2021高三统考人教生物一轮（经典版）学案：特色专题二、生物科学研究方法

二、生物科学研究方法1.假说—演绎法(1)孟德尔遗传定律的发现过程。(2)基因与染色体的关系的探究历程从萨顿提出“基因在染色体上的假说”到摩尔根通过实验验证这个假说，整个过程体现了“假说—演绎”的应用。同时，从摩尔根发现果蝇中出现一只白眼雄蝇到提出“控制白眼性状的基因位于X染色体上”到最后通过实验证明，也是“假说—演绎”的经典应用。(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。模型包括物理模型、概念模型、数学模型等。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型增长数学模型3．调查法(1)丰富度的调查与种群密度调查的比较实验名称调查对象调查方法统计方法(计算公式)种群密度的调查活动能力强、活动范围大的动物　　标志重捕法＝植物或活动能力弱的动物　样方法＝土壤中小动物类群丰富度的研究　　土壤中的小动物　取样器取样法记名计算法、目测估计法 (2)遗传病发病率与遗传方式的调查的比较项目内容调查对象及范围注意事项结果计算及分析遗传病发病率广大人群群体足够大，随机抽样，选取发病率较高的单基因遗传病患病人数占所调查的总人数的百分比遗传病遗传方式患者家系可在多个患病家系中调查分析致病基因的显隐性及所在的染色体类型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 分泌蛋白的合成和运输利用放射性同位素3H标记的亮氨酸研究蛋白质的合成与分泌过程：核糖体→内质网→高尔基体→细胞外光合作用的探究历程1939年美国科学家鲁宾和卡门利用同位素 18O 分别标记H2O和CO2，然后通过对比实验，证明了光合作用释放的氧气来自水20世纪40年代，美国科学家卡尔文，用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，最终探明了碳在光合作用过程中的转移途径为CO2→C3→(CH2O)，这一途径称为卡尔文循环噬菌体侵染细菌的实验1952年赫尔希和蔡斯分别用同位素32P和35S标记噬菌体，通过对比实验证明了DNA是遗传物质探究DNA的复制方式用15N标记亲代DNA使之变成“重”分子，再结合密度梯度离心，证明了DNA是半保留复制 续表 研究核酸的合成过程用放射性元素标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸并追踪，研究DNA的合成用放射性元素标记尿嘧啶核糖核苷酸并追踪，研究RNA的合成其他应用研究有丝分裂过程中物质的合成和细胞周期各个时期的长短利用含放射性同位素的基因探针进行基因诊断利用放射性同位素42K、32P标记无机盐离子，研究矿质元素运输和有机物运输途径；利用放射性同位素131I作为示踪元素来追踪甲状腺激素在体内的变化等5．荧光标记法(1)在生物学中，和同位素标记法类似的另一种方法。(2)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。(2)实例：分离细胞器、探究DNA复制方式、噬菌体侵染细菌的实验等。7．纸层析法：分离色素。 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，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＝N0λtB．条件是食物和空间充裕、气候适宜、没有敌害等C．出生率远大于死亡率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，种群的出生率远大于死亡率，种群数量持续上升，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，可能偏小的是(　　)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，则应在群体中随机抽样调查，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；样方法调查树木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，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中加入蒸馏水会使细胞吸水涨破，破坏细胞膜，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，了解光合作用的暗反应过程，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的结构，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(　　) 序号实验内容实验方法①调查蒲公英的种群密度样方法②观察洋葱根尖细胞的有丝分裂活体染色法③研究细胞器的结构和种类密度梯度离心法④调查土壤中小动物的丰富度标志重捕法⑤赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验放射性同位素标记法⑥分离叶绿体中的色素纸层析法⑦分离蛋白质、DNA、RNA等大分子电泳法 A．二项  B．三项  C．四项  D．五项答案　C解析　观察洋葱根尖细胞的有丝分裂是染色法，②错误；研究细胞器的种类和结构是差速离心法和显微镜观察法，③错误；调查土壤小动物的丰富度常用取样器取样法，④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：__________________________________。这种研究方法叫做__________。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某森林物种数与样方面积的关系研究(只要合理均可)　调查法　②物种数增多，达到最多后保持稳定　S0③(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样方面积的关系研究。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。(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。根据群落结构的种类及定义可知，主要调查项目应该是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。