廣西 張聰杰 遼寧 徐秀云 甘肅 馬小明

【原創(chuàng)試題1】(14分)某生物學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在實驗室進行探究植物細(xì)胞的吸水和失水的實驗?；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題。

(1)查閱資料可知，植物細(xì)胞的細(xì)胞壁是全透性的；成熟的植物細(xì)胞內(nèi)的液體環(huán)境主要是___________________ ；原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜，原生質(zhì)層是指___________________。

(2)學(xué)習(xí)小組經(jīng)討論后認(rèn)為選___________________(填“根尖分生區(qū)細(xì)胞”或“紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞”)為實驗材料，理由是___________________。

(3)學(xué)習(xí)小組用一定濃度的蔗糖溶液進行實驗，觀察液泡的體積隨時間的變化，記錄結(jié)果如圖1所示，圖1中表示植物細(xì)胞發(fā)生了___________________現(xiàn)象；若換用與蔗糖溶液等滲的KNO3溶液進行實驗，請預(yù)測實驗結(jié)果，并在圖1中繪制相應(yīng)曲線。

圖1

(4)學(xué)習(xí)小組計劃用蔗糖溶液測定某種綠色植物葉肉細(xì)胞的細(xì)胞液濃度，請寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)果：___________________。

(5)通過實驗探究，學(xué)習(xí)小組明白了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上給農(nóng)作物施肥時伴隨灌水的原理是___________________。

【答案】(1)中央大液泡(液泡)里的細(xì)胞液(2分，答出液泡給1分，答出細(xì)胞液給1分) 細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)(1分)

(2)紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞(1分) 具有紫色的中央大液泡，便于觀察(2分，答出紫色的中央大液泡給1分，答出便于觀察給1分)

(3)質(zhì)壁分離(1分)

圖2

(2分，如圖2所示，變化趨勢為液泡體積的相對值先下降一段時間后恢復(fù)，即先發(fā)生質(zhì)壁分離后自動復(fù)原)

(4)實驗思路：配制一系列濃度梯度的蔗糖溶液，取該綠色植物的葉肉細(xì)胞分別置于不同濃度的蔗糖溶液中，觀察細(xì)胞質(zhì)壁分離情況；預(yù)期結(jié)果：細(xì)胞液濃度介于不發(fā)生質(zhì)壁分離和剛好使其發(fā)生質(zhì)壁分離的溶液濃度之間(3分，答出設(shè)置一系列濃度梯度給1分，答出觀察指標(biāo)給1分，答出細(xì)胞液濃度的判斷給1分)

(5)避免農(nóng)作物根部細(xì)胞外的土壤溶液濃度過高導(dǎo)致細(xì)胞失水過多而死亡(2分，答出避免土壤溶液濃度高給1分，答出避免細(xì)胞失水給1分)

創(chuàng)新點分析：1.設(shè)問考查角度創(chuàng)新，本題以質(zhì)壁分離實驗和探究為學(xué)科情境，設(shè)置問題，第(1)問考查基礎(chǔ)知識；第(2)問考查實驗材料的選擇和理由；第(3)問考查實驗結(jié)果的分析和應(yīng)用；第(4)問考查實驗原理的應(yīng)用和延伸；第(5)問考查生物學(xué)原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，各個設(shè)問上下銜接，層層遞進。

2.考查維度多樣，按高考能力要求分析，本題既有涉及基礎(chǔ)知識理解能力的考查，也有實驗探究、獲取信息能力和綜合應(yīng)用的考查；按學(xué)科核心素養(yǎng)分析，本題第(1)問體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能觀的考查，第(2)問體現(xiàn)了科學(xué)思維的考查，第(3)問體現(xiàn)了對科學(xué)探究中結(jié)果分析的考查，第(4)問體現(xiàn)了對科學(xué)探究中實驗方案設(shè)計的考查，第(5)問聯(lián)系生產(chǎn)生活實際的應(yīng)用，體現(xiàn)了社會責(zé)任的考查。

3.設(shè)問形式創(chuàng)新，第(3)問第二空采用繪制曲線的方式考查實驗結(jié)果的預(yù)期，第(4)問考查實驗思路。

試題亮點：考點明確、具體，注重基礎(chǔ)性考查。

【原創(chuàng)試題2】試題原稿：

不少哺乳動物冬眠時會將代謝水平降至最低，甚至能達(dá)到正常水平的1%，但它們也需要蛋白質(zhì)來維持基本的肌肉活動。某科研團隊通過研究發(fā)現(xiàn)，一種地松鼠在冬眠期間，其消化道中的尿素被腸道微生物(溶尿菌)降解產(chǎn)生的氮元素會被地松鼠重新利用，從而實現(xiàn)了氮在冬眠動物體內(nèi)的“循環(huán)”。研究者進一步對地松鼠腸道微生物進行基因組測序后發(fā)現(xiàn)，隨著冬眠進程的推進，與產(chǎn)生脲酶相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào)，在冬眠尾聲時最活躍?；卮鹣铝袉栴}：

(1)蛋白質(zhì)的基本組成單位是________，蛋白質(zhì)種類和功能多樣，可參與肌肉的組成，維持肌肉的活動，作為酶(如脲酶)起催化作用，此外，蛋白質(zhì)還具有____________功能(答出2點)。

(2)尿素是蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)生的含氮廢物，一般情況下，氮在動物體內(nèi)以尿素的形式積累，最終作為尿液的主要成分排出體外。當(dāng)某動物飲水過多時，會導(dǎo)致細(xì)胞外液的滲透壓下降，對___________________的刺激減少，減少___________________的分泌和釋放，腎排出的尿液增加，細(xì)胞外液的滲透壓才能恢復(fù)正常。但荒漠生物群落中某些爬行動物的含氮廢物不以尿素的形式排出，而是以固態(tài)尿酸鹽的形式排出，意義是____________________________________。

(3)為探究地松鼠腸道微生物的作用機理，該研究團隊利用同位素示蹤技術(shù)標(biāo)記了尿素中的氮元素，隨后分別在3個時間段將這些尿素注射至不同地松鼠的血液中，分別是夏季代謝活躍時、冬眠剛開始時以及冬眠接近結(jié)束的時候，然后檢測地松鼠肝臟和肌肉中的同位素標(biāo)記情況。該實驗過程中作為對照組的地松鼠應(yīng)該如何處理，目的是___________________，對照組地松鼠的實驗結(jié)果應(yīng)該是___________________。

(4)基因的表達(dá)過程包括___________________。依據(jù)題意，理論上可利用基因工程技術(shù)，從地松鼠的腸道微生物獲取___________________為目的基因，通過工程菌生產(chǎn)該基因的表達(dá)產(chǎn)物，利用動物尿液中的尿素作為生產(chǎn)蛋白質(zhì)的原料。了解冬眠狀態(tài)下動物的生存方式，還可以為肌肉萎縮患者提供新的治療思路；降低人類在太空中肌肉損失的速率，可為未來奔赴遙遠(yuǎn)星球的深空旅行奠定理論基礎(chǔ)，對人類也具有重大意義。

返改建議：

1.題干和第(4)問可精簡。如刪除“不少哺乳動物冬眠時會將代謝水平降至最低，甚至能達(dá)到正常水平的1%，但它們也需要蛋白質(zhì)來維持基本的肌肉活動”等。

2.第(2)問第1空答案不唯一。

3.第(3)問的目的設(shè)問可替換為“以大幅降低其腸道微生物的數(shù)量”，清晰答題方向，降低難度。

4.使用抗生素組是否應(yīng)該是實驗組？腸道微生物一定是細(xì)菌嗎？建議命題老師斟酌。

優(yōu)化后試題：

哺乳動物冬眠時代謝水平會降低，但仍需蛋白質(zhì)來維持基本的肌肉活動。某科研團隊研究發(fā)現(xiàn)，一種地松鼠在冬眠期間，其消化道中的尿素被腸道微生物降解產(chǎn)生的氮元素會被重新利用，從而實現(xiàn)了氮的“循環(huán)”。進一步對地松鼠腸道微生物的基因組測序后發(fā)現(xiàn)，其體內(nèi)與產(chǎn)生脲酶相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào)?；卮鹣铝袉栴}：

(1)(2)同試題原稿。

(3)為探究地松鼠腸道微生物的作用機理，該研究團隊利用同位素示蹤技術(shù)標(biāo)記了尿素中的氮元素，隨后分別在3個時間段(夏季代謝活躍時、冬眠剛開始時以及冬眠接近結(jié)束時)將這些尿素注射至不同地松鼠的血液中，然后檢測地松鼠肝臟和肌肉中的同位素標(biāo)記情況。實驗過程中，研究人員對實驗組的地松鼠使用了抗生素，以大幅降低其腸道微生物的數(shù)量，則實驗組地松鼠應(yīng)出現(xiàn)的實驗結(jié)果是___________________。

(4)基因的表達(dá)過程包括___________________。依據(jù)題意，理論上可利用基因工程技術(shù)，從地松鼠的腸道微生物中獲取___________________為目的基因，通過工程菌生產(chǎn)該基因的表達(dá)產(chǎn)物，利用動物尿液中的尿素作為生產(chǎn)蛋白質(zhì)的原料。

【答案】(1)氨基酸 免疫、調(diào)節(jié)機體的生命活動、運輸(任答其中2點即可)

(2)滲透壓感受器(或下丘腦中的滲透壓感受器) 抗利尿激素 荒漠群落分布在極度干旱區(qū)，嚴(yán)重缺水，尿素需要溶解在水中才能排出，以固態(tài)尿酸鹽的形式排出可以減少水分的散失，適應(yīng)缺水的環(huán)境(答案合理即可)

(3)實驗組地松鼠的肝臟和肌肉中的同位素標(biāo)記比對照組地松鼠的少很多(答案合理即可)

(4)轉(zhuǎn)錄和翻譯 與產(chǎn)生脲酶相關(guān)的基因

【解析】本題以近期的科研成果為切入點，考查蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、水鹽平衡調(diào)節(jié)、基因表達(dá)、基因工程等相關(guān)知識，考查閱讀理解能力、獲取信息的能力和實驗探究能力等，考查結(jié)構(gòu)與功能觀、科學(xué)思維、科學(xué)探究等學(xué)科核心素養(yǎng)。(1)蛋白質(zhì)的基本組成單位是氨基酸。據(jù)題設(shè)信息“蛋白質(zhì)可參與肌肉的組成”可知，蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)，絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，酶具有催化作用，這兩方面的功能題干中已有表述，不能重復(fù)回答，所以蛋白質(zhì)還具有的功能有調(diào)節(jié)機體的生命活動，如胰島素、胰高血糖素等蛋白質(zhì)類激素；具有運輸功能，如血紅蛋白；具有免疫功能，如抗體。(2)下丘腦是水鹽平衡調(diào)節(jié)中樞，當(dāng)某動物飲水過多時，會導(dǎo)致細(xì)胞外液的滲透壓下降，對位于下丘腦中的滲透壓感受器的刺激減少，減少了下丘腦對抗利尿激素的分泌和垂體的釋放，所以腎排出的尿液增加。荒漠生物群落分布在極度干旱區(qū)，年降水量稀少且分布不均勻，生活在荒漠中的生物都具有耐旱的特性，它們以各自獨特的生活方式適應(yīng)缺乏水分的環(huán)境，如某些爬行動物以固態(tài)尿酸鹽的形式排泄含氮廢物，而不是產(chǎn)生需要更多水才能溶解的尿素。(3)首先需要明確實驗?zāi)康氖恰疤骄康厮墒竽c道微生物的作用機理”，實驗的自變量是地松鼠的腸道微生物，實驗結(jié)果是通過檢測因變量而獲得的，據(jù)題意“檢測地松鼠肝臟和肌肉中的同位素標(biāo)記情況”可知，此為因變量。由于實驗組的地松鼠經(jīng)抗生素處理過，其腸道微生物數(shù)量已大幅降低，據(jù)題意“地松鼠腸道微生物的基因組測序后發(fā)現(xiàn)，其體內(nèi)與產(chǎn)生脲酶相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào)”可知，當(dāng)?shù)厮墒竽c道中微生物數(shù)量大幅降低之后，其分解尿素的量也大幅下降，所以實驗組地松鼠的肝臟和肌肉中的同位素標(biāo)記應(yīng)該比對照組地松鼠的少很多。(4)基因的表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個過程。據(jù)題意可知，目的基因應(yīng)是與產(chǎn)生脲酶相關(guān)的基因，脲酶的作用是能將尿素分解為氨和二氧化碳。

創(chuàng)新點分析：本題的題干材料來源于領(lǐng)研網(wǎng)的“最新《科學(xué)》解開冬眠之謎：不吃不喝時，來自尿素的營養(yǎng)解救了它們”，聚焦學(xué)科科技前沿，通過新的情境設(shè)定，考查學(xué)生在新情境中解決問題的能力。通過(2)(3)問中語言表述類的設(shè)問，考查學(xué)生的邏輯思維能力。考查的內(nèi)容橫跨多個模塊，體現(xiàn)了知識的廣度；對實驗與探究能力的考查，體現(xiàn)出知識的深度。

【原創(chuàng)試題3】L-異亮氨酸被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝品及食品等領(lǐng)域，工業(yè)上用發(fā)酵法生產(chǎn)L-異亮氨酸的關(guān)鍵是高產(chǎn)菌種的選育。已知生物體內(nèi)L-異亮氨酸由天冬氨酸轉(zhuǎn)化而來，但天冬氨酸含量升高時，會抑制天冬氨酸合成酶的活性?；卮鹣铝袉栴}：

(1)從土壤中分離和篩選能產(chǎn)L-異亮氨酸的微生物時，需采用________法將土壤稀釋液接種到________的固體培養(yǎng)基上，以獲得原始菌G0。

(2)已知磺胺胍是天冬氨酸的結(jié)構(gòu)類似物，如圖3曲線為不同濃度的磺胺胍對G0生長的影響。推測磺胺胍抑菌的原理是____________________________。將原始菌G0經(jīng)誘變處理180 s后，接種到含有________mg·mL-1磺胺胍的培養(yǎng)基中培養(yǎng)2～3天，挑取較大單菌落獲得變異菌G1。此變異菌天冬氨酸合成酶的活性不受磺胺胍(天冬氨酸)的反饋抑制作用。用于工業(yè)發(fā)酵前，還需要檢測G1能否________，以及其遺傳的穩(wěn)定性。

圖3

(3)若利用G1發(fā)酵生產(chǎn)L-異亮氨酸，需控制好發(fā)酵罐內(nèi)的________(答出2點即可)等條件，以利于菌株生長繁殖。同時，為避免其他雜菌污染培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備，必須經(jīng)過________過程。

【答案】(15分)(1)稀釋涂布平板(2分) 缺乏L-異亮氨酸(2分)

(2)磺胺胍與天冬氨酸結(jié)構(gòu)相似，進入菌體后抑制天冬氨酸合成酶活性，從而抑制天冬氨酸的合成，進而起到抑菌作用(3分) 0.4(2分)

顯著提升L-異亮氨酸產(chǎn)量(答案合理即可，2分)

(3)溫度、pH、溶解氧(答出1點給1分，2分) 嚴(yán)格的滅菌(2分)

【命題意圖】本題考查微生物的分離純化和發(fā)酵相關(guān)知識，考查理解能力、信息獲取能力，考查生命觀念、科學(xué)思維學(xué)科核心素養(yǎng)。

【解題思路】(1)從土壤中分離和篩選能產(chǎn)L-異亮氨酸的微生物時，選擇培養(yǎng)基中應(yīng)無L-異亮氨酸，接種方法一般采用稀釋涂布平板法。(2)由題意可知，磺胺胍進入菌體后會抑制天冬氨酸合成酶活性，從而抑制天冬氨酸的合成，進而起到抑菌作用。由圖可知，磺胺胍濃度為0.4 mg·mL-1時，抑菌率為100%，故原始菌G0經(jīng)誘變后，應(yīng)接種到含有0.4 mg·mL-1磺胺胍的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，挑取較大單菌落獲得變異菌G1，此時獲得的G1對磺胺胍具有抗性，即變異菌G1天冬氨酸合成酶的活性不受磺胺胍(天冬氨酸)的反饋抑制作用，因此其產(chǎn)L-異亮氨酸的效率較高。工業(yè)發(fā)酵前，還需要檢測G1能否顯著提升L-異亮氨酸產(chǎn)量，以及其遺傳的穩(wěn)定性。(3)發(fā)酵生產(chǎn)L-異亮氨酸時，需控制好發(fā)酵罐內(nèi)的溫度、pH、溶解氧等條件。同時，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌過程，以避免其他雜菌的污染。

創(chuàng)新點分析：題干材料源于實際工業(yè)生產(chǎn)，體現(xiàn)試題的應(yīng)用性。在題空設(shè)置上，第(1)(3)問以教材基本知識點為考查重點，體現(xiàn)基礎(chǔ)性。但第(2)問需要學(xué)生借助題干信息和曲線圖信息進行分析作答，體現(xiàn)試題的綜合性和創(chuàng)新性，也是對學(xué)生信息獲取能力、綜合應(yīng)用能力的考查，預(yù)測本題難度較大。

試題亮點：圍繞工業(yè)生產(chǎn)實踐進行設(shè)問，突出了試題的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性。