高中生物科学探究的过程和方法综合题

1928年，英国细菌学家格里菲思想研制出能抗肺炎双球菌的疫苗。当时，他选择了两种肺炎双球菌：带有荚膜、有毒的S型细菌和没有荚膜、无素的R型细菌。通过实验，格里菲思发现将加热杀死的S型细菌和R型活菌混合注射到小鼠体内，会使小鼠致死。检查死鼠血样，发现其体内竟然存在S型活菌。请依据上述材料回答下列问题：
(1)小鼠体内产生的抗肺炎双球菌抗体的化学本质是_______________。
(2)有人设想抗R型细菌的抗体也可能抗S型细菌(R型细菌可以作为抗S型细菌的疫苗)。
请为他设计一个实验检验这一想法。
实验课题：_____                                       ________
实验材料：小鼠若干只、S型活细菌、R型活细菌、生理盐水、注射器等.(提示：可用生理盐水配制一定浓度的活细菌液，但浓度和剂量不作要求)
实验步骤：
①取年龄相同、发育相当、健康的小鼠若干只，                        __________
②在甲组体内注射用生理盐水配制的R型活细菌液1ml，______________________________。
③ __________                                  。
实验预期结果和结论：
①___________________________________________________________________
②___________________________________________________________________

某科学家做“噬菌体侵染细菌实验”时，用放射性同位素标记某个噬菌体和细菌的有关结构或物质(如下表所示)。产生的n个子代噬菌体与亲代噬菌体的形状、大小完全一样。

	噬菌体	细菌
DNA或脱氧核苷酸	^32P标记	^31P标记
蛋白质或氨基酸	^32S标记	^35S标记

(1)子代噬菌体的DNA应含有表中的________和________元素，分别有________个和________个。
(2)子代噬菌体中，只含³²P的有_____个；只含³¹P的有_____个；同时含有³²P、³¹P的有__ _个。
(3)子代噬菌体的蛋白质分子中都没有________元素，由此说明__________    ___    ___ _   。

请利用所给的含有大肠杆菌生长所需各种营养成分的培养基(分别含³²P标记的核苷酸和³⁵S标记的氨基酸)、大肠杆菌菌液、T₂噬菌体进行实验，证明DNA是遗传物质。
实验过程：
步骤一：分别取等量含³²P标记的核苷酸和含³⁵S标记的氨基酸的培养基装入两个相同培养皿中，并编号为甲、乙。
步骤二：在两个培养皿中接入________________，在适宜条件下培养一段时间。
步骤三：放入________，培养一段时间，分别获得________和________的噬菌体。
步骤四：用上述噬菌体分别侵染________的大肠杆菌，经短时间保温后，用搅拌器搅拌、放入离心管内离心。
步骤五：检测放射性同位素存在的主要位置。
预测实验结果：

(1)在甲培养皿中获得的噬菌体侵染大肠杆菌，搅拌、离心后结果如________图。
(2)在乙培养皿中获得的噬菌体侵染大肠杆菌，搅拌、离心后结果如________图。

格里菲思肺炎双球菌的转化实验是科学家研究确定遗传物质的经典实验。请回答下列问题。
(1)实验中涉及的S型细菌和R型细菌可以通过观察培养基上的菌落来区分，区分的依据是______________________________________________。
(2)格里菲思根据实验得出的结论是_______________________________。
(3)该实验能否证明DNA是转化因子？为什么？
(4)将加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合后，注射到小鼠体内，两种细菌含量变化如下图所示。从免疫学角度解释：曲线ab段下降的原因是__________________；曲线bc段上升的原因是_______________________________________________________。

下图中，烟草花叶病毒（TMV）与车前草病毒（HRV）的结构如 A、B，侵染作物叶片的症状如C、D。回答：

（1）用E去侵染叶片F时，在叶片F上所患病的症状与______________________相同
（2）F上的病毒，蛋白质外壳是以______________________为场所合成的。所需的氨基酸、酶和ATP均来自______________________。
（3）子代病毒的各项特性都是由______________________决定的。
（4）本实验证明__________________________________________________________________

在研究生物遗传物质的过程中，人们做了很多的实验进行探究，包括著名的“肺炎双球菌转化实验”。某人曾重复了“肺炎双球菌转化实验”，步骤如下。请分析以下实验并回答问题：
A．将一部分S型细菌加热杀死；
B．制备符合要求的培养基，并分为若干组，将菌种分别接种到各组培养基上(接种的菌种见图中文字所示)；
C．将接种后的培养皿放在适宜温度下培养一段时间，观察菌落生长情况(见图)。

(1)本实验中的对照组有：_______________________________________________。
(2)本实验得出的结论是：_______________________________________________。
(3)如图表示在格里菲思肺炎双球菌转化实验的基础上进行的实验部分图解，其目的是证明“转化因子”的化学成分。请据图回答：

①在对R型细菌进行培养之前，必须首先进行的工作是
________________________________________________________________________。
②依据上面实验的图解，可以作出________的假设。
③为验证上面的假设，又设计了下面的实验：

该实验中加DNA酶的目的是__________________________________________________，
观察到的实验现象是____________________________________________________。
④通过上面两步实验，仍然不能说明________________________________________，
为此还需设计下面的实验：

观察到的实验现象是____________________________________________________，
该实验能够说明___________________________________________________。
(4)由此可见，________是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质。

回答下列与噬菌体侵染细菌实验有关的问题：
Ⅰ.1952年，赫尔希和蔡斯利用同位素标记完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验，下面是实验的部分步骤：

(1)写出以上实验的部分操作步骤：
第一步：______________________________________________________________________。
第二步：______________________________________________________________________。
(2)以上实验结果说明：_____________________________________________________。
(3)若要大量制备用³⁵S标记的噬菌体，需先用³⁵S的培养基培养________，再用噬菌体去感染________________________________________________________________________。
Ⅱ.在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，用³²P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，在理论上，上清液中不含放射性，下层沉淀物中具有很高的放射性；而实验的实际最终结果显示：在离心上层液体中，也具有一定的放射性，而下层的放射性强度比理论值略低。
(1)在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，采用的实验方法是___________________
________________________________________________________________。
(2)在理论上，上层液放射性应该为0，其原因是_________________________________。
(3)由于实验数据和理论数据之间有较大的误差，由此对实验过程进行误差分析：
a．在实验中，从噬菌体和大肠杆菌混合培养，到用离心机分离，这一段时间如果过长，会使上清液的放射性含量升高，其原因是__________________________________________。
b．在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，将________(填“是”或“不是”)误差的来源，理由是____________________________________________________。
(4)噬菌体侵染细菌实验证明了_____________________________________________。
(5)上述实验中，________(填“能”或“不能”)用¹⁵N来标记噬菌体的DNA，理由是________________________________________________________________________。

20世纪70年代，科学家利用小鼠进行了体内转化实验，探究遗传物质。

请回答下列相关问题。
（1）在实验4中死亡的小鼠中能够分离出_________型细菌。
（2）除了用上述注射法，通过观察小鼠的生活情况来判断R型和S型细菌外，你还可以通过怎样的方法区别R型和S型细菌?           。
（3）图示为实验4中小鼠体内R型细菌增长曲线，请在图中绘出S型细菌的增长情况。

（4）该实验获得的结论是            。
（5）一段时间后，给实验3中的小鼠再次注射S型细菌，请预测该小鼠的生活情况?            ；并分析其原因：__________________________________

回答下列与噬菌体侵染细菌实验有关的问题：
（1）1952年赫尔希和蔡斯利用同位素标记完成了著名的噬菌体侵染细菌实验，下图是实验的部分步骤：

写出上述实验的部分操作过程：
第一步，用³⁵S标记噬菌体的蛋白质外壳，如何实现对噬菌体的蛋白质外壳的标记？请简要说明步骤：__________________________________________________________________。
第二步：用³⁵S标记噬菌体与没有标记过的大肠杆菌混合。
第三步：一定时间后，搅拌，离心。
（2）在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，用³²P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，在理论上上清液不含有放射性，而实验最终结果显示，在离心液的上层，也有一定的放射性，而下层的放射性比理论值低。
①在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，采用的方法是__________。
②从理论上讲，上清液的放射性应该为0，由于实验数据和理论数据之间有较大的误差，由此对实验过程进行误差分析：
a．在实验过程中，噬菌体与大肠杆菌混合培养，到用离心机分离，这一段时间如果过长，会使上清液的放射性增高，其原因是_______________________________________。
b．在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌中去，将会产生误差，理由是___________________________________________________________。
（3）噬菌体侵染细菌之后，合成新的噬菌体蛋白质外壳需要_________。

A．细菌的DNA及其氨基酸	B．噬菌体的DNA及其氨基酸
C．噬菌体的DNA和细菌的氨基酸	D．细菌的DNA及其噬菌体的氨基酸

（4）上述实验中，不能用¹⁵N来标记噬菌体DNA，理由是_________________________。

1952年，赫尔希和蔡斯利用同位素标记法完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验，下面是实验的部分步骤，据图回答下列问题：

（1）若图中C有大量的放射性，则进入大肠杆菌体内的是用__________（填“³²P”或“³⁵S”）标记的__________。
（2）在理论上，上层液放射性应该为0，其原因是__________没有进入到大肠杆菌内部。
（3）噬菌体侵染细菌实验证明了__________。
（4）在氮源为¹⁴N和¹⁵N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为¹⁴N—DNA（相对分子质量为a）和¹⁵N—DNA（相对分子质量为b）。将只含¹⁵N—DNA的亲代大肠杆菌转移到含¹⁴N的培养基上，连续繁殖两代（I和II），用某种离心方法分离得到的结果如下图所示。

预计第III代细菌DNA分子的平均相对分子质量为__________。
（5）DNA复制的方式为               ，其复制过程遵循严格的           原则。

λ噬菌体有极强的侵染能力，并能在细菌中快速地进行DNA的复制，最终导致细菌破裂(称为溶菌状态)，或者整合到细菌基因组中潜伏起来，不产生子代噬菌体(称为溶原状态)。在转基因技术中常用λ噬菌体构建基因克隆载体，使其在受体细菌中大量扩增外源DNA，进而构建基因文库。相关操作如图。请分析回答相关问题。

(1)组装噬菌体时，可被噬菌体蛋白质包装的DNA长度约为36～51 kb，则λgt10载体可插入的外源DNA的长度范围为________，为获得较大的插入能力，在改造载体时可删除噬菌体DNA组成中的________序列以缩短其长度。
(2)λ噬菌体DNA上通常没有合适的标记基因，故人工改造时需加装合适的标记基因，如图中λgt10载体中的imm434基因。该基因编码一种阻止λ噬菌体进入溶菌状态的阻遏物。可见，构建基因克隆载体时，外源DNA的插入位置是imm434基因________(填“之中”或“之外”)。培养后处于________状态表明已成功导入目的基因。
(3)包装用的蛋白质与DNA相比，特有的化学元素是________，若对其进行标记并做侵染实验，可获得的结论是_______________________________________________________________。
(4)举一例生物界中与溶原状态相似的现象：_______________________________________________________________。
(5)分离纯化噬菌体重组DNA时，将经培养10 h左右的大肠杆菌—噬菌体的培养液超速离心，从________部位获得噬菌体。苯酚抽提，释放噬菌体重组DNA。最后，需用乙醇析出DNA，该操作依据的原理是_______________________________________________________________。

肠道病毒EV71为单股正链RNA(＋RNA)病毒，是引起手足口病的主要病原体之一。下面为该病毒在宿主细胞内增殖的示意图。

据图回答下列问题。
(1)图中物质M的合成场所是________________。催化①、②过程的物质N是______________。
(2)假定病毒基因组＋RNA含有7 500个碱基，其中A和U占碱基总数的40%。以病毒基因组＋RNA为模板合成一条子代＋RNA的过程共需要碱基G和C________个。
(3)图中＋RNA有三方面功能，分别是_____________________________________________。
(4)EV71病毒感染机体后，引发的特异性免疫有______________________。
(5)病毒衣壳由VP1、VP2、VP3和VP4四种蛋白组成，其中VP1、VP2、VP3裸露于病毒表面，而VP4包埋在衣壳内侧并与RNA连接，另外VP1不受胃液中胃酸的破坏。若通过基因工程产生疫苗，四种蛋白中不宜作为抗原制成疫苗的是________，更适宜作为抗原制成口服疫苗的是________。

在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，用³²P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，在理论上，上清液中不含放射性，下层沉淀物中具有很高的放射性；而实验的实际最终结果显示：在离心上层液体中，也具有一定的放射性，而下层的放射性强度比理论值略低。
(1)在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，采用的实验方法是                 。
(2)在理论上，上清液中放射性应该为0，其原因是：理论上讲，噬菌体已将含³²P的DNA全部注入大肠杆菌体内，上清液中只含噬菌体的                 。
(3)由于实验数据和理论数据之间有较大的误差，由此对实验过程进行误差分析：
a．在实验中，从噬菌体和大肠杆菌混合培养，到用离心机分离，这一段时间如果过长，会使上清液的放射性含量升高，其原因是：噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来，经离心后                 。
b．在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，将      (填“是”或“不是”)误差的来源，理由是：没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中，使上清液                 。

课堂上某小组用模型模拟了噬菌体侵染细菌实验的过程，如图。请回答：

1.正确的侵染过程是（用a～f序号）                 。
2.DNA复制发生在图中           过程之间，原料是                   ，由         提供。
3.以³²P标记组为例，搅拌离心发生在图中          过程之间，如果在之前或之后搅拌离心，可能发生的不正常现象是                       ，原因是                                          。
4.以³⁵S标记组为例，如果搅拌不充分，可能造成的结果是                   ，原因是                                。

请分析回答有关科学发现中的问题：
(1)孟德尔在运用      法提出基因分离定律。在对现象分析中、提出假说阶段完成的实验是         ，在检验假设阶段完成的实验是          。
(2)艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验和赫尔希的噬菌体侵染细菌实验中，其共同的、核心的设计思路是           。