(共24张PPT)
2.遗传推理与实验设计
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1.(12分)(2025·河北石家庄二模)某植物的叶色性状中,绿色对黄绿色为完全显性。研究人员选择纯种绿色与黄绿色杂交,F1全为绿色,F1自交,F2的表型及比例为绿色∶黄绿色=9∶7。请回答下列问题。
(1)若绿色和黄绿色由一对等位基因(设为A/a)控制,且含基因A或基因a的雄配子部分死亡,则F2出现9∶7表型比的原因是F1产生的含基因_________ (填“A”或“a”)雄配子有 的比例死亡。
A
6/7
(2)若绿色和黄绿色由两对等位基因(设为B/b和D/d)控制,其遗传上遵循基因的 定律,F2中黄绿色的基因型有 种,F2出现表型比9∶7的原因是_______________________________________________________
__________________________。
则F1测交子代中绿色与黄绿色的表型比为 。选取F2的绿色植株自交,则后代中黄绿色植株的比例为 。
自由组合
5
两对等位基因互相作用,基因型为B_D_的植株为绿色,其余基因型的植株为黄绿色
自由组合
11/36
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
(3)根据(2),若B和b基因位于5号染色体上,D和d基因位于6号染色体上,通过PCR检测F2黄绿色群体每株个体中B、b、D、d基因,该群体电泳图谱有类型Ⅰ~Ⅴ,如下表所示,Ⅱ和Ⅳ的基因型分别是 。
类型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
5号染色体 ▃ ▃
▃ ▃ ▃ ▃
6号染色体 ▃ ▃
▃ ▃ ▃ ▃
Bbdd、bbDd
1
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3
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解析 (1)若绿色和黄绿色由一对等位基因(设为A/a)控制,且含基因A或基因a的雄配子部分死亡,则黄绿色aa的比例为7/16,雌配子中A∶a=1∶1,基因型为a的雌配子占的比例为1/2,故基因型为a的雄配子占的比例为7/8,则基因型为A的雄配子占的比例为1/8,因此亲本产生的雄配子中A∶a=1∶7,说明部分死亡的是含基因A的雄配子,未发生致死前A∶a=7∶7(1∶1),现在A∶a=1∶7,含基因A的雄配子有6/7死亡。
1
2
3
4
5
(2)若绿色和黄绿色由两对等位基因(B/b和D/d)控制,F1(BbDd)自交,正常情况下F2的表型及比例为9B_D_∶3B_dd∶3bbD_∶1bbdd,而出现9∶7的表型比,为9∶3∶3∶1的变式,符合自由组合定律。只有当B和D同时存在时才表现为绿色,即B_D_表现为绿色,其余基因型(B_dd、bbD_、bbdd)表现为黄绿色。黄绿色的基因型有B_dd(Bbdd、BBdd)、bbD_(bbDD、bbDd)、bbdd,共5种。F1(BbDd)测交,即与bbdd杂交,后代基因型及比例为BbDd∶Bbdd∶bbDd∶bbdd=1∶1∶1∶1,其中BbDd表现为绿色,Bbdd、bbDd、bbdd表现为黄绿色,所以绿色与黄绿色的表型比为1∶3,F2的绿色植株基因型为1/9BBDD、2/9BbDD、2/9BBDd、4/9BbDd。1/9BBDD自交后代全为绿色(BBDD)。2/9BbDD自交后代中黄绿色(bbDD)的比例为2/9×1/4=1/18。2/9BBDd自交后代中黄绿色(BBdd)的比例为2/9×1/4=1/18。4/9BbDd自交后代中黄绿色(B_dd、bbD_、bbdd)的比例为4/9×7/16=7/36。所以后代中黄绿色植株的比例为1/18+1/18+7/36=11/36。
(3)由(2)分析以及电泳图可知,Ⅱ和Ⅳ的基因型分别是Bbdd、bbDd。
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2.(10分)(2025·黑龙江一模)某两性花植物的花色(黄花、白花、橙花、浅橙花)由独立遗传的两对等位基因(A/a、B/b)控制。纯种橙花品种甲与纯种白花品种乙杂交,F1均表现为黄花;F1植株自交,F2出现黄花、白花、橙花和浅橙花4种花色,已知白花亲本乙的基因型为AAbb。请回答下列问题。
(1)甲和F1植株的基因型分别为 ;
若F1黄花植株与乙杂交,则理论上,子代表型及比例为 。
aaBB、AaBb
黄花∶白花=1∶1(或白花∶黄花=1∶1)
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(2)如果该植物花色的遗传满足基因自由组合定律的条件,且没有致死和突变,则F2中黄花、白花、橙花和浅橙花的理论比例为 。但是经过实际统计发现,黄花∶白花∶橙花∶浅橙花=27∶9∶3∶1。关于此结果出现的原因,有两种假设。
假设1:某些幼苗生存能力差,在开花前死亡。
假设2:某花粉不易萌发。若此假设正确,根据实际结果推断,含有
基因的花粉不易萌发,此类花粉的萌发率为 。
(3)研究发现,基因A/a不仅参与花色形成,而且对该植物的生长、发育和产量都有重要作用,这说明__________________________________________
_____________________________________________________________。
9∶3∶3∶1
a
1/4
基因与性状之间并不是简单的一一对应的关系(或一种基因可以参与多个性状的形成,合理即可)
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解析 (1)F1植株自交,F2出现黄花、白花、橙花和浅橙花4种花色,且亲本都是纯合子,乙的基因型是AAbb,则F1的基因型是AaBb,甲的基因型是aaBB。黄、白、橙、浅橙色的基因型分别是A_B_、A_bb、aaB_、aabb。F1黄花植株(AaBb)与乙(AAbb)杂交,子代表型及比例是黄花(A_B_)∶白花(A_bb)=1∶1。
(2)F2中黄花(A_B_)∶白花(A_bb)∶橙花(aaB_)∶浅橙花(aabb)=27∶9∶3∶1,假设2中某花粉不易萌发,单独分析第一对基因A_∶aa=9∶1,单独分析第二对基因B_∶bb=3∶1,可知是第一对基因的花粉不易萌发,由aa=1/10=(1/2a)×(1/5a),可知含a基因的花粉萌发率是1/4。
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(3)研究发现,基因A/a不仅参与花色形成,而且对该植物的生长、发育和产量都有重要作用,这说明基因与性状之间并不是简单的一一对应的关系(或一种基因可以参与多个性状的形成)。
1
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3.(9分)(2025·安徽六安三模)二倍体野生型圆叶风铃草花瓣呈蓝色,研究人员发现三个纯种白花隐性突变品系,其突变基因及基因型如下表。为确定突变基因在染色体上的位置关系,进行如下杂交实验(不考虑其他突变和互换),请回答下列问题。
突变品系 突变基因 基因型
甲 w1 w1w1/++/++
乙 w2 ++/w2w2/++
丙 w3 ++/++/w3w3
1
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(1)杂交实验说明w1、w2的位置关系是位于 (填“一对”或“两对”)同源染色体上,w1、w3的位置关系是位于 (填“一对”或“两对”)同源染色体上。请在下图中画出杂交实验二中F1的余下基因位置。
(2)若将杂交一、二中的F1相互杂交,后代出现白花的概率是 。
(3)另有一白色突变品系丁,由隐性基因w4决定,甲和丁杂交,F1全为白色,F1自交后代均为白色,可推测w1和w4基因位于染色体的 (填“同一”或“不同”)位点,这体现了基因突变的 性。
两对
一对
1/4
同一
不定向
1
2
3
4
5
解析 (1)甲的基因型为w1w1/++/++,乙的基因型为++/w2w2/++,杂交一F1全为蓝色,F2出现性状分离,分离比为9∶7,为9∶3∶3∶1的变式,两对基因独立遗传,故实验结果说明w1、w2的位置关系是位于两对同源染色体上;丙的基因型为++/++/w3w3,甲的基因型为w1w1/++/++,杂交二F1全为蓝色,F2性状分离比为1∶1,符合分离定律的分离比,故w1、w3的位置关系是位于一对同源染色体上;杂交二中甲和丙杂交,F1的基因型为w1w3++,F1自交,F2为蓝色∶白色=1∶1,并未出现全为白花,说明w1和w3位于一对同源染色体上但并非位于等位基因的位置,F1基因的位置图示如下。
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(2)杂交一的F1(w1+/w2+/++)与杂交二中的F1(w1+/++/w3+)相互杂交,可简写为w1w2×w1w3,后代出现白花(w2w3)的概率是1/4。
(3)另有一白色突变品系丁,由隐性基因w4决定,甲和丁杂交,F1全为白色,F1自交后代均为白色,说明是同一突变,可推测w1和w4的位置关系是位于染色体的同一位点;w基因可突变为不同的等位基因,这体现了基因突变的不定向性。
1
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4.(12分)(2025·黑龙江哈尔滨二模)掌跖角化症(EPPK)是一种单基因(KRT9基因)遗传病。患者表现为掌、跖的整个表皮有弥漫性的角质增厚,手掌和脚掌易致裂,产生疼痛感,症状加剧时,手指活动困难,严重影响生活质量。患者出生数周到数月即有表征,持续终生,临床上尚无有效的治疗措施。图1为EPPK的一个家系图,已知Ⅰ-2个体没有该病的致病基因。请回答下列问题。
图1
图2
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3
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(1)掌跖角化这一性状在人群中的不同表现类型属于 ,控制该性状的基因位于 (填“常”“X”或“Y”)染色体,属于 (填“显”或“隐”)性遗传病。
(2)图2表示KRT9基因控制蛋白质合成过程中的某个阶段,该过程有____ 种RNA参与,核糖体移动的方向是 。若仅考虑KRT9基因,据图判断该家系成员中一定是杂合子的是 。
(3)Ⅱ-3的次级卵母细胞在分裂后期含有 个正常基因。Ⅱ-3已经怀孕,孕妇决定通过检测胎儿性别来判断胎儿是否健康,医生建议对胎儿进行基因检测,医生给出建议的依据是__________________________________
_______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
相对性状
常
显
3
5'→3'(或从左向右)
Ⅰ-1、Ⅱ-3、Ⅱ-4和Ⅲ-2
0或2
该遗传病致病基因位于常染色体上,男孩或者女孩都可能患病,因此只检测性别不能确定胎儿是否患病,而基因检测可确定胎儿是否携带致病基因
1
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解析 (1)同一种生物的同一种性状的不同表现类型,叫作相对性状,掌跖角化这一性状在人群中的不同表现类型就属于相对性状。据图1可知,该家系有女患者,所以该遗传病不可能是伴Y染色体遗传;Ⅰ-1男患者有正常女儿,所以该病也不可能是伴X染色体显性遗传病;又因为Ⅰ-2个体没有该病的致病基因,所以Ⅱ-4的致病基因来自Ⅰ-1,该病为常染色显性遗传病。因此,控制该性状的基因位于常染色体,属于显性遗传病。
1
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(2)据图2可知,该过程为翻译过程,翻译过程由mRNA提供模板,tRNA作运输氨基酸的工具,rRNA通过构成核糖体结构参与翻译过程,因此,KRT9基因控制的蛋白质翻译过程有3种RNA参与。核糖体在mRNA上的移动方向是由mRNA的5'→3'(或从左向右)。该病为常染色体显性遗传病,据图1可知,Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-5正常,则他们都为隐性纯合子。Ⅰ-2的隐性基因一定遗传给患者Ⅱ-3、Ⅱ-4,Ⅱ-1的隐性基因一定有一个来自患病的Ⅰ-1,Ⅱ-5的隐性基因一定会遗传给患病的Ⅲ-2。因此,若仅考虑KRT9基因,据图判断该家系成员中一定是杂合子的是Ⅰ-1、Ⅱ-3、Ⅱ-4和Ⅲ-2。
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(3)Ⅱ-3为杂合子,经减数第一次分裂形成的Ⅱ-3的次级卵母细胞含同源染色体中的一条,故Ⅱ-3的次级卵母细胞在分裂后期含有0或2个正常基因。由于该遗传病致病基因位于常染色体上,男孩或者女孩都可能患病,因此只检测性别不能确定胎儿是否患病,而基因检测可确定胎儿是否携带致病基因。
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5.(12分)二倍体植物喷瓜的性别受基因G/g+/g控制,G(雄株)、g+(两性株或雌雄同株)和g(雌株)互为等位基因。该植物花冠形状有轮状和阔钟状两种表型,由另一对基因B/b控制。现有阔钟状雄株和轮状雌株杂交,F1的表型及比例为轮状雄株∶轮状两性株∶阔钟状雄株∶阔钟状两性株=1∶1∶1∶1。回答下列问题。
(1)基因G/g+/g之间的显隐性关系为 (显性对隐性用“>”表示),G/g+/g在遗传中遵循 定律。
G>g+>g
分离
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(2)据题中遗传现象分析,能否确定轮状和阔钟状的显隐性关系,选择回答Ⅰ或Ⅱ。
Ⅰ.若能,则显性性状为 。
Ⅱ.若不能,从F1中选择材料设计遗传实验加以确定,最简便的方案是
_______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
取花冠轮状和阔钟状两性株分别自交,观察子代花冠表型是否发生性状分离(观察并统计子代表型及比例)
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(3)若花冠轮状对阔钟状为显性,则雄性亲本的基因型为 。现在其F1中发现一基因型为BBb的变异雄株,推测其形成原因是母本在产生配子的过程中发生了染色体结构变异中的重复或染色体未分离导致的染色体数目变异。为确定变异来源,可选择花冠表型为 的正常雌株与该变异雄株杂交(注:若该变异雄株为染色体未分离导致的,则B、B、b位于3条同源染色体上,在减数分裂时,3条同源染色体中任意配对的两条彼此分离,另一条随机移向细胞一极;上述两种变异对配子的形成及活力无影响),观察并统计其子代的表型及数量比。
①若子代中轮状植株∶阔钟状植株= ,则该变异为染色体结构变异中的重复;
②若子代中轮状植株∶阔钟状植株= ,则该变异为染色体未分离导致的染色体数目变异。
bbGg+
阔钟状
1∶1
5∶1
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解析 (1)由题意可知,雄株与雌株杂交后,F1雄株与两性株的比例为1∶1,可推出亲本雄株为Gg+,雌株为gg,F1中雄株为Gg,两性株为g+g,说明基因G/g+/g之间的显隐性关系为G>g+>g;G/g+/g互为等位基因,在遗传中遵循基因的分离定律。(2)由题意可知,亲本花冠形状属于测交类型(性状比例为1∶1),即Bb×bb,不能确定二者的显隐性关系;针对植物而言,确定基因型最简便的方案是自交,故可选择雌雄同株轮状和阔钟状分别自交,观察子代花冠表型及比例,子代出现性状分离的亲本为显性性状。
1
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4
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(3)由(1)可知,若花冠轮状对阔钟状为显性,则杂交中雄性亲本阔钟状雄株的基因型为bbGg+;由题意可知,F1该雄株基因型为BBbGg,可通过测交手段进行检测,即选择雌株基因型为bbgg,表型为阔钟状。只分析花冠表型,若发生染色体重复,则该雄株(BBb)可产生的配子的基因型及比例为BB∶b=1∶1,其测交子代中轮状植株∶阔钟状植株=1∶1;若发生染色体未正常分离,则该雄株(BBb)可产生的配子的基因型及比例为B∶BB∶Bb∶bb=2∶1∶2∶1,其测交子代中轮状植株∶阔钟状植株=5∶1。(共24张PPT)
3.变异与育种
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1.(10分)(2025·福建漳州模拟)拟南芥是植物遗传学常用的研究材料。研究发现一拟南芥育性缺陷型(k),其营养生长正常,但果荚极其短小。研究人员通过实验揭示k育性缺陷的成因及机制。
(1)实验观察发现,k和野生型(WT)的雌蕊没有明显差别,但k的花粉母细胞减数分裂的结果不同,配子出现多核、每一个核中均有染色体缺失的现象。据此可知,k属于 (填“雌性不育”或“雄性不育”)。
雄性不育
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(2)科研人员推测k育性缺陷与纺锤体组装有关的ATK1基因发生变异,分析发现,ATK1蛋白包含G、C和M三个结构域,ATK1基因及ATK1蛋白结构如下图所示,从基因表达的角度分析,k的ATK1蛋白氨基酸数量减少的原因
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_____________________________________________________________。
k的ATK1基因区段8发生碱基对缺失,导致终止密码子提前出现,翻译提前终止, ATK1蛋白氨基酸数量减少
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(3)科研人员利用基因工程实现ATK1基因的定点突变,获得突变株k1,k1出现与k相似的育性缺陷现象,并将k1作为 (填“母本”或“父本”)与WT杂交,获得的F1均可育。利用以上实验材料设计一个杂交实验证明k的突变发生在ATK1基因。
①写出实验思路: 。
②预期结果: 。
母本
将k与F1杂交,观察统计子代表型及比值
可育∶雄性不育≈1∶1
(4)研究表明,ATK1蛋白的三个结构域具有不同功能:G可结合多条纺锤丝,促进纺锤丝平行排列,形成两极纺锤体;M参与催化ATP水解为纺锤体组装提供能量,C连接G与M。综合上述信息,推测k出现多核的机制为
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
k的ATK1基因突变,翻译出来的ATK1蛋白缺少部分C和整个M结构域,导致ATP水解受阻,无法为纺锤体的组装供能,纺锤丝排列紊乱,纺锤体组装异常,形成多极纺锤体,进而出现多核现象
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解析 (1)根据题干中“k的花粉母细胞减数分裂的结果不同,配子出现多核、每一个核中均有染色体缺失的现象”,可知k的花粉(雄配子)发育异常,所以k属于雄性不育。
(2)对比WT和k的ATK1基因序列,发现k的ATK1基因区段8发生碱基对缺失。从基因表达角度看,碱基对缺失导致终止密码子提前出现,翻译提前终止,使得合成的ATK1蛋白氨基酸数量减少。
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(3)因为k是雄性不育,所以只能作为母本与wt杂交获得F1。实验思路:将k与F1杂交,观察统计子代表型及比值。预期结果:由于是一对等位基因控制的性状,若突变发生在ATK1基因,按照分离定律,子代中可育∶雄性不育=1∶1。
(4)已知ATK1蛋白的三个结构域具有不同功能,k的ATK1基因突变后翻译出的ATK1蛋白缺少部分C和整个M结构域,而M参与催化ATP水解为纺锤体组装提供能量,缺少M结构域导致ATP水解受阻,无法为纺锤体组装供能,纺锤丝排列紊乱,纺锤体组装异常,形成多核纺锤体,进而出现多核现象。
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2.(10分)(2025·辽宁本溪模拟)为适应全球气候变暖的大趋势,研究水稻耐高温的调控机制,对水稻遗传改良具有重要意义。
(1)研究获得一株耐高温突变体甲,高温下该突变体表皮蜡质含量较高。让甲与野生型(WT)杂交,F1自交后代中耐高温植株约占1/4,说明耐高温为
性状,且最可能由 对基因控制。
隐性
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(2)已知耐高温突变体甲的突变基因位于水稻3号染色体上,为进一步确定突变位点,研究者进行了系列实验,如下图所示。
图1
图2
图3
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①图1中F1在 期,3号染色体发生互换,产生F2中相应的植株,然后用F2植株进行 ,可获得纯合重组植株R1~R5。
②对R1~R5进行分子标记及耐高温性检测,结果如图2、图3所示。分析可知,耐高温突变基因位于 (分子标记)之间。
(3)基因OsWR2的表达能促进水稻表皮蜡质的合成。为了验证“高温胁迫下维持较高的蜡质含量是水稻耐高温的必要条件”,研究小组以突变体甲为对照组,实验组为 ,将两种水稻置于
,一段时间后,检测水稻蜡质含量及耐高温性。实验结果显示 。
减数分裂Ⅰ前
自交
caps3—caps4
敲除OsWR2基因的突变体甲
高温环境
实验组水稻植株蜡质含量低于对照组,且不耐高温
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解析 (1)让甲与野生型(WT)杂交、F1自交后代中耐高温植株约占1/4,即出现3∶1的性状分离比,符合基因分离定律,说明这对相对性状是由1对基因控制的,并且耐高温为隐性性状。
(2)①由图1可知,F1在减数分裂Ⅰ前期(或四分体时期),3号染色体的同源染色体的非姐妹染色单体发生了互换,产生F2中相应的植株;自交可提高纯合子比例,故用F2植株进行自交,可获得纯合重组植株R1~R5。②对R1~R5进行分子标记及耐高温性检测,据图可知植株R2、R3与其他植株的差别是caps3—caps4,只有R2、R3耐高温,说明在分子标记caps3—caps4之间发生了基因突变。
1
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(3)实验设计应该遵循对照原则,为了验证“高温胁迫下维持较高的蜡质含量是水稻耐高温的必要条件”,则对照组为突变体甲,实验组为基因OsWR2敲除的突变体甲,以检测两组植株是否耐高温。设计思路:对照组为突变体甲,实验组为基因OsWR2敲除的突变体甲;将两种水稻置于高温环境中,一段时间后,检测水稻表皮蜡质含量及高温耐性。实验结果显示:实验组水稻植株蜡质含量低于对照组,且不耐高温。
1
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3.(12分)(2025·湖南二模)秀丽隐杆线虫(简称“线虫”)是遗传学中重要的模式生物。线虫有雌雄同体(XX,2n=12)和雄虫(XO,2n-1=11)两种性别,雄虫仅占群体的0.2%。雌雄同体能自体受精或与雄虫交配,但雌雄同体的不同个体之间不能交配。
(1)线虫的正常培养温度为20 ℃,研究发现将雌雄同体线虫置于30 ℃一段时间,收回正常培养环境后,种群中雄虫比例会升高,推测升高温度使雌雄同体线虫的减数分裂发生了异常,该异常具体表现为
_______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
减数分裂Ⅰ后期两条X的同源染色体未分开或减数分裂Ⅱ后期X姐妹染色单体未分离,导致产生了不含X染色体的配子
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2
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(2)研究发现常染色体上的Tra-1基因对线虫的性别决定起重要作用,不具有Tra-1基因的线虫都会发育为雄虫。现通过转基因技术破坏线虫受精卵的一个Tra-1基因,使其发育成熟后自体受精获得F1,F1自体受精获得的F2中性别及比例为 。将F2放置在适宜环境中使其不断自体受精,理论上正常Tra-1基因的基因频率变化趋势为 。
雌雄同体∶雄虫=5∶1
不断上升
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(3)QF-QUAS是人工合成的基因表达调控系统,QF表达产物能够与诱导型启动子QUAS结合,并驱动下游基因的表达。科研人员将QF插入雄虫的一条Ⅱ号染色体上,将一个QUAS—红色荧光蛋白基因插入雌雄同体线虫的一条染色体上。现利用上述转基因线虫进行杂交得F1,F1中红色荧光个体相互交配得F2,得到如下实验结果。
F1 F2
红色荧光个体∶无色个体=1∶3 红色荧光个体∶无色个体=9∶7
注:假设不考虑Tra-1基因对性别分化的影响。
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2
3
4
①仅根据上述杂交结果 (填“能”或“不能”)判断QUAS—红色荧光蛋白基因是否插入Ⅱ号染色体上,依据是
_____________________________________________________________。
②进一步调查发现F2中雌雄同体和雄虫中的体色比例不同,推测原因是QUAS—红色荧光蛋白基因插入 染色体上,若统计F2中无色雄虫占比是 ,说明推测是正确的。
能
F2中红色荧光个体∶无色个体=9∶7,符合基因自由组合定律的性状分离比
雌雄同体线虫的X
5/16
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2
3
4
解析 (1)正常情况下雌雄同体产生的配子都含X染色体。将雌雄同体线虫置于30 ℃一段时间后,种群中雄虫比例升高,而雄虫的性染色体为XO,说明减数分裂Ⅰ后期两条X的同源染色体未分开或减数分裂Ⅱ后期X姐妹染色单体未分离,导致产生了不含X染色体的配子,这些不含X染色体的配子与含X染色体的配子结合,就会产生XO的雄虫。
1
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(2)假设正常Tra-1基因用A表示,破坏后的用a表示,受精卵的基因型为Aa,发育成熟后自体受精(Aa×Aa),F1的基因型及比例为AA∶Aa∶aa=1∶2∶1,其中AA和Aa发育为雌雄同体,aa发育为雄虫(无法自交),F1中雌雄同体(1/3AA、2/3Aa)自体受精,1/3AA自交后代全是AA(雌雄同体),2/3Aa自交后代为2/3×(1/4AA+1/2Aa+1/4aa),即1/6AA(雌雄同体)、1/3Aa(雌雄同体)、1/6aa(雄虫),故F2中雌雄同体∶雄虫=(1/3+1/6+1/3)∶1/6=5∶1;在不断自体受精过程中,aa(雄虫)不能进行自体受精,会逐渐被淘汰,A(即Tra-1基因)基因频率会不断上升。
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3
4
(3)①F1中红色荧光个体(双杂合子)相互交配,F2中红色荧光个体(双显性状)∶无色个体(其他三种性状组合)=9∶7,这是自由组合定律中9∶3∶3∶1的变式,据此能判断QUAS—红色荧光蛋白基因没有插入Ⅱ号染色体上。②F2体色比例在雌雄中不同,说明与性别相关联,因此可能原因是QUAS—红色荧光蛋白基因插入雌雄同体线虫的X染色体上;假设QF基因用B表示,无QF基因用b表示,QUAS—红色荧光蛋白基因用C表示,无该基因用c表示,由于F2中红色荧光个体∶无色个体=9∶7,可知F1红色荧光个体为双杂合子,又因为QF插入雄虫的一条Ⅱ号染色体上,QUAS—红色荧光蛋白基因插入雌雄同体线虫的一条染色体上,若控制体色的基因位于X染色体上,则F1中红色荧光个体基因型为BbXCXc(雌雄同体)和BbXCO(雄虫),雌雄同体的不同个体之间不能交配,只能与雄虫交配,则F2中无色雄虫(bbX-O、B_XcO)的比例为1/4×1/2+3/4×1/4=5/16,所以若统计F2中无色雄虫占比是5/16,说明推测是正确的。
1
2
3
4
4.(10分)(2025·黑龙江大庆模拟)水稻花粉是否可育受细胞质基因(S、N)和细胞核基因R(R1、R2)共同控制。其中S、N分别表示不育基因和可育基因,R1、R2表示细胞核中可恢复育性的基因,其等位基因r1、r2无此功能,通常基因型可表示为“细胞质基因(细胞核基因型)”。只有当细胞质中含有S基因、细胞核中r1、r2基因都纯合时,植株才表现出雄性不育性状。如图表示杂交实验过程,请回答下列问题。
1
2
3
4
(1)雄性不育水稻作为母本,在人工杂交实验过程中对其进行的操作包括 (用文字和箭头表示)。
(2)杂交实验中,亲本中雄性不育株的基因型可表示为 ,F2中出现部分花粉可育类型是 的结果。F2的雄性可育个体中,能稳定遗传的个体所占比例约为 。
套袋→传粉→套袋
S(r1r1r2r2)
基因重组
1/9
1
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3
4
(3)目前已获得纯合稻瘟病抗性突变体M,并对野生型(WT)和抗性突变体M的相关基因进行测序分析,结果如图。由图可知,突变体的第591位发生了
(写出具体类型),可能导致第 位及之后的氨基酸发生改变,从而引起该蛋白质空间结构发生变化。(注意:AUG为起始密码子)
G—C碱基对缺失
198
1
2
3
4
解析 (1)雄性不育水稻S(r1r1r2r2)作为母本,在人工杂交实验过程中对其进行的操作包括套袋→传粉→套袋,其作为母本的优点是避免去雄的麻烦。
(2)杂交实验中,F2中性状分离比为9∶6∶1,为9∶3∶3∶1的变式,因而说明相关核基因的遗传遵循基因自由组合定律,同时可推知F1的基因型为S(R1r1R2r2),因此,亲本中雄性不育株的基因型可表示为S(r1r1r2r2),恢复系亲本的基因型可表示为S(R1R1R2R2)或N(R1R1R2R2),F2中出现部分花粉可育类型是基因重组的结果。F2的雄性可育个体S(1R1R1R2R2、2R1r1R2R2、2R1R1R2r2、4R1r1R2r2)中,能稳定遗传的个体所占比例约为1/9。
1
2
3
4
(3)目前已获得纯合稻瘟病抗性突变体M,并对野生型(WT)和抗性突变体M的R基因进行测序分析,结果如图。由图可知,突变体的第591位发生了碱基的缺失,可能导致第198位及之后的氨基酸发生改变,因为591÷3=197,且缺失后得到的197位的密码子没有发生改变,而之后的氨基酸序列可能发生改变,从而引起该蛋白质空间结构发生变化。(共39张PPT)
6.生物技术与工程
1
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5
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1.(12分)(2025·云南模拟)玉米是一种优良作物,但普通玉米缺乏动物生长发育所必需的赖氨酸,科研工作者利用转基因技术将马铃薯中高赖氨酸蛋白基因(SBgLR)转入玉米细胞获得高赖氨酸玉米新品种。该过程所用基因、Ti质粒的部分结构、限制酶的识别序列及切割位点如图所示。回答下列问题。
注:LB、RB分别为T-DNA的左边界、右边界。
1
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5
6
(1)PCR扩增SBgLR基因时,引物的作用是
;
第二轮扩增结束时,PCR反应体系中存在 种双链DNA。
(2)为获得能正确表达SBgLR基因的重组质粒,应使用 两种限制酶切割图中质粒。切割目的基因和质粒时均选用两种限制酶,这样设计的优点是___________________________________________________。
使DNA聚合酶从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸
4
MunⅠ和XmaⅠ
避免目的基因和质粒的反向连接;防止目的基因和质粒的自身环化
(3)SBgLR基因中无上述限制酶识别序列,研究人员利用SBgLR基因的mRNA进行逆转录得到了cDNA,已知mRNA的序列为5'-UCUGUUGAAUAU…(中间序列)…GCAUCAUCCAGG-3'。利用PCR技术对cDNA进行扩增,为便于将扩增后的基因和载体连接构建重组质粒,请写出PCR扩增时A端和B端所需DNA引物的前12个碱基序列 、
。
5'-CAATTGTCTGTT-3'
5'-CCCGGGCCTGGA-3'
1
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6
(4)研究者采用RT-PCR技术对高赖氨酸玉米新品种转录情况进行鉴定,首先分别提取高赖氨酸玉米新品种和野生型玉米的全部RNA作为模板,经逆转录获得cDNA,再以cDNA作为模板进行PCR扩增,扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳,结果如下图所示,1号泳道加入的样品是基因表达载体中SBgLR基因的PCR产物,则高赖氨酸玉米新品种和野生型玉米的RT-PCR扩增产物分别加入的是 泳道。
Marker:已知分子量的DNA片段
3、2
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解析 (1)PCR扩增目的基因时,引物的作用是使DNA聚合酶从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸。PCR扩增利用的是DNA半保留复制的特点,因此第二轮扩增结束时,PCR反应体系中存在4种双链DNA。
(2)不能选择EcoRⅠ酶切割质粒,因为该酶的识别序列在启动子中;也不能选择NheⅠ酶切割质粒,因为该酶的识别序列在质粒上有两个部位,因此需选择MunⅠ、XmaⅠ切割质粒。切割目的基因和质粒时均选用了两种限制酶,这样操作的优点是一方面可以避免目的基因和质粒的反向连接,另一方面还可防止目的基因和质粒的自身环化。
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(3)已知mRNA的序列为5'-UCUGUUGAAUAU…(中间序列)…GCAUCAUCCAGG-3',逆转录得到cDNA序列为5'-CCTGGATGATGC…(中间序列)…ATATTCAACAGA-3',利用PCR技术对cDNA进行扩增,PCR过程需要两种引物,能分别与目的基因两条链的3'端通过碱基互补配对结合,并在A端、B端分别加入MunⅠ、XmaⅠ识别序列,故PCR扩增时所需引物的前12个碱基序列为5'-CAATTGTCTGTT-3'、5'-CCCGGGCCTGGA-3'。
(4)结合题意并分析电泳结果可知,1号泳道加入的样品是基因表达载体中SBgLR基因的PCR产物,比较可得3号泳道为高赖氨酸玉米新品种的RT-PCR扩增产物,野生型玉米中不含SBgLR基因,因此在电泳过程中未显示条带,对应2号泳道。
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2.(11分)(2025·黑龙江模拟)诺如病毒(HuNoV)为单链RNA病毒,是导致人急性胃肠炎的最常见的病原体之一,其衣壳蛋白vpl蛋白具免疫原性,且可自组装成空心的病毒样颗粒(VLP)。科研人员利用昆虫杆状病毒表达系统制备VLP,即以杆状病毒为载体,通过特异性感染昆虫细胞生产VLP基因工程疫苗,部分技术路线如图1所示。回答下列问题。
图1
1
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3
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5
6
(1)为了后续实验中方便蛋白的纯化,需将vpl基因与小段His标签基因序列相连,形成融合基因(图2),并与转移载体质粒连接,构建出重组转移载体。现欲通过PCR判定融合基因已准确连接,应选择图2中的引物组合是 。PCR扩增产物经琼脂糖凝胶电泳,结果符合预期,通常还
图2
(引物)1和3
仅能检测DNA分子的大小,无法确定其碱基序列
需进行序列测定,原因是琼脂糖凝胶电泳技术
。
1
2
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4
5
6
(2)昆虫HF细胞能高效表达外源基因,是与载体上的 (结构)有关。从结构上看,外源基因能和病毒DNA拼接的原因是 。
构建重组杆状病毒要在昆虫细胞系中共转染,其原因是 。
启动子
都有规则的双螺旋结构
病毒只能寄生在活细胞中
1
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4
5
6
(3)当目的基因两侧的小段序列与表达载体上某序列相同或相似时,可通过同源切割后进行片段互换实现同源重组。将含有vpl基因的重组转移载体质粒与携带杆状病毒基因组的BAC线性DNA共转染到昆虫SF9细胞中,通过一步转染即可实现重组杆状病毒的高效生成。已知ORF是病毒在昆虫细胞中复制的必备元件,△ORF是部分片段缺失的ORF(能在大肠杆菌中复制,不能在昆虫细胞中复制)。推测图1所示制备过程中,SF9细胞中只产生重组杆状病毒的必要条件是 。(多选)
A.甲为△ORF,乙为ORF
B.BAC线性DNA为线状而非环状
C.BAC线性DNA含抗生素抗性基因
D.BAC线性DNA含杆状病毒基因组
AD
(4)为扩大疫苗产量,昆虫HF细胞应选择 (填“贴壁”或“悬浮”)生长型细胞。与大肠杆菌为受体细胞相比,用昆虫细胞作为受体细胞生产VLP可更好的保留vpl蛋白的抗原性,其原因是______________________________
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
悬浮
昆虫细胞属于真核细胞表达系统,能对肽链进行正确的加工(盘曲折叠、组装、修饰),保证了表达蛋白的活性(答案合理即可)
1
2
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6
解析 (1)PCR技术要求引物与模板链的3'端互补配对,且DNA聚合酶从引物的3'端开始延伸子链。启动子是一段位于基因编码链的5'端上游的DNA序列,转录时RNA聚合酶识别并结合启动子后,沿基因的
模板链从3'→5'方向转录出mRNA,也即RNA聚合酶从编码链的5'端开始延伸子链。由图2可知,vpl基因模板链的3'端在右侧,因此vpl基因反转180°后才能与启动子准确连接,同时vpl基因和His基因的模板链位于一条链上,如下图。要判定vpl基因与His基因连接成的融合基因已准确连接,需要选择能扩增出融合基因的引物组合。因此,引物1和引物3可以分别与融合基因中vpl基因的3'端和His基因的3'端互补配对,从而扩增出准确连接的融合基因。
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6
若His基因反转180°后进行连接,如下图,则引物2和4能判定vpl基因与His基因连接成的融合基因存在,但该融合基因不能被启动子正确启动和表达。
1
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6
(2)基因表达载体包括启动子、终止子、目的基因和标记基因。启动子位于目的基因的首端,终止子位于目的基因的尾端,昆虫高效表达外源基因与载体上的强启动子有关;外源基因和病毒DNA都具有规则的双螺旋结构,可以拼接;病毒只能寄生在活细胞中,因此构建重组病毒要在昆虫细胞系中共转染。
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(3)结合图示分析,外源基因与病毒DNA通过同源重组实现拼接,需要将Lef-2和甲、乙基因互换,然后再将乙、vpl、Lef-2及杆状病毒基因组连接到一起。SF9细胞中能合成重组杆状病毒而不能合成野生型杆状病毒,说明野生型杆状病毒具备的是△ORF,在进行共转染同源重组时,BAC线性DNA上的甲替换了重组转移载体质粒上的乙,使重组杆状病毒能在昆虫细胞中复制,说明乙为ORF,因此SF9细胞中只能合成重组杆状病毒而不能合成野生型杆状病毒,A项符合题意。线性DNA通过同源重组形成环状重组病毒,不是SF9细胞中能合成重组杆状病毒而不能合成野生型杆状病毒的原因,B项不符合题意。抗生素抗性基因作为标记基因,用于筛选重组质粒,与病毒生成无关,C项不符合题意。BAC线性DNA含杆状病毒基因组,才能提供病毒复制和包装所需的遗传物质,从而使得SF9细胞中能合成重组杆状病毒,D项符合题意。
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(4)为扩大疫苗产量,昆虫HF细胞应选择悬浮生长型细胞,原因是悬浮型生长的细胞可以更好地与营养物质、氧气等接触,有利于细胞的增殖以及快速高效表达。大肠杆菌缺乏真核细胞修饰加工系统,可能导致蛋白质错误折叠或抗原性丧失。与大肠杆菌为受体细胞相比,昆虫细胞属于真核细胞表达系统,能对肽链进行正确的加工(盘曲折叠、组装、修饰),保证了表达蛋白的活性,因此用昆虫细胞作为受体细胞生产VLP可更好的保留vpl蛋白的抗原性。
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3.(11分)(2025·山西吕梁二模)大豆是我国重要的油料作物和植物蛋白的主要来源,但盐胁迫会严重影响大豆植株的生长。研究人员欲将酵母菌细胞中的耐盐基因ENA1导入大豆体内以提高其耐盐性,如图为构建的基因表达载体的部分结构。回答下列问题。
注:LB为T-DNA的左侧,RB为T-DNA的右侧,P35S为启动子,T35S和Nos均为终止子,Bar基因为抗草甘膦(除草剂)基因。
1
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6
(1)利用PCR方法从酵母菌基因组中扩增ENA1基因时需根据
设计引物,PCR反应体系中除加入ENA1基因、4种脱氧核苷酸等物质外,还需加入________________________________
酶。
(2)为了检测目的基因是否正向插入,可选用图中的引物 对其进行扩增,并对扩增产物进行电泳,若结果为 (填“获得扩增产物”或“未获得扩增产物”),则说明ENA1基因正向插入。
ENA1基因两侧的碱基序列
耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)
1、4
获得扩增产物
1
2
3
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5
6
(3)将目的基因导入植物细胞常采用的方法为 ,得到转基因大豆植株后,研究人员对转基因大豆T2~T4代进行了PCR及电泳,实验结果如下图所示(1 kb=1 000 bp):
农杆菌转化法
1
2
3
4
5
6
图中1组为标准对照组,2组为加水对照组,3组为加入野生型大豆DNA的PCR产物组,则4~7组为加入 组,已知ENA1基因扩增条带大小为550 bp,Bar基因扩 增条带大小为441 bp,则图 表示扩增的基因为ENA1,连续三代PCR检测结果说明
_______________________________________________________________
_________________________。
(4)Bar基因为抗草甘膦基因,大豆在生长过程常喷洒草甘膦进行除草,推测该实验在转入ENA1基因的同时还转入Bar基因,目的是排除
。从分子水平检测转基因大豆体内目的基因是否完成了表达,可采用 方法。
转基因大豆DNA的PCR产物
A
Bar和ENA1基因已经分别转入受体大豆中,且在转基因大豆不同代际间能够稳定遗传
草甘膦对植物生长的影响
抗原—抗体杂交
1
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解析 (1)利用PCR方法从酵母菌基因组中扩增ENA1基因时需根据ENA1基因两侧的碱基序列设计引物,PCR反应体系中除加入ENA1基因、4种脱氧核苷酸等物质外,还需加入耐高温的DNA聚合酶或TaqDNA聚合酶。
(2)为了检测目的基因是否正向插入,可选用图中的引物1和引物4对其进行扩增,并对扩增产物进行电泳,若结果为获得扩增产物,则说明ENA1基因正向插入。
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(3)将目的基因导入植物细胞常采用的方法为农杆菌转化法。图中1组为标准对照组,2组为加水对照组,3组为加入野生型大豆DNA的PCR产物组,则4~7组为加入转基因大豆DNA的PCR产物组,已知ENA1基因扩增条带大小为550 bp,Bar基因扩增条带大小为441 bp,则图A表示扩增的基因为ENA1。连续三代PCR检测结果说明Bar和ENA1基因已经分别转入受体大豆中,且在转基因大豆不同代际间能够稳定遗传。
(4)Bar基因为抗草甘膦基因,大豆在生长过程常喷洒草甘膦进行除草,推测该实验在转入ENA1基因的同时还转入Bar基因,目的是使转基因植物能够抗草甘膦,从而排除草甘膦对植物生长的影响。从分子水平检测转基因大豆体内目的基因是否完成了表达,可采用抗原—抗体杂交方法。
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4.(12分)(2025·海南海口模拟)乳腺炎是畜牧业中的常见疾病,给全球乳制品行业带来了巨大的经济负担。研究人员利用基因编辑工具结合Cre/loxP系统,将炎症调节序列(IRS)靶向整合到山羊溶菌酶(LYZ)基因的启动子区域,成功培育出具有增强乳腺炎抗性的奶山羊,其操作过程如下图,回答下列问题。
图1 山羊胎儿成纤维细胞
图2 基因编辑奶山羊培育过程图
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6
注:①loxP是具有特异性序列的小DNA片段,自身不表达,也不影响其他基因表达。②P1为启动子;EGFP为绿色荧光蛋白基因;PuroR为嘌呤霉素筛选基因;T1为终止子;TSS是转录起始位点。
(1)启动子位于基因的上游,紧挨着转录起始位点,其作用是
。
(2)Cre/loxP系统主要由Cre酶和loxP位点两部分组成。Cre酶可以识别并结合到loxP序列的特定区域,并断开特定部位两个核苷酸之间的 键,然后将切口重新连接以敲除两个同向loxP间的DNA序列。从作用效果来看,Cre酶相当于基因工程中的基本工具中的 。
RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA
磷酸二酯
限制酶和DNA连接酶
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(3)从生物安全的角度分析,最终利用Cre酶敲除外源EGFP和PuroR基因的意义是_____________________________________________________
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
(4)PCR技术可从分子水平检测EGFP和PuroR基因是否被成功敲除。请简要的写出实验思路:______________________________________________
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
从生物安全性角度,切除FGFP和PuroR基因可避免其表达产物引发动物机体的免疫排斥反应;能防止基因漂移,避免这些外源基因传播到其他生物体内,防范对生态系统及生物多样性的潜在威胁
提取基因编辑后奶山羊细胞的基因组DNA;根据GFP和PuroR基因序列设计特异性引物以提取的DNA为模板进行PCR扩增;然后将扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳检测
(5)图2中涉及的生物技术有 (答2点)。在胚胎移植前,需要对代孕母羊进行同期发情处理,其目的是
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
体细胞核移植技术、胚胎移植技术
使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致,供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件
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解析 (1)启动子位于基因的上游,紧挨着转录起始位点,是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA。
(2)Cre酶可以识别并结合到loxP序列的特定区域,并断开特定部位两个核苷酸之间的磷酸二酯键,与基因工程中限制酶的作用相似;将切口重新连接以敲除两个同向loxP间的DNA序列,连接DNA片段,与DNA连接酶功能相似,因此从作用效果来看,Cre酶相当于基因工程中的基本工具中的限制酶和DNA连接酶。
(3)EGFP为绿色荧光蛋白基因,PuroR为嘌呤霉素筛选基因,从生物安全性角度,切除FGFP和PuroR基因可避免其表达产物引发动物机体的免疫排斥反应;能防止基因漂移,避免这些外源基因传播到其他生物体内,防范对生态系统及生物多样性的潜在威胁。
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(4)若想用PCR技术从分子水平检测EGFP和PuroR基因是否被成功敲除,可提取基因编辑后奶山羊细胞的基因组DNA;根据EGFP和PuroR基因序列设计特异性引物以提取的DNA为模板进行PCR扩增;然后将扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳检测。
(5)图2中涉及的生物技术有动物细胞核移植技术、动物细胞培养、早期胚胎发育、胚胎移植等技术。在胚胎移植前,需要对代孕母羊进行同期发情处理,使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致,供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件。
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5.(12分)(2025·广东二模)抗原检测技术在病毒感染筛查、病毒类型判断等多个方面均有应用,但传统检测技术成本较高。为降低成本,需开发新型抗原检测技术。我国科研人员以人畜共患的口蹄疫病毒FMDV为材料,将抗FMDV纳米抗体Nb205和抗鸡醛化红细胞(cRBC)纳米抗体NbRBC48的基因片段连接,构建双特异纳米抗体Nb205-48,利用Nb205-48建立可用于FMDV抗原检测的血凝方法。
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(1)科研人员采用重叠延伸PCR技术构建Nb205和NbRBC48融合基因,具体路线如图。本实验中linker为含6个氨基酸序列的连接肽,部分PCR引物见下表。
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引物名称 引物序列(5'→3')
P1 CATATGGATGATGATGATGATGAG(有下划线的为NdeⅠ限制酶切割位点)
P2 GACCCCAGCTCCAAAGCTCCCAAAGCTCCCAACGGTCACTTGGGT
P3 AGCTTTGGAGCTGGGGTCTTCGCTGTGGTGGAGTCTGGGGGAGGC
P4 GCGGCCGCTGAGGAGACGGT(有下划线的为NotⅠ限制酶切割位点)
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6
①两个不同的基因得以融合的结构基础是 。
②重叠延伸PCR技术是先分别PCR获得目的链1和目的链2,然后使用引物
进行PCR获得融合基因。引物P2中决定linker的碱基序列是
5'- -3'。
③在构建基因表达载体时,需用限制酶 对质粒和
Nb205-linker-NbRBC48融合基因进行酶切。
DNA分子具有双螺旋结构
P1和P4
GACCCCAGCTCCAAAGCT
NdeⅠ、NotⅠ
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(2)科研人员将重组质粒导入大肠杆菌表达并纯化获得双特异纳米抗体Nb205-48,并对融合双抗的敏感性进行了检测,结果见图。结果表明________________________
________________________________________________,
说明融合双抗构建成功。
(3)在对融合双抗Nb205-48进行推广前,还需进行的研究有
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
Nb205-48可同时与FMDV及cRBC反应,且反应性能与Nb205和NbRBC48无明显差异
与传统检测方法进行灵敏度或准确性或效率比较(检测方法的稳定性;与其他病毒有无交叉反应等)
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解析 (1)①基因是有遗传效应的DNA片段,两个不同的基因得以融合的结构基础是具有相似的DNA结构,即DNA分子具有双螺旋结构。
②结合图示可知,先分别用(P1、P2)与(P3、P4)扩增得到目的链1和目的链2,再仅使用P1、P4进行第二轮PCR即能获得融合基因;引物需要与模板的3'端结合,据图可知,引物P2中决定linker的碱基序列是5'-GACCCCAGCTCCAAAGCT-3',这段序列编码了连接肽的氨基酸序列,确保两个基因片段能够正确连接。
③在构建基因表达载体时,需要使用限制酶对质粒和融合基因进行酶切,以便将融合基因插入质粒中。根据引物P1和P4的序列,P1中含有NdeⅠ限制酶切割位点(CATATG),P4中含有NotⅠ限制酶切割位点(GCGGCCGC)。因此,需要使用NdeⅠ和NotⅠ这两种限制酶对质粒和融合基因进行酶切,确保融合基因能够正确插入质粒中。
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(2)分析题图,与缓冲液相比,Nb205-48组别的FMDV和cRBC含量均显著升高,说明Nb205-48可同时与FMDV及cRBC反应,且反应性能与Nb205和NbRBC48无明显差异,这一结果验证了双特异纳米抗体的功能,表明其能够用于FMDV抗原的检测。
(3)在对融合双抗Nb205-48进行推广前,还需进行的研究有灵敏度、准确性(进一步验证融合双抗是否只与FMDV抗原结合,而不与其他病毒或物质发生交叉反应)、效率比较(检测方法的稳定性;与其他病毒有无交叉反应等)。
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6.(10分)(2025·云南玉溪模拟)百合极易受到尖孢镰刀菌引起的枯萎病的影响。研究人员发现野生百合品种——岷江百合含有一个抵抗尖孢镰刀菌侵染的基因L使其对尖孢镰刀菌展现出强大的抗性,该基因及其上游的启动子pL和下游的终止子结构如图甲所示。图乙是一种Ti质粒的结构示意图,其中基因gus编码的GUS酶活性可反映启动子活性。
图甲
图乙
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(1)图乙中启动子与复制原点的化学本质 (填“相同”或“不同”)。
(2)为研究不同病原微生物对基因L的启动子pL活性的影响,科研人员利用转基因植物对其进行功能鉴定。
①从图甲所示结构中选用 酶切获取 ,再将其与图乙含有gus基因的Ti质粒重组构建 转入农杆菌细胞中。
②将预培养的新鲜植物叶片与适宜浓度的已成功转化的农杆菌共培养可达到转化目的,原因是___________________________________________
。
③利用不同病原微生物侵染转基因成功的植物细胞,检测 ,比较出pL的活性。
相同
HindⅢ、BamHⅠ
启动子
pL基因表达载体
通过农杆菌的Ti质粒上的T-DNA能将其整合到
到植物细胞的染色体DNA上
GUS酶活性
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6
(3)研究人员还发现某种抗病性弱的栽培百合中也有基因L,但其上游的启动子与岷江百合不同。若要提高该百合中基因L的表达量,培育具有高抗病能力的百合新品种,请结合题干信息简要写出实验思路:
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
利用转基因技术将该种栽培百合中L基因的启动子替换为岷江百合中L基因的启动子pL,并将该种百合的受体细胞通过植物组织培养得到新品种
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5
6
解析 (1)启动子pL与复制原点都是DNA的片段,化学本质相同。
(2)根据目的片段以及质粒上限制酶的识别位点,启动子两侧都有两种酶,若要获得pL并连接到质粒上,可选用限制酶HindⅢ和BamHⅠ进行酶切,以替换Ti质粒中的启动子,从而达到根据GUS酶活性反映启动子活性的目的,再将其与图乙含有gus基因的Ti质粒重组构建pL基因表达载体转入农杆菌细胞中。通过农杆菌的Ti质粒上的T-DNA能将其整合到植物细胞的染色体DNA上,因此将预培养的新鲜植物叶片与适宜浓度的已成功转化的农杆菌共培养可达到转化目的。由题干信息可知,可通过检测GUS酶活性比较出pL的活性。
(3)要培育具有高抗病原微生物能力的百合新品种,可利用转基因技术将该种栽培百合中L基因的启动子替换为岷江百合中L基因的启动子pL。(共25张PPT)
5.生物与环境
1
2
3
4
5
1.(10分)(2025·贵州模拟)梵净山国家级自然保护区位于贵州省东北部,地处亚热带,许多国家级重点保护动植物生长其中,如珙桐和黔金丝猴等。
(1)梵净山保护区地貌为典型穹隆状山地生态系统,植被类型具有鲜明的植被带谱,山底至山顶依次为常绿阔叶林带、常绿落叶阔叶混交林带、落叶阔叶林带、苔藓矮林带。这种不同海拔段间的植被分布差异主要是由
的差异引起的,属于群落的 (填“水平”或“垂直”)结构。
(2)黔金丝猴是国家一级保护珍稀动物,若要调查梵净山上的黔金丝猴数量,可在其常出没的区域采用红外相机自动拍摄,与标记重捕法相比,此方法的优点有________________________________________________________
____________________________________________________________。
(答出2点即可)。
温度
水平
不需要捕捉和标记,避免对野生动物造成惊吓或伤害;操作方便,对野生动物影响小;调查周期短;需要的人员少;可昼夜连续监测很长时间等
1
2
3
4
5
(3)梵净山的植物资源尤其丰富,如春季开花的珙桐群落、夏季开花的杜鹃群落、秋冬叶片变色的银杏群落、冷杉群落等,和可可西里自然保护区的荒漠生物群落区别很大,决定群落性质、区分不同群落的重要特征是 。研究植物的生态位需要研究的有
(答出3点)。
(4)梵净山也是国家5A级旅游景区,这体现了生物多样性的 价值,其生境复杂,不仅拥有丰富的生态美学景观,而且与人工林生态系统相比,其 稳定性更高,原因是生物多样性更高, 更复杂,自我调节能力更强。
物种组成
植株的高度、种群密度、与其他物种的种间关系
直接
抵抗力
营养结构
1
2
3
4
5
解析 (1)不同海拔温度不同,引起植被差异;不同海拔属于水平方向上的变化,属于群落的水平结构。
(2)对于活动能力强,活动范围较广的生物采取标记重捕法需要将生物进行两次捕获和一次标记,第二次捕获前还要求被标记生物个体必须充分混匀,步骤多所以操作时间较长,且对野生动物有一定的影响。在野生动物常出没的区域放置红外相机进行布控拍摄,自动触发不需相关操作,操作方便,对野生动物影响小;调查周期短;需要的人员少;可昼夜连续监测很长时间等。
1
2
3
4
5
(3)物种组成是区分不同群落的重要特征,也是决定群落性质最重要的因素。研究植物的生态位,通常要研究它在研究区域内的出现频率、种群密度、植株高度等特征,以及它与其他物种的关系等。
(4)生物多样性的价值可概括为直接价值、间接价值和目前人类尚不清楚的潜在价值。直接价值是对人类有食用、药用和作为工业原料等实用意义,旅游观赏、科学研究和文学艺术创作等非实用意义的价值。梵净山也是国家5A级旅游景区,这体现了生物多样性的直接价值。与人工林生态系统相比,梵净山的组分更多,营养结构更复杂,自我调节能力更强,故而其抵抗力稳定性也更高。
1
2
3
4
5
2.(11分)(2025·江西赣州二模)每年的鄱阳湖国际观鸟大赛都会吸引国内外众多观鸟爱好者的参与,参赛者已经记录到227种鸟种,其中白鹤、水雉、反嘴鹬等为该水域的特色物种。请回答下列问题。
(1)研究白鹤的生态位通常需要研究其食物、天敌、 和
;自然条件下,白鹤种群存在K值,K值是指 。
栖息地
与其他物种的关系
一定环境条件下,所能维持的种群最大数量
1
2
3
4
5
(2)白鹤为国家一级保护动物,水雉为国家二级保护动物,动物保护级别的界定常取决于灭绝概率,当灭绝概率≤5%时,种群可存活。下图表示不同“限制压”(自然灾害、人类的偷猎等环境阻力)下,初始规模不同的种群与其在200年内的灭绝概率(%)的关系。分析可知,限制压为0.02时,“最小存活种群”规模为 只;在一定范围内,随着限制压的增大,种群灭绝概率 (填“增大”或“减小”),维持种群存活的最小规模 (填“增大”或“减小”)。
160
增大
增大
1
2
3
4
5
(3)人类活动可能使鄱阳湖鸟类栖息地破碎化,恢复的重要策略之一是建立生态廊道,提升栖息地连通性,该策略的意义是
;为了更好地观鸟护鸟,请写出一条“无痕观鸟”的具体做法:
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
栖息地连通可以打破(地理)隔离,促进种群间基因交流,从而促进物种延续
保持距离,避免干扰;不模仿鸟鸣或播放录音;不投喂野生鸟类;不触碰鸟巢或鸟蛋;沿规定路径行走;不随意丢弃垃圾
1
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3
4
5
解析 (1)研究动物的生态位,通常要研究它的栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系。自然条件下,种群数量呈“S”形增长,存在K值。一定的环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量,又称K值。
(2)在一定的限制压下,灭绝概率与初始种群规模呈对应关系。若种群实际初始规模大于理论初始规模,种群的灭绝概率将减小,存活概率增大,图中的初始种群规模可理解为“最小存活种群”规模。当灭绝概率≤5%时,种群可存活,所以限制压为0.02时,“最小存活种群”规模为160只。分析图示可知,一定范围内,随着限制压的增大,种群灭绝概率和维持种群存活的最小规模都增大。
1
2
3
4
5
(3)人类活动使鸟类栖息地破碎化,使种群之间产生地理隔离,影响种群的繁衍。建立生态廊道,栖息地连通可以打破(地理)隔离,促进种群间基因交流,从而促进物种延续。“无痕观鸟”要尽量减小人类观鸟行为对鸟类生活及其环境的影响,比如保持距离,避免干扰;不模仿鸟鸣或播放录音;不投喂野生鸟类;不触碰鸟巢或鸟蛋;沿规定路径行走;不随意丢弃垃圾等。
1
2
3
4
5
3.(10分)(2025·山东日照二模)近年来,“以鱼抑藻”、种植挺水植物、使用植物根际促生菌(PGPR)等多种生态修复技术的配合使用逐渐成为修复受损河湖生态系统的重要手段。下图是某受损小型湖泊的生态修复示意图。
1
2
3
4
5
(1)少量的污染物流入湖泊,无需治理即可快速恢复,原因是生态系统具有一定的 能力,一般来说该能力的大小与生态系统的
(答出两点)呈正相关。
(2)采用“以鱼抑藻”来控制藻类的数量,鱼类属于影响藻类种群数量变化的
(填“密度”或“非密度”)制约因素。除了“以鱼抑藻”外,通过栽种芦苇、菖蒲等挺水植物控制藻类的繁殖,挺水植物可以通过
从而对藻类产生抑制作用。
(3)使用PGPR有利于芦苇、菖蒲等挺水植物的生长,从而加速生态恢复,原因主要有两方面,一是PGPR能够 ,为植物提供养分;另一方面PGPR能够 ,从而减少挺水植物病害的发生。
自我调节
生物种类(组分)多少和食物网的复杂程度
密度
与藻类竞争阳光和水体中的无机盐等
降解有机污染物,释放N和P
与水体的有害菌竞争,降低有害菌的数量
1
2
3
4
5
解析 (1)少量污染物流入湖泊能快速恢复,这是因为生态系统具有自我调节能力,这是生态系统的一个重要特性。生态系统自我调节能力的大小与生物种类(组分)多少和食物网的复杂程度呈正相关。生物种类越多,食物网越复杂,生态系统抵抗外界干扰并使自身结构和功能保持原状的能力就越强。
(2)“以鱼抑藻”中,鱼类捕食藻类,其数量变化会对藻类种群数量产生影响,且这种影响与藻类种群密度密切相关,所以鱼类属于影响藻类种群数量变化的密度制约因素。挺水植物与藻类都生活在湖泊环境中,挺水植物可以通过与藻类竞争阳光和水体中的无机盐等资源,使藻类获得的资源减少,从而对藻类的繁殖产生抑制作用。
1
2
3
4
5
(3)从图中可知,PGPR能降解有机污染物,释放N和P等营养物质,这些营养物质可以被芦苇、菖蒲等挺水植物吸收利用,为植物提供养分,有利于植物的生长。同时,PGPR能够与水体中的有害菌竞争,降低有害菌的数量,减少有害菌对挺水植物的侵害,从而减轻挺水植物病害的发生,促进挺水植物生长,加速生态恢复。
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4.(10分)(2025·湖南湘西三模)海草床是浅海典型生态系统,其分布受潮汐、光照和沉积物等多因素影响。研究发现,不同潮带的海草通过表型可塑性(如根系结构、光合色素比例)适应环境异质性。全球气候变化导致海水酸化与富营养化加剧,威胁海草床稳定性。下表为某海域海草分布数据。
海草种类 分布潮带 中潮带 低潮带 潮下带上部 潮下带下部
海神草 + + + -
齿叶海神草 - + + -
羽叶二药藻 + + + +
二药藻 + + + +
海菖蒲 - + + -
注:“+”表示存在,“-”表示无。
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(1)海草场是海洋重要生态系统之一。它同红树林、珊瑚礁及沼泽地等众多湿地类型一样对保障生物生产率、生态平衡、维护生物多样性具有非常重要的作用。生态平衡的本质是生态系统通过 维持的
(填“稳态”或“非稳态”)过程。当海草床遭受富营养化冲击时,可能因 (答两点)导致系统崩溃。
(2)据表分析,生态位最宽的海草是羽叶二药藻和二药藻,依据是 。
负反馈调节
稳态
①海草光补偿点升高,②沉积物毒性抑制幼苗定植
羽叶二药藻和二药藻分布于全部四个潮带,生态位宽度最大
1
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4
5
(3)中国海域辽阔,拥有良好的天然海域生态环境。浩瀚的海洋生机盎然,蕴藏着丰富的资源,是人类的“蓝色粮仓”。海草床具有重要的生态功能。请从能量流动和物质循环的角度解释海草床的生态功能。
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
(答两个点)
(4)海草床的年碳埋藏量可达830 gC/m2,约为热带雨林的3倍。试从有机质分解速率和氧气扩散限制角度分析存在这种差异的原因。_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
高净初级生产力为底栖动物提供能量;通过根系固碳,抑制沉积物磷释放,缓解富营养化
①海水缺氧环境抑制分解者活动,有机质分解速率低;②海草分泌酚类物质延缓木质素降解
1
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5
解析 (1)生态平衡是指生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态,其调节机制为负反馈调节。可见,生态平衡的本质是生态系统通过负反馈调节维持的稳态过程。当海草床遭受富营养化冲击时,会导致海草床内藻类生物量增加,这些藻类会消耗大量的氧气,降低水体的溶解氧含量,同时遮挡阳光,影响海草的光合作用,使海草的光补偿点升高。富营养化还会引起海草床内浮游细菌群落组成的变化。例如,具有强降解能力的细菌相对丰度会增加,这些细菌会加速分解有机物,进一步消耗氧气,产生的有毒物质沉积,会抑制幼苗定植,最终可能导致系统崩溃。
(2)分析表中信息可知,羽叶二药藻和二药藻分布在全部四个潮带,生态位宽度最大。
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(3)海草通过光合作用吸收二氧化碳,将其转化为有机物质,储存在叶片、茎和根部,并通过减缓水流促进颗粒碳沉降,海草根部的沉积物中积累了大量的有机碳,且封存于海草床沉积物中的有机碳长期处于厌氧状态,其分解率比存储在陆地土壤中的有机碳低,从而有效地固碳。综上分析,海草床有很高的净初级生产力,可为底栖动物提供能量;不同潮带的海草通过根系固碳,抑制沉积物磷释放,缓解富营养化。
(4)海草床的年碳埋藏量可达830 gC/m2,约为热带雨林的3倍。究其原因为海水缺氧环境抑制分解者活动,有机质分解速率低;海草分泌酚类物质延缓木质素降解。
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5
5.(10分)(2025·湖北模拟)珙桐又名鸽子树,是我国特有物种,被称为“植物活化石”。研究人员调查某地区的珙桐生长现状发现,珙桐幼苗常萌生于大树基部5 cm处,生长缓慢,且为提高经济效益,当地大面积种植方竹。请回答下列问题。
级别 胸径(D)
Ⅰ级 D<5 cm
Ⅱ级 5 cm≤D≤10 cm
Ⅲ级 11 cm≤D≤20 cm
Ⅳ级 21 cm≤D≤30 cm
Ⅴ级 31 cm≤D≤40 cm
Ⅵ级 D>40 cm
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(1)由于珙桐多为大树,不便测其年龄,研究人员用胸径级别结构(胸径指乔木主干离地表面1.3米处的直径)代替其年龄结构。由图可知,该地区珙桐的年龄结构为 。
(2)对该地区珙桐进行跟踪调查发现,珙桐的种群数量逐年降低,其原因是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
(答2点)
增长型
幼苗萌生在大树基部,与大树之间存在竞争,光照不足,生长缓慢;方竹种植面积扩大,使珙桐的生存空间被挤占,导致珙桐难以获得充足的阳光、营养物质和生存空间,种群数量降低
1
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4
5
(3)研究发现珙桐种子出芽率较低,研究人员探究不同的种子处理方式提高出芽率的效果。
催芽方法 平均出芽率/%
露天覆沙 92.3±7.6
低温催芽 78.8±4.5
人尿浸泡 95.1±3
据表可知,人尿浸泡的处理方式效果最好,可能的原因是 。
人尿中含有生长素,可促进种子萌发
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5
(4)为有效地保护珙桐,当地人们补种珙桐及其伴生植物(如连香树等),伴生植物为珙桐幼苗的生长创造适宜微环境,多样化的植被群落提高了生态系统 稳定性,修复后的森林成为生态旅游景点带动当地的经济发展,以上遵循生态工程的 原理,体现了生物多样性的__________ 价值。
抵抗力
自生、整体
直接和间接
1
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解析 (1)由图1可知,该地区珙桐的幼年个体数量多,老年个体数量少,年龄结构为增长型。
(2)珙桐种群数量降低的原因之一是珙桐幼苗常萌生于大树基部5 cm处,无法获得充足的光照,无法正常生长,此外方竹种植面积扩大,使珙桐的生存空间被挤占,导致珙桐难以获得充足的阳光、营养物质和生存空间,种群数量降低。
(3)据表可知,人尿浸泡的处理方式作用效果最好,可能的原因是人尿中含有生长素,生长素可能有促进种子萌发的作用,此外其中还含有植物生长所需要的无机营养。
1
2
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4
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(4)伴生植物为珙桐幼苗的生长创造适宜微环境,多样化的植被群落提高了生态系统抵抗力稳定性,自我调节能力的恢复是自生原则的体现,修复后的森林成为生态旅游景点带动当地的经济发展,遵循生态工程的整体原理,这也是生物多样性的直接和间接价值的体现。(共18张PPT)
4.个体生命活动的调节
1
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1.(10分)(2025·河北模拟)癫痫是一种由大脑神经元异常放电引起的慢性疾病,严重影响患者的日常生活。抗癫痫药物噻加宾作用机理如图所示。回答下列问题。
(1)癫痫患者大脑内谷氨酸和GABA释放异常。由图可知谷氨酸是一种 (填“兴奋性”或“抑制性”)神经递质。研究发现癫痫病人发病时大脑神经元存在突发性异常兴奋,这跟其突触间隙中GABA的量_______ (填“过高”或“过低”)有关。据图分析,噻加宾治疗癫痫的机理是____________________
________________________________________________。
抑制突触前膜上的GABA
转运体,减少对GABA的回收,提高突触间隙中GABA的浓度
兴奋性
过低
1
2
3
4
(2)约30%的癫痫患者即便使用抗癫痫发作药物治疗,仍难以控制发作,称为“药物难治性癫痫”,迷走神经电刺激(VNS)疗法为患者带来了新的希望。研究表明,迷走神经兴奋时能促进脑内GABA的释放,加快胃肠道的蠕动、增加消化液的分泌等,据此推断,迷走神经属于自主神经系统中的 。对不同年龄的癫痫患者使用VNS后结果见下表(应答率为发作减少率≥50%的患者所占比例)
发育时期 术前发病频率(次/月) 术后一年应答率 术后两年应答率
儿童期 60 41.9% 51.6%
非儿童期 20 39.5% 42.1%
根据以上数据,建议患者在 (时期)进行VNS,理由是 。
副交感神经
儿童期
儿童期患者接受VNS治疗后,应答率高于非儿童期患者
1
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3
4
(3)生酮饮食是一种高脂肪、低碳水化合物的饮食,目前已逐渐用于儿童“药物难治性癫痫”的辅助治疗中。但长期生酮饮食容易引起低血糖,导致患者体内 (答出两种激素)加速释放。
胰高血糖素和肾上腺素
1
2
3
4
解析 (1)据图可知,谷氨酸与突触后膜上的受体结合后会引起突触后膜Na+内流,形成外负内正的动作电位,因此谷氨酸是一种兴奋性递质。噻加宾能抑制突触前膜上的GABA转运体,减少对GABA的回收,提高突触间隙中GABA的浓度,因此癫痫病人大脑神经元经常突发性异常兴奋,与突触间隙中GABA的量过低有关。
(2)迷走神经兴奋时能促进脑内GABA的释放,加快胃肠道的蠕动、增加消化液的分泌等,据此推断,迷走神经属于自主神经系统中的副交感神经。数据显示儿童期患者接受VNS治疗后,术后两年应答率(51.6%)高于非儿童期患者(42.1%),因此建议在儿童期进行VNS治疗,因为其疗效更好。
(3)长期生酮饮食可能导致低血糖,从而引起胰高血糖素和肾上腺素加速释放,以升高血糖浓度。
1
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4
2.(11分)(2025·四川眉山三模)随着人类星际旅行计划的推进,如何降低乘员代谢率以减少飞船负载是关键问题之一,动物的冬眠为人类低代谢的研究提供了重要参考。图1显示某储脂类哺乳动物的整个冬眠过程包含多个冬眠阵。每个冬眠阵由入眠、深冬眠、激醒和阵间觉醒四个阶段组成,其体温和代谢率变化如图2。请回答下列问题。
图1
图2
1
2
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4
(1)入眠阶段该动物产热量 散热量,呼吸频率会发生相应变化,调控呼吸频率的中枢位于 。
(2)据图2分析,进入深冬眠阶段后该动物维持 ,以减少有机物的消耗。据图1可知,此阶段长短不定,大致与环境温度呈 (填“正相关”“负相关”或“无关”)。
(3)激醒过程中,从中枢神经系统 (器官)发出的交感神经兴奋,使机体产热增加,体温迅速回升。
小于
脑干
低代谢率
负相关
脊髓
1
2
3
4
(4)该动物激醒后,体温回升,各系统功能也恢复到正常状态。它在阵间觉醒阶段会排尿,排尿是在高级中枢调控下由低级中枢发出的传出神经使膀胱缩小完成的,这种调节方式属于 调节。该动物冬眠季节不进食、不饮水,主要通过分解体内的 产生水。
(5)低温不能诱发非冬眠动物冬眠,但利用某种物质可诱导出猕猴等非冬眠动物的低代谢状态,其机制是激活了下丘脑的特定神经元。据此推测,研究人体低代谢调节机制的关键是要找到______________________________
和 ,并保证“星际旅行休眠人”能够及时 ,以避免因缺乏相应的低温保护机制而出现显著的细胞应激和功能损伤。
分级
脂肪
(下丘脑中)与新陈代谢降低相关
的神经元
激活该神经元的物质
激醒和阵间觉醒
1
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3
4
解析 (1)在入眠阶段,动物的体温逐渐下降,表明其产热量小于散热量;调控呼吸频率的中枢位于脑干。
(2)深冬眠阶段,动物维持极低的代谢率,以减少能量消耗;环境温度越低,冬眠时间越长,因此冬眠阶段的长短与环境温度呈负相关。
(3)体温调节中枢的低级中枢在脊髓,在激醒过程中,从中枢神经系统的脊髓发出的交感神经兴奋,使机体产热增加,体温迅速回升。
1
2
3
4
(4)排尿是在高级中枢调控下由低级中枢发出的传出神经兴奋使膀胱缩小完成的,这种调节方式属于分级调节;脂肪是良好的储能物质,该动物冬眠季节不进食、不饮水,主要通过分解体内的脂肪产生水。
(5)研究人体低代谢调节机制的关键是要找到与新陈代谢降低相关的神经元,用于接收相应物质的刺激;还应找到激活该神经元的物质,并保证“星际旅行休眠人”能够及时激醒和阵间觉醒。
1
2
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3.(10分)(2025·陕西西安二模)糖皮质激素(GC)能升高血糖,是由肾上腺皮质分泌的类固醇激素。如图为通过下丘脑—垂体—肾上腺皮质轴进行GC分泌调节及作用机制示意图,其中CRH和ACTH为相应的激素,GR为GC的受体。请分析回答下列问题。
1
2
3
4
(1)图中GC进入细胞的方式为 ,在GC的调节过程中,既存在
调节以放大激素的调节效应,也存在 调节使GC含量维持正常生理水平。
(2)在调节血糖方面,GC和胰高血糖素的关系是 。若上图是饥饿状态下某人体内的调节示意图,试推测图中肝细胞中合成的蛋白质可能是 。
(3)地塞米松(DEX)是一种人工合成的糖皮质激素,已用于临床治疗多年。但长期大剂量地使用DEX,会造成肾上腺皮质萎缩。据图分析原因是_______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
自由扩散
分级
(负)反馈
协同作用
(催化肝糖原分解或非糖物质转化为葡萄糖的)酶
长期服用导致体内糖皮质激素偏高,负反馈作用于垂体,使其分泌的ACTH减少,肾上腺皮质发育受阻进而萎缩
1
2
3
4
解析 (1)糖皮质激素(GC)是由肾上腺皮质分泌的类固醇激素,GC进入细胞的方式为自由扩散;图示可知GC的分泌量存在下丘脑—垂体—肾上腺皮质的分级调节,同时糖皮质激素过多,对下丘脑和垂体产生负反馈调节,由此可知,在GC的调节过程中,既存在分级调节以放大激素的调节效应,也存在负反馈调节使GC含量维持正常生理水平。
(2)在调节血糖方面,糖皮质激素(GC)能升高血糖,和胰高血糖素的关系是协同作用,饥饿状态下肝细胞合成的蛋白质可能是催化肝糖原分解或非糖物质转化成糖类的酶,参与代谢,以升高血糖。
(3)地塞米松(DEX)是一种人工合成的糖皮质激素,长期服用导致体内糖皮质激素偏高,负反馈作用于垂体,使垂体分泌的ACTH减少,导致肾上腺皮质发育受阻进而萎缩。
1
2
3
4
4.(12分)(2025·天津一模)过敏性鼻炎患者症状包括鼻塞、鼻分泌物增多以及频繁喷嚏等。图1为引发过敏性鼻炎的机制示意图,请据图回答问题。
图1
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4
(1)引发鼻炎的物质A被称为 。当人体首次接触物质A
(填“会”或“不会”)产生抗体。
(2)在过敏反应中细胞1发挥的功能是 ,细胞1可以是 细胞。TH2细胞分泌的IL-4的功能是 。
(3)在过敏反应中,肥大细胞释放的物质B (填名称)和嗜酸性粒细胞释放的碱性蛋白等一方面引起血管通透性增加,从而导致 ,使得鼻腔通道变窄,导致鼻塞;另一方面这些物质也会使鼻腔上皮细胞分泌更多的黏液,刺激鼻腔内的神经末梢,引起患者打喷嚏,该过程属于________
反射。
过敏原
会
摄取、处理、呈递抗原
巨噬
促进B细胞分裂分化成浆细胞、产生并分泌抗体
组胺
组织液增多
非条件
1
2
3
4
(4)糠酸莫米松是糖皮质激素类药物,常用于治疗鼻炎。图2是临床实验结果,结合图1分析可知糠酸莫米松通过______________________________
缓解鼻炎症状。据此推测,糠酸莫米松可以 (填“促进”或“抑制”)TReg细胞的功能。
图2
抑制TH2细胞的活动,减少IL-4、
IL-5的分泌,进而抑制免疫应答
促进
1
2
3
4
解析 (1)过敏反应是由于接触过敏原后导致的炎症反应,A是过敏原,可与肥大细胞膜上的抗体结合,当人体首次接触物质A时会产生特异性免疫并产生抗体,浆细胞分泌的抗体首先主要吸附在肥大细胞的表面,过敏原再次进入时会起作用。
(2)据图可知,图1中细胞1是抗原呈递细胞,其功能是摄取、处理、呈递抗原。体液免疫中具有相同功能的细胞有B细胞、树突状细胞和巨噬细胞等。TH2细胞分泌的IL-4是一种细胞因子,功能是促进B细胞的分裂分化过程,发挥重要作用。
1
2
3
4
(3)肥大细胞释放的组胺由体液运输,不属于激素,这是体液调节。组胺和嗜酸性粒细胞释放的碱性蛋白等一方面引起血管通透性增加,血浆中的物质进入组织液,组织液渗透压升高,组织液增多,产生组织水肿;另一方面这些物质也会使鼻腔上皮细胞分泌更多的黏液,刺激鼻腔内的神经末梢,引起患者打喷嚏,该过程没有大脑皮层的参与,这是非条件反射。
(4)图2中对照组没有使用糠酸莫米松,实验组使用了糠酸莫米松,从图中看出,实验组IL-4和IL-5含量比对照组低,说明了糠酸莫米松抑制TH2细胞的活动,减少IL-4、IL-5的分泌,进而抑制免疫应答,糠酸莫米松可以促进TReg细胞的功能,进而抑制TH2细胞的活动。(共25张PPT)
1.细胞代谢
1
2
3
4
1.(13分)(2025·河南郑州三模)强国必先强农,农强方能国强。指导“三农”工作的中央一号文件曾明确提出要扎实推进大豆玉米带状复合种植(分行相间种植玉米和大豆),助农增产增收。回答下列问题。
(1)阳光能够给光合作用提供能量,请简述光能在光合作用过程中的转化过程:光能→ 。
请推测玉米与大豆适合带状复合种植的可能原因是
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ATP和NADPH中(活跃)的化学能→糖类等有机物中(稳定)的化学能
玉米植株的高度大于大豆的,光饱和点较高,能够利用顶层的阳光(或大豆植株的高度小于玉米的,光饱和点较低,能够利用底层的阳光)
(2)在晴朗夏季的中午,光照增强,大豆的光合速率反而下降(“光合午休”现象),其原因是________________________________________________________________
。此时C3的含量会 (填“高于”“等于”或“低于”)之前的。相比于大豆,玉米固定CO2的途径除卡尔文循环(C3途径)外,还存在一条如下图所示的C4途径,已知PEP羧化酶对CO2的亲和力比RuBP羧化酶对CO2的亲和力高数十倍。据此推测,玉米不易出现“光合午休”的原因是
。
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晴朗夏季的中午,气孔大量关闭,大豆叶肉细胞可以利用的CO2浓度下
降,抑制暗反应的进行
低于
玉米叶肉细胞中存在PEP羧化酶,其对CO2具有较高的亲和力,使得玉米在晴朗夏季的中午能够利用低浓度的CO2进行光合作用
(3)某地积极推广大豆玉米带状复合种植,同时在收获后实施玉米秸秆还田措施。结果发现氮肥使用量减少的同时,土壤中的氮素含量反而提升了,出现该结果的原因可能是__________________________________________
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(答出2点即可)。
氮元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的,但在农业生产中仍要往农田施加氮肥的原因是 。
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一方面,大豆根部富含根瘤菌,根瘤菌具有固氮的能力,帮助提升土壤中的氮素含量;另一方面,玉米秸秆还田后,会被土壤中的微生物分解,增加土壤中氮素的含量
农产品要源源不断地从农田生态系统中输出
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解析 (1)光能在光合作用中的转化过程:光能先转化为ATP和NADPH中活跃的化学能,再转化为糖类等有机物中稳定的化学能。推测玉米与大豆适合带状复合种植的可能原因:从植株高度和光饱和点等角度分析,玉米植株高度大于大豆,光饱和点较高,能利用上层的阳光;大豆植株高度小于玉米,光饱和点较低,能利用下层的阳光,这样可以提高光能利用率。
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(2)晴朗夏季中午,大豆光合速率反而下降(“光合午休”现象)的原因:中午气温高,防止蒸腾作用散失过多水分,植物的气孔大量关闭,大豆叶肉细胞可利用的CO2浓度下降,暗反应受抑制。此时C3的含量情况:因为气孔关闭,CO2进入减少,光合作用减弱,产生的C3减少,所以C3含量低于正常情况。玉米不易出现“光合午休”的原因:已知PEP羧化酶对CO2的亲和力比RuBP羧化酶对CO2的亲和力高数十倍,玉米叶肉细胞中存在PEP羧化酶,其对CO2具有较高的亲和力,能利用较低浓度的CO2进行光合作用。
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(3)某地推广玉米带状复合种植,同时在收获后实施玉米秸秆还田措施,发现氮肥使用量减少时,土壤中氮素含量反而提升的可能原因:一方面,大豆根部富含根瘤菌,根瘤菌具有固氮能力,能提高土壤中的氮素含量;另一方面,玉米秸秆还田后,会使土壤中的微生物数量增加,微生物分解秸秆等有机物,增加土壤中氮素的含量。氮元素在生物群落和非生物环境之间不断循环,但农产品不断从农田生态系统中输出,会带走大量氮元素,为了保持土壤肥力,满足农作物生长对氮素的需求,所以仍要向农田施加氮肥。
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2.(10分)(2025·河北模拟)为研究小麦旗叶光合作用同化的有机物的运输及分配,某科研团队设计装置如下图所示,在晴天上午9—10时对45株开花后10 d的小麦旗叶套袋密封,注入含14CO2的气体,分别在注入后4 h、10 h、24 h、48 h和收获时取样,每次取9株检测茎鞘、旗叶、穗轴和籽粒四部分的放射性强度分配率,结果见下表。回答下列问题。
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注入后时间 旗叶中14C分配率 茎鞘中14C分配率 穗轴中14C分配率 籽粒中14C分配率
4 h 87.5% 6.8% 1.3% 4.40%
10 h 72.77% 10.81% 2.01% 14.41%
24 h 43.67% 5.70% 1.87% 48.75%
48 h 40.03% 1.66% 3.28% 55.03%
收获时 30.38% 2.04% 1.70% 65.88%
注:分配率指该部位放射性强度占总植株放射性强度的比例,检测发现茎鞘和穗轴中主要是蔗糖具有放射性 1
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(1)光合作用过程中CO2被利用的具体场所是 。
(2)图中实验应选用 (填“无色”或“绿色”)封口密封袋。旗叶从外界吸收的14CO2在特定酶的作用下与 结合形成C3。光合产物中的 (填“蔗糖”或“淀粉”)可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处。
(3)旗叶光合作用产物的运输途径是 (用部位名称和“→”的方式表示),且在 中停留时间最短。收获时检测发现成熟籽粒中的放射性主要集中在储能物质 中。
(4)若密封袋内温度保持不变、CO2充足,用冰环降低封口处温度后,检测发现气孔导度不变,但旗叶吸收CO2的速率下降。推测其下降的原因是
。
叶绿体基质
无色
RuBP(或C5)
蔗糖
旗叶→茎鞘→穗轴→籽粒
穗轴
淀粉
低温导致韧皮部运输受阻,光合产物在旗叶积累,反馈抑制光合作用
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解析 (1)在光合作用的暗反应阶段,CO2的固定发生在叶绿体基质中。
(2)实验需在自然光下进行光合作用,无色封口密封袋允许所有波长的光透过,不影响光反应;若用绿色袋,会吸收部分光能(特别是红光和蓝光),降低光合效率。CO2与RuBP(C5)在Rubisco酶催化下形成C3,进而通过卡尔文循环合成有机物。蔗糖是植物体内韧皮部运输的主要形式,可溶于水并通过筛管运输到各器官;淀粉是储存性多糖,分子量大,不能直接运输。实验中检测发现茎鞘和穗轴中主要是蔗糖具有放射性,说明光合产物以蔗糖形式进行运输。
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(3)根据实验数据,放射性强度随时间变化:旗叶(源器官)中分配率下降(87.5%→30.38%),茎鞘和穗轴作为中间转运部位,籽粒(库器官)中分配率上升(4.40%→65.88%)。路径为旗叶光合产物经韧皮部筛管运输,依次通过茎鞘(茎和叶鞘部分,负责物质转运)、穗轴(穗部结构,连接茎和籽粒),最终到达籽粒。穗轴分配率始终较低(最高仅3.28%),且变化平缓,表明放射性物质通过速度快、积累少。小麦籽粒主要储能物质为淀粉,由运输来的蔗糖在籽粒中转化合成;实验中放射性最终富集在籽粒,且淀粉是成熟籽粒的主要储存形式。
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(4)气孔导度不变,排除气孔因素对CO2吸收的限制。封口处(叶柄基部)降温影响韧皮部筛管功能:低温降低筛管运输速率,阻碍光合产物(蔗糖)从旗叶(源)向茎鞘等库器官运输。光合产物积累触发反馈抑制机制,降低卡尔文循环关键酶(如Rubisco酶)活性,从而减少CO2固定需求,导致CO2吸收速率下降。袋内温度恒定且CO2充足,进一步证实下降原因非环境限制,而是运输受阻引发的生理反馈。
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3.(11分)(2025·安徽淮北模拟)光抑制是指植物吸收的光能超过其光合作用所能利用的量时引起光合速率降低的现象。植物体内存在一种叶黄素循环,依照光照条件的改变,植物体内的叶黄素V和叶黄素Z可以经过叶黄素A发生相互转化(叶黄素循环)。如图为在夏季晴朗的一天中,相关指标的变化(Pn表示净光合速率,Fv/Fm表示光合色素对光能的转化效率)。请回答下列问题。
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(1)光合作用过程中,NADPH的作用是 。叶绿体中的光合色素可用 (溶剂)进行提取。
(2)强光下,叶片内的叶黄素总量基本保持不变。在12—14时, (A+Z)/(V+A+Z)的比值上升,叶黄素循环的转化方向是 (用“→”表示物质转化方向);该转化过程表明了植物体内这三种叶黄素中,
在植物叶黄素循环耗散光能过程中起关键作用。
为C3的还原提供能量和还原剂
无水乙醇
V→A→Z
Z
(3)根据Fv/Fm比值变化推测,12—14时过剩的光能转变为 散失。结合题干信息和所学知识分析该时间段Pn下降的原因
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(写出两点,不考虑呼吸强度变化)。
(4)在强光下, (环境因素)会加剧光抑制。(写出两点)
热能
光合色素对光能的转化效率降低,引起光反应生成的ATP和NADPH效率下降,进而影响暗反应;12—14时气温高,部分气孔关闭,CO2吸收量减少,光合作用下降
高温、干旱
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解析 (1)光合作用过程中,NADPH的作用是作还原剂和提供能量,即为C3的还原提供能量和还原剂。叶绿体中的光合色素易溶于无水乙醇等有机溶剂,故叶绿体中的光合色素可用无水乙醇进行提取。
(2)由题干信息可知,依照光照条件的改变,植物体内的叶黄素V和叶黄素Z可以经过叶黄素A发生相互转化,因此在12—14时,(A+Z)/(V+A+Z)的比值上升,其原因是叶黄素中的一部分叶黄素V先转变为A再转变成叶黄素Z,导致A+Z含量升高,比值上升,即叶黄素循环的转化方向是V→A→Z,说明叶黄素Z在植物叶黄素循环耗散光能过程中起关键作用。
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(3)Fv/Fm表示光合色素对光能的转化效率,在12—14时,Fv/Fm比值降低,说明光合色素对光能的转化效率降低,即上述转变过程能使部分光能转变为热能散失,引起光反应生成ATP和NADPH的效率下降,进而影响暗反应,而且12—14时气温高,部分气孔关闭,CO2吸收量减少,光合作用下降。
(4)在强光下,高温可抑制酶的活性抑制光合作用,干旱可能使气孔导度降低导致胞间CO2浓度降低抑制光合作用,故高温、干旱都会导致光抑制。
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4.(10分)(2025·广东二模)铁皮石斛是珍稀药用植物,含多糖、黄酮等活性成分,有增强免疫力、抗肿瘤等多种作用。为了探究干旱胁迫对铁皮石斛生理及品质的影响,研究团队设置湿润水分处理(CK)、轻度干旱胁迫(H)、中度干旱胁迫(M)和重度干旱胁迫(L)共4种处理,培养50 d后测定铁皮石斛生理生化指标和活性成分,部分结果见下表。
处理 植株鲜重/g 光合色素总量/(mg·g-1) 多糖含量/% 总黄酮含量/%
L 23.58 13.08 20.63 0.58
M 21.7 11.75 15.27 0.54
H 26.52 12.37 12.62 0.41
CK 29.2 10.98 17.60 0.55
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(1)与CK处理相比,干旱胁迫下光合色素总量增加,能增强光反应合成 的能力,有利于充分利用固定的CO2,维持光合速率。
(2)与CK处理相比,H处理和M处理鲜重逐渐减少(4种处理植株含水量基本不变)。原因可能是干旱条件下 ,水分散失减少,
,光合速率下降。
ATP和NADPH
气孔(部分)关闭
CO2吸收减少
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(3)另有研究表明,不同条件下铁皮石斛的碳同化途径可在C3途径(白天气孔开放,吸收CO2参与暗反应)和CAM途径(夜间气孔开放,吸收CO2合成苹果酸;白天气孔关闭,苹果酸释放CO2参与暗反应)之间切换。为探明上述4种处理下铁皮石斛的碳同化途径,请选择2个合适的观测指标,设计一个表格来记录实验结果。
处理 气孔导度/气孔开放情况/CO2吸收量 苹果酸含量/pH 白天 夜间 白天 夜间
L
M
H
CK
(4)为保证产量和提升品质,请根据上述实验结果,为铁皮石斛种植的不同时期(生长前期及生长后期)制定控水措施并说明原因。_______________________________________________________________
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生长前期保持湿润,使植株快速生长,保证产量;生长后期重度干旱处理,提高活性成分含量,提升品质
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4
解析 该实验是探究干旱胁迫对铁皮石斛生理及品质的影响。由表格信息可知,该实验的自变量为是否正常供水,因变量是植株鲜重、光合色素总量、多糖含量、总黄酮含量。
(1)光反应的产物有ATP和NADPH,因此与CK处理相比,干旱胁迫下光合色素总量增加,能增强光反应合成ATP和NADPH的能力,有利于充分利用固定的CO2,维持光合速率。
(2)干旱条件下气孔(部分)关闭,水分散失减少,CO2吸收减少,导致光合速率下降。
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4
(3)由于不同条件下铁皮石斛的碳同化途径可在C3途径(白天气孔开放,吸收CO2参与暗反应)和CAM途径(夜间气孔开放,吸收CO2合成苹果酸;白天气孔关闭,苹果酸释放CO2参与暗反应)之间切换,因此选择气孔导度/气孔开放情况/CO2吸收量、苹果酸含量/pH探究4种处理下铁皮石斛的碳同化途径。表格如下:
处理 气孔导度/气孔开放情况/CO2吸收量 苹果酸含量/pH 白天 夜间 白天 夜间
L
M
H
CK
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3
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(4)根据上述实验结果,制定措施:生长前期保持湿润,使植株快速生长,保证产量;生长后期重度干旱处理,提高活性成分含量,提升品质。
