高中生物科学探究的过程和方法综合题

一科研小组对某病毒遗传物质进行了如下实验：
实验原理：略
实验目的：探究某病毒的遗传物质是DNA还是RNA。
材料用具：显微注射器、某病毒的核酸提取物、活鸡胚、DNA酶、RNA酶。
实验步骤：
第一步：取等量活鸡胚两组，用显微注射技术分别向两组活鸡胚中注射有关物质。
第二步：在适宜条件下培养。
第三步：分别从培养后的活鸡胚中抽取样品，检测是否产生该种病毒。
请将与实验相关的内容填入下表：

	注射 的物质	实验现象预测(有无该病毒产生)	相关判断(该病毒的遗传物质)
第一组		如果________， 如果________，	则____是遗传物质 则____是遗传物质
第二组		如果________， 如果________，	则____是遗传物质 则 ____是遗传物质

λ噬菌体有极强的侵染能力，并能在细菌中快速地进行DNA的复制，最终导致细菌破裂(称为溶菌状态)，或者整合到细菌基因组中潜伏起来，不产生子代噬菌体(称为溶原状态)。在转基因技术中常用λ噬菌体构建基因克隆载体，使其在受体细菌中大量扩增外源DNA，进而构建基因文库。相关操作如图。请分析回答相关问题。

(1)组装噬菌体时，可被噬菌体蛋白质包装的DNA长度约为36～51 kb，则λgt10载体可插入的外源DNA的长度范围为________，为获得较大的插入能力，在改造载体时可删除噬菌体DNA组成中的________序列以缩短其长度。
(2)λ噬菌体DNA上通常没有合适的标记基因，故人工改造时需加装合适的标记基因，如图中λgt10载体中的imm434基因。该基因编码一种阻止λ噬菌体进入溶菌状态的阻遏物。可见，构建基因克隆载体时，外源DNA的插入位置是imm434基因________(填“之中”或“之外”)。培养后处于________状态表明已成功导入目的基因。
(3)包装用的蛋白质与DNA相比，特有的化学元素是________，若对其进行标记并做侵染实验，可获得的结论是_______________________________________________________________。
(4)举一例生物界中与溶原状态相似的现象：_______________________________________________________________。
(5)分离纯化噬菌体重组DNA时，将经培养10 h左右的大肠杆菌—噬菌体的培养液超速离心，从________部位获得噬菌体。苯酚抽提，释放噬菌体重组DNA。最后，需用乙醇析出DNA，该操作依据的原理是_______________________________________________________________。

在研究生物遗传物质的过程中，人们做了很多实验进行研究，包括著名的“肺炎双球菌转化实验”。请分析以下实验并回答问题：
(1)某人曾重复了“肺炎双球菌转化实验”，步骤如下：
a．将一部分S型细菌加热杀死；
b．制备符合要求的培养基并均分为若干组，将菌种分别接种到各组培养基上(如图中文字说明部分)；
c．将接种后的培养基置于适宜温度下培养一段时间，并观察菌落生长情况，结果如图所示。

注：○为S型菌落，●为R型菌落
①制备符合要求的培养基时，除加入适当比例的水和琼脂外，还必须加入一定量的无机盐、氮源、有机碳源、________，并调整pH。
②本实验可得出的结论是：___________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)艾弗里等人通过实验证实了在上述细菌转化过程中起作用的是DNA。请利用DNA酶做试剂，选择适当的材料用具，设计实验方案，验证“促使R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA”，并预测实验结果，得出实验结论。
①实验设计方案：
第一步：从S型细菌中提取DNA，制备符合要求的培养基，并将盛有等量培养基的装置分别标号A、B、C；
第二步：__________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
第三步：_______________________________________________________________
________________________________________________________________________；
第四步：________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②请预测实验结果并得出合理结论：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③通过你设计的实验，还能得出的新的结论：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

人类对遗传的认知逐步深入：
（1）在孟德尔豌豆杂交实验中，纯合的黄色圆粒（YYRR）与绿色皱粒（yyrr）的豌豆杂交，若将F₂中黄色皱粒豌豆自交，其子代中表现型为绿色皱粒的个体占      。进一步研究发现r基因的碱基序列比R基因多了800个碱基对，但r基因编码的蛋白质（无酶活性）比R基因编码的淀粉支酶少了末端61个氨基酸，推测r基因转录的mRNA提前出现      。
（2）摩尔根用灰身长翅（BBVV）与黑身残翅（bbvv）的果蝇杂交，将F₁中雌果蝇与黑身残翅雄果蝇进行测交，子代出现四种表现型，比例不为1∶1∶1∶1，说明F₁中雌果蝇产生了       种配子。实验结果不符合自由组合定律，原因是这两对等位基因不满足该定律“    ”这一基本条件。
（3）格里菲思用于转化实验的肺炎双球菌中，S型菌有SⅠ、SⅡ、SⅢ等多种类型，R型菌是由SⅡ型突变产生。利用加热杀死的SⅢ与R型菌混合培养，出现了S型菌，有人认为S型菌出现是由于R型菌突变产生，但该实验中出现的S型菌全为        ，否定了这种说法。
（4）沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，该模型用     解释DNA分子的多样性，此外，     的高度精确性保证了DNA遗传信息的稳定传递。

(6分) 在生命科学研究领域，正确的思路和研究方法往往是科学家们取得成功的关键。同位素追踪法所利用的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素，将它应用在生物学的研究中，为探明许多生命过程的奥秘起了很重要的作用。请回答：
（1）如果用含¹⁸O的水浇灌某盆栽植物，并将该盆栽植物置于光照下。过一段时间，在植物周围的空气中，含¹⁸O的气态物质有___▲___，这些物质分别是由___▲___（生理过程）产生的。
（2）如果用含¹⁵N的蛋白质饲料饲养体内不含¹⁵N的大白鼠，在饲料适量的情况下，¹⁵N将首先出现在该动物细胞内的___▲___（结构）上。
（3）为了证明噬菌体侵染细菌时，进入细菌的是噬菌体DNA，而不是它的蛋白质外壳，实验室已制备好分别含³H、¹⁴C、¹⁵N、¹⁸O、³²P、³⁵S等6种放射性同位素的微生物培养基，请你选择适当的培养基并完成以下关键性的实验设计步骤：
①_________________________________▲_________________________________。
②_________________________________▲_________________________________。
③_________________________________▲_________________________________。

在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，用³²P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，在理论上，上清液中不含放射性，下层沉淀物中具有很高的放射性；而实验的实际最终结果显示：在离心上层液体中，也具有一定的放射性，而下层的放射性强度比理论值略低。
(1)在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，采用的实验方法是                 。
(2)在理论上，上清液中放射性应该为0，其原因是：理论上讲，噬菌体已将含³²P的DNA全部注入大肠杆菌体内，上清液中只含噬菌体的                 。
(3)由于实验数据和理论数据之间有较大的误差，由此对实验过程进行误差分析：
a．在实验中，从噬菌体和大肠杆菌混合培养，到用离心机分离，这一段时间如果过长，会使上清液的放射性含量升高，其原因是：噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来，经离心后                 。
b．在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，将      (填“是”或“不是”)误差的来源，理由是：没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中，使上清液                 。

放射性同位素标记技术在生物学的研究中已被广泛应用。
（1）利用¹⁴C标记的CO₂研究植物光合作用中暗反应，¹⁴C的转移途径是         ；若用¹⁸O标记H₂¹⁸O研究动物有氧呼吸的过程，则其最终出现在          （物质）中。
（2）在噬菌体侵染细菌实验中，获得³⁵S标记的噬菌体的方法是         。
（3）利用¹⁵N标记的氨基酸研究唾液腺细胞的唾液淀粉酶的合成和分泌，则¹⁵N首先出现在的具膜细胞器为       ，最终含¹⁵N唾液淀粉酶以       方式从细胞中分泌出去。
（4）a、b、c为三种DNA分子：a只含¹⁵N,b同时含¹⁴N和¹⁵N，c只含¹⁴N。将¹⁵N标记的DNA分子，放入含¹⁴N的培养基上连续扩增了4代，则a、b、c这三种DNA分子所占的比例分别是         。
（5）用³²P标记的胰岛素基因探针，对小鼠胚胎干细胞和胰岛B细胞进行检测。

用探针探测细胞的DNA	用探针探测细胞的RNA
胚胎干细胞	胰岛B细胞	胚胎干细胞	胰岛B细胞

表格的空格中应填写的检测结果依次是          。（用“+”表示能检测到，用“-”表示不能检测到）。从实验结果分析可知，胚胎干细胞分化为胰岛B细胞的根本原因是        。[

分，每空下列甲、乙示意图为真核细胞内两种物质的合成过程，丙图表示遗传信息流的中心法则图解，请析图回答下列问题：

（1）甲过程进行的时期是细胞                                        ，该过程的特点是
                    ，进行的场所主要在             。
（2）因DNA分子具有独特的              结构和碱基互补配对原则作保障，甲过程一般能准确进行，但也可能受内外因素的影响而发生差错，导致                   ，产生新基因。
（3）乙图过程中所需的原料是                              。
（4）真核生物体内能进行丙图中的           过程（填图中序号）。发生d、e过程的生物的遗传物质是           。
（5）d过程需要            酶。c过程在                     中进行，生成多肽过程中单体的结合方式叫             ，参与的tRNA最多有      种。

请分析回答有关科学发现中的问题：
(1)孟德尔在运用      法提出基因分离定律。在对现象分析中、提出假说阶段完成的实验是         ，在检验假设阶段完成的实验是          。
(2)艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验和赫尔希的噬菌体侵染细菌实验中，其共同的、核心的设计思路是           。

据下图回答问题：

（1）过程②表明，将S型细菌的            与R型活细菌混合培养，其后代为       型细菌。
（2）过程③表明，将S型细菌的      与R型活细菌混合培养，最后会发现：有少数        型细菌转化成          型细菌。
（3）过程④表明，转化成的           型细菌的后代也是有毒性的         型细菌。
（4）通过上述实验能证明DNA是主要的遗传物质而蛋白质不是遗传物质吗？             。

烟草是一种经济作物，也是生物学实验的常用材料。请回答下列有关问题：
（1）烟草的遗传物质中能储存足够量的遗传信息，遗传信息蕴藏在_______________之中。DNA分子上分布着多个基因，基因是_______________。
（2）将烟草的一个具有活性的根尖分生区细胞放入含³²P标记的脱氧核苷酸培养液中，在第二次细胞分裂的中期，发现有一条染色单体中只有一条脱氧核苷酸链有放射性，则其姐妹染色单体有______条链含有放射性。在根尖分生区细胞的DNA中碱基A有3000个，占全部碱基数的3/8，则碱基G的个数为         。
（3）烟草花叶病毒会感染烟草的叶片，使之出现相应的病斑，试写出证明烟草花叶病毒的遗传物质为RNA的实验思路：             。
（4）如果用¹⁵N、³²P、³⁵S同时标记烟草花叶病毒后让其侵染未做标记的烟草细胞，在产生的子代烟草花叶病毒中，能够找到的放射性元素是_____，其存在的部位是             。

烟草是一种经济作物，也是生物学实验的常用材料。请回答下列有关问题：
（1）烟草性状遗传的实质是                。烟草的遗传物质中能储存足够量的遗传信息，遗传信息蕴藏在_____________之中。
（2）将烟草的一个具有活性的根尖分生区细胞放入含³²P标记的脱氧核苷酸培养液中，在第二次细胞分裂的中期，发现有一条染色单体中只有一条脱氧核苷酸链有放射性，则其姐妹染色单体有______条链含有放射性。在根尖分生区细胞的DNA中碱基A有3000个，占全部碱基数的3/8，则碱基G的个数为            。
（3）如果用¹⁵N、³²P、³⁵S同时标记烟草花叶病毒后让其侵染未做标记的烟草细胞，在产生的子代烟草花叶病毒中，能够找到的放射性元素及其存在的部位是              。

某科学家做“噬菌体侵染细菌实验”时，用同位素标记某个噬菌体和细菌的有关结构或物质（如下表）。产生的n 个子代噬菌体与亲代噬菌体的形状、大小完全一样。

（1）子代噬菌体中，只含³²P的有     个；同时含有³¹P、 ³²P的有       个。
（2）子代噬菌体的蛋白质分子中都没有   元素，由此说明                ；子代噬菌体蛋白质含有(    )元素，这是因为                              。

人类对遗传的认知逐步深入：
（1）在孟德尔豌豆杂交实验中，纯合的黄色圆粒（YYRR）与绿色皱粒（yyrr）的豌豆杂交，若将F₂中黄色皱粒豌豆自交，其子代中表现型为仍为黄色皱粒的个体占         。进一步研究发现r基因的碱基序列比R基因多了800个碱基对，但r基因编码的蛋白质（无酶活性）比R基因编码的淀粉支酶少了末端61个氨基酸，推测r基因转录的mRNA提前出现       。试从基因表达的角度，解释在孟德尔“一对相对性状的杂交实验”中，所观察的7种性状的F₁中显性性状得以体现，隐性性状不体现的原因是           。
（2）摩尔根用灰身长翅（BBVV）与黑身残翅（bbvv）的果蝇杂交，将F₁中雌果蝇与黑身残翅雄果蝇进行测交，子代出现四种表现型，比例为1：1：1：1，说明F₁中雌果蝇产生了        种配子。若实验结果不符合自由组合定律，原因是这两对等位基因不满足该定律“      ”这一基本条件。
（3）格里菲思用于转化实验的肺炎双球菌中，S型菌有S_Ⅰ、S_Ⅱ、S_Ⅲ等多种类型，R型菌是由S_Ⅱ型突变产生。利用加热杀死的S_Ⅲ与R型菌混合培养，出现了S型菌。有人认为S型菌出现是由于R型型菌突变产生，但该实验中出现的S型菌全为        ，否定了这种说法。
（4）沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，该模型用       解释DNA分子的多样性，此外，              的高度精确性保证了DNA遗传信息稳定传递。

下图为某同学重复了探究生物遗传物质的“T2噬菌体侵染大肠杆菌实验”（甲、乙）和“肺炎双球菌转化实验”。

据图回答下列问题：
（1）图甲中T2噬菌体DNA复制的场所是            。
（2）图乙中若用含³²P的噬菌体侵染大肠杆菌，经过离心，上清液也有很低的放射性，原因可能是                     。若改用¹⁴C、³H、¹⁵N等标记噬菌体而细菌未标记，在子代噬菌体中，        中能找到标记元素。
（3）研究发现T2噬菌体属于噬菌体中的一类，除此之外还有λ噬菌体等，λ噬菌体的性质较“温和”感染细菌后并不使细菌死亡而是将自身的DNA插入进细菌的DNA，随细菌DNA一起复制，所以常用于基因工程中做为             （工具）。假定原宿主细胞中某一DNA片段含有3000个碱基对，其中G+C占碱基总数的30%，插入后的DNA整段转录形成的mRNA含有4000个碱基，其中A和U占60%，则插入进来的噬菌体DNA片段中A+T占该插入片段碱基总数的比例为      。
（4）上图的“肺炎双球菌转化实验”得出的结论是                    。加热杀死的S型菌中的DNA仍有活性的原因可能是                    。