2022高三总复习生物-知识讲解——生物学科学研究方法专题.doc

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1、高考总复习 生物学科学研究方法专题编稿：宋辰霞 审稿：闫敏敏 【考纲要求】1. 列举高中生物中常用的科学研究方法2举例说明假说演绎法的过程。3理解什么是“建立模型法”，并举例说明4说明调查法的注意事项5. 举例说明离心法、同位素示踪法、层析法等科学研究方法的应用6. 运用观察、试验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法【考点梳理】考点一、假说演绎法1.假说演绎法的过程所谓假说-演绎法是指:在观察和分析的基础上提出问题以后,通过推理和想像提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期相符,就证明假说是正确的,反之,则说明假说是错误的。2.

2、假说演绎法运用的实例在教学中,我们利用这一科学方法证明了分离定律、自由组合定律、基因在染色体上等事实。（1）孟德尔基因分离定律及自由组合定律的研究在孟德尔证明遗传因子的分离规律时，他以“假说”作为理论依据，推导出可出现的具体事例(测交后代会出现1：1)，并以实验去验证，这一发现过程就是“假说一演绎法”基本思路的完整体现。现象： 高茎豌豆与矮茎豌豆杂交F1代全为高茎，高茎自交后代高茎和矮茎的比例为3：1，其他6对相对性状均如此。提出问题 F1代中全为高茎，矮茎哪里去了呢？ 为什么后代的比值都接近3:1?分析问题 矮茎可能应该没有消失，只是在F1代中未表现出来。因为F2代中出现了矮茎。 高茎相对于

3、矮茎来说是显性性状。 显性性状可能受遗传因子的控制，遗传因子成对存在，可能有显隐之分。 形成假说生物的性状是由遗传因子决定的。体细胞中遗传因子是成对存在的。 遗传因子有显性与隐性之分。 生物体在形成生殖细胞配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中，配子中只含有每对遗传因子中的一个。 受精时，雌雄配子的结合是随机的。演绎推理，设计实验方案，并预期结果 将F1代植株与矮茎豌豆杂交，预期后代中高茎植株与矮茎植株的比例为1:1实施实验，验证假说 实际结果：后代中高茎植株与矮茎植株的比例为l:1得出结论：预期结果与真实结果一致，假说正确，得出基因的分离定律。孟德尔对自由组合定律的研究过程与其

4、对基因分离定律的研究过程基本一致。（2）摩尔根证明基因位于染色体上（染色体学说）果蝇眼色遗传的实验现象提出问题 为什么子二代中只有雄性个体出现白眼进行分析后，做出假设（理论解释）白眼基因(a)是隐性基因A-a基因位于X染色体上，Y染色体上不携带该等位基因演绎推理，设计实验方案，并预期结果可设计如下实验方案：预期结果为：子代雌性全为红眼，雄性全为白眼实施实验，验证假说 实际结果：子代雌性全为红眼，雄性全为白眼得出结论： A-a基因位于X染色体上，即证明了基因位于染色体上【高清课堂：生物学科学研究方法专题 411566 典型例题2】要点诠释：“假说演绎法”这一科学方法在解题中也有着较为广泛的应用,

5、只是在解题中没有实验的过程,我们可以把题干中的一些事实或结果作为实验的结果来支持假设。如下题：例：DNA双螺旋结构模型提出之后，人们据此对DNA分子如何复制传递遗传信息提出如下三种假设：上述哪种假设正确呢？1958年，Meslson和Stahl用密度梯度离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲代链的去向。实验过程是：在含14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA(对照)，在含15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA均为15NDNA(亲代)，将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(子代和子代)后离心得到如下图所示的结果。请据此分析回答：（1）如果与对照相比，子代离

6、心后出现轻和重两条密度带，则说明DNA传递遗传信息的方式是_。如果子代离心后只有1条中密度带，再继续做子代的DNA密度鉴定： 若子代离心后能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是 。若子代离心后不能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是 。（2）他们观测的实验数据如下： 梯度离心DNA浮力密度(g/mL)表世 代实 验对 照亲 代1.7241.710子代1.7171.710子代1.717，1.7101.710子代1.717，1.7101.710分析实验数据可知：实验结果与当初推测的DNA三种可能复制方式中的 方式相吻合。答案：（1）全保留复制；半保留复制

7、；分散复制； （2）半保留复制分析：本题中便包括提出假说，设计实验验证假说，最后根据实验结果得出结论的过程。【高清课堂：生物学科学研究方法专题 411566 二、建立模型法】考点二、建立模型法 1.建立模型的意义：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。2.建立模型的形式：（1）模型的概念：模型是人们为了某种特定目的面对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。（2）常见的模型形式有：物理模型：以实物或图画形式直观地

8、表达认识对象的特征。如著名的DNA双螺旋结构模型。数学模型：为了某种目的对现实原型而作的抽象、简化的数学结构，它是使用数学符号、数学公式及数量关系对原型作的一种简化而本质的刻画。概念模型：对认识对象的一种简化的定性描述，用于表示系统组成和相互关系。可以概念或概念图的形式来表达。（3）模型的特点：模型对认识对象所做的描述可以是定性的，也可以是定量，可以是物质形式的，即借助于具体的实物或其他形象化的手段，也可以是思维形式的，通过抽象的方式来表达。模型一方面需要被检验，另一方面可以对未来做出预测。3.通过建立模型的方法进行研究的实例实例模型种类思维要点活动要点细胞膜结构和功能的研究流动镶嵌模型物理模

9、型概念模型要清楚流动镶嵌模型的要点：蛋白质和磷脂的分布状态；膜的流动性可以制作细胞膜的物理模型，但不可忽略膜的流动性，最终建立其概念模型尝试制作真核细胞的三维结构模型物理模型先将微观、肉眼难以直接观察的结构或过程简化，把握其主要特征，再将这些特征形象化、具体化重现的结构要准确，能体现有关结构的主要特点。所模拟的过程符合已知科学事实，所建立的模型实物既简单又准确科学是这类活动的关键研究细胞大小与细胞物质交换效率的关系模型性状分离比的模拟建立减数分裂中染色体变化的模型制作DNA双螺旋结构模型建立血糖调节的模型物理模型概念模型先将难以直接观察到的过程形象化，再在此基础上抽象出该过程的关键特点模拟过程

10、简明扼要，分析、抽象出调节过程的规律获得概念模型的过程是本活动的关键建立种群增长的数学模型数学模型根据具体情景，抽象出数学规律，并用公式或图表的形式表达从具体案例进行推演，从而建构数学模型的基本规律是关键考点三、调查法 （种群、群落、遗传病等）调查法首先要确定调查目的、调查对象、调查方法，还需注意一些原则，如随机取样、大样本、取平均值等。1.种群密度的调查（1）样方法：在被调查种群的生存环境内，随机选取若干样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，然后取其平均值来估计该种群的密度。 适用对象：植物；活动能力弱、活动范围小的动物（如蚜虫、昆虫卵、蚯蚓等）。（2）标志重捕法：确定调

11、查对象捕获并标记部分个体在该种群生存环境中，均匀设置捕获点，捕获一部分个体，并对其进行标志后，再在原地将其放回，并记录个体数（N1）重捕，计数一段时间后，在原来的捕获点再次捕获一部分个体，并记录重捕个体数（N2）及其中被标记的个体数（N0），然后放回原来的环境计算种群密度利用公式计算出N，即为该种群密度的估计值具体方法： 适用对象：活动能力强、活动范围大的动物（如哺乳类、鸟类、鱼类等）2. 群落丰富度调查 例：土壤中小动物类群丰富度的研究过程（1）明确调查对象及目的：如土壤中有哪些小动物，它们的种群密度是多少（2）确定调查方法：取样方法：用取样器取样采集小动物方法：诱虫器采集、简易采集法（即用

12、放大镜观察同时用解剖针寻找）观察和分类方法：将采集到的小动物放入酒精中，若仍存活可放入试管中统计和分析方法：记名计算法：即在一定面积的样地中直接数出有多少种动物及各种群的个体数目，一般用于个体较大，种群数量有限的群落。目测估计法：即按预先确定的多度等级来估计单位面积上个体数量的多少，等级的划分和表示方法有：非常多、多、较多、较少、少、很少等。（3）实验结论：组成不同群落的优势种不同，不同群落的丰富度不同。一般，环境条件越优越，群落发育的时间越长，物种越多，群落结构也越复杂。要点诠释：调查时要注意随机取样，所取样本数不能太少，要通过观察多个样本来获取结论。3.遗传病的调查人类遗传病分为单基因遗传

13、病、多基因遗传病、染色体异常遗传病，高中阶段所调查的遗传病一般为发病率较高的单基因遗传病。（1）群体调查发病率的调查（2）家系调查分析遗传病的遗传方式考点四、其他科学研究方法离心法、同位素示踪法、层析法、染色法、电泳法等1.离心法应用的实例： 高中阶段接触到的离心法有差速离心法、密度梯度离心法、普通离心法应用到差速离心法的有：各种细胞器及细胞结构的分离应用到密度梯度离心法的有：DNA半保留复制的实验证据应用到普通离心法的有：血红蛋白的分离2.同位素示踪法应用的实例：蛋白质合成与运输过程的研究光合作用释放的O2来源的研究卡尔文循环的研究过程，即光合作用暗反应阶段，CO2中的碳转化为有机物中碳的途

14、径的研究3.层析法应用的实例：利用纸层析法分离绿叶中的色素4.染色法应用的实例：观察DNA和RNA在细胞中的分布观察细胞中的线粒体用台盼蓝染色法判断细胞是否死亡有丝分裂和减数分裂过程的观察5.电泳法应用的实例：蛋白质的分离、纯化及鉴定6.分子杂交法应用的实例：基因工程中目的基因的检测与表达【典型例题】类型一、假说演绎法例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

15、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】B项错误：孟德尔并未发现基因位于染色体上； C项错误：孟德尔设计了测交实验，来验证其假说，而非正反交实验； D项错误：孟德尔的遗传规律并不能解释所有有性生殖生物的遗传现象，如当两对基因控制位于同源染色体上时，孟德尔的遗传规律便无法解释了。【点评】本题考查假说演绎法和孟德尔的杂交实验，是一道考查对基本知识理解的题目。举一反三：【变式1】现有如下品系特征的几种果蝇，已知表中所列性状的遗传涉及两对等位基因。研究人员通过裂翅品系与

16、其他品系果蝇的杂交实验，阐明了裂翅基因的遗传规律。品系名称品系的部分性状特征裂翅灰体、裂翅黑檀体黑檀体、直翅野生型灰体、直翅 请分析并回答：（1）若要确定裂翅基因是在X染色体上还是在常染色体上，可将裂翅品系与野生型进行，若，则可确定裂翅基因位于常染色体上。（2）科学家通过实验确定了裂翅基因位于常染色体上。在此基础上继续研究，完成了下列实验：由上述实验可推测出裂翅性状由性基因控制。F1裂翅品系自交后代中，裂翅品系与野生型比例接近2:1的原因最可能是。（3）已知黑檀体性状由3号染色体上的隐性基因控制。若要对裂翅基因进行进一步的染色体定位，现选择（2）中裂翅品系与黑檀体品系进行杂交，F1表现型及比例

17、为。将F1中雌蝇与黑檀体直翅雄蝇进行交配产生后代。若后代表现型及比例为，则说明裂翅基因与黑檀体基因的遗传符合自由组合定律；若后代只出现2种表现型，则说明裂翅基因在号染色体上，且在产生配子的过程中，。【答案】（1）正交和反交；正交和反交结果一致 （2）显；裂翅纯合子为致死个体（存在致死性基因型）（合理即可） （3）灰体裂翅：灰体直翅=1：1；灰体裂翅；灰体裂翅：灰体直翅：黑檀体裂翅：黑檀体直翅=1:1:1:1；3；裂翅基因所在的染色单体未与同源染色体的非姐妹染色单体发生交换（合理即可）【解析】（1）确定某基因是位于常染色体还是性染色体上，可用正交与反交法，若正交与反交的结果相同则在常染色体上，若

18、正交与反交的结果不同，则在性染色体上。 （2）题目告知裂翅基因位于常染色体上，且从F1 裂翅品系自交后代出现了性状分离，由此可以判断裂翅性状由显性基因控制。假设相关基因为A、a,那么F1裂翅品系的基因型为Aa，理论上其自交后代的基因型为1AA、2Aa、1aa，表现型应该是裂翅品系与野生型为3:1.实际情况是裂翅品系与野生型比例接近2:1，那么从理论上产生的后代可以推知，最可能的原因是裂翅品系纯合体致死。 （3）设翅型由Aa控制，体色由Bb控制，（2）中裂翅品系的基因型为AaBB，黑檀体品系的基因型为aabb，杂交后F1表现型及比例为灰体裂翅：灰体直翅=1：1。 黑檀体直翅雄蝇的基因型aabb,

19、如果想知道这两对基因的相对位置，那么应该选择F1中的灰体裂翅雌果蝇，因为F1中灰体裂翅的基因型为AaBb，灰体直翅的基因型为aaBb，选择灰体直翅雌果蝇后代相当于一对基因的测交。 如果这两对基因分别位于两对染色体上，则黑檀体直翅会产生ab配子，灰体裂翅（AaBb)会产生四种配子,AB:Ab:aB:ab=1:1:1:1,雌雄配子的机会是随机均等的，故后代会出现四种，即灰体裂翅：灰体直翅：黑檀体裂翅：黑檀体直翅=1:1:1:1 。 如果这两对基因位于一对染色体上，黑檀体直翅仍会产生ab配子，但灰体裂翅（AaBb)则会产生两种配子,即AB:ab=1:1（前提是这两对基因未发生交叉互换）,雌雄配子的机

20、会是随机均等的，故后代会出现两种情况。类型二、建立模型法例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：NtN0tB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DK值是固定的【答案】D【解析】种群的“J”型增长曲线无K值，“S”型增长曲线才有K值。【点评】本题考查有关种群数量增长的模型建构，包括其曲线图与数学公式。举一反三：【变式1】甲、乙两位同学分别用小球做遗传规律模拟实验。甲同学每次分别从、小桶中随机抓取一个小球并记录字母组合；乙同

21、学每次分别从、小桶中随机抓取一个小球并记录字母组合。将抓取的小球分别放回原来小桶后，再多次重复。分析下列叙述，正确的是（ ）A乙同学的实验只模拟了遗传因子的分离和配子随机结合的过程B实验中每只小桶内两种小球的数量和小球总数都必须相等 C甲同学的实验可模拟非同源染色体上非等位基因自由组合的过程D甲、乙重复100次实验后，Dd和AB组合的概率约为1/2和1/4【答案】D【解析】乙同学的实验还模拟了非等位基因的自由组合；实验中每只小桶内两种小球的数量须相等，但四只小桶中的小球总数不必相同；甲同学的实验不能模拟非同源染色体上非等位基因的自由组合。类型三、调查法例3下列调查活动或实验中，计算所得数值与实

22、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用血球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】标志重捕法调查褐家鼠种群密度时标志物脱落，会使计算所得数值偏大；调查某遗传病的发病率时以患者家系为调查对象，计算得出的发病率偏高；用血球计数板计数酵母菌数量时，为减少误差应统计方格内和在相邻两边上的菌体；样方法调查蒲公英种群密度时，在分布较稀疏的地区取样，计算所得数值与实际数值相比可能偏小。【点评】本题主要考查调查法的应用。举一反三：【变式1】下图中

23、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。 试写出该研究的课题名称：_。这种研究方法叫做_。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。 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

24、落的结构，请写出主要的调查项目(调查设备略)： _；_。【答案】（1）某森林物种数与样方面积的关系研究(只要合理均给分)；样方法；物种数迅速增多，并逐渐达到最多后保持稳定；S0；(n1n2n3)/3S0； （2）光照；垂直； 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】群落由不同的物种组成，样方法不仅可用于种群密度的研究，也可用于群落物种丰富度的研究，且物种丰富度的计算方法与种群密度的计算方法一样，也需求平均值。群落的结构中植物的分布由非生物因素所决定，而植物的分布又决定了动物的分布，在结构调查中，既要注意物种组成，又要

25、注意不同种群的密度。类型四、其他科学研究方法例3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 加入14C 氨基酸的目的是为了在步骤 中检测核糖体 B步骤 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 、 的目的是分离细胞器或细胞结构【答案】C【解析】题中过程并未用层析法。【点评】本题属中等难度题目，其中渗透了多种生物学技术和方法。举一反三：【变式1】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_。序号实验内容实验方法A调查蒲公英的种群密度样方法B观察洋葱根尖细胞的有丝分裂活体染色法C研究细胞器的结构和种类密度梯度离心法D调查土壤中小动物的丰富度标志重捕法E赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验同位素标记法F分离叶绿体中的色素纸层析法G分离蛋白质、DNA、RNA等大分子电泳法【答案】AEFG