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策略四 生物計算題的解題策略,計算型試題是生物學(xué)科中比較常見的一類題型,涉及的知識點主要有蛋白質(zhì)、光合作用、細胞呼吸、細胞分裂、DNA、遺傳定律、遺傳病發(fā)病率、基因頻率、能量流動、種群密度等。該題型主要考查學(xué)生對相關(guān)知識點的理解和應(yīng)用能力以及知識遷移能力、融會貫通能力等。解答這種類型的選擇題應(yīng)該從以下幾個方面著手。 ①熟悉教材中出現(xiàn)的各種公式和數(shù)量關(guān)系,如種群密度、基因頻率、蛋白質(zhì)中肽鍵數(shù)、蛋白質(zhì)分子量的計算公式。 ②學(xué)會運用相關(guān)化學(xué)知識,如涉及光合作用與細胞呼吸化學(xué)反應(yīng)式的計算可利用物質(zhì)的量的關(guān)系進行計算。 ③學(xué)會運用數(shù)學(xué)統(tǒng)計學(xué)原理解答概率問題,如計算遺傳概率中常用的加法原理、乘法原理的正確運用。,1.與蛋白質(zhì)有關(guān)的計算 蛋白質(zhì)的肽鍵數(shù)=脫去水分子數(shù)=氨基酸分子數(shù)-肽鏈數(shù)。,注:表中a表示氨基酸平均相對分子質(zhì)量。,例1：某蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖為 ,其中—S—S—表示連接兩條相鄰肽鏈的二硫鍵。若該蛋白質(zhì)由m個氨基酸構(gòu)成,則該蛋白質(zhì)分子在形成時生成的水分子數(shù)和減少的相對分子質(zhì)量分別為( ) A.m個、18m B.(m-4)個、18(m-4) C.(m-3)個、18(m-3)+4 D.(m-2)個、18(m-2)+4 方法領(lǐng)悟:該蛋白質(zhì)含有兩條鏈式肽鏈和一條環(huán)式肽鏈,對于環(huán)式肽鏈結(jié)構(gòu)來說,失水?dāng)?shù)等于氨基酸數(shù),因此m個氨基酸在形成這樣的蛋白質(zhì)分子時失去水分子(m-2)個,計算減少的相對分子質(zhì)量時不能忽略2個二硫鍵還要失去4個H。 答案:D,,,2.物質(zhì)通過生物膜層數(shù)的計算 在解答“物質(zhì)通過生物膜層數(shù)”的相關(guān)計算問題時,考生最大的疑惑并不是不知道相關(guān)細胞器的層數(shù),而是不知道某物質(zhì)代謝中進入細胞時在體內(nèi)的運行路線。因此,計算某物質(zhì)代謝中進入細胞所通過的膜的層數(shù)或磷脂雙分子層數(shù),一定要弄清物質(zhì)在體內(nèi)的運行路線,結(jié)合各部分結(jié)構(gòu)和相應(yīng)功能便可作答。注意,物質(zhì)進入毛細血管、穿過毛細血管壁和氧氣或二氧化碳穿過肺泡壁時,都要經(jīng)過兩層細胞膜。 (1)1層生物膜=1層磷脂雙分子層=2層磷脂分子層。 (2)在細胞中,核糖體、中心體、染色體無膜結(jié)構(gòu);細胞膜、液泡膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜是單層膜;線粒體、葉綠體和細胞核的膜是雙層膜,但部分物質(zhì)從核孔穿過核膜時,穿過的膜層數(shù)為0。 (3)肺泡壁、毛細血管壁和消化道管壁都是由單層上皮細胞構(gòu)成,穿過1層細胞則需穿過2層細胞膜(生物膜)或4層磷脂分子層。 (4)膜泡運輸:大分子物質(zhì)(神經(jīng)遞質(zhì)為小分子物質(zhì),也通過胞吐的方式排出)通過胞吞、胞吐的方式出入細胞的過程,物質(zhì)通過膜的層數(shù)為0。,例2：肺泡中的1個氧分子,以氧合血紅蛋白的形式運輸?shù)浇M織細胞,最后在細胞內(nèi)成為水中的氧。在此過程中,這個氧分子需通過的選擇透過性膜的次數(shù)共為( ) A.5次 B.7次 C.9次 D.11次 方法領(lǐng)悟:肺泡壁(單層細胞圍成)2層→毛細血管壁(單層細胞圍成)2層→紅細胞膜2層→毛細血管壁(單層細胞圍成)2層→組織液中的組織細胞的細胞膜1層→線粒體2層,即11層細胞膜。,,組織細胞與外界環(huán)境進行氣體交換的整個過程(如圖1所示)是通過內(nèi)環(huán)境而間接進行的,整個過程包括外呼吸、氣體在血液中的運輸和內(nèi)呼吸3個環(huán)節(jié)。經(jīng)過外呼吸實現(xiàn)了血液和外界環(huán)境之間的氣體交換;O2在血液中以氧合血紅蛋白的形式進行運輸;經(jīng)過內(nèi)呼吸實現(xiàn)組織細胞與內(nèi)環(huán)境之間的氣體交換及O2最后參與有氧呼吸而被組織細胞所利用。外呼吸可用下圖2表示,內(nèi)呼吸可用下圖3表示。,(圖中黑色顆粒表示O2分子),從圖2可知,在肺通氣和肺泡內(nèi)的氣體交換的過程中,O2要穿過肺泡壁(一層上皮細胞)、毛細血管壁(一層上皮細胞)及紅細胞膜,共計5層生物膜,才能與血紅蛋白結(jié)合;從圖3可知,經(jīng)過組織里的氣體交換,O2進入骨骼肌細胞要透過紅細胞膜、毛細血管壁(一層上皮細胞)和一層骨骼肌細胞膜(合計4層生物膜),再加上O2最終要進入線粒體參與有氧呼吸,而線粒體是具有雙層膜的細胞器,故合計共6層膜。由此可知,外界空氣中O2進入人體骨骼肌細胞被利用,要穿過的生物膜層數(shù)是11層。 答案:D,,3.光合作用和細胞呼吸的綜合計算 有關(guān)光合作用和呼吸作用的計算,主要是利用光合作用和呼吸作用的反應(yīng)方程式,根據(jù)原料與產(chǎn)物之間的關(guān)系進行簡單的化學(xué)計算。并通過正確理解凈光合作用、實際光合作用和呼吸作用之間的關(guān)系來對較復(fù)雜的問題進行解答。,例3：將某綠色植物放在特定的實驗裝置內(nèi),研究溫度對光合作用和呼吸作用的影響(其余的實驗條件是理想條件),實驗以CO2的吸收量和釋放量為指標。實驗結(jié)果如下表所示。 下列對該表分析正確的是( ) A.晝夜不停地光照,溫度在35 ℃時該植物不能生長 B.晝夜不停地光照,該植物生長的最適溫度是30 ℃ C.每天交替進行12 h光照,12 h黑暗,溫度均保持在20 ℃條件下該植物積累的有機物最多 D.每天交替12 h光照,12 h黑暗,溫度在30 ℃時,該植物積累的有機物是溫度在10 ℃的2倍,方法領(lǐng)悟:光照下吸收CO2的量為不同溫度下實驗測得值,表示凈光合量;黑暗下釋放CO2的量為相應(yīng)溫度的呼吸速率。明確上述兩點關(guān)鍵信息,就有了正確的解題思路:晝夜不停光照,35 ℃時,植物凈光合量(吸收CO2量)為3.00 mg/h,大于0,該植物能生長;晝夜不停照,25 ℃時該植物凈光合量最大(3.75 mg/h),最適于生長發(fā)育;每天交替12 h光照,12 h黑暗,20 ℃時凈積累有機物最多,為(3.25-1.50)×12=21 mg,其他溫度下有機物凈積累量均可算出;同樣條件下,30 ℃時該植物積累有機物與10 ℃時積累有機物的比為(3.5-3.0)×12∶(1.75-0.75)×12=1∶2。 答案:C,,4.有關(guān)堿基數(shù)目和比例的計算 (1)雙鏈DNA分子中兩個互補堿基相等,A=T、C=G,任意兩個不互補的堿基之和占總堿基數(shù)的50%,A+G=T+C=50%。 (2)兩個互補的堿基之和的比值,在DNA的每條單鏈及整個DNA中相等。(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2)=( A總+T總)/(G總+C總)。 (3)兩個不互補的堿基之和的比例在DNA兩條單鏈中互為倒數(shù)。(A1+G1)/(T1+C1)=n,(A2+G2)/(T2+C2)=1/n。 (4)配對堿基之和所占百分比在DNA兩條單鏈和整個DNA分子中相等。(A1+T1)%=(A2+T2)%=(A總+T總)%。,例4：一個DNA分子中,G+C占全部堿基46%,又知該DNA分子一條鏈中A=28%,C=22%,求另一條鏈中A和C的比例。 方法領(lǐng)悟:整個DNA中G+C=46%,可知A+T=54%,應(yīng)用規(guī)律(4),在已知鏈上G+C=46%,可知A+T=54%,因為已知鏈上A=28%,所以T=54%-28%=26%,正好相當(dāng)于另一條鏈中A的比例。因為已知鏈上C=22%,所以G=46%-22%=24%,正好相當(dāng)于另一條鏈中C的比例。 答案:26%,24%,,,5.遺傳概率的計算 獨立遺傳的兩對或兩對以上的相對性狀的個體雜交,按照基因的分離定律,通常分開考慮每一對相對性狀的雜交,然后把所得概率相乘或相加(獨立事件一起出現(xiàn)的概率用乘法原理,互斥事件共出現(xiàn)的概率用加法原理)。,例5：已知基因A、B、C及其等位基因分別位于3對同源染色體上,現(xiàn)有一對夫婦,妻子基因型為AaBBCc,丈夫基因型為aaBbCc,其子女中基因型有多少種,表現(xiàn)型有多少種?其子女中基因型為aaBBCC的比例和出現(xiàn)具有A_B_C_表現(xiàn)型的女兒的比例分別是多少? 方法領(lǐng)悟:要計算AaBBCc×aaBbCc雜交后代中基因型和表現(xiàn)型種類數(shù)、特定基因型或表現(xiàn)型的比例可以針對每一對基因分開考慮。 Aa×aa→基因型2種(1/2Aa,1/2aa);表現(xiàn)型2種(1/2顯,1/2隱)。 BB×Bb→基因型2種(1/2BB,1/2Bb);表現(xiàn)型1種(1顯)。 Cc×Cc→基因型3種(1/4CC,2/4Cc,1/4cc);表現(xiàn)型2種(3/4顯,1/4隱)。 然后再綜合在一起。 子女中基因型:2×2×3=12(種);表現(xiàn)型:2×1×2=4(種)。 子女中基因型為aaBBCC的比例為1/2aa×1/2BB×1/4CC=1/16。 表現(xiàn)型為A_B_C_的比例為1/2A_×1B_×3/4C_=3/8,而A_B_C_表現(xiàn)型的女兒的比例為3/8×1/2=3/16。 答案:12,4,1/16,3/16,,,例6：(2015江西南昌十校聯(lián)考二模)下列計算中正確的是( ) A.顯微鏡下一個視野中,完整的細胞個數(shù)為80個,當(dāng)放大倍數(shù)增加4倍,該視野中可觀察到的完整細胞個數(shù)為20個 B.一個種群中AA、Aa、aa的基因型頻率分別為30%,60%,10%,該種群中每種基因型的個體中雌雄比例為1∶1,所有個體自由交配,子代中基因型頻率不變 C.某學(xué)校的學(xué)生中某一相對性狀的各基因型比率為XBXB∶XBXb∶XbXb∶XBY∶XbY=44%∶5%∶1%∶43%∶7%,則Xb的基因頻率約為9.3% D.人的ABO血型決定于3個等位基因IA、IB、i。通過抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)血型頻率(基因型頻率):A型(IAIA,IAi)=0.45;B型(IBIb,IBi)=0.13;AB型(IAIB)=0.36;O型(ii)=0.06。IA、IB基因的頻率分別是0.3、 0.1,方法領(lǐng)悟:由于細胞鋪滿整個視野,計算時按照放大倍數(shù)的平方計算,因此視野中觀察到5個細胞,A項錯誤;由遺傳規(guī)律可知,當(dāng)雌雄比例為1∶1且個體自由交配的條件下,后代中基因型頻率改變,但基因頻率不變,B項錯誤;設(shè)IA、IB、i的基因頻率分別為p,q,r,則IAIA的基因型頻率為p2,IAi的基因型頻率為2pr;IBIB的基因型頻率為q2,IBi的基因型頻率為2qr;ii的基因型頻率為r2;IAIB的基因型頻率為2pq,D項錯誤;據(jù)題意得知C項正確。 答案:C,,7.能量流動的計算 有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的計算,在高考中題型變化多樣,多以流程示意圖為載體,也可直接以文字敘述提供有關(guān)信息。計算時應(yīng)注意以下信息。(1)明確傳遞效率是10%還是20%。(2)關(guān)注示意圖中關(guān)于能量的術(shù)語含義,流入消費者體內(nèi)的能量是指該級消費者生物的同化量而非攝入量。攝入量和同化量的關(guān)系是攝入量=同化量+糞便中的能量。糞便中的能量不屬于排出糞便的消費者,而屬于上一營養(yǎng)級;另外同化量還可以用保留在體內(nèi)的能量和呼吸消耗的能量之和來表示。(3)人工生態(tài)系統(tǒng)中的能量來源,除生產(chǎn)者固定的能量外,可能有人工添加的能量(飼料),在計算傳遞效率時應(yīng)考慮其影響;有關(guān)環(huán)保的生態(tài)系統(tǒng)(污水處理)中,污水中的有機成分也為生態(tài)系統(tǒng)提供了能量。,例7：下表是某水生生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級和能量流動情況的調(diào)查結(jié)果。表中A、B、C、D分別表示不同的營養(yǎng)級,E為分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的總量,Pn表示生物體貯存能量(Pn=Pg-R),R表示生物呼吸消耗的能量。圖示該系統(tǒng)中部分生物間的食物關(guān)系。,(1)該生態(tài)系統(tǒng)中能量從第三營養(yǎng)級傳遞到第四營養(yǎng)級的效率是 。,(2)圖乙中,若鼠和昆蟲糞便中的能量為M,呼吸作用消耗的能量為R,用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動的能量為N,則圖中第二營養(yǎng)級的同化量可表示為 。若蛇的食物有4/5來自鼠,1/5來自蛙。則從理論上講,蛇每增加1 kJ能量,至少消耗植物 kJ,假設(shè)傳遞效率不變,蛇的食物中,鼠的比例變?yōu)?/5,消耗相同的植物,蛇同化的能量是原來的 。 方法領(lǐng)悟:(1)因為B營養(yǎng)級含能量最多,貯存的能量和呼吸消耗的能量也最多,故B是生產(chǎn)者;已知E是分解者,按照生態(tài)系統(tǒng)中能量逐級遞減的特點,食物鏈則為B→D→A→C;則第三營養(yǎng)級傳遞到第四營養(yǎng)級的效率是0.9/15.9×100%=5.7%。(2)糞便量不屬于本種群的同化量,故第二營養(yǎng)級的同化量為N+R;蛇每增加1 kJ能量,由鼠提供4/5,由蛙提供1/5,按照20%傳遞效率計算,需要消耗植物45 kJ;假設(shè)蛇同化的能量為x,則由鼠提供1/5x,由蛙提供4/5x,按照20%效率計算,需要植物105x,根據(jù)題意在兩種情況下“消耗相同的植物”,105x=45,即x=3/7。 答案:(1)5.7% (2)N+R 45 3/7,,,