2025年上学期高一生物特殊思维案例分析测评试题

2025年上学期高一生物特殊思维案例分析测评试题一、细胞结构与功能的跨情境应用案例1：深海热泉生态系统中的古细菌适应性分析背景资料：在太平洋马里亚纳海沟的热泉喷口附近，科学家发现一种名为“热球菌”的古细菌。该细菌生活在温度高达110℃、压力超过1000个大气压的极端环境中，其细胞膜主要由醚键连接的类异戊二烯脂质构成，而不是常见的酯键连接的脂肪酸链。此外，其细胞内含有一种特殊的热稳定DNA聚合酶，能在高温下保持活性。问题链：从细胞膜化学组成角度，分析醚键连接方式对热球菌适应高温环境的意义。与植物细胞相比，热球菌的细胞膜结构缺失哪些成分？若将热球菌的DNA聚合酶基因导入大肠杆菌（最适生长温度37℃），推测该酶在大肠杆菌内的活性表现，并从蛋白质结构与功能关系角度解释原因。热泉喷口缺乏光照且氧气含量极低，结合细胞呼吸类型分析热球菌的能量获取方式，写出其可能的化学反应式（底物为硫化氢和二氧化碳）。案例2：囊性纤维化患者的细胞膜转运异常背景资料：囊性纤维化是一种常染色体隐性遗传病，患者肺部细胞的细胞膜上CFTR蛋白（一种氯离子通道蛋白）结构异常，导致细胞外氯离子浓度显著降低，进而使呼吸道黏膜表面黏液黏稠度增加，易引发感染。问题链：绘制CFTR蛋白的合成与运输路径图，标注参与该过程的细胞结构（核糖体、内质网等）及其具体功能。正常细胞中，氯离子通过CFTR蛋白跨膜运输的方式属于______（填“自由扩散”“协助扩散”或“主动运输”），判断依据是______。若患者细胞外氯离子浓度为正常细胞的1/5，计算氯离子跨膜运输的动力变化倍数。临床观察发现患者呼吸道pH值低于正常值，结合离子运输异常分析原因（提示：氯离子与碳酸氢根离子的协同转运）。二、代谢调节的动态平衡分析案例3：糖尿病患者的糖代谢紊乱背景资料：Ⅱ型糖尿病患者体内存在胰岛素抵抗，即胰岛素靶细胞（如肝细胞、肌细胞）对胰岛素的敏感性降低，导致血糖利用率下降。研究发现，患者细胞内的GLUT4蛋白（一种葡萄糖转运蛋白）在细胞膜上的数量显著减少。问题链：绘制胰岛素作用于肝细胞的信号传导流程图，包括胰岛素与受体结合后，如何通过促进GLUT4蛋白向细胞膜转移实现血糖降低。对比正常人与Ⅱ型糖尿病患者在进食后1小时、3小时的血糖浓度变化曲线，并分析3小时后患者血糖仍高于正常值的原因（从肝糖原分解、非糖物质转化角度作答）。二甲双胍是治疗Ⅱ型糖尿病的常用药物，其作用机制之一是抑制肝细胞内的糖异生过程。写出糖异生的三个关键酶，并解释抑制该过程如何降低血糖。案例4：植物光合速率的昼夜调节机制背景资料：景天科植物（如仙人掌）具有特殊的“景天酸代谢（CAM）”途径，其气孔夜间开放吸收二氧化碳并转化为苹果酸储存于液泡，白天关闭气孔时再释放二氧化碳参与卡尔文循环。问题链：绘制CAM植物与C3植物（如小麦）的光合速率随光照强度变化的对比曲线，标注两者的光补偿点和光饱和点差异，并解释原因。分析CAM植物夜间吸收的二氧化碳在白天参与卡尔文循环时，需要依赖哪些光反应产物？写出相关物质的生成场所及运输路径。在干旱条件下，CAM植物的生长速率通常高于C3植物，请从碳固定效率和水分散失角度量化分析（假设两者单位叶面积的气孔导度相同，C3植物白天气孔开放时水分散失速率为CAM植物的5倍）。三、遗传规律的特殊现象探究案例5：人类ABO血型的基因互作背景资料：ABO血型由位于9号染色体的IA、IB、i三个等位基因控制，其中IA和IB为共显性，i为隐性。此外，19号染色体上的H基因控制H抗原的合成，而H抗原是IA和IB基因表达的前体物质。hh基因型个体因无法合成H抗原，表现为“孟买血型”（无论ABO基因型如何，均表现为O型）。问题链：若一对夫妇的血型分别为A型（基因型HhIAi）和B型（基因型HhIBi），用分支法计算其子女可能的血型及比例（需考虑H基因的影响）。某“孟买血型”男性（基因型hhIAIB）与O型血女性（基因型HHii）结婚，其子代的血型表现型及比例为______，写出遗传图解。从基因表达调控角度，解释H基因如何影响IA和IB基因的表型效应（提示：H抗原是糖蛋白，IA基因控制其末端添加N-乙酰半乳糖胺）。案例6：果蝇眼色遗传的剂量补偿效应背景资料：果蝇的红眼（W）对白眼（w）为显性，控制该性状的基因位于X染色体上。雌性果蝇有两条X染色体，雄性只有一条。但实验发现，雌雄果蝇眼部细胞中W基因的mRNA含量相近。问题链：解释“剂量补偿效应”的概念，并说明果蝇通过何种机制实现雌性X染色体上基因表达量与雄性一致（提示：雌性果蝇一条X染色体随机失活）。若让红眼雄蝇（XWY）与白眼雌蝇（XwXw）杂交，F1代出现一只白眼雌蝇，推测其可能的基因型及形成原因（至少写出两种情况，包括染色体变异和基因突变）。用荧光标记技术检测果蝇幼虫唾液腺细胞的多线染色体，发现雌性果蝇的X染色体上W基因区域荧光强度是雄性的1.5倍，结合剂量补偿效应分析该现象的原因。四、生态系统的物质循环与能量流动案例7：农田生态系统中的农药富集效应背景资料：某农田长期施用有机磷农药（如敌敌畏），导致土壤中出现以农药为碳源的降解菌。研究发现，该降解菌能通过胞外酶将农药分解为无毒的磷酸和有机酸，而蜘蛛和青蛙等捕食者体内农药浓度是农田土壤的100-1000倍。问题链：绘制该农田生态系统的食物网简图（包含生产者、初级消费者、次级消费者、分解者），标注各营养级的能量传递效率（按林德曼效率10%计算）。若农田中农药初始浓度为0.1mg/kg，计算经过三级消费者后的农药浓度，并解释生物富集现象的能量流动基础。从群落演替角度分析，长期施用农药对土壤微生物群落的影响（提示：从物种丰富度、优势种变化方面作答）。案例8：森林生态系统的碳循环失衡背景资料：亚马孙雨林被称为“地球之肺”，但近年来因滥砍滥伐导致森林面积锐减。2024年数据显示，该区域碳排放量已超过碳吸收量，成为碳源。问题链：对比森林生态系统与草原生态系统的碳循环速率，分析热带雨林碳循环效率高的三个环境因素（温度、湿度、生物多样性）。若亚马孙雨林每年减少10万平方公里（相当于10^11平方米），假设每平方米森林年固定碳量为1.5kg，计算每年增加的碳排放量（单位：亿吨），并换算为二氧化碳的质量（C的摩尔质量12g/mol，CO2为44g/mol）。提出两种恢复雨林碳汇功能的生物措施，并说明其作用机制（如种植固氮植物、引入共生微生物等）。五、实验设计与结果分析案例9：探究温度对酶活性的影响（拓展实验）背景资料：某兴趣小组欲研究不同温度对唾液淀粉酶活性的影响，实验材料包括：稀释唾液（含淀粉酶）、淀粉溶液、碘液、恒温水浴锅等。但实验过程中，小组误将斐林试剂当作碘液加入反应体系，导致无法通过颜色变化判断淀粉剩余量。问题链：设计一个修正方案，在不更换试剂的前提下，继续完成实验（要求：写出实验步骤、预期结果及温度对酶活性影响的结论）。若实验中发现60℃组的还原糖生成量反而高于37℃组（最适温度），可能的原因是什么？如何通过补充实验验证该假设（提示：考虑酶的热稳定性）。绘制温度-酶活性曲线时，若以10分钟内淀粉完全水解所需时间为指标，曲线的走势与以还原糖生成量为指标的曲线有何差异？解释原因。案例10：验证光合作用产生氧气的实验改进背景资料：传统实验中，将水绵和好氧细菌放在载玻片上，用极细光束照射后观察细菌分布。某学生提出改进方案：用密闭玻璃罩将水绵与二氧化碳传感器连接，在不同光照强度下测定氧气释放速率。问题链：对比两种实验方案的自变量、因变量及实验误差来源，说明改进方案的优势（至少写出三点）。若改进实验中，光照强度从0逐渐增加到饱和点，绘制玻璃罩内二氧化碳浓度随时间变化的曲线，并标注曲线斜率为0的点对应的生理状态。实验中发现，即使在光照饱和条件下，氧气释放速率仍随时间逐渐下降，可能的限制因素有哪些？如何设计实验区分这些因素（如二氧化碳浓度、酶活性等）。六、进化与适应的综合分析案例11：抗生素滥用与细菌耐药性进化背景资料：青霉素通过抑制细菌细胞壁合成发挥杀菌作用，但近年来耐药菌比例显著上升。研究发现，耐药菌携带的耐药基因可通过质粒在细菌间转移，且某医院的金黄色葡萄球菌对青霉素的耐药率从2015年的15%升至2025年的78%。问题链：用自然选择学说解释耐药菌比例上升的过程，写出该过程中“变异”“选择”“适应”三个环节的具体表现。计算2015-2025年间该医院耐药菌的年增长率（假设耐药率呈指数增长），并预测2030年的耐药率（写出计算公式）。从进化与生态角度，分析禁止在畜牧业中滥用抗生素对降低人类感染耐药菌风险的作用机制。案例12：加拉帕戈斯群岛地雀的适应性辐射背景资料：加拉帕戈斯群岛的13种地雀均由共同祖先演化而来，不同地雀的喙形差异显著：有的喙粗而短（适合啄食坚果），有的细而长（适合取食昆虫），有的呈凿状（适合挖掘种子）。问题链：绘制地雀喙形进化的系统树，标注关键进化节点（如喙形分化的时间、与食物资源变化的对应关系）。若某岛屿因干旱导致坚果类食物减少，昆虫数量增加，预测该岛地雀种群的喙形基因频率变化趋势，并解释这种变化是否一定导致新物种形成。从基因表达调控角度，推测Hox基因（控制体轴发育）如何影响地雀喙形的发育（提示：Hox基因的时空表达模式差异）。七、生物技术的伦理与应用案例13：CRISPR-Cas9基因编辑治疗镰状细胞贫血背景资料：镰状细胞贫血是因β-珠蛋白基因（HBB）突变导致的遗传病。2023年，美国FDA批准使用CRISPR技术编辑患者造血干细胞，使其重新表达胎儿期的γ-珠蛋白（与α-珠蛋白结合形成胎儿血红蛋白），以替代异常的镰状血红蛋白。问题链：写出CRISPR-Cas9系统编辑HBB基因的具体步骤，包括sgRNA的设计原则（需结合HBB基因突变位点序列）。治疗过程中，为何选择造血干细胞作为编辑对象？编辑后的细胞如何在患者体内发挥长期疗效？从伦理角度分析该技术的潜在风险（如脱靶效应、生殖细胞编辑等），提出两条规避风险的技术改进建议。案例14：转基因抗虫棉的生态影响背景资料：转基因抗虫棉（Bt棉）导入了苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因，可特异性杀死棉铃虫。但研究发现，长期种植Bt棉导致棉田蚜虫数量增加，而瓢虫（蚜虫天敌）的种群密度下降。问题链：绘制Bt棉田的食物网（包含棉花、棉铃虫、蚜虫、瓢虫、蜘蛛），分析蚜虫数量增加的原因（从中间竞争和天敌角度作答）。若Bt毒蛋白在棉叶中的表达量为0.5μg/g，棉铃虫取食10g叶片后死亡，计算