第4单元 第3讲 素养提升课——破译新情境 系统实验知能（学生讲义）-【新高考方案】2026年高考生物Ⅰ一轮总复习

第3讲　素养提升课——破译新情境·系统实验知能 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1)。 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 DNA合成阻断法是用DNA合成抑制剂(TdR等)可逆地抑制DNA的合成(S期),而不影响其他时期细胞的运转,最终可将细胞群实现同步化分裂,如图所示: (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。 　　[信息助读] 　　分析图2可知,A是处于对数生长期的细胞。B是第一次加入TdR,所有处于S期的细胞立即被抑制,其他细胞运行到G1/S期交界处被抑制,培养时间t1(t1>G2+M+G1)。C是将TdR洗脱,解除抑制,被抑制的细胞沿细胞周期运行,培养时间t2(S<t2<G2+M+G1),即保证所有细胞离开S期而又不会重新进入S期。D是在解除抑制的细胞到达G1期终点前,第二次加入TdR并继续培养,所有的细胞被抑制在G1/S期交界处。 [内蕴知识融通] (1)据图1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期时长依次为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1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_________________________________________________________________________________。  [迁移创新训练] 1.(2025·长沙模拟)细胞周期控制系统通过周期性激活随后关闭关键蛋白质来调控细胞周期,磷酸化反应和去磷酸化反应是细胞用来改变蛋白质活性开或关的常用方法。细胞周期控制系统的核心是细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶(CDK),它们的活性呈周期性升降。如图所示为推动细胞从G2期进入M期的复合物M⁃CDK的活化过程。下列叙述不正确的是 (　　) A.不同激酶(Wee1和CDK)使M⁃CDK的不同位点发生磷酸化,体现了酶的专一性 B.磷酸化的M⁃CDK无活性,需要磷酸酶去除CDK上任意一个磷酸基团才能活化 C.活化的M⁃CDK可激活更多的Cdc25磷酸酶活化,进一步促进M⁃CDK的活化,这体现了正反馈调节 D.推测活化的M⁃CDK在进入下一个细胞周期之前会失活　 2.(2024·黄冈二模)图1是细胞周期中四个阶段(G1、S、G2为分裂前的间期, S期完成DNA复制,M表示分裂期)和五个检查点,其中检查点受调控因子控制。细胞DNA链断裂或出现新的DNA单链通常是DNA产生损伤的起始信号,会被检查点感知蛋白P53探测到后启动修复。图2是某个检查点的DNA损伤后的检查和修复机制,DNA修复后才可进入细胞周期的下一阶段进行复制。下列说法正确的是 (　　) A.图1中M期的起点就是细胞周期的起点 B.图2的检查机制最可能发生在图1的检查点1 C.图2中P21是调控因子,其表达发生在S期 D.动物细胞的M期中心体发生倍增并移向细胞两极 3.(2025·南昌模拟)某植物细胞的细胞周期可分为DNA合成前期(G1期,时长5小时)、DNA合成期(S期,时长7小时)、DNA合成后期(G2期,时长3小时)、分裂期(M期,时长7小时)四个连续的时期。TdR能被S期细胞摄入并掺进DNA中抑制DNA合成,用于诱导细胞周期同步化,洗脱TdR后细胞周期可继续正常进行。为诱导细胞周期同步化,进行了以下操作:①在含高浓度TdR培养基中培养至少7小时,洗脱TdR;②在含高浓度TdR培养基中培养至少15小时,洗脱TdR;③在普通培养基中培养7~15小时;④在普通培养基中培养至少15小时。下列操作顺序能实现实验目的的是 (　　) A.①④① B.②③② C.③②③ D.④①④ 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。 [内蕴知识融通] (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 [迁移创新训练] 1.(2024·永州三模)与细胞凋亡类似,铁死亡也是一种细胞程序性死亡。若细胞内Fe2+过多,细胞膜中的不饱和脂肪酸会发生过氧化,从而诱导细胞死亡。下列叙述错误的是 (　　) A.铁死亡可能在维持内环境稳态方面起重要作用 B.有些激烈的细胞自噬,可能诱导细胞凋亡 C.细胞膜中的脂肪酸过氧化后,其功能会受影响 D.细胞衰老后才会激活细胞程序性死亡,以维持机体正常生命活动　 2.(2025·怀化一模)细胞焦亡是细胞程序性死亡的方式之一,在抗击感染性疾病中发挥重要作用。该过程可分为三步:第一步是启动促炎因子基因的转录;第二步是炎症小体活化后裂解Pro⁃Caspase⁃1形成具有活性的Caspase⁃1,Caspase⁃1裂解GSMD蛋白产生具有活性的N端与C端,N端促使细胞膜穿孔而死亡;第三步是释放IL⁃1β到细胞外扩大炎症反应。下列分析错误的是 (　　) A.细胞焦亡与促炎因子基因进行选择性表达有关 B.检测Caspase⁃1的活性可判断细胞发生焦亡还是坏死 C.细胞焦亡与细胞内液渗透压发生剧烈变化密切相关 D.细胞释放IL⁃1β并扩大炎症反应不利于维持内环境稳态 3.(2025·重庆模拟)细胞和生物个体一样会经历衰老和死亡,细胞死亡方式有多种,如细胞凋亡、细胞坏死 、细胞自噬、 细胞焦亡、 铁死亡等,如图表示细胞的一种死亡方式,其中DLAT、FDX1是不同的蛋白质。 据图判断下列说法错误的是 (　　) A.人体成熟的红细胞和心肌细胞在同浓度 Cu2+溶液中培养,心肌细胞更容易死亡 B.抑制 Cu2+转变成Cu+,即可防止细胞死亡 C.若人体细胞内 Cu2+浓度升高,细胞可能会经过如图所示过程后死亡 D.清除细胞中的 FDX1 后,细胞质中 C3H4O3增多,有氧呼吸第二、三阶段都不能正常进行 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 通法归纳 原理分析→材料选择→制作模型模拟实验→结果呈现 [专题提能训练] 1.(2022·浙江1月选考)在“减数分裂模型的制作研究”活动中,先制作4个蓝色(2个5 cm、2个8 cm)和4个红色(2个5 cm、2个8 cm)的橡皮泥条,再结合细铁丝等材料模拟减数分裂过程。下列叙述错误的是 (　　) A.将2个5 cm蓝色橡皮泥条扎在一起,模拟1个已经复制的染色体 B.将4个8 cm橡皮泥条按同颜色扎在一起再并排,模拟1对同源染色体的配对 C.模拟减数分裂后期Ⅰ时,细胞同一极的橡皮泥条颜色要不同 D.模拟减数分裂后期Ⅱ时,细胞一极的橡皮泥条要与另一极的相同 2.(2025·西安一模)某兴趣小组在“建立雄性果蝇(2n=8)减数分裂染色体变化的模型”探究实践中,为模拟出各时期染色体行为,采用橡皮泥为主体材料捏出每条染色体,并在每条染色体适宜位置嵌上1粒小纽扣来模拟着丝粒。下列有关叙述正确的是 (　　) A.减数分裂Ⅰ和Ⅱ后期,单个细胞中用于模拟染色体着丝粒的小纽扣总数是相同的 B.减数分裂Ⅰ后期,制作每对分离的染色体所用橡皮泥量均须完全相同 C.减数分裂四分体时期,用于模拟每个四分体着丝粒的小纽扣数为4粒 D.减数分裂Ⅱ中期,用于模拟染色体着丝粒的小纽扣排列在赤道板两侧　 3.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 课下请完成热考主题·真题集训(四) [真题集训:融合新情境的细胞生命历程题(作业分册P461)] 学科网（北京）股份有限公司 $$