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高中生物多個章節的知識與數學關系密切,在題目設計進行知識考查時,需借助數學方法來解決問題。而且,計算題在近幾年的高考試題中逐漸增加,尤其是在單科試卷中。為培養學生應用相關數學知識分析解決生物學問題的能力,真正實現學科内知識的有機結合和跨學科知識的自然整合,現将高中生物常見計算題歸類解析:
1.與質白質有關的計算
(1)蛋白質的肽鍵數=脫去水分子數=氨基酸分子數一肽鍊數;
(2)蛋白質中至少含有的氨基(-NH2)數=至少含有羧基(-COOH)數=肽鍊數;
(3)蛋白質的相對分子質量=氨基酸平均相對分子質量×氨基酸個數-18×脫去水分子數;
(4)不考慮DNA上的無遺傳效應片段、基因的非偏碼區、真核細胞基因的内含子等情況時,DNA(基因)中堿基數:中堿基數:蛋白質中氨基酸數=6:3:1
解析:蛋白質分子量=氨基酸的分子量總和—脫去水分子質量總和。此題關鍵是求氨基酸個數,由轉錄、翻譯知識可知,基因中堿基數:mRNA堿基數:氨基酸數=6:3:1,故氨基酸數為b/3,失去水分子數為(b/3-n)。
答案:D
2.物質通過生物膜層數的計算
(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、染色體無膜結構;細胞膜、液泡膜、内質網膜、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,但物質是從核孔穿透核膜時,則穿過的膜層數為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成,且穿過1層細胞則需穿過2次細胞膜(生物膜)或4層磷脂分子層。
例2.葡萄糖經小腸粘膜上皮進入毛細血管,需透過的磷脂分子層數是( )
A.4層 B.6層 C.8層 D.10層
解析:葡萄糖從消化道進入毛細血管需經過上皮細胞和毛細血管壁細胞兩個細胞,進出時共穿過4層膜,8層磷脂分子。
答案:C
例3.一分子CO2從葉肉細胞的線粒體基質中擴散出來,進入一相鄰細胞的葉綠體基質内,共穿過的生物膜層數是( )
A.5 B.6 C.7 D.8
解析:主要考查對線粒體、葉綠體和細胞膜的亞顯微結構等知識的掌握情況。線粒體、葉綠體都是雙層膜結構的細胞器,内膜裡面含有液态基質,每層膜都是單層的生物膜。相鄰兩個細胞各有一層生物膜包被。因此,一分子CO2從葉肉細胞的線粒體基質中擴散出來需穿過3層膜,再進入相鄰的細胞葉綠體基質中再需穿越3層膜,所以共穿過了6層膜。
答案:B
3.光合作用和呼吸作用中的計算
(1)有光時,植物同時進行光合作用和呼吸作用,真正光合速率=表觀光合速率 呼吸速率,黑暗時,植物隻進行呼吸作用,呼吸速率=外界環境中O2減少量或CO2增加量/(單位時間·單位面積)。
(2)酵母菌既能進行有氧呼吸,又能進行無氧呼吸,且兩種呼吸都能産生CO2,若放出的CO2的體積與吸收的O2的體積比為1:1,則隻進行有氧呼吸;若放出的CO2的體積與吸收的O2的體積比大于1,則有氧呼吸和無氧呼吸共存;若隻有CO2的放出而無O2的吸收,則隻進行無氧呼吸。
例4.(2006上海)一密閉容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌,1小時後測得該容器中O2減少24mL,CO2增加48mL,則在1小時内酒精發酵所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的( )
A.1/3倍 B.1/2倍 C.2倍 D.3倍
解析:根據有氧呼吸反應式可知:
根據無氧呼吸反應式可知:
氧氣減少了24,可知有氧呼吸産生了24mlCO2,又因CO2共增加,可知無氧呼吸産生了24mlCO2。在有氧呼吸和無氧呼吸産生CO2量相同的情況下,根據公式可計算出其消耗葡萄糖的比為1:3。
答案:D
例5.某植株在黑暗處每小時釋放0.02mol CO2,而光照強度為的光照下(其他條件不變),每小時吸收0.06mol CO2,若在光照強度為的光照下光合速度減半,則每小時吸收CO2的量為( )
A.0 mol B.0.02 mol C.0.03 mol D.0.04mol
解析:植株在黑暗處釋放0.02mol CO2表明呼吸作用釋放CO2量為0.02mol,在a光照下每小時吸收CO2 0.06mol意味着光合作用實際量為0.06 0.02=0.08molCO2,若光照強度為(1/2)a時光合速度減半,即減為0.04mol,此時呼吸釋放CO2仍為0.02mol故需從外界吸收0.02mol CO2。
答案:B
4.生物生殖和發育中的計算
(1)細胞分裂各時期細胞中染色體數、染色單體數,核DNA分子數變化歸納如下表(假設為二倍體生物,染色體數為2n)
(2)不考慮染色體的交叉互換,1個精(卵)原細胞經過減數分裂實際産生的精子(卵細胞)種類是2(1)種,1個雄(雌)性生物經過減數分裂産生的精子(卵細胞)種類是2n種,n為同源染色體(或能夠自由組合的等位基因)對數。
(3)果實數=子房數,種子數=胚珠數=花粉粒數=精子數/2=卵細胞數=極核數/2。對同一果實來說,果皮、種皮細胞中染色體數=母本體細胞染色體數,胚細胞中染色體數=1/2×親本染色體數之和,胚乳細胞中染色體數=1/2×父本染色體數 母本染色體數。
例6.(2006北京)用32P标記了玉米體細胞(含20條染色體)的DNA分子雙鍊,再将這些細胞轉入不含32P的培養基中培養,在第二次細胞分裂的中期、後期,一個細胞中的染色體條數和被32P标記的染色體條數分别是( )
A.中期20和20、後期40和20 B.中期20和10、後期40和20
C.中期20和20、後期40和10 D.中期20和10、後期40和10
解析:DNA的複制為半保留複制,一個玉米細胞有20條染色體,内含20個DNA分子,有40條鍊被标記。第一次分裂形成的2個子細胞中所有染色體都被标記(每個DNA分子中一條鍊被标記,一條鍊不被标記);第二次分裂時,中期的染色體都被标記;後期由于染色單體變為染色體,則有一半染色體被标記,為20條。
答案:A
例7.某動物減數分裂所産生的一個極體中,染色體數為M個,核DNA分子數為N個,又已知M≠N,則該動物的一個初級卵母細胞中的染色體數和DNA分子數分别是( )
A.M和N B.2M和2N C.2M和4N D.4M和2N
解析:根據題意可知,該極體為初級卵母細胞減數第一次分裂形成的極體,其細胞中DNA分子數為染色體數的2倍,即N=2M;而一個初級卵母細胞中的DNA分子數和染色體數,又是極體中DNA和染色體數的2倍,所以答案為B。
答案:B
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