内容正文:
二十一 实验与探究(挑战组)
(40分钟 56分)
一、选择题:本题共8小题,每小题2分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.为探究咪唑喹啉衍生物(BEZ)和长春花碱(VLB)对肾癌的治疗效果,科研人员进行了相关实验,结果如图。下列有关叙述错误的是( )
A.该实验的自变量是BEZ的浓度、VLB的浓度及不同药物的组合
B.实验结果表明单独使用BEZ和VLB均能明显促进肾脏癌细胞凋亡
C.细胞凋亡是由基因决定的自动结束生命的过程,也受环境因素影响
D.继续增大BEZ和VLB的浓度,肾脏癌细胞的凋亡细胞数可能不变
【解题指南】该实验目的是探究BEZ和VLB对肾癌的治疗效果,因此该实验的自变量为BEZ的浓度、VLB的浓度及不同浓度的组合;通过以上对柱状图的分析可知,实验结果说明:单独使用BEZ和VLB对癌细胞凋亡无明显影响,二者联合使用促进癌细胞凋亡,且随着浓度增大促进细胞凋亡的作用增强。
【解析】选B。该实验的自变量是BEZ的浓度、VLB的浓度及不同浓度的2种药物的组合,A正确;由实验结果可知,单独使用VLB对肾脏癌细胞凋亡影响很小,单独使用BEZ对肾脏癌细胞凋亡无影响,二者单独使用效果均不显著,联合使用时才能促进癌细胞凋亡,B错误;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,由本题研究结果可知,也受环境因素的影响,C正确;实验结果表明,在一定范围内随BEZ和VLB的浓度增大,促进细胞凋亡的作用增强,但继续增大浓度,无法确定肾脏癌细胞的凋亡细胞数是否会继续增加,可能不变,D正确。
2. (2025·深圳模拟)绿藻A是某种单细胞绿藻,能够合成物质W。某小组为探究氮营养缺乏对绿藻A增殖及物质W累积的影响,将等量的绿藻A分别接种在氮营养缺乏(实验组)和氮营养正常(对照组)的两瓶培养液中,并在相同且适宜的温度和一定光照强度下培养。定时取样并检测细胞浓度和物质W的含量,结果如图。以下说法错误的是( )
A.从图甲可知,在氮营养正常培养液的瓶中,绿藻A的种群数量增长曲线呈“J”形
B.先将少量绿藻放在氮营养正常的培养液中培养,等到细胞浓度最高时集中收集,再放在氮营养缺乏的培养液中继续培养以获得更多的W
C.设计实验进一步研究氮营养缺乏程度对物质W积累的影响,则该实验的自变量是培养基中的氮营养浓度
D.与在光照条件下相比,若要使绿藻A在黑暗条件下增殖,可以为其提供葡萄糖作为营养物质
【解析】选A。由图甲可知,在氮营养正常培养液的瓶中,绿藻A的种群数量增长曲线呈S形,A错误;由图甲可知,正常氮营养液中绿藻增殖速度快,缺氮营养液中绿藻合成的物质W含量高,因此,先将少量绿藻放在氮营养正常的培养液中培养,等到细胞浓度最高时集中收集,再放在氮营养缺乏的培养液中继续培养以获得更多的W,B正确;设计实验进一步研究氮营养缺乏程度对物质W积累的影响,则该实验的自变量是培养基中的氮营养浓度,C正确;绿藻在黑暗中不能进行光合作用合成有机物,需要吸收葡萄糖满足生命活动的需要,D正确。
3.土壤盐分是限制全球粮食作物生长的胁迫因素之一。我国科研人员探究了某种植物内源生长调节剂茉莉酸(JA)和乙烯在水稻植株抵抗盐胁迫中的相互作用机制。研究者分组处理萌发的水稻种子,各实验组加入等量等浓度的NaCl溶液,对照组加入等量清水,结果如下表。由此不能得出的结论是( )
组别
对照
组
乙烯
组
乙烯+JA合成
抑制剂组
JA
组
JA+乙烯合成
抑制剂组
胚根长度/cm
9.0
4.8
9.0
4.8
5.0
A.JA是通过促进乙烯的合成间接抑制胚根生长的
B.乙烯是通过促进JA的合成间接抑制胚根生长的
C.乙烯对胚根生长的抑制可完全由JA合成抑制剂处理恢复
D.乙烯合成抑制剂对JA导致的胚根生长抑制几乎无缓解作用
【解析】选A。据表格数据可知,对照组胚根长度为9.0,乙烯+JA合成抑制剂组胚根长度为9.0,而JA+乙烯合成抑制剂组胚根长度为5.0,说明是乙烯促进了JA合成,进而通过JA抑制了胚根生长,A错误,B正确;分析对照组、乙烯组和乙烯+JA合成抑制剂组可知,乙烯对胚根生长有抑制作用,并且在JA合成受阻时得到恢复,由此可知,乙烯对胚根生长的抑制可完全由JA合成抑制剂处理恢复,C正确;分析对照组、JA组和JA+乙烯合成抑制剂组可知,JA对胚根生长有抑制作用,乙烯合成受阻对于JA对胚根生长的抑制作用几乎无缓解,D正确。
4.心脏肌细胞具有自动节律性,能够控制心脏搏动。心脏也受到交感神经和副交感神经的支配。以健康成年狗为实验对象,分别测定在安静状态下、阻断副交感神经和阻断交感神经后的心率(单位:次/分钟),记录结果如图所示。下列分析正确的是( )
A.心肌细胞不需要离子转运就能产生动作电位
B.成年狗在安静状态下,交感神经活动占优势
C.关于心率的调节,副交感神经比交感神经的调节更为重要
D.推测同时阻断交感和副交感神经,心率约为160次/分
【解析】选D。动作电位的产生一定涉及离子的跨膜运输,A错误;与安静状态下90次/分的心率相比,阻断副交感神经使心率增大为180次/分,说明交感神经能使心率增加90次/分;阻断交感神经,使心率降低为70次/分,说明副交感神经能使心率减少20次/分,说明安静状态下副交感神经活动占优势,推测同时阻断交感神经和副交感神经,能使心率增加90-20=70次/分,心率约为90+70=160次/分,D正确,B错误;关于心率的调节,副交感神经和交感神经的调节都重要,不能比较重要性大小,C错误。
5. (2025·珠海模拟)生物兴趣小组成员以西瓜5天龄幼苗子叶(子叶尚未完全展开且颜色为淡绿色)为外植体进行相关研究,得到如图所示实验结果,相关叙述错误的是( )
A.实验开始前应对外植体消毒,对人工配制的MS培养基进行灭菌处理
B.与胚状体细胞相比,愈伤组织细胞分化程度低
C.结果表明西瓜子叶诱导形成愈伤组织的最适暗处理时间(以周为单位)是1周
D.暗处理时间长短对细胞再分化率影响大于脱分化率
【解析】选C。该实验的外植体需要消毒处理,人工配制的MS培养基进行灭菌处理,A正确;愈伤组织是由已分化的细胞变为未分化的细胞,胚状体是由愈伤组织分化而来,因此愈伤组织细胞分化程度低,B正确;从图中数据可以看出,暗处理1周时愈伤组织的诱导率并不是最高,所以西瓜子叶诱导形成愈伤组织的最适暗处理时间并不是1周,C错误;从图中可以看出,不同暗处理时间下愈伤组织诱导率(代表脱分化率)差异不大,说明暗处理时间长短对细胞脱分化率影响不大;而胚状体诱导率(代表再分化率)在不同暗处理时间下有差异,说明暗处理时间长短影响再分化率,暗处理时间长短对细胞再分化率影响大于脱分化率,D正确。
6.(2025·大连模拟)鸡蛋表面附着的细菌会逐渐侵入蛋内,缩短鸡蛋保质期。对某养鸡场不同季节及不同养殖模式下生产的鸡蛋取样,按每克鸡蛋用1 mL无菌生理盐水清洗鸡蛋表面,收集清洗液,用稀释涂布平板法接种、培养后计数结果如下表。相关叙述正确的是( )
季节
菌落数/(个·g-1)
半封闭式养殖模式
全封闭式养殖模式
夏季
3.92×104
7.24×103
冬季
7.60×104
1.24×104
A.可用煮沸消毒法清理鸡蛋表面的细菌
B.若接种菌液体积为0.1 mL,则表中数据是对清洗液稀释1×102倍后获得的
C.比较两种养殖模式可知鸡蛋表面的细菌主要来自环境
D.稀释涂布平板法所得活菌数比实际结果要小,可用显微计数法直接测活菌数
【解析】选C。本实验需要研究不同季节不同养殖方式下鸡蛋表面的细菌数量,若用煮沸消毒法清理鸡蛋表面的细菌,则无法得出实验数据,A错误;稀释涂布平板法涂布的菌液体积为0.1 mL,菌落数为30~300的平板适于计数,根据表中数据分析,半封闭式养殖模式对清洗液稀释1×102倍后涂布,全封闭式养殖模式对清洗液稀释1×101倍后涂布,B错误;半封闭式养殖模式下的鸡蛋表面菌落数明显高于全封闭式养殖模式,这说明环境中的细菌更容易污染鸡蛋表面,C正确;由于两个或更多的细胞可能聚集在一起形成一个菌落,因此稀释涂布平板法得到的鸡蛋表面菌落数比实际数略少,可用显微计数法直接测定细菌数,测定的是死菌和活菌的总数,要想测活菌数需要进行一定的处理,如染色,D错误。
7.科学家利用3日龄意大利蜜蜂的雌性幼虫做实验,实验处理和结果如下表所示。随后,测定6日龄幼虫头部细胞内发育关键基因dynactinp62的甲基化水平,实验组为63%、对照组为79%,且最终实验组中72%的幼虫发育成蜂王,对照组中77%的幼虫发育成工蜂,另23%的幼虫具有蜂王特征但卵巢发育不完全。下列叙述错误的是( )
实验
分组
实验处理
检测指标
24 h
48 h
72 h
实验
组
注射适量DNA甲基化转移酶3siRNA(DNMT3
siRNA)
DNMT3mRNA相对含量
28.299
15.386
5.669
DNMT3活性/
(mmol·min-1)
0.264
0.113
0.024
对照
组
注射等量生理盐水
DNMT3mRNA相对含量
35.336
33.299
30.157
DNMT3活性/(mmol·min-1)
0.398
0.378
0.357
A.DNMT3siRNA不利于提高DNMT3基因的表达水平
B.高活性的DNMT3有利于提高dynactinp62基因的甲基化水平
C.实验表明甲基化水平的高低与幼虫发育成蜂王的概率呈正相关
D.其他表观遗传修饰方式也可能参与蜜蜂幼虫的发育调控
【解析】选C。从实验数据可以看出,与对照组相比,实验组注射适量DNA甲基化转移酶3siRNA后,DNMT3mRNA相对含量和DNMT3活性逐渐降低,说明DNMT3siRNA不利于提高DNMT3基因的表达水平,A正确。根据题意,测定6日龄幼虫头部细胞内发育关键基因dynactinp62的甲基化水平,实验组为63%、对照组为79%,由题表可知实验组DNMT3活性降低,而dynactinp62甲基化水平也降低,由此可见,高活性的DNMT3有利于提高dynactinp62基因的甲基化水平,B正确。实验组甲基化水平低,72%的幼虫发育成蜂王,对照组甲基化水平高,77%的幼虫发育成工蜂,说明甲基化水平的高低与幼虫发育成蜂王的概率呈负相关,C错误。表观遗传除了DNA甲基化还有其他修饰方式,如组蛋白修饰、非编码RNA调控等,该实验不能排除其他表观遗传修饰方式参与蜜蜂幼虫发育调控的可能性,D正确。
8.人的体液平衡受下丘脑中SFO神经元调控,激活SFO神经元可诱导无口渴感觉的小鼠产生渴觉并大量饮水。胃内灌注实验显示,低渗溶液能迅速抑制SFO神经元的活性,而高渗溶液则先短暂抑制后持续激活该神经元。研究表明,饮水后数分钟内口渴信号即可解除,但血浆渗透压恢复需30~60分钟。下列说法错误的是( )
A.饮水后口渴信号的快速解除可防止过量饮水对机体造成伤害
B.胃部能感知渗透压信号的变化,并通过神经传递至下丘脑
C.胃内灌注高渗溶液一段时间后,下丘脑释放的抗利尿激素增多
D.人饮用高糖饮料后会出现“先解渴,后口渴”的现象
【解析】选C。饮水后,细胞外液渗透压下降,口渴信号的快速解除可防止过量饮水对机体造成伤害,A正确;下丘脑中存在渗透压调节中枢,胃部能感知渗透压信号的变化,并通过神经传递至下丘脑,B正确;胃内灌注高渗溶液一段时间后,细胞外液渗透压升高,垂体释放的抗利尿激素增加,C错误;人饮用高糖饮料后糖类分子被机体吸收而造成细胞外液渗透压升高,会出现“先解渴,后口渴”的现象,D正确。
二、非选择题:共3小题,共40分。
9.(14分)(2025·东莞模拟)生物入侵已成为严重威胁我国湖泊生态安全的重要因素。为探究外来物种入侵对本地植物的影响,研究人员以某湖泊本地植物、入侵动物福寿螺和入侵植物粉绿狐尾藻为实验材料设计了如下实验,如图1所示。
回答下列问题:
(1)(3分)实验的自变量是__________________。
【解析】(1)依据题图信息可知,实验目的是探究外来物种入侵对本地植物的影响,所以其自变量为有无福寿螺入侵(有无采食)、有无植物入侵。
(2)(3分)入侵初期,外来物种的种群数量呈“J”形增长,其原因是________________(写出两点即可)。
【解析】(2)入侵初期,外来物种的种群数量呈“J”形增长,是由于入侵地食物、空间等资源充足,且没有天敌,对入侵生物而言,属于理想条件。
(3)(4分)研究人员测定了不同实验处理对本地植物、粉绿狐尾藻的生物量及福寿螺卵数量的影响,结果如图2所示。
①对比____________组可知,福寿螺的取食偏好表现为______________________。
②“入侵崩溃假说”认为,多种外来生物在入侵同一生态系统时会相互促进彼此的入侵进程。本实验是否支持该假说,请说明理由。____________。
【解析】(3)①C组和D组,都遭受了粉绿狐尾藻的入侵,C组未遭受福寿螺的入侵,D组遭受了福寿螺的入侵,而D组的本地植物的生物量远小于C组,D组的粉绿狐尾藻的生物量略小于C组,说明福寿螺的取食偏好为捕食本地植物大于粉绿狐尾藻。
②D组与C组对比可知,引入福寿螺能提高粉绿狐尾藻在植物类群中的生物量的占比,提高了粉绿狐尾藻的竞争力;D组与B组对比可知,引入粉绿狐尾藻则可以提高福寿螺卵的数量,所以两者互相促进彼此的入侵进程,因此本实验支持多种外来生物在入侵同一生态系统时会相互促进彼此的入侵进程的假说。
(4)(4分)研究结果说明在评估某种入侵物种对环境的影响时,需要考虑的问题是
____________。
【解析】(4)在评估某种入侵物种对环境的影响时,一般需要考虑:①入侵物种与本地物种的关系,②入侵物种与其他入侵物种之间的相互作用关系等。
答案:(1)有无福寿螺入侵(有无采食)、有无植物入侵
(2)食物充足、没有敌害、空间充裕等
(3)C组和D 本地植物>粉绿狐尾藻 支持;引入福寿螺能提高粉绿狐尾藻在植物类群中的生物量的占比,提高了粉绿狐尾藻的竞争力,而引入粉绿狐尾藻则可以提高福寿螺卵的数量,所以两者互相促进彼此的入侵进程
(4)要同时考虑该入侵物种与本地物种以及与其他入侵物种之间的相互作用关系
10.(14分)2型糖尿病又称非胰岛素依赖型糖尿病,是一种慢性代谢疾病,严重危害人类健康。现代医学证明苦瓜提取物的主要成分——苦瓜总皂苷(BME),具有改善2型糖尿病的作用。某科研小组以大鼠为材料探究苦瓜提取物对2型糖尿病的治疗效果,结果如表所示。请分析回答:
组别
空腹血糖
(mmol/L)
空腹胰岛素
(μIU/mL)
葡萄糖转
运载体表
达相对值
肝糖原
相对值
①正常
大鼠组
4.9
10.6
1.1
0.7
②2型糖尿
病大鼠组
16.6
15.9
0.4
0.4
③二甲
双胍组
7.2
11.9
1.2
0.4
④低剂量
BME组
10.2
14.4
1
0.4
⑤中剂量
BME组
8.1
13
1.4
0.5
⑥高剂量
BME组
7.3
12
1.8
0.7
注:二甲双胍组是指2型糖尿病大鼠服用二甲双胍,二甲双胍是口服降血糖药物。
(1)(2分)本实验中对照组是________(填序号)。
【解析】(1)分析题意,本实验目的是以大鼠为材料探究苦瓜提取物对2型糖尿病的治疗效果,实验的自变量是大鼠类型及不同处理方式,因变量是治疗效果,结合表格可知,可通过胰岛素含量等进行比较,表中的①对照组是正常大鼠组(正常对照组)、②2型糖尿病大鼠组(糖尿病对照组)、③二甲双胍组(糖尿病药物治疗组)。
(2)(4分)正常大鼠饥饿时,血液流经胰岛,血糖浓度________,2型糖尿病大鼠组表现为胰岛素的分泌量比正常对照组偏高,但血糖含量却高于对照组,可能的原因是胰岛素受体________________,降血糖作用被削弱。
【解析】(2)正常大鼠饥饿时,血糖消耗,所以血液流经胰岛时,血糖浓度降低,2型糖尿病大鼠组胰岛素分泌量比正常对照组偏高,但血糖含量却高于对照组,是因为胰岛素受体数量减少或结构改变,导致胰岛素不能正常发挥作用,降血糖作用被削弱。
(3)(4分)据表分析,苦瓜提取物组中__________组与二甲双胍组治疗效果基本相当,推测其作用机制是_________。
【解析】(3)从表中数据看,高剂量BME组的空腹血糖值为7.3 mmol/L、空腹胰岛素值为12 μIU/mL等指标与二甲双胍组(空腹血糖值为7.2 mmol/L、空腹胰岛素值为11.9 μIU/mL等)基本相当,所以苦瓜提取物组中高剂量BME组与二甲双胍组治疗效果基本相当。推测其作用机制是通过提高葡萄糖转运载体表达相对值,促进细胞摄取葡萄糖,从而降低血糖,同时还通过促进肝糖原合成等途径降低血糖。
(4)(2分)根据实验数据分析,可得出结论: __________。
【解析】(4)从实验数据可知,与2型糖尿病大鼠组相比,各剂量的苦瓜提取物组都能在一定程度上降低空腹血糖,提高葡萄糖转运载体表达相对值等,所以可得出结论:苦瓜总皂苷治疗糖尿病有效果,在一定范围内,苦瓜总皂苷的治疗效果与剂量呈正相关。
(5)(2分)已知白细胞介素-6(IL-6)可促进T细胞增殖。而二甲双胍能够减少衰老T细胞的数量。研究人员据此提出一种二甲双胍治疗2型糖尿病的新机制:二甲双胍通过IL-6调节T细胞的数量以改善胰岛微环境,从而治疗2型糖尿病。请设计实验验证该机制并预期实验结果。
材料用具:2型糖尿病模型大鼠若干只,二甲双胍肠溶片、IL-6特异性抗体(不直接影响T细胞数量及IL-6的合成)、IL-6含量检测仪、T细胞数量检测仪等。
实验思路:将2型糖尿病模型大鼠均分为甲、乙、丙三组,甲组不作处理,________________________,一段时间后检测三组大鼠血浆中(游离的)IL-6含量及T细胞数量。
预期实验结果:
【解析】(5)本实验的目的是探究二甲双胍通过IL-6调节T细胞的数量以改善胰岛微环境,从而治疗2型糖尿病,自变量为注射药物的种类。
实验思路:将2型糖尿病模型大鼠均分为甲、乙、丙三组,甲组不作处理,乙组注射适量二甲双胍溶液,丙组注射等量二甲双胍溶液和IL-6特异性抗体。
预期实验结果:由于白细胞介素-6(IL-6)可促进T细胞增殖,二甲双胍能够减少衰老T细胞的数量,而乙组注射二甲双胍溶液,T细胞数量相对值增加,IL-6含量相对值升高,二甲双胍是通过IL-6调节T细胞的数量以改善胰岛微环境,从而治疗2型糖尿病,而丙组因为注射了IL-6特异性抗体,IL-6被抗体结合,不能发挥作用,所以导致游离IL-6含量相对值和T细胞数量相对值与对照组基本相等,实验结果如图
答案:(1)①②③
(2)降低 数量减少或结构改变
(3)高剂量BME 通过提高葡萄糖转运载体表达,促进葡萄糖的摄取,进而促进肝糖原的合成,血糖下降
(4)苦瓜总皂苷治疗糖尿病有效果,在一定范围内,苦瓜总皂苷的治疗效果与剂量呈正相关
(5)乙组注射适量二甲双胍溶液,丙组注射等量二甲双胍溶液和IL-6特异性抗体
11.(12分)肥胖会引起IgG(一种抗体)特异性堆积在发育的脂肪组织中,进而出现胰岛素抵抗(胰岛素作用敏感性降低)。
(1)(3分)IgG由浆细胞分泌。浆细胞是B细胞受到两个信号的刺激后经过____________形成的,这两个信号分别是__________。
【解析】(1)在体液免疫过程中,B细胞需要接受两个信号的刺激才能增殖和分化为浆细胞和记忆B细胞:一些病原体被树突状细胞、B细胞等抗原呈递细胞摄取,这为激活B细胞提供了第一个信号,抗原呈递细胞将抗原处理后呈递在细胞表面,然后传递给辅助性T细胞,辅助性T细胞表面的特定分子发生变化并与B细胞结合,这为激活B细胞提供了第二个信号。
(2)(3分)研究发现,高脂饮食喂养小鼠诱导肥胖,2周后即可检测到IgG在脂肪组织中的特异性堆积。研究者推测,肥胖状态下脂肪组织可能存在不依赖浆细胞的IgG富集机制。为证实该假设,研究者设计图1所示实验。
若检测到_______________________________________,则说明假设成立。
【解析】(2)IgG由浆细胞分泌,而浆细胞是B细胞受到两个信号的刺激后经过增殖、分化形成的,本题要验证“肥胖状态下脂肪组织堆积可能存在不依赖浆细胞的IgG富集机制”,所以要用B细胞缺陷型小鼠,如果甲组小鼠脂肪组织中的IgG含量明显高于乙组,说明假设成立。
(3)(3分)为进一步研究IgG对胰岛素功能的影响,研究者开展相关实验,结果如图2、图3。据此推测IgG___________。
【解析】(3)据题图2和图3分析可知,注射胰岛素后,与无IgG组相比,有IgG组血糖浓度高;随胰岛素浓度的对数增加,有IgG组,胰岛素与胰岛素受体结合的指数没有明显变化,而无IgG组,胰岛素与胰岛素受体结合的指数则逐渐增加,这可能是IgG与胰岛素受体结合,从而降低受体对胰岛素的敏感性,导致胰岛素抵抗的出现。这种抑制作用可能影响了胰岛素的正常信号传导,进而影响了葡萄糖的代谢和利用,据此推测IgG抑制胰岛素降低血糖的功能。
(4)(3分)IgG在血液中会自然降解,或被某些细胞胞吞并在溶酶体中水解。巨噬细胞F基因编码的F受体位于细胞膜表面,可以结合IgG。研究发现肥胖状态下巨噬细胞内F受体表达量显著升高。若敲除肥胖小鼠巨噬细胞中的F基因,可显著缓解胰岛素抵抗,试从分子与细胞水平解释该现象的原因:
__________________。
【解析】(4)据题干信息分析可知,F基因编码的受体位于细胞膜表面,可以结合IgG,肥胖状态下巨噬细胞内F受体表达量显著升高,会结合更多IgG,若敲除F基因巨噬细胞无法结合IgG,减少了脂肪组织中IgG的堆积,从而缓解胰岛素抵抗。
答案:(1)增殖、分化 抗原刺激和辅助性T细胞表面的特定分子发生变化并与B细胞结合
(2)甲组小鼠脂肪组织中的IgG含量明显高于乙组
(3)抑制胰岛素降低血糖的功能
(4)肥胖状态下巨噬细胞内F受体表达量显著升高,会结合更多IgG,若敲除F基因,巨噬细胞无法结合IgG,减少了脂肪组织中IgG的堆积,从而缓解胰岛素抵抗
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