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专题四 开放设计型实验——创新构思与规范作答闯关
考情速递——命题规律深挖
考点 考题统计 命题规律 趋势预测
光合作用类实验设计 2025·黑吉辽蒙 2025·陕晋青宁 1.考点聚焦核心模块 2.考查核心逻辑固定，紧扣实验 “三要素”所有真题均以 “实验目的→自变量→因变量” 为锚点，要求考生围绕单一变量原则设计对照实验，核心考查实验思路构建、预期结果推导、结论归纳。 3.情境贴近科研实际，融合真实技术应用 命题情境多源自真实科研场景，强调 “原理→技术→应用” 的逻辑链。 4.设问方式模板化，侧重规范表达能力 高频设问包括 “实验思路设计”“预期结果与结论”“变量控制分析”，要求考生用标准化语言表述，同时结合图表分析实验数据，考查信息提取与逻辑转化能力。 5.验证性与探究性并重，凸显科学思维 验证性实验（如验证酶的催化作用、遗传定律）要求结果唯一，探究性实验（如探究物质对实验对象的影响）需分情况讨论结果（如 “若… 则…，若… 则…”），核心考查假说 - 演绎法、对照设计等科学思维。 1.情境更贴近现实需求，强化应用导向 未来命题将进一步聚焦碳中和、粮食安全、疾病防治等热点，引导考生用生物学实验解决实际问题。 2.跨模块融合加深，考查综合应用能力 可能出现 “光合作用 + 环境因素 + 基因工程”“遗传规律 + 生物技术 + 免疫调节” 的跨模块命题，要求考生整合多模块知识设计实验，打破模块壁垒。 3.新型技术融入升级，聚焦前沿方法 CRISPR-Cas9、siRNA 干扰、单细胞培养、荧光标记等前沿技术的考查频率将上升，命题会要求考生基于新技术的原理设计实验），凸显技术与实验设计的结合。 4.对实验规范性要求更高，细化操作细节 将更侧重实验步骤的可操作性表述（如 “如何控制无关变量”“检测指标的具体方法”），以及误差分析（如平行重复实验的意义、无关变量干扰的排除），要求考生写出 “可重复、可检测” 的完整实验流程。 5.探究性实验占比提升，强调逻辑严谨性 探究性实验的设问将更灵活，可能涉及 “未知变量的探究”“多因素交互作用分析”，要求全面考虑实验结果的多种可能性，推导严谨结论。
遗传类实验设计 2025·云南 2025·广西 2025·海南 2025·安徽 2025·全国二卷
动物生命活动调节类实验设计 2025·贵州 2025·河南 2025·全国二卷
生物技术与工程类实验设计 2025·安徽 2025·福建 2025·全国卷 2025·海南
真题溯源——解题思路拆解
考点01 光合作用类实验设计
1．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图（b）。回答下列问题。
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的 ，产物C3在光反应生成的 参与下合成糖类等有机物。
(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是 。
(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率 （填“增大”或“减小”）；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度 （填“大”“小”或“无法判断”）。
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果： 。
2．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型（WT）获得该酶含量增加的转基因品系（S），并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率（如下图）和产量潜力。回答下列问题。
(1)Rubisco在叶绿体的 中催化 与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成（CH2O），这一过程中能量转换是 。
(2)据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于 不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是 。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是 。
(3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。
3．（·海南·高考真题）海南是我国芒果（也称杧果）的重要种植地，芒果的生长和果实储藏受诸多因素影响。回答下列问题：
(1)芒果的生长依赖于光合作用：光合作用必需的酶分布在叶绿体的 和 。
(2)生产中用植物生长调节剂乙烯利浸泡采摘后的芒果，可促进果实成熟，原因是 。
(3)为延长芒果的储藏期，应减弱芒果的呼吸作用，其目的是 。从环境因素考虑；除了降低温度外，减弱芒果呼吸作用的措施还有 （答出1点即可）。
(4)芒果在冷藏期间呼吸速率会降低，有利于保鲜。但芒果对低温敏感，冷藏期间易受到冷害，导致呼吸速率持续下降，影响果实品质。为了探究冷藏前用褪黑素处理芒果是否具有减轻冷害的作用，请以呼吸速率为测定指标，简要写出实验设计思路、预期结果和结论 （注：褪黑素可用蒸馏水配制成溶液）。
考点02 遗传类实验设计
1．（2025·海南·高考真题）我国利用航天优势开展玉米诱变育种，获得多个雄性不育突变体和矮秆突变体。回答下列问题。
(1)研究人员将玉米种子随机分为两份，一份送到太空，另一份保存在地面种子站，其目的是 。太空诱变可导致一个基因发生不同的突变获得相关突变体，这说明基因突变具有的特点是 。
(2)将雄性不育植株P1（aa）与可育植株P2（AA）杂交得到F1，F1自交得到F2。利用PCR技术分别扩增植株P1和P2的SSR（染色体上特定DNA序列），分别获得100 bp和135 bp的产物。若同样扩增F2，则F2中同时获得100 bp和135 bp的植株比例为 。
(3)甲是太空诱变获得的雄性不育株，乙是同群体某一可育株。某团队开展以下2个实验：
实验① 甲与乙杂交
实验② 乙自交
根据实验①和②的结果，得出雄性不育性状是隐性性状的结论，支持这一结论的实验结果是 。
(4)已知玉米株高和育性这两对性状独立遗传，可育对不育为显性，但高秆和矮秆的显隐性未知。现有纯合的高秆可育、高秆不育和矮秆可育品系，合理选用这些材料，通过育种技术培育纯合矮秆不育品系的实验思路是 。
2．（2025·江西·高考真题）流行病学调查在传染病防治中具有重要意义。AB基因编码的AB蛋白是致病菌W的一种特异性分泌蛋白。为构建快速检测致病菌W感染的血清学诊断技术(一种抗原抗体特异性反应技术)，研究人员从致病菌W中克隆AB基因，构建表达载体，导入原核宿主E，诱导后，分析表达情况(如表)。
细胞 AB基因的mRNA AB蛋白
致病菌W 十 十
宿主E — —
工程菌 十 —
注：“十”表示有检出，“—”表示未检出
回答下列问题：
(1)根据中心法则，结合表中数据判断，AB基因在工程菌中能进行 ，但不能进行有效的 。
(2)分析发现，致病菌W合成AB蛋白时，某些氨基酸使用的部分密码子在宿主E中的使用频率低(称为该物种的稀有密码子，如表中密码子CGG在宿主E中为稀有密码子)。从蛋白质合成条件的角度分析，形成这一现象的原因是宿主E中缺乏 。
精氨酸的密码子 密码子使用频率(10-3)
致病菌W 宿主E
CGA 7.2 4.3
CGC 28.5 26.0
CGG 24.7 4.1
CGU 8.5 21.1
AGA 1.3 1.4
AGG 3.2 1.6
(3)进一步分析发现，宿主E缺乏高效表达GC含量过高的外源基因所需要的机制。已知AB基因的GC含量较高，为在宿主E中实现AB蛋白的高效表达，可将精氨酸密码子CGG的使用进行优化，从第(2)题表中选择最佳密码子为 。
(4)现有一位体内未检测到致病菌W的人。为了解此人是否有致病菌W感染史，设计一个直接利用AB蛋白的血清学诊断实验。①简要写出实验思路： ；②预测实验结果： ；③分析实验结果： 。
3．（2025·安徽·高考真题节选）水稻籽粒外壳（颖壳）表型有黄色、黑色、紫色和棕红色等，种植颖壳表型不同的彩色稻，既可满足国家粮食安全需要，又可形成优美画卷，用于旅游开发。回答下列问题。
(1)研究发现，水稻颖壳的紫色、棕红色、黄绿色和浅绿色的形成与类黄酮化合物的代谢有关。假设显性基因C、R、A控制颖壳色素的形成，且独立遗传，相应的隐性等位基因不具有该效应。色素合成代谢途径如图。
现有基因型为CcRrAa与CcRraa的两品种水稻杂交，F1中颖壳表型为紫色、棕红色、黄绿色和浅绿色的比例为 。F1中，颖壳颜色在后代持续保持不变的个体所占比例为 。
(2)野生稻的颖壳为黑色，经过突变和驯化，目前栽培稻的颖壳多为黄色。黑色和黄色颖壳由一对等位基因控制，且黑色（Bh）对黄色（bh）为显性。科研小组对多个品种进行分析，发现有两个黄色颖壳突变类型（栽培稻1、2），推测两者的突变可能是来自同一个基因。设计一个杂交实验，以验证该推测，并说明判断理由 。
4．（2025·广西·高考真题）某植物（XY型）的花色受2对等位基因（E/e和R/r）控制，遵循自由组合定律。已知E/e基因位于常染色体上，该植物花色产生机制见图（不考虑XY同源区段、染色体交换情况）。回答下列问题：
(1)将红花雌、雄株杂交，子一代表型及比例为红花：黄花：白花=9：3：4，据此不能确定R/r基因位于常染色体上，理由是 。对子一代的雌株作进一步分析：若 ，则说明R/r基因位于X染色体上；若 ，则说明R/r基因位于常染色体上。
(2)实验分析确定E/e与R/r基因都位于常染色体上。在某红花雌、雄株繁殖的子代群体中，红花占比显著降低。经初步研究确定是常染色体上的g基因发生显性突变，产生了抑制作用，被抑制的基因不能表达，但未知被抑制的是E还是R基因。
①生物兴趣小组选取基因型EERRgg与eerrGg为亲本，探究G基因的抑制对象。写出实验思路、预期结果和结论 。
②再选用基因型EeRrGg的雌、雄株为亲本进行杂交，子一代的表型及比例为红花：黄花：白花=3：9：4.请在答题卡作图区画出EeRrGg个体的基因在染色体上可能的位置关系图（用“○”表示细胞，用“‖”表示1对同源染色体），并用文字说明基因间的抑制关系及位置情况 。
5．（2025·云南·高考真题）冬瓜果面有蜡粉可提高果实抗病、耐日灼和耐储性。为探究冬瓜果面蜡粉的遗传方式并对蜡粉基因（用“A”“a”表示）进行定位，科研人员进行了一系列杂交实验，结果如表。
群体 植株总数/株 果面有蜡粉株数/株 果面无蜡粉株数/株
P1 30 30 0
P2 30 0 30
F1 523 523 0
F2 574 430 144
注：F1为P1和P2杂交后代，F2为F1自交后代。
回答下列问题：
(1)根据杂交结果可知，果面蜡粉的遗传遵循基因的 定律，依据是 。
(2)实验证明蜡粉性状的改变是由基因突变引起的，突变基因上出现了一个限制酶H的切割位点，可用于在苗期筛选出果实表面有蜡粉的植株，据此设计引物后进行植株基因型鉴定的步骤为：提取基因组DNA→ 目的DNA片段→限制酶H切割扩增产物→电泳。结果显示P1植株为1条条带，P2植株为2条条带，则F2中有蜡粉的植株为 条条带，限制酶H的切割位点位于 （填“A”“a”或“A和a”）上。
(3)用表中材料设计实验，验证（1）中得到的结论，写出所选材料及遗传图解。
6．（2025·全国二卷·高考真题）水稻为一年生植物，每次收获后需要重新播种。我国科学家展开了培育多年生水稻的相关研究。
(1)甲品系具有地下茎，地下茎可使水稻进行无性繁殖，从而具备多年生特性。将无地下茎的乙品系与甲品系进行如下图所示的杂交实验。结果显示，F2的性状分离比接近 ，由此判断这一相对性状由位于非同源染色体上的2对等位基因控制。
(2)若要进一步验证上述结论，可设计的杂交方案和预期结果为 。研究者将2个控制地下茎的基因分别命名为R2和R3。
(3)DNA中存在许多简单重复序列（SSR），可作为基因定位的分子标记。通过对F2群体分子标记与表型的关联性分析，最终确定了R2和R3的位置，甲品系的基因和SSR在染色体上的位置关系如下图所示，乙品系的相关分子标记用小写字母表示，如m1。
F1在减数分裂过程中，有16.2%的初级精母细胞在R2基因和M1标记之间发生了一次互换，推测F1雄配子中m1R2配子所占比例为 %。
(4)由于乙品系高产、口感好，且生育周期短，能实现一年两熟甚至三熟，适合在我国大面积种植。欲利用杂交育种，培育可稳定遗传的具有地下茎的新型乙品系，请完善育种流程。
7．（2025·全国卷·高考真题）番茄的花是两性花，杂交育种时需进行去雄操作，耗时费力且难以避免自交污染。我国研究者利用基因工程技术开发了雄性不育番茄品系，提高了番茄杂交育种的效率。
(1)研究者选择性状优良的WT品系番茄，对在雄蕊中特异性表达的S基因进行编辑，获得S基因中增加一个碱基对的纯合突变体甲。甲花粉不成活。甲与WT杂交，F1育性正常。F1自交，F2中216株育性正常，68株雄性不育。这表明甲的雄性不育性状属于 性状，该性状的遗传遵循分离定律。
(2)为了确认雄性不育是由S基因编辑导致的，研究者使用了一种竞争性等位基因特异性PCR，该PCR体系同时含3种引物和4种探针（如图）。探针的荧光基团与淬灭基团分离时显现荧光。
①引物3'末端与模板的严格配对对于子链的延伸至关重要。引物I和引物II的3'末端碱基分别是 。该PCR体系从第 个循环开始，复性环节中带有荧光基团的探针与模板链结合，作为引物在延伸环节中掺入子链，使产物显现荧光。
②用该体系对F2的基因组DNA进行PCR检测，育性不同植株的检测结果为 ，证实雄性不育性状是由S基因编辑导致的。
(3)甲无法自交保种。研究者将控制子叶为紫色的显性基因与WT型的S基因插入Ti质粒的T-DNA中，两基因紧密相邻。用农杆菌转化法导入甲，获得育性恢复的纯合品系乙。请写出用甲和乙为材料，连续生产甲的最简杂交方案。
(4)研究者在野生番茄中发现一个抗病基因，拟用杂交方法将此基因引入到甲、乙品系中。从操作的简便性出发，应将抗病基因先引入甲还是乙？请说明理由。 。
考点03动物生命活动调节类实验设计
1．（2025·贵州·高考真题）心脏通过节律性的搏动（收缩和舒张）完成泵血功能，心脏每分钟搏动的次数称为心率。在正常生理范围内，心率的变动范围较大，如人的心率一般为60~100次/分。心率快慢主要受自主神经系统的调节。回答下列问题：
(1)自主神经系统由 两部分组成，它们对心脏的调节作用 （选填“相同”或“相反”）。
(2)心室肌细胞受刺激产生动作电位的过程如下图所示，a点膜内电位为负，原因是 。受到足够强度刺激后，引起ab段电位变化的离子主要是 ，该离子的通道有静息、激活和失活三种功能状态。在bc段，无论心室肌受到多强刺激都不能引发新的动作电位，也不会发生新的收缩和舒张，此时该离子通道的状态是 。
(3)为探究在一次心脏搏动中bc段持续的时长，现以蛙心为实验材料，写出实验思路。 。
2．（2025·河南·高考真题）生物体的所有活细胞都具有静息电位，而动作电位仅见于神经元、肌细胞和部分腺细胞。回答下列问题：
(1)刺激神经元，胞外Na+内流使细胞兴奋，兴奋以 的形式沿细胞膜传导至轴突末梢，激活Ca2+通道，Ca2+内流触发突触小泡释放神经递质。去除细胞外液中的Ca2+，刺激该神经元仍可触发Na+内流产生动作电位，释放的神经递质 （填“增加”“减少”或“不变”）。
(2)最新研究发现某种肿瘤细胞也可产生动作电位。如图1所示，刺激肿瘤细胞，记录该细胞的膜电位和细胞内Ca2+浓度变化。结果显示随着刺激强度的增大，动作电位幅度、细胞内Ca2+浓度的变化是 。在体外培养条件下，用Na+通道阻断剂TTX处理该细胞，使该细胞膜两侧的电位表现为 ，进而抑制其增殖生长。根据以上机制，若降低培养液中的K+浓度，可 （填“促进”或“抑制”）该肿瘤细胞的生长。
(3)若细胞间有突触结构，突触前细胞兴奋，突触后细胞可记录到相应的膜电位变化，细胞内Ca2+浓度变化可作为判断肿瘤细胞间信息交流的指标。研究证实这种肿瘤细胞间无突触结构，通过体液调节方式实现信息交流。为验证上述研究结论，应选择图2中组 （填“一”“二”或“三”）的细胞为研究对象设计实验，简要写出实验思路及预期结果 。
3．（贵州·高考真题）每当中午放学时、同学们结伴而行，有说有笑走进食堂排队就餐。回答下列问题。
(1)同学们看到喜欢吃的食物时、唾液的分泌就会增加，这一现象属于 （选填“条件”或“非条件”）反射。完成反射的条件有 。
(2)食糜进入小肠后，可刺激小肠黏膜释放的激素是 ，使胰液大量分泌。为验证该激素能促进胰腺大量分泌胰液，以健康狗为实验对象设计实验。写出实验思路 。
4．（2025·全国二卷·高考真题）免疫细胞能识别肿瘤，并浸润其中发挥重要作用。科学家利用免疫细胞这种“归巢性”，实现巨噬细胞“搭便车”的设计，将药物输入到肿瘤内部。
(1)机体识别并清除肿瘤细胞，体现了免疫系统 的功能。TAM是存在于肿瘤中的巨噬细胞，具有极强的“归巢”肿瘤的能力。
(2)金纳米棒（AuNR）是一种光热材料，常用于局部肿瘤治疗，在808nm的激光照射下，产生光热效应，使肿瘤细胞快速死亡。科研人员将AuNR与肿瘤细胞进行孵育，再用紫外光照射，获得了装载AuNR的肿瘤细胞凋亡小体（AuNR/ABs）。
①研究者对AuNR/ABs的光热性能进行考察，结果如图1。该实验的对照组为 。
②荧光标记AuNR和AuNR/ABs，分别与TAM进行孵育，检测TAM细胞内的荧光强度，结果如图2。结合图1和图2实验结果，分析凋亡小体作为AuNR载体的优点是 。
(3)为研究利用AuNR/ABs搭乘TAM靶向到肿瘤部位进行治疗的效果。科研人员在小鼠的右下肢皮下接种第一个肿瘤（R），一段时间后在左下肢皮下接种第二个肿瘤（L）模拟肿瘤转移。尾静脉注射相应药物。对右侧肿瘤R进行三次光疗，最后记录两个肿瘤的重量（图3）。结合免疫学原理阐释左侧肿瘤L第4组重量显著减小的主要原因 。
(4)利用上述实验材料研究本免疫疗法对肿瘤复发的抑制效果，请完善实验组设计思路 。
考点04生物技术与工程类实验设计
1．（2025·海南·高考真题）绵羊的羊毛长度与毛囊细胞的增殖有关，毛囊细胞中表达的基因Z可能是调控羊毛长度的关键基因。某团队利用基因工程技术，探究了基因Z对绵羊毛囊细胞X增殖的影响。回答下列问题。
(1)质粒甲保存有目的基因Z，如图。质粒乙有4种限制酶的酶切位点，识别序列见表。现需将质粒甲中的基因Z插入质粒乙中，构建重组质粒乙用于研究，须用的限制酶是 和 。
限制酶 识别序列(5＇-3＇)
EcoRⅠ GAATTC
SalⅠ GTCGAC
BglⅡ AGATCT
XhoⅠ CTCGAG
(2)细胞X是一种贴壁细胞，可用 （填“固体”或“液体”）培养基培养。在进行传代培养时，需使用胰蛋白酶并置于37℃环境中处理，理由是 。
(3)将空质粒乙和重组质粒乙分别导入细胞X，导入后测定不同时间的细胞数量，结果如图。根据实验结果说明基因Z的表达对细胞增殖有 作用，且随导入时间推移，增殖速率 。
(4)siRNA是一种短的双链RNA，能引导内切核酸酶切割靶基因的mRNA。
①人工合成靶向基因Z的siRNA，将其导入细胞X作为实验组，同时设置对照组，将 导入细胞X。一段时间后，发现实验组细胞数量少于对照组。该实验的目的是探究基因Z的 对细胞X增殖的影响。
②为检测靶向基因Z的siRNA导入细胞X后能否发挥作用，简要写出在分子水平上检测的2种实验思路是： 。
2．（2025·福建·高考真题）为建立一种效率高、毒性小的基因敲除系统，将图1所示的质粒1和质粒2导入大肠杆菌，质粒2中的sgRNA基因依据目的基因设计，其转录的短链RNA通过与目的基因碱基互补配对，与Cas9蛋白共同作用，敲除大肠杆菌基因组中的目的基因。
回答下列问题：
(1)大肠杆菌LacZ基因的表达产物可催化X-gal生成蓝色物质从而使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。将质粒1与含LacZ基因相应sgRNA基因的质粒2同时转化到大肠杆菌中，涂布到含抗生素 的平板（含有X-gal）上进行培养。若长出的是 色菌落则为LacZ基因被敲除的大肠杆菌。
(2)Cas9基因的表达量会影响敲除效率，但其过量表达会对大肠杆菌有毒。为评估毒性和敲除效率，用5种启动子（A、B、C、D和E）启动Cas9的转录，相应检测结果如图2所示。结果表明，启动子 对细胞毒性最小；综合考量毒性和敲除效率，应选用启动子 用于该系统。
(3)含有质粒的大肠杆菌在无抗生素选择压力下培养，少数子代细胞会丢失质粒。结合质粒1和质粒2的特点，在成功敲除LacZ基因的大肠杆菌中消除质粒1和质粒2，实验流程如图3所示。
①培养12小时后，图3试管1中大部分的大肠杆菌 （填选项）。
A．含质粒1和质粒2 B．只含质粒1 C．只含质粒2 D．无质粒1和质粒2
②若要从图3平板上筛出质粒1和质粒2均被消除的大肠杆菌，简要写出实验思路和预期结果： 。
3．（2025·全国卷·高考真题）为在大肠杆菌中表达酶X，某同学将编码酶X的基因（目的基因）插入质粒P0，构建重组质粒Px，并转入大肠杆菌。该同学设计引物用PCR方法验证重组质粒构建成功（引物1~4结合位置如图所示，→表示引物5＇→3＇方向）。回答下列问题：
(1)PCR是根据DNA复制原理在体外扩增DNA的技术。在细胞中DNA复制时解开双链的酶是 ，而PCR过程中解开双链的方法是 。
(2)PCR过程中，因参与合成反应、不断消耗而浓度下降的组分有 。
(3)该同学进行PCR实验时，所用模板与引物见下表。实验中①和④的作用是： ；②无扩增产物，原因是 ；③、⑤和⑥有扩增产物，扩增出的DNA产物分别是 。
管号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
模板 无 P0 Px 无 P0 Px
引物对 引物1和引物2 引物3和引物4
(4)设计实验验证大肠杆菌表达的酶X有活性，简要写出实验思路和预期结果 。
4．（2025·安徽·高考真题）稻瘟病是一种真菌病害，水稻叶片某些内生放线菌对该致病菌有抑制作用。科研小组分离筛选出内生放线菌，并开展了相关研究。回答下列问题。
(1)采集有病斑的水稻叶片，经表面消毒、研磨处理，制备研磨液。此后，采用 （填方法）将研磨液接种于不同的选择培养基，分别置于不同温度下培养，目的是 。
(2)经筛选获得一株内生放线菌，该菌株高效合成铁载体小分子，能辅助内生放线菌吸收铁离子。R基因是合成铁载体的关键基因之一。科研小组构建R基因敲除株，探究铁载体的功能。主要步骤如下：首先克隆R基因的上游片段R-U和下游片段R-D；然后构建重组质粒；最后利用重组质粒和内生放线菌DNA片段中同源区段可发生交换的原理，对目标基因进行敲除。如图1所示。
采用PCR技术鉴定R基因的敲除结果。PCR通过变性、复性和延伸三步，反复循环，可实现基因片段的 。R基因敲除过程中，可发生多种形式的同源区段交换，PCR检测结果如图2所示，其中R基因敲除株为菌落 （填序号），出现菌落④的可能原因是 。
(3)内生放线菌和稻瘟病致病菌的生长均需要铁元素。科研小组推测该内生放线菌通过对铁离子的竞争性利用，从而抑制稻瘟病致病菌生长。设计实验验证该推测，简要写出实验思路 。
对点特训——题型能力突破
1．潮汕地区的马路绿化带中常可见秋海棠。某研究小组以秋海棠幼苗为材料，采用盆栽实验探究了叶面喷施外源脱落酸（ABA）对铅（Pb）胁迫下秋海棠光合特性的影响，净光合速率（Pn）和气孔导度（Gs）如下图所示。回答下列问题：
(1)本实验的自变量是 。
(2)叶绿素主要吸收 光，其在秋海棠细胞中分布的具体部位是 。随着Pb胁迫浓度的逐渐增加，秋海棠叶绿素含量先上升后下降，并在Pb胁迫浓度为1000mg/kg时达到峰值，2000mg/kg时降至最低，该实验现象支持图1结果，判断依据是 。喷施外源ABA的秋海棠叶片Pn均大于未喷施组，结合图2分析原因是 。
(3)有研究表明，H2S能提高Pb胁迫下的秋海棠光合作用速率，但不能完全恢复。请以秋海棠幼苗为材料，设计实验验证该结论，简要写出实验思路： 。
2．黄芪是一种重要的药材，其产地不定期间歇式降雨造成了植物干旱复水循环，为研究黄芪间歇降雨的干旱胁迫机制，对黄芪进行了反复干旱胁迫处理：种苗定植前记为A0期，定植后待植株返青，苗长到与移栽时根长等高记为A1期，此时进行干旱胁迫处理至地上部叶片完全脱落，茎枯黄时记为B0期，再次浇水使植株返青，苗长到与移栽时根长等高记为B1期，再进行下一轮干旱胁迫，到C1时幼苗死亡。表中电导率越大说明生物膜损伤程度越大，图中两种物质是与黄芪药效有关的次生代谢物。回答下列问题：
处理时期 土壤含水量/% 电导率/%
A0 71.30 11.00
A1 66.68 9.00
B0 30.60 13.00
B1 69.43 10.00
C0 25.30 14.00
C1 68.91 80.00
(1)由表可知，相较于A1，B0时的土壤含水量和黄芪幼苗的电导率的变化依次是 ，该结果会导致黄芪光反应速率 ，判断的理由是 ，同时光合作用的暗反应速率 ，从含水量角度推测其原因是 。
(2)实验过程中检测黄芪细胞内脯氨酸、苹果酸及谷氨酸在干旱胁迫后显示出增加的趋势，这对植物适应干旱是 （填“有利”“有害”或“无影响”）的，判断的理由是 。由图可知，黄芪的另外一种抗旱机制是 。
(3)由图可知，若要增加黄芪的药效，可采取的措施是 。有人认为干旱处理也会影响光合色素的含量，请简要写出验证该观点的实验思路： 。
3．所造成的温室效应等全球气候变化已经成为人类所面临的重大问题，光合作用在促进碳中和方面发挥着重要作用。回答下列问题。
(1)科研人员比较了不同水生植物和陆生树木的固碳能力，结果如表。研究结果显示，与陆生植物相比，水生植物固碳能力更 (“大”或“小”)，依据是 。
不同种植物 光合净同化量 日固碳量 日释氧量
香蒲 230.88 10.16 7.16
芦苇 431.76 19.00 13.38
中山杉
小叶榕 83.20 2.93 2.13
(2)小球藻是一种光合效率极高的单细胞绿藻，在碳中和领域展现出巨大应用潜力。某研究团队设计并进行了以下实验。在适宜光照和温度下，测定小球藻在普通空气(CO2浓度约0.03%)和模拟不同CO2浓度的燃煤烟气中的碳固定速率，结果如图。小球藻固定CO2的场所是 ，将碳储存在糖类等有机物中所需的还原剂是 。请结合本实验数据和光合作用原理，阐释大规模培养小球藻等微藻在实现“碳中和”目标中的重要作用是 。
(3)光合作用吸收大气中CO2的同时，还会释放O2补充到大气中。若以小球藻为实验材料，用同位素示踪的方法，验证光合作用中O2来自H2O而不是CO2，请写出简单的实验思路和预期的实验结果 。
4．光抑制是指植物吸收的光能超过光合系统所能利用的能量时，光合功能下降的现象。图1为光合作用的部分过程，光抑制主要发生在光系统Ⅱ（PSⅡ），当电子积累过多时，会产生大量活性氧使PSⅡ变性失活。铁氰化钾（MSDS）是一种电子受体，为研究铁氰化钾对植物光抑制现象的影响，研究人员以真核微藻为材料进行了相关实验，结果如图2。回答下列问题：
(1)PSⅠ、PSⅡ在叶绿体中分布的位置是 。PSⅡ上产生的电子（e ）和H 分别用于 、 。
(2)结合图1和题干信息分析，光抑制发生时，PSⅡ变性失活的原因是 ；从电子传递的角度推测，MSDS缓解光抑制的机理可能是 。
(3)图2所示的实验自变量是 ，当光照强度大于I 时，对照组光合放氧速率下降的原因是 。
(4)若要进一步探究MSDS浓度对真核微藻光抑制的影响，实验设计的思路是 ；预期结果是 （答出一种即可）。
5．某种蟹(XY型性别决定)有三种体色：浅体色、中间体色和深体色，研究发现体色与其产生的色素化合物(非蛋白质类)有关，由一组等位基因TS、TZ、TQ决定，另一对等位基因B/b对蟹的存活有影响，这两对等位基因均不位于Y染色体上。相关性状与基因的关系如下图。
某兴趣小组用甲(深体色雌性)、乙(中间体色雄性)、丙(浅体色雄性)为亲本进行了几组杂交实验，过程如下表所示。回答下列问题：
组别 杂交组合 成年子代表型及比例
组一 甲(深体色雌性)×乙(中间体色雄性) 深体色雌性：深体色雄性=2：1
组二 甲(深体色雌性)×丙(浅体色雄性) 深体色雌性：深体色雄性=2：1
组三 组一F1深体色雌性×组二F1深体色雄性 深体色雌性：中间体色雌性：深体色雄性：中间体色雄性=12：4：9：3
(1)控制螃蟹的体色的三个基因之间的显隐性关系是 。根据基因对此螃蟹体色的控制可以体现出，基因控制性状的方式之一是 。
(2)成年螃蟹体色的基因型共有 种。组一亲本甲乙的基因型为 ，组三杂交组合成年子代深体色个体中纯合子占 。
(3)现有一只深体色雌性蟹，欲用最简便的方法判断其是否携带b基因，请写出实验思路、预期结果及结论：
①实验思路： 。
②预期结果及结论： 。
(4)通过调查发现，在有天敌的水体中该螃蟹种群Tz基因频率上升，其原因可能是 。
6．果蝇的体色和眼色受两对基因控制。体色由常染色体上的等位基因 （A/a）控制，灰体对黑檀体为显性；眼色由X染色体上的等位基因 （E/e）控制，红眼对白眼为显性。野生型为灰体红眼，研究发现，当a和e 两种基因均为隐性纯合时个体无法存活。现有两个纯合的甲 （黑檀体红眼）、乙（灰体白眼）品系突变体雌雄果蝇若干，进行了以下实验：
实验一: 甲（♀）×乙（♂） →F1均为灰体红眼
实验二：F1（♀）F1（♂）→F2表型及比例为：灰体红眼♀：灰体红眼♂：灰体白眼♂: 黑檀体红眼♀: 黑檀体红眼♂=6:3:3:2:1。请分析回答:
(1)实验一中甲的基因型为 ，乙的基因型为 。
(2)实验二的F2中缺失的表型是 。
(3)为进一步验证a和e基因同时隐性纯合致死的结论，请利用本题中的甲、乙两个纯合品系为实验材料，设计杂交实验，通过观察F2表型及比例来验证上述结论，写出实验思路并预测实验结果。
实验思路： 。
预测结果： 。
7．科研人员以ZW型性别决定的鸟类为研究对象，发现其羽毛颜色红羽、白羽由常染色体上的A/a基因控制（a是A替换了某个碱基形成的，具有M酶的酶切位点），羽形（长羽、中羽、短羽）由Z染色体上的B/b基因控制，羽毛长短由B基因的个数决定，无B基因时表现为短羽。进一步研究发现，某条性染色体上存在一段特殊序列（En-hW，书写基因型时将其写在性染色体的右上角），个体中有En-hW存在时B基因能够双倍表达。实验小组用纯合红羽短羽雌性与纯合白羽长羽雄性杂交，F1中雌性个体全部为红羽长羽，雄性个体全部为红羽中羽。F1雌雄个体随机交配产生F2，不考虑性染色体的同源区段。回答下列问题：
(1)由题可知，En-hW位于 染色体上，亲本基因型为 ，F2中纯合的红羽长羽雄占 。若从F2中随机选取一只红羽长羽雌性与一只白羽中羽雄性杂交，子代出现白羽中羽个体的概率为
(2)某科研小组得到2只红羽鸟和1只白羽鸟，为快速确定其基因型，提取了相关DNA用M酶切后进行电泳，结果如图所示，则红羽鸟是 。
(3)某科研小组欲利用基因敲除技术验证En-hW对B基因的调控作用，选用了某种基因型的雌性幼体设计相关实验，实验组操作如下：
组别1： （写出选择的雌性幼体的基因型及操作），预期表型为中羽；
组别2： （写出选择的雌性幼体的基因型及操作），预期表型为短羽。
8．豌豆花的位置腋生和顶生是一对相对性状，2025年研究人员从分子水平揭示了该性状的遗传机制。回答下列问题：
(1)在孟德尔的实验中，纯种腋生与纯种顶生的杂交结果如图1。然而，研究人员做相关实验时观察到有一些顶生品系（甲）自交，子代却出现了约25%的腋生，此现象 （填“能”或“不能”）用基因突变来解释。
(2)控制花的位置的主要基因位于4号染色体，用A/a表示，其结构见图2，A基因控制花的位置为腋生，从基因结构和基因表达的角度分析，a基因编码序列由于 ，导致其编码的蛋白质失效，从而表现为顶生。
(3)进一步研究发现，位于6号染色体的修饰基因B/b决定了a基因控制的性状是否可见，b基因会掩盖a基因控制的性状，即aabb表现为腋生，修饰基因B/b不会干扰A基因的表达，由此可知，第（1）小题中顶生品系（甲）的基因型为 。现有一基因型未知的纯合腋生品系（乙），实验室可提供纯合顶生品系，请设计最简单的实验鉴定乙的基因型，写出实验思路、预期结果及结论。
①实验思路： 。
②预期结果及结论：
若 ，则乙的基因型为aabb。
若F2中腋生∶顶生=3∶1，则乙的基因型为 。
若 ，则乙的基因型为 。
9．下丘脑参与调节多种生命活动。如图为人体部分生命活动调节示意图，其中①②③④表示相关过程，A、B、C、D表示相关激素。请回答下列问题：
(1)下丘脑的活动能够受到多种调节因子的调节，主要原因是 。临床上可通过抽取血样来检测内分泌系统中激素的水平，其理论依据是 。
(2)图中激素B、激素C都能促进 ，从而使机体产热增加。图中显示，调节激素B 和激素C分泌的方式分别属于 （填“神经调节”“体液调节”或“神经——体液调节”）。
(3)当血糖浓度降低时，下丘脑通过有关神经促进胰岛分泌激素D，该激素主要通过促进 ，使血糖浓度升高；此时，与该激素在调节血糖浓度方面有协同作用的激素有 （答出两点）。
(4)下丘脑和垂体之间存在神经联系和体液联系。若要验证下丘脑调节垂体分泌激素A的方式不是通过神经联系调节的，可利用小鼠进行实验，实验思路是 。
10．龙舟竞渡是端午节习俗之一，也是我国的传统的团体运动项目，比赛过程中的划桨动作包括“入水、抱水、拉桨、出水、空中移桨”五个步骤，需要神经系统进行精细调控。图1为拉桨动作的反射弧基本结构示意图，图2为电突触的示意图。
(1)比赛中，运动员根据鼓手的鼓声有节奏地用力划船，这一过程属于 ，同时伴随着心跳和血液循环加快，这是由于自主神经系统中 活动占优势导致的。
(2)“拉桨”时，图1中神经元c释放 （填“兴奋性”或“抑制性”）神经递质，使突触后膜电位变为 ，最终导致屈肌收缩。
(3)”出水”时需要及时终止拉桨，并迅速改为“空中移桨”，电突触在该过程中发挥重要的作用。与化学突触相比，兴奋在电突触传递更快的原因可能是 。
(4)某兴趣小组基于上述发现，欲探究兴奋在电突触的传递方向，以图2所示突触为实验对象，利用微电流计和电刺激仪器设计实验完成探究。实验设计思路： 。
11．病毒感染后，部分患者出现“细胞因子风暴”。过量的细胞因子影响患者的血管和血压，令被破坏的机体肿胀、发热以及疼痛，是引起急性呼吸窘迫综合征和多脏器衰竭的重要原因，其机制如图所示。回答下列问题：
(1)病毒可通过巨噬细胞 的作用，刺激辅助性T细胞开始 并释放细胞因子。
(2)“细胞因子风暴”属于 （填“正反馈”或“负反馈”）调节。过量的细胞因子会导致病变部位的血管通透性 （填“增大”“不变”或“变小”），使得病原体更容易进入血管，同时加速血管中液体的外渗，破坏组织。为缓解该症状，可注射 （填“细胞因子拮抗剂”或“细胞因子激动剂”）。
(3)研究发现，迷走神经可抑制巨噬细胞释放细胞因子。为验证该结论，设计实验如下：
①分组：甲组（正常小鼠+刺激迷走神经+病毒）、乙组（ +刺激+病毒）。
②检测指标：两组小鼠的 含量。
③预期结果：乙组该指标 （填“高于”或“低于”）甲组。
12．胰岛素在血糖调节中发挥着重要作用，葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）是一种细胞膜上的葡萄糖转运蛋白，蛋白M为胰岛素受体。图为胰岛素发挥作用的相关机理。请据图回答下列问题：
(1)下丘脑是调节血糖平衡的较高级中枢，除此以外，还是 （至少答出两项）等生命活动的调节中枢。
(2)饭后半小时血糖升高，一方面 细胞感知血糖升高，合成并分泌胰岛素，该调节方式为体液调节；另一方面使下丘脑的某个区域兴奋，通过迷走神经使胰岛素的分泌量增加，该调节方式为 。血糖下降后，胰岛素的作用结果反过来抑制胰岛素的分泌，这种调节机制是 。
(3)当胰岛素与蛋白M结合后，一方面会促进 ，从而促进了细胞对葡萄糖的摄取，另一方面会促进葡萄糖的氧化分解、 和 ，从而使血糖浓度降低。
(4)少数人感染某种病毒后导致机体免疫系统攻击胰岛B细胞而患糖尿病，已知该病毒不侵染胰岛B细胞，患者的免疫系统错误地将胰岛B细胞当作“非己”成分进行攻击，这属于 病，其原因可能是 。
(5)胰岛素受体功能异常也可以影响血糖的调节。利用基因工程方法制备的胰岛素受体功能受损的小鼠（简称为MKR小鼠），导致胰岛素靶细胞对胰岛素敏感性下降。某研究小组拟通过实验证明胰岛素受体功能在血糖调节中的作用，实验材料有实验前均禁食10小时的血糖浓度相等的MKR小鼠和正常小鼠各10只，血糖仪，胰岛素测量仪，葡萄糖溶液，注射器等，设计实验思路并预测结果。实验思路： 。实验结果： 。
13．新城疫病毒（NDV）属于溶瘤病毒，能特异性感染并裂解肿瘤细胞。科研人员将猪源GT基因插入NDV中，构建了重组病毒NDV-GT，NDV-GT中的猪源GT基因在肿瘤细胞内表达出α-Gal抗原，刺激人体产生抗α-Gal的抗体，引发抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）等机制，从而增强抗肿瘤效果。回答下列问题：
(1)图1表示研究人员用食蟹猴构建原发性肝细胞癌（HCC）的大致流程：利用CRISPR-Cas9系统，先通过sgRNA定位到Pten和p53基因，然后Cas9蛋白切割目标基因使其功能丧失。Cas9蛋白的作用相当于基因工程中的 酶，其切割的化学键是 。
(2)为使重组病毒复制出更多有活性的病毒颗粒，需要用到动物细胞工程中的 技术，在培养基中，除葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素外，还需添加 等天然成分；培养过程中需通入95%空气和5%CO2的混合气体，其中5%CO2的主要作用是 。
(3)图2为NDV-GT的构建及其作用机制示意图。
①NDV-GT能特异性感染肿瘤细胞，对正常细胞损伤较小。据图2信息推断，这种特异性最可能依赖于肿瘤细胞与正常细胞在 方面的差异。
A核糖体种类 B．细胞膜表面受体
C．DNA复制方式 D．线粒体数量
②图2中ADCP作用的发挥主要依赖于特异性免疫中的 （填“体液免疫”或“细胞免疫”）。
(4)研究人员以食蟹猴HCC模型研究了NDV-GT的体内抗肿瘤效果，他们将研究模型均分三组，分别用安慰剂（PBS）、NDV、NDV-GT三种疗法治疗3个月后，检测细胞凋亡情况和肿瘤大小，图3为细胞凋亡检测结果，图4为肿瘤大小的彩色超声图像。
综合图3、图4，实验结论是 。
(5)为验证“NDV-GT对正常肝细胞无明显毒性”，请以食蟹猴正常肝细胞为材料，设计简要实验思路 。
14．幽门螺旋杆菌（简称Hp）是引起人体很多消化道疾病的首要致病细菌，14C呼气试验是临床用于检测Hp感染的常用方法，被检者空腹，用水送服一粒含14C标记的尿素胶囊，半小时后用一次性吹气管向二氧化碳吸收剂中吹气，再将吹完气的样品交给医生做检测，若测定呼出的气体含有14CO2，则表明存在Hp感染。
(1)呼出的气体中含有的14CO2一定是由Hp而非人体产生的，这是因为只有Hp才可以合成 ，从而能将14C标记的尿素分解成和14CO2.
(2)Hp感染常用抗生素治疗，抗生素等抗菌剂的抑菌或杀菌作用的机理，主要是抑制细菌 合成，增强细胞膜通透性，干扰细菌蛋白质合成，以及抑制细菌DNA复制、转录等。
(3)为了进一步探究影响幽门螺旋杆菌生长繁殖的因素，某研究性学习小组在培养该菌过程中，发现在某种细菌（简称W菌）的周围，幽门螺旋杆菌的生长繁殖受到抑制。他们把W菌接种在专门的培养基上培养，一段时间后，除去W菌，在此培养基上再培养幽门螺旋杆菌，结果是幽门螺旋杆菌仍然不能正常生长繁殖。据材料分析，研究小组同学提出假设“W菌产生了不利于幽门螺旋杆菌生存的物质”。
试参照上述材料，设计实验验证研究小组同学的假设。简述实验思路： 。
15．白喉毒素A链（DTA）由白喉棒状杆菌的产毒菌株合成，毒性极强，能有效诱导细胞死亡。XRCC2启动子在正常细胞中表达水平很低，但在癌细胞中高表达。研究人员利用DTA基因和XRCC2启动子开展了相关研究，具体流程如下图。请回答下列问题。
(1)XRCC2启动子的功能是 。启动子的编码链与所在基因的编码链为同一条链，已知启动子编码链序列5'-GAGCATTAAAACTGAA……GACTGGCCGTAGAGTCTGCGCAG-3'，则过程①构建的一对引物序列为 。
①5'-GCATTAAAACTGAAGTGAAGTGA-3'
②5'-GCTAGCGAGCATTAAAACTGAAGT-3'
③5'-GGTACCCTGCGCAGACTCTACGGCC-3'
④5'-ACCGGTCTGCGCAGACTCTACGGCC-3'
(2)过程③应选用限制酶 切割，获得DTA基因，随后用 将两者进行连接。过程④之后，通常需要对重组质粒进行筛选，原因是 。
(3)培养基I中应添加 ，以筛选出成功导入质粒的大肠杆菌。从培养基I上挑取单菌落，经PCR验证为重组质粒后再转移至培养基Ⅱ中培养，培养的目的是 。
(4)研究人员提取大肠杆菌中的重组质粒，分别将0.05μg、0.1μg的重组质粒导入不同肿瘤细胞中，结果如图。
①对照组的处理条件是 。结果表明，4种肿瘤细胞中， （填字母）对XRCC2-DTA的表达产物最敏感。
②为验证XRCC2-DTA的表达产物仅杀伤肿瘤细胞而不杀伤正常细胞，请简要描述实验设计思路： 。
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21世纪教育网(www.21cnjy.com)专题四 开放设计型实验——创新构思与规范作答闯关
考情速递——命题规律深挖
考点 考题统计 命题规律 趋势预测
光合作用类实验设计 2025·黑吉辽蒙 2025·陕晋青宁 1.考点聚焦核心模块 2.考查核心逻辑固定，紧扣实验 “三要素”所有真题均以 “实验目的→自变量→因变量” 为锚点，要求考生围绕单一变量原则设计对照实验，核心考查实验思路构建、预期结果推导、结论归纳。 3.情境贴近科研实际，融合真实技术应用 命题情境多源自真实科研场景，强调 “原理→技术→应用” 的逻辑链。 4.设问方式模板化，侧重规范表达能力 高频设问包括 “实验思路设计”“预期结果与结论”“变量控制分析”，要求考生用标准化语言表述，同时结合图表分析实验数据，考查信息提取与逻辑转化能力。 5.验证性与探究性并重，凸显科学思维 验证性实验（如验证酶的催化作用、遗传定律）要求结果唯一，探究性实验（如探究物质对实验对象的影响）需分情况讨论结果（如 “若… 则…，若… 则…”），核心考查假说 - 演绎法、对照设计等科学思维。 1.情境更贴近现实需求，强化应用导向 未来命题将进一步聚焦碳中和、粮食安全、疾病防治等热点，引导考生用生物学实验解决实际问题。 2.跨模块融合加深，考查综合应用能力 可能出现 “光合作用 + 环境因素 + 基因工程”“遗传规律 + 生物技术 + 免疫调节” 的跨模块命题，要求考生整合多模块知识设计实验，打破模块壁垒。 3.新型技术融入升级，聚焦前沿方法 CRISPR-Cas9、siRNA 干扰、单细胞培养、荧光标记等前沿技术的考查频率将上升，命题会要求考生基于新技术的原理设计实验），凸显技术与实验设计的结合。 4.对实验规范性要求更高，细化操作细节 将更侧重实验步骤的可操作性表述（如 “如何控制无关变量”“检测指标的具体方法”），以及误差分析（如平行重复实验的意义、无关变量干扰的排除），要求考生写出 “可重复、可检测” 的完整实验流程。 5.探究性实验占比提升，强调逻辑严谨性 探究性实验的设问将更灵活，可能涉及 “未知变量的探究”“多因素交互作用分析”，要求全面考虑实验结果的多种可能性，推导严谨结论。
遗传类实验设计 2025·云南 2025·广西 2025·海南 2025·安徽 2025·全国二卷
动物生命活动调节类实验设计 2025·贵州 2025·河南 2025·全国二卷
生物技术与工程类实验设计 2025·安徽 2025·福建 2025·全国卷 2025·海南
真题溯源——解题思路拆解
考点01 光合作用类实验设计
1．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图（b）。回答下列问题。
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的 ，产物C3在光反应生成的 参与下合成糖类等有机物。
(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是 。
(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率 （填“增大”或“减小”）；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度 （填“大”“小”或“无法判断”）。
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果： 。
【答案】(1) 基质 ATP、NADPH
(2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快
(3) 减小 小
(4)实验思路：以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。
预期结果：植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W
【分析】光合作用的过程（1）光反应阶段：在类囊体的薄膜上进行。光合色素吸收光能的用途，一是将水分解为O2和H+，H+与氧化性辅酶NADP+结合，形成还原型辅酶NADPH。二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP和Pi反应形成ATP。（2）暗反应阶段：在叶绿体基质中进行。绿叶吸收的CO2，在特定酶的作用下与C5结合生成C3。C3接受ATP和NADPH提供的能量，并且被NADPH还原，一部分C3转化为糖类，另一部分C3被还原为C5。
【详解】（1）叶绿体中R酶催化CO2固定，二氧化碳固定属于暗反应过程，暗反应发生在叶绿体基质中。产物C3在光反应生成的ATP和NADPH的作用下合成糖类等有机物，其中ATP可以提供能量，NADPH作为还原剂并提供能量。
（2）结合图示和题干信息分析，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快，从而使得植株S叶片的净光合速率高于植株W。
（3）叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点，保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，二氧化碳竞争R酶的能力减弱，碳反应速率减小，因此植株S的净光合速率减小。相较于植株W，植株S在相同条件下气孔开度相对较大，有利于二氧化碳的吸收，因此植株S的净光合速率变化幅度较小。
（4）为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，还需要补充的一个实验组是构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株（假设为T），实验思路是以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。根据上述分析，G酶有利于光合作用的进行，因此预期结果是植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W。
2．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型（WT）获得该酶含量增加的转基因品系（S），并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率（如下图）和产量潜力。回答下列问题。
(1)Rubisco在叶绿体的 中催化 与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成（CH2O），这一过程中能量转换是 。
(2)据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于 不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是 。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是 。
(3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。
【答案】(1)基质 C5 ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物（CH2O）中稳定的化学能
(2) 光照强度 CO2浓度 曲线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高。
(3)用14C标记CO2，分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下，定时检测C3放射性强度，比较S植株与WT的C3生成速率。
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH和ATP被还原。
【详解】（1）Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶，暗反应的场所是叶绿体基质，因此Rubisco在叶绿体基质中催化C5与CO2结合生成C3。在C3的还原过程中需要ATP和NADPH提供能量，部分产物经过一系列反应形成（CH2O），这一过程中能量转换是ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物（CH2O）中稳定的化学能。
（2）①②曲线的自变量是有无补光（光照强度），②③曲线的自变量是有无转入Rubisco基因（Rubisco的含量）。据图分析，当胞间CO2浓度低于B点时，曲线②高于③，是因为②中Rubisco的含量多，固定CO2的能力强，当胞间CO2浓度高于于B点时，曲线②与③重合，说明Rubisco的量已经不是限制光合速率的因素，而曲线①的光合速率高于曲线②③，曲线①的有较高的光照强度，因此曲线②与③重合是由于光照强度不足。曲线①的光照强度高于②，但是A点之前曲线①和②重合，光照强度不是限制因素，此时最主要限制因素是CO2浓度。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是曲线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高。
（3）研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。要验证此结论，实验思路为：用14C标记CO2，分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下，定时检测C3放射性强度，比较S植株与WT的C3生成速率。
3．（·海南·高考真题）海南是我国芒果（也称杧果）的重要种植地，芒果的生长和果实储藏受诸多因素影响。回答下列问题：
(1)芒果的生长依赖于光合作用：光合作用必需的酶分布在叶绿体的 和 。
(2)生产中用植物生长调节剂乙烯利浸泡采摘后的芒果，可促进果实成熟，原因是 。
(3)为延长芒果的储藏期，应减弱芒果的呼吸作用，其目的是 。从环境因素考虑；除了降低温度外，减弱芒果呼吸作用的措施还有 （答出1点即可）。
(4)芒果在冷藏期间呼吸速率会降低，有利于保鲜。但芒果对低温敏感，冷藏期间易受到冷害，导致呼吸速率持续下降，影响果实品质。为了探究冷藏前用褪黑素处理芒果是否具有减轻冷害的作用，请以呼吸速率为测定指标，简要写出实验设计思路、预期结果和结论 （注：褪黑素可用蒸馏水配制成溶液）。
【答案】(1) 类囊体薄膜 基质
(2)乙烯利能释放出乙烯促进果实的成熟
(3) 减少有机物的消耗 降低氧浓度
(4)实验设计思路为：将采摘后的生长状况相同的芒果均分为两组，标记为甲组和乙组，甲组用褪黑素进行处理,乙组不做处理,两组在相同条件下进行冷藏，实验开始及之后每隔一段时间测定甲、乙两组水果的呼吸速率
预期结果和结论：若甲组呼吸速率高于乙组，说明用褪黑素处理芒果具有减轻冷害的作用；若甲组呼吸速率与乙组相差不多，说明用褪黑素处理芒果不具有减轻冷害的作用；若甲组呼吸速率低于乙组，说明用褪黑素处理芒果加重了冷害的作用
【分析】1、乙烯主要作用是促进果实成熟，此外，还有促进老叶等器官脱落的作用。
2、细胞呼吸的原理在生活和生产中得到了广泛的应用。生活中，馒头、面包、泡菜等许多传统食品的制作，现代发酵工业生产青霉素、味精等产品，都建立在对微生物细胞呼吸原理利用的基础上。在农业生产上，人们采取的很多措施也与调节呼吸作用的强度有关。例如，中耕松土适时排水，就是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长；在储藏果实、蔬菜时，往往需要采取降低温度、降低氧气含量等措施减弱果蔬的呼吸作用，以减少有机物的消耗。
【详解】（1）光合作用包括光反应和暗反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应的场所发生在叶绿体基质，两个过程都需要酶的催化作用，因此光合作用必需的酶分布在叶绿体的类囊体薄膜和叶绿体基质中
（2）乙烯利与水或含羟基化合物反应放出乙烯，乙烯能够促进果实成熟。
（3）呼吸作用会分解有机物，为延长芒果的储藏期，应减弱芒果的呼吸作用，减少有机物的消耗。影响细胞呼吸的环境因素包括温度、水、氧浓度和二氧化碳浓度等，除了降低温度减弱呼吸作用外，减弱芒果呼吸作用的措施可以通过降低氧浓度。
（4）根据题意，该实验的目的是探究冷藏前用褪黑素处理芒果是否具有减轻冷害的作用，实验的自变量是冷藏前是否用褪黑素处理，因变量为呼吸速率。实验设计遵循单一变量和对照性原则，那么实验设计思路为：将采摘后的生长状况相同的芒果均分为两组，标记为甲组和乙组，甲组用褪黑素进行处理,乙组不做处理,两组在相同条件下进行冷藏，实验开始及之后每隔一段时间测定甲、乙两组水果的呼吸速率。
预期实验结果及结论：若甲组呼吸速率高于乙组，说明用褪黑素处理芒果具有减轻冷害的作用；若甲组呼吸速率与乙组相差不多，说明用褪黑素处理芒果不具有减轻冷害的作用；若甲组呼吸速率低于乙组，说明用褪黑素处理芒果加重了冷害的作用。
考点02 遗传类实验设计
1．（2025·海南·高考真题）我国利用航天优势开展玉米诱变育种，获得多个雄性不育突变体和矮秆突变体。回答下列问题。
(1)研究人员将玉米种子随机分为两份，一份送到太空，另一份保存在地面种子站，其目的是 。太空诱变可导致一个基因发生不同的突变获得相关突变体，这说明基因突变具有的特点是 。
(2)将雄性不育植株P1（aa）与可育植株P2（AA）杂交得到F1，F1自交得到F2。利用PCR技术分别扩增植株P1和P2的SSR（染色体上特定DNA序列），分别获得100 bp和135 bp的产物。若同样扩增F2，则F2中同时获得100 bp和135 bp的植株比例为 。
(3)甲是太空诱变获得的雄性不育株，乙是同群体某一可育株。某团队开展以下2个实验：
实验① 甲与乙杂交
实验② 乙自交
根据实验①和②的结果，得出雄性不育性状是隐性性状的结论，支持这一结论的实验结果是 。
(4)已知玉米株高和育性这两对性状独立遗传，可育对不育为显性，但高秆和矮秆的显隐性未知。现有纯合的高秆可育、高秆不育和矮秆可育品系，合理选用这些材料，通过育种技术培育纯合矮秆不育品系的实验思路是 。
【答案】(1) 设置对照实验 不定向性
(2)1/2
(3)实验①和实验②后代都为雄性可育；或实验①后代为雄性可育：雄性不育=1:1，实验②后代为雄性可育：雄性不育=3:1
(4)将纯合的高秆不育和矮秆可育植株杂交，若F1表现为高秆可育，则将F1自交得到F2，F2中出现的矮秆不育植株即为目标品系；若F1表型为矮秆可育，则将进行花药离体培养，获得单倍体幼苗，然后用秋水仙素或低温处理幼苗使染色体数目加倍，出现的矮秆不育植株即为目标品系
【分析】基因分离定律和自由组合定律的实质：进行有性生殖的生物在进行减数分裂形成配子的过程中，位于同源染色体上的等位基因随同源染色体分离而分离，分别进入不同的配子中，随配子独立遗传给后代，同时位于非同源染色体上的非等位基因进行自由组合。
【详解】（1）将种子分为太空组和地面组，目的是设置对照（排除其他因素干扰，验证太空诱变的效果）；基因突变的 不定向性 指的是一个基因可以向多个不同的方向发生突变，而太空诱变可导致一个基因发生不同的突变获得多个突变体，说明基因突变具有不定向性的特点。
（2）F1基因型为 Aa，自交后 F2 基因型及比例为 AA:Aa:aa=1:2:1。利用PCR技术分别扩增植株P1和P2的SSR（染色体上特定DNA序列），分别获得100 bp （对应雄性不育植株P1（aa）两条染色体上的SSR都为100 bp ）和135 bp的产物（对应可育植株P2（AA）两条染色体上的SSR都为135 bp）。（100 bp与 a 基因，135 bp与 A 基因的行为存在平行关系，为方便计算和理解，假设 100 bp对应 a 基因，假设135 bp对应 A 基因）所以若同样扩增F2，则F2中同时获得 100 bp和 135 bp的植株比例（可以理解为F2中出现植株基因型为 Aa的概率）为1/2。
（3）若雄性不育是隐性性状，则甲为隐性纯合子，则乙可育株为显性性状，其可为杂合子，也可为纯合子，若乙为杂合子，则实验①甲与乙杂交（杂合子测交）的后代为雄性可育：雄性不育=1：1，实验②乙自交（杂合子自交）的后代为雄性可育：雄性不育=3：1；若乙为纯合子，实验①甲与乙杂交（纯合子测交）和实验②乙自交（纯合子自交）后代都为雄性可育。
（4）欲获得纯合矮秆不育品系，可将纯合的高秆不育和矮秆可育植株杂交，若F1表现为高秆可育，说明高秆为显性，矮秆为隐性，则将F1自交得到F2，F2中出现的矮秆不育植株即为目标品系；若F1表型为矮秆可育，说明矮秆为显性，高秆为隐性，为培育纯合矮秆不育品系，不能将F1自交得到F2，因为F2中出现的矮秆不育植株为杂合子，所以将进行花药离体培养，获得单倍体幼苗，然后用秋水仙素或低温处理幼苗使染色体数目加倍，出现的矮秆不育植株即为目标品系。
2．（2025·江西·高考真题）流行病学调查在传染病防治中具有重要意义。AB基因编码的AB蛋白是致病菌W的一种特异性分泌蛋白。为构建快速检测致病菌W感染的血清学诊断技术(一种抗原抗体特异性反应技术)，研究人员从致病菌W中克隆AB基因，构建表达载体，导入原核宿主E，诱导后，分析表达情况(如表)。
细胞 AB基因的mRNA AB蛋白
致病菌W 十 十
宿主E — —
工程菌 十 —
注：“十”表示有检出，“—”表示未检出
回答下列问题：
(1)根据中心法则，结合表中数据判断，AB基因在工程菌中能进行 ，但不能进行有效的 。
(2)分析发现，致病菌W合成AB蛋白时，某些氨基酸使用的部分密码子在宿主E中的使用频率低(称为该物种的稀有密码子，如表中密码子CGG在宿主E中为稀有密码子)。从蛋白质合成条件的角度分析，形成这一现象的原因是宿主E中缺乏 。
精氨酸的密码子 密码子使用频率(10-3)
致病菌W 宿主E
CGA 7.2 4.3
CGC 28.5 26.0
CGG 24.7 4.1
CGU 8.5 21.1
AGA 1.3 1.4
AGG 3.2 1.6
(3)进一步分析发现，宿主E缺乏高效表达GC含量过高的外源基因所需要的机制。已知AB基因的GC含量较高，为在宿主E中实现AB蛋白的高效表达，可将精氨酸密码子CGG的使用进行优化，从第(2)题表中选择最佳密码子为 。
(4)现有一位体内未检测到致病菌W的人。为了解此人是否有致病菌W感染史，设计一个直接利用AB蛋白的血清学诊断实验。①简要写出实验思路： ；②预测实验结果： ；③分析实验结果： 。
【答案】(1) 转录 翻译
(2)该密码子所对应的tRNA
(3)CGU
(4) 取此人血清，与AB蛋白混合， 观察是否发生抗原-抗体反应（或是否出现沉淀现象） 若发生抗原-抗体反应（出现沉淀），此人有致病菌W感染史；若不发生抗原-抗体反应（不出现沉淀），此人没有致病菌W感染史 若此人有致病菌W感染史，血清中存在AB蛋白的相应抗体，AB蛋白能与抗体反应形成沉淀。若此人无致病菌W感染史，血清中不存在AB蛋白的相应抗体，不会形成沉淀
【分析】转录过程以四种核糖核苷酸为原料，以DNA分子的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下消耗能量，合成RNA。翻译过程以氨基酸为原料，以转录过程产生的mRNA为模板，在酶的作用下，消耗能量产生多肽链。
【详解】（1）结合表中数据可知，工程菌中含有AB基因的mRNA，说明AB基因在工程菌中能进行转录。工程菌中没有AB蛋白，说明该基因不能进行有效的翻译。
（2）蛋白质合成过程中，需要tRNA搬运氨基酸，致病菌W合成AB蛋白时，某些氨基酸使用的部分密码子在宿主E中的使用频率低，形成这一现象的原因是宿主E中缺乏该密码子所对应的tRNA。
（3）进一步分析发现，宿主E缺乏高效表达GC含量过高的外源基因所需要的机制，AB基因的GC含量较高，精氨酸密码子CGG的GC含量高，精氨酸密码子还有CGU（GC含量降低，可使该基因在在宿主E中高效表达），要对精氨酸密码子CGG的使用进行优化，选择最佳密码子为CGU。
（4）血清学诊断是利用抗原-抗体反应，AB蛋白可作为抗原，若有病菌W感染史，体内会产生相应抗体，能与AB蛋白发生特性结合，并形成沉淀，故实验思路为：取此人血清，与AB蛋白混合， 观察是否发生抗原-抗体反应（是否出现沉淀）。若此人有致病菌W感染史，血清中存在AB蛋白的相应抗体，AB蛋白能与抗体反应形成沉淀。若此人无致病菌W感染史，血清中不存在AB蛋白的相应抗体，不会形成沉淀。
3．（2025·安徽·高考真题节选）水稻籽粒外壳（颖壳）表型有黄色、黑色、紫色和棕红色等，种植颖壳表型不同的彩色稻，既可满足国家粮食安全需要，又可形成优美画卷，用于旅游开发。回答下列问题。
(1)研究发现，水稻颖壳的紫色、棕红色、黄绿色和浅绿色的形成与类黄酮化合物的代谢有关。假设显性基因C、R、A控制颖壳色素的形成，且独立遗传，相应的隐性等位基因不具有该效应。色素合成代谢途径如图。
现有基因型为CcRrAa与CcRraa的两品种水稻杂交，F1中颖壳表型为紫色、棕红色、黄绿色和浅绿色的比例为 。F1中，颖壳颜色在后代持续保持不变的个体所占比例为 。
(2)野生稻的颖壳为黑色，经过突变和驯化，目前栽培稻的颖壳多为黄色。黑色和黄色颖壳由一对等位基因控制，且黑色（Bh）对黄色（bh）为显性。科研小组对多个品种进行分析，发现有两个黄色颖壳突变类型（栽培稻1、2），推测两者的突变可能是来自同一个基因。设计一个杂交实验，以验证该推测，并说明判断理由 。
【答案】(1) 9：9：6：8 11/32
(2)栽培稻1和栽培稻2杂交，统计子代表型。若子代颖壳全为黑色，则两者的突变不是来自同一个基因；若子代颖壳全为黄色，两者的突变可能是来自同一个基因
【分析】1、基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。
2、DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变，叫作基因突变。
【详解】（1）据色素合成代谢途径图可知，颖壳颜色紫色、棕红色、黄绿色和浅绿色对应的基因型分别是C_R_A_、C_R_aa、C_rr_ _、cc_ _ _ _ ，三对基因独立遗传，可以单独考虑各对基因的遗传。CcRrAa与CcRraa杂交，单独考虑C/c，子代基因型及比例为3C_：1cc；单独考虑R/r，子代基因型及比例为3R_：1rr；单独考虑A/a，子代基因型及比例为1Aa：1aa。三对基因自由组合，故F1中颖壳表型为紫色（C_R_A_）、棕红色（C_R_aa）、黄绿色（C_rr_ _）和浅绿色（cc_ _ _ _ ）的比例为9：9：6：8。F1中颖壳颜色在后代持续保持不变的个体比例为8cc_ _ _ _ ：2CCrr_ _ ：1CCRRaa，故这些个体所占比例为：11/（9+9+6+8）=11/32。
（2）依题意，黑色对黄色为显性，若栽培稻1、2都是由Bh基因突变而来，则栽培稻1的基因型可假设为bh1bh1、栽培稻2的基因型可假设为bh2bh2。栽培稻1、2杂交，子代基因型为bh1bh2，全表现黄色；若栽培稻1、2不是由同一个基因突变而来，则可假设栽培稻1的基因型为AhAhbhbh，栽培稻2的基因型为ahahBhBh，栽培稻1、2杂交，子代基因型为AhahBhbh，全表现黑色。
4．（2025·广西·高考真题）某植物（XY型）的花色受2对等位基因（E/e和R/r）控制，遵循自由组合定律。已知E/e基因位于常染色体上，该植物花色产生机制见图（不考虑XY同源区段、染色体交换情况）。回答下列问题：
(1)将红花雌、雄株杂交，子一代表型及比例为红花：黄花：白花=9：3：4，据此不能确定R/r基因位于常染色体上，理由是 。对子一代的雌株作进一步分析：若 ，则说明R/r基因位于X染色体上；若 ，则说明R/r基因位于常染色体上。
(2)实验分析确定E/e与R/r基因都位于常染色体上。在某红花雌、雄株繁殖的子代群体中，红花占比显著降低。经初步研究确定是常染色体上的g基因发生显性突变，产生了抑制作用，被抑制的基因不能表达，但未知被抑制的是E还是R基因。
①生物兴趣小组选取基因型EERRgg与eerrGg为亲本，探究G基因的抑制对象。写出实验思路、预期结果和结论 。
②再选用基因型EeRrGg的雌、雄株为亲本进行杂交，子一代的表型及比例为红花：黄花：白花=3：9：4.请在答题卡作图区画出EeRrGg个体的基因在染色体上可能的位置关系图（用“○”表示细胞，用“‖”表示1对同源染色体），并用文字说明基因间的抑制关系及位置情况 。
【答案】(1) 未统计子一代不同性别的表型比例，无法确定基因位置 红花：白花=3：1 红花：黄花：白花=9：3：4
(2) 将亲本杂交，统计子代表型及比例。若子代中红花：白花=1：1，则G基因抑制E基因的表达；若子代中红花：黄花=1：1，则G基因抑制R基因的表达 G基因抑制R基因的表达。E和g，e和G分别位于一对同源染色体的两条染色体上，R/r位于另一对染色体上，或R和g，r和G分别位于一对同源染色体的两条染色体上，E/e位于另一对染色体上
或
【分析】根据图中信息可知，当该植物内同时存在E、R基因时表现为红花，只有E基因时表现为黄花，无E基因时表现为白花。
【详解】（1）根据子一代表型及比例为红花：黄花：白花=9：3：4，可知R/r和E/e位于两对染色体上，已知E/e位于常染色体，则R/r可以位于其他常染色体或性染色体上，未统计不同子一代不同性别的表型比例，无法确定基因位置。根据子一代表型及比例为红花：黄花：白花=9：3：4，可以知道亲本两对基因均为杂合子。若R/r基因位于X染色体上，则亲本基因型为EeXRXr×EeXRY，子一代雌株中E_：ee=3：1，XRXR：XRXr=1：1，则表型及比例为红花：白花=3：1。若R/r基因位于常染色体上，则亲本基因型为EeRr×EeRr，则子一代雌株表型及比例为红花：黄花：白花=9：3：4（雌雄均为该比例）。
（2）①将亲本EERRgg与eerrGg杂交，统计子代表型及比例，可以根据结果判断G基因的抑制对象。由于子代基因型为EeRrGg：EeRrgg=1：1，其中EeRrgg总表现为红花；当G基因抑制E基因的表达时，EeRrGg表现为白花；当G基因抑制R基因的表达时，EeRrGg表现为黄花。即若子代中红花：白花=1：1，则G基因抑制E基因的表达；若子代中红花：黄花=1：1，则G基因抑制R基因的表达。
②根据基因型EeRrGg的雌、雄株为亲本进行杂交，子一代的表型及比例为红花：黄花：白花=3：9：4，可以判断：其中两对基因存在连锁关系，且根据红花变少的比例变成黄花，可知G基因抑制的是R基因的表达。由前文已知E/e和R/r独立遗传，则只考虑这两对基因子一代基因型及比例为：E_R_：E_rr：eeR_：eerr=9：3：3：1，结合现有表现红花：黄花：白花=3：9：4，可以推测E_R_的9份中有6份由于G的抑制表现为黄花。E_R_中的基因型有4EeRr、2EERr、2EeRR、1EERR，要使其中6份含有G基因，可以使G基因与e或r连锁。因此E和g，e和G分别位于一对同源染色体的两条染色体上，R/r位于另一对染色体上，或R和g，r和G分别位于一对同源染色体的两条染色体上，E/e位于另一对染色体上。基因的位置如下图：
或 。
5．（2025·云南·高考真题）冬瓜果面有蜡粉可提高果实抗病、耐日灼和耐储性。为探究冬瓜果面蜡粉的遗传方式并对蜡粉基因（用“A”“a”表示）进行定位，科研人员进行了一系列杂交实验，结果如表。
群体 植株总数/株 果面有蜡粉株数/株 果面无蜡粉株数/株
P1 30 30 0
P2 30 0 30
F1 523 523 0
F2 574 430 144
注：F1为P1和P2杂交后代，F2为F1自交后代。
回答下列问题：
(1)根据杂交结果可知，果面蜡粉的遗传遵循基因的 定律，依据是 。
(2)实验证明蜡粉性状的改变是由基因突变引起的，突变基因上出现了一个限制酶H的切割位点，可用于在苗期筛选出果实表面有蜡粉的植株，据此设计引物后进行植株基因型鉴定的步骤为：提取基因组DNA→ 目的DNA片段→限制酶H切割扩增产物→电泳。结果显示P1植株为1条条带，P2植株为2条条带，则F2中有蜡粉的植株为 条条带，限制酶H的切割位点位于 （填“A”“a”或“A和a”）上。
(3)用表中材料设计实验，验证（1）中得到的结论，写出所选材料及遗传图解。
【答案】(1) 分离 F2中出现3:1的性状分离比，符合一对等位基因的遗传规律
(2) PCR扩增 1或3 a
(3)选用材料：F1植株和P2植株
遗传图解
【分析】基因分离定律：在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。
【详解】（1）根据杂交结果可知，果面蜡粉的遗传遵循基因的分离定律，因为F1自交得到的F2中，果面有蜡粉株数与果面无蜡粉株数之比约为3：1（430：144≈3：1），符合基因分离定律中杂合子自交后代性状分离比3：1的比值。
（2）要进行植株基因型鉴定，在提取基因组DNA后，需要通过PCR扩增目的DNA片段。P1植株为1条条带，P2植株为2条条带，说明P1为纯合子且其基因不能被限制酶H切割（假设P1基因型为AA），P2为纯合子且其基因能被限制酶H切割（假设P2基因型为aa），限制酶H的切割位点位于a上。F1基因型为Aa，F2中有蜡粉的植株基因型为AA或Aa。AA只有1条条带（不能被切割），Aa会有3条条带（A不能被切割为1条，a被切割为2条），所以F2中有蜡粉的植株为1条或3条条带。
（3）验证分离定律，采用测交的方法，所选材料：F1Aa与P2aa（测交实验可以验证基因的分离定律）。
6．（2025·全国卷·高考真题）水稻为一年生植物，每次收获后需要重新播种。我国科学家展开了培育多年生水稻的相关研究。
(1)甲品系具有地下茎，地下茎可使水稻进行无性繁殖，从而具备多年生特性。将无地下茎的乙品系与甲品系进行如下图所示的杂交实验。结果显示，F2的性状分离比接近 ，由此判断这一相对性状由位于非同源染色体上的2对等位基因控制。
(2)若要进一步验证上述结论，可设计的杂交方案和预期结果为 。研究者将2个控制地下茎的基因分别命名为R2和R3。
(3)DNA中存在许多简单重复序列（SSR），可作为基因定位的分子标记。通过对F2群体分子标记与表型的关联性分析，最终确定了R2和R3的位置，甲品系的基因和SSR在染色体上的位置关系如下图所示，乙品系的相关分子标记用小写字母表示，如m1。
F1在减数分裂过程中，有16.2%的初级精母细胞在R2基因和M1标记之间发生了一次互换，推测F1雄配子中m1R2配子所占比例为 %。
(4)由于乙品系高产、口感好，且生育周期短，能实现一年两熟甚至三熟，适合在我国大面积种植。欲利用杂交育种，培育可稳定遗传的具有地下茎的新型乙品系，请完善育种流程。
【答案】(1)9:7
(2)将F1与乙品系进行测交，预期结果为子代中有地下茎与无地下茎的比例为1:3
(3)4.05
(4)
【分析】基因分离定律和自由组合定律的实质：进行有性生殖的生物在进行减数分裂产生配子的过程中，位于同源染色体上的等位基因随同源染色体分离而分离，分别进入不同的配子中，随配子独立遗传给后代，同时位于非同源染色体上的非等位基因进行自由组合。
【详解】（1）根据F2有地下茎：无地下茎=3024:2237≈9:7，可知这一相对性状由位于非同源染色体上的2对等位基因控制。
（2）要验证上述结论（即这一相对性状由位于非同源染色体上的2对等位基因控制），可采用测交的方法。即让F1（双杂合子）与乙品系（隐性纯合子）杂交。若遵循自由组合定律，测交后代的基因型及比例为R1r1R2r2：R1r1r2r2：r1r1R2r2：r1r1r2r2 = 1:1:1:1，表现型及比例为有地下茎 : 无地下茎=1:3。
（3）已知有16.2%的初级精母细胞在R2基因和M1标记之间发生了一次互换。一个初级精母细胞减数分裂能产生4个配子，发生互换的初级精母细胞产生的4个配子中有1个是m1R2。设初级精母细胞总数为N，发生互换的初级精母细胞数为0.162N，这些细胞产生的m1R2配子数为0.162N，未发生互换的初级精母细胞不产生m1R2配子。所以F1雄配子中m1R2配子所占比例为0.162N÷4N=4.05%。
（4）乙品系高产、口感好，且生育周期短，能实现一年两熟甚至三熟，适合在我国大面积种植。利用杂交育种，培育可稳定遗传的具有地下茎的新型乙品系，育种流程为：将甲品系与乙品系杂交，获得F1（含有控制地下茎的基因，但为杂合子）；让F1与乙品系杂交，在后代中筛选含M1~M4分子标记的植株，继续与乙品系杂交，每代筛选含M2、M3分子标记的植株，最后让该类型植株自交，筛选可稳定遗传的具有地下茎的植株。图解如下：
7．（2025·全国二卷·高考真题）番茄的花是两性花，杂交育种时需进行去雄操作，耗时费力且难以避免自交污染。我国研究者利用基因工程技术开发了雄性不育番茄品系，提高了番茄杂交育种的效率。
(1)研究者选择性状优良的WT品系番茄，对在雄蕊中特异性表达的S基因进行编辑，获得S基因中增加一个碱基对的纯合突变体甲。甲花粉不成活。甲与WT杂交，F1育性正常。F1自交，F2中216株育性正常，68株雄性不育。这表明甲的雄性不育性状属于 性状，该性状的遗传遵循分离定律。
(2)为了确认雄性不育是由S基因编辑导致的，研究者使用了一种竞争性等位基因特异性PCR，该PCR体系同时含3种引物和4种探针（如图）。探针的荧光基团与淬灭基团分离时显现荧光。
①引物3'末端与模板的严格配对对于子链的延伸至关重要。引物I和引物II的3'末端碱基分别是 。该PCR体系从第 个循环开始，复性环节中带有荧光基团的探针与模板链结合，作为引物在延伸环节中掺入子链，使产物显现荧光。
②用该体系对F2的基因组DNA进行PCR检测，育性不同植株的检测结果为 ，证实雄性不育性状是由S基因编辑导致的。
(3)甲无法自交保种。研究者将控制子叶为紫色的显性基因与WT型的S基因插入Ti质粒的T-DNA中，两基因紧密相邻。用农杆菌转化法导入甲，获得育性恢复的纯合品系乙。请写出用甲和乙为材料，连续生产甲的最简杂交方案。
(4)研究者在野生番茄中发现一个抗病基因，拟用杂交方法将此基因引入到甲、乙品系中。从操作的简便性出发，应将抗病基因先引入甲还是乙？请说明理由。 。
【答案】(1)隐性
(2) G、A 3 雄性不育株PCR产物发绿色荧光.育性正常株1/3发红色荧光，2/3发红、绿荧光
(3)甲与乙杂交获得F1，F1与甲杂交，选出子代中绿色子叶幼苗即为甲。子代中紫色子叶幼苗继续种植以备连续生产甲。
(4)应先引入甲。与甲进行杂交和多代回交不用去雄。
【分析】基因工程四步骤包括：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达。分析题图可知，过程①为逆转录，过程②为限制性核酸内切酶切割，过程③为目的基因扩增，过程④为将目的基因导入受体细胞，过程⑤为目的基因的检测鉴定。
【详解】（1）甲花粉不成活。甲与WT杂交，F1育性正常，说明不育为隐性性状。
（2）①引物I和引物II分别与野生型和突变型S型基因结合，相对于野生型的S基因，突变型的S基因中增加一个碱基对A-T，引物与模板链互补配对，且从子链（引物）的3'端开始延伸，为了更好地区分突变型和野生型的S基因，因此在引物I和引物II的3'末端碱基分别是G、A；该PCR体系同时含3种引物和4种探针，是一种竞争性等位基因特异性PCR，第1次循环以基因为模板，引物I、引物Ⅲ或引物II、引物Ⅲ扩增S基因，第一轮PCR结束后加入的引物I或II在子链中，第二次PCR引物I、引物Ⅲ或引物II、引物Ⅲ扩增第一次复制得到的S基因，第二轮PCR结束后可以得到引物I、引物Ⅲ或引物II、引物Ⅲ的子链，第三轮PCR开始，探针1或探针3（不是引物I或引物II）会特异性地与含有引物I或引物II互补序列的模板链结合，而带有荧光基团的探针是引物的一部分，因此该PCR体系从第3个循环开始，复性环节中带有荧光基团的探针与模板链结合，探针1与探针2分离，去与互补序列结合，荧光基团脱离淬灭基团，所以才发荧光。
②F1自交（假设用A表示野生型S基因，a表示突变型S基因），F2中216株育性正常（1/3AA、2/3Aa），68株雄性不育（1/3aa），若雄性不育性状是由S基因编辑导致的，则用该体系对F2的基因组DNA进行PCR检测，雄性不育株（仅含突变型S基因，只能与探针3结合）PCR产物发绿色荧光，育性正常株（均为野生型S基因，只与探针1结合）1/3发红色荧光，2/3发红、绿荧光（含有野生型S基因和突变型S基因，既可以与红色探针结合，也可以与绿色探针结合）。
（3）研究者将控制子叶为紫色的显性基因与WT型的S基因插入Ti质粒的T-DNA中，两基因连锁，用农杆菌转化法导入甲，获得育性恢复的纯合品系乙，甲与乙杂交获得F1，F1与甲杂交，选出子代中绿色子叶幼苗即为甲。子代中紫色子叶幼苗继续种植以备连续生产甲。
（4）甲花粉不成活，应先引入甲，与甲进行杂交和多代回交不用去雄。
考点03动物生命活动调节类实验设计
1．（2025·贵州·高考真题）心脏通过节律性的搏动（收缩和舒张）完成泵血功能，心脏每分钟搏动的次数称为心率。在正常生理范围内，心率的变动范围较大，如人的心率一般为60~100次/分。心率快慢主要受自主神经系统的调节。回答下列问题：
(1)自主神经系统由 两部分组成，它们对心脏的调节作用 （选填“相同”或“相反”）。
(2)心室肌细胞受刺激产生动作电位的过程如下图所示，a点膜内电位为负，原因是 。受到足够强度刺激后，引起ab段电位变化的离子主要是 ，该离子的通道有静息、激活和失活三种功能状态。在bc段，无论心室肌受到多强刺激都不能引发新的动作电位，也不会发生新的收缩和舒张，此时该离子通道的状态是 。
(3)为探究在一次心脏搏动中bc段持续的时长，现以蛙心为实验材料，写出实验思路。 。
【答案】(1) 交感神经和副交感神经 相反
(2) 静息时细胞膜对 K 的通透性较大，K 外流 Na 失活
(3)①取活蛙，破坏其脑和脊髓后暴露心脏，用任氏液持续灌流以维持蛙心体外节律性搏动；②将蛙心与记录装置连接，记录正常搏动曲线，确定心室收缩的起始时间；③在一次心室收缩开始后，每隔一定时间给予一次阈上刺激，观察是否引发额外收缩；④重复实验 3~5 次，统计从心室收缩起始到第一次引发额外收缩的最短时间，即为 bc 段持续时长
【分析】静息电位时，神经细胞膜对钾离子的通透性大，钾离子大量外流，形成内负外正的静息电位；受到刺激后，神经细胞膜的通透性发生改变，对钠离子的通透性增大，钠离子内流，形成内正外负的动作电位。兴奋部位和非兴奋部位形成电位差，产生局部电流。
【详解】（1）交感神经兴奋时，会使心率加快、心肌收缩力增强；副交感神经（如迷走神经）兴奋时，会使心率减慢、心肌收缩力减弱。二者对心脏的调节作用相反，共同维持心率的稳定。
（2）a点为静息电位，此时细胞膜对K 的通透性远大于其他离子，K 顺浓度梯度从膜内流向膜外，导致膜内正电荷流失，最终膜内电位低于膜外，表现为负电位。受到足够强度刺激后，细胞膜上的Na 通道迅速激活开放，Na 顺浓度梯度大量内流，使膜内电位快速由负变正，因此，引起ab段电位变化的离子主要是Na 。在bc段Na 通道已进入失活状态（无法被刺激再次激活），即使给予更强的刺激，也无法引发新的Na 内流和动作电位，因此不会发生新的收缩和舒张。
（3）bc段是心室肌细胞的绝对不应期，此阶段细胞对任何强度的刺激均无反应；度过绝对不应期后，细胞可对刺激产生反应（引发额外收缩）。通过在心脏搏动的不同时刻给予阈上刺激（能引发正常动作电位的最小刺激强度），记录 “从心室收缩开始到第一次能引发额外收缩的时间”，即为bc段的持续时长。实验思路：（1）制备蛙心标本：取活蛙，破坏脑和脊髓后暴露心脏，剪开心包，用任氏液（维持蛙心活性的生理溶液）持续灌流蛙心，确保心脏在体外保持节律性搏动；（2）记录基础搏动：将蛙心与张力换能器（或记录装置）连接，记录蛙心正常的搏动曲线（明确心室收缩、舒张的时间节点，如以收缩起始点为计时零点）；（3）给予梯度时间刺激：在一次心室收缩（对应bc段起点）开始后，每隔一定时间给予一次阈上刺激（强度固定，需提前确定能引发额外收缩的最小刺激强度），观察每次刺激是否能在搏动曲线上引发 “额外收缩峰”；（4）确定绝对不应期时长：重复上述实验3~5次，统计 “从心室收缩起始到第一次出现额外收缩峰的最短时间”，该时间即为 bc 段（绝对不应期）的持续时长。
2．（2025·河南·高考真题）生物体的所有活细胞都具有静息电位，而动作电位仅见于神经元、肌细胞和部分腺细胞。回答下列问题：
(1)刺激神经元，胞外Na+内流使细胞兴奋，兴奋以 的形式沿细胞膜传导至轴突末梢，激活Ca2+通道，Ca2+内流触发突触小泡释放神经递质。去除细胞外液中的Ca2+，刺激该神经元仍可触发Na+内流产生动作电位，释放的神经递质 （填“增加”“减少”或“不变”）。
(2)最新研究发现某种肿瘤细胞也可产生动作电位。如图1所示，刺激肿瘤细胞，记录该细胞的膜电位和细胞内Ca2+浓度变化。结果显示随着刺激强度的增大，动作电位幅度、细胞内Ca2+浓度的变化是 。在体外培养条件下，用Na+通道阻断剂TTX处理该细胞，使该细胞膜两侧的电位表现为 ，进而抑制其增殖生长。根据以上机制，若降低培养液中的K+浓度，可 （填“促进”或“抑制”）该肿瘤细胞的生长。
(3)若细胞间有突触结构，突触前细胞兴奋，突触后细胞可记录到相应的膜电位变化，细胞内Ca2+浓度变化可作为判断肿瘤细胞间信息交流的指标。研究证实这种肿瘤细胞间无突触结构，通过体液调节方式实现信息交流。为验证上述研究结论，应选择图2中组 （填“一”“二”或“三”）的细胞为研究对象设计实验，简要写出实验思路及预期结果 。
【答案】(1) 电信号/神经冲动 减少
(2) 动作电位幅度不变，细胞内Ca2+浓度逐渐增加 外正内负 抑制
(3) 一 实验思路：刺激组一中细胞1，检测细胞2、细胞3内Ca2+浓度变化。预期结果：刺激细胞1后，细胞2、细胞3内Ca2+浓度显著增加
【分析】静息时，神经细胞膜对钾离子的通透性大，钾离子大量外流，形成内负外正的静息电位；兴奋时，钠离子大量内流，因此形成内正外负的动作电位。
【详解】（1）兴奋在神经元上以电信号（神经冲动）的形式沿细胞膜传导；分析题意，Ca2+内流触发突触小泡释放神经递质，即Ca 是递质释放的关键信号，去除细胞外Ca 后，突触小泡无法与突触前膜融合释放神经递质，因此释放量减少。
（2）据图1分析，随着刺激强度的增大，膜电位都是50mV左右，说明动作电位幅度不变，而细胞内Ca2+浓度不断升高；动作电位产生与钠离子内流有关，在体外培养条件下，用Na+通道阻断剂TTX处理该细胞，则钠离子内流减少，导致动作电位产生受阻，使该细胞膜两侧的电位维持外正内负的静息状态；静息电位的产生与钾离子外流有关，若降低培养液中的K+浓度，会加大细胞内外的钾离子浓度差，从而导致静息电位绝对值增加，细胞不易兴奋，从而抑制肿瘤细胞增殖。
（3）分析题意，本实验目的是验证肿瘤细胞间无突触结构，通过体液调节方式实现信息交流，而突触是神经元之间进行信息交流的结构，为验证上述结论，应选择彼此之间无接触，即无突触结构的类型，故应选择组一；实验假设是Ca2+浓度变化可作为判断肿瘤细胞间信息交流的指标，故可刺激组一中细胞1，检测细胞2、细胞3内Ca2+浓度变化。预期结果：刺激细胞1后，细胞2、细胞3内Ca2+浓度显著增加。
3．（贵州·高考真题）每当中午放学时、同学们结伴而行，有说有笑走进食堂排队就餐。回答下列问题。
(1)同学们看到喜欢吃的食物时、唾液的分泌就会增加，这一现象属于 （选填“条件”或“非条件”）反射。完成反射的条件有 。
(2)食糜进入小肠后，可刺激小肠黏膜释放的激素是 ，使胰液大量分泌。为验证该激素能促进胰腺大量分泌胰液，以健康狗为实验对象设计实验。写出实验思路 。
【答案】(1) 条件 需要完整的反射弧和适宜的刺激
(2) 促胰液素 将多只生理状态相近的健康狗平均分为两组，标记为甲组和乙组，分别测定两组狗的胰液分泌量，向甲组狗的静脉中注射一定量的促胰液素，向乙组狗的静脉中注射等量的生理盐水，将两组狗同时置于相同且适宜的环境条件下，一段时间后分别测定两组狗的胰液分泌量，比较两组狗实验前后胰液分泌量的变化
【分析】反射分为条件或非条件反射，结构基础是反射弧；食糜可进入人的小肠，可刺激小肠黏膜分泌促胰液素，该物质通过体液运输作用于胰腺，引起胰腺分泌胰液。胰腺分泌胰液是离不开激素调节。
【详解】（1）同学们看到喜欢吃的食物时，唾液的分泌就会增加，这一现象属于条件反射，是后天形成的，完成反射的条件有需要经过完整的反射弧，不经过完整的反射弧引起的生理过程不认为是反射，还有是要有适宜的刺激，当刺激达到一定的强度时，才会引起反射；
（2）食糜进入小肠后，可刺激小肠黏膜释放的激素是促胰液素，该物质通过体液运输作用于胰腺，引起胰腺分泌胰液，这属于激素调节。为验证该激素能促进胰腺大量分泌胰液，以健康狗为实验对象设计实验，遵循对照原则，写出实验思路如下：将多只生理状态相近的健康狗平均分为两组，标记为甲组和乙组，分别测定两组狗的胰液分泌量，向甲组狗的静脉中注射一定量的促胰液素，向乙组狗的静脉中注射等量的生理盐水，将两组狗同时置于相同且适宜的环境条件下，一段时间后分别测定两组狗的胰液分泌量，比较两组狗实验前后胰液分泌量的变化。
4．（2025·全国二卷·高考真题）免疫细胞能识别肿瘤，并浸润其中发挥重要作用。科学家利用免疫细胞这种“归巢性”，实现巨噬细胞“搭便车”的设计，将药物输入到肿瘤内部。
(1)机体识别并清除肿瘤细胞，体现了免疫系统 的功能。TAM是存在于肿瘤中的巨噬细胞，具有极强的“归巢”肿瘤的能力。
(2)金纳米棒（AuNR）是一种光热材料，常用于局部肿瘤治疗，在808nm的激光照射下，产生光热效应，使肿瘤细胞快速死亡。科研人员将AuNR与肿瘤细胞进行孵育，再用紫外光照射，获得了装载AuNR的肿瘤细胞凋亡小体（AuNR/ABs）。
①研究者对AuNR/ABs的光热性能进行考察，结果如图1。该实验的对照组为 。
②荧光标记AuNR和AuNR/ABs，分别与TAM进行孵育，检测TAM细胞内的荧光强度，结果如图2。结合图1和图2实验结果，分析凋亡小体作为AuNR载体的优点是 。
(3)为研究利用AuNR/ABs搭乘TAM靶向到肿瘤部位进行治疗的效果。科研人员在小鼠的右下肢皮下接种第一个肿瘤（R），一段时间后在左下肢皮下接种第二个肿瘤（L）模拟肿瘤转移。尾静脉注射相应药物。对右侧肿瘤R进行三次光疗，最后记录两个肿瘤的重量（图3）。结合免疫学原理阐释左侧肿瘤L第4组重量显著减小的主要原因 。
(4)利用上述实验材料研究本免疫疗法对肿瘤复发的抑制效果，请完善实验组设计思路 。
【答案】(1)免疫监视
(2) 缓冲液和AuNR 与AuNR相比，ABs包裹的AuNR光热性能未发生改变，但增强了吞噬细胞对其的吞噬作用
(3)TAM能将AuNR/ABs靶向带到R瘤中，光疗导致R瘤温度上升使肿瘤细胞裂解；在CpG的参与下，肿瘤细胞裂解释放的抗原有效激活机体细胞免疫，产生的活化细胞毒性T细胞经循环系统到达L瘤，对其杀伤
(4)进行三次光疗→相同部位接种第二个肿瘤→记录第二个肿瘤的体积/重量
【分析】 机体排除外来抗原性异物属于免疫防御功能；机体清除衰老或损伤的细胞，进行自身调节，维持内环境稳态属于免疫自稳功能；机体识别和清除突变的细胞，防止肿瘤发生属于免疫监视功能。
【详解】（1） 机体识别和清除突变细胞，防止肿瘤发生属于免疫系统的免疫监视功能。
（2） ①本实验目的为研究AuNR/ABs的光热性能，因此需要缓冲液组做空白对照，用已知的光热材料AuNR做条件对照。
②由图1可知，AuNR/ABs组的溶液温度与AuNR组相同，说明凋亡小体作为AuNR的载体并不会影响其光热性能；由图2可知，AuNR/ABs组细胞内荧光强度明显高于AuNR组，说明凋亡小体能促进吞噬细胞对AuNR/ABs的吞噬作用。
（3）结合小问（2），ABs能促进吞噬细胞对AuNR/ABs的吞噬作用，使吞噬细胞能利用其极强的“归巢”能力携带更多的AuNR/ABs靶向运输至R瘤，利用光热效应使肿瘤细胞裂解，同时该组添加了CPG，在CPG的参与下，肿瘤细胞裂解释放的抗原能有效激活机体细胞免疫，使机体产生更多活化的细胞毒性T细胞，活化的细胞毒性T细胞经循环系统运输至全身，在L瘤处因为肿瘤细胞携带相同抗原而被细胞毒性T细胞杀伤裂解。
（4）欲研究三次光疗对肿瘤复发的抑制效果，即研究通过三次光疗使肿瘤重量明显减小的前提下，当肿瘤组织再次生长后的重量变化，即思路为：进行三次光疗→相同部位接种第二个肿瘤→记录第二个肿瘤的体积/重量。
考点04生物技术与工程类实验设计
1．（2025·海南·高考真题）绵羊的羊毛长度与毛囊细胞的增殖有关，毛囊细胞中表达的基因Z可能是调控羊毛长度的关键基因。某团队利用基因工程技术，探究了基因Z对绵羊毛囊细胞X增殖的影响。回答下列问题。
(1)质粒甲保存有目的基因Z，如图。质粒乙有4种限制酶的酶切位点，识别序列见表。现需将质粒甲中的基因Z插入质粒乙中，构建重组质粒乙用于研究，须用的限制酶是 和 。
限制酶 识别序列(5＇-3＇)
EcoRⅠ GAATTC
SalⅠ GTCGAC
BglⅡ AGATCT
XhoⅠ CTCGAG
(2)细胞X是一种贴壁细胞，可用 （填“固体”或“液体”）培养基培养。在进行传代培养时，需使用胰蛋白酶并置于37℃环境中处理，理由是 。
(3)将空质粒乙和重组质粒乙分别导入细胞X，导入后测定不同时间的细胞数量，结果如图。根据实验结果说明基因Z的表达对细胞增殖有 作用，且随导入时间推移，增殖速率 。
(4)siRNA是一种短的双链RNA，能引导内切核酸酶切割靶基因的mRNA。
①人工合成靶向基因Z的siRNA，将其导入细胞X作为实验组，同时设置对照组，将 导入细胞X。一段时间后，发现实验组细胞数量少于对照组。该实验的目的是探究基因Z的 对细胞X增殖的影响。
②为检测靶向基因Z的siRNA导入细胞X后能否发挥作用，简要写出在分子水平上检测的2种实验思路是： 。
【答案】(1) EcoR Ⅰ Xho Ⅰ
(2) 液体 使贴壁细胞分散为单个细胞，37℃是胰蛋白酶的最适温度
(3) 促进 增加
(4) 无靶向的siRNA 表达减少
a、提取实验组和对照组的mRNA，使用PCR技术进行扩增，对比检测Z基因的mRNA的含量，若实验组含量减少，则说明siRNA起作用；
b、提取实验组和对照组的蛋白质，使用抗原-抗体杂交技术，对比检测Z基因表达蛋白质的含量，若实验组含量减少，则说明siRNA起作用）
【分析】基因工程的基本操作程序：目的基因的获取，基因表达载体的构建，将目的基因导入受体细胞，目的基因的检测与鉴定。
【详解】（1）需选择质粒甲和质粒乙共有的限制酶切割，保证目的基因和质粒产生相同黏性末端。质粒甲的目的基因两端有EcoRⅠ和Xho Ⅰ的酶切位点（对应质粒乙的酶切位点），因此用EcoRⅠ和Xho Ⅰ。
（2）动物细胞培养使用液体培养基； 胰蛋白酶在 37℃（人体 / 动物细胞适宜温度）下活性高，可分解细胞间的蛋白质，使贴壁细胞分散成单个细胞，便于传代培养。
（3）与空质粒乙组（对照组）相比，重组质粒乙组（含基因 Z）的细胞数量更多，说明基因 Z 的表达对细胞增殖有促进作用；随导入时间推移，两组细胞数量的差距增大，说明增殖速率加快。
（4）①对照组应导入无关序列的 siRNA（或空载体）（排除 siRNA 本身的影响）；该实验通过抑制基因 Z 的表达（siRNA 切割其 mRNA），目的是探究基因 Z 的表达缺失（或抑制表达）对细胞增殖的影响。
②在分子水平检测基因的表达，可以从转录和翻译水平，可提取实验组和对照组的mRNA，使用PCR技术进行扩增，对比检测Z基因的mRNA的含量，若实验组含量减少，则说明siRNA起作用；也可提取实验组和对照组的蛋白质，使用抗原-抗体杂交技术，对比检测Z基因表达蛋白质的含量，若实验组含量减少，则说明siRNA起作用。
2．（2025·福建·高考真题）为建立一种效率高、毒性小的基因敲除系统，将图1所示的质粒1和质粒2导入大肠杆菌，质粒2中的sgRNA基因依据目的基因设计，其转录的短链RNA通过与目的基因碱基互补配对，与Cas9蛋白共同作用，敲除大肠杆菌基因组中的目的基因。
回答下列问题：
(1)大肠杆菌LacZ基因的表达产物可催化X-gal生成蓝色物质从而使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。将质粒1与含LacZ基因相应sgRNA基因的质粒2同时转化到大肠杆菌中，涂布到含抗生素 的平板（含有X-gal）上进行培养。若长出的是 色菌落则为LacZ基因被敲除的大肠杆菌。
(2)Cas9基因的表达量会影响敲除效率，但其过量表达会对大肠杆菌有毒。为评估毒性和敲除效率，用5种启动子（A、B、C、D和E）启动Cas9的转录，相应检测结果如图2所示。结果表明，启动子 对细胞毒性最小；综合考量毒性和敲除效率，应选用启动子 用于该系统。
(3)含有质粒的大肠杆菌在无抗生素选择压力下培养，少数子代细胞会丢失质粒。结合质粒1和质粒2的特点，在成功敲除LacZ基因的大肠杆菌中消除质粒1和质粒2，实验流程如图3所示。
①培养12小时后，图3试管1中大部分的大肠杆菌 （填选项）。
A．含质粒1和质粒2 B．只含质粒1 C．只含质粒2 D．无质粒1和质粒2
②若要从图3平板上筛出质粒1和质粒2均被消除的大肠杆菌，简要写出实验思路和预期结果： 。
【答案】(1) 卡那霉素和四环素 白
(2) C A
(3) B 将同一菌落的大肠杆菌分别用含卡那霉素和四环素培养基进行培养，两者均不生长则为筛出的大肠杆菌
【分析】基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与表达。其中，基因表达载体的构建是基因工程的核心。
【详解】（1）质粒2中含有与LacZ基因对应的sgRNA基因，其转录出来的短链RNA与目的基因（LacZ基因）发生碱基互补配对，使其不能表达，因而不能使X-gal分解产生蓝色物质，将质粒1和质粒2导入大肠杆菌，因此在含四环素和卡那霉素且含X-gal的培养基中，筛选白色的菌落即为LacZ基因成功敲除的菌落。
（2）Cas9的表达量过高对大肠杆菌产生毒性，使其数量减少，结合图示可知，启动子C对应的菌落数最高，因此启动子C对细胞毒性最小。结合菌落数和敲除率可知，启动子A的菌落数和敲除率均较高，因此综合考虑，应选择启动子A作用于该系统。
（3）①质粒2为温度敏感型质粒，在37℃下不能进行复制，培养12小时后，试管1中大部分大肠杆菌为只有质粒1，B正确，ACD错误。
故选B。
②试管2加入蔗糖，质粒1中的SacB基因表达的SacB蛋白能将蔗糖转化为有毒化合物，抑制大肠杆菌的生长繁殖，因此试管2含质粒2的大肠杆菌较少，为进一步筛选质粒1和质粒2均消除成功的大肠杆菌，实验设计思路和预测实验结果为：将同一菌落的大肠杆菌分别用含卡那霉素和四环素培养基进行培养，在无抗生素平板上可以生长，在含抗生素平板上均不生长的则为筛出的大肠杆菌。
3．（2025·全国卷·高考真题）为在大肠杆菌中表达酶X，某同学将编码酶X的基因（目的基因）插入质粒P0，构建重组质粒Px，并转入大肠杆菌。该同学设计引物用PCR方法验证重组质粒构建成功（引物1~4结合位置如图所示，→表示引物5＇→3＇方向）。回答下列问题：
(1)PCR是根据DNA复制原理在体外扩增DNA的技术。在细胞中DNA复制时解开双链的酶是 ，而PCR过程中解开双链的方法是 。
(2)PCR过程中，因参与合成反应、不断消耗而浓度下降的组分有 。
(3)该同学进行PCR实验时，所用模板与引物见下表。实验中①和④的作用是： ；②无扩增产物，原因是 ；③、⑤和⑥有扩增产物，扩增出的DNA产物分别是 。
管号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
模板 无 P0 Px 无 P0 Px
引物对 引物1和引物2 引物3和引物4
(4)设计实验验证大肠杆菌表达的酶X有活性，简要写出实验思路和预期结果 。
【答案】(1) 解旋酶 高温变性
(2)引物、脱氧核苷三磷酸
(3) 作为对照（或答:鉴定反应体系是否有模板污染） P0不含与引物1和引物2互补的碱基序列 目的基因、质粒片段、含目的基因和部分质粒序列的片段
(4)提取酶X，催化相应底物（反应物）的反应，检测是否有产物生成。有产物生成，则证明酶X有活性
【分析】PCR（聚合酶链式反应）技术扩增基因的原理是DNA 半保留复制 。 在适宜的温度、引物、DNA 聚合酶、脱氧核苷酸等条件下，以目的基因的两条链为模板，按照碱基互补配对原则（A - T、G - C 配对），通过变性（高温使 DNA 双链解开）、退火（低温使引物与模板结合）、延伸（中温下 DNA 聚合酶催化脱氧核苷酸连接到引物上延伸成新链 ）三个步骤循环往复，实现目的基因的大量扩增，每一轮循环后 DNA 分子数量呈指数增长 。
【详解】（1）在细胞中，DNA 复制时解开双链的酶是解旋酶。而在 PCR 过程中，是通过高温变性（加热至 90 - 95℃）的方法使 DNA 双链解开。
（2）PCR 过程中，参与合成反应且不断消耗的组分有引物和 dNTP（脱氧核苷三磷酸）。引物用于引导 DNA 聚合酶合成新的 DNA 链，dNTP 脱去两分子磷酸，产生dAMP，进而为合成新的 DNA 链提供原料。
（3）实验中①和④的作用是作为对照。①无模板且引物对与②③相同，④无模板且引物对与⑤⑥相同，可对比说明模板对扩增的影响。②之所以无扩增产物，是因为P0不含与引物1和引物2互补的碱基序列，无法扩增出子链DNA序列。③以Px为模板，引物1和引物2扩增出的是含目的基因的 DNA 片段；⑤以P0为模板，引物3和引物4扩增出的是质粒P0上一段 DNA 片段；⑥以Px为模板，引物3和引物4扩增出的是含目的基因和部分质粒序列的 DNA 片段。
（4）实验思路：将大肠杆菌培养后，提取酶X，设置一组含有酶X的反应体系和一组不含酶X的反应体系（作为对照），在适宜条件下，加入酶X的底物，检测底物的消耗情况或产物的生成情况。 预期结果：含有酶X的反应体系中底物减少或有产物生成，而不含酶X的反应体系中底物无明显变化或无产物生成。
4．（2025·安徽·高考真题）稻瘟病是一种真菌病害，水稻叶片某些内生放线菌对该致病菌有抑制作用。科研小组分离筛选出内生放线菌，并开展了相关研究。回答下列问题。
(1)采集有病斑的水稻叶片，经表面消毒、研磨处理，制备研磨液。此后，采用 （填方法）将研磨液接种于不同的选择培养基，分别置于不同温度下培养，目的是 。
(2)经筛选获得一株内生放线菌，该菌株高效合成铁载体小分子，能辅助内生放线菌吸收铁离子。R基因是合成铁载体的关键基因之一。科研小组构建R基因敲除株，探究铁载体的功能。主要步骤如下：首先克隆R基因的上游片段R-U和下游片段R-D；然后构建重组质粒；最后利用重组质粒和内生放线菌DNA片段中同源区段可发生交换的原理，对目标基因进行敲除。如图1所示。
采用PCR技术鉴定R基因的敲除结果。PCR通过变性、复性和延伸三步，反复循环，可实现基因片段的 。R基因敲除过程中，可发生多种形式的同源区段交换，PCR检测结果如图2所示，其中R基因敲除株为菌落 （填序号），出现菌落④的可能原因是 。
(3)内生放线菌和稻瘟病致病菌的生长均需要铁元素。科研小组推测该内生放线菌通过对铁离子的竞争性利用，从而抑制稻瘟病致病菌生长。设计实验验证该推测，简要写出实验思路 。
【答案】(1) 稀释涂布平板法 分离不同条件下生长的内生放线菌
(2) 指数级扩增 ② 重组质粒通过（单交换）同源重组整合到了内生放线菌的基因组中
(3)
设置两组培养实验：对照组在低（或常规）铁浓度的培养基上进行，实验组在高铁浓度的培养基上进行。在两组培养基的相同位置分别接种内生放线菌和稻瘟病致病菌。在相同且适宜的条件下培养一段时间后，观察并比较两组中稻瘟病致病菌菌落的生长情况（如菌落大小或抑制圈大小）。若高铁组的抑制效果明显弱于低铁组，则支持该推测。
【分析】基因敲除主要是应用DNA同源重组原理，用同源DNA片段替代靶基因片段，从而达到基因敲除的目的，由此可见，基因敲除可定向改变生物体的某一基因。基因敲除既可以是用突变基因或其它基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因。
【详解】（1） 从含有多种微生物的研磨液中分离出单一菌落，并接种到选择培养基中常用的接种方法是稀释涂布平板法。使用选择培养基和不同的温度条件，目的是为了抑制其他杂菌的生长，分离不同条件下生长的内生放线菌。
（2）PCR技术的核心原理是通过多次循环（变性、复性、延伸），使目标DNA片段的数量以指数形式快速增加，实现体外扩增。PCR鉴定是利用引物1和引物2进行的。 在野生型菌株中，引物1和引物2之间的DNA片段长度为 R-U (500bp) + R基因 (2000bp) + R-D (500bp) = 3000 bp。对应图2中的菌落①和③。 在成功发生双交换的R基因敲除株中，R基因(2000bp)被替换，引物1和引物2之间的DNA片段长度为 R-U (500bp) + R-D (500bp) = 1000 bp。对应图2中的菌落②。 菌落④的PCR产物大小约为7000 bp。这个大小可以通过以下方式解释：发生了单交换同源重组事件。整个重组质粒（大小为3000bp质粒骨架 + 500bp R-U + 500bp R-D = 4000bp）整合到了基因组中。整合后，引物1和引物2之间的区域长度变为原来的长度(3000bp)加上整个质粒的长度(4000bp)，即 3000 + 4000 = 7000 bp。因此，这是单交换同源重组整合的结果。
（3）设置两组培养实验：一组为对照组，在常规（或低铁）浓度的培养基上进行；另一组为实验组，在添加了足量铁离子的培养基上进行。在两组培养基的相同位置分别接种内生放线菌和稻瘟病致病菌。在相同且适宜的条件下培养一段时间后，观察并比较两组中稻瘟病致病菌菌落的生长情况（如菌落大小或抑制圈大小）。预期结果与结论： 如果实验组（高铁培养基）中内生放线菌对稻瘟病致病菌的抑制作用明显减弱或消失，而对照组（低铁培养基）中抑制作用明显，则说明该内生放线菌是通过竞争铁离子来抑制稻瘟病致病菌生长的。
对点特训——题型能力突破
1．潮汕地区的马路绿化带中常可见秋海棠。某研究小组以秋海棠幼苗为材料，采用盆栽实验探究了叶面喷施外源脱落酸（ABA）对铅（Pb）胁迫下秋海棠光合特性的影响，净光合速率（Pn）和气孔导度（Gs）如下图所示。回答下列问题：
(1)本实验的自变量是 。
(2)叶绿素主要吸收 光，其在秋海棠细胞中分布的具体部位是 。随着Pb胁迫浓度的逐渐增加，秋海棠叶绿素含量先上升后下降，并在Pb胁迫浓度为1000mg/kg时达到峰值，2000mg/kg时降至最低，该实验现象支持图1结果，判断依据是 。喷施外源ABA的秋海棠叶片Pn均大于未喷施组，结合图2分析原因是 。
(3)有研究表明，H2S能提高Pb胁迫下的秋海棠光合作用速率，但不能完全恢复。请以秋海棠幼苗为材料，设计实验验证该结论，简要写出实验思路： 。
【答案】(1)Pb胁迫浓度和是否喷施外源脱落酸（ABA）
(2) 蓝紫光和红光 （叶绿体）类囊体（薄）膜 叶绿素含量增加可促进光反应，在一定范围内，叶绿素含量与（净）光合速率呈正相关 Pb胁迫条件下，ABA可增加气孔导度，有更多的CO2用于暗反应，从而提高（净）光合速率
(3)将生理状态相同的若干秋海棠幼苗随机均分为三组，分别在完全培养液、含Pb的培养液和经H2S处理的且含Pb培养液中培养一段时间（其他条件相同且适宜），分别测定三组幼苗的净光合速率
【分析】光合作用的具体的过程：
①光反应阶段：场所是类囊体薄膜包括水的光解和ATP的生成；
②暗反应阶段：场所是叶绿体基质：包括CO2的固定和三碳化合物的还原
【详解】（1）根据题干信息“探究了叶面喷施外源脱落酸（ABA）对铅（Pb）胁迫下秋海棠光合特性的影响”以及实验结果图，可知本实验的自变量是Pb胁迫浓度和是否喷施外源脱落酸（ABA）。
（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其在秋海棠细胞中分布的具体部位是叶绿体的类囊体薄膜上。 因为净光合速率（Pn）与叶绿素含量变化趋势一致，随着Pb胁迫浓度逐渐增加，秋海棠叶绿素含量先上升后下降，并在Pb胁迫浓度为1000mg/kg时达到峰值，2000mg/kg时降至最低，所以该实验现象支持图1结果，判断依据是叶绿素含量增加可促进光反应，在一定范围内，叶绿素含量与（净）光合速率呈正相关。 喷施外源ABA的秋海棠叶片Pn均大于未喷施组，结合图2分析，原因是Pb胁迫条件下，ABA可增加气孔导度，有更多的CO2用于暗反应，从而提高（净）光合速率。
（3）要验证“H S能提高Pb胁迫下的秋海棠光合作用速率，但不能完全恢复”这一结论，实验思路为：将生理状态相同的若干秋海棠幼苗随机均分为三组，分别在完全培养液、含Pb的培养液和经H2S处理的且含Pb培养液中培养一段时间（其他条件相同且适宜），分别测定三组幼苗的净光合速率。
2．黄芪是一种重要的药材，其产地不定期间歇式降雨造成了植物干旱复水循环，为研究黄芪间歇降雨的干旱胁迫机制，对黄芪进行了反复干旱胁迫处理：种苗定植前记为A0期，定植后待植株返青，苗长到与移栽时根长等高记为A1期，此时进行干旱胁迫处理至地上部叶片完全脱落，茎枯黄时记为B0期，再次浇水使植株返青，苗长到与移栽时根长等高记为B1期，再进行下一轮干旱胁迫，到C1时幼苗死亡。表中电导率越大说明生物膜损伤程度越大，图中两种物质是与黄芪药效有关的次生代谢物。回答下列问题：
处理时期 土壤含水量/% 电导率/%
A0 71.30 11.00
A1 66.68 9.00
B0 30.60 13.00
B1 69.43 10.00
C0 25.30 14.00
C1 68.91 80.00
(1)由表可知，相较于A1，B0时的土壤含水量和黄芪幼苗的电导率的变化依次是 ，该结果会导致黄芪光反应速率 ，判断的理由是 ，同时光合作用的暗反应速率 ，从含水量角度推测其原因是 。
(2)实验过程中检测黄芪细胞内脯氨酸、苹果酸及谷氨酸在干旱胁迫后显示出增加的趋势，这对植物适应干旱是 （填“有利”“有害”或“无影响”）的，判断的理由是 。由图可知，黄芪的另外一种抗旱机制是 。
(3)由图可知，若要增加黄芪的药效，可采取的措施是 。有人认为干旱处理也会影响光合色素的含量，请简要写出验证该观点的实验思路： 。
【答案】(1) 降低、升高 降低 相较于A1，B0时幼苗的电导率增大，说明光反应的场所类囊体薄膜结构受损更严重，从而使光反应速率降低 降低 土壤含水量降低会导致叶片气孔开度减小，植物从外界吸收的CO2减少，暗反应速率降低
(2) 有利 增大细胞液的浓度，提高植物的抗旱能力 抑制次生代谢物产生，并在复水后慢慢恢复，继续积累次生代谢物
(3) 适当的干旱处理再浇水 取等量干旱处理的叶片与正常叶片，提取色素并用纸层析法进行分离，对比色素带的宽度
【分析】光合作用过程包括光反应和暗反应。光反应场所类囊体膜，暗反应场所叶绿体基质，需要原料CO2。植物缺水会导致蒸腾作用减慢，气孔关闭，影响CO2的吸收。
【详解】（1）由表可知，相较于A1，B0时的土壤含水量降低，黄芪幼苗的电导率升高，幼苗的电导率增大，说明光反应的场所类囊体薄膜结构受损更严重，从而使光反应速率降低；而土壤含水量降低会导致叶片气孔开度减小，植物从外界吸收的CO2减少，暗反应速率降低。
（2）干旱胁迫条件下黄芪细胞内脯氨酸、苹果酸及谷氨酸的含量增加会增大细胞液的浓度，提高植物的抗旱能力，对植物体是有利的。由图可知，黄芪在干旱条件下抑制次生代谢物产生，并在复水后慢慢恢复，继续积累次生代谢物。
（3）由图可知，若要增加黄芪的药效，可采取的措施是适当的干旱处理再浇水。有人认为干旱处理也会影响光合色素的含量，进行了相关实验，实验的自变量为处理方式，因变量为光合色素的含量，实验思路为：取等量干旱处理的叶片与正常叶片，提取色素并用纸层析法进行分离，对比色素带的宽度，若干旱组的色素条带的宽度低于正常叶片组，则可证明干旱降低了光合色素的含量。
3．所造成的温室效应等全球气候变化已经成为人类所面临的重大问题，光合作用在促进碳中和方面发挥着重要作用。回答下列问题。
(1)科研人员比较了不同水生植物和陆生树木的固碳能力，结果如表。研究结果显示，与陆生植物相比，水生植物固碳能力更 (“大”或“小”)，依据是 。
不同种植物 光合净同化量 日固碳量 日释氧量
香蒲 230.88 10.16 7.16
芦苇 431.76 19.00 13.38
中山杉
小叶榕 83.20 2.93 2.13
(2)小球藻是一种光合效率极高的单细胞绿藻，在碳中和领域展现出巨大应用潜力。某研究团队设计并进行了以下实验。在适宜光照和温度下，测定小球藻在普通空气(CO2浓度约0.03%)和模拟不同CO2浓度的燃煤烟气中的碳固定速率，结果如图。小球藻固定CO2的场所是 ，将碳储存在糖类等有机物中所需的还原剂是 。请结合本实验数据和光合作用原理，阐释大规模培养小球藻等微藻在实现“碳中和”目标中的重要作用是 。
(3)光合作用吸收大气中CO2的同时，还会释放O2补充到大气中。若以小球藻为实验材料，用同位素示踪的方法，验证光合作用中O2来自H2O而不是CO2，请写出简单的实验思路和预期的实验结果 。
【答案】(1) 大 香蒲、芦苇的光合净同化量和日固碳量均高于中山杉和小叶榕
(2) 叶绿体基质 NADPH 小球藻在较高CO2浓度下能显著提高碳固定速率，这意味着它们可以更高效地吸收并固定工业排放的CO2，将其转化为有机物，从而减少大气中的CO2含量，促进碳中和
(3)用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2。然后，进行两组实验：第一组给小球藻提供H2O和C18O2，第二组给同种小球藻提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，光照一段时间，检测释放的氧气。第一组释放氧气都是O2，第二组释放的氧气都是18O2
【分析】1、物质循环是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。
2、光合作用是绿色植物利用光能，将CO2和H2O转化为有机物（如葡萄糖），并释放的过程，主要场所是叶绿体。整个过程分为光反应阶段和暗反应阶段（卡尔文循环），两个阶段相互依存、紧密联系。
【详解】（1）与陆生植物相比，水生植物固碳能力更大；依据是：水生植物（香蒲、芦苇）的光合净同化量、日固碳量、日释氧量均高于陆生植物中山杉和小叶榕。
（2）小球藻是单细胞绿藻（真核生物），固定CO2的场所是叶绿体基质（暗反应场所）；将碳储存在糖类中所需的还原剂是NADPH（[H]）；大规模培养小球藻等微藻在实现“碳中和”目标中的重要作用是小球藻在较高CO2浓度下能显著提高碳固定速率，这意味着它们可以更高效地吸收并固定工业排放的CO2，将其转化为有机物，从而减少大气中的CO2含量，促进碳中和。
（3）该实验的目的是验证光合作用中O2来自H2O而不是CO2 ，用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2。设置两组实验，第一组给小球藻提供H2O和C18O2，第二组给同种小球藻提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，光照一段时间，检测释放的氧气。 预期结果：第一组释放氧气都是O2，第二组释放的都是18O2，证明O2来自H2O 而不是CO2。
4．光抑制是指植物吸收的光能超过光合系统所能利用的能量时，光合功能下降的现象。图1为光合作用的部分过程，光抑制主要发生在光系统Ⅱ（PSⅡ），当电子积累过多时，会产生大量活性氧使PSⅡ变性失活。铁氰化钾（MSDS）是一种电子受体，为研究铁氰化钾对植物光抑制现象的影响，研究人员以真核微藻为材料进行了相关实验，结果如图2。回答下列问题：
(1)PSⅠ、PSⅡ在叶绿体中分布的位置是 。PSⅡ上产生的电子（e ）和H 分别用于 、 。
(2)结合图1和题干信息分析，光抑制发生时，PSⅡ变性失活的原因是 ；从电子传递的角度推测，MSDS缓解光抑制的机理可能是 。
(3)图2所示的实验自变量是 ，当光照强度大于I 时，对照组光合放氧速率下降的原因是 。
(4)若要进一步探究MSDS浓度对真核微藻光抑制的影响，实验设计的思路是 ；预期结果是 （答出一种即可）。
【答案】(1) 类囊体薄膜 参与NADP+的还原生成NADPH ATP的合成
(2) 强光下电子积累过多，会产生大量活性氧，导致PSⅡ变性失活 MSDS作为电子受体，可接收多余的电子，减少电子积累，从而减少活性氧的产生，最终可减轻对PSⅡ的损伤
(3) 光照强度、是否添加MSDS 强光导致电子积累，产生活性氧使PSⅡ变性失活，光反应速率下降，进而光合速率降低
(4) 设置不同浓度的MSDS处理组，在强光条件下培养真核微藻，测定各组微藻的光合速率（或PSⅡ活性），并设置不加MSDS的对照组 在一定范围内，随着MSDS浓度升高，微藻的光合速率（或PSⅡ活性）逐渐升高，超过一定浓度后，光合速率（或PSⅡ活性）不再增加
【分析】分析图1：场所：PSⅠ、PSⅡ均分布在叶绿体的类囊体薄膜上，光反应的水光解、电子传递、ATP合成均在此发生；电子传递与物质变化：PSⅡ吸收光能后，驱动H2O光解为O2、H+和电子，电子进入电子传递链；电子经传递最终传递给NADP+，与H+结合生成NADPH；电子传递过程中释放的能量推动H+跨膜形成浓度梯度，进而驱动ATP合成酶合成ATP。分析图2：自变量：光照强度、是否添加MSDS； 曲线趋势逻辑：光照强度低于I1时：两组光合速率随光照增强同步上升，此时光照是限制光合速率的主要因素，光抑制未发生，光照强度在I1~I3时：对照组光合速率达到峰值后下降（光抑制），实验组仍持续上升并维持高位，说明MSDS能缓解强光下的光抑制，光照强度高于I3时：实验组光合速率稳定，说明此时光照强度不再是限制因素，MSDS的缓解作用达到饱和。
【详解】（1）光反应的场所是类囊体薄膜，PSⅠ和PSⅡ是光反应的关键蛋白复合体，因此PSⅠ、PSⅡ在叶绿体中分布的位置是类囊体薄膜；据图分析：PSⅡ上产生的电子，可参与NADP+的还原生成NADPH（电子传递链中，电子最终用于还原NADP+），PSⅡ上产生的H 可用于ATP的合成。
（2）结合图1和题干信息可知：强光下电子积累过多，会产生大量活性氧，导致PSⅡ变性失活； MSDS作为电子受体，可接收多余的电子，减少电子积累，从而减少活性氧的产生，最终可减轻对PSⅡ的损伤，因此MSDS可缓解光抑制。
（3）分析图2：本实验研究铁氰化钾对植物光抑制现象的影响，实验的自变量为是否加MSDS，再结合图示曲线分析，另一个自变量是光照强度。若在光强度I3处理过的真核微藻中加入MSDS，其光合放氧速率不能恢复正常，原因是当电子积累过多时，会产生活性氧使PSⅡ变性失活；当光照强度大于I 时，对照组光合放氧速率下降，原因是强光导致电子积累，产生活性氧使PSⅡ变性失活，光反应速率下降，进而光合速率降低。
（4）实验设计思路：设置不同浓度的MSDS处理组，在强光条件下培养真核微藻，测定各组微藻的光合速率（或PSⅡ活性），并设置不加MSDS的对照组；预期结果：在一定范围内，随着MSDS浓度升高，微藻的光合速率（或PSⅡ活性）逐渐升高，超过一定浓度后，光合速率（或PSⅡ活性）不再增加。
5．某种蟹(XY型性别决定)有三种体色：浅体色、中间体色和深体色，研究发现体色与其产生的色素化合物(非蛋白质类)有关，由一组等位基因TS、TZ、TQ决定，另一对等位基因B/b对蟹的存活有影响，这两对等位基因均不位于Y染色体上。相关性状与基因的关系如下图。
某兴趣小组用甲(深体色雌性)、乙(中间体色雄性)、丙(浅体色雄性)为亲本进行了几组杂交实验，过程如下表所示。回答下列问题：
组别 杂交组合 成年子代表型及比例
组一 甲(深体色雌性)×乙(中间体色雄性) 深体色雌性：深体色雄性=2：1
组二 甲(深体色雌性)×丙(浅体色雄性) 深体色雌性：深体色雄性=2：1
组三 组一F1深体色雌性×组二F1深体色雄性 深体色雌性：中间体色雌性：深体色雄性：中间体色雄性=12：4：9：3
(1)控制螃蟹的体色的三个基因之间的显隐性关系是 。根据基因对此螃蟹体色的控制可以体现出，基因控制性状的方式之一是 。
(2)成年螃蟹体色的基因型共有 种。组一亲本甲乙的基因型为 ，组三杂交组合成年子代深体色个体中纯合子占 。
(3)现有一只深体色雌性蟹，欲用最简便的方法判断其是否携带b基因，请写出实验思路、预期结果及结论：
①实验思路： 。
②预期结果及结论： 。
(4)通过调查发现，在有天敌的水体中该螃蟹种群Tz基因频率上升，其原因可能是 。
【答案】(1) TS>TZ>TQ 基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物体的性状
(2) 18/十八 TSTSXBXb、TZTZXBY 2/7
(3) 将深体色雌性蟹与任一颜色的雄蟹杂交，观察并统计后代性别及比例 若子代雌雄比例为1：1，则不携带b基因；若子代雌雄为2：1，则携带b基因。(观察雌雄比例即可)
(4)TZ基因控制中间体色，中间体色螃蟹最不容易被天敌发现，存活率和繁殖率较高，导致TZ基因频率升高
【分析】1、分析三个基因TS、TZ、TQ之间的显隐性关系：组别一深体色雌性甲与中间体色雄性乙杂交，成年子代均为深体色，说明深体色对中间体色为显性TS>TZ；组二深体色甲与浅体色丙杂交，成年子代均为深体色，说明深体色对浅体色为显性即TS>TQ；组三是组一F1深体色雌性×组二F1深体色雄性，后代只出现深体色与中间体色，没有出现浅色，故中间体色对浅色为显性，即TZ>TQ，故它们之间的显隐性关系为TS>TZ>TQ。
2、分析两对基因再染色体上的位置：组别一深体色雌性甲与中间体色雄性乙杂交，成年子代均为深体色，且雄性一半个体在幼年时期死亡，根据题干信息“b基因导致物质乙已积累，个体在幼年死亡”推测B/b基因位于X染色体上；组二深体色甲与浅体色丙杂交，成年子代均为深体色，雌性比雄性比为2：1，雄性一半个体在幼年时期死亡，再次推测出B/b基因位于X染色体上；组三用组一F1深体色雌性与组二F1深体色雄性杂交，雌性中深色体：中间体色=3：1，雄性中深色体：中间体色=3：1，故TS、TZ、TQ位于常染色体上。
【详解】（1）由表格可知：组别一深体色雌性甲与中间体色雄性乙杂交，成年子代均为深体色，说明深体色对中间体色为显性TS>TZ；组二深体色甲与浅体色丙杂交，成年子代均为深体色，说明深体色对浅体色为显性即TS>TQ；组三是组一F1深体色雌性×组二F1深体色雄性，后代只出现深体色与中间体色，没有出现浅色，故中间体色对浅色为显性，即TZ>TQ，故它们之间的显隐性关系为TS>TZ>TQ。据题意可知，某种蟹体色与产生的色素化合物有关，这些化合物是由一组等位基因TS、TZ、TQ决定，这些物质的合成受到相关酶的调控，因此基因对此螃蟹体色的控制方式是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。
（2）据表格中的组一和组二可推测出B/b基因位于X染色体上，据表格中的组三推测出TS、TZ、TQ位于常染色体上，且组一中成年子代全为深体色且雌雄比为2：1，故甲、乙的基因型为TSTSXBXb，TZTZXBY；组二中成年子代全为深体色且雌雄比为2：1，故甲、丙的基因型为TSTSXBXb，TQTQXBY；只考虑等位基因TS、TZ、TQ，可以组成的基因型有TSTS、TSTZ、TSTQ、TZTZ、TZTQ、TQTQ6种，只考虑B/b基因，由于b基因导致物质已积累，幼年死亡，可以组成基因型XBXB、XBXb、XBY3种，故成年螃蟹体色的基因型共有6×3=18种；现已知甲的基因型为TSTSXBXb，乙的基因型为TZTZXBY，丙的基因型为TQTQXBY，则组一F1的基因型为TSTZXBXB、TSTZXBXb和TSTZXBY，组二F1的基因型为TSTQXBXB、TSTQXBXb和TSTQXBY，组三中，让组一F1深体色雌性（基因型占比为1/2TSTZXBXB、1/2TSTZXBXb）与组二F1深体色雄性（基因型为TSTQXBY）交配，所得子代的表型及比例为深体色雌性：中间体色雌性∶深体色雄性∶中间体色雄性＝12∶4∶9∶3，可知在深体色雌性中纯合子（基因型为TSTSXBXB）占3份，深体色雄性（基因型为TSTSXBY）中占3份，因此子代深体色个体中纯合子占（3+3）/（12+9）=2/7。
（3）只考虑B/b基因，成年螃蟹的基因型只有XBXB、XBXb、XBY，该深体色雌性蟹为XBXB、XBXb，只能与雄性XBY的螃蟹杂交，因此实验思路为：让该雌性蟹与任一颜色的多只雄蟹杂交，观察后代表型及比例。如果该深体色雌性蟹为XBXB，亲代基因型为XBXB、XBY，后代雌雄比例为1：1；如果该深体色雌性蟹为XBXb，亲代基因型为XBXb、XBY，由于XbY这种个体不存在，后代雌雄比例为2：1，因此预期结果及结论：若子代雌雄个体比值约为1∶1，则该雌蟹不携带b基因；若子代雌雄个体比值约为2∶1，则该雌蟹携带b基因。
（4）通过调查发现，在有天敌的水体中该螃蟹种群TZ基因频率上升，其原因可能是TZ基因控制中间体色，中间体色螃蟹最不容易被天敌发现，存活率和繁殖率较高，导致TZ基因频率升高。
6．果蝇的体色和眼色受两对基因控制。体色由常染色体上的等位基因 （A/a）控制，灰体对黑檀体为显性；眼色由X染色体上的等位基因 （E/e）控制，红眼对白眼为显性。野生型为灰体红眼，研究发现，当a和e 两种基因均为隐性纯合时个体无法存活。现有两个纯合的甲 （黑檀体红眼）、乙（灰体白眼）品系突变体雌雄果蝇若干，进行了以下实验：
实验一: 甲（♀）×乙（♂） →F1均为灰体红眼
实验二：F1（♀）F1（♂）→F2表型及比例为：灰体红眼♀：灰体红眼♂：灰体白眼♂: 黑檀体红眼♀: 黑檀体红眼♂=6:3:3:2:1。请分析回答:
(1)实验一中甲的基因型为 ，乙的基因型为 。
(2)实验二的F2中缺失的表型是 。
(3)为进一步验证a和e基因同时隐性纯合致死的结论，请利用本题中的甲、乙两个纯合品系为实验材料，设计杂交实验，通过观察F2表型及比例来验证上述结论，写出实验思路并预测实验结果。
实验思路： 。
预测结果： 。
【答案】(1) aaXEXE AAXeY
(2)黑檀体白眼雄果蝇
(3) 选择甲品系的雄果蝇（或者黑檀体红眼雄果蝇）与乙品系的雌果蝇（灰体白眼雌果蝇）杂交得到F1，再让F1雌雄个体相互交配，观察并统计F2代的表型及比例 若子代灰体红眼♀∶灰体红眼♂∶灰体白眼♀∶灰体白眼♂∶黑檀体红眼♀∶黑檀体红眼♂=3∶3∶3∶3∶1∶1（灰体红眼∶灰体白眼∶黑檀体红眼=3∶3∶1）则可验证上述结论
【分析】体色由常染色体上的等位基因 （A/a）控制，灰体对黑檀体为显性；眼色由X染色体上的等位基因 （E/e）控制，红眼对白眼为显性，且甲乙均为纯合果蝇，因此实验一的母本甲（黑檀体红眼）基因型为aaXEXE，父本乙基因型为AAXeY，F1基因型为AaXEXe和AaXEY，F1雌雄相互杂交，F2基因型为A_XEX-（灰体红眼♀）：A_XEY（灰体红眼♂）：A_

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