夜雨聆风17. 【Rubisco突变体与水稻光合作用】
Rubisco是植物光合作用暗反应阶段的关键酶。水稻中的Rubisco由核基因（S）编码的小亚基和叶绿体基因（L）编码的大亚基组成。通过对野生型水稻S基因进行编辑，获得了单基因突变体植株，以研究Rubisco对光合作用的影响。
回答下列问题：
（1）S基因在__________中转录形成的mRNA在细胞质翻译成肽链后进入叶绿体，肽链在叶绿体基质中形成一定空间结构后与____________组装构成完整Rubisco。
（2）研究发现，突变体与野生型叶片中Rubisco的蛋白结构无明显差异且功能未发生改变，但突变体叶片中Rubisco总活性显著降低，可能的原因是____________________________________________________。
（3）水稻在大气CO2浓度条件下净光合速率与光照强度关系如图所示。已知突变体与野生型的呼吸速率基本一致，推测突变体的净光合速率变化曲线。与野生型相比，突变体的光饱和点___________（填“升高”“不变”或“降低”）；在达到光饱和点之前，突变体净光合速率的限制因素是_____________；在C区提高_____________________________时，野生型净光合速率的变化趋势为先升高后趋于稳定。
注：a点为光饱和点（光合速率不再随光照强度增加而增加时的光照强度）
（4）野生型与突变体净光合速率的变化曲线会出现部分重合，重合部分一定会在__________区出现，推测曲线重合的原因是______________________________________________________________________。
��命题透视
►核心考点：光合作用暗反应、Rubisco、限制因素分析
►链接教材：必修1光合作用；必修2基因表达；选择性必修1植物生理
►命题分析：
（1）情境创设：围绕Rubisco大小亚基来源、突变体总活性下降和净光合曲线，考查基因表达、酶量与限制因素。
（2）问题设计：设问由基础填空进入图表证据分析，再要求解释机制或提出方案，层次由“识记—推理—表达”逐步提升。
（3）考查目标：考查从材料和图表中提取证据、整合多个模块知识并用规范术语表达因果链的能力。
��思路点拨
抓核心材料：围绕Rubisco大小亚基来源、突变体总活性下降和净光合曲线，考查基因表达、酶量与限制因素。
分层分析：
1．S是核基因，真核生物的核基因转录发生在细胞核中；Rubisco由核基因（S）编码的小亚基和叶绿体基因（L）编码的大亚基组成，S编码的小亚基进入叶绿体后，需要和叶绿体基因L编码的大亚基组装才能形成完整的Rubisco。
2．突变体叶片中Rubisco的蛋白结构无明显差异且功能未发生改变，说明单个Rubisco的催化能力不变；突变是S基因被编辑，S负责编码小亚基，因此S基因突变后，小亚基合成量减少，能组装得到的完整Rubisco总数量减少、总浓度降低，最终导致总催化活性显著下降。
3．突变体Rubisco总活性更低，暗反应固定CO₂的能力更弱，较低光照强度下，光反应产生的ATP和NADPH就能满足减弱的暗反应需求，光合速率就会达到饱和，因此和野生型相比，突变体的光饱和点降低；达到光饱和点之前，净光合速率随光照强度升高而升高，说明此时光照强度是净光合速率的主要限制因素；C区是光照强度超过野生型光饱和点的区域，此时光照已经不再是限制因素，大气CO₂浓度条件下，暗反应的限制因素主要是CO₂浓度，因此提高CO₂浓度（二氧化碳浓度）后，暗反应速率提升，净光合速率先升高，CO₂饱和后趋于稳定。
4．结合题意及题图信息可知，A区光照强度极低，此时限制光合作用的关键因素是光照强度：低光照强度下，光反应产生的ATP和NADPH不足，是光合速率的主要限制因素，A区光照强度较低，Rubisco活性差异不影响暗反应速率，因此突变体和野生型净光合速率没有明显差异，曲线重合。
结论：作答时必须把题干限定、图中组别差异和教材原理连成完整因果链。
【参考答案】
【答案】（1） ①. 细胞核 ②. L基因编码的大亚基
（2）突变体中Rubisco酶合成量减少，酶总浓度降低，酶总催化活性显著下降
（3） ①. 降低 ②. 光照强度 ③. CO2浓度（二氧化碳浓度）
（4） ①. A ②. 低光照强度下，光反应产生的ATP和NADPH不足，是光合速率的主要限制因素，A区光照强度较低，Rubisco活性差异不影响暗反应速率
��机制串记
光合限制因素按“光照→光反应ATP/NADPH→暗反应CO2固定→净光合速率”建链。
18. 【热应激记忆与代谢调节】
近年高温天气频发，给人类健康带来严峻挑战。研究发现，经热应激预处理的小鼠，更易出现肥胖及代谢紊乱。我国科学家围绕“热应激如何导致持久性代谢功能障碍”展开研究。回答下列问题：
（1）对小鼠脑内位于_____________的体温调节中枢进行检测，发现热应激后L型星形胶质细胞内特定基因发生去甲基化，可形成持久的“热记忆”，该现象属于______________。
（2）蛋白组学筛查发现，热应激显著增加皮肤和血清中的KLK14蛋白含量。该蛋白可经血液循环进入脑内。为明确KLK14蛋白对L型星形胶质细胞的作用，研究人员构建了皮肤特异性KLK14基因敲除（KO）小鼠，实验结果见图1。
据图1分析，______________________________________（答组别+指标）存在显著差异，说明热应激引起的KLK14蛋白增多主要源于皮肤。为进一步验证KLK14蛋白能促进L型星形胶质细胞增多，需增设一个实验组：_____________________________________________________________________________________。
（3）实验证明，热应激促进L型星形胶质细胞释放GABA递质，抑制邻近OXT神经元活动。已知OXT神经元可激活交感神经系统来调节机体的代谢。综合上述信息，补充图2调节通路中①、②效应 ___________（填“兴奋”或“抑制”）。
（4）该研究揭示了机体对热应激长期效应的______________调节机制。基于上述调节通路，提出一种干预热应激长期效应，且不影响其短期效应的策略。__________________________________________________。
��命题透视
►核心考点：体温调节、表观遗传、神经—体液调节
►链接教材：选择性必修1《稳态与调节》体温调节、神经调节
►命题分析：
（1）情境创设：以热应激导致持久代谢障碍研究为背景，整合下丘脑、去甲基化、KLK14、GABA和交感神经通路。
（2）问题设计：设问由基础填空进入图表证据分析，再要求解释机制或提出方案，层次由“识记—推理—表达”逐步提升。
（3）考查目标：考查从材料和图表中提取证据、整合多个模块知识并用规范术语表达因果链的能力。
��思路点拨
抓核心材料：以热应激导致持久代谢障碍研究为背景，整合下丘脑、去甲基化、KLK14、GABA和交感神经通路。
分层分析：
1．小鼠的体温调节中枢位于下丘脑；表观遗传是指DNA碱基序列不改变，仅通过甲基化等化学修饰改变基因表达，产生可遗传的性状改变，基因去甲基化形成持久“热记忆”的现象属于表观遗传。
2．据题图1信息可知，同为热应激处理，野生型B组和皮肤KLK14敲除的C组相比，血清KLK14含量、L型星形胶质细胞占比均显著更高，说明热应激引起的KLK14增多主要来源于皮肤。要进一步验证KLK14促进L型星形胶质细胞增多，需要在敲除KLK14的基础上补充KLK14，因此增设实验组为：对皮肤KLK14敲除小鼠做热应激处理，同时注射KLK14蛋白，检测L型星形胶质细胞占比。
3．据题干信息可知，热应激短期效应是降低体温，需要增加皮肤散热，因此支配皮肤血管的交感神经被抑制，使血管舒张、散热增加；OXT神经元可激活支配脂肪组织的交感神经，而热应激促进L型星形胶质细胞释放GABA递质，抑制邻近OXT神经元活动，因此支配脂肪组织的交感神经被抑制，脂肪代谢减慢、脂肪积累，最终体重增加，符合长期效应。
4．据题干信息可知，机体对热应激长期效应的调节通路既有神经系统（神经中枢、传入、传出神经）参与，又有KLK14蛋白通过体液运输发挥作用，因此属于神经-体液调节。基于上述调节通路可知，短期降温通路不依赖KLK14通路，因此仅阻断KLK14通路的任意环节，即可干预长期效应，同时不影响热应激的短期体温调节效应，故干预策略为抑制KLK14蛋白的活性（或阻断KLK14进入脑组织/阻断GABA对OXT神经元的抑制作用）。
结论：作答时必须把题干限定、图中组别差异和教材原理连成完整因果链。
【参考答案】
【答案】（1） ①. 下丘脑 ②. 表观遗传
（2） ①. B组与C组的血清KLK14含量、L型星形胶质细胞百分比 ②. 给皮肤KLK14基因敲除（KO）小鼠进行热应激处理，同时注射KLK14蛋白，检测L型星形胶质细胞的占比
（3）抑制、抑制 （4） ①. 神经-体液 ②. 抑制KLK14蛋白的活性（或阻断KLK14进入脑组织/阻断GABA对OXT神经元的抑制作用）
��机制串记
热应激长期效应链：皮肤KLK14↑→入脑→L型星形胶质细胞↑并释放GABA→OXT神经元受抑→脂肪积累。
19. 【水库能量流动与生态调控】
水库兼具水源供给与生态旅游服务功能，但部分水库面临水质退化与富营养化等问题，影响了区域可持续发展。研究人员以某大型水库为对象，系统分析其生态系统结构与能量流动规律（如图），以采取适当管理措施实现生态与经济协同增效。
注：数值示不同营养级间的能量流动（单位：）或转化效率（某一营养级产出的能量占流入该营养级能量的百分比）
回答下列问题：
（1）图中显示，多个营养级不同食性的鱼类均有部分能量流出该生态系统，主要用于休闲垂钓和食用等。这体现了生物多样性的_____________价值。
（2）在有限的库区水域内，某种优势鱼类种群数量的增加会导致病原体传播加速，进而抑制种群数量的进一步增长。这种影响因素属于______________________。
（3）水库生态系统存在“清水态”和“浊水态”两种状态。若当前水库处于水华严重的浊水态，仅通过减少氮磷输入无法使其自动恢复为清水态。据图，从生态系统能量流动的角度推测其主要原因是_____________________________________________________________________（答两点）。
（4）针对（3）中所述原因，可采取的生态调控措施包括_______________________________________________，这些措施体现了生态工程遵循的基本原理有____________________________________（答两点）。
��命题透视
►核心考点：生态系统能量流动、生物多样性价值、生态工程
►链接教材：选择性必修2《生物与环境》生态系统功能与生态工程
►命题分析：
（1）情境创设：水库清水态/浊水态能量流动图要求从藻类固定能量、垂钓输出和碎屑库循环解释富营养化稳定状态。
（2）问题设计：设问由基础填空进入图表证据分析，再要求解释机制或提出方案，层次由“识记—推理—表达”逐步提升。
（3）考查目标：考查从材料和图表中提取证据、整合多个模块知识并用规范术语表达因果链的能力。
��思路点拨
抓核心材料：水库清水态/浊水态能量流动图要求从藻类固定能量、垂钓输出和碎屑库循环解释富营养化稳定状态。
分层分析：
1．图中显示，多个营养级不同食性的鱼类均有部分能量流出该生态系统，主要用于休闲垂钓和食用等。食用、休闲垂钓属于人类对生物资源的直接利用，体现生物多样性的直接价值”。
2．在有限的库区水域内，某种优势鱼类种群数量的增加会导致病原体传播加速，进而抑制种群数量的进一步增长。这种影响因素属于密度制约因素，因为该因素对种群数量的影响与种群密度有关。
3．水库生态系统存在“清水态”和“浊水态”两种状态。若当前水库处于水华严重的浊水态，仅通过减少氮磷输入无法使其自动恢复为清水态。这是因为，浊水态下藻类大量增殖，固定了该生态系统绝大多数能量；植食性鱼类因休闲垂钓能量输出过多，生物量较低，对藻类的摄食不足，无法控制藻类数量；大量藻类死亡后形成有机碎屑，藻类固定的能量大量流入有机碎屑库，无法被植食性鱼类利用，经过分解者的分解作用会增加水体中N、P的含量，进而维持了藻类的优势地位，因此，仅减少外源氮磷输入无法恢复。
4．针对（3）中所述原因，可采取的恢复措施有：人工除藻，或种植富集N、P的水生植物（协调原理）；适当投放滤食藻类的植食性鱼类，限制对植食性鱼类的捕捞，适度捕捞肉食性鱼类以降低对植食性鱼类的捕食压力，该设计中遵循生态工程的自生和协调原理。
结论：作答时必须把题干限定、图中组别差异和教材原理连成完整因果链。
【参考答案】
【答案】（1）直接（2）密度制约因素
（3）浊水态下藻类大量增殖，固定了该生态系统绝大多数能量；植食性鱼类因休闲垂钓能量输出过多，生物量较低，对藻类的摄食不足，无法控制藻类数量；大量藻类死亡后形成有机碎屑，藻类固定的能量大量流入有机碎屑库，有机碎屑分解释放的氮磷可被藻类重新利用，维持了藻类的优势地位
（4） ①. 人工除藻，或种植富集N、P的水生植物（协调原理）；适当投放滤食藻类的植食性鱼类，限制对植食性鱼类的捕捞，适度捕捞肉食性鱼类以降低对植食性鱼类的捕食压力 ②. 自生、协调原理
��方法总结
生态调控题要从能量流动和物质循环双线作答。
20. 【转抗菌肽基因按蚊与基因驱动】
疟疾是由疟原虫引起、经按蚊传播的传染病，对人类健康构成严重威胁。雌蚊成虫吸血后产卵，雄蚊不吸血。研究人员成功培育出一种转抗菌肽基因（MM-CP）按蚊。该抗菌肽仅在雌蚊吸血后高表达，可有效抑制按蚊肠道内疟原虫的发育，为疟疾防控提供了新思路。回答下列问题：
（1）构建该转基因按蚊涉及的可遗传变异类型属于______________。MM-CP转录形成的mRNA在翻译过程中，tRNA上的____________与mRNA上的密码子互补配对，将氨基酸转运至核糖体参与抗菌肽合成。
（2）研究发现，抗菌肽影响按蚊自身存活。转基因雌蚊吸血后存活率显著降低，但多数个体能在死亡前完成繁殖。推测转基因按蚊中调控MM-CP表达的启动子类型为_____________。从基因传递的角度分析，选用该类启动子的原因是________________________________________________________________________。为降低抗菌肽对按蚊的不利影响，运用蛋白质工程原理提出一种改造MM-CP的设计思路。___________________________________________________________________________________________。
（3）基于CRISPR/Cas9系统的基因驱动技术，可使特定基因从亲代到子代的遗传概率显著高于50%，从而在种群中快速扩散。研究人员培育了驱动型和非驱动型转基因按蚊（如图）。与非驱动型相比，驱动型后代中携带MM-CP的个体比例显著增加，其原因是：形成配子时，Cas9切割野生型染色体，然后______________________________________，使更多配子携带MM-CP。
（4）若将该驱动型转基因按蚊大范围释放，可能引发一些潜在风险。试从生物进化角度提出一种潜在风险。_______________________________________________。
��命题透视
►核心考点：基因工程、蛋白质工程、基因驱动与进化风险
►链接教材：选择性必修3基因工程、蛋白质工程；必修2进化
►命题分析：
（1）情境创设：以转抗菌肽基因按蚊防控疟疾为情境，串联基因工程、蛋白质工程、基因驱动和进化风险。
（2）问题设计：设问由基础填空进入图表证据分析，再要求解释机制或提出方案，层次由“识记—推理—表达”逐步提升。
（3）考查目标：考查从材料和图表中提取证据、整合多个模块知识并用规范术语表达因果链的能力。
��思路点拨
抓核心材料：以转抗菌肽基因按蚊防控疟疾为情境，串联基因工程、蛋白质工程、基因驱动和进化风险。
分层分析：
1．构建转基因按蚊属于基因工程，属于基因重组；翻译过程中，tRNA上的反密码子和mRNA上的密码子配对。
2．抗菌肽基因仅在雌蚊吸血后高表达，可有效抑制按蚊肠道内疟原虫的发育，所以推测转基因按蚊中调控MM-CP表达的启动子类型为诱导型启动子。该启动子使MM-CP仅在吸血后的雌蚊中表达，雄蚊和未吸血雌蚊不表达该基因，不会影响转基因按蚊的存活；即使吸血后雌蚊存活率降低，也可在死亡前完成繁殖，保证MM-CP基因能够传递给子代。
3．蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求，所以设计思路：，从预期改造后抗菌肽的功能（仅抑制疟原虫发育，降低对按蚊存活的影响）出发，设计抗菌肽的空间结构，推测对应的氨基酸序列，进而改造MM-CP的基因序列，获得符合要求的抗菌肽。
4．结合图示可知，Cas9切割野生型染色体后，会以携带MM-CP的染色体为模板完成同源修复，让原本的野生型染色体也变成携带MM-CP的染色体，最终体细胞两条同源染色体均带MM-CP，减数分裂产生的配子几乎都携带该基因，因此后代携带MM-CP的比例显著升高。
5．从生物进化角度，基因驱动会快速改变按蚊种群的基因频率，进而影响种群数量和种间关系，破坏生态平衡；也会对疟原虫起到定向选择作用，使疟原虫进化出抗性，引发新的风险。
结论：作答时必须把题干限定、图中组别差异和教材原理连成完整因果链。
【参考答案】
【答案】（1） ①. 基因重组 ②. 反密码子
（2） ①. 诱导型启动子 ②. 使MM-CP仅在吸血后的雌蚊中表达，雄蚊和未吸血雌蚊不表达该基因，不会影响转基因按蚊的存活；即使吸血后雌蚊存活率降低，也可在死亡前完成繁殖，保证MM-CP基因能够传递给子代 ③. 从预期改造后抗菌肽的功能（仅抑制疟原虫发育，降低对按蚊存活的影响）出发，设计抗菌肽的空间结构，推测对应的氨基酸序列，进而改造MM-CP的基因序列，获得符合要求的抗菌肽
（3）以携带MM-CP的染色体为模板完成同源修复
（4）基因驱动会快速改变按蚊种群的基因频率，进而影响种群数量和种间关系，破坏生态平衡；也会对疟原虫起到定向选择作用，使疟原虫进化出抗性，引发新的风险
��工程链串记
转基因防控题按“目的基因—启动子—表达产物—目标生物—生态风险”组织答案。
21. 【玉米胚乳质地调控与PCR鉴定】
玉米籽粒胚乳的粉质与硬质是具有重要农艺价值的一对相对性状。我国科学家在对玉米粉质品系A和硬质品系W两个纯合品系的研究中，发现等位基因VA和VW可能参与该性状的调控。进一步研究发现，这对基因的序列长度存在差异（图a），且在胚乳发育过程中VA的表达量显著低于VW的表达量。为明确这对基因参与性状调控的机制，开展如下研究。
回答下列问题：
（1）将两个品系进行正反交，获得的F1籽粒胚乳均表现为硬质，可知硬质为__________性状。
（2）根据这对基因的序列设计了3种引物（图a），便于通过PCR技术进行区分。PCR反应体系中包括这3种引物、Taq DNA聚合酶（延伸速度约为1000 bp/min）、缓冲液（含Mg2+）、水、4种脱氧核苷酸和__________，反应参数见图b。预测品系W植株PCR产物电泳结果符合①～⑤（图c）中泳道_______________的带型。
（3）基于品系W构建了针对VW基因的RNAi（可通过切割靶基因mRNA显著降低其表达）转基因植株。鉴定转基因植株中VW基因表达是否受到影响，应提取植株_______________进行PCR检测。若VW基因参与调控玉米胚乳性状，预测可得到下列结果（胚乳由极核和精子结合后发育而成，极核和卵细胞携带的基因相同）：
①纯合转基因植株的籽粒胚乳性状为_________________；
②杂合转基因植株自交产生的籽粒胚乳性状及比例为____________________________。
（4）已知VW基因编码一种酶，在胚乳发育过程中催化非极性胡萝卜素转化为下游产物。研究人员据此对胚乳性状的产生提出了一个假设，并设计研究思路：对品系A植株进行诱变，筛选胚乳变为硬质的突变体，进而分析其中是否有非极性胡萝卜素合成途径的基因发生突变。推测研究人员提出的假设。最合理的是：_____________________________________是产生品系A粉质胚乳的原因。
��命题透视
►核心考点：性状显隐性、PCR、电泳、RNAi与代谢假说
►链接教材：必修2遗传规律；选择性必修3PCR与基因表达调控
►命题分析：
（1）情境创设：玉米粉质/硬质胚乳研究同时包含正反交、PCR引物、电泳带型、RNAi和代谢产物假说。
（2）问题设计：设问由基础填空进入图表证据分析，再要求解释机制或提出方案，层次由“识记—推理—表达”逐步提升。
（3）考查目标：考查从材料和图表中提取证据、整合多个模块知识并用规范术语表达因果链的能力。
��思路点拨
抓核心材料：玉米粉质/硬质胚乳研究同时包含正反交、PCR引物、电泳带型、RNAi和代谢产物假说。
分层分析：
1．粉质品系 A、硬质品系 W 为纯合品系，正反交F1籽粒胚乳全为硬质，说明硬质性状能完全掩盖粉质，硬质为显性性状。
2．PCR反应体系除引物、Taq酶、缓冲液、脱氧核苷酸、水外，还需要模板DNA作为扩增的模板。品系W是纯合VWVW：引物1与引物2可扩增出100+196=296bp（约300bp）的片段，引物1与引物3可扩增出100+196+1054+350=1700bp（接近2000bp）的片段，共两个条带，对应图c的泳道⑤。
3．要检测VW的表达是否受影响，需要检测转录产物，因此提取胚乳的RNA，通过逆转录PCR检测。 已知VW高表达对应硬质，低表达对应粉质。
4．①纯合转基因植株的VW表达被RNAi显著降低，因此胚乳性状为粉质。
5．②杂合转基因植株（V+V−，V+为正常VW，V−为表达被敲低的VW）自交，胚乳由两个基因型相同的极核+一个精子发育而来，仅当三个等位基因全为V−时才表现为粉质，其余均满足VW表达量足够，表现为硬质，因此性状比例为硬质：粉质=3：1。
6．据题干信息可知，VW编码的酶催化非极性胡萝卜素转化为下游产物，品系A的VA表达量低，酶量不足，因此推测：非极性胡萝卜素积累是产生品系A粉质胚乳的原因，若诱变后非极性胡萝卜素合成途径基因突变，非极性胡萝卜素合成减少不再积累，胚乳会变为硬质。
结论：作答时必须把题干限定、图中组别差异和教材原理连成完整因果链。
【参考答案】
【答案】（1）显性 （2） ①. 模板DNA##玉米基因组DNA ②. ⑤
（3） ①. （胚乳的）RNA ②. 粉质 ③. 硬质：粉质=3：1
（4）非极性胡萝卜素积累
��推断模板
遗传与分子技术综合题按“亲交→PCR→RNA检测→表型比例→代谢机制”推进。
