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7 实验设计与分析
1.(2023·辽宁联考三模)气孔由一对保卫细胞和它们之间的孔隙构成。大多数植物的气
孔白天打开,晚上则保持很小的开度,这样既能保证CO2的供给,又能防止水分过多散失。
(1)植物光合作用所需的CO2来自 。
(2)关于气孔开闭的假说之一是:在光下,保卫细胞内由于 ,引
起pH 升高,淀粉转化为葡萄糖,细胞中葡萄糖浓度增高,保卫细胞 (填“吸
水”或“失水”)导致气孔开放。黑暗时,由于 ,
使pH 降低,葡萄糖转化为淀粉,保卫细胞内葡萄糖浓度降低,改变了水分扩散方向,气孔
关闭。
(3)TOR 激酶在气孔开闭的调节中发挥重要作用,欲研究TOR 激酶在调节中的作用机制,
研究者利用拟南芥展开了相关研究。以光照12 h/黑暗12 h 为光照周期进行实验,结果
如图1、2 所示:
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①本实验利用 (填“加法”或“减法”)原理控制实验变量。
②图1 结果显示,野生型植株保卫细胞中的淀粉在开始光照 h 内迅速降解,
随后又开始积累,达到峰值又开始缓慢降解。
③图1、2 所示的结果说明:TOR 激酶通过 ;TOR 激酶在
条件下作用效果显著。
2.(2023·山东烟台二模)研究胰岛素分泌的调节机制,有助于了解其在维持稳态中的作用。
进食可刺激小肠的K 细胞分泌一种多肽(GIP)。GIP 可作用于胰岛B 细胞和脂肪细胞,引
起血糖浓度降低,作用机理如图所示(①~④代表细胞膜上的结构)。
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(1)进食后,GIP 和胰岛素通过结构①②作用于脂肪细胞,均可促进 ,
从而降低血糖浓度,可见,胰岛素和GIP 在血糖调节中具有 作用。
(2)GIP 运输到靶细胞发挥作用的调节方式属于 。若给家兔口服或静脉注
射适量葡萄糖,让二者血糖浓度变化相当,与注射相比,口服后家兔血浆中胰岛素水平
(填“更高”“更低”或“相等”),原因是
。
(3)研究发现,GIP 是一种葡萄糖依赖信号分子,在高血糖水平下可显著促进胰岛素的分泌,
在低血糖水平下不能促进胰岛素分泌。请选择以下实验材料验证GIP 的作用,写出实验
思路及结果。
实验材料及用具:GIP 溶液、饥饿的健康小鼠若干、进食不久的健康小鼠若干、高浓度
葡萄糖溶液、必需的检测设备。
3.(2023·湖北武汉一模)科研人员研究了周期节律对拟南芥光合作用的影响。
(1)科研人员使用化学诱变剂处理野生型拟南芥,筛选得到周期节律改变的纯合突变体Z
和T,在正常光照条件下测定突变体和野生型植株的气孔导度(气孔开放程度),得到图1
所示结果。据图可知,突变体Z 的生物钟周期比野生型 (填“短”或
“长”)。
图1
(2)研究者推测植物生物钟周期与环境昼夜周期可能共同影响光合作用。
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①科研人员检测了野生型拟南芥在T20(光照和黑暗各10 h)、T24(光照和黑暗各12 h)和
T28(光照和黑暗各14 h)条件下叶片的叶绿素含量(图2),结果表明 周期长于
或短于 周期均导致拟南芥叶片叶绿素含量减少。
图2
图3
②科研人员继续进行了图3 所示的实验,该实验目的是探究 。该
实验方案有不足之处,请写出对该实验的改进措施:
(写一点)。
4.(2023·福建泉州模拟)慢性疼痛是常见的临床病症,常见的镇痛药物副作用大。已有研
究发现绿光可以缓解小鼠的慢性疼痛。绿光对坐骨神经慢性收缩损伤(CCI)引起的神经
性疼痛模型小鼠镇痛的中枢机制如下图。请回答下列问题。
(1)坐骨神经损伤后,兴奋通过传入神经传导到小鼠的痛觉中枢,使小鼠产生痛觉,痛觉中
枢位于 (填“V2M”或“ACC”)。
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(2)据图分析,神经元b 释放的GABA 导致神经元c 产生的动作电位
(填“峰值降低”“峰值升高”“频率减小”或“频率增加”);绿光镇痛的可能机制是
。
(3)研究人员通过位置偏好实验验证绿光缓解CCI 小鼠的神经性疼痛,实验装置如下图所
示,小鼠可在每个隔间自由移动。实验方案是:实验装置放置在安静的地方,将CCI 小鼠
放置在中间隔间,视频统计小鼠在不同箱子的停留时间,实验的前15 min 绿光关闭,后15
min 绿灯打开。该实验方案不完善,需补充一组实验。完善下图所示实验处理。
5.(2023·山东潍坊模拟)研究人员用化学致癌剂甲基胆蒽(MCA)诱导小鼠形成肿瘤后,将
肿瘤分别移植给切除肿瘤的同品系小鼠(A 组)、未免疫的正常同品系小鼠(B 组)、注射
射线灭活肿瘤细胞进行免疫的同品系小鼠(C 组),过程如图1。
图1 同种肿瘤移植实验(实验1)
图2 同种肿瘤移植实验(实验2)
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(1)A 组小鼠发生免疫排斥的主要原因是
。
(2)C 组小鼠无肿瘤生长的原因是 ;综合实验1
和实验2,说明特异性免疫具有 性和 性的特点。
(3)下表是验证A、C 两组小鼠发生的免疫排斥现象主要是细胞免疫应答导致的设计方
案。
组别
实验组
对照组
实验
过程
检测指标
Y
T 淋巴细胞转移实验
①对照组X 处注射的液体为 ,该实验的检测指标Y 是 。
②该实验预期的实验结果是
。
6.(2023·陕西西安三模)为探讨油茶叶片的光合特性与叶龄的相关性,某研究小组对油茶
新梢不同叶位、叶龄叶片(下图1)的部分形态生理特征指标和光合功能指标进行了观测,
实验结果见下图2(注:d 是单位“天”,a 是单位“年”)。
图1 油茶新梢叶位示意图
图2 不同叶龄叶片的净光合速率
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(1)研究小组发现不同叶位叶片的含水量不同,且第1~6 位叶细胞的含水量均超过第7 位
叶细胞,从细胞生命历程来看,这与细胞的 有关。第1 位叶细胞的自由水比
例大于第3 位叶细胞,原因是
。
(2)图2 显示油茶不同叶龄会影响油茶叶片的光合作用,可能是因为随着叶龄的增大,叶片
中的 等物质增多,从而促进叶片的光合作用。
(3)为进一步探究叶龄对气孔导度(气孔开放度)和胞间CO2浓度的影响,研究小组发现第
2~7 位叶的气孔导度和胞间CO2均无明显差异,而第1 位叶的气孔导度明显小于第2 位
叶,胞间CO2浓度明显大于第2 位叶。从影响光合作用因素的角度分析,推测原因是
。
答案：
1.答案 (1)外界环境(大气)和细胞呼吸
(2)光合速率大于呼吸速率导致细胞内CO2浓度降低 吸水 进行细胞呼吸(或有氧呼
吸)释放CO2
(3)①减法 ②1 ③促进(保卫细胞内)淀粉(迅速)降解,(使细胞内渗透压升高,细胞吸水,)
使气孔开放 光照
解析 (1)植物光合作用所需的CO2来自外界环境和细胞呼吸产生的CO2。(2)在光下,保
卫细胞的光合速率大于呼吸速率,导致细胞内CO2浓度降低,引起pH 升高,淀粉转化为葡
萄糖,细胞中葡萄糖浓度增高,细胞内液的渗透压增加,保卫细胞吸水导致气孔开放。黑
暗时,保卫细胞进行细胞呼吸释放CO2,使pH 降低,葡萄糖转化为淀粉,保卫细胞里葡萄糖
浓度低,细胞内液的渗透压降低,改变了水分扩散方向,气孔关闭。(3)①实验控制中的减
法原理是设法排除某种因素对实验对象的干扰,用TOR 激酶抑制剂抑制TOR 激酶的作
用,是利用减法原理控制实验变量。②在图1 中,野生型植株保卫细胞中的淀粉在开始光
照后1 h 内迅速降解,随后又开始积累,达到峰值又开始缓慢降解。③图2 中,开始光照时,
对照组和抑制剂处理组保卫细胞气孔开闭情况一致,光照1 h 和3 h 后,对照组保卫细胞
气孔增大,抑制剂处理组保卫细胞气孔打开程度基本无明显变化,结合图1、2 所示的结
果,可得出的结论是TOR 激酶通过促进保卫细胞中淀粉的迅速降解,使细胞内渗透压升
高,细胞吸水,气孔打开,TOR 激酶在光照条件下作用效果显著。
2.答案 (1)葡萄糖进入细胞并转化为脂肪 协同
(2)体液调节(激素调节) 更高 葡萄糖刺激小肠K 细胞分泌的GIP 还能促进胰岛素分
泌
(3)设计思路:取饥饿的健康小鼠若干,编号为甲组,进食不久的健康小鼠若干均分为乙、
丙两组,分别测定胰岛素浓度并作记录;甲组静脉注射适量GIP 溶液,乙组静脉注射等量
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高浓度葡萄糖溶液,丙组静脉注射等量高浓度葡萄糖溶液和GIP 溶液;一段时间后,分别
测定甲、乙、丙组小鼠的胰岛素浓度并计算平均值。
预期实验结果:丙组胰岛素浓度最高,甲组最低。
解析 (1)分析题图可知,GIP 和胰岛素通过作用于脂肪细胞上的受体,促进葡萄糖进入细
胞并转化为脂肪,从而降低血糖浓度;GIP 和胰岛素均可降低血糖,故两者在血糖调节中具
有协同作用。(2)GIP 是一种激素,激素通过体液运输到靶细胞发挥作用的调节方式属于
体液调节(激素调节)。由图可知,血糖浓度升高和GIP 均能促进胰岛细胞分泌胰岛素,给
大鼠口服或静脉注射适量葡萄糖,与注射相比,口服后胰岛素水平更高,原因是口服葡萄
糖刺激小肠K 细胞分泌的GIP 还能促进胰岛素分泌。(3)分析题意,本实验目的是验证
GIP 的作用,根据所给实验材料可知,实验的自变量是血糖浓度(通过老鼠类型进行控制)
及GIP 的有无,实验设计应遵循对照与单一变量原则,故实验设计思路为:取饥饿的健康
小鼠若干,编号为甲组,进食不久的健康小鼠若干均分为乙、丙两组,分别测定胰岛素浓
度并作记录;甲组静脉注射适量GIP 溶液,乙组静脉注射等量高浓度葡萄糖溶液,丙组静
脉注射等量高浓度葡萄糖溶液和GIP 溶液;一段时间后,分别测定甲、乙、丙组小鼠的胰
岛素浓度并计算平均值。由于预期假设是“GIP 是一种葡萄糖依赖信号分子,在高血糖
水平下可显著促进胰岛素的分泌,在低血糖水平下不能促进胰岛素分泌”,故预期实验结
果为丙组胰岛素浓度最高,甲组最低。
3.答案 (1)短
(2)①环境昼夜 植物生物钟 ②植物生物钟周期与环境昼夜周期之间匹配程度是否通
过影响叶绿素含量而影响光合作用 补充突变体Z 和T 在T24条件下的实验
解析 (1)突变体Z 的节律周期为16 h 左右,突变体T 的节律周期为28 h 左右,野生型的节
律周期为24 h,与野生型相比,突变体Z 的节律周期较短,而突变体T 的节律周期则变长。
(2)①T24的叶绿素含量最高,T20叶绿素含量次之,T28的叶绿素含量最低,说明植物生物钟
周期长于或短于环境周期均导致拟南芥叶片叶绿素含量减少。②根据图3 分析可知,该
实验的自变量是突变体的种类(生物周期不同)、环境昼夜周期,因变量是叶绿素含量,因
此该实验的目的是探究植物生物钟周期与环境昼夜周期之间匹配程度是否通过影响叶
绿素含量而影响光合作用。该实验环境昼夜周期只有T20、T28,而没有T24,所以应该补充
突变体Z 和T 在T24条件下的实验。
4.答案 (1)ACC
(2)频率减小 绿光刺激视觉感受器产生兴奋,兴奋通过传入神经传到V2M 中的a 神经
元,神经元a 释放GLU 作用于ACC 中的神经元b,神经元b 释放GABA 作用于神经元c,
导致神经元c 产生的动作电位频率减小,疼痛减轻
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(3)红光 CCI(或蓝光、CCI,或绿光、正常等)
解析 (1)据图可知,V2M 将兴奋传递给ACC,ACC 可以接收多个神经元传来的信号,并进
一步作用于神经元c 产生动作电位,据此推测ACC 是痛觉中枢。(2)分析题图,CCI+绿光
处理下,与CCI 处理对比,动作电位的峰值不变,但频率降低,据此分析,绿光镇痛的作用机
理可能是刺激视觉感受器(眼睛)产生兴奋,兴奋通过传入神经传到V2M 中的神经元a,神
经元a 释放兴奋性递质GLU 作用于ACC 中的神经元b,神经元b 释放抑制性递质
GABA 作用于神经元c,导致神经元c 产生的动作电位频率减小,疼痛减轻。(3)分析题意,
实验目的是验证绿光缓解CCI 小鼠的神经性疼痛,则实验的自变量应是光的类型(正常
为绿光),因变量是神经性疼痛的情况,可通过统计小鼠在不同箱子的停留时间进行测定,
据实验设计可知,该实验方案不完善,还应补充一组对照,即开红光,其余设计与绿光组一
致。
5.答案 (1)A 组小鼠的肿瘤细胞在切除前,就已经刺激活化细胞毒性T 细胞产生细胞毒性
T 细胞和记忆T 细胞,当切下的肿瘤重新移植给小鼠时,细胞毒性T 细胞就会立刻启动对
肿瘤细胞的杀伤过程
(2)肿瘤细胞上的信号分子(特异性抗原)与免疫细胞的受体结合,诱导了特异性免疫应答
记忆 特异
(3)①(不含经灭活的肿瘤的)缓冲液 小鼠的肿瘤的体积 ②实验组小鼠肿瘤体积明显
缩小,对照组小鼠肿瘤体积继续变大
解析 (1)A 组小鼠体内存在经肿瘤细胞刺激活化的细胞毒性T 细胞,细胞毒性T 细胞增
殖、分化后形成记忆T 细胞和细胞毒性T 细胞。将切下的肿瘤重新移植给小鼠时,细胞
毒性T 细胞就会与肿瘤细胞密切接触,使之裂解死亡;而记忆T 细胞遇到相同抗原后也会
快速、高效地增殖、分化为更多的记忆T 细胞和细胞毒性T 细胞,引发二次免疫应答,从
而排斥肿瘤。(2)C 组是注射射线灭活肿瘤细胞进行免疫的同品系小鼠,在注射射线灭活
肿瘤细胞后,体内的细胞毒性T 细胞被激活,增殖分化后形成记忆T 细胞和细胞毒性T 细
胞,在相同的抗原第二次进入机体时,肿瘤细胞上的信号分子(特异性抗原)与记忆T 细胞
的受体结合,记忆T 细胞快速、高效地增殖、分化为更多的记忆T 细胞和细胞毒性T 细
胞,引发二次免疫应答,相当于诱导了特异性免疫应答。(3)由于假设A 组和C 组小鼠发
生的免疫排斥现象主要是由细胞免疫应答导致的,实验设计方案中,实验组注射的是灭活
的肿瘤缓冲液,以引起小鼠的细胞免疫反应,因此对照组应为空白对照,X 处注射的液体
为(不含灭活的肿瘤的)缓冲液;根据假设灭活的肿瘤缓冲液会引起小鼠的细胞免疫,因此
提取出来的T 细胞应能识别肿瘤细胞并对患肿瘤的小鼠有治疗作用,会引起肿瘤体积的
缩小,因此检测指标应为小鼠的肿瘤的体积;由于实验组小鼠注射的是已免疫小鼠提取出
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来的T 细胞,而对照组小鼠注射的是未免疫的小鼠提取出来的T 细胞,因此该实验预期的
实验结果是实验组小鼠肿瘤体积明显缩小,对照组小鼠肿瘤体积继续变大。
6.答案 (1)衰老 第1 位叶的叶龄小于第3 位叶的叶龄,同一生物组织中幼嫩细胞的细胞
代谢旺盛,自由水比例更大
(2)叶绿素、酶
(3)第1 位叶气孔未发育完全,气孔导度小;第1 位叶绿素含量少,光合速率低,胞间CO2固
定量少,CO2在胞间积累,导致浓度大
解析 (1)由图1 可知,第7 位叶的叶龄是1 a,明显大于其他位叶,第7 位叶属于老叶,叶肉
细胞衰老后细胞中的含水量降低。第1 位叶细胞的含水量多于第3 位叶,因为第1 位叶
的叶龄是0—10 d,第3 位叶的叶龄是20—30 d,同一生物组织中幼嫩细胞的细胞代谢旺
盛,自由水比例更大。(2)叶片净光合速率大于0 的含义是叶片的光合速率大于呼吸速率。
由图2 可看出叶龄会影响油茶叶片的光合作用,从叶绿体角度分析,随着叶龄的增大,叶
片中的叶绿素含量,以及与光合作用有关的酶含量增多,从而促进叶片的光合作用。(3)
第2~7 位叶的气孔导度和胞间CO2均无明显差异,而第1 位叶的气孔导度明显小于第2
位叶,胞间CO2明显大于第2 位叶,从光合作用的过程分析影响第1 位叶光合作用的原因
是第1 位叶的气孔并未发育完全,气孔导度小,而且叶绿体结构也发育不完善,第1 位叶绿
素含量少,光合速率低,胞间CO2固定量少,CO2在胞间积累,导致浓度大。
