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巧解生物计算题
巧解生物计算题
内容提要:
在高考中,定量计算占有十分重要的地位,历届学生反映这部分内容“吃力不讨好”,出现畏难情绪,针对这种情况,本文从蛋白质、细胞分裂、新陈代谢、植物个体发育、DNA、遗传基本规律、基因频率和基因型频率、生态系统能量等八个方面的计算题的解题技巧和方法进行分析,以达到见微知著,触类旁通的目的。
关键词:
计算题技巧方法
定量计算在高中生物教材中占有十分重要的地位,它对阐释生物概念和原理,定量地描述生命现象起着不可替代的作用。
在教材中分布广,它涉及到蛋白质、细胞分裂、新陈代谢、个体发育、DNA、遗传与变异、基因频率、生态系统能量流动等知识,在教材中是个知识难点,在高考试题中频频出现。
历届学生反映这部分内容“吃力不讨好”,出现畏难情绪,有的学生甚至放弃。
笔者根据多年的教学经验,把教材中有关的计算问题进行总结和归纳,选择一些典型的例题,分析解决各类计算题的解题技巧和方法,达到见微知著,触类旁通的目的,收到较好的教学效果。
一、 有关蛋白质计算题的解题技巧和方法
[例](2003年上海,一、9)人体免疫球蛋白中,IgG由4条肽链
构成,共有764个氨基酸,则该蛋白质分子中至少含有游离的氨基和羧基分别是()
A764和764B760和760C762和762D4和4
[解析]肽键是由一个氨基酸分子的羧基和一个氨基酸分子的氨基经脱水缩合形成的,故每一肽链中位于两端的氨基酸一个含有一个氨基,一个含有一个羧基。
因该蛋白有4条肽链,故含游离的氨基至少是4个,羧基至少也是4个。
[答案]D
[解题技巧和方法]掌握蛋白质分子结构特点和规律是解决好蛋白质计算问题的关键,在蛋白质分子中有以下关系:
1、若蛋白质是一条链,则有:
肽键数=氨基酸数-1;
2、若蛋白质是由多条链组成,则有:
肽键数=氨基酸数-肽链数;
3、肽键数=失去的水分子数;
4、蛋白质的相对分子质量=氨基酸总质量(氨基酸数×氨基酸平
均分子量)-失水量(水分子数×18);
5、氨基数(羧基数)=肽链数+含氨基(羧基)的R基数;
6、基因的碱基数目:
信使RNA碱基数目:
氨基酸数目=6:
3:
1。
这些公式都是基本规律,掌握公式,遇到问题就可以化繁为简,迎刃而解。
二、 有关细胞分裂计算题的解题技巧和方法
[例](2000年广东高考,一、32)一种动物体细胞中的染色体数为24。
该动物体内一个处于有丝分裂前期的细胞,其DNA分子数和染色体数分别为()
A12、48B24、48C24、24D48、24
[解析]动物体内一个处于有丝分裂前期的细胞,其DNA分子已复制,由于染色体的着丝点没有分开,故染色体数目不变。
[答案]D
[解题技巧和方法]有关染色体数目、DNA分子数、染色单体数目,四分体数目的计算,事实上是考查它们在细胞分裂过程中的变化过程,计算不难,但本质在于是否理解有丝分裂和减数分裂过程,这才是解题的关键。
三、 有关新陈代谢的计算题解题技巧和方法
[例](1998年上海,一、8)酵母菌无氧呼吸产生A摩尔的CO2。
人在正常情况下消耗同样量的葡萄糖,可形成CO2()
A7/3A摩尔B1/12A摩尔C6A摩尔D3A摩尔
[解析]酵母菌进行无氧呼吸:
C6H12O62C2H5OH+2CO2,要产生A/2摩尔CO2需消耗A/2摩尔葡萄糖;人进行有氧呼吸:
C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量,消耗A/2摩尔葡萄糖,形成(A/2)×6摩尔CO2。
[答案]D
[解题技巧和方法]此类题要求通过定量描述新陈代谢过程,需要掌握的内容有:
1、光合作用过程的数量关系。
光合作用总反应式:
6CO2+12H2O
C6H12O6+6H2O+6O2。
(1)反应前后的摩尔比是进行有关计算的基础;
(2)光合作用释放6个O2全部来自光反应阶段原料H2O的分解;(3)光反应阶段需要12个H2O,光解产物24个[H],在暗反应中用于还原6个CO2,并产生6个H2O;(4)光合作用产物C6H12O6中的碳和氧来自原料CO2,氢来自原料水;(5)生成物6个H2O中的氢来自原料水,氧来自原料CO2。
2、光合作用和呼吸作用过程的数量关系。
有氧呼吸作用总反应式:
C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量。
(1)在有光条件下,光合作用和呼吸作用同时进行;
(2)光合作用实际消耗二氧化碳量=实测的二氧化碳量+呼吸作用二氧化碳释放量;(3)光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量+呼吸作用耗氧量;(4)光合作用葡萄糖净生产量=光合作用实际葡萄糖生产量—呼吸作用葡萄糖消耗量。
3、有氧呼吸和无氧呼吸过程的数量关系。
(1)有氧呼吸总反应式(见上),无氧呼吸反应式:
C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量;C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量;
(2)消耗等量的C6H12O6时,无氧呼吸与有氧呼吸产生的二氧化碳的量之比为1:
3;(3)产生同样数量的ATP时,无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的物质的量之比为19:
1。
四、 有关植物个体发育计算题的解题技巧和方法
[例]玉米的体细胞含有20条染色体,在正常情况下,它的卵细胞、一个极核、胚细胞、胚乳细胞、珠被细胞和子房壁细胞所含染色体数目依次应为()
A10,10,20,20,20,20B10,10,30,30,20,20
C10,10,20,30,20,20D10,20,20,30,20,20
[解析]玉米的胚囊中含有一个卵细胞和两个极核,每个极核所含染色体的结构和数目与卵细胞的完全相同,都含有正常体细胞数目减半的染色体,即为10条。
胚是由受精卵发育成的,而受精卵是一个卵细胞与一个精子经受精作用形成的,染色体数目与体细胞相同,为20条。
胚乳细胞是由受精极核发育而来的,而受精极核是由一个精子与两个极核受精后形成的,染色体的数目应是30条。
珠被细胞和子房壁属于正常植株上的体细胞,与是否完成受精作用无关,其染色体的数目应为20条。
[答案]C
[解题技巧和方法]此类题需要掌握的知识主要是有关结构的发育对象,计算并不复杂,因此遇到这类考题,只要从其结构发育过程去研究就可以得出结论。
有关DNA计算题的解题技巧和方法
[例](1999年广东,一、20)已知一段双链DNA分子中,鸟嘌
呤所占的比例为20%,由该DNA转录出来的RNA,其胞嘧啶的比例是()
A10%B20%C40%D无法确定
[解析]该题涉及的知识点较多,要求学生要懂得DNA、RNA的组成、结构、碱基配对原则、转录的方式等。
设DNA分子一条链中的鸟嘌呤为G1,另一条链中的鸟嘌呤为G2,根据题意:
(G1+G2)/(2G1+2G2+A+T)=0.2,由于G1不一定等于G2,故以DNA分子一条链为模板转录出来的RNA 中胞嘧啶的比例无法确定。
[答案]D
[解题技巧和方法]此类题型考查的是DNA结构和功能的知识。
掌握三个规律:
1、按照碱基互补配对原则得出的计算规律。
(1)DNA分子中,A=T,G=C,A+G=T+C=A+C=T+G=50%;
(2)若A1+G1/T1+C1=a,则A2+G2/T2+G2=1/a;(3)由DNA双链过渡到DNA 单链或RNA时用下列公式:
A+T/总碱基数=A1+T1/单链碱基数=A2+T2/单链碱基数=A+U/mRNA上的碱基数=a%。
2、按照中心法则原理得出的计算规律。
在不考虑终止密码和非
编码序列情况下,肽链数+肽键数=氨基酸数=3×mRNA上的碱基数=6×基因中的碱基数;
3、按照DNA半保留复制的计算。
(1)设DNA分子数为N0,经n次连续复制后,得到子代DNA总数为N,则N=N02n;
(2)经n次复制后,在子代DNA中,含最初母链的DNA分子占DNA总数的比例为:
2/2n=1/2n-1;(3)经n次复制后,在子代DNA中,最初DNA的链数占总链数的比例为:
2/2×2n=1/2n;(4)若某DNA分子含某碱基x个,则该DNA分子进行n次复制,需游离的该种碱基的脱氧核苷酸分子数为:
(2n-1)×x。
六、 有关遗传基本规律计算题的解题技巧和方法
[例](2002年江苏综合能力测试,一、19)水稻的有芒(A)对
无芒(a)为显性,抗病(B)对感病(b)为显性,这两对基因自由组合。
现有纯合有芒感病株与纯合无芒抗病株杂交,得到F1代,再将此F1与无芒的杂合抗病株杂交,子代的四种表现型为有芒抗病,有芒感病,无芒抗病,无芒感病,其比例依次为()
A9:
3:
3:
1B3:
1:
3:
1C1:
1:
1:
1D1:
3:
1:
3
[解析]纯合有芒感病株与纯合无芒抗病株杂交,得到F1代,其基因型为AaBb,无芒的杂合抗病株的基因型为aaBb,根据自由组合定律可知,基因型为AaBb的个体产生4种不同基因型的配子,且比例相等;基因型为aaBb的个体产生2种比例相等的配子,杂交后代可以有8种组合,有4种表现型,其比例为3:
1:
3:
1。
[答案]B
[解题技巧和方法]遗传规律的有关计算,比较多,也比较复杂,不少同学感到困难,但作为描述遗传现象的基本形式之一,也常常是重点考查的对象,因此必须掌握有关规律类型。
1、杂合子多代自交。
具有1对等位基因的杂合子,逐代自交n代后,Fn中纯合子比例逐渐增多,纯合体比例为:
1-1/2n;
2、一对相对性状交配后代概率。
纯合子(AA、aa)概率1/2;杂合子概率1/2;显性个体概率3/4;隐性个体概率1/4;
3、两对相对性状交配(独立遗传)后代概率。
表现型4种,比例9:
3:
3:
1;基因型9种,比例(1:
2:
1)2;F2中亲代所占比例10/16、新类型6/16、纯合子1/4、双显性个体9/16、双隐性个体1/16;
4、n对相对性状交配(独立遗传)过程数量关系。
F1产生配子数2n,F1自交产生F2代表现型种类2n,比例(3:
1)n;基因型种类3n,比例(1:
2:
1)n;
5、已知亲代基因型,求子代表现型和基因型概率,运用拆分法。
如:
基因型为AaBbCc×AaBbCc杂交(独立遗传),后代表现型种类及比例,基因型种类及比例是多少?
因每一对都符合基因分离定律,故拆分成三组:
Aa×Aa、Bb×Bb、Cc×Cc,然后根据基因分离定律,先算出每对的表现型和基因型种类及比例,再根据乘法原理,算出总的表现型和基因型种类及比例。
即表现型为:
2×2×2=8种,比例(3:
1)(3:
1)(3:
1)=27:
9:
9:
9:
3:
3:
3:
1;基因型为:
3×3×3=27(种),比例(1:
2:
1)(1:
2:
1)(1:
2:
1);
6、人类遗传病概率。
典例:
已知甲、乙两种病均为隐性遗传,甲病的患病几率为A,乙病的患病几率为B,双亲正常,则后代同时患两种病的几率为A×B,仅患甲病的可能性为A(1-B),仅患乙病的可能性为B(1-A),仅患一种病的可能性为A+B-2AB,正常的可能性为(1-B)(1-A)。
七、 有关基因频率和基因型频率计算题的解题技巧和方法
[例]某种群的3种基因型AA、Aa、aa初始个体数分别为400、500、100,现假定群体始终处于遗传平衡,请问F3(三代后),该群体中的3种基因型及基因A和a的频率分别是多少?
[解析]A的频率=(400×2+500)/(800+500×2+100×2)=65%,a的频率=1-65%=35%;由于现在开始该种群处于遗传平衡状态,故其基因频率不变,F3的基因A和a的频率仍为65%和35%;因此,基因型AA的频率为0.652=42.25%,基因型Aa的频率为2×0.65×0.35=45.5%,基因型aa的频率为0.352=12.25%。
[答案]AA:
42.25%;Aa:
45.5%;aa:
12.25%;A:
65%;a:
35%;
[解题技巧和方法]此类题涉及到的知识点有基因频率的概念和计算,根据遗传定律的有关计算等,综合性强,在遗传和进化专题中基因频率的概念和计算方法是一大难点,需要掌握的内容有:
1、基因频率=某染色体上某基因的数目/该基因的等位基因的总数,基因型频率=特定基因型的个体数/总个体数,种群中一对等位基因的频率之和等于1,种群中基因型频率之和也等于1;
2、通过基因型计算基因频率(见例);
3、通过基因型频率计算基因频率,即一个等位基因的频率等于它的纯合子频率与1/2杂合子频率之和;
4、设某种群中一对等位基因为A和a,其频率分别为p与q(p+q=1)。
亲代基因型为AA、Aa、aa。
当种群足够大、个体间的交配是随机发生、没有突变、没有新基因加入和没有自然选择的理想情况下,各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的。
这就是哈迪—温伯格定律,其数学方程式是:
(p+q)2=p2+2pq+q2=1,即[p(A)+q(a)]2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa),其中p2、2pq和q2分别为基因型AA、Aa和aa的频率。
八、 关于生态系统的能量计算题的解题技巧和方法
[例](2002年广东河南,二、41)下表是对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果,表中A、B、C、D 分别表示不同的营养级,E为分解者。
Pg表示生物同化作用固定能量的总量,Pn表示生物体贮存的能量(Pn—R),R表示生物呼吸消耗的能量。
单位:
102千焦/㎡/年
Pg
Pn
R
A
15.9
2.8
13.1
B
870.7
369.4
501.3
C
0.9
0.3
0.6
D
141.0
61.9
79.1
E
211.5
20.1
191.4
分析回答:
1、能量流动是从A、B、C、D 中的哪个营养级开始的?
为什么?
2、该生态系统中能量从第三营养级传递到第四营养级的效率是多少?
3、从能量输入和输出角度看,该生态系统的总能量是否增加?
为什么?
[解析]因为B营养级含有的能量最多,贮存的能量和呼吸消耗的能量也最多,故B是生产者;因为E为分解者,所以食物链为由B到D再到A最后到C;从第三营养级传递到第四营养级的效率是15.9/141.0=5.7%。
因为在该生态系统中,输入的总能量为生产者固定的总能量Pg(生产者的)=870.7;输出的总能量=所有生物消耗能量之和=13.1+501.3+0.6+79.1+191.4=785.5;因为870.7大于785.5,所以生态系统输入的总能量大于所有生物消耗能量之和。
[答案]1、B;B营养级含能量最多,是生产者。
2、5.7%。
3、增加。
该生态系统输入的总能量大于所有生物消耗能量之和[或答Pg(生产者的)大于R(所有生物的呼吸消耗)]。
[解题技巧和方法]生态系统中的有关计算主要是能量流动方面的。
要解答好此类题,要掌握:
1、能量流动的特点(单向流动、逐级递减、沿食物链传递等);
2、递减效率是每两个营养级之间为10%~20%。
答题时要注意“至少”(20%)、“至多”(10%)的用词;
3、认真分析好食物网中各生物的地位与关系;
4、相邻两个营养级的传递率=下一个营养级能量/上一个营养级能量×100%。
参考文献:
1、《十年高考分类解释与应试策略》任志鸿南方出版社2004.6
2、《2006年考试大纲例话》郭显斌人民日报出版社2005.3
3、《高频考点》唐剑英湖南教育出版社2005.8
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