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生物學(xué)科學(xué)研究方法專題 一、考試說明對生物學(xué)研究中的科學(xué)思想和一般方法的要求 1.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn) 具備驗(yàn)證簡單的生物學(xué)事實(shí)的能力，并能對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行解釋、分 析和處理。 2.探究性實(shí)驗(yàn) 具有對一些生物學(xué)問題進(jìn)行初步探究的能力 （1）包括作出假設(shè)和預(yù)期、確認(rèn)變量、設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案，利用合理 的實(shí)驗(yàn)裝置，收集、分析數(shù)據(jù)、作出合理的判斷。 （2）包括運(yùn)用觀察、試驗(yàn)與調(diào)查、假說演繹、建立模型與系統(tǒng)分析等科 學(xué)研究方法。 （3）實(shí)驗(yàn)評價(jià)能力 能對一些簡單的實(shí)驗(yàn)方案作出恰當(dāng)?shù)脑u價(jià)和修訂 （4）生物學(xué)重大發(fā)現(xiàn)的啟迪 二、生物學(xué)的一般研究方法 （一）假說—演繹法 1. 經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的再分析 （1）孟德爾兩大遺傳定律的提出 （2）摩爾根證明基因位于染色體上（染色體學(xué)說） 果蠅眼色遺傳的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 摩爾根的假設(shè)（理論解釋）： ⑴白眼基因(a)是隱性基因 ⑵A-a位于X染色體上，Y染色體上不攜帶該等位基因 對摩爾根假設(shè)的驗(yàn)證 2. 典型例題（假說——演繹法的應(yīng)用） （1）“假說—演繹法”是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的方法。包括“提出問題 →作出假設(shè)→演繹推理→檢驗(yàn)推理→得出結(jié)論”五個(gè)基本環(huán)節(jié)。孟德爾利 用該方法發(fā)現(xiàn)了兩大遺傳規(guī)律。下列對孟德爾的研究過程的分析中，正確 的是 A．孟德爾在豌豆純合親本雜交和F1自交遺傳實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出研究問題 B．孟德爾所作假設(shè)的核心內(nèi)容是“性狀是由位于染色體上的基因控制 的” C．孟德爾為了驗(yàn)證所作出的假設(shè)是否正確，設(shè)計(jì)并完成了正、反交實(shí)驗(yàn) D．孟德爾發(fā)現(xiàn)的遺傳規(guī)律能夠解釋所有有性生殖生物的遺傳現(xiàn)象 （2）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提出之后，人們據(jù)此對DNA分子如何復(fù)制傳遞 遺傳信息提出如下三種假設(shè)： 上述哪種假設(shè)正確呢？1958年，Meslson和Stahl用密度梯度離心的方 法，追蹤由15N標(biāo)記的DNA親代鏈的去向。實(shí)驗(yàn)過程是：在含14N的培養(yǎng)基 上生長的大腸桿菌，其DNA分子均為14NDNA(對照)，在含15N的培養(yǎng)基上 生長的大腸桿菌，其DNA均為15NDNA(親代)，將親代大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N 的培養(yǎng)基上，再連續(xù)繁殖兩代(子代Ⅰ和子代Ⅱ)后離心得到如下圖所示的 結(jié)果。請據(jù)此分析回答： ⑴如果與對照相比，子代Ⅰ離心后出現(xiàn)輕和重兩條密度帶，則說明DNA傳 遞遺傳信息的方式是___________。如果子代Ⅰ離心后只有1條中密度帶， 再繼續(xù)做子代Ⅱ的DNA密度鑒定： ①若子代Ⅱ離心后能分出中、輕兩條密度帶，則可以確定DNA傳遞遺傳信 息的方式是____________。 ②若子代Ⅱ離心后不能分出中、輕兩條密度帶，則可以確定DNA傳遞遺傳 信息的方式是____________。 ⑵他們觀測的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下： 梯度離心DNA浮力密度(g/mL)表 世 代 實(shí) 驗(yàn) 對 照 親 代 1.724 1.710 子代Ⅰ 1.717 1.710 子代Ⅱ 1.717，1.710 1.710 子代Ⅲ 1.717，1.710 1.710 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與當(dāng)初推測的DNA三種可能復(fù)制方式中的__ __________方式相吻合。 二、建立模型法 （一）由于種種原因，直接用研究對象進(jìn)行研究非常困難或者不可能，可 以用建立模型進(jìn)行研究。 建立模型時(shí)，人們常對認(rèn)識(shí)對象進(jìn)行簡化的概括性描述。經(jīng)過分析，從復(fù) 雜的生物學(xué)問題中提取主要因素，忽略次要因素，用形象化的手段描述主 要因素間的關(guān)系。 模型可以是物質(zhì)形式的，也可以是思維形式的。模型一方面需要被檢驗(yàn)， 另一方面可以對未來做出預(yù)測。 （二）通過建立模型的方法進(jìn)行研究的實(shí)例 1.細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的研究——流動(dòng)鑲嵌模型 2.研究細(xì)胞大小與細(xì)胞物質(zhì)交換效率的關(guān)系模型 3.沃森、克里克建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 4.種群J型增長和S型增長數(shù)學(xué)模型 （三）典型例題 1．?dāng)?shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式，關(guān)于種群增長 的數(shù)學(xué)模型有曲線圖和數(shù)學(xué)方程式。下列關(guān)于種群的“J”型曲線增長的 敘述錯(cuò)誤的是 A．?dāng)?shù)學(xué)方程式模型可表示為：t年后種群數(shù)量為：Nt＝N0λt B．條件是食物和空間充裕、氣候適宜、沒有敵害等 C．出生率遠(yuǎn)大于死亡率 D．K值是固定的 2．甲、乙兩位同學(xué)分別用小球做遺傳規(guī)律模擬實(shí)驗(yàn)。甲同學(xué)每次分別從 Ⅰ、Ⅱ小桶中隨機(jī)抓取一個(gè)小球并記錄字母組合；乙同學(xué)每次分別從Ⅲ、 Ⅳ小桶中隨機(jī)抓取一個(gè)小球并記錄字母組合。將抓取的小球分別放回原來 小桶后，再多次重復(fù)。分析下列敘述，正確的是 A．乙同學(xué)的實(shí)驗(yàn)只模擬了遺傳因子的分離和配子隨機(jī)結(jié)合的過程 B．實(shí)驗(yàn)中每只小桶內(nèi)兩種小球的數(shù)量和小球總數(shù)都必須相等 C．甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)可模擬非同源染色體上非等位基因自由組合的過程 D．甲、乙重復(fù)100次實(shí)驗(yàn)后，Dd和AB組合的概率約為1/2和1/4 三、調(diào)查法（種群、群落、遺傳病等） 調(diào)查目的、調(diào)查對象、調(diào)查方法 注意事項(xiàng)（隨機(jī)取樣、大樣本、平均值等） 典型例題 1．下列調(diào)查活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)中，計(jì)算所得數(shù)值與實(shí)際數(shù)值相比，可能偏小的 是 A．標(biāo)志重捕法調(diào)查野兔種群密度時(shí)個(gè)別標(biāo)志物脫落 B．調(diào)查某遺傳病的發(fā)病率時(shí)以患者家系為調(diào)查對象 C．樣方法調(diào)查法國梧桐種群密度時(shí)在分布較稀疏的地區(qū)取樣 D．用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量時(shí)統(tǒng)計(jì)方格內(nèi)和在相鄰兩邊上的菌體 2．下圖中甲表示某森林植物的景觀，乙表示物種數(shù)與樣方面積的關(guān)系。 請分析回答下列問題。 ⑴物種組成是決定群落性質(zhì)的最重要因素。為了統(tǒng)計(jì)群落的植物種類組成， 在群落的中心部位選取樣地，用隨機(jī)法取樣，首先要確定樣方面積。系列 取樣統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖乙。 ①試寫出該研究的課題名稱：___________________________________ ________。這種研究方法叫做________。 ②圖乙顯示：在一定范圍內(nèi)，隨樣方面積的增大，____________________ ____________________。調(diào)查該森林物種數(shù)的樣方面積最好是________m2。 ③若選取3個(gè)合適的樣方對某種喬木計(jì)數(shù)的結(jié)果分別是n1、n2、n3，則該 喬木的種群密度為( )株/m2。 ⑵導(dǎo)致景觀圖中植物分層現(xiàn)象的主要非生物因素是_____，森林對太陽能 的利用率高于農(nóng)田的主要原因是森林具有復(fù)雜的________結(jié)構(gòu)。若要調(diào)查 景觀圖中森林群落的結(jié)構(gòu)，請寫出主要的調(diào)查項(xiàng)目(調(diào)查設(shè)備略)： ①_______________________________________________； ②_______________________________________________。 四、其他科學(xué)研究方法：離心法、同位素示蹤法、層析法等 典型例題 1．下圖表示從血液中制備核糖體的大致過程，對該過程的敘述不合理的 是 A．步驟 ① 加入14C 氨基酸的目的是為了在步驟 ⑤ 中檢測核糖體 B．步驟 ② 的目的是破壞細(xì)胞膜 C．該過程運(yùn)用了滲透作用原理、同位素示蹤法、離心法、層析法 D．步驟 ③ 、 ④ 的目的是分離細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu) 2．以下有關(guān)研究方法的運(yùn)用，敘述正確的是 A．科學(xué)家一般采用同位素標(biāo)記法研究光合作用和細(xì)胞呼吸的化學(xué)反應(yīng)過 程 B．薩頓研究蝗蟲的減數(shù)分裂，提出假說“基因在染色體上” 運(yùn)用的是假 說—演繹法 C．沃森和克里克運(yùn)用建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法研究DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的復(fù)制 方式 D．摩爾根進(jìn)行果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，證明基因位于染色體上運(yùn)用了類比推理法 3．選擇正確的實(shí)驗(yàn)方法是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。下表是一系列生物學(xué)實(shí)驗(yàn)及 其常用的實(shí)驗(yàn)方法，其中正確的______________。 序號(hào) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)方法 A 調(diào)查蒲公英的種群密度 樣方法 B 觀察洋蔥根尖細(xì)胞的有絲分裂 活體染色法 C 研究細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和種類 密度梯度離心法 D 調(diào)查土壤中小動(dòng)物的豐富度 標(biāo)志重捕法 E 赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn) 同位素標(biāo)記法 F 分離葉綠體中的色素 紙層析法 G 分離蛋白質(zhì)、DNA、RNA等大分子 電泳法