以水稻為背景的熱點(diǎn)生物學(xué)試題

山東 孫智敏

熱點(diǎn)一：巨型水稻的誕生

2017年因洪水淹沒(méi)而意外走紅的比姚明還高的巨型稻，在中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所夏新的帶領(lǐng)下取得重大突破和成功。巨型水稻像高粱一樣粗壯，穗長(zhǎng)、粒多飽滿，植株平均高度在1.8～2.23 m之間，人在其中，只見(jiàn)稻穗不見(jiàn)人影。健壯優(yōu)質(zhì)的巨型水稻在抗病性和抗倒伏能力上表現(xiàn)非常優(yōu)異，而且抗病蟲(chóng)害能力強(qiáng)。

【試題鏈接】

1.圖1為巨型稻田生態(tài)系統(tǒng)碳元素轉(zhuǎn)移示意圖，箭頭和字母分別表示碳元素的傳遞方向和轉(zhuǎn)移量。下列敘述正確的是 （ ）

圖1

A.水稻和藻類分別占據(jù)不同空間有利于a增加

B.水稻生長(zhǎng)期，該生態(tài)系統(tǒng)碳元素轉(zhuǎn)移量關(guān)系為 a=b+c+e

C.丙中的生物可組成多條食物鏈

D.調(diào)查丁中的小動(dòng)物類群豐富度可用樣方法

【命題思路和依據(jù)】本題以稻田生態(tài)系統(tǒng)碳元素的轉(zhuǎn)移為切入點(diǎn)測(cè)試碳循環(huán)、食物鏈、群落特征等考點(diǎn)，旨在考查考生的識(shí)圖能力、理解和獲取信息能力。

【解析】水稻和藻類分別占據(jù)不同空間有利于光合作用的進(jìn)行，碳元素從大氣進(jìn)入生產(chǎn)者的量增加，即a（CO2）會(huì)增加；處于生長(zhǎng)期的水稻，碳元素轉(zhuǎn)移進(jìn)入水稻的量大于轉(zhuǎn)移出去的量；丙中的生物均為消費(fèi)者，無(wú)生產(chǎn)者不能組成食物鏈；調(diào)查丁中的小動(dòng)物類群豐富度用取樣器取樣法。

【答案】A

2.經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，巨型超級(jí)水稻采用“巨型稻—青蛙—泥鰍”共生的生態(tài)種養(yǎng)模式，生長(zhǎng)周期與青蛙、泥鰍基本同步，可節(jié)約人力與資金成本，最重要的是這種生態(tài)種養(yǎng)模式與普通的水稻種植相比，生態(tài)效益足足增加了10多倍。請(qǐng)回答：

（1）為調(diào)查某正方形稻田的蟲(chóng)害的發(fā)生狀況，可采用________法進(jìn)行取樣，分別統(tǒng)計(jì)________的種群密度。

（2）稻田的水生昆蟲(chóng)與泥鰍之間的種間關(guān)系有_______________________。

（3）在蛙的繁殖季節(jié)，雄蛙通過(guò)叫聲這種________信息求偶；雌蛙通常在近岸水深為10～30 cm的草叢間產(chǎn)卵，可采用_______________法進(jìn)行取樣以了解該蛙卵塊的密度。

（4）流經(jīng)巨型稻田生態(tài)系統(tǒng)的總能量是________。稻田生態(tài)系統(tǒng)中要經(jīng)常拔除田間雜草，請(qǐng)從能量流動(dòng)的角度分析稻田除雜草的意義________________________。

（5）巨型超級(jí)水稻采用“巨型稻—青蛙—泥鰍”共生的生態(tài)種養(yǎng)模式，增加了稻田生態(tài)系統(tǒng)中_______的復(fù)雜性；從生態(tài)系統(tǒng)功能上分析，稻田養(yǎng)魚(yú)促進(jìn)了稻田生態(tài)系統(tǒng)中的________________。從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，請(qǐng)談?wù)勀銓?duì)這種種養(yǎng)模式的看法：_____________________。

【命題思路和依據(jù)】本題圍繞高考中?？汲Ｐ碌纳鷳B(tài)學(xué)知識(shí)（種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)）設(shè)題，在考查考生理解能力、獲取信息能力的同時(shí)，引導(dǎo)考生關(guān)注生態(tài)農(nóng)業(yè)問(wèn)題。同時(shí)，本題中設(shè)置了一些開(kāi)放性的問(wèn)題，考查考生的語(yǔ)言組織能力。

【解析】（1）該稻田呈正方形，可采用五點(diǎn)取樣法調(diào)查該稻田蟲(chóng)害的發(fā)生情況，分別統(tǒng)計(jì)各種害蟲(chóng)的種群密度。（2）泥鰍是雜食性動(dòng)物，捕食浮游生物、水生昆蟲(chóng)、甲殼動(dòng)物、水生高等植物碎屑以及藻類等，和水生昆蟲(chóng)的種間關(guān)系既是捕食關(guān)系又是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。（3）青蛙的叫聲屬于物理信息；10～30 cm的草叢呈長(zhǎng)方形，則調(diào)查蛙卵密度的取樣方法是等距取樣法。（4）生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能是流經(jīng)稻田生態(tài)系統(tǒng)的總能量。稻田除草的目的是避免雜草和水稻爭(zhēng)奪陽(yáng)光、肥料等資源，合理調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的方向，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧＃?）采用“巨型稻—青蛙—泥鰍”共生的生態(tài)種養(yǎng)模式，增加了稻田中生物的種類，提高了該生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，同時(shí)物種種類的增加也促進(jìn)了物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。這種種養(yǎng)模式降低了害蟲(chóng)的種群數(shù)量，蛙、魚(yú)的糞便可以作為肥料，減少了化肥和農(nóng)藥的使用，從而減少了水體中N、P的污染，避免了水體富營(yíng)養(yǎng)化，減少了環(huán)境污染。

【答案】（1）五點(diǎn)取樣 各種害蟲(chóng) （2）捕食、競(jìng)爭(zhēng) （3）物理 等距取樣 （4）生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的方向，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?（5）營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)（食物鏈和食物網(wǎng)） 物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng) 使稻田害蟲(chóng)減少、減少化肥和農(nóng)藥的使用、避免水體富營(yíng)養(yǎng)化、從而減少環(huán)境污染

熱點(diǎn)二：“海水稻”獲高產(chǎn)

2017年9月28日，袁隆平帶領(lǐng)的青島“海水稻”研究發(fā)展中心實(shí)驗(yàn)基地對(duì)首批耐鹽堿水稻進(jìn)行收割測(cè)評(píng)，試種的“海水稻”在產(chǎn)量上取得重大突破，最高畝產(chǎn)620.95 kg?！昂Ｋ尽逼鋵?shí)是耐鹽堿水稻的俗稱，耐鹽堿水稻可以在海邊灘涂生長(zhǎng)，是生長(zhǎng)在海水經(jīng)過(guò)之地而非海水里，但“海水稻”的生長(zhǎng)過(guò)程中不懼海水的短期浸泡。即使浸泡三四天，葉片仍然是綠色的，可以進(jìn)行光合作用。

【試題鏈接】

3.“海水稻”能通過(guò)細(xì)胞代謝產(chǎn)生一種代謝產(chǎn)物，調(diào)節(jié)根部細(xì)胞液的滲透壓，此代謝產(chǎn)物在葉肉細(xì)胞和莖部細(xì)胞中卻很難找到。自然狀態(tài)下，“海水稻”單株生長(zhǎng)，自花受粉?？?jié)承院颓o的高度是兩對(duì)獨(dú)立遺傳的性狀?？?jié)澈筒豢節(jié)秤苫騁和g控制，抗?jié)碁轱@性；莖的高度由兩對(duì)獨(dú)立遺傳的基因（D、d，E、e）控制，同時(shí)含有基因D和基因E表現(xiàn)為矮莖，只含有基因D或基因E表現(xiàn)為中莖，其他表現(xiàn)為高莖?，F(xiàn)有不抗?jié)嘲o和抗?jié)掣咔o兩品種的純合種子，欲培育純合的抗?jié)嘲o“海水稻”品種。結(jié)合材料信息回答：

（1）“海水稻”的細(xì)胞代謝產(chǎn)物能夠使細(xì)胞液的滲透壓_______（填“增大”或“減小”）。這種代謝產(chǎn)物在莖部和葉肉細(xì)胞中很難找到，而存在于根部細(xì)胞中的根本原因是________________。

（2）“海水稻”種子的硒含量是普通水稻的10倍以上，最可能原因是________________。

（3） 自然狀態(tài)下“海水稻”一般都是___________合子。

（4）若采用空間誘變育種的方法培育抗?jié)嘲o品種，處理時(shí)，需要將大量抗?jié)掣咔o品種的種子隨航天器遨游太空，然后選育，這種育種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以________的頻率、加速育種進(jìn)程且大幅度地________某些性狀。

（5）若采用雜交育種，可通過(guò)將題述兩個(gè)親本雜交，在F2代中選擇抗?jié)嘲o個(gè)體，再經(jīng)連續(xù)自交等純合化手段，最后得到穩(wěn)定遺傳的抗?jié)嘲o品種。據(jù)此推測(cè)，一般情況下，控制性狀的基因數(shù)越多，其育種過(guò)程所需的________。若只考慮莖的高度，親本雜交所得的F1在自然狀態(tài)下繁殖，則理論上F2的表現(xiàn)型及其比例為_(kāi)______________________________。

（6）若采用單倍體育種，該過(guò)程涉及的原理有___________________________。理論上單倍體育種獲得純合的抗?jié)嘲o“海水稻”品種的概率是_____________，理由是________________。

【命題思路和依據(jù)】試題的新穎性一直是高考命題所追求的，生物科技熱點(diǎn)常作為命題的背景材料。本題的材料關(guān)注熱點(diǎn)，主要測(cè)試物質(zhì)跨膜運(yùn)輸、育種和遺傳規(guī)律應(yīng)用等重要考點(diǎn)，旨在考查考生理解和獲取運(yùn)用信息的能力。

【解析】（1）根部細(xì)胞通過(guò)滲透的方式吸收水分，根細(xì)胞的滲透壓大于土壤溶液的滲透壓時(shí)根細(xì)胞才能正常吸水，所以該代謝產(chǎn)物能夠使細(xì)胞液的滲透壓增大。對(duì)同一株植物而言，所有體細(xì)胞的基因組成是相同的，但不同細(xì)胞產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物，根本原因是基因的選擇性表達(dá)。（2）植物對(duì)礦質(zhì)元素離子吸收的選擇性與細(xì)胞膜上載體種類和數(shù)量有關(guān)。（3）雜合子連續(xù)自交，后代中純合子比例逐漸增加，雜合子比例逐漸減小。因此，自然狀態(tài)下自花受粉（連續(xù)自交）的植物一般都是純合子。（4）誘變育種的原理是基因突變，優(yōu)點(diǎn)是可以提高變異的頻率、加速育種進(jìn)程且大幅度地改良某些性狀。（5）雜交育種一般通過(guò)雜交、選擇、純合化的手段培育新品種，控制性狀的基因數(shù)越多，通過(guò)自交進(jìn)行純合化的時(shí)間會(huì)越長(zhǎng)。根據(jù)題干信息可知，兩個(gè)親本的基因型分別為ggDDEE和GGddee，若只考慮莖的高度，雜交得到F1的基因型為DdEe，則F1自交后代F2有3種表現(xiàn)型：矮莖、中莖、高莖，其比例為 9（D_E_）∶ 6（3 D_ee、3 ddE_）∶ 1（1 ddee）。（6）單倍體育種包括花藥離體培養(yǎng)和染色體加倍兩個(gè)過(guò)程，其中涉及基因重組、染色體變異等原理。不抗?jié)嘲o（ggDDEE）和抗?jié)掣咔o（GGddee）兩純合子雜交基因型是GgDdEe，經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生GDE配子概率是1/8，即花藥離體培養(yǎng)獲得GDE單倍體的概率為1/8，經(jīng)染色體加倍獲得純合的抗?jié)嘲o“海水稻”品種的概率是1/8。

【答案】（1）增大 基因的選擇性表達(dá) （2）細(xì)胞膜上運(yùn)載硒的載體多 （3）純 （4）提高變異 改良（5）年限越長(zhǎng) 高莖∶中莖∶矮莖＝1∶6∶9 （6）基因重組和染色體變異 1/8 不抗?jié)嘲o和抗?jié)掣咔o的兩個(gè)純合子雜交子代的基因型是GgDdEe，符合要求的單倍體GDE出現(xiàn)的概率是1/8，即獲得純合的抗?jié)嘲o“海水稻”品種的概率是1/8

熱點(diǎn)三：重大突破——水稻親本去鎘

2017年9月25日，國(guó)家水稻新品種與新技術(shù)展示現(xiàn)場(chǎng)觀摩會(huì)上，袁隆平宣布一項(xiàng)重大突破成果——水稻親本去鎘技術(shù)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)水稻本身?yè)碛械哪承┆?dú)特基因，使水稻根系吸收土壤中鎘的能力較強(qiáng)，一旦人直接食用這些鎘米，或者家禽等食用后在體內(nèi)富集，再通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，都會(huì)引起慢性中毒，嚴(yán)重威脅人類健康。把親本中的含鎘或者吸鎘的基因“敲掉”，對(duì)人類健康至關(guān)重要。

【試題鏈接】

4.袁隆平研究小組采取的親本除鎘技術(shù)從根本上改造了水稻，讓水稻從容易富集鎘的植物變成對(duì)鎘吸收較少的植物，從而降低水稻稻種即大米中的鎘含量。此次水稻親本去鎘技術(shù)的成功，是袁隆平院士對(duì)水稻育種技術(shù)創(chuàng)新做出的又一巨大貢獻(xiàn)?；卮鹣铝袉?wèn)題：

（1）利用放射源處理大量水稻種子，誘發(fā)多種突變，從后代中選出不吸收鎘的水稻品種進(jìn)行培育從而獲得優(yōu)良水稻品種，其原因是基因突變具有________、________和多利少害性這三個(gè)特點(diǎn)。這種育種方式的優(yōu)點(diǎn)是_______，在較短時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。

（2）在水稻的種質(zhì)資源庫(kù)中發(fā)現(xiàn)了鎘吸收的關(guān)鍵基因失效的水稻植株A，該植株在鎘污染的土地上能夠正常生長(zhǎng)，所結(jié)的稻米不含重金屬鎘，將該植株A作為親本，制備雜交稻，雜交稻將保持親本干凈的背景，稻米不含重金屬鎘污染。回答：

①水稻植株A吸收鎘和不吸收鎘的性狀分別受A、a基因控制，其不吸收鎘的性狀可能是因?yàn)開(kāi)_____________，導(dǎo)致不能吸收鎘。

②水稻富鎘性狀與抗病性狀獨(dú)立遺傳?？共。˙）對(duì)感病（b）為顯性。為選育抗病不富（吸收）鎘的水稻新品種，進(jìn)行了一系列雜交實(shí)驗(yàn)。其中，富鎘感病與富鎘抗病植株雜交子代的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖所示，則兩個(gè)親代的基因型是________________。上述雜交的子代自交，后代群體中能穩(wěn)定遺傳的不富鎘且抗病植株所占比例為_(kāi)__________。

③用純合富鎘的植株作母本與水稻植株A進(jìn)行雜交，在F1中偶爾發(fā)現(xiàn)某一植株具有不吸收鎘的性狀。請(qǐng)對(duì)此現(xiàn)象給出兩種合理的解釋：a：_______________________；b：________________________。

（3）根據(jù)所學(xué)知識(shí)再提出一種水稻去鎘方法_________________________________。

【命題思路和依據(jù)】環(huán)保和健康已成為人類生活的主題，把環(huán)保和健康貫穿于教育教學(xué)，用考試引導(dǎo)公民更加關(guān)注環(huán)保和健康，是當(dāng)下教育變革的一種方向。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)多個(gè)省份出產(chǎn)的稻米被查出鎘超標(biāo)，“鎘米危機(jī)”的出現(xiàn)，再次敲響了土壤污染的警鐘。題干信息沒(méi)有給出如何進(jìn)行水稻親本去鎘（文獻(xiàn)資料也沒(méi)有報(bào)道），但我們可以聯(lián)系育種知識(shí)進(jìn)行分析。遺傳和變異是高考命題的主旋律，本題追蹤熱點(diǎn)，考查了考生的多種能力。

【解析】（1）基因突變具有多方向性（不定向）、突變頻率低和有害性等特點(diǎn)，這決定了誘變育種需處理大量的材料。誘變育種的優(yōu)點(diǎn)之一是提高變異頻率。（2）①基因控制性狀的途徑：基因通過(guò)控制酶的合成來(lái)控制代謝過(guò)程，進(jìn)而控制生物體的性狀；基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來(lái)直接控制生物體的性狀。a基因純合，導(dǎo)致催化吸收和運(yùn)載鎘的蛋白質(zhì)合成的酶缺失或合成吸收鎘的蛋白質(zhì)缺失從而不能吸收運(yùn)載鎘。②根據(jù)雜交子代抗病∶感?。?∶1、富鎘∶不富鎘＝3∶1，可知親本的基因型為Aabb、AaBb，從而推知子代F1的基因型及比例分別為1/8 AABb、1/8 AAbb、1/4 AaBb、1/4 Aabb、1/8 aaBb、1/8 aabb，其中只有 1/4 AaBb、1/8 aaBb 自交才能獲得能穩(wěn)定遺傳的不富鎘抗病植株（aaBB），可獲得的比例為1/4×1/4×1/4＋1/8×1×1/4＝3/64。③正常情況下基因型為AA的植株與基因型為aa的植株雜交，所得子代基因型為Aa（吸收鎘），雌配子形成時(shí)，若A基因突變?yōu)閍基因或含A基因的染色體片段缺失，則可能出現(xiàn)某一植株具有不吸收鎘的性狀。（3）通過(guò)生物技術(shù)手段發(fā)現(xiàn)水稻鎘吸收的關(guān)鍵基因，并利用水稻育種技術(shù)將該基因成功去除，獲得了親本，進(jìn)一步用這些親本培育的水稻品種產(chǎn)生的稻米中也不含鎘。

【答案】（1）多方向性（不定向） 突變頻率低提高變異頻率 （2）①導(dǎo)致合成吸收鎘的蛋白質(zhì)的酶或蛋白質(zhì)缺失②Aabb AaBb 3/64 ③某一雌配子形成時(shí)，A基因突變?yōu)閍基因 某一雌配子形成時(shí)，含A基因的染色體片段缺失 （3）用生物技術(shù)和水稻育種技術(shù)發(fā)現(xiàn)并去除鎘吸收的關(guān)鍵基因，培育出不吸收鎘的優(yōu)良品種（或者種植富鎘能力強(qiáng)的植物除去土壤中的鎘后再種植水稻）