大题分析与表达练8　实验设计与分析类大题突破1.(2021山东济南联考)根据下列有关哺乳动物成熟红细胞的研究,回答相关问题。(1)当人的红细胞缺乏ATP时,会导致Na+进入量多于K+排出量,Ca2+无法正常排出,红细胞会因　　　　　　　　　　而膨大成球状甚至破裂。 (2)人体细胞膜上分布有葡萄糖转运家族(简称G,包括G1、G2、G3等多种转运载体)。研究表明,G1分布于大部分成体组织细胞,其中红细胞含量较丰富;G2主要分布于肝和胰岛B细胞。下图1表示不同细胞摄入葡萄糖速率随细胞外葡萄糖浓度的变化情况。当葡萄糖浓度为10mmol/L时,影响红细胞摄入速率增加的内在因素是　　　　　　　;影响肝细胞摄入速率增加的内在因素可能有　　　　　　　　(答出两点)。当细胞膜上缺少G蛋白时,可能会导致血糖浓度　　　　(填“升高”或“降低”)。 图1(3)氟中毒会改变细胞膜的通透性和细胞代谢。科学家用含不同浓度NaF的饮用水喂养小白鼠,培养一段时间后测定小白鼠红细胞代谢产热及细胞内的ATP浓度,分别获得如下产热曲线和细胞内的ATP浓度数据。图2组别NaF浓度(×10-6g·mL-1)ATP浓度(×10-4mol·L-1)A02.97B502.73C1501.40①根据上述实验设计及结果判断,该实验的目的是研究　　　　的NaF对能量代谢的影响。 ②分析细胞产热量及ATP浓度:C组产热量峰值高于A组而ATP浓度低于A组,原因可能是高浓度的NaF　　　　(填“抑制”或“促进”)了细胞代谢中有关酶的活性,同时由于损伤了细胞膜 结构,细胞为维持正常的功能,需要消耗更多的　　　　　　。 2.(2021山东日照二模)为研究高温条件下不同干旱水平对大豆光合作用的影响,研究人员选取发育进程与长势基本一致的转基因大豆幼苗,在38℃高温条件下设置正常(CK)、中度干旱(L)和重度干旱(M)三组条件来进行一系列实验,结果如下图所示。回答下列问题。(1)研究人员发现,随着高温干旱胁迫时间的延长,大豆叶片逐渐变黄,这主要是由大豆叶肉细胞叶绿体中　　　　上的叶绿素含量降低引起的。 (2)经测定,高温干旱条件下大豆细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质的含量增加,其意义是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)由图中数据可知,第2~4天大豆净光合速率下降的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。由结果可以推断,第4~6天大豆净光合速率下降主要是由非气孔因素导致的,依据是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)请设计实验,探究导致大豆净光合速率下降的主要因素是高温还是干旱。(要求:写出实验设计思路)3.(2021山东省实验中学一模)“喜看稻菽千重浪,遍地英雄下夕烟。”中国科学家团队对水稻科研作出了突出贡献:袁隆平院士被誉为“杂交水稻之父”,朱英国院士为我国杂交水稻的先驱,农民胡代书培育出了越年再生稻等。某兴趣小组在科研部门的协助下进行了下列相关实验:取甲(雄蕊异常,雌蕊正常,表现为雄性不育)、乙(可育)两个品种的水稻进行相关实验,实验过程和结果如下表所示。已知水稻雄性的育性由等位基因A/a控制,A对a为完全显性,B基因会抑制不育基因的表达,使之表现为可育。请回答下列问题。PF1F1个体自交单株收获,种植并统计F2表型甲×乙全部一半全部可育,另一半可育株∶雄性不育株=13∶3 可育(1)控制水稻雄性不育的基因是　　　　,该兴趣小组同学在分析结果后认为A/a和B/b这两对等位基因在遗传时遵循基因的自由组合定律,其判断理由是  　。 (2)F2中可育株的基因型共有　　　　种;仅考虑F2中出现雄性不育株的那一半,该部分可育株中能稳定遗传的个体所占的比例为　　　　。 (3)若要利用F2中的两种可育株杂交,使后代雄性不育株的比例最高,则双亲的基因型为　。 (4)现有各种基因型的可育水稻,请以此为实验材料设计杂交实验,确定某雄性不育水稻丙的基因型。(要求:写出实验思路和预期实验结果及结论)4.(2021山东泰安二模)夹竹桃科植物长春花中含有一种生物碱——长春新碱,对多种癌症都有较好的疗效,是目前常用的天然抗肿瘤药物之一。请回答下列问题。(1)为了大量高效地从长春花中提取长春新碱,实验人员取长春花部分组织诱导形成愈伤组织,分散成单个细胞,加入培养液促进其快速增殖,然后再将细胞破碎后提取出长春新碱。这一植物组织培养技术在实际中应用,可以实现　　　　　　　　　　　　。与传统获得长春新碱的方法相比,利用植物组织培养技术生产长春新碱,具有　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可)等优点。 (2)长春花三体植株性状和普通植株不同,减数分裂一般产生数目相等的两种类型的配子,一类是n+1型,即配子中含有两条该同源染色体;一类是n型,即配子中含有一条该同源染色体。n+1型配子若为卵细胞可正常参与受精,若为花粉则不能参与受精。染色体数目增加的长春花个体都能正常生活。已知长春花是两性花植株,一对相对性状抗病(A)对感病(a)为显性。现有5号染色体为三体且感病长春花、若干纯合抗病与感病普通植株,请设计两代杂交实验,每代都利用三体植株,通过观察后代中抗病与感病的比例,来判断感病基因是否位于5号染色体上。(要求:写出实验思路,并预期实验结果及结论)实验思路:       　。 预期实验结果及结论:　。 5.(2021山东省实验中学一模)与胰岛素治疗相比,胰岛移植能起到稳定血糖、避免低血糖发作的作用。但在胰岛分离过程中,容易造成外周细胞的损伤或丢失(胰岛A细胞主要分布在胰岛外周,胰岛B细胞主要分布在胰岛内部)。为研究胰岛A细胞的缺失对移植的胰岛功能的影响,科研人 员做了以下两个实验。实验一:用不同浓度的葡萄糖刺激正常胰岛和胰岛A细胞缺失胰岛,并测定胰岛素的分泌量,结果如图1所示。实验二:将正常胰岛和胰岛A细胞缺失胰岛分别移植到糖尿病模型小鼠体内,在正常饲喂的条件下,定时测定模型小鼠的血糖浓度,结果如图2所示。图1图2请回答下列问题。(1)人体内胰岛素的功能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,胰高血糖素作用的靶器官主要是　　　　。 (2)用酶解法获得胰岛A细胞缺失胰岛时,需控制好酶的　　　　　　　　　　　　　　　,胰岛A细胞缺失胰岛中胰岛素含量与胰高血糖素含量的比值会　　　　　　　　(填“明显升高”“明显降低”或“基本不变”)。 (3)实验二结果表明,胰岛A细胞缺失胰岛的移植不能有效改善小鼠高血糖状态。结合实验一结果分析,原因是　。 (4)研究表明,生物体内胰岛周围毛细血管内皮细胞能合成并分泌α-1抗胰蛋白酶,它在胰岛的自身保护中起重要作用。根据上述原理解释实验二中移植正常胰岛第7天后血糖浓度逐步上升的原因: 　。 (5)有研究表明,分离纯化的胰岛B细胞在体外培养只能短期存活,而与胰岛A细胞混合培养则存活时间明显延长,有人提出这是由胰岛A细胞分泌胰高血糖素引起的。请设计实验验证上述说法。(要求:写出实验思路,并预期实验结果和结论)6.(2021山东潍坊二模)帕金森病是一种影响中枢神经系统的慢性神经退行性疾病,主要影响运动神经系统。它的症状通常随时间推移而缓慢出现,早期明显的症状为静止性震颤、肌肉僵直、运动迟缓和步态异常,也可能有认知和行为问题。请回答下列问题。 (1)正常情况下,突触小体内多巴胺的储存场所是　　　　。 (2)有一种观点认为,帕金森病的致病机理是脑部多巴胺能神经元的变性死亡,而引起死亡的原因之一是多巴胺能神经元胞外多巴胺的浓度过高。请结合图中的两种载体对多巴胺能神经元的这一死亡原因作进一步阐释: 　。 (3)传统中药人参中的人参皂苷Rg1可以有效缓解帕金森病。某同学以小鼠为实验材料,设计了如下方案,最终通过技术手段统计多巴胺能神经元细胞的死亡数目。步骤模型组人参皂苷Rg1治疗组步骤1注射1mL溶于生理盐水的MPTP,注射4次,每次间隔2h注射1mL生理盐水,注射4次,每次间隔2h步骤2每天注射1mL生理盐水,连续3d每天注射1mL溶于生理盐水的人参皂苷Rg1,连续3d注MPTP能诱导多巴胺能神经元的变性死亡,使患者出现帕金森病症状;科学家常用MPTP诱导帕金森动物模型。①该实验方案有两处错误,请你加以修正。(简要写出修正思路即可)修正一:　。 修正二:　。 ②本实验的预期实验结果是 　。 大题分析与表达练8　实验设计与分析类大题突破1.答案(1)渗透压升高吸水过多(2)G1载体的数量　G2载体的数量和能量　升高(3)不同浓度　促进　ATP解析:(1)当人的红细胞缺乏ATP时,会导致Na+进入量多于K+排出量,Ca2+无法正常排出,红细胞内容物增多,细胞内渗透压升高,会导致红细胞吸水过多而膨大成球状甚至破裂。(2)红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散,由题图可知,当葡萄糖浓度为10mmol/L时,红细胞摄入速率不再随葡萄糖浓度的增大而增大,说明G1载体的数量限制了葡萄糖的运输速率;肝细胞吸收葡萄糖的方式为主动运输,由题图可知,当葡萄糖浓度为10mmol/L时,肝细胞摄入速率没有达到最大,所以影响肝细胞摄入速率增加的内在因素可能有G2载体的数量和能量。当细胞膜上缺少G蛋白时,血液中的葡萄糖不能及时转运进入细胞,可能会导致血糖浓度升高。(3)实验中科学家用含不同浓度NaF的饮用水喂养小白鼠, 培养一段时间后测定小白鼠红细胞代谢产热及细胞内的ATP浓度,所以实验的目的是研究不同浓度的NaF对能量代谢的影响。B组产热峰值和ATP浓度均低于A组,原因可能是低浓度的NaF抑制了细胞代谢中相关酶的活性,C组产热量峰值高于A组而ATP浓度低于A组,原因可能是高浓度的NaF促进了细胞代谢中有关酶的活性,同时由于损伤了细胞膜结构,细胞为维持正常的功能,需要消耗更多的ATP。2.答案(1)类囊体薄膜(基粒)(2)提高细胞的渗透压,增强细胞的吸水能力(3)气孔导度下降,胞间CO2含量降低　气孔导度下降,胞间CO2含量反而升高(4)将生长状况良好的大豆幼苗随机均分为甲、乙、丙三组,甲组在温度和湿度均适宜的条件下培养,乙组在高温、湿度适宜的条件下培养,丙组在温度适宜、干旱条件下培养,将乙、丙两组的净光合速率分别与甲组进行比较。解析:(1)随着高温干旱胁迫时间的延长,大豆叶片逐渐变黄,是由叶绿体类囊体薄膜(基粒)上的叶绿素含量降低所致。(2)水的渗透方向是从低浓度到高浓度,干旱时,植物需要提高自身的浓度,也就是提高渗透压来提高细胞的吸水能力,所以大豆细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质的含量增加。(3)植物叶片通过气孔从外界吸收CO2,若CO2含量下降将会导致光合速率下降,进而导致净光合速率下降,由题图可知,第2~4天大豆净光合速率下降的主要原因是气孔导度下降,吸收的CO2减少,导致胞间CO2含量降低;由结果可以推断,第4~6天大豆净光合速率下降,此时气孔导度继续在下降,胞间CO2含量反而升高,由此推测主要是由非气孔因素导致的。(4)探究导致大豆净光合速率下降的主要因素是高温还是干旱,自变量是高温和干旱,实验组中一组自变量是干旱,另一组自变量是高温,同时还要设置对照组,最后将结果与对照组比较,就能得出导致大豆净光合速率下降的主要因素是高温还是干旱,所以实验思路为将生长状况良好的大豆幼苗随机均分为甲、乙、丙三组,甲组在温度和湿度均适宜的条件下培养,乙组在高温、湿度适宜的条件下培养,丙组在温度适宜、干旱条件下培养,将乙、丙两组的净光合速率分别与甲组进行比较。3.答案(1)A　F1个体自交单株收获得到的F2中的一半可育株∶雄性不育株=13∶3,而13∶3是9∶3∶3∶1的变式,说明该性状受两对等位基因控制,遵循基因的自由组合定律(2)7　7/13(3)aabb和AABb(4)实验思路:取基因型为aabb的可育株与水稻丙杂交,观察后代植株的育性。预期实验结果及结论:若后代全是雄性不育株,则丙的基因型是AAbb;若后代出现可育株和雄性不育株,且比例为1∶1,则丙的基因型为Aabb。解析:(1)由题意可知,B基因会抑制不育基因的表达,使水稻表现为可育,说明雄性不育株一定不含B基因,进而确定控制水稻雄性不育的基因是A。F1个体自交得到的F2中的一半出现可育株∶雄性不育株=13∶3,13∶3是9∶3∶3∶1的变式,说明该性状受两对等位基因控制,遵循基因的自由组合定律。(2)结合(1)可知,F2中出现可育株∶雄性不育株=13∶3,说明该性状受两对等位基因控制,则这部分F1的基因型是AaBb;又因为控制水稻雄性不育的基因为A,所以可育株的基因型是A_B_、aaB_、aabb,雄性不育株的基因型是A_bb;F2出现两种情况,说明F1的基因型有两种且各占1/2,可确定甲的基因型是Aabb,乙的基因型是aaBB,F1的基因型有AaBb、aaBb。AaBb自交后代的基因型共9种,其中AAbb、Aabb表现为不育,因此可育株的基因型共有9-2=7(种)。仅考虑F2中出现雄性不育株的那一半,该部分可育株中的基因型有AABB、AABb、AaBB、AaBb、aaBB、aaBb、 aabb,其中AABb和AaBb自交后代会发生性状分离,其他均能稳定遗传,故该部分可育株中能稳定遗传的个体所占的比例为1-2/13-4/13=7/13。(3)利用F2中的两种可育株杂交,要使后代雄性不育株(A_bb)的比例最高,则其中一个亲本全部产生b的配子,另一个亲本能产生A的配子,则双亲的基因型分别为aabb、AABb。(4)雄性不育水稻的基因型为A_bb,要确定水稻丙的基因型,可采用测交的方法。取基因型为aabb的可育株与水稻丙杂交,观察后代植株的育性。若后代全是雄性不育株,则丙的基因型是AAbb;若后代出现可育株和雄性不育株,且比例为1∶1,则丙的基因型为Aabb。4.答案(1)细胞产物的工厂化生产　产量高,节约资源,不占用耕地,几乎不受季节、天气等的限制(2)实验思路:以感病三体长春花为母本,纯合抗病普通长春花为父本,杂交得F1,从F1中选出三体植株作父本与感病普通植株杂交得F2,观察F2中抗病与感病的比例(或实验思路:以感病三体长春花为母本,纯合抗病普通长春花为父本,杂交得F1,从F1中选出三体植株自交得F2,观察F2中抗病与感病的比例)预期实验结果及结论:若F2中抗病∶感病=1∶2,则感病基因位于5号染色体上;若F2中抗病∶感病=1∶1,则感病基因不位于5号染色体上(或预期实验结果及结论:若F2中抗病∶感病=2∶1,则感病基因位于5号染色体上;若F2中抗病∶感病=3∶1,则感病基因不位于5号染色体上)解析:(2)实验设计方案一:若感病基因位于5号染色体上,以感病三体长春花为母本(aaa),纯合抗病普通长春花为父本(AA),杂交得F1,从F1中选出三体植株作父本与感病普通植株杂交得F2,观察F2中表型及比例。若感病基因位于5号染色体上,由于父本AA产生A一种配子,母本产生a和aa两种配子,F1中三体植株的基因型是Aaa;从F1中选出三体植株作父本与感病普通植株杂交得F2,观察F2中抗病与感病的比例。由于含n+1型配子的花粉不能正常受精,所以F1中的雄性三体可进行正常受精的配子有A∶a=1∶2,与基因型为aa的感病普通植株杂交,F2中表型及比例为抗病∶感病=1∶2。若感病基因不位于5号染色体上,而在其他染色体上,以感病三体长春花为母本(aa),纯合抗病普通长春花为父本(AA),杂交得F1,F1中三体的基因型是Aa,其与基因型为aa的感病普通植株杂交,F2中表型及比例为抗病∶感病=1∶1。实验设计方案二:若感病基因位于5号染色体上,以感病三体长春花为母本(aaa),纯合抗病普通长春花为父本(AA),杂交得F1,从F1中选出三体植株自交得F2,观察F2中抗病与感病的比例。若感病基因位于5号染色体上,则F1中三体植株的基因型是Aaa,自交母本产生的配子有Aa∶a∶A∶aa=2∶2∶1∶1,父本只能产生A和a的配子,比例为1∶2,所以F2中抗病∶感病=2∶1。若感病基因不位于5号染色体上,则F1基因型是Aa,自交F2中抗病∶感病=3∶1。5.答案(1)促进血糖进入组织细胞进行氧化分解,抑制肝糖原的分解和非糖物质转变成葡萄糖　肝(2)浓度和作用时间　明显升高(3)胰岛A细胞缺失使胰岛素分泌减少(或胰岛B细胞分泌能力下降)(4)移植中胰岛周围毛细血管受损,胰岛缺乏α-1抗胰蛋白酶的保护,导致胰岛素分泌不足(5)实验思路:将分离纯化的胰岛B细胞随机均分为两组,分别用等量的生理盐水和适宜浓度的胰高血糖素处理,观察胰岛B细胞的存活时间。预期实验结果及结论:用胰高血糖素处理的胰岛B细胞的存活时间更长,胰岛 A细胞能抑制胰岛B细胞的凋亡。解析:(1)胰岛素是机体中降低血糖的激素,其主要的作用是促进血糖进入组织细胞进行氧化分解,抑制肝糖原的分解和非糖物质转变成葡萄糖;胰高血糖素主要是促进肝糖原分解成葡萄糖进入血液,促进非糖物质转变成糖,所以其作用的靶器官主要是肝。(2)胰岛A细胞分布在胰岛的外周,用酶解法获得胰岛A细胞缺失胰岛时,需控制好酶的浓度和作用时间,以避免过度酶解破坏位于内部的胰岛B细胞;胰岛A细胞缺失胰岛中由于胰岛A细胞受损,不能分泌胰高血糖素,但胰岛B细胞仍可分泌胰岛素,所以胰岛A细胞缺失胰岛中胰岛素含量与胰高血糖素含量的比值会明显升高。(3)由题图1可知,不同葡萄糖浓度下,胰岛A细胞缺失均会使胰岛素分泌减少(或胰岛B细胞分泌能力下降),所以给糖尿病模型小鼠移植胰岛A细胞缺失胰岛,不能有效改善小鼠高血糖状态。(4)由题述原理可知,移植中会导致胰岛周围毛细血管受损,胰岛因缺乏α-1抗胰蛋白酶的保护,而导致胰岛素分泌不足,所以移植正常胰岛的糖尿病鼠在第7天后血糖浓度会逐步上升。(5)有研究表明,分离纯化的胰岛B细胞在体外培养只能短期存活,而与胰岛A细胞混合培养存活时间明显延长,这表明胰岛A细胞能抑制胰岛B细胞的凋亡。若要证明这是由胰岛A细胞分泌胰高血糖素引起的,则需要将分离纯化的胰岛B细胞随机均分为两组,分别用等量的生理盐水和适宜浓度的胰高血糖素处理,观察胰岛B细胞的存活时间。若上述说法是正确的,即胰岛A细胞分泌胰高血糖素能抑制胰岛B细胞的凋亡,则用胰高血糖素处理的胰岛B细胞的存活时间更长。6.答案(1)突触小泡(2)多巴胺运载体被抑制,单胺运载体功能正常,导致突触间隙多巴胺浓度过高,引起多巴胺能神经元的变性死亡(3)设置一组健康鼠作为对照　人参皂苷Rg1治疗组步骤1应与模型组相同　多巴胺能神经元细胞的死亡数目:模型组>人参皂苷Rg1治疗组>对照组