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生物學科學研究方法專題 一、考試說明對生物學研究中的科學思想和一般方法的要求 1.驗證性實驗 具備驗證簡單的生物學事實的能力，并能對實驗現(xiàn)象和結果進行解釋、分 析和處理。 2.探究性實驗 具有對一些生物學問題進行初步探究的能力 （1）包括作出假設和預期、確認變量、設計可行的實驗方案，利用合理 的實驗裝置，收集、分析數(shù)據、作出合理的判斷。 （2）包括運用觀察、試驗與調查、假說演繹、建立模型與系統(tǒng)分析等科 學研究方法。 （3）實驗評價能力 能對一些簡單的實驗方案作出恰當?shù)脑u價和修訂 （4）生物學重大發(fā)現(xiàn)的啟迪 二、生物學的一般研究方法 （一）假說—演繹法 1. 經典實驗的再分析 （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（染色體學說） 果蠅眼色遺傳的實驗現(xiàn)象 摩爾根的假設（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 對摩爾根假設的驗證 2. 典型例題（假說——演繹法的應用） （1）“假說—演繹法”是現(xiàn)代科學研究中常用的方法。包括“提出問題 →作出假設→演繹推理→檢驗推理→得出結論”五個基本環(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自交遺傳實驗基礎上提出研究問題 B．孟德爾所作假設的核心內容是“性狀是由位于染色體上的基因控制 的” C．孟德爾為了驗證所作出的假設是否正確，設計并完成了正、反交實驗 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雙螺旋結構模型提出之后，人們據此對DNA分子如何復制傳遞 遺傳信息提出如下三種假設： 上述哪種假設正確呢？1958年，Meslson和Stahl用密度梯度離心的方 法，追蹤由15N標記的DNA親代鏈的去向。實驗過程是：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 結果。請據此分析回答： 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他們觀測的實驗數(shù)據如下： 梯度離心DNA浮力密度(g/mL)表 世 代 實 驗 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 分析實驗數(shù)據可知：實驗結果與當初推測的DNA三種可能復制方式中的__ __________方式相吻合。 二、建立模型法 （一）由于種種原因，直接用研究對象進行研究非常困難或者不可能，可 以用建立模型進行研究。 建立模型時，人們常對認識對象進行簡化的概括性描述。經過分析，從復 雜的生物學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 要因素間的關系。 模型可以是物質形式的，也可以是思維形式的。模型一方面需要被檢驗， 另一方面可以對未來做出預測。 （二）通過建立模型的方法進行研究的實例 1.細胞膜結構和功能的研究——流動鑲嵌模型 2.研究細胞大小與細胞物質交換效率的關系模型 3.沃森、克里克建立DNA雙螺旋結構模型 4.種群J型增長和S型增長數(shù)學模型 （三）典型例題 1．數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數(shù)學形式，關于種群增長 的數(shù)學模型有曲線圖和數(shù)學方程式。下列關于種群的“J”型曲線增長的 敘述錯誤的是 A．數(shù)學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．出生率遠大于死亡率 D．K值是固定的 2．甲、乙兩位同學分別用小球做遺傳規(guī)律模擬實驗。甲同學每次分別從 Ⅰ、Ⅱ小桶中隨機抓取一個小球并記錄字母組合；乙同學每次分別從Ⅲ、 Ⅳ小桶中隨機抓取一個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。分析下列敘述，正確的是 A．乙同學的實驗只模擬了遺傳因子的分離和配子隨機結合的過程 B．實驗中每只小桶內兩種小球的數(shù)量和小球總數(shù)都必須相等 C．甲同學的實驗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100次實驗后，Dd和AB組合的概率約為1/2和1/4 三、調查法（種群、群落、遺傳病等） 調查目的、調查對象、調查方法 注意事項（隨機取樣、大樣本、平均值等） 典型例題 1．下列調查活動或實驗中，計算所得數(shù)值與實際數(shù)值相比，可能偏小的 是 A．標志重捕法調查野兔種群密度時個別標志物脫落 B．調查某遺傳病的發(fā)病率時以患者家系為調查對象 C．樣方法調查法國梧桐種群密度時在分布較稀疏的地區(qū)取樣 D．用血球計數(shù)板計數(shù)酵母菌數(shù)量時統(tǒng)計方格內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)與樣方面積的關系。 請分析回答下列問題。 ⑴物種組成是決定群落性質的最重要因素。為了統(tǒng)計群落的植物種類組成， 在群落的中心部位選取樣地，用隨機法取樣，首先要確定樣方面積。系列 取樣統(tǒng)計結果如圖乙。 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，隨樣方面積的增大，____________________ ____________________。調查該森林物種數(shù)的樣方面積最好是________m2。 ③若選取3個合適的樣方對某種喬木計數(shù)的結果分別是n1、n2、n3，則該 喬木的種群密度為( )株/m2。 ⑵導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 的利用率高于農田的主要原因是森林具有復雜的________結構。若要調查 景觀圖中森林群落的結構，請寫出主要的調查項目(調查設備略)： ①_______________________________________________； ②_______________________________________________。 四、其他科學研究方法：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 的目的是破壞細胞膜 C．該過程運用了滲透作用原理、同位素示蹤法、離心法、層析法 D．步驟 ③ 、 ④ 的目的是分離細胞器或細胞結構 2．以下有關研究方法的運用，敘述正確的是 A．科學家一般采用同位素標記法研究光合作用和細胞呼吸的化學反應過 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” 運用的是假 說—演繹法 C．沃森和克里克運用建構數(shù)學模型的方法研究DNA的結構和DNA的復制 方式 D．摩爾根進行果蠅雜交實驗，證明基因位于染色體上運用了類比推理法 3．選擇正確的實驗方法是實驗成功的關鍵。下表是一系列生物學實驗及 其常用的實驗方法，其中正確的______________。 序號 實驗內容 實驗方法 A 調查蒲公英的種群密度 樣方法 B 觀察洋蔥根尖細胞的有絲分裂 活體染色法 C 研究細胞器的結構和種類 密度梯度離心法 D 調查土壤中小動物的豐富度 標志重捕法 E 赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗 同位素標記法 F 分離葉綠體中的色素 紙層析法 G 分離蛋白質、DNA、RNA等大分子 電泳法