2021届高考生物人教版一轮创新教学案：二、生物科学研究方法

二、生物科学研究方法

一、教材为我们提供的科学研究方法

1．假说—演绎法

(1)孟德尔遗传定律的发现过程。

(2)摩尔根果蝇杂交实验验证基因位于染色体上

(3)DNA复制方式的提出与证实。

2．建立模型法

(1)由于种种原因，直接用研究对象进行研究非常困难或者不可能，可以用建立模型的方法进行研究。

建立模型时，人们常对认识对象进行简化的概括性描述。经过分析，从复杂的生物学问题中提取主要因素，忽略次要因素，用形象化的手段描述主要因素间的关系。

模型可以是物质形式的，也可以是思维形式的。模型一方面需要被检验，另一方面可以对未来做出预测。

(2)通过建立模型的方法进行研究的实例

①细胞膜结构和功能的研究——流动镶嵌模型

②研究细胞大小与细胞物质交换效率的关系模型

③沃森、克里克建立DNA双螺旋结构模型

④种群“J”型增长和“S”型增长的数学模型

3．调查法

(1)丰富度的调查与种群密度的调查的比较

(2)遗传病发病率的调查与遗传方式的调查的比较

4．同位素标记法

(1)常用的示踪元素：如3H、14C、15N、18O、32P、35S(蛋白质的特征元素)等。

(2)教材应用

5．在生物学中，和同位素标记法类似的另一种方法——荧光标记法。教材应用：

(1)细胞融合实验：这一实验很有力地证明了细胞膜的结构特点是具有一定流动性。

(2)基因在染色体上的实验证据：运用荧光标记的手段，可以很直观地观察到某一基因在染色体上的位置。

6．离心法

(1)常用离心法：差速离心法、密度梯度离心法。

(2)实例：分离细胞器(差速离心法)、探究DNA复制方式(密度梯度离心法)、噬菌体侵染细菌的实验等。

7．纸层析法：分离色素。

二、典型例题

1．“假说—演绎法”是现代科学研究中常用的方法。包括“提出问题→作出假设→演绎推理→检验推理→得出结论”五个基本环节。孟德尔利用该方法发现了两大遗传规律。下列对孟德尔的研究过程的分析中，正确的是(　　)

A．孟德尔在豌豆纯合亲本杂交和F1自交遗传实验基础上提出研究问题

B．孟德尔所作假设的核心内容是“性状是由位于染色体上的基因控制的”

C．孟德尔为了验证所作出的假设是否正确，设计并完成了正、反交实验

D．孟德尔发现的遗传规律能够解释所有有性生殖生物的遗传现象

答案　A

解析　孟德尔是在纯合亲本杂交和F1自交遗传实验基础上提出研究问题的，A正确；孟德尔所作假设的核心内容是“性状是由遗传因子控制的”，孟德尔所在的年代还没有“基因”一词，“基因在染色体上”是在孟德尔之后发现的，B错误；孟德尔为了验证所做出的假设是否正确，设计并完成了测交实验，C错误；孟德尔发现的遗传规律只能解释有性生殖生物的核基因的遗传的部分现象，D错误。

2．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，关于种群增长的数学模型有曲线图和数学方程式。下列关于种群的“J”型曲线增长的叙述错误的是(　　)

A．数学方程式模型可表示为：t年后种群数量为：Nt＝N0λt

B．条件是食物和空间充裕、气候适宜、没有敌害等

C．增长率固定不变

D．K值是固定的

答案　D

解析　“J”型增长曲线的数学方程式模型可表示为：t年后种群数量为：Nt＝N0λt(第二年的数量为第一年的λ倍)，A正确；食物和空间充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群数量持续增加，呈现J型，B正确；理想条件下，种群的数量每年以一定的倍数增大，种群增长率不变，C正确；J型曲线种群数量持续上升，不存在K值，D错误。

3．下列调查活动或实验中，计算所得数值与实际数值相比偏小的是(　　)

A．标志重捕法调查野兔种群密度时个别标志物脱落

B．调查某遗传病的发病率时以患者家系为调查对象

C．样方法调查法国梧桐种群密度时在分布较稀疏的地区取样

D．用血细胞计数板计数酵母菌数量时统计方格内和在相邻两边上的菌体

答案　C

解析　根据标志重捕法的计算公式：种群中个体数(N)/标记总数＝重捕总数/重捕中被标记的个体数可知，若部分野兔身上的标志物脱落，则会导致重捕中被标记的个体数偏小，最终导致实验所得到数值比实际数值大，A错误；若调查的是遗传病的发病率，则应在群体中抽样调查，若以患者家系为调查对象会导致所得到数值比实际数值偏大，B错误；样方法调查蒲公英种群密度时应随机取样，在分布较稀疏的地区取样会偏小，C正确；对于压在边界上的个体计数原则：统计相邻两边及其顶角的个体，数据基本不变，D错误。

4．下图表示从血液中制备核糖体的大致过程，对该过程的叙述不合理的是(　　)

A．步骤①加入14C氨基酸的目的是为了在步骤⑤中检测核糖体

B．步骤②的目的是破坏细胞膜

C．该过程运用了渗透作用原理、同位素示踪法、离心法、层析法

D．步骤③、④的目的是分离细胞器或细胞结构

答案　C

解析　14C氨基酸是合成蛋白质的原料，而蛋白质的合成场所是核糖体，所以步骤①加入14C氨基酸的目的是为了步骤⑤检测核糖体，A正确；步骤②中加入蒸馏水是为了使细胞吸水涨破，破坏细胞膜，释放胞内物质，B正确；该过程运用了渗透作用原理、同位素示踪法、离心法，但没有运用层析法，C错误；不同细胞结构的比重不同，因此步骤③、④的目的是用差速离心法分离细胞器和其他细胞结构，D正确。

5．以下有关研究方法的运用，叙述正确的是(　　)

A．科学家一般采用同位素标记法研究光合作用和细胞呼吸的化学反应过程

B．萨顿研究蝗虫的减数分裂，提出假说“基因在染色体上”运用的是假说—演绎法

C．沃森和克里克运用建构数学模型的方法研究DNA的结构

D．摩尔根进行果蝇杂交实验，证明基因位于染色体上运用了类比推理法

答案　A

解析　鲁宾和卡门用18O分别标记水和二氧化碳证明光合作用产生的氧气来自于水，卡尔文追踪光合作用中碳元素的行踪，了解到光合作用中复杂的化学反应，A正确；萨顿推论出基因在染色体上运用的是类比推理法，B错误；沃森和克里克用建构物理模型的方法研究DNA的复制方式，C错误；摩尔根的果蝇杂交实验运用了假说—演绎法，D错误。

6．选择正确的实验方法是实验成功的关键。下表是一系列生物学实验及其常用的实验方法，其中正确的有几项(　　)

A．二项  B．三项

C．四项  D．五项

答案　C

解析　研究细胞器的结构和种类是差速离心法和显微镜观察法，②错误；调查土壤小动物的丰富度常用取样器取样法，③错误。

7．下图中甲表示某森林植物的景观，乙表示物种数与样方面积的关系。请分析回答下列问题。

(1)物种组成是决定群落性质的最重要因素。为了统计群落的植物种类组成，在群落的中心部位选取样地，用随机法取样，首先要确定样方面积。系列取样统计结果如图乙。

①试写出该研究的课题名称：__________________________________。这种调查方法叫做__________。

②图乙显示：在一定范围内，随样方面积的增大，________________________________________。调查该森林物种数的样方面积最好是________m2。

③若选取3个合适的样方对某种乔木计数的结果分别是n1、n2、n3，则该乔木的种群密度为____________株/m2。

(2)导致景观图中植物分层现象的主要非生物因素是________，森林对太阳能的利用率高于农田的主要原因是森林具有复杂的________结构。若要调查景观图中森林群落的结构，请写出主要的调查项目(调查设备略)：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________。

答案　(1)①某森林物种数与面积的关系研究(只要合理即可)　样方法　②物种数迅速增多，并逐渐达到最多后保持稳定　S0　③(n1＋n2＋n3)

(2)光　垂直　①垂直结构：动植物的分层，不同层次上生物的种类和种群密度等

②水平结构：水平方向上不同地段的群落物种组成和种群密度等

解析　(1)①据图分析，横坐标是样方面积，纵坐标是物种数，因此该研究的课题是某森林物种数与面积的关系研究。

②图乙表示树木的物种数与样方面积的关系，分析题图可知，在面积为0到S0之间，随着面积增大，物种数目增多，S0之后随面积增大，物种数目不再增多，因此调查该地区物种数的样方面积最好是S0 m2，物种数达到最多而且保持稳定。

③若选取3个合适的样方，对该森林某种乔木计数的结果分别是n1、n2、n3，则该乔木的种群密度约为(n1＋n2＋n3)。

(2)导致景观图中植物分层现象的主要非生物因素是阳光，森林中有高大的乔木、灌木和草木等复杂的垂直结构，所以对太阳能的利用率高于农田。