广东 刘建峰 王联新

高中生物疑难问题分析6例

广东 刘建峰 王联新

疑问1． 秋水仙素在育种中有何应用？

适宜浓度的秋水仙素溶液可以诱导染色体加倍，且效果优于低温诱导，所以在植物的单倍体育种和多倍体育种时常常使用。同时秋水仙素也可以诱导基因突变，所以有必要理清秋水仙素在这3种不同情况下的异同。

如果使用秋水仙素诱导基因突变，其主要作用于细胞分裂的间期，通过干扰DNA复制来实现；如果是用于单倍体育种或多倍体育种，秋水仙素则主要作用于细胞分裂的前期，通过抑制纺锤体的形成，使后期着丝点分裂加倍后的染色体无法移向细胞的两极。单倍体育种时秋水仙素的使用是在花药离体培养之后，处理的对象是单倍体幼苗，处理后植株染色体数目恢复至正常；而多倍体育种则是直接使用秋水仙素溶液处理含正常染色体数的萌发种子或幼苗，处理后植株染色体加倍成为多倍体。

疑问2． 如何判断食物网中哪些生物间存在捕食和竞争关系？

在捕食链中，上下营养级的生物之间存在捕食关系，在多条捕食链构成的食物网中，除了捕食关系之外，往往还存在竞争关系。如何快速判断哪些生物间既存在捕食又存在竞争关系呢？

例题1.（节选自山东潍坊实验中学2017届二模，31） 如图1是某“家庭农场”的农业生产模式中食物网模式简图，该食物网中存在捕食和竞争关系的是________。

分析：若两种生物存在捕食关系，就会有表示能量流动的单向箭头线段联系；若他们之间还存在竞争关系，就会有共同的食物来源。这样就会在食物网中出现“三角”，如图1中的“杂草、鱼、鸭”三角，“杂草、鱼、昆虫”三角，“水稻、昆虫、鸭”三角，“昆虫、鱼、鸭”三角，可以将这些三角关系构建模型如图2，则BC间存在捕食和竞争关系。

图1

图2

参考答案：鱼、鸭；鱼、昆虫；鸭、昆虫

疑问3．如何判断实验组和对照组？

比较研究是科学实验的重要方法。为了说明某因素（自变量）对实验对象的影响和作用,必须有可供比较的对照组。科学实验中设置对照组的目的在于抵消非实验因素（无关变量）可能的干扰和影响,以避免对结果作出错误的判断。实验设计的均衡性,常常是实验成败的关键。在研究工作中要努力做到实验组与对照组在非实验因素方面尽可能一致（相同且适宜）。实验组和对照组的判断，在不同的资料中有不同的说法。

以教材为依据，可以参考人教版必修3“探究土壤微生物的分解作用”中参考案例1：该案例明确指出对照组即自然状态组，也可以叫常态组。采用该方法可以准确判断出萨克斯实验中天竺葵曝光的一半叶片为自然状态的对照组，而遮光的一半叶片为实验组。当然，在具体的实验中，对照组的判断也可以依据结果是否是公认的或已知的，若结果是已知或公认的，则为对照组。

例题2.（节选自北京顺义区2017届高三第二次统练，29）茶是中华民族的传统饮品，其活性成分能够影响人体的能量代谢和脂肪代谢，有一定的降脂减肥作用。科研人员以大鼠为对象研究普洱茶的降脂效果，实验过程及结果如下。

注：食物利用率：体重增长量/摄食量×100% 脂肪系数：脂肪重量/体重×100%

上述实验中，需使用________________来配制普洱水提物的水溶液；_______均为对照组，其中设置C组的目的是______________________________________________。

分析：本题中A组为自然状态组，所以是对照组，而B组采用高脂饲料会导致实验终脂肪系数高于普通饲料组是常识，是公认的；C组在高脂饲料喂养时按推荐剂量使用某降脂药液会导致实验终脂肪系数降低的结果是已知的，故也是对照组。通过把使用普洱水提物的D、E、F组的实验终脂肪系数数据与已知降脂效果的C组比较，可以明确普洱水提物是否具降脂作用。

参考答案 蒸馏水 A、B、C 作为普洱茶是否具有降脂作用的依据

疑问4．如何判断基因的显隐性关系？

判断基因的显隐性关系（完全显性）的基本方法是：表现型相同的双亲，若杂交子代中出现不同于双亲的性状为隐性；表现型不同的双亲，若杂交子代只有一种表现型，未出现的亲本性状为隐性。

例题3.（节选自2017年安徽省安庆市二模，10）某种小动物的毛色可以是棕色、银灰色和黑色（相关基因依次用A1、A2和A3表示），研究人员进行如表所示的有关杂交实验：

组别亲本子代（F1）甲棕色×棕色2/3棕色、1/3银灰色乙棕色×银灰色1/2棕色、1/2银灰色丙棕色×黑色1/2棕色、1/2黑色丁银灰色×黑色全是银灰色

请根据以上实验，回答下列问题：

（1）由甲组分析可知：________是隐性性状，产生子代（F1）数量比的原因最可能是_________________________。

（2）让甲组的子代（F1）自由交配，得到的后代表现型及比例为__________________________________________。

分析：本题中通过甲组杂交结果可判定银灰色对棕色为隐性，通过丁组杂交结果可判定黑色对银灰色为隐性，即复等位基因的显隐性关系为A1＞A2＞A3。结合该判断以及甲组子代表现型比例，推导问题（1）银灰色为隐性性状，产生子代（F1）数量比的原因最可能是A1A1显性纯合致死。但由于控制毛色的基因为复等位基因，所以甲组的亲代基因型除了A1A2×A1A2外， A1A2×A1A3也符合题设条件，如果没有注意到这一点，（2）的答案就可能会不完整。

参考答案：（1）银灰 棕色基因（A1基因）纯合致死

（2）棕色∶银灰色=1∶1或棕色∶银灰色∶黑色=4∶3∶1

判断基因的显隐性关系，除了通过杂交结果判断外，也可以通过其他方法实现，例如，在完全显性的前提下，若能直接检测杂合子与哪种纯合子表现型相同，则该纯合子的性状为显性。

例题4（.节选自北京顺义区2017届高三第二次统练，30）青光眼是导致人类失明的三大致盲眼病之一，其中发育性青光眼（婴幼儿型和青少年型）具有明显的家族遗传倾向。检查发现，发育型青光眼患者角膜小梁细胞中M蛋白异常。为研究其病因，研究者用含绿色荧光蛋白基因G或红色荧光蛋白基因R的质粒、正常人M蛋白基因（M+）或青光眼患者M蛋白基因（M-），构建基因表达载体，分别导入Hela细胞中进行培养，一段时间后检测培养液和细胞中荧光的分布情况，实验分组及检测结果如下表（示只含荧光蛋白基因的质粒片段；示含荧光蛋白基因和M蛋白基因的质粒片段，此时两基因表达的产物是一个整体）。

1组2组3组4组5组6组导入Hela细胞的质粒（局部）和荧光检测细胞内有红色荧光有绿色荧光有红色荧光有绿色荧光有红色荧光有红色荧光和绿色荧光培养液无荧光无荧光有红色荧光有绿色荧光无荧光无荧光

上表中第________组实验可以为“发育型青光眼是显性遗传病”这一结论提供重要证据。

分析：如何通过上表实验检测结果，判断发育型青光眼是显性遗传病呢？基本的判断思路是，当M+、M-同时存在（杂合子）时，基因的表达结果和M+（或M-）单独存在（纯合子）时的相同，则M+（或M-）为显性基因。由于第1、2组不涉及M+或M-基因，可直接排除；第6组中红色荧光蛋白基因与M-拼接，绿色荧光蛋白基因与M+拼接，符合该拼接特点的还有第4、5组。比较这3组荧光检测结果，第5、6组的相同，说明M-可以掩盖M+的作用，所以M-（发育型青光眼基因）为显性。

参考答案：4、5、6

疑问5．高中生物中同位素标记法有哪些应用？

同位素标记法可用于追踪物质的运行和变化规律。通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。教材中出现的相关内容主要有：

研究目的标记物是否有放射性实验材料实验结果/结论1分泌蛋白的合成和运输（必修1.48页）3H标记亮氨酸有放射性豚鼠胰腺腺泡细胞附着核糖体的内质网→高尔基体→细胞外2氧气中的氧原子来自于水还是CO2（必修1.102页）18O分别标记水或CO2无放射性光照条件下的小球藻氧气完全来自于水的光解3光合作用产生的有机物是怎样合成的（必修1.102页）14C标记CO2有放射性光照条件下的小球藻CO2→三碳化合物→糖类4 T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验（必修2.45页）32P、35S分别标记噬菌体的DNA或蛋白质外壳均有放射性先获取两种不同标记的大肠杆菌、再获取两种不同标记T2噬菌体DNA是遗传物质5 DNA的复制（必修2.53页）15N标记DNA无放射性标记DNA子链半保留复制

由于同位素标记法涉及的知识点较多且都是重点，所以一定要进行有针对性地 归纳总结。以18O为例，不但要清楚其没有放射性，还要明确①证明氧气完全来自于水的光解的实验采用了对比实验法；②18O标记水、氧气、二氧化碳等情况下动物、光照下的绿色植物可以检测出哪些物质被标记：标记物为水时，动物可以通过有氧呼吸的第二阶段实现对二氧化碳的标记；植物可以通过光合作用的光反应阶段实现对氧气的标记，通过有氧呼吸的第二阶段实现对二氧化碳的标记，通过光合作用的暗反应阶段实现对糖类的标记。标记物为氧气时，动物可以通过有氧呼吸的第三阶段实现对水的标记，并进一步通过第二阶段实现对二氧化碳的标记；植物可以在上述有氧呼吸标记水和二氧化碳的基础上 ，进一步通过光合作用实现对糖类的标记。标记物为二氧化碳时，动物无法实现对其他物质的标记，而植物可以通过光合作用实现对糖类的标记。

疑问6． 差速离心法和密度梯度离心法有何区别？

离心法是进行物质或结构分离的一种有效方法。在高中生物必修教材中共有3处提及此两种方法：

1体验制备细胞膜的方法（必修1.41页）细胞破裂后，还需用什么方法才能获得较纯的细胞膜离心法2细胞世界探微三例（必修1.59页）差速离心法3 DNA的复制（必修2.53页）克劳德摸索出采用不同的转速对破碎的细胞进行离心的方法将提取的DNA进行密度梯度离心，记录离心后试管中DNA的位置密度梯度离心法

差速离心法：也叫分步离心法。特点是通过交替使用低速和高速离心，用不同强度的离心力使具有不同质量的物质分级分离。该法适用于混合样品中各沉降系数差别较大（10倍以上）组分的分离。实验时把样品放在离心管内，先按大组分的沉降系数选择离心转速和离心时间，当离心结束时正好使大组分全部沉降到离心管底部，这时中小组分中的一部分也会沉降到底部。如要进一步提纯可以把此沉淀物再溶解，仍然按大组分的沉降条件离心，得到大组分的第二次离心沉淀。通过多次对沉淀和上清液差速离心，就可以实现不同沉降系数组份的分离提纯。

密度梯度离心法：也叫平衡密度梯度离心法。该方法的原理是当不同颗粒之间存在沉降系数差时，在一定离心力作用下，颗粒各自以一定速度沉降，在密度梯度不同区域上形成区带。操作方法是先制备介质梯度溶液：用超离心机对小分子物质（常用蔗糖、甘油等）溶液，长时间加一个离心力场至达到沉降平衡，实现从液面到底部出现一定的密度梯度。需要注意小分子介质的最大密度要小于所有样品颗粒的密度。若在该溶液里加入少量大分子样品溶液（如含14N、15N的DNA溶液），则溶液内比溶剂密度大的部分就产生大分子沉降，比溶剂密度小的部分就会上浮，最后在离心力和浮力平衡的特定位置，集聚形成大分子带状物。正是借助于该方法，1958年米西尔逊(M.Meselson)，斯塔尔(F.W.Stahl)，维诺格拉德(J.Vinograd)成功地分离了〔15N〕DNA和〔14N〕DNA（假设半保留复制成立的亲代〔14N14N 〕、子代〔14N15N〕、〔15N15N〕这3种 DNA的沉降系数差值太小，不适于采用差速离心法），并最终证明DNA的半保留复制特点。

广东省汕头市澄海苏北中学；广东省广州市禺山中学）