2022届高考生物一轮复习微专题七生物模型的解读与应用学案新人教版

微专题(七)　生物模型的解读与应用

模型是指人们为了达到某种特定的目的,而对研究对象所作的一种简化的、概括性的描述,是科学研究中对复杂事物的一种简单的描述方法。这种描述可以是定性的,也可以是定量的;可以借助具体的实物,也可以通过抽象的形式。所以模型作为一种认识手段和思维方式,是科学认识过程中抽象化与具体化的辩证统一。高中生物学课程模型建构与科学研究中的建立模型在思维本质上一样的,但高中生物学课程模型建构活动的主要价值是让学生通过尝试建立模型,体现建立模型中的思维过程,领悟模型方法,并获得或巩固有关的生物学概念和生理过程。

高中生物课本中常见的模型主要包括物理模型、数学模型、概念模型等。

1.概念模型

概念模型指以图示、文字、符号等组成的流程图形式对事物的规律和机理进行描述、阐明。例如光合作用示意图、中心法则图解、免疫过程图解、过敏反应机理图解、达尔文的自然选择学说的解释模型、血糖平衡调节的模型等。概念模型的特点是图示比较直观化、模式化,由箭头等符号连接起来的文字、关键词比较简明、清楚,它们既能揭示事物的主要特征、本质,又直观形象、通俗易懂。

【典例1】如图表示种群的各个数量特征之间及与种群数量的关系,下列叙述不正确的是(　　)

A.甲为出生率和死亡率,乙为迁入率和迁出率

B.在丁的模型中处于图形底部的是幼年个体

C.丙通过影响出生率来间接影响种群密度

D.调查种群密度有利于合理利用生物资源

【典例2】将与生物学有关的内容依次填入下图各框中,其中包含关系错误的选项是(　　)

【解题模板】

2.物理模型

根据相似原理,把真实事物按比例放大或缩小制成的模型,其状态变化和原事物基本相同,可以模拟客观事物的某些功能和性质。如生物体结构的模式标本、细胞结构模式图、减数分裂图解、DNA分子双螺旋结构、生物膜流动镶嵌模型、食物链和食物网等。物理模型的特点是:实物或图画的形态结构与真实事物的特征、本质非常相像,大小一般是按比例放大或缩小的。

【典例3】结合下图分析,下列说法正确的是(　　)

A.若判断甲是否为需氧型生物,依据的是细胞中是否含有结构①

B.若判断乙是否为植物细胞,并不能仅依据细胞中是否含有结构②

C.用电子显微镜观察不能区分细胞甲和细胞乙是否为原核生物

D.根据细胞中是否含有结构③,可将甲、乙、丙三种生物分为真核生物和原核生物两个类群

【典例4】下图是由甲、乙、丙三个神经元(部分)构成的突触结构。神经元兴奋时,C通道开放,使C内流,由此触发突触小泡前移并释放神经递质。据图分析,下列叙述正确的是(　　)

A.乙酰胆碱和5-羟色胺在突触后膜上的受体相同

B.若乙神经元兴奋,会引起丙神经元兴奋

C.若某种抗体与乙酰胆碱受体结合,不会影响甲神经元膜电位的变化

D.若甲神经元上的C通道被抑制,会引起乙神经元膜电位发生变化

【解题模板】

3.数学模型

用来定性或定量表述生命活动规律的计算公式、函数式、曲线图以及由实验数据绘制成的柱形图、饼状图等。如组成细胞的化学元素饼状图,酶的活性受温度、酸碱度影响的曲线,光合作用中随光照强度、温度、CO2等条件变化时光合作用强度的变化曲线,有丝分裂和减数分裂过程中染色体、染色单体以及DNA数量的变化规律,碱基与氨基酸的对应关系,基因分离定律和自由组合定律的图表模型,用数学方法讨论种群基因频率的变化,探究自然选择对种群基因频率的影响,同一植物不同器官对生长素浓度的反应曲线,“J”形种群增长曲线的数学模型和公式Nt=N0λt,能量金字塔等。

(1)曲线图类

【典例5】为研究甲、乙两种藻的种间竞争关系,在相同条件下对二者进行混合培养和单独培养,结果如下图所示。下列说法错误的是(　　)

A.单独培养条件下,甲藻数量约为1.0×106个时种群增长最快

B.混合培养时,种间竞争是导致甲藻种群数量在第10—12天增长缓慢的主要原因

C.单独培养时乙藻种群数量呈“S”形增长

D.混合培养对乙藻的影响较大

【典例6】图1是某高等绿色植物成熟绿叶组织在某光照强度和适宜温度下,光合作用强度增长率随CO2浓度变化的情况。图2为从生长状况相同的植物叶片上剪出大小、部位相同的若干圆叶片,抽取叶片细胞内的气体,平均分成若干份,然后置于不同浓度的NaHCO3溶液中,给予相同的一定强度光照,测量圆叶片上浮至液面所需时间,其记录结果绘成的曲线图。下列分析错误的是(　　)

A.图1中在D点时光合速率达到最大,此时限制光合速率的主要环境因素可能是光照强度

B.图1中C点与B点相比,叶绿体中NADPH的合成速率不变

C.从图2分析,BC段曲线平缓的限制因素可能是光照强度,而C点以后曲线上行,其原因最可能是NaHCO3浓度过大,导致细胞失水,从而影响细胞代谢

D.适当增加光照强度重复图2实验,B点将向下移动

【解题模板】

(2)柱形图类

【典例7】假如水稻的高秆(D)对矮秆(d)为显性,抗瘟病(R)对易染病(r)为显性。现有一高秆抗病的亲本水稻和矮秆易染病的亲本水稻杂交,产生的F1再和隐性类型进行测交,结果如图所示(两对基因位于两对同源染色体上),F1的基因型为(　　)

A.DdRR和ddRr B.DdRr和ddRr

C.DdRr和Ddrr D.ddRr

【典例8】某细胞中染色体数为2n,在如图所示的图象中,属于该细胞有丝分裂中期和减数分裂Ⅱ后期的依次是(　　)

A.①② B.②③

C.④② D.③④

【解题模板】

(3)数据表格类

【典例9】大蚂蚁和小蚂蚁生活在某地相邻的两个区域。研究者在这两个蚂蚁种群生活区域的接触地带设4种处理区,各处理区均设7个10 m×10 m的观测点,每个观测点中设有均匀分布的25处小蚂蚁诱饵投放点。在开始实验后的第1天和第85天时分别统计诱饵上小蚂蚁的出现率并进行比较,结果见下表。

对本研究的实验方法和结果分析,表述错误的是(　　)

A.小蚂蚁抑制大蚂蚁的数量增长

B.采集实验数据的方法是样方法

C.大蚂蚁影响小蚂蚁的活动范围

D.土壤含水量影响小蚂蚁的活动范围

【解题模板】

学科素养达成评价　

情境探究一　生态浮岛

生态浮岛,又称人工浮床、生态浮床等。它是人工浮岛的一种,针对富营养化的水质,利用生态工学原理,降解水中的COD、氮和磷。它以水生植物为主体,运用无土栽培技术原理,以高分子材料等为载体和基质,应用物种间共生关系,充分利用水体空间生态位和营养生态位,从而建立高效人工生态系统,用以削减水体中的污染负荷。它能使水体透明度大幅度提高,同时水质指标也得到有效的改善,特别是对藻类有很好的抑制效果。生态浮岛对水质净化最主要的功效是利用植物的根系吸收水中的富营养化物质,例如总磷、氨氮、有机物等,使得水体的营养得到转移,减轻水体由于封闭或自循环不足带来的水体腥臭、富营养化现象。

(1)生态浮床最大的优点是什么?

(2)生态浮床对于生物的意义是什么?

(3)生态浮床加速水体净化的原因是什么?

【情境应用】

含磷洗涤剂产生的污水未经处理即行排放,使海水、湖水中富含N、P等植物营养物质,称为水体富营养化。水体富营养化是全球性的水环境问题,科学家研制出生态浮床以进行缓解,如图所示。以下关于生态浮床的作用说法,错误的是(　　)

A.生态浮床上的植物能吸收水中的N、P,缓解水体富营养化现象

B.生态浮床最大的优势是利用了群落的水平结构

C.浮床下方水体中藻类植物的数量低于无浮床的水域,这主要是受阳光的影响

D.生态浮床能为水中的鱼类提供隐蔽空间,避免其被捕食

情境探究二　生态位重叠

生态位重叠是指两个或两个以上生态位相似的物种生活于同一空间时分享或竞争共同资源的现象。生态位重叠的两个物种因竞争排斥原理而难以长期共存,除非空间和资源十分丰富。通常资源总是有限的,因此生态位重叠物种之间竞争总会导致重叠程度降低,如彼此分别占领不同的空间位置和在不同空间部位觅食等。在向某一地区引进物种时,要考虑与当地物种的生态位重叠的问题。外来物种总因数量有限、对环境尚未适应等原因处于竞争的弱势,因此,如与当地物种生态位重叠过大将会导致引种失败。

(1)研究动物的生态位一般研究哪些方面?

(2)物种生态位会随环境而改变吗?原因是什么?

(3)生物群落中,多个物种生态位重叠越大,物种竞争　　　　　　。 

(4)当两种生物生态位完全重叠时会发生什么情况?

【情境应用】

生态位是指一个物种在群落中的地位或作用,包括所处的空间位置,占用资源的情况,以及与其他物种的关系等。生态位的重叠和分离状况与种间竞争、种内斗争具有密切的关系(如图所示)。下列说法错误的是(　　)

A.种间竞争会促使不同物种的生态位分化

B.种内斗争的加剧会使不同物种的生态位重叠增加

C.各物种生态位的分化不利于群落稳定性与多样性的维持

D.如果两个物种的生态位是完全分开的,则会有未被利用的资源

情境探究三　人类活动对生物的影响

在许多自然景区,将原有植被清除,然后从农田运来土壤种植草坪。绿化用草坪不但需要大量灌溉来保证其生长,还需要不断地进行施肥、除草、药物防治病虫害等工作,对当地原有生态环境造成巨大的破坏。由于人类活动的影响,我国著名旅游景区泰山的动植物种类逐渐减少,现在山上的森林多为20世纪50年代种植的人工林,海拔800米以下几乎都是刺槐,挤占了泰山原有物种的生存空间。

(1)刺槐在泰山当地无节制繁殖的原因可能有哪些?自然林往往有病无灾,而人工林则往往爆发严重的虫害,原因是什么?

(2)如果你是自然景观设计师,该如何对城市进行绿化设计?

【情境应用】

某湖泊在20世纪50年代曾被围湖造田种植水稻,80年代末因修复生态环境的需要而退耕还湖,几年后又恢复了往日的生机。下列关于该演替的叙述,错误的是(　　)

A.演替过程中物种组成发生了变化

B.演替过程中群落结构不变

C.人为因素改变了演替的速度

D.弃耕田中有种子等繁殖体

微专题(七)　生物模型的解读与应用

典例1A　甲能使种群密度增大,为出生率和迁入率;乙使种群密度减小,为死亡率和迁出率;丁为年龄结构,年龄结构模型中从下往上依次为幼年、成年和老年个体;丙为性别比例,主要通过影响出生率来间接影响种群密度;调查种群密度有利于对生物资源的合理利用,避免过度砍伐及捕捞等。

典例2D　组成细胞的化合物包括有机物和无机物,无机物又包括水和无机盐;人体细胞的染色体包括常染色体和性染色体,性染色体又包括X染色体和Y染色体;物质跨膜运输包括主动运输和被动运输,被动运输又包括自由扩散和协助(易化)扩散;有丝分裂的细胞周期包括分裂期和分裂间期,分裂期会出现姐妹染色单体分离,分裂间期进行DNA的复制和有关蛋白质的合成,不进行染色单体分离和同源染色体分离,有丝分裂过程中不发生同源染色体联会、分离等行为。

典例3B　有些原核生物没有线粒体(结构①)但可进行有氧呼吸;植物根尖等细胞不含有叶绿体(结构②),故叶绿体不能作为判断植物细胞的依据;利用电子显微镜可观察细胞是否有成形的细胞核,从而区分真核生物和原核生物;丙是病毒,无细胞结构,不属于真核生物或原核生物。

典例4C　乙酰胆碱和5-羟色胺都与各自突触后膜对应的特异性受体结合;乙神经元兴奋释放的是抑制性神经递质,故丙神经元不兴奋;若某种抗体与乙酰胆碱受体结合,只能影响突触后神经元的兴奋,不会影响甲神经元膜电位的变化;若甲神经元上的C通道被抑制,乙酰胆碱不能正常释放,不会引起乙神经元膜电位发生变化。

典例5B　单独培养时,甲藻的K值约为2.0×106个,所以种群增长最快的是K/2时,约为1.0×106个;混合培养时,第10—12天乙藻种群数量接近0,所以竞争强度低,此时甲藻数量增长缓慢的原因是培养液和空间有限;由于空间和资源有限,所以种群数量呈“S”形增长;据图可知:混合培养时,乙藻在竞争中处于劣势,可能会灭绝。

典例6B　图1中从A点至D点光合作用强度一直在增加,在D点时光合作用强度增长率为0,因此在该点光合作用强度达到最大值,此时CO2已不再是限制因素,由题干“适宜温度下”可知此时限制光合作用速率的主要环境因素可能是光照强度;图1中C点和B点相比,C点的光合作用强度大,叶绿体中NADPH的合成速率增加;从图2分析,BC段曲线平缓说明CO2不再是限制因素,限制因素可能是光照强度,C点以后曲线上行,其原因最可能是NaHCO3浓度过大,导致细胞失水,从而影响细胞代谢;适当增加光照强度重复图2实验,光合作用强度会增加,产生的O2更多,叶片上浮的时间更短,B点将向下移动。

典例7C　单独分析高秆和矮秆这一对相对性状,测交后代高秆∶矮秆=1∶1,说明F1的基因型为Dd;单独分析抗瘟病与易染病这一对相对性状,测交后代抗瘟病∶易染病=1∶3,说明F1中有两种基因型,即Rr和rr,且比例为1∶1。综合以上分析可判断出F1的基因型为DdRr、Ddrr。

典例8C　有丝分裂中期和减数分裂Ⅱ后期,染色体数均为2n,有丝分裂中期含染色单体,而减数分裂Ⅱ后期无染色单体。

典例9A　不驱走大蚂蚁比驱走大蚂蚁,在定时灌溉或不灌溉的情况下,小蚂蚁出现率都有所降低,可以得出大蚂蚁和小蚂蚁在食物上的竞争较强,进而可以得出大蚂蚁抑制小蚂蚁数量的增长,大蚂蚁影响小蚂蚁的活动范围;本实验对实验数据的采集方法是“7个10m×10m的观测点”“每个观测点中设有均匀分布的25处小蚂蚁诱饵投放点”,属于样方法;驱走大蚂蚁,定时灌溉,小蚂蚁出现率增加,不灌溉,小蚂蚁出现率减少,可以得出土壤含水量影响小蚂蚁的活动范围。

学科素养达成评价

情境探究一 (1)提示直接利用水体水面面积,不另外占地,提高了垂直结构利用率。

(2)提示给水生生物提供了充足栖息空间和食物条件。

(3)提示浮床上的植物根系可吸收水中的N、P等无机盐,浮床上的植物根系富集的微生物可将污染物进行生化降解并能够有效抑制藻类的生长繁殖。

【情境应用】B　水体富营养化指的是水中富含N、P等营养物质,栽培的植物可以吸收利用水中的无机盐,从而降低水体富营养化程度;生态浮床上的植物可供鸟类筑巢,下部根系为鱼类和水生昆虫提供了栖息场所,更加体现了群落的垂直结构;藻类植物的正常生长要进行光合作用,受到阳光的影响,浮床下方阳光较弱从而抑制藻类繁殖,防止水华发生;生态浮床可以为鱼类提供栖息空间和食物条件,即也能提供隐蔽空间,避免其被捕食。

情境探究二 (1)提示从它的栖息地、食物、天敌及与其他物种的关系进行研究。

(2)提示会,当环境发生改变时,它的栖息空间、食物、天敌及与其他物种的关系都有可能发生改变。

(3)提示越激烈

(4)提示当两个物种的生态位完全重叠时,竞争优势较大的物种就会把另一物种完全排除掉。

【情境应用】C　种间竞争使不同物种对资源的利用会出现差异,所以会促使不同物种的生态位分化;种内斗争的加剧会使种群内的个体占据更多的资源,从而使不同物种的生态位重叠增加;各物种生态位的分化有利于生物对资源的利用,有利于群落稳定性与多样性的维持;如果两个物种的生态位是完全分开的,则会有未被利用的资源。

情境探究三 (1)提示刺槐非常适应当地的气候等环境,有充足的生存空间,并且没有天敌。人工林生物种类单一,控制害虫的天敌很少。

(2)提示根据群落演替的自然规律,选用当地原有的植物,合理安排草本、灌木、乔木比例,增加物种丰富度,合理安排生物的水平和垂直结构(合理即可)。

【情境应用】B　演替过程中物种组成发生了变化;演替过程中群落结构一直在发生变化;人为因素改变了演替的速度;弃耕田中有种子等繁殖体。