(共21张PPT)
学科核心素养专训(九)
科学探究——实验设计
1．(2024·安徽合肥检测)南瓜(2n＝40)是雌雄同株异花植物，易感白粉病，影响产量。迄今栽培的中国南瓜的茎均为长蔓，占地面积大，育种工作者偶然发现1株无蔓植株，并对其进行相关研究，结果如下表。回答下列问题。
组合 F1
总株数 无蔓株 长蔓株
①无蔓×长蔓 160 79 81
②无蔓×无蔓 396 304 92
(1)与豌豆相比，以南瓜为材料进行杂交实验时，操作上的主要区别是__________________。
(2)无蔓性状为_____性突变的结果，组合②F1性状分离比接近________，F1出现长蔓性状的原因是___________________________
___________________________________________________________
______________________________________________。
无需人工去雄操作
显
3∶1
亲本无蔓为杂合子，杂合子
自交时会出现性状分离，即无蔓亲本均可形成含有控制长蔓基因的配子，雌雄配子随机结合，从而产生长蔓植株
(3)为得到抗白粉病的南瓜植株，科学家通过基因工程技术导入了两个抗白粉病基因，这两个基因可能位于一条染色体上，也有可能位于不同染色体上(抗病基因均能正常表达，且作用效果没有累加效应)。设计实验进行判断，写出实验思路、预期结果和结论。
实验思路：_________________________________________________
_______________。
将该南瓜植株进行同株异花传粉，统计子代具有抗白粉
病性状的比例
预期结果及结论：若________________________________，则两个抗性基因位于同一条染色体上；若____________________________
_______，则两个抗性基因位于不同染色体上。
子代抗白粉病∶非抗白粉病为3∶1
子代抗白粉病∶非抗白粉病不
为3∶1
[解析] (1)南瓜为单性花，雌雄同株，而豌豆为两性花，若进行杂交实验，豌豆需要母本去雄，而南瓜无需母本去雄。
(2)通过组合②得出，亲本全为无蔓性状，后代出现性状分离，因此无蔓为显性性状，而之前栽培的中国南瓜均为长蔓，因此决定长蔓的隐性基因发生了显性突变，才得到无蔓性状。组合②亲本双杂合子自交，后代无蔓∶长蔓＝3∶1，亲本均为杂合子，均含有隐性基因，雌雄配子随机结合，才得到隐形纯合子的长蔓性状。
(3)判断插入的两个抗白粉病基因位于一条染色体还是两条染色体上。将该插入两个抗白粉病基因的南瓜植株自交，观察后代性状具有抗白粉病的概率。因此实验思路：将该南瓜植株进行同株异花传粉，统计子代具有抗白粉病性状的比例。若在一条染色体上，该南瓜植株产生的配子中有1/2携带两个抗白粉病基因，自交后代中子代抗白粉病∶非抗白粉病为3∶1；若在两条染色体上，则存在两种情况，1是两个抗白粉病基因位于一对同源染色体上，形成的配子全都含有抗白粉病基因，后代中抗白粉病∶非抗白粉病为1∶0；2是两个抗白粉病基因位于两对同源染色体上，形成的配子中含有抗白粉病基因∶非抗白粉病基因＝3∶1，雌雄配子随机结合(4×4＝16种结合方式)，后代中抗白粉病∶非抗白粉病为15∶1，因此在两条染色体上时，后代中抗白粉病∶非抗白粉病不为3∶1。
2．(2024·福建福州检测)临床发现，某些糖尿病患者机体会积极地维持高水平的血糖。研究人员以小鼠开展实验，发现这与下丘脑中的P神经元有关。回答以下问题：
(1)小鼠腹腔推注葡萄糖溶液后，血糖浓度迅速上升，随后血糖的下降主要受到________细胞分泌的胰岛素调节。胰岛素能够促进组织细胞摄取、利用和储存葡萄糖，且能抑制__________________转化为葡萄糖，从而降低血糖。
胰岛B
肝糖原和非糖物质
(2)已知改造的乙酰胆碱受体hM3D不能与乙酰胆碱结合，但药物CNO能与之结合，使神经元兴奋。研究者构建了在P神经元中特异性表达hM3D的转基因小鼠，开展如下实验。
实验Ⅰ.探究P神经元的兴奋对胰岛分泌功能的影响
以hM3D小鼠、野生型小鼠为材料进行分组实验，实验结果如图1。
甲组：hM3D小鼠＋生理盐水；
乙组：___________________；
丙组：___________________。
野生型小鼠＋CNO
hM3D小鼠＋CNO
实验Ⅱ.探究血糖浓度刺激P神经元的途径
小鼠腹腔推注葡萄糖溶液后，检测到血糖浓度在2～3分钟内达到峰值，P神经元兴奋性在2分钟内快速降低，下丘脑组织液葡萄糖浓度在10分钟后升高，在20～30分钟后达到峰值。
(3)依据实验结果，完善图2中P神经元感知、调控血糖浓度的途径。在箭头上的括号内填“＋”或“－”，其中“＋”代表激活或促进，“－”代表抑制；在方框中选填字母(不同字母的含义为：A血管，B下丘脑，C胰岛素，D胰高血糖素)。
A
＋
－
C
(4)糖尿病患者机体会维持血糖处于高水平，这降低了糖尿病治疗的效果，根据上述研究，试提出一个解决思路：__________________
______________________________。
降糖治疗时，用药物
抑制下丘脑中P神经元的兴奋性
[解析] (1)胰岛B细胞分泌的胰岛素具有降低血糖的作用，因此小鼠腹腔推注葡萄糖溶液后，血糖浓度迅速上升，随后血糖的下降主要受到胰岛B细胞分泌的胰岛素调节。胰岛素能够促进组织细胞摄取、利用和储存葡萄糖，且能抑制肝糖原和非糖物质转化为葡萄糖，从而降低血糖。
(2)实验目的是探究P神经元的兴奋对胰岛分泌功能的影响，首先通过甲组：hM3D小鼠＋生理盐水和hM3D小鼠＋CNO组对比说明药物CNO对胰岛分泌功能有影响；然后通过野生型小鼠＋CNO组和hM3D小鼠＋CNO组对比说明药物CNO是通过影响P神经元的兴奋对胰岛分泌功能产生影响的。根据图1数据丙组胰岛素相对含量小于甲组和乙组可知，野生型小鼠＋CNO组为乙组，hM3D小鼠＋CNO组为丙组。
(3)血糖浓度降低从而刺激A血管中的血糖感受器，促进下丘脑中的P神经元兴奋，进而抑制C胰岛素的分泌。
(4)糖尿病患者机体会维持血糖处于高水平，这降低了糖尿病治疗的效果，根据上述研究，试提出一个解决思路：降糖治疗时，用药物抑制下丘脑中P神经元的兴奋性。
(教师用书独具)
(2024·重庆巴蜀中学检测)长期过度紧张、焦虑等刺激会导致黑色素细胞和毛囊细胞数量减少从而引起白发、脱发，也会影响免疫功能，其部分调节机制如图1所示。
(1)图中去甲肾上腺素是一种______________________(填“激素”“神经递质”或“既是激素也是神经递质”)。途径②中去甲肾上腺素的释放属于________调节。
(2)已知去甲肾上腺素和Gas6蛋白都能作用于靶细胞调节其增殖、分化。根据图分析，可通过_____________________________________
_______________(答出一种方法即可) 预防过度紧张、焦虑引起的脱发。
既是激素也是神经递质
神经
促进毛乳头细胞中Gas6蛋白基因表达(或
注射Gas6蛋白)
(3)长期过度紧张、焦虑等刺激也会影响免疫系统功能。科研人员对两组生理状态一致的小鼠进行了实验，部分实验结果如图2所示：
①图中对照组的处理是____________________。实验组切除肾上腺对胸腺的影响是______________。
手术但不切除肾上腺
胸腺发育过度
②若要验证肾上腺皮质产生糖皮质激素对免疫功能产生了影响，可将健康的生理状态相同的小鼠随机均分为甲、乙、丙三组；_______________________________________________，待乙、 丙组胸腺发育异常后，_________________________________________
___________________，一段时间后观察小鼠胸腺发育情况，同时用病毒A 感染三组小鼠； 检测三组小鼠抗体水平等相关指标。发现乙组抗体水平异常，甲组和丙组抗体水平相近。
③以上研究表明长期过度紧张、焦虑等刺激引起________________
____________________，从而影响免疫功能。
甲组手术但不切除肾上腺，乙、丙组手术切除肾上腺
丙组每天注射适量的糖皮质激素，甲、乙
注射等量的生理盐水
糖皮质激素释放增
多，导致胸腺发育过度
[解析] (1)分析题图，去甲肾上腺素可由肾上腺髓质和传出神经释放，作用于黑色素细胞干细胞，去甲肾上腺素既是激素也是神经递质。途径②表示过度紧张焦虑会刺激脑和脊髓通过传出神经作用于肾上腺髓质分泌去甲肾上腺素，属于神经调节。
(2)由图可知，在长期过度紧张、焦虑刺激作用下，黑色素细胞干细胞增殖分化受到抑制导致黑色素细胞数量减少引起白发，毛囊细胞干细胞增殖分化减弱导致毛囊细胞数量减少引起脱发，故为预防过度紧张、焦虑应激下白发、脱发，可通过抑制去甲肾上腺素的合成(抑制去甲肾上腺素对黑色素细胞干细胞的作用)来预防白发、通过促进毛乳头细胞中Gas6蛋白基因表达(或注射Gas6蛋白)预防脱发。
(3)为验证长期过度紧张、焦虑等刺激也会影响免疫系统功能。科研人员对两组生理状态一致的小鼠进行了实验。①由图2可知，实验组切除肾上腺，为排除手术伤口对实验结果的干扰，对照组的处理是手术但不切除肾上腺，切除肾上腺组的胸腺大于对照组，故实验组切除肾上腺对胸腺的影响是胸腺发育过度。②为验证肾上腺皮质产生糖皮质激素对免疫功能产生了影响，可将健康的生理状态相同的小鼠随机均分为甲、乙、丙三组；甲组手术但不切除肾上腺，乙、丙组手术切除肾上腺，丙组每天注射适量的糖皮质激素，甲、乙注射等量的生理盐水一段时间后观察小鼠胸腺发育情况，同时用病毒A 感染三组小鼠；检测三组小鼠抗体水平等相关指标。③以上研究表明长期过度紧张、焦虑等刺激引起糖皮质激素释放增多，导致胸腺发育过度，故长期过度紧张、焦虑等刺激也会影响免疫系统功能。(九) 科学探究——实验设计
1．(2024·安徽合肥检测)南瓜(2n＝40)是雌雄同株异花植物，易感白粉病，影响产量。迄今栽培的中国南瓜的茎均为长蔓，占地面积大，育种工作者偶然发现1株无蔓植株，并对其进行相关研究，结果如下表。回答下列问题。
组合 F1
总株数 无蔓株 长蔓株
①无蔓×长蔓 160 79 81
②无蔓×无蔓 396 304 92
(1)与豌豆相比，以南瓜为材料进行杂交实验时，操作上的主要区别是__________________。
(2)无蔓性状为________性突变的结果，组合②F1性状分离比接近________，F1出现长蔓性状的原因是________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)为得到抗白粉病的南瓜植株，科学家通过基因工程技术导入了两个抗白粉病基因，这两个基因可能位于一条染色体上，也有可能位于不同染色体上(抗病基因均能正常表达，且作用效果没有累加效应)。设计实验进行判断，写出实验思路、预期结果和结论。
实验思路：___________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
预期结果及结论：若__________________________________________________
____________________________________________________________________，
则两个抗性基因位于同一条染色体上；若__________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________，
则两个抗性基因位于不同染色体上。
2．(2024·福建福州检测)临床发现，某些糖尿病患者机体会积极地维持高水平的血糖。研究人员以小鼠开展实验，发现这与下丘脑中的P神经元有关。回答以下问题：
(1)小鼠腹腔推注葡萄糖溶液后，血糖浓度迅速上升，随后血糖的下降主要受到________细胞分泌的胰岛素调节。胰岛素能够促进组织细胞摄取、利用和储存葡萄糖，且能抑制__________________转化为葡萄糖，从而降低血糖。
(2)已知改造的乙酰胆碱受体hM3D不能与乙酰胆碱结合，但药物CNO能与之结合，使神经元兴奋。研究者构建了在P神经元中特异性表达hM3D的转基因小鼠，开展如下实验。
实验Ⅰ.探究P神经元的兴奋对胰岛分泌功能的影响
以hM3D小鼠、野生型小鼠为材料进行分组实验，实验结果如图1。
甲组：hM3D小鼠＋生理盐水；
乙组：_______________________________________________________________；
丙组：_______________________________________________________________。
实验Ⅱ.探究血糖浓度刺激P神经元的途径
小鼠腹腔推注葡萄糖溶液后，检测到血糖浓度在2～3分钟内达到峰值，P神经元兴奋性在2分钟内快速降低，下丘脑组织液葡萄糖浓度在10分钟后升高，在20～30分钟后达到峰值。
(3)依据实验结果，完善图2中P神经元感知、调控血糖浓度的途径。在箭头上的括号内填“＋”或“－”，其中“＋”代表激活或促进，“－”代表抑制；在方框中选填字母(不同字母的含义为：A血管，B下丘脑，C胰岛素，D胰高血糖素)。
(4)糖尿病患者机体会维持血糖处于高水平，这降低了糖尿病治疗的效果，根据上述研究，试提出一个解决思路：______________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(九) 科学探究——实验设计
1．(2024·安徽合肥检测)南瓜(2n＝40)是雌雄同株异花植物，易感白粉病，影响产量。迄今栽培的中国南瓜的茎均为长蔓，占地面积大，育种工作者偶然发现1株无蔓植株，并对其进行相关研究，结果如下表。回答下列问题。
组合 F1
总株数 无蔓株 长蔓株
①无蔓×长蔓 160 79 81
②无蔓×无蔓 396 304 92
(1)与豌豆相比，以南瓜为材料进行杂交实验时，操作上的主要区别是__________________。
(2)无蔓性状为________性突变的结果，组合②F1性状分离比接近________，F1出现长蔓性状的原因是______________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)为得到抗白粉病的南瓜植株，科学家通过基因工程技术导入了两个抗白粉病基因，这两个基因可能位于一条染色体上，也有可能位于不同染色体上(抗病基因均能正常表达，且作用效果没有累加效应)。设计实验进行判断，写出实验思路、预期结果和结论。
实验思路：__________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
预期结果及结论：若___________________________________________________
____________________________________________________________________，
则两个抗性基因位于同一条染色体上；若_______________________________
____________________________________________________________________，
则两个抗性基因位于不同染色体上。
[解析] (1)南瓜为单性花，雌雄同株，而豌豆为两性花，若进行杂交实验，豌豆需要母本去雄，而南瓜无需母本去雄。(2)通过组合②得出，亲本全为无蔓性状，后代出现性状分离，因此无蔓为显性性状，而之前栽培的中国南瓜均为长蔓，因此决定长蔓的隐性基因发生了显性突变，才得到无蔓性状。组合②亲本双杂合子自交，后代无蔓∶长蔓＝3∶1，亲本均为杂合子，均含有隐性基因，雌雄配子随机结合，才得到隐形纯合子的长蔓性状。(3)判断插入的两个抗白粉病基因位于一条染色体还是两条染色体上。将该插入两个抗白粉病基因的南瓜植株自交，观察后代性状具有抗白粉病的概率。因此实验思路：将该南瓜植株进行同株异花传粉，统计子代具有抗白粉病性状的比例。若在一条染色体上，该南瓜植株产生的配子中有1/2携带两个抗白粉病基因，自交后代中子代抗白粉病∶非抗白粉病为3∶1；若在两条染色体上，则存在两种情况，1是两个抗白粉病基因位于一对同源染色体上，形成的配子全都含有抗白粉病基因，后代中抗白粉病∶非抗白粉病为1∶0；2是两个抗白粉病基因位于两对同源染色体上，形成的配子中含有抗白粉病基因∶非抗白粉病基因＝3∶1，雌雄配子随机结合(4×4＝16种结合方式)，后代中抗白粉病∶非抗白粉病为15∶1，因此在两条染色体上时，后代中抗白粉病∶非抗白粉病不为3∶1。
[答案] (1)无需人工去雄操作 (2)显 3∶1 亲本无蔓为杂合子，杂合子自交时会出现性状分离，即无蔓亲本均可形成含有控制长蔓基因的配子，雌雄配子随机结合，从而产生长蔓植株 (3)将该南瓜植株进行同株异花传粉，统计子代具有抗白粉病性状的比例 子代抗白粉病∶非抗白粉病为3∶1 子代抗白粉病∶非抗白粉病不为3∶1
2．(2024·福建福州检测)临床发现，某些糖尿病患者机体会积极地维持高水平的血糖。研究人员以小鼠开展实验，发现这与下丘脑中的P神经元有关。回答以下问题：
(1)小鼠腹腔推注葡萄糖溶液后，血糖浓度迅速上升，随后血糖的下降主要受到________细胞分泌的胰岛素调节。胰岛素能够促进组织细胞摄取、利用和储存葡萄糖，且能抑制__________________转化为葡萄糖，从而降低血糖。
(2)已知改造的乙酰胆碱受体hM3D不能与乙酰胆碱结合，但药物CNO能与之结合，使神经元兴奋。研究者构建了在P神经元中特异性表达hM3D的转基因小鼠，开展如下实验。
实验Ⅰ.探究P神经元的兴奋对胰岛分泌功能的影响
以hM3D小鼠、野生型小鼠为材料进行分组实验，实验结果如图1。
甲组：hM3D小鼠＋生理盐水；
乙组：_______________________________________________________________
____________________________________________________________________；
丙组：_______________________________________________________________
____________________________________________________________________。
实验Ⅱ.探究血糖浓度刺激P神经元的途径
小鼠腹腔推注葡萄糖溶液后，检测到血糖浓度在2～3分钟内达到峰值，P神经元兴奋性在2分钟内快速降低，下丘脑组织液葡萄糖浓度在10分钟后升高，在20～30分钟后达到峰值。
(3)依据实验结果，完善图2中P神经元感知、调控血糖浓度的途径。在箭头上的括号内填“＋”或“－”，其中“＋”代表激活或促进，“－”代表抑制；在方框中选填字母(不同字母的含义为：A血管，B下丘脑，C胰岛素，D胰高血糖素)。
(4)糖尿病患者机体会维持血糖处于高水平，这降低了糖尿病治疗的效果，根据上述研究，试提出一个解决思路：______________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)胰岛B细胞分泌的胰岛素具有降低血糖的作用，因此小鼠腹腔推注葡萄糖溶液后，血糖浓度迅速上升，随后血糖的下降主要受到胰岛B细胞分泌的胰岛素调节。胰岛素能够促进组织细胞摄取、利用和储存葡萄糖，且能抑制肝糖原和非糖物质转化为葡萄糖，从而降低血糖。(2)实验目的是探究P神经元的兴奋对胰岛分泌功能的影响，首先通过甲组：hM3D小鼠＋生理盐水和hM3D小鼠＋CNO组对比说明药物CNO对胰岛分泌功能有影响；然后通过野生型小鼠＋CNO组和hM3D小鼠＋CNO组对比说明药物CNO是通过影响P神经元的兴奋对胰岛分泌功能产生影响的。根据图1数据丙组胰岛素相对含量小于甲组和乙组可知，野生型小鼠＋CNO组为乙组，hM3D小鼠＋CNO组为丙组。(3)血糖浓度降低从而刺激A血管中的血糖感受器，促进下丘脑中的P神经元兴奋，进而抑制C胰岛素的分泌。(4)糖尿病患者机体会维持血糖处于高水平，这降低了糖尿病治疗的效果，根据上述研究，试提出一个解决思路：降糖治疗时，用药物抑制下丘脑中P神经元的兴奋性。
[答案] (1)胰岛B 肝糖原和非糖物质 (2)野生型小鼠＋CNO hM3D小鼠＋CNO (3)A ＋ － C (4)降糖治疗时，用药物抑制下丘脑中P神经元的兴奋性
(教师用书独具)
(2024·重庆巴蜀中学检测)长期过度紧张、焦虑等刺激会导致黑色素细胞和毛囊细胞数量减少从而引起白发、脱发，也会影响免疫功能，其部分调节机制如图1所示。
(1)图中去甲肾上腺素是一种______________________(填“激素”“神经递质”或“既是激素也是神经递质”)。途径②中去甲肾上腺素的释放属于________调节。
(2)已知去甲肾上腺素和Gas6蛋白都能作用于靶细胞调节其增殖、分化。根据图分析，可通过________________________________(答出一种方法即可) 预防过度紧张、焦虑引起的脱发。
(3)长期过度紧张、焦虑等刺激也会影响免疫系统功能。科研人员对两组生理状态一致的小鼠进行了实验，部分实验结果如图2所示：
①图中对照组的处理是____________________。实验组切除肾上腺对胸腺的影响是______________。
②若要验证肾上腺皮质产生糖皮质激素对免疫功能产生了影响，可将健康的生理状态相同的小鼠随机均分为甲、乙、丙三组；____________________________________________，待乙、 丙组胸腺发育异常后，______________________________________________________，一段时间后观察小鼠胸腺发育情况，同时用病毒A 感染三组小鼠； 检测三组小鼠抗体水平等相关指标。发现乙组抗体水平异常，甲组和丙组抗体水平相近。
③以上研究表明长期过度紧张、焦虑等刺激引起____________________________，从而影响免疫功能。
[解析] (1)分析题图，去甲肾上腺素可由肾上腺髓质和传出神经释放，作用于黑色素细胞干细胞，去甲肾上腺素既是激素也是神经递质。途径②表示过度紧张焦虑会刺激脑和脊髓通过传出神经作用于肾上腺髓质分泌去甲肾上腺素，属于神经调节。(2)由图可知，在长期过度紧张、焦虑刺激作用下，黑色素细胞干细胞增殖分化受到抑制导致黑色素细胞数量减少引起白发，毛囊细胞干细胞增殖分化减弱导致毛囊细胞数量减少引起脱发，故为预防过度紧张、焦虑应激下白发、脱发，可通过抑制去甲肾上腺素的合成(抑制去甲肾上腺素对黑色素细胞干细胞的作用)来预防白发、通过促进毛乳头细胞中Gas6蛋白基因表达(或注射Gas6蛋白)预防脱发。(3)为验证长期过度紧张、焦虑等刺激也会影响免疫系统功能。科研人员对两组生理状态一致的小鼠进行了实验。①由图2可知，实验组切除肾上腺，为排除手术伤口对实验结果的干扰，对照组的处理是手术但不切除肾上腺，切除肾上腺组的胸腺大于对照组，故实验组切除肾上腺对胸腺的影响是胸腺发育过度。②为验证肾上腺皮质产生糖皮质激素对免疫功能产生了影响，可将健康的生理状态相同的小鼠随机均分为甲、乙、丙三组；甲组手术但不切除肾上腺，乙、丙组手术切除肾上腺，丙组每天注射适量的糖皮质激素，甲、乙注射等量的生理盐水一段时间后观察小鼠胸腺发育情况，同时用病毒A 感染三组小鼠；检测三组小鼠抗体水平等相关指标。③以上研究表明长期过度紧张、焦虑等刺激引起糖皮质激素释放增多，导致胸腺发育过度，故长期过度紧张、焦虑等刺激也会影响免疫系统功能。
[答案] (1)既是激素也是神经递质 神经 (2)促进毛乳头细胞中Gas6蛋白基因表达(或注射Gas6蛋白) (3)①手术但不切除肾上腺 胸腺发育过度 ②甲组手术但不切除肾上腺，乙、丙组手术切除肾上腺 丙组每天注射适量的糖皮质激素，甲、乙注射等量的生理盐水 ③糖皮质激素释放增多，导致胸腺发育过度
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