必修2 第6单元 第4讲 素养提升课——破译新情境·系统实验知能(Word教参)-【新高考方案】2027年高考生物一轮总复习（鲁、辽、湘、冀、苏、吉、黑、赣、内蒙古）

该高中生物学高考复习讲义围绕基因表达调控和实验设计“加法/减法原理”核心考点，按“破译新情境-系统实验知能”架构整合知识，通过内蕴知识融通梳理考点，迁移创新训练精讲真题，专题提能训练分层突破，帮助学生构建知识网络和解题思路。 资料以新情境材料和实验设计为亮点，采用“原理讲解-真题分析-迁移训练”模式，如结合RNA干扰案例培养科学思维，通过“加法/减法原理”实验设计提升探究实践能力，分层练习保障复习效果，助力学生高效突破难点，为教师把控复习节奏提供实用指导。

第4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 基因表达的调控 [科普科研材料] 材料一:真核生物的基因转录的初始产物为mRNA前体,mRNA前体需要经过一系列的加工才能成熟并翻译出蛋白质。下图表示同一初级转录物——mRNA前体经过剪接、加工形成不同的成熟mRNA,然后在不同的位置翻译成不同蛋白质的过程。 材料二:RNA介导的基因沉默即RNA干扰(RNAi)。在果蝇等生物体内,起RNA干扰作用的有miRNA和siRNA,作用机制如图。其中宿主通过siRNA的作用降解病毒基因组RNA的过程又称为“RNAi免疫途径”。据图回答以下问题: [内蕴知识融通] (1)生成mRNA前体的过程叫　　　　,该过程需要　　　　　酶。  (2)材料一图示基因的选择性表达主要体现在同一个体不同细胞中　　　　　　　　　　　(填“mRNA前体”或“成熟mRNA”)的不同。  (3)同一mRNA前体会形成不同的成熟mRNA　　　　　(填“属于”或者“不属于”)基因突变,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)材料二中前体miRNA从细胞核通过　　　　(填细胞结构名称)转运到细胞质,过程③会导致翻译过程终止,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)“RNAi免疫途径”中,过程④为　　　　　过程。RISC复合体需要分子向导siRNA和AGO2蛋白协调发挥功能,siRNA作为分子向导,能特异性结合病毒基因组RNA的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　,而AGO2蛋白利用自身的RNA酶活性将病毒基因组RNA降解为核苷酸碎片。为了加强病毒的侵染效率,病毒蛋白可以和dsRNA和siRNA相结合。由图分析,病毒蛋白抑制“RNAi免疫途径”的机制是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (6)从miRNA和siRNA的来源分析二者的差异:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案:(1)转录　RNA聚合　(2)成熟mRNA　(3)不属于　基因突变是引起基因碱基序列发生变化而不是RNA　(4)核孔　RISC复合体与mRNA配对形成双链RNA,阻止核糖体移动,导致翻译终止　(5)RNA复制　通过碱基互补配对原则,靶向结合病毒基因组RNA　RNA病毒蛋白与Dicer酶和AGO2蛋白竞争结合位点,分别阻止siRNA的产生和RISC的装配　(6)miRNA是由宿主基因组DNA转录产生,siRNA由外来病毒基因组复制、加工产生 [迁移创新训练] 1.(2026·徐州模拟)下图为大鼠细胞中两种不同肌钙蛋白T的形成过程。相关叙述正确的是 (　　) A.外显子W中含有驱动过程③进行的启动子 B.两种肌钙蛋白T的形成是基因选择性表达的结果 C.相较于过程①,过程③特有的碱基配对方式为A—U D.该过程是一种转录后加工,扩大了基因编码蛋白质的能力 解析:选D　启动子位于基因的上游,不在外显子中,A错误;两种肌钙蛋白T的形成是由于细胞对前体mRNA进行了不同的加工,产生了不同的mRNA导致的,B错误;①是转录,③是翻译,转录过程也存在A—U配对方式,C错误;该过程是一种转录后加工,对前体mRNA进行加工,产生不同的mRNA,扩大了基因编码蛋白质的能力,D正确。 2.(2026·昭通模拟)microRNA是细胞内具有调控作用的非编码RNA分子。miR⁃21是其中一种,miR⁃21表达量上调,成为推动肺癌发生的一个重要因素,其作用机制如图。下列相关叙述错误的是 (　　) A.合成mRNA和miR⁃21的原料都是4种核糖核苷酸 B.由图可知,肺癌的发生未必是原癌基因和抑癌基因突变的结果 C.miR⁃21表达量正常时,导致细胞容易分散转移 D.合成一种能结合miR⁃21的竞争性物质,是治疗肺癌的一种可能 解析:选C　miR⁃21是一种非编码RNA分子,它和mRNA都是由4种核糖核苷酸为单体聚合而成,A正确;肺癌的发生可能是在原癌基因和抑癌基因均未突变的情况下,miR⁃21表达量上调造成的,B正确;miR⁃21表达量正常时,肿瘤抑制基因等正常表达,一般不会发生细胞癌变,故不会导致细胞容易分散转移,C错误;合成一种能结合miR⁃21的竞争性物质,减少miR⁃21与肿瘤抑制基因转录形成的mRNA结合,从而有可能治疗肺癌,D正确。 3.(2025·江苏高考)真核细胞进化出精细的基因表达调控机制,图示部分调控过程。请回答下列问题: (1)细胞核中,DNA缠绕在组蛋白上形成　　　　。由于核膜的出现,实现了基因的转录和　　　　在时空上的分隔。  (2)基因转录时,　　　　酶结合到DNA链上催化合成RNA。加工后转运到细胞质中的RNA,直接参与蛋白质肽链合成的有rRNA、mRNA和　　　　。分泌蛋白的肽链在　　　　　　　　完成合成后,还需转运到高尔基体进行加工。  (3)转录后加工产生的lncRNA、miRNA参与基因的表达调控。据图分析,lncRNA调控基因表达的主要机制有________________________________________________________________________________________。  miRNA与AGO等蛋白结合形成沉默复合蛋白,引导降解与其配对结合的RNA。据图可知,miRNA发挥的调控作用有_________________________________________________________________________________。  (4)外源RNA进入细胞后,经加工可形成siRNA引导的沉默复合蛋白,科研人员据此研究防治植物虫害的RNA生物农药。根据RNA的特性及其作用机理,分析RNA农药的优点有_________________________。  解析:(1)细胞核中,DNA和组蛋白构成染色质(或染色体)。原核细胞边转录边翻译,真核细胞由于核膜的存在,基因转录出的mRNA需要经核孔运输到细胞质中与核糖体结合后才能进行翻译,从而实现了转录和翻译在时空上的分隔。 (2)基因转录时,RNA聚合酶结合到DNA链上催化合成RNA。直接参与蛋白质肽链合成的RNA有rRNA、mRNA和tRNA。分泌蛋白的肽链首先在游离核糖体上合成,然后肽链与核糖体一起转移到内质网上继续合成,并且边合成边转移到内质网腔内,再经过加工、折叠之后,通过囊泡转运到高尔基体进行进一步加工。 (3)据图可知,在细胞核中,lncRNA与DNA结合,影响基因转录合成mRNA。在细胞质中,lncRNA与mRNA结合,调控翻译。miRNA与AGO等蛋白结合形成沉默复合蛋白,沉默复合蛋白可与mRNA结合,降解mRNA,调控翻译,也可与lncRNA结合,降解lncRNA,解除对翻译的影响。 (4)RNA是单链,结构不稳定,故RNA农药易降解、无残留,减少了环境污染;RNA农药进入细胞后,经加工可形成siRNA引导的沉默复合蛋白,从而与特定的mRNA结合,阻断其翻译过程,即RNA农药可作用于特定mRNA,具有高度靶向性,可杀死特定害虫。 答案:(1)染色质(或染色体)　翻译　(2)RNA聚合　tRNA　核糖体和内质网(或内质网)　(3)与DNA结合,调控基因的转录;与mRNA结合,调控翻译　降解lncRNA,解除对翻译的影响;降解mRNA,调控翻译　(4)易降解,减少环境污染;作用于特定mRNA,具有高度靶向性,可杀死特定害虫 二、系统实验知能——实验设计常用的“加法原理”和“减法原理” 　　高考生物实验相关题重点考查实验设计思路,“加法原理”和“减法原理”是实验设计过程中控制自变量的两种常用的原理。科学地利用这两个原理设计生物实验有助于得出可靠、真实的实验结果或结论。与常态比较,人为增加某种影响因素的称为“加法原理”,而人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。 (一)运用“加法原理”设计实验 　　[例1]　为验证“植物顶芽产生的生长素能够抑制侧芽生长”,选取长势良好、生长状况相同的多株幼苗,随机分成A、B、C、D四组,A组幼苗不做任何处理,其他三组均去除顶芽。然后B组幼苗切口不做任何处理;C组幼苗切口处放置不含生长素的空白琼脂块;D组幼苗切口处放置含生长素的琼脂块。四组幼苗均置于相同且适宜的条件下培养。 (1)对比A组和B组幼苗的预期结果,说明顶芽抑制了侧芽的生长。 (2)对比B组和C组幼苗的预期结果,说明琼脂块本身对侧芽生长没有影响。 (3)对比A、B、C、D四组幼苗的预期结果,说明对侧芽生长起抑制作用的是顶芽产生的生长素。 　　[分析]　D组虽没有顶芽,但采用了实验设计的“加法原理”,通过切口处添加放置含生长素的琼脂块,验证了植物顶芽产生的生长素能够抑制侧芽生长。 (二)运用“减法原理”设计实验 给研究对象去除自变量观察现象(结果)对比分析得出结论 [例2]　如设置A密闭装置放入绿色植物和NaOH溶液,设置B密闭装置放入绿色植物和水。证明二氧化碳是光合作用原料的实验组是A装置,A装置中NaOH溶液的作用是去除空气中二氧化碳,A和B组中有淀粉生成的装置是B。 　　[分析]　A装置中通过放入NaOH溶液去除空气中的二氧化碳,从而证明了二氧化碳是光合作用的原料,利用了“减法原理”。 (三)同时运用“减法原理”和“加法原理”设计实验 　　[例3]　探究胰岛素的生理作用时,选取健康、生长状况相同的多只小鼠,禁食处理后随机分成甲、乙、丙、丁四组。甲组小鼠注射10 mL生理盐水,乙、丙、丁三组分别注射10 mL胰岛素溶液,一段时间后,乙、丙、丁三组出现反应迟钝、嗜睡等低血糖症状,甲组未出现低血糖症状。 (1)乙、丙、丁三组小鼠出现低血糖症状后进行第二次注射,乙组小鼠注射10 mL生理盐水;为尽快缓解低血糖症状,给丙组小鼠注射10 mL某激素溶液、丁组小鼠注射某营养物质。丙组小鼠注射的激素是胰高血糖素,丁组小鼠注射的营养物质是葡萄糖。 (2)第二次注射后,丙、丁两组小鼠的症状都得到了缓解,缓解的机理分别是丙组小鼠注射胰高血糖素能促进非糖物质转化为葡萄糖、促进肝糖原分解成葡萄糖,升高血糖,丁组小鼠注射葡萄糖,直接升高血糖。 [分析]　乙、丙、丁三组小鼠第一次分别注射10 mL胰岛素溶液后,血糖降低从而出现反应迟钝、嗜睡等低血糖症状。第二次注射时丙组注射的激素是胰高血糖素,具有升高血糖的作用;丁组注射的营养物质是葡萄糖,直接补充血糖,使血糖浓度直接升高,症状得到缓解。两次注射就是分别运用了“减法原理”和“加法原理”巧妙设计实验。 [专题提能训练] 1.在科学实验中,通常运用“加法原理”或“减法原理”对自变量进行控制。下列实验中对自变量的控制运用了“加法原理”的是 (　　) A.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 B.探究烟草花叶病毒的遗传物质 C.验证光是植物光合作用的必要条件 D.比较过氧化氢在不同条件下的分解 解析:选D　艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中,用蛋白酶、RNA酶、DNA酶等处理细胞提取物,是人为的去除某种影响因素,运用了“减法原理”,A错误;探究烟草花叶病毒的遗传物质实验中,单独用病毒的各部分分别感染宿主细胞,观察各部分的作用,运用了“减法原理”,B错误;利用绿色植物验证光是光合作用的必要条件时,以生长在正常条件下的绿色植物为对照组,以生长在无光但其他条件都与对照组相同的绿色植物作为实验组,即与常态相比,实验组人为去除了光这种影响因素,运用了“减法原理”,C错误;比较过氧化氢在不同条件下的分解实验时,通过添加FeCl3溶液、肝脏研磨液进行探究,运用了“加法原理”,D正确。 2.(2025·信阳一模)在对照实验中,常使用“加法原理”和“减法原理”控制实验变量,某同学根据“加法原理”和“减法原理”设计了如下实验,下列实验设计与实验原理不相符的是 (　　) 选项 实验设计 实验原理 A 探究酶的高效性时,向H2O2溶液中滴加FeCl3溶液 加法原理 B 艾弗里在S型细菌的细胞提取物中加入DNA酶 减法原理 C 切除大鼠垂体探究垂体的生理作用 减法原理 D 在有氧和无氧条件下探究酵母菌细胞的呼吸方式 加法原理 解析:选D　探究酶的高效性时,向H2O2溶液中滴加FeCl3溶液,属于“加法原理”,A不符合题意;艾弗里在S型细菌的细胞提取物中加入DNA酶以去除DNA,属于“减法原理”,B不符合题意;切除大鼠垂体探究垂体的生理作用,属于“减法原理”,C不符合题意;在有氧和无氧条件下探究酵母菌细胞的呼吸方式是对比实验,不属于“加法原理”,D符合题意。 3.[多选]将噬菌体加入铜绿假单胞菌(PA1)菌液中,培养30 min后菌液变澄清(大部分PA1已被裂解),然后将菌液涂布在固体培养基上培养,一段时间后出现少量菌落,即为噬菌体·耐受菌(PA1r)。研究发现PA1r丢失了控制脂多糖合成的关键基因galU,噬菌体不能侵染PA1r。为验证galU基因的丢失是导致PA1r耐受噬菌体的原因,设计相关实验并预期结果。下列说法正确的是 (　　) 组别 1 2 3 4 处理 方法 PA1+ 噬菌体 Ⅰ 敲除galU基因 的PA1+噬菌体 Ⅱ 在固体培养基上培养 预期 结果 较多 噬菌斑 无噬 菌斑 Ⅲ 较多 噬菌斑 (噬菌斑:受体菌被噬菌体感染后在平板上形成的透明圈) A.1和3、2和4形成对照,分别利用“减法原理”和“加法原理”控制自变量 B.Ⅰ处应为“PA1r+噬菌体”,噬菌体可利用PA1r的原料合成自身的核酸 C.Ⅱ处应为“导入galU基因的PA1r+噬菌体”,Ⅲ处应为“无噬菌斑” D.在噬菌体的感染下,没有galU基因的个体具有生存和繁殖的优势 解析:选ACD　为验证galU基因的丢失是导致PA1r耐受噬菌体的原因,可分为4组:第1组用PA1+噬菌体处理;第2组用PA1r+噬菌体处理;第3组用敲除galU基因后的PA1+噬菌体处理;第4组用导入galU基因的PA1r+噬菌体处理,然后在相同的固体培养基上培养。1和3的自变量为是否具有galU基因,2和4的自变量为是否转入galU基因,它们之间形成对照,根据实验结果能推测该基因的作用,实验过程中分别利用“减法原理”和“加法原理”控制自变量,A正确。据上述分析可知,Ⅰ处应为“PA1r+噬菌体”,噬菌体不能利用PA1r的原料合成自身的核酸,B错误。结合上述分析可知,Ⅱ处应为“导入galU基因的PA1r+噬菌体”,Ⅲ处应为“无噬菌斑”,C正确。在噬菌体的感染下,没有galU基因的个体被噬菌体感染的机会下降,因而具有生存和繁殖的优势,D正确。 $