必修1 第4单元 第3讲 素养提升课——破译新情境 系统实验知能（课件）-【新高考方案】2025版高考生物一轮总复习（江苏专版）

素养提升课——破译新情境•系统实验知能 第3讲 目录 一、破译新情境 二、系统实验知能 抽象、理性的学科情境要读懂 模拟类实验 一、破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 　新情境问题(一)　细胞周期的调控与细胞周期的同步化 [科普科研材料] 1.细胞周期的调控 细胞周期可分为分裂间期和分裂期(M期)，根据DNA合成情况，分裂间期又分为G1期、S期和G2期。只有当相应的过程正常完成，细胞周期才能进入下一个阶段。研究证明，细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)在细胞顺利通过检查点中发挥着重要作用。 CDK可与细胞周期蛋白(cyclin)形成CDK/cyclin复合物，推动细胞跨越细胞周期各时期转换的检查点，且不同的CDK/cyclin复合物在细胞周期不同时期的作用不同(如图)。 2.动物细胞周期同步化的三种方法 根据细胞周期调控的原理，利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段，称为细胞周期同步化。以下是能够实现动物细胞周期同步化的三种方法。 (1) DNA合成阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂，会阻断间期中S期的DNA复制过程，使处于间期的细胞停滞在间期的S期；处于S期之外的细胞不受影响而继续细胞周期的运转，最终细胞会停滞在细胞周期的G1/S期交界处，从而实现细胞周期同步化的目的。操作过程如下[假设一个细胞周期时长＝G1＋S＋G2＋M＝10＋7＋3.5＋1.5＝22(h)]： ①向细胞的培养液中加入过量的DNA合成可逆抑制剂，处于S期的细胞立刻被抑制。 ②继续培养G2＋M＋G1＝3.5＋1.5＋10＝15(h)，则处于G2、M、G1期的细胞都将被抑制在G1/S期交界处。 ③除去抑制剂，更换新鲜培养液，细胞将继续沿细胞周期运行，运行时间既要保证处于G1/S期交界处的细胞经过S期(7 h)进入G2期，又要保证处于S期的细胞不能再次进入S期，即运行时间应控制在7～15 h。 ④再加入DNA合成可逆抑制剂，则可实现全部细胞都被阻断在G1/S期交界处，实现细胞周期同步化。 (2)秋水仙素阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素，秋水仙素能够抑制纺锤体形成，使细胞周期被阻断，从而实现细胞周期同步化。 (3)血清饥饿法：培养液中缺少血清可以使细胞周期停滞在间期，以实现细胞周期同步化。 [内蕴知识解读] (1)据图和所学知识分析，若使更多细胞阻滞在G1/S期检查点，可采取的措施有______________________________________(答两点)。 (2)胸苷(TdR)双阻断法可使细胞周期同步化，若G1、S、G2、M期依次为10 h、7 h、3 h、1 h，经第一次阻断，S期细胞立刻被抑制，其余细胞最终停留在G1/S期交界处；洗去TdR可恢复正常的细胞周期，若要使所有细胞均停留在G1/S期交界处，第二次阻断应该在第一次洗去TdR之后______h进行。 (3)若将同步培养的G1期的HeLa细胞(一种癌细胞)与S期的HeLa细胞(预先紫外线照射去核)进行电融合，结果发现G1期的细胞核受到S期细胞的激活，启动了DNA复制。这一实验结果证明：___________________________________________________________。 (4)图中检验染色体是否都与纺锤体相连的细胞周期蛋白是_____________，此检验点对有丝分裂的意义是______________________。 答案：(1)降低CDK的表达、抑制cyclinE活性、抑制细胞对脱氧核苷酸的吸收等　(2)7～14　(3)S期细胞的细胞质中含有能促进G1期细胞进行DNA复制的调节因子　(4)cyclinC　确保染色体能够平均分配到子细胞中 [迁移创新训练] 1.(2022·浙江1月选考)某多细胞动物具有多种细胞周期蛋白(cyclin)和多种细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)，两者可组成多种有 活性的CDK­cyclin复合体，细胞周期各阶段间的转换分别受特定的CDK­cyclin复合体调控。细胞周期如图所示，下列叙述错误的是(　 ) A.同一生物个体中不同类型细胞的细胞周期时间长短有差异 B.细胞周期各阶段的有序转换受不同的CDK­cyclin复合体调控 C.抑制某种CDK­cyclin复合体的活性可使细胞周期停滞在特定阶段 D.一个细胞周期中，调控不同阶段的CDK­cyclin复合体会同步发生周期性变化 √ 解析：同一个体中不同类型细胞的细胞周期时间长短不同，A正确； 不同时期需要不同的CDK­cyclin复合体有序转换，抑制某种CDK­cyclin复合体的活性会使细胞周期停滞在特定阶段，B、C正确； 不同时期需要的CDK­cyclin复合体不同，因此调控不同阶段的CDK­cyclin复合体不会同步发生周期性变化，D错误。 2.(2024年1月·安徽高考适应性演练)某种连续分裂的动物细胞，细胞周期如图所示，包括G1期(8 h)、S期(8 h)、G2期(6 h)和M期(2 h)。现有该种细胞若干，为使所有细胞处于细胞周期同一时相，需按如下步骤操作：①在培养液中添加过量TdR(一种DNA合成抑制剂)，培养细胞足够时间；②去除TdR，培养细胞10 h；③再次添加过量TdR，培养细胞足够时间。下列叙述错误的是(　 ) A.操作①后，原处于S期的细胞停滞于S/G2交界处 B.操作①后，原处于M期的细胞停滞于G1/S交界处 C.操作②后，培养液中没有处于S期的细胞 D.操作③后，所有细胞都停滞于G1/S交界处 √ 解析：操作①在培养液中添加过量TdR(一种DNA合成抑制剂)，培养细胞足够时间后，原处于S期的细胞被抑制，停滞于S期，A错误； 操作①在培养液中添加过量TdR(一种DNA合成抑制剂)，原处于M期的细胞沿着细胞周期运转，最后停在G1/S交界处，B正确； 操作②去除TdR，培养细胞10 h，使所有停滞于G1/S交界处和停滞在S期(8 h)的细胞都通过S期，C正确； 操作③后，再次添加过量TdR，培养细胞足够时间，所有细胞都停滞于G1/S交界处，D正确。 3.[多选](2024·徐州第一中学调研)科研人员发现了诱导细胞进入分裂期所必需的周期蛋白。周期蛋白必须与CDK激酶结合才能发挥其调控细胞周期的作用，CDK激酶的活性又受到其氨基酸Thr14、Tyr15、Thr161磷酸化和非磷酸化的影响，过程如图所示。下列说法错误的是(　 ) A.Thr14、Tyr15、Thr161磷酸化是CDK激酶表现活性所必需的 B.CDK激酶与周期蛋白结合后就可以诱导细胞由分裂间期进入分裂期 C.周期蛋白的含量在连续分裂的细胞中呈周期性变化 D.抑制CDK激酶的磷酸化能延长细胞周期的分裂间期 √ √ 解析：根据题图分析可知，CDK激酶与周期蛋白结合后，其上Thr14、Tyr15、Thr161磷酸化后，再将Thr14、Tyr15去磷酸化CDK激酶才能表现出活性，A、B错误； 据题图分析可知，周期蛋白与CDK激酶结合后才能使CDK激酶表现活性，在CDK激酶表现活性后周期蛋白降解，据此推测周期蛋白的含量在连续分裂的细胞中呈周期性变化，C正确； CDK激酶不发生磷酸化则周期蛋白无法发挥作用，使细胞进入分裂期的时间延长，D正确。  新情境问题(二)　铁死亡和细胞焦亡 [科普科研材料] 1.铁死亡 铁死亡是一种铁依赖性的，区别于细胞凋亡、细胞坏死、细胞自噬的细胞程序性死亡方式。铁死亡的主要机制是在二价铁或酯氧合酶的作用下，催化细胞膜上高表达的不饱和脂肪酸，发生脂质过氧化，从而诱导细胞死亡。 铁死亡主要特征如下：①细胞形态方面，铁死亡会导致细胞内线粒体变小，膜密度增高，嵴减少。细胞核的形态变化不明显，核体积正常且无核浓缩现象。②细胞成分方面，铁死亡表现为脂质过氧化增高。也有一些特征基因发生变化。 2.细胞焦亡 细胞焦亡是发现并证实的一种新的细胞程序性死亡方式，其特征依赖于炎性半胱天冬酶，并伴有大量促炎症因子的释放。电镜下，可以清楚地看到在细胞膜破裂前，焦亡的细胞形成大量小泡，即焦亡小体，之后细胞膜上会形成孔隙，细胞膜破裂，内容物流出。研究表明，细胞焦亡广泛参与感染性疾病、神经系统相关疾病和动脉粥样硬化性疾病等的发生及发展，并发挥重要作用，对细胞焦亡的深入研究有助于认识其在相关疾病发生及发展中的作用，为临床防治提供新思路。 [内蕴知识解读] (1)铁死亡与衰老细胞相比，在细胞核变化方面的差异是__________________________________________________________。 (2)从细胞结构方面，可以依据______________________________判断细胞正常凋亡和铁死亡。 (3)下列有关细胞焦亡的说法，正确的有________。 ①细胞焦亡和细胞坏死均会引发炎症反应　②细胞焦亡过程中，细胞膜的通透性会发生变化　③细胞凋亡和细胞焦亡都与细胞内基因的表达调控有关　④细胞焦亡过程中，细胞的核遗传物质发生了改变 答案：(1)细胞核的形态变化不明显，核体积正常且无核浓缩现象　(2)细胞核和线粒体的形态变化　(3)①②③   [迁移创新训练] 1.(2023·山东高考)研究发现，病原体侵入细胞后，细胞内蛋白酶L在无酶活性时作为支架蛋白参与形成特定的复合体，经过一系列过程，最终导致该细胞炎症性坏死，病原体被释放，该过程属于细胞焦亡。下列说法错误的是(　 ) A.蝌蚪尾的消失不是通过细胞焦亡实现的 B.敲除编码蛋白酶L的基因不影响细胞焦亡 C.细胞焦亡释放的病原体可由体内的巨噬细胞吞噬消化 D.细胞焦亡释放的病原体可刺激该机体B淋巴细胞的增殖与分化 √ 解析：蝌蚪尾的消失是细胞的程序性死亡，是通过细胞凋亡实现的，A正确； 根据题干信息可知，蛋白酶L影响细胞焦亡，所以敲除编码蛋白酶L的基因会影响细胞焦亡，B错误； 细胞焦亡后，病原体被释放，可以被体内的巨噬细胞吞噬消化，C正确； 细胞焦亡释放的病原体可作为抗原，刺激该机体内B淋巴细胞的增殖与分化，D正确。 2.(2024·南京师大附中模拟)细胞焦亡是由消皮素(CSDM)介导的细胞程序性死亡，执行蛋白消皮素D(GSDMD)既是具有膜成孔活性的GSDM家族的一员，也是Caspase家族的底物。Caspase是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶，可直接裂解GSDMD。GSDMD被裂解后，C末端结构域与具有成孔活性的N末端结构域分离，释放的N末端结构域与细胞膜结合形成直径为10～33 nm的孔，进而引起细胞膜溶解，从而诱导细胞焦亡。下列叙述正确的是(　 ) A.细胞焦亡是基因调控的细胞自动结束生命的过程 B.GSDMD结构正常时才具备使细胞膜成孔的作用 C.Caspase可催化GSDMD彻底水解形成氨基酸 D.焦亡细胞的细胞膜溶解可激活机体免疫监视作用 √ 解析：细胞焦亡是由消皮素(CSDM)介导的细胞程序性死亡，细胞程序性死亡是基因调控的细胞自动结束生命的过程，A正确； 据题意可知，GSDMD被裂解后，C末端结构域与具有成孔活性的N末端结构域分离，然后才具备使细胞膜成孔的作用，因此GSDMD结构正常时不具备使细胞膜成孔的作用，B错误； 据题意可知，Caspase是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶，可催化GSDMD的C末端结构域与具有成孔活性的N末端结构域分离，不能催化GSDMD彻底水解形成氨基酸，C错误； 焦亡细胞的细胞膜溶解可激活机体免疫自稳作用，D错误。 3.[多选](2022·辽宁高考)Fe3＋通过运铁蛋白与受体结合被输入哺乳动物生长细胞，最终以Fe2＋形式进入细胞质基质，相关过程如图所示。细胞内若Fe2＋过多会引发膜脂质过氧化，导致细胞发生铁依赖的程序性死亡，称为铁死亡。下列叙述正确的是(　 ) A.铁死亡和细胞自噬都受基因调控 B.运铁蛋白结合与释放Fe3＋的环境pH不同 C.细胞膜的脂质过氧化会导致膜流动性降低 D.运铁蛋白携带Fe3＋进入细胞不需要消耗能量 √ √ √ 解析：铁死亡是一种铁依赖的程序性死亡，和细胞自噬都受基因调控，A正确； 从图中运铁蛋白与铁离子的结合及释放可以看出，运铁蛋白在细胞外结合Fe3＋，在pH为5.0的晚期内体内释放Fe3＋，两处环境pH不同，B正确； 细胞器和细胞膜结构的改变及功能障碍是膜脂质过氧化的最明显结果，包括膜流动性降低，C正确； 铁离子进入细胞的方式为胞吞，需要消耗细胞呼吸所释放的能量，D错误。 二、系统实验知能——模拟类实验 1.建立减数分裂中染色体变化的模型 2.模拟类实验及模型制作类实验的总结 研究课题 研究对象 主要操作 实验性质 制作真核细胞的三维结构模型 真核细胞的三维结构 利用泡沫塑料、纸板、塑料袋、细铁丝等制作实物模型 制作物理模型 性状分离比的模拟实验 基因分离定律 不同彩球模拟雌、雄配子；随机抓球组合，模拟雌、雄配子的随机结合 模拟过程和概率 建立减数分裂中染色体变化的模型 减数分裂中染色体数目和行为的变化 不同颜色、大小的橡皮泥模拟染色体 模拟染色体变化 制作DNA双螺旋结构模型 DNA双螺旋结构 利用曲别针、泡沫塑料、纸片等搭建空间结构 制作物理模型 续表 续表 [专题提能训练] 1.下列关于“建立减数分裂中染色体变化的模型”模拟活动的叙述，正确的是(　 ) A.模拟活动中两条颜色相同的染色体代表同源染色体 B.模拟活动中只能体验染色体行为变化，无法体验染色体数量变化 C.模拟活动可以解释减数分裂产生配子中染色体组合多样性的原因 D.模拟活动中新细胞内所含的两条染色体颜色必然相同，长短必然不同 √ 解析：同源染色体是形态、大小相同，一条来自父方、一条来自母方的两条染色体，应该用两条颜色不同的染色体代表同源染色体，A错误； 模拟活动中既能体验染色体行为变化，也能体验染色体数量变化，B错误； 模拟活动可以显示同源染色体彼此分离和非同源染色体自由组合过程，因此可以解释减数分裂产生配子中染色体组合多样性的原因，C正确； 该建构活动中，新细胞中得到的两条染色体颜色可能相同，也可能不同，减数分裂的结果，子细胞中不存在同源染色体，所以细胞中的染色体长短必然不同，D错误。 2.以下是某小组对制作高等植物细胞的三维结构模型的描述，其中错误的做法是(　 ) A.用不同的颜色区分不同的细胞结构 B.在核膜和细胞膜之间放置内质网 C.细胞核的核膜用双层膜表示，上面有孔洞表示核孔 D.将中心体放置于细胞核附近 √ 解析：中心体存在于动物细胞和低等植物细胞中，高等植物细胞无中心体，D错误。 3.(2024·淮阴中学模拟)模型建构是生物学中重要的研究方法。可用黑色和白色的橡皮泥来构建减数分裂中染色体变化的模型，图中展示了某同学用橡皮泥捏出的染色体的颜色和形态，在模型构建中用长度来区分非同源染色体，在不涉及性染色体且不发生互换的情况下。下列分析合理的是(　 ) A.减数分裂Ⅰ后期，从颜色上看，细胞一极应当均为③，另一极均为④ B.减数分裂Ⅱ后期，从颜色上看，细胞一极应当均为①或均为② C.减数分裂Ⅰ中期，染色体应当是③③配对或④④配对的形式，且配对的两条染色体长度应相同 D.减数分裂Ⅱ中期，③和④形式的染色体可以同时存在，但长短应不同 √ 解析：减数分裂Ⅰ后期非同源染色体自由组合，从颜色上看，细胞一极可能同时含有③④，A错误； 减数分裂Ⅱ后期，从颜色上看，细胞一极可能同时含有①②，B错误； 减数分裂Ⅰ中期，配对的同源染色体的形态、大小及长度相同，应当是③④配对的形式，C错误； 减数分裂Ⅱ中期，非同源染色体可以③和④的形式同时存在，且染色体长短不同，D正确。 注：早期内体和晚期内体是溶酶体形成前的结构形式 通法归纳 →→→ $$