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专题08 实验设计专题题型及解题技巧
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一、真题考法归纳
考法01 实验变量分析
考法02 正确写出实验目的
考法03 准确写出实验原理
考法04 完整写出实验思路与实验步骤
考点05 实验结果与结论的预测与分析
二、常考热点实验梳理
三、实验热点专练
考法
01
实验变量分析
1．（2023·山东·高考真题）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的
PS Ⅱ复合体（PS Ⅱ）造成损伤，使PS Ⅱ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通
过非光化学淬灭（NPQ）将过剩的光能耗散，减少多余光能对PS Ⅱ的损伤。已知拟南芥的H
蛋白有2 个功能：①修复损伤的PS Ⅱ；②参与NPQ 的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H
基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变
体光照的强度相同，且强光对二者的PS Ⅱ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有
（答出2 个因素即可）。
(2)根据本实验， （填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的PS Ⅱ活
性强弱，理由是 。
(3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量 （填
“多”或“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是
。
考法
02
正确写出实验目的
2．（2011·浙江·高考真题）为了探究某物质（X）的作用，研究者提出了以下实验思路：
（1）实验分组：
1
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甲组：培养液+Y 细胞+3H-TdR(3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷)+生理盐水
乙组：培养液+Y 细胞3H-TdR+X（用生理盐水配制）
每组设置若干个重复样品。
（2）分别测定两组的CRD（细胞内的放射性强度），求每组的平均值。
(3)将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定CRD，求每组平均值并进行统计分析。
（要求与说明：答题时用X、CRD、3H-TDR 表示相关名词：Y 细胞是能增殖的高等动物体细
胞）请回答：
（1）实验目的： 。
（2）预测实验结果及结论： 。
(3) 实验中采用3H-TDR 的原因是： 。
考法
0 3
准确写出实验原理
3．（2021·安徽·校联考一模）甲状腺激素在人体内有极为重要的作用。甲状腺疾病高发与
人类生活中的甲状腺激素干扰物（一类通过影响甲状腺激素的合成、运输、分解等，从而改
变甲状腺激素的功能和稳态的化学物质）密切相关。
I．为验证甲状腺激素对代谢的影响，某生物兴趣小组设计了如下实验，请补充实验内容：
（1）实验原理： 。应用甲状腺激素制剂的动物放入密闭容器时，对缺氧敏感性提高，
容易因缺氧窒息而死亡。
（2）材料和用具：小白鼠若干只，灌胃管，1000mL 广口瓶，甲状腺激素制剂，生理盐水。
（3）方法步骤：
①将健康小白鼠按性别、体重随机分为对照组和实验组，每组10 只。
②实验组动物灌胃给甲状腺激素制剂，每天5mg，连续用药两周。对照组动物灌胃给
。
③将每只小白鼠分别放在1000ml，的广口瓶中，把瓶口密封后，立即观察其活动，并记录其
存活时间。最后汇总全组动物的实验结果，计算 ，并将实验组与对照组进行比较。
（4）预测实验结果及结论： 。
II．在众多的甲状腺激素干扰物中，农药所占比例最大，噻枯唑是一种常用农药杀菌剂。试
用下列实验材料探究噻枯唑对甲状腺功能的干扰作用，写出简要实验思路 。
实验材料：小白鼠若干只，灌胃管，噻枯唑，色拉油（作为溶解噻枯唑的有机溶剂），其他
实验仪器均满足。
考法
0 4 完整写出实验思路与实验步骤
4．（2023·海南·高考真题）海南是我国火龙果的主要种植区之一、由于火龙果是长日照植
物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开
2
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花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影
响，结果如图。
回答下列问题。
(1)光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 ；用纸层析法分离叶
绿体色素获得的4 条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色
素带位于第 条。
(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是 ，该光源的最佳补光时间是 小
时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是 。
(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成
后提高火龙果产量的最适光照强度（简要写出实验思路）。
5．（2020·山东·统考高考真题）科研人员在转入光敏蛋白基因的小鼠下丘脑中埋置光纤，
通过特定的光刺激下丘脑CRH 神经元，在脾神经纤维上记录到相应的电信号，从而发现下丘
脑CRH 神经元与脾脏之间存在神经联系，即脑-脾神经通路。该脑-脾神经通路可调节体液免
疫，调节过程如图1 所示，图2 为该小鼠CRH 神经元细胞膜相关结构示意图。
（1）图1 中，兴奋由下丘脑CRH 神经元传递到脾神经元的过程中，兴奋在相邻神经元间传递
需要通过的结构是 ，去甲肾上腺素能作用于T 细胞的原因是T 细胞膜上有
。
（2）在体液免疫中，T 细胞可分泌 作用于B 细胞。B 细胞可增殖分化为
。
3
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（3）据图2 写出光刺激使CRH 神经元产生兴奋的过程： 。
（4）已知切断脾神经可以破坏脑-脾神经通路，请利用以下实验材料及用具，设计实验验证
破坏脑-脾神经通路可降低小鼠的体液免疫能力。简要写出实验设计思路并预期实验结果。
实验材料及用具：生理状态相同的小鼠若干只，N 抗原，注射器，抗体定量检测仪器等。
实验设计思路： 。
预期实验结果： 。
考法
0 5
实验结果与结论的预测与分析
6．（2022·浙江·高考真题）为研究物质X 对高血糖症状的缓解作用，根据提供的实验材料，
完善实验思路，预测实验结果，并进行分析与讨论。
实验材料：适龄、血糖正常的健康雄性小鼠若干只，药物S（用生理盐水配制），物质X（用
生理盐水配制），生理盐水等。（要求与说明：实验中涉及的剂量不作具体要求。小鼠血糖
值>11.1mmol/L，定为高血糖模型小鼠。饲养条件适宜）
回答下列问题：
(1)完善实验思路：
①适应性饲养：选取小鼠若干只，随机均分成甲、乙、丙3 组。正常饲养数天，每天测量小
鼠的血糖，计算平均值。
②药物S 处理：
甲组：每天每只小鼠腹腔注射一定量生理盐水
乙组：每天每只小鼠腹腔注射一定量药物S
丙组：
连续处理数天，每天测量小鼠的血糖，计算平均值，直至建成高血糖模型小鼠。
③物质X 处理：
甲组：
乙组：每天每只小鼠灌胃一定量生理盐水
丙组：
连续处理若干天，每天测量小鼠的血糖，计算平均值。
(2)预测实验结果：
设计一张表格，并将实验各阶段的预期实验结果填入表中。
(3)分析与讨论：
已知药物S 的给药途径有腹腔注射和灌胃等，药物S 的浓度和给药途径都会影响高血糖模型
小鼠的建模。若要研究使用药物S 快速建成高血糖模型小鼠，则可通过 ，以确定
快速建模所需药物S 的适宜浓度和给药途径的组合。
7．（2020·浙江·统考高考真题）欲研究大鼠皮肤移植后的皮肤存活率，某同学提出了下面
4
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的实验思路。请以皮肤存活率为指标，预测实验结果并进行分析。
（要求与说明：A、B 系大鼠即为A、B 品系大鼠。实验条件适宜。皮肤存活率是指移植存活的
皮肤片数占总移植皮肤片数的百分比。排斥反应指移植物作为“非己”成分被免疫系统识别、
破坏和清除的免疫反应）
实验思路：
（1）实验分组与处理：
组1：取A 系大鼠的皮肤片移植到自身的另一部位。
组2：取A 系大鼠的皮肤片移植到B 系大鼠。
组3：取与组2 相同处理并出现排斥反应后的B 系大鼠的T 淋巴细胞，注射到未处理的B 系大
鼠并将A 系大鼠的皮肤片移植到该大鼠。
（2）将上述各组若干只处理后的大鼠进行饲养，每隔一定时间观测皮肤片的存活状况并记录，
计算皮肤存活率。
回答下列问题：
（1）预测实验结果（以坐标曲线图形式 表示实验结果，其中横坐标为皮肤移植后时间）:
（2）分析与讨论：
①上述实验思路中，移植皮肤的受体大鼠是 。
②为了进一步验证大鼠对移植皮肤起排斥反应的主要是T 淋巴细胞，在实验思路的分组和处
理中，若设置组4，其处理是给予大鼠免疫抑制剂，再移植皮肤片，用免疫抑制剂处理的理
由是 ，还可设置组5，其处理是 ，理由是
。
③效应细胞毒性T 细胞的生物学功能有 。
考点一、变量分析
变量
定义及表示
自变量(实验变量)
研究者主动操纵实验所探究的条件和因子,是作用于实验对象
的刺激变量;坐标轴中横轴标识一般为自变量
因变量(反应变量)
随自变量变化而产生反应或发生变化的变量,应具有可测性和
客观性;坐标轴中纵轴标识一般为因变量
无关变量(干扰变量、控制变
量)
与研究目标无关,但却影响研究结果的变量;实验时一般需控制
无关变量相同且适宜
考点二、正确写出实验目的
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实验目的——要探究或验证的某一事实或者做了该实验后,要解决什么问题。
(1)实验目的的书写与表达:实验目的的内容包含研究对象、研究现象(因变量)和作用于对象
的因素(自变量),格式为“探究(验证)×××(自变量)对×××(因变量)的影响”或“探究
(验证)×××(自变量)与×××(因变量)的关系”等。
(2)实验目的的确认方法
①根据题目信息,直接写出实验目的。
②根据实验装置或实验现象,推断实验目的。
③根据实验步骤反推实验目的。
考点三、准确写出实验原理
实验原理就是进行实验的理论依据,包括选择实验材料的依据、作出实验假设的依据、设置实
验步骤的依据、分析现象与结果的依据和确定观测指标的依据。
(1)实验原理一般由三部分组成:自变量和因变量的关系+因变量的观测指标+实验过程描述。
(2)实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考。有些题目要求对实验结果进行
分析,考查的是实验原理,所以对实验结果进行分析时合理套用实验原理即可。
考点四、完整写出实验思路与实验步骤
(1)应牢记实验步骤的“四部曲”,即取材(共性处理)→处理(变量处理)→(培养)观察记录→
预测结果(得出结论)。有时有实验材料的预处理。
(2)实验设计中应使用恰当的语言表述。
考点五、实验结果与结论的预测与分析
(1)探究性实验结果的预测对应假设,常需分类讨论。实验结论要根据可能的实验结果进行分
析,相应的结果与结论有多种情况。
(2)验证性实验的结果与相应结论只需考虑一种情况。一般只有一个结果和一个相应的结论,
且结论就在题目中,如“验证……”“证明……”等。若实验结论对应实验目的,则应得出肯
定结论。
1． 与“无辣不欢”的重庆人相比，广东人更喜好甜食。姜撞奶就是一极具广东特色的甜点。
制作方法为把牛奶和姜汁混合后，牛奶将会凝固，所得甜品味道香醇爽滑，甜中微辣、风味
独特且有暖胃表热作用。在不同温度的等浓度牛奶中混入一些新鲜姜汁，实验操作和结果如
下表，据此回答下列问题：
温度 (℃)
10
30
50
70
90
牛奶(mL)
800
800
800
800
800
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新鲜姜汁
(mL)
50
50
50
50
50
结果
30min 后仍有未凝
固迹象
15min 完全
凝固
2min 完全
凝固
2min 完全
凝固
30min 后仍有未凝
固迹象
(1)该实验的自变量是 。
(2)实验表明新鲜姜汁中含有一种酶，推测该酶的作用是 。
(3)若用煮沸的姜汁重复这项实验，请预测实验结果： ，造成该结果的
原因是 。
(4)实验中“在不同温度的等量牛奶中混入一些新鲜姜汁”操作过程中需要改进的是
。
2．某研究小组为探究影响过氧化氢分解的因素，做了三个实验，相应的实验结果如图所示
（实验1、实验2 均在最适条件下进行，实验3 其他条件适宜）。请分析回答：
(1)实验1、2、3 中的自变量分别为 、 、 。
(2)实验1 体现了酶具有 ，与无机催化剂相比的作用机理是 。
(3)实验1 若温度升高10℃，加过氧化氢酶的催化反应曲线斜率将 （填“增大”或“减
小”）。
(4)实验2 探究了过氧化氢溶液的浓度对酶促反应速率的影响，bc 段O2产生速率不再增大的
原因最可能是 有限。
(5)探究pH 对酶活性的影响不推荐使用淀粉酶与淀粉的原因是 。实验3 实验结果表明，
过氧化氢酶的最适pH 为 （填字母）。当pH 小于d 或大于f 时，过氧化氢酶的活性将
永久丧失，其原因是 。
3．为研究降水量影响草原小型啮齿动物种群密度的机制，科研人员以田鼠幼鼠为材料进行了
一系列实验。其中，野外实验在内蒙古半干旱草原开展，将相同体重的幼鼠放入不同样地中，
5 个月后测定相关指标，部分结果如图所示。回答下列问题：
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(1)由图1 可知， 组田鼠体重增幅更大。田鼠体重增加有利于个体存活、育龄个体
增多，影响田鼠种群的 ，从而导致种群密度增加。
(2)由图2 可知，增加降水有利于 生长，其在田鼠食谱中所占比例增加，田鼠食
谱发生变化。调查发现，田鼠种群的年龄结构属于增长型，得出这一结论的主要依据是发现
该种群中 。
(3)随后在室内模拟野外半干旱和增加降水组的食谱，分别对两组田鼠幼鼠进行饲喂， 段时
间后，比较两组田鼠体重增幅。该实验目的为 。
(4)若要调查草原地块田鼠的食物羊草种群密度，采用的调查方法属于 法。
为确保取样的随机性，可采用 法取样。
4．胰岛素在细胞内合成后借助囊泡进行分泌。激素的囊泡分泌存在两条分泌途径， 其一是
激素合成后随即被释放到细胞外，称为组成型分泌途径；其二是激素合成后暂时储存在细胞
内，受到细胞外信号刺激时再释放到细胞外，称为调节型分泌途径。研究者据此做了如下实
验，请回答下列问题：
(1)实验目的： 。
(2)下列关于实验原理的分析，正确的是 。
A．参与胰岛素合成、分泌的膜结构细胞器包括核糖体、内质网、高尔基体、线粒体
B．胰岛素由胰腺细胞合成
C．在血糖浓度较低时，胰岛素分泌较多
D．调节型分泌途径在短时间内可分泌较多胰岛素
(3)实验分组：(培养液中葡萄糖浓度均为 1.5 g/L)
甲组：培养液＋胰岛 B 细胞＋X 物质(蛋白质合成抑制剂，用生理盐水配制)；
乙组：培养液＋胰岛 B 细胞＋ ；
适宜条件下培养一段时间后，检测 。
(4)预期实验结果及结论：
①若 ，则说明胰岛素只存在组成型分泌途径。
②若 ，则说明胰岛素只存在调节型分泌途径。
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③若 ，则说明胰岛素存在两条分泌途径。
5．早餐是一日三餐中最重要的一餐，一份常见的中式早餐配餐如下：猪肉饺子、杂粮粥、多
种蔬菜、豆浆、煮鸡蛋。请回答下列问题：
(1)该早餐中富含有K、Ca、Zn、P、Mg、Fe 等必需元素，其中属于微量元素的是
。
(2)肉类较多的饺子适合用来煮食，尽量少用油煎，炸等烹调方法，避免额外增加脂肪摄入。
某同学将肥肉制成临时装片，滴加 染液，并用
溶液洗去浮色，最后在显微镜下观察.会看到脂肪细胞中被染成 的脂
肪颗粒。
(3)有些人会选择牛奶、面包等作为简易早餐，评价牛奶营养价值高低的主要标准是看其中必
需氨基酸的种类和含量。赖氨酸是人体必需氨基酸，缺乏则会影响人体内蛋白质的合成，出
现营养不良的症状。某生物兴趣小组利用下列材料和用具就“赖氨酸是不是小白鼠的必需氨
基酸呢？”进行了探究。请补充并完善他们的实验原理和实验方案。
材料和用具：20 只生长发育状况相同的正常幼年小白鼠、分装在不同试剂瓶中的21 种氨基酸、
不含蛋白质和氨基酸的食物、秤、天平等。
1.实验原理： ,当动物缺乏必需氨基酸时，就会影响体内蛋白质的合
成，出现营养不良、体重增加缓慢等症状。
2.实验方案：
①配食：取一定量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入含量和比例适宜的21 种氨基酸，配制
成食物A（对照组）； ,配制成食物B。
②分组：将20 只白鼠平均分成甲、乙两组，分别称量其体重。
③饲喂：甲组每天饲喂适量的食物A;乙组每天饲喂与甲组食物A 等量的食物B。两组小白鼠
其他饲养条件相同。
④观测： ，
3.实验结果预测及结论： 。
6． 普通洗衣粉不易清除衣物上的奶渍，但是含有某种活性酶的高效洗衣粉则可以。某研究
性学习小组的同学拟对“高效洗衣粉中的活性酶成分是否是蛋白质”进行探究，假设你是该
小组中的一员，请完善下列实验方案。
实验材料：0.1g/mL 的NaOH 溶液、0.05g/mL 的CuSO4溶液、高效洗衣粉溶液、普通洗衣粉溶
液、试管、滴管
(1)实验原理： 。
(2)实验步骤：
①取两支试管，分别标上甲和乙，向甲试管中加 ，向乙试管中加2mL 普通洗
衣粉溶液：
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②先向两支试管中分别加入 ，摇匀，将 溶液稀释成
溶液，再向两支试管中分别加入 ，摇匀：
③观察两支试管中溶液的颜色变化
(3)可能的现象与结论：①若 ，则说明高效洗衣粉中活性酶的
成分是蛋白质；
②若 ，则说明高效洗衣粉中活性酶的成分不是蛋白质。
(4)该实验最可能的结论是 。
7．光不仅是光合作用的动力，也可作为信号调控植物的生长发育，F 蛋白在光信号转导途径
中有重要作用。回答下列问题：
(1)光敏色素是植物中的一种能够接受光信号的分子，其是一类 ，主要吸收
。
(2)拟南芥种植密度较大时，光能被上层叶片叶绿体中的 大量吸收，使下层叶片光合速
率 （填“上升”或“下降”），细胞内自由基积累攻击叶绿体膜、核膜等构成的
系统，导致叶片衰老变黄。
(3)研究发现，与野生型相比，F 基因功能缺失拟南芥突变体（突变体f）叶片的叶绿素含量
在正常光照和遮光条件下都降低，且在遮光条件下，叶绿素含量下降更明显。由此分析，F
基因的功能是对遮光诱发的叶片衰老有 （填“促进”或“抑制”）作用。
(4)有研究表明，植物激素水杨酸会导致叶片衰老变黄，F 蛋白质能抑制水杨酸的合成，延缓
叶绿素含量的下降。试以野生型、水杨酸合成基因功能缺失突变体甲、水杨酸合成基因和F
基因功能缺失的双突变体乙、突变体f 作实验材料，结合教材实验，验证这一结论。写出实
验思路和预期实验结果。
实验思路： 。
实验结果：野生型的叶绿素含量 （填“大于”“小于”或“等于”）突变体f 的叶绿
素含量；突变体甲、乙的叶绿素含量 （填“大于”“小于”或“等于”）突变体f 的
叶绿素含量。
8．中国教育部要求建立学生心理健康档案，明确将抑郁症筛查纳入学生健康体检内容。抑郁
症是一种常见的精神障碍性疾病，临床表现为情绪低落、悲观、认知功能迟缓等症状。现代
医学对抑郁症的发病机理和治疗方案进行了如下研究，回答下列问题：
(1)人的情绪是由位于脑干的“奖励中心”和位于大脑的“反奖励中枢”——外侧缰核
（LHb）共同调控的。神经元的放电频率与其兴奋程度成正相关。抑郁症小鼠的 LHb 神经元
的放电频率比正常小鼠 ，向“奖励中心”发送的 （填“促进”或“抑制”）信
号增强，使小鼠无法感受到快乐，从而产生抑郁。
(2)5-HT 再摄取抑制剂（SSRIs）是常用的抗抑郁药物，其作用机理如图所示。突触前膜中的
5 HT 是通过 的方式释放的。SSRIs 能缓解抑郁症状，其作用原理是 。
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(3)抑郁症与睡眠不足有一定关系。褪黑素是松果体产生的一种激素，其晚上分泌得多，白天
分泌得少，具有调整睡眠的作用。熬夜玩手机会干扰睡眠，其原因是手机屏幕的光线会
（填“促进”或“抑制”）褪黑素的分泌。很多抑郁症患者都出现生物节律紊乱的现象，这
与位于 的某神经中枢的功能失常有关。
(4)熬夜不仅会破坏生物的昼夜节律，还会影响正常的免疫功能。临床实验发现，抑郁症患者
患流感概率增加，推测其原因是体液免疫功能明显减弱。请利用病毒A、正常小鼠和抑郁症
小鼠为材料，设计实验验证上述结论，写出实验思路： 。
9．鹅（ZW 型，2N=78）的鹅掌颜色有黑色、花色和黄色三种，由两对等位基因M/m 和T/t 共
同控制。已知M 基因控制黑色素的合成，无M 基因表现为黄掌，T 基因使鹅掌全部含有黑色素，
出现全黑性状，不含T 基因的个体，黑色素随机分布，出现花掌（黑黄相间）。现让两只雌
雄黑掌鹅相互交配，F 表现型及比例如表所示，已知不考虑
₁
Z、W 染色体上的同源区段。回答
下列问题：
性别
黑掌
花掌
黄掌
雄性
6
0
2
雌性
3
3
2
(1)雌性鹅的性染色体类型为 。
(2)M/m 基因位于 ，判断理由是 。
(3)亲本雌性鹅和雄性鹅的基因型分别为 ，F 中黄掌鹅的基因型有
₁
种，随机从
F 雄性鹅中选取一只黄掌鹅，为确定其基因型，请你设计一组杂交实验并预测实验结果及结
₁
论。
杂交实验： 。预测实验结果及结论： 。
10．材料一：放射性心脏损伤是由电离辐射诱导的大量心肌细胞凋亡产生的心脏疾病。一项
新的研究表明，circRNA 可以通过 miRNA 调控P 基因表达进而影响细胞凋亡，调控机制见图，
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补充信息：①前体mRNA 可被剪切成circRNA 等多种RNA
材料二：氟比洛芬酯（FA）是一种非甾体类药物，研究人员欲探究FA 是否能通过影响心肌
细胞中P 基因的表达，从而治疗放射性心脏损伤。
综合利用所学知识以及场景一中的信息，书写一段文字，这段文字中需要包含以下要点：
(1)根据图像简述此调控机制
(2)简述circRNA 的作用机理
(3)利用所学知识，简述P 基因mRNA 表达为P 蛋白的具体过程
(4)根据材料一，试提出治疗放射性心脏损伤的思路 。
(5)根据材料二中的实验，请设计实验，并预测结果 。
12
