以水稻為背景的熱點生物學試題

山東 孫智敏

熱點一：巨型水稻的誕生

2017年因洪水淹沒而意外走紅的比姚明還高的巨型稻，在中國科學院亞熱帶農業生態研究所夏新的帶領下取得重大突破和成功。巨型水稻像高粱一樣粗壯，穗長、粒多飽滿，植株平均高度在1.8～2.23 m之間，人在其中，只見稻穗不見人影。健壯優質的巨型水稻在抗病性和抗倒伏能力上表現非常優異，而且抗病蟲害能力強。

【試題鏈接】

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

圖1

A.水稻和藻類分別占據不同空間有利于a增加

B.水稻生長期，該生態系統碳元素轉移量關系為 a=b+c+e

C.丙中的生物可組成多條食物鏈

D.調查丁中的小動物類群豐富度可用樣方法

【命題思路和依據】本題以稻田生態系統碳元素的轉移為切入點測試碳循環、食物鏈、群落特征等考點，旨在考查考生的識圖能力、理解和獲取信息能力。

【解析】水稻和藻類分別占據不同空間有利于光合作用的進行，碳元素從大氣進入生產者的量增加，即a（CO2）會增加；處于生長期的水稻，碳元素轉移進入水稻的量大于轉移出去的量；丙中的生物均為消費者，無生產者不能組成食物鏈；調查丁中的小動物類群豐富度用取樣器取樣法。

【答案】A

2.經實驗證明，巨型超級水稻采用“巨型稻—青蛙—泥鰍”共生的生態種養模式，生長周期與青蛙、泥鰍基本同步，可節約人力與資金成本，最重要的是這種生態種養模式與普通的水稻種植相比，生態效益足足增加了10多倍。請回答：

（1）為調查某正方形稻田的蟲害的發生狀況，可采用________法進行取樣，分別統計________的種群密度。

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

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

（4）流經巨型稻田生態系統的總能量是________。稻田生態系統中要經常拔除田間雜草，請從能量流動的角度分析稻田除雜草的意義________________________。

（5）巨型超級水稻采用“巨型稻—青蛙—泥鰍”共生的生態種養模式，增加了稻田生態系統中_______的復雜性；從生態系統功能上分析，稻田養魚促進了稻田生態系統中的________________。從環境保護的角度出發，請談談你對這種種養模式的看法：_____________________。

【命題思路和依據】本題圍繞高考中常考常新的生態學知識（種群、群落、生態系統）設題，在考查考生理解能力、獲取信息能力的同時，引導考生關注生態農業問題。同時，本題中設置了一些開放性的問題，考查考生的語言組織能力。

【解析】（1）該稻田呈正方形，可采用五點取樣法調查該稻田蟲害的發生情況，分別統計各種害蟲的種群密度。（2）泥鰍是雜食性動物，捕食浮游生物、水生昆蟲、甲殼動物、水生高等植物碎屑以及藻類等，和水生昆蟲的種間關系既是捕食關系又是競爭關系。（3）青蛙的叫聲屬于物理信息；10～30 cm的草叢呈長方形，則調查蛙卵密度的取樣方法是等距取樣法。（4）生產者固定的太陽能是流經稻田生態系統的總能量。稻田除草的目的是避免雜草和水稻爭奪陽光、肥料等資源，合理調整生態系統能量流動的方向，使能量流向對人類最有益的部分。（5）采用“巨型稻—青蛙—泥鰍”共生的生態種養模式，增加了稻田中生物的種類，提高了該生態系統營養結構的復雜程度，同時物種種類的增加也促進了物質循環和能量流動。這種種養模式降低了害蟲的種群數量，蛙、魚的糞便可以作為肥料，減少了化肥和農藥的使用，從而減少了水體中N、P的污染，避免了水體富營養化，減少了環境污染。

【答案】（1）五點取樣 各種害蟲 （2）捕食、競爭 （3）物理 等距取樣 （4）生產者固定的太陽能調整生態系統能量流動的方向，使能量流向對人類最有益的部分 （5）營養結構（食物鏈和食物網） 物質循環和能量流動 使稻田害蟲減少、減少化肥和農藥的使用、避免水體富營養化、從而減少環境污染

熱點二：“海水稻”獲高產

2017年9月28日，袁隆平帶領的青島“海水稻”研究發展中心實驗基地對首批耐鹽堿水稻進行收割測評，試種的“海水稻”在產量上取得重大突破，最高畝產620.95 kg。“海水稻”其實是耐鹽堿水稻的俗稱，耐鹽堿水稻可以在海邊灘涂生長，是生長在海水經過之地而非海水里，但“海水稻”的生長過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，可以進行光合作用。

【試題鏈接】

3.“海水稻”能通過細胞代謝產生一種代謝產物，調節根部細胞液的滲透壓，此代謝產物在葉肉細胞和莖部細胞中卻很難找到。自然狀態下，“海水稻”單株生長，自花受粉。抗澇性和莖的高度是兩對獨立遺傳的性狀。抗澇和不抗澇由基因G和g控制，抗澇為顯性；莖的高度由兩對獨立遺傳的基因（D、d，E、e）控制，同時含有基因D和基因E表現為矮莖，只含有基因D或基因E表現為中莖，其他表現為高莖。現有不抗澇矮莖和抗澇高莖兩品種的純合種子，欲培育純合的抗澇矮莖“海水稻”品種。結合材料信息回答：

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

（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澇矮莖品種，處理時，需要將大量抗澇高莖品種的種子隨航天器遨游太空，然后選育，這種育種方式的優點是可以________的頻率、加速育種進程且大幅度地________某些性狀。

（5）若采用雜交育種，可通過將題述兩個親本雜交，在F2代中選擇抗澇矮莖個體，再經連續自交等純合化手段，最后得到穩定遺傳的抗澇矮莖品種。據此推測，一般情況下，控制性狀的基因數越多，其育種過程所需的________。若只考慮莖的高度，親本雜交所得的F1在自然狀態下繁殖，則理論上F2的表現型及其比例為_______________________________。

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

【命題思路和依據】試題的新穎性一直是高考命題所追求的，生物科技熱點常作為命題的背景材料。本題的材料關注熱點，主要測試物質跨膜運輸、育種和遺傳規律應用等重要考點，旨在考查考生理解和獲取運用信息的能力。

【解析】（1）根部細胞通過滲透的方式吸收水分，根細胞的滲透壓大于土壤溶液的滲透壓時根細胞才能正常吸水，所以該代謝產物能夠使細胞液的滲透壓增大。對同一株植物而言，所有體細胞的基因組成是相同的，但不同細胞產生不同的代謝產物，根本原因是基因的選擇性表達。（2）植物對礦質元素離子吸收的選擇性與細胞膜上載體種類和數量有關。（3）雜合子連續自交，后代中純合子比例逐漸增加，雜合子比例逐漸減小。因此，自然狀態下自花受粉（連續自交）的植物一般都是純合子。（4）誘變育種的原理是基因突變，優點是可以提高變異的頻率、加速育種進程且大幅度地改良某些性狀。（5）雜交育種一般通過雜交、選擇、純合化的手段培育新品種，控制性狀的基因數越多，通過自交進行純合化的時間會越長。根據題干信息可知，兩個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和染色體加倍兩個過程，其中涉及基因重組、染色體變異等原理。不抗澇矮莖（ggDDEE）和抗澇高莖（GGddee）兩純合子雜交基因型是GgDdEe，經減數分裂產生GDE配子概率是1/8，即花藥離體培養獲得GDE單倍體的概率為1/8，經染色體加倍獲得純合的抗澇矮莖“海水稻”品種的概率是1/8。

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

熱點三：重大突破——水稻親本去鎘

2017年9月25日，國家水稻新品種與新技術展示現場觀摩會上，袁隆平宣布一項重大突破成果——水稻親本去鎘技術。經研究發現水稻本身擁有的某些獨特基因，使水稻根系吸收土壤中鎘的能力較強，一旦人直接食用這些鎘米，或者家禽等食用后在體內富集，再通過食物鏈進入人體，都會引起慢性中毒，嚴重威脅人類健康。把親本中的含鎘或者吸鎘的基因“敲掉”，對人類健康至關重要。

【試題鏈接】

4.袁隆平研究小組采取的親本除鎘技術從根本上改造了水稻，讓水稻從容易富集鎘的植物變成對鎘吸收較少的植物，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的成功，是袁隆平院士對水稻育種技術創新做出的又一巨大貢獻。回答下列問題：

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

（2）在水稻的種質資源庫中發現了鎘吸收的關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，所結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為______________，導致不能吸收鎘。

②水稻富鎘性狀與抗病性狀獨立遺傳。抗病（B）對感病（b）為顯性。為選育抗病不富（吸收）鎘的水稻新品種，進行了一系列雜交實驗。其中，富鎘感病與富鎘抗病植株雜交子代的統計結果如圖所示，則兩個親代的基因型是________________。上述雜交的子代自交，后代群體中能穩定遺傳的不富鎘且抗病植株所占比例為___________。

③用純合富鎘的植株作母本與水稻植株A進行雜交，在F1中偶爾發現某一植株具有不吸收鎘的性狀。請對此現象給出兩種合理的解釋：a：_______________________；b：________________________。

（3）根據所學知識再提出一種水稻去鎘方法_________________________________。

【命題思路和依據】環保和健康已成為人類生活的主題，把環保和健康貫穿于教育教學，用考試引導公民更加關注環保和健康，是當下教育變革的一種方向。近年來，國內多個省份出產的稻米被查出鎘超標，“鎘米危機”的出現，再次敲響了土壤污染的警鐘。題干信息沒有給出如何進行水稻親本去鎘（文獻資料也沒有報道），但我們可以聯系育種知識進行分析。遺傳和變異是高考命題的主旋律，本題追蹤熱點，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，這決定了誘變育種需處理大量的材料。誘變育種的優點之一是提高變異頻率。（2）①基因控制性狀的途徑：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀；基因通過控制蛋白質的結構來直接控制生物體的性狀。a基因純合，導致催化吸收和運載鎘的蛋白質合成的酶缺失或合成吸收鎘的蛋白質缺失從而不能吸收運載鎘。②根據雜交子代抗病∶感病＝1∶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，若A基因突變為a基因或含A基因的染色體片段缺失，則可能出現某一植株具有不吸收鎘的性狀。（3）通過生物技術手段發現水稻鎘吸收的關鍵基因，并利用水稻育種技術將該基因成功去除，獲得了親本，進一步用這些親本培育的水稻品種產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導致合成吸收鎘的蛋白質的酶或蛋白質缺失②Aabb AaBb 3/64 ③某一雌配子形成時，A基因突變為a基因 某一雌配子形成時，含A基因的染色體片段缺失 （3）用生物技術和水稻育種技術發現并去除鎘吸收的關鍵基因，培育出不吸收鎘的優良品種（或者種植富鎘能力強的植物除去土壤中的鎘后再種植水稻）