测荧光强度。
　图2
(4)研究者向图2所示小鼠左侧肿瘤内注射ALK菌后,发现ALK菌只存在于该侧瘤内,两周内即观察到双侧肿瘤生长均受到明显抑制。而向瘤内单独注射蛋白K或AL菌,对肿瘤无明显抑制作用。请应用免疫学原理解释“智能炸弹”ALK菌能有效抑制对侧肿瘤生长的原因。
注入瘤内的ALK菌群体裂解后释放的蛋白K与蛋白C结合,且释放的细菌产物激活巨噬细胞,从而增强了巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬作用,巨噬细胞加工呈递肿瘤抗原,激活细胞免疫,肿瘤细胞被特异性杀伤,因此有效抑制对侧肿瘤生长。
2.(2021北京,17,12分)北大西洋沿岸某水域生活着多种海藻和以藻类为食的一种水虱,以及水虱的天敌隆头鱼。柏桉藻在上世纪末被引入,目前已在该水域广泛分布,数量巨大,表现出明显的优势。为探究柏桉藻成功入侵的原因,研究者进行了系列实验。
(1)从生态系统的组成成分划分,柏桉藻属于　生产者　。
(2)用三组水箱模拟该水域的环境。水箱中均放入柏桉藻和甲、乙、丙3种本地藻各0.5克,用纱网分区(见图1);三组水箱中分别放入0、4、8只水虱/箱。10天后对海藻称重,结果如图2,同时记录水虱的分布。
①图2结果说明水虱对本地藻有更强的取食作用,作出判断的依据是:与没有水虱相比,在有水虱的水箱中,　柏桉藻重量增加值明显提高,而本地藻的变化则相反　。
②水虱分布情况记录结果显示,在有水虱的两组中,大部分水虱附着在柏桉藻上,说明水虱对所栖息的海藻种类具有　选择性(或偏好性)　。
(3)为研究不同海藻对隆头鱼捕食水虱的影响,在盛有等量海水的水箱中分别放入相应的实验材料,一段时间后检测,结果如图3(甲、乙、丙为上述本地藻)。
该实验的对照组放入的有　隆头鱼和水虱　。
(4)研究发现,柏桉藻含有一种引起动物不适的化学物质,若隆头鱼吞食水虱时误吞柏桉藻,会将两者吐出。请综合上述研究结果,阐明柏桉藻成功入侵的原因。
因柏桉藻含有令动物不适的化学物质,能为水虱提供庇护场所,有利于水虱种群扩大;水虱偏好取食本地藻,有助于柏桉藻获得竞争优势,因此柏桉藻能够成功入侵。
3.(2021北京,21,10分)近年来发现海藻糖-6-磷酸(T6P)是一种信号分子,在植物生长发育过程中起重要调节作用。研究者以豌豆为材料研究了T6P在种子发育过程中的作用。
(1)豌豆叶肉细胞通过光合作用在　叶绿体基质　中合成三碳糖,在细胞质基质中转化为蔗糖后运输到发育的种子中转化为淀粉贮存。
(2)细胞内T6P的合成与转化途径如下:
底物T6P海藻糖
将P酶基因与启动子U(启动与之连接的基因仅在种子中表达)连接,获得U-P基因,导入野生型豌豆中获得U-P纯合转基因植株,预期U-P植株种子中T6P含量比野生型植株　低　,检测结果证实了预期,同时发现U-P植株种子中淀粉含量降低,表现为皱粒。用同样方法获得U-S纯合转基因植株,检测发现植株种子中淀粉含量增加。
(3)本实验使用的启动子U可以排除由于目的基因　在其他器官(过量)表达　对种子发育产生的间接影响。
(4)在进一步探讨T6P对种子发育的调控机制时,发现U-P植株种子中一种生长素合成酶基因R的转录降低,U-S植株种子中R基因转录升高。已知R基因功能缺失突变体r的种子皱缩,淀粉含量下降。据此提出假说:T6P通过促进R基因的表达促进种子中淀粉的积累。请从①~⑤选择合适的基因与豌豆植株,进行转基因实验,为上述假说提供两个新的证据。写出相应组合并预期实验结果。
①U-R基因　②U-S基因　③野生型植株　④U-P植株　⑤突变体r植株
②⑤,预期实验结果:与突变体r植株相比,转基因植株种子的淀粉含量不变,仍皱缩。
①④,预期实验结果:与U-P植株相比,转基因植株种子淀粉含量增加,为圆粒。
②④,预期实验结果:与U-P植株相比,转基因植株种子R基因转录提高,淀粉含量增加,为圆粒。(答出任意两条即可)
4.(2020北京,20,12分)研究者以拟南芥根段作为组织培养材料,探讨了激素诱导愈伤组织分化生芽的机制。
(1)离体的拟南芥根段在适宜条件下可以培育出完整的植株,说明植物细胞具有　(细胞)全能性　。在组织培养过程中,根段细胞经过　脱分化/去分化　形成愈伤组织,此后调整培养基中细胞分裂素(CK)与生长素的比例可诱导愈伤组织分化。
(2)在愈伤组织生芽过程中,CK通过ARRs(A)基因和WUS(W)基因起作用。为探讨A基因与W基因的关系,将A基因功能缺失突变体(突变体a)和野生型的愈伤组织分别置于CK与生长素比例高的(高CK)培养基中诱导生芽,在此过程中测定W基因的表达量。图1中,野生型的W基因表达量与高CK诱导时间的关系是　随着高CK诱导时间的增加而增加　。分析图1结果可得出的结论是:在高CK诱导下A基因促进W基因表达。得出结论的依据为:与野生型相比,　经高CK诱导后,突变体a中W基因表达量明显低　。
图1
图2
(3)用转基因方法在上述突变体a中过量表达W基因,获得材料甲。将材料甲、突变体a和野生型三组愈伤组织在高CK培养基中培养,三组愈伤组织分化生芽的比例如图2,由此能得出的结论包括　A、D　。
A.A基因在愈伤组织分化生芽的过程中起作用
B.W基因的表达产物调控A基因的表达
C.缺失A基因时W基因表达不能促进生芽
D.过量表达W基因可使生芽时间提前
(4)YUCs(Y)基因编码生长素合成途径中的一种关键酶。研究发现,在高CK诱导条件下,突变体a中Y基因的表达量明显高于野生型。
依据此发现和上述所有实验结果,完善在生芽过程中有关基因和植物激素的相互关系模式图。请在方框中选填“A基因”“W基因”“Y基因”,在(　　)中选填“+”“-”(+表示促进,-表示抑制)。
答案　
三年模拟
1.(2024门头沟一模,18)经甲基磺酸乙酯诱变籼稻,获得黄绿叶突变体y,与野生型相比,突变体y的结实率、千粒重、有效穗数均显著降低。为研究黄绿叶与产量之间的关系,研究者做了系列实验。
(1)水稻叶片叶绿体中含有多种光合色素,实验中常用　无水乙醇/丙酮　提取,光合色素的功能是　吸收、传递、转化光能　。
(2)研究者提取野生型及突变体y的光合色素并测定其含量,结果如图1,图1显示　与野生型相比,突变体y叶片中的叶绿素a和叶绿素b含量均显著降低,类胡萝卜素含量无显著变化　,表明突变体y黄绿叶表型是叶绿素含量降低导致的。
(3)为进一步探究叶片光合色素含量变化对光合速率的影响,研究者分别测定了野生型与突变体y叶片的净光合速率,结果如图2,说明　叶绿素含量下降抑制叶片的光合作用　。
图2
(4)研究者用透射电镜观察叶片,发现突变体y的叶绿体偏小,类囊体数量少且排列稀疏,淀粉粒数量少。综上,试从结构与功能观、物质观分析突变体y产量降低的机制:　叶绿体偏小,类囊体数量少且排列稀疏→光合作用速率下降→叶片合成的淀粉减少→运输到种子的淀粉减少→突变体y结实率、千粒重、有效穗数降低,产量下降　。
(5)研究者推测突变体y表型变化与基因A突变有关,为验证该推测,请简要概括实验设计思路并预期实验结果。
实验设计思路:敲除/定点突变野生型植株的A基因,与野生型、突变体y作比较(或者导入A基因的突变体y,与野生型、突变体y作比较)。　预期实验结果:叶绿素含量、光合作用速率比野生型低,与突变体y基本相同(或者叶绿素含量、光合作用速率比突变体y高,与野生型基本相同)。
2.(2024海淀期末,18)F因子是一种主要由肝细胞分泌的蛋白质,在脂肪等多种组织中表达,对调节血糖有重要作用,科研人员对相关机制进行了研究。
(1)与标准饮食相比,高脂饮食使机体摄入更多能量,引起血糖升高。肝和　脂肪组织　可将葡萄糖转变为非糖物质,引发肥胖,导致细胞对胰岛素敏感性降低。
(2)科研人员以野生型小鼠(WT)和F因子合成基因敲除小鼠(KO)为材料,给予不同饮食,一段时间内检测F因子及皮下脂肪含量,结果如图1和图2。
①据图1可知,高脂饮食可　提高血浆中F因子含量　。
②结合图1和图2结果推测F因子　促进高脂饮食诱发的皮下脂肪积累　。
(3)为研究高脂饮食条件下F因子通过皮下脂肪影响胰岛素敏感性从而调节血糖的机制,科研人员对给予高脂饮食饲喂一段时间后的不同小鼠进行了皮下脂肪移植手术,一段时间后检测相关指标,实验设计及检测结果如表所示。
供体 小鼠 受体 小鼠 葡萄糖输注 速率(mg· kg-1·min-1) 皮下脂 肪AKT 蛋白含量 注射胰岛 素后皮下 脂肪pAKT含量
组1 WT KO Ⅰ +++ +
组2 KO KO Ⅱ +++ 无
组3 WT假手术 Ⅲ +++ ++
组4 KO假手术 Ⅳ +++ 无
注:“+”越多代表含量越高;AKT蛋白是胰岛素信号通路关键蛋白;pAKT是磷酸化的AKT蛋白。
①将上述受体小鼠及假手术小鼠禁食6 h后,输注等量葡萄糖,之后同时输注等量胰岛素和不等量的葡萄糖,以维持正常血糖水平。计算一段时间内葡萄糖输注速率,以反映细胞对胰岛素的敏感性。据表中结果可知F因子增加了胰岛素敏感性,则表中Ⅰ~Ⅳ处的数据应为　8、4、9.5、4　(选填“4”“4”“8”“9.5”)。
②AKT蛋白在胰岛素信号转导过程中的作用如图3所示,据表中结果结合图3推测F因子对血糖调节的机制:　高脂饮食下,F因子促进皮下脂肪组织中AKT磷酸化,进而促进囊泡上葡萄糖载体蛋白转运至细胞膜上,增加细胞对葡萄糖的摄取,维持血糖平衡　。
(4)脂联素是一种主要由脂肪细胞分泌的多肽或蛋白质,可增加胰岛素敏感性。为证明F因子通过调控脂肪细胞分泌脂联素增加胰岛素敏感性,还需进一步检测并比较WT和KO小鼠的　皮下脂肪组织中脂联素的含量　。
3.(2024朝阳一模,21)研究者从青枯菌中分离得到一种分泌蛋白C,并对其在植物抗青枯病中的作用进行了探究。
(1)为获得青枯菌的纯培养物,可利用　平板划线法或稀释涂布平板　法将菌种接种在固体培养基上,培养获得　单菌落　后,再接种到液体培养基中扩大培养,收集发酵液离心后,从　上清液　(填“上清液”或“沉淀物”)分离得到C蛋白。
(2)用等量C蛋白和无菌水处理番茄幼苗根部,检测根部免疫反应的水平,结果如图1。构建C蛋白分泌缺陷的青枯菌突变菌株,灌根接种番茄幼苗四周后,统计幼苗的存活率如图2。
图1、2结果　不支持　(填“支持”或“不支持”)“青枯菌侵染植物时通过分泌C蛋白激发的番茄根部的免疫反应增强植株生存能力”这一推论,理由是　野生型青枯菌可分泌C蛋白,但其侵染植物后,幼苗存活率降低时间较突变菌侵染的提前,可见青枯菌通过分泌C蛋白减弱了植株的生存能力　。
(3)研究发现,青枯菌分泌的C蛋白与其分泌的A酶共同参与分解寄主植物的细胞壁,其中A酶可催化果胶分解为产物甲,而C蛋白则可催化产物甲进一步分解为产物乙。分别用果胶、产物甲、产物乙处理番茄根部,检测免疫反应水平,结果如图3。
①综合上述研究,在图4中标出C蛋白、产物乙,并用“→”和简要的文字将上述物质与植物细胞、青枯菌构建联系,体现两种生物的相互作用。
答案　
②依据图4,推测图2结果出现的原因:　C蛋白激发植物的免疫反应,有利于植物存活;但同时C蛋白分解产物甲减弱了甲对植物免疫反应的激发;综合来看,C蛋白减弱了植物的免疫反应　。
4.(2024东城二模,18)铝毒害会限制植物生长,对农业和生态安全造成威胁。研究人员对植物如何感知铝进而启动抗铝响应开展研究。
(1)无机盐在细胞中大多数以　离子　形式存在,对细胞和生物体的生命活动有重要作用。有些无机盐对细胞有毒害,具有抗性的植物有更多的机会产生后代,经过长期的　自然选择　,后代抗性不断增强。
(2)为研究ALR1与植物抗铝性的关系,研究者利用拟南芥进行实验,测量根长并计算相对值,根长相对值=×100%,结果如图1、图2。
综合图1、图2结果,推测　ALR1可特异性提高植物的抗铝性　。
(3)植物根分泌的有机酸阴离子能结合并限制铝离子进入根,这是植物抗铝性的核心作用。ALMT1和MATE为有机酸盐外排转运蛋白,在　有铝、无铝　条件下分别检测野生型、ALR1缺失突变体和ALR1过表达突变体植株根部细胞中相应基因的表达情况,结果表明这两种蛋白参与ALR1介导的抗铝性。
(4)ALMT1和MATE的表达由转录调控因子STOP1控制。检测各组植株中STOP1的mRNA和蛋白含量,由此推测ALR1仅通过抑制STOP1蛋白水解调控植物的抗铝性。请在图3中画出有铝条件下各组的实验结果。
答案　如下图所示:
(5)最终确定ALR1是铝离子受体。除本题中提到的ALR1调控植物抗铝性的信号通路外,还需证明ALR1能　与铝离子特异性结合　,才能得出此结论。
5.(2024西城二模,21)裸鼹鼠几乎不得癌症,其寿命可超过30年,同样大小的家鼠最长寿命为4年。为探究其原因,科研人员做了以下研究。
(1)将裸鼹鼠皮肤成纤维细胞置于　CO2　培养箱进行体外培养,经检测发现其分泌大量黏稠的高分子量透明质酸(HA),可抑制细胞过度增殖。
(2)研究者检测不同来源成纤维细胞中HA合成酶(HAS)的含量,结果如图1。另外,发现裸鼹鼠组织的HA降解酶(HAase)的活性远低于人和小鼠。结合图文信息,分析裸鼹鼠皮肤成纤维细胞分泌大量高分子量HA的原因是　裸鼹鼠体内HA合成酶2表达量(含量)高,促进HA合成;而HA降解酶活性低,减少分解　。
结果显示,裸鼹鼠胚胎期HA合成酶低表达,推测其意义是　避免对胚胎期细胞分裂的抑制作用,保证正常生长发育　。
(3)为进一步研究高分子量HA能否提高小鼠的寿命,研究人员进行了下列实验(图2)。
①通过转基因技术获得转基因小鼠A:为了将目的基因插入小鼠6号染色体的特定位点,需在其两端设计与6号染色体同源序列,实现同源序列之间的重组。由此获得的转基因小鼠A暂时无法表达HA合成酶2,原因是　启动子未直接与HA合成酶2的基因相连　。
②B鼠为导入表达CE的纯合子,CE也插入6号染色体的相同位点。外源雌激素可诱导cre重组酶活化,活化的cre重组酶能识别并切除loxP位点间的序列。A、B鼠交配获得C、D鼠,请画出C鼠的基因组成情况。
③利用C、D鼠进行实验,测得实验组小鼠HA含量升高,癌症概率降低、炎症反应减少,寿命也得到了延长。请写出对照组的选材　D　(“C”或“D”)及实验处理:　注射外源雌激素　。
(4)请简述本研究的应用前景。
高分子透明质酸未来可以应用于改善人类健康状况,治疗癌症和提升人类寿命等。
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