高中生物实验题

某研究小组将纤维素酶基因（N）插入某种细菌（B1）的基因组中，构建高效降解纤维素的菌株（B2）。该小组在含有N基因的质粒中插入B1基因组的M1与M2片段；再经限制酶切割获得含N基因的片段甲，片段甲两端分别为M1与M2；利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组，得到菌株B2。酶切位点（I～Ⅳ）、引物（P1～P4）的结合位置、片段甲替换区如图所示，→表示引物5'→3'方向。回答下列问题。

（1）限制酶切割的化学键是________。为保证N基因能在菌株B2中表达，在构建片段甲时，应将M1与M2片段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，原因是________。

（2）CRISPR/Cas9技术可以切割细菌B1基因组中与向导RNA结合的DNA。向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G－C和________。

（3）用引物P1和P2进行PCR可验证片段甲插入了细菌B1基因组，所用的模板是________；若用该模板与引物P3和P4进行PCR，实验结果是________。

（4）与秸秆焚烧相比，利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆的优点是________（答出2点即可）。

某种瓜的性型（雌性株/普通株）和瓜刺（黑刺/白刺）各由1对等位基因控制。雌性株开雌花，经人工诱雄处理可开雄花，能自交；普通株既开雌花又开雄花。回答下列问题。

（1）黑刺普通株和白刺雌性株杂交得 $F_1$，根据 $F_1$ 的性状不能判断瓜刺性状的显隐性，则 $F_1$ 瓜刺的表现型及分离比是________。若要判断瓜刺的显隐性，从亲本或 $F_1$ 中选择材料进行的实验及判断依据是_____。

（2）王同学将黑刺雌性株和白刺普通株杂交， $F_1$ 均为黑刺雌性株， $F_1$ 经诱雄处理后自交得 $F_2$，能够验证“这2对等位基因不位于1对同源染色体上”这一结论的实验结果是________。

（3）白刺瓜受消费者青睐，雌性株的产量高。在王同学实验所得杂交子代中，筛选出白刺雌性株纯合体的杂交实验思路是________。

某同学将一种高等植物幼苗分为4组（a、b、c、d），分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间（t）后测定装置内 $O_2$浓度，结果如图所示，其中M为初始 $O_2$ 浓度，c、d组 $O_2$ 浓度相同。回答下列问题。

（1）太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是________，原因是________。

（2）光照t时间时，a组 $C{O}_2$浓度________（填“大于”“小于”或“等于”）b组。

（3）若延长光照时间c、d组 $O_2$ 浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是________组，判断依据是________。

（4）光照t时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会________（填“升高”“降低”或“不变”）。

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 $P_0$，构建重组质粒 $P_x$，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________。

（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。

内共生假说认为，线粒体起源于在厌氧真核细胞中共生的需氧细菌。研究人员将经过改造的大肠杆菌导入相应的专性厌氧酵母细胞质中构建共生体，为上述假说提供证据。

（1）获得专性厌氧呼吸的酵母菌株

利用基因敲除技术破坏酵母菌_____的功能，导致该细胞器不能产生ATP。

（2）获得维生素 $B_1$ 营养缺陷且能分泌ATP的大肠杆菌菌株

①利用基因敲除技术获得维生素 $B_1$营养缺陷型大肠杆菌菌株A。

②构建含有ATP转运蛋白基因 $X$的质粒2。

已知在基因 $X$ 质粒1上均无 $EcoRⅠ$和 $NotⅠ$酶切位点。研究者采用引物P1（含 $EcoRⅠ$识别序列）和P2（含 $NotⅠ$识别序列）对基因X进行扩增，并采用引物P3（含 $EcoRⅠ$识别序列）和P4（含 $NotⅠ$ 识别序列）对质粒1进行扩增，使质粒1线性化，再经酶切、连接，使基因 $X$与质粒1重组为质粒2．请在下图质粒1处标出引物P3和P4的位置及方向。

③将质粒2转入菌株A中，筛选获得菌株B。

（3）采用下图所示过程将菌株B导入步骤（1）获得的酵母菌中，筛选获得融合菌株

促进膜融合的化学试剂通常选择_____。大肠杆菌细胞壁为双层结构，内层为坚固的肽聚糖，外层为脂质双分子层膜结构。融合细胞中的大肠杆菌形态正常且具有活性，说明与酵母细胞膜融合的是菌株B的_____。

在以丙酮酸为唯一碳源的选择培养基上筛选到能够增殖的融合菌株，其中酵母菌为大肠杆菌提供_____，大肠杆菌为酵母菌提供_____，表明二者建立了互利共生关系。在筛选融合菌株时，不能用葡萄糖为碳源，原因是：_____。

为研究低氧条件下光合作用与呼吸作用的关系，采集某植物叶片，将叶柄浸入 ${H_2}^{16}O$ 后，放于氧气置换为 ${}^{18}{O}_2$的密闭装置中， ${}^{18}{O}_2$浓度设正常（ $21\%$）和低氧（ $2\%$）两个水平，测定短时间内、不同光照条件下的净光合速率和呼吸作用速率。其中，净光合速率=光合作用速率-呼吸作用速率。结果如下：

（1）光照条件下，密闭装置中 ${}^{18}{O}_2$逐渐减少，而 ${}^{16}{O}_2$逐渐增加，此时呼吸作用消耗的氧气来源于_____和_____。设最初密闭装置中 ${}^{18}{O}_2$的量为 $x\mu mol$，120秒后测得 ${}^{18}{O}_2$的量为 $y\mu mol$， ${}^{16}{O}_2$的量为 $z\mu mol$，叶片面积为 $a{m}^2$，则净光合速率为_____ $\mu mol/（m^2·s）$。

（2）低氧下， $500\mu molPAR/（m^2·s）$光照强度下，叶片光合作用速率为_____ $\mu mol/（m^2·s）$。

（3）低氧在_____（光照、黑暗、光照和黑暗）条件下构成呼吸作用的限制因素。

（4）在两种氧浓度下，将叶片置于光照[强度为 $500\mu molPAR/（m^2·s）$ ]、黑暗各1小时后，测定叶片中的糖含量。请推测低氧对叶片糖积累是否有利，并给出相应理由：_____。

脊髓损伤是一种严重的中枢神经系统损伤，会进一步引发炎症等免疫反应，加剧神经功能的丧失。为探究程序性细胞死亡配体（P蛋白）及其抗体（P抗体）通过调节免疫反应在脊髓损伤中的作用，进行如下实验。

（1）脊髓是_____与躯干、内脏之间的联系通路。用小鼠建立脊髓损伤模型，实验分组及操作见下表（“+”表示施加，“-”表示不施加），请补充括号处的操作。

其中，P抗体组以_____组为对照，能检测P抗体对脊髓损伤的作用。

（2）处理一段时间后，检测各组脊髓处辅助性T细胞（Th细胞）不同亚群的水平，见下图。其中，Th1细胞可活化巨噬细胞和细胞毒性T细胞，Th2细胞可诱导B细胞增殖、分化并分泌抗体。与假手术组相比，脊髓损伤组的_____免疫会增强，_____免疫会减弱。已知Th1细胞为促炎性T细胞，Th2细胞为抗炎性T细胞。与脊髓损伤组相比，P蛋白组炎症水平_____，说明P蛋白具有_____作用。

气味分子与小鼠嗅细胞膜上特定受体结合，激活嗅细胞，嗅觉神经通路兴奋，产生嗅觉。激活小鼠LDT脑区细胞，奖赏神经通路兴奋，可使其愉快；而激活LHb脑区细胞，惩罚神经通路兴奋，可使其痛苦。实验小鼠的嗅细胞、LDT和LHb脑区细胞可被特殊光源激活。A和C是两种气味完全不同的物品，小鼠嗅细胞M、嗅细胞X分别识别A、C中的气味分子。研究人员通过以下实验探讨脑的某些高级功能，实验如表。回答下列问题：

（1）当观测盒中Ⅳ组小鼠接触物品A时，产生兴奋的神经通路是______和______。该组小鼠在建立条件反射的过程中，条件刺激的靶细胞是______。

（2）推测Ⅵ组的结果是______。

（3）Ⅰ和Ⅳ组小鼠的行为特点存在差异，从脑的高级功能角度分析，这与小鼠脑内储存的______不同有关。若要实现实验小鼠偏爱物品C，写出处理措施______（不考虑使用任何有气味的物品）。

未成熟豌豆豆荚的绿色和黄色是一对相对性状，科研人员揭示了该相对性状的部分遗传机制。回答下列问题：

（1）纯合绿色豆荚植株与纯合黄色豆荚植株杂交， $F_1$只有一种表型。 $F_1$ 自交得到的 $F_2$ 中，绿色和黄色豆荚植株数量分别为297株和105株，则显性性状为______。

（2）进一步分析发现：相对于绿色豆荚植株，黄色豆荚植株中基因H（编码叶绿素合成酶）的上游缺失非编码序列G。为探究G和下游 $H$的关系，研究人员拟将某绿色豆荚植株的基因 $H$突变为 $h$ （突变位点如图a所示， $h$编码的蛋白无功能），然后将获得的Hh植株与黄色豆荚植株杂交，思路如图a：

①为筛选Hh植株，根据突变位点两侧序列设计一对引物提取待测植株的DNA进行PCR。若扩增产物电泳结果全为预测的1125bp，则基因H可能未发生突变，或发生了碱基对的______；若 $H$ 的扩增产物能被酶切为699bp和426bp的片段，而h的酶切位点丧失，则图b（扩增产物酶切后电泳结果）中的______（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）对应的是Hh植株。

②若图a的 $F_1$ 中绿色豆荚：黄色豆荚=1：1，则 $F_1$ 中黄色豆荚植株的基因型为______[书写以图a中亲本黄色豆荚植株的基因型（△G+H）/（△G+H）为例，其中“△G”表示缺失G]。据此推测 $F_1$ 中黄色豆荚植株产生的遗传分子机制是______。

③若图a的 $F_1$ 中两种基因型植株的数量无差异，但豆荚全为绿色，则说明______。

机体内环境发生变化时，心血管活动的部分反射调节如图所示。

（1）调节心血管活动的基本神经中枢位于_____（填“大脑”“脑干”或“下丘脑”）。当血压突然升高时，机体可通过图示调节引起心率减慢、血管舒张，从而使血压下降并恢复正常，该调节过程中，_____（填“交感神经”或“副交感神经”）的活动减弱。

（2）血压调节过程中，压力感受器和化学感受器产生的兴奋在传入神经上都以_____信号的形式向前传导；兴奋只能由传出神经末梢向心肌细胞单向传递的原因是_____。

（3）已知血 $C{O}_2$浓度升高时，通过图示调节影响心率变化。化学感受器分为中枢和外周化学感受器2种类型，其中外周化学感受器位于头部以下，中枢化学感受器分布在脑内。注射药物X仅增加血CO2浓度，不影响其他生理功能。

实验目的：探究外周和中枢化学感受器是否均参与血 $C{O}_2$ 浓度对心率的调节。

实验步骤：

①麻醉大鼠A和B；

②将大鼠A的头部血管与大鼠B的相应血管连接，使大鼠A头部的血液只与大鼠B循环，大鼠A头部以下血液循环以及大鼠B血液循环不变，大鼠A、B的其他部位保持不变，术后生理状态均正常；

③测量注射药物X前后的心率。

结果及结论：向大鼠B尾部静脉注射药物X，大鼠A心率升高，可得出的结论是_____（填“中枢”或“外周”）化学感受器参与了血 $C{O}_2$ 浓度对心率的调节。依据实验目的，还需要探究另1类化学感受器是否参与调节，在实验步骤①、②的基础上，需要继续进行的操作是_____。

某二倍体两性花植物的花色由2对等位基因A、a和B、b控制，该植物有2条蓝色素合成途径。基因A和基因B分别编码途径①中由无色前体物质M合成蓝色素所必需的酶A和酶B；另外，只要有酶A或酶B存在，就能完全抑制途径②的无色前体物质N合成蓝色素。已知基因a和基因b不编码蛋白质，无蓝色素时植物的花为白花。相关杂交实验及结果如表所示，不考虑其他突变和染色体互换；各配子和个体活力相同。

（1）据实验一分析，等位基因A、a和B、b的遗传_____（填“符合”或“不符合”）自由组合定律。实验一的 $F_2$中，蓝花植株纯合体的占比为_____。

（2）已知实验二中被诱变亲本在减数分裂时只发生了1次染色体不分离。实验二中的 $F_1$三体蓝花植株的3种可能的基因型为AAaBb、_____。请通过1次杂交实验，探究被诱变亲本染色体不分离发生的时期。已知三体细胞减数分裂时，任意2条同源染色体可正常联会并分离，另1条同源染色体随机移向细胞任一极。

实验方案：_____（填标号），统计子代表型及比例。

①三体蓝花植株自交

②三体蓝花植株与基因型为aabb的植株测交

预期结果：若_____，则染色体不分离发生在减数分裂Ⅰ；否则，发生在减数分裂Ⅱ。

（3）已知基因B→b只由1种染色体结构变异导致，且该结构变异发生时染色体只有2个断裂的位点。为探究该结构变异的类型，依据基因B所在染色体的DNA序列，设计了如图所示的引物，并以实验一中的甲、乙及 $F_2$中白花植株（丙）的叶片DNA为模板进行了PCR，同1对引物的扩增产物长度相同，结果如图所示，据图分析，该结构变异的类型是_____。丙的基因型可能为_____；若要通过PCR确定丙的基因型，还需选用的1对引物是_____。

绝大多数哺乳动物生来怕辣，而小型哺乳动物树鼩（qú）先天不怕辣，喜食含辣椒素类物质的植物。为探究其原因，我国研究人员进行了系列研究。

（1）研究发现树鼩的受体蛋白（TR1）对辣椒素的敏感性低于其他哺乳动物。为研究树鼩和其他哺乳动物TR1蛋白的差异，可设计开展如下实验：

①________；

②将_______分别进行酶切并连接；

③将重组DNA分子导入大肠杆菌；

④分离表达的TR1蛋白后，测定_______明确蛋白之间的差异。

（2）树鼩及一些哺乳动物的TR1蛋白存在差异（下图）。据分析，树鼩对辣椒素的敏感性降低很可能是由于TR1第579位氨基酸差异造成的，可证实该推测的实验思路为________。

（3）树鼩与其喜食植物的地理分布基本一致。据此可推测，树鼩对含辣椒素类物质植物的适应形成的必要条件是________。

甜瓜幼果果皮有深绿色和浅绿色之分。为探究甜瓜幼果果皮颜色的遗传规律，科研人员进行了相关研究。回答下列问题：

（1）幼果果皮颜色由4号染色体上的等位基因A/a控制。将深绿色甜瓜与浅绿色甜瓜杂交， $F_1$ 幼果为深绿色， $F_1$ 自交后， $F_2$ 深绿色幼果中纯合子所占的比例为＿＿＿＿＿＿。

（2）研究发现，基因M与甜瓜幼果的叶绿素积累有关，蛋白A能通过与基因M的启动子结合来增强基囚M的表达。测序结果表明，果皮浅绿色基因a是由基因A突变而成，相关信息如图所示。

①据图分析，与蛋白A相比，蛋白a发生的变化是＿＿＿＿＿＿，判断依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

②结合上述研究结果，解释甜瓜幼果浅绿色果皮形成的原因＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）已知甜瓜果皮有条纹基因B与无条纹基因b也位于4号染色体上。现有两个纯合甜瓜品种：幼果深绿色无条纹和幼果浅绿色有条纹，设计一个杂交实验证明控制甜瓜果皮两对性状的基因位于同一对染色体上。（用遗传图解表示，不考虑染色体互换）

视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSD）是中枢神经系统中的髓鞘细胞发生坏死导致的一种脱髓鞘疾病。研究发现，人体内针对自身跨膜蛋白——水通道蛋白4（AQP4）的抗体是致病的重要因素。AQP4在星形胶质细胞上分布较多，而在髓鞘细胞上未见分布。星形胶质细胞对髓鞘细胞具有重要的支持和营养作用。回答下列问题：

（1）NMOSD是免疫系统的＿＿＿＿＿＿功能异常导致的疾病。

（2）AQP4可被＿＿＿＿＿＿细胞加工、呈递。AQP4结构如图所示，据图推测致病的抗AQP4抗体可与AQP4的＿＿＿＿＿＿（填图中字母）特异性结合。

（3）已知补体由一系列蛋白质组成，广泛存在于人体内环境中。在抗体发挥功能后，补体能协助抗体破坏靶细胞。为探究NMOSD的致病机制，科研人员进行了如下4组体外实验。

注：“+”表示有，“—”表示无。

①通过比较＿＿＿＿＿＿（填组别）的实验结果即可证明脊髓脱髓鞘的发生需要补体的参与；

综合分析第2、3、4组的实验结果，证明＿＿＿＿＿＿会导致脊髓脱髓鞘。

②结合上述实验结果，完善NMOSD的致病机制。

秸秆直接焚烧会造成空气污染等环境问题。秸秆还田是当前农业生产中常用措施，研究秸秆还田模式对秸秆在生产中合理利用有重要的指导意义。科研人员研究了秸秆还田与氮肥配施的模式对玉米光合作用的影响，测定相关指标，结果如图所示。

回答下列问题：

（1）玉米绿叶中的叶绿素主要吸收＿＿＿＿＿＿光。据图1、2可推测，等量配施氮肥条件下，与NSR相比，SR的玉米叶肉细胞中光反应会产生更多的＿＿＿＿＿＿。据图2可知，与NSR相比，SR显著提高了净光合速率，其净光含速率随着施氮量的增加呈＿＿＿＿＿＿。

（2）根据图中实验结果，下列关于玉米光合作用的叙述正确的是＿＿＿＿＿＿。（多选，填序号）

A．	胞间 $C{O}_2$ 浓度与气孔开放程度及细胞对 $C{O}_2$ 的固定量有关
B．	与SR相比，NSR会降低蒸腾速率，但有利于细胞对 $C{O}_2$ 的吸收
C．	与SR相比，NSR的胞间 $C{O}_2$ 浓度更高，细胞对 $C{O}_2$ 的固定量更多
D．	当配施氮肥量为 $180kg・h{m}^{-2}$ 时，细胞加大了对 $C{O}_2$ 的固定，导致胞间 $C{O}_2$ 浓度降低
E．	与配施氮肥量为 $180kg・h{m}^{-2}$ 相比，过多的施氮量会使细胞吸收的 $C{O}_2$ 减少，最终导致叶绿素转化光能的效率下降

（3）结合上述实验结果，从经济效益和环境保护角度说明玉米种植不宜过量施用氨肥的原因＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。