策略四 生物計(jì)算題的解題策略,計(jì)算型試題是生物學(xué)科中比較常見的一類題型,涉及的知識(shí)點(diǎn)主要有蛋白質(zhì)、光合作用、細(xì)胞呼吸、細(xì)胞分裂、DNA、遺傳定律、遺傳病發(fā)病率、基因頻率、能量流動(dòng)、種群密度等。該題型主要考查學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用能力以及知識(shí)遷移能力、融會(huì)貫通能力等。解答這種類型的選擇題應(yīng)該從以下幾個(gè)方面著手。 熟悉教材中出現(xiàn)的各種公式和數(shù)量關(guān)系,如種群密度、基因頻率、蛋白質(zhì)中肽鍵數(shù)、蛋白質(zhì)分子量的計(jì)算公式。 學(xué)會(huì)運(yùn)用相關(guān)化學(xué)知識(shí),如涉及光合作用與細(xì)胞呼吸化學(xué)反應(yīng)式的計(jì)算可利用物質(zhì)的量的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。 學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理解答概率問題,如計(jì)算遺傳概率中常用的加法原理、乘法原理的正確運(yùn)用。,1.與蛋白質(zhì)有關(guān)的計(jì)算 蛋白質(zhì)的肽鍵數(shù)=脫去水分子數(shù)=氨基酸分子數(shù)-肽鏈數(shù)。,注:表中a表示氨基酸平均相對(duì)分子質(zhì)量。,例1：某蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖為 ,其中SS表示連接兩條相鄰肽鏈的二硫鍵。若該蛋白質(zhì)由m個(gè)氨基酸構(gòu)成,則該蛋白質(zhì)分子在形成時(shí)生成的水分子數(shù)和減少的相對(duì)分子質(zhì)量分別為( ) A.m個(gè)、18m B.(m-4)個(gè)、18(m-4) C.(m-3)個(gè)、18(m-3)+4 D.(m-2)個(gè)、18(m-2)+4 方法領(lǐng)悟:該蛋白質(zhì)含有兩條鏈?zhǔn)诫逆満鸵粭l環(huán)式肽鏈,對(duì)于環(huán)式肽鏈結(jié)構(gòu)來說,失水?dāng)?shù)等于氨基酸數(shù),因此m個(gè)氨基酸在形成這樣的蛋白質(zhì)分子時(shí)失去水分子(m-2)個(gè),計(jì)算減少的相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)不能忽略2個(gè)二硫鍵還要失去4個(gè)H。 答案:D,2.物質(zhì)通過生物膜層數(shù)的計(jì)算 在解答“物質(zhì)通過生物膜層數(shù)”的相關(guān)計(jì)算問題時(shí),考生最大的疑惑并不是不知道相關(guān)細(xì)胞器的層數(shù),而是不知道某物質(zhì)代謝中進(jìn)入細(xì)胞時(shí)在體內(nèi)的運(yùn)行路線。因此,計(jì)算某物質(zhì)代謝中進(jìn)入細(xì)胞所通過的膜的層數(shù)或磷脂雙分子層數(shù),一定要弄清物質(zhì)在體內(nèi)的運(yùn)行路線,結(jié)合各部分結(jié)構(gòu)和相應(yīng)功能便可作答。注意,物質(zhì)進(jìn)入毛細(xì)血管、穿過毛細(xì)血管壁和氧氣或二氧化碳穿過肺泡壁時(shí),都要經(jīng)過兩層細(xì)胞膜。 (1)1層生物膜=1層磷脂雙分子層=2層磷脂分子層。 (2)在細(xì)胞中,核糖體、中心體、染色體無膜結(jié)構(gòu);細(xì)胞膜、液泡膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜是單層膜;線粒體、葉綠體和細(xì)胞核的膜是雙層膜,但部分物質(zhì)從核孔穿過核膜時(shí),穿過的膜層數(shù)為0。 (3)肺泡壁、毛細(xì)血管壁和消化道管壁都是由單層上皮細(xì)胞構(gòu)成,穿過1層細(xì)胞則需穿過2層細(xì)胞膜(生物膜)或4層磷脂分子層。 (4)膜泡運(yùn)輸:大分子物質(zhì)(神經(jīng)遞質(zhì)為小分子物質(zhì),也通過胞吐的方式排出)通過胞吞、胞吐的方式出入細(xì)胞的過程,物質(zhì)通過膜的層數(shù)為0。,例2：肺泡中的1個(gè)氧分子,以氧合血紅蛋白的形式運(yùn)輸?shù)浇M織細(xì)胞,最后在細(xì)胞內(nèi)成為水中的氧。在此過程中,這個(gè)氧分子需通過的選擇透過性膜的次數(shù)共為( ) A.5次 B.7次 C.9次 D.11次 方法領(lǐng)悟:肺泡壁(單層細(xì)胞圍成)2層毛細(xì)血管壁(單層細(xì)胞圍成)2層紅細(xì)胞膜2層毛細(xì)血管壁(單層細(xì)胞圍成)2層組織液中的組織細(xì)胞的細(xì)胞膜1層線粒體2層,即11層細(xì)胞膜。,組織細(xì)胞與外界環(huán)境進(jìn)行氣體交換的整個(gè)過程(如圖1所示)是通過內(nèi)環(huán)境而間接進(jìn)行的,整個(gè)過程包括外呼吸、氣體在血液中的運(yùn)輸和內(nèi)呼吸3個(gè)環(huán)節(jié)。經(jīng)過外呼吸實(shí)現(xiàn)了血液和外界環(huán)境之間的氣體交換;O2在血液中以氧合血紅蛋白的形式進(jìn)行運(yùn)輸;經(jīng)過內(nèi)呼吸實(shí)現(xiàn)組織細(xì)胞與內(nèi)環(huán)境之間的氣體交換及O2最后參與有氧呼吸而被組織細(xì)胞所利用。外呼吸可用下圖2表示,內(nèi)呼吸可用下圖3表示。,(圖中黑色顆粒表示O2分子),從圖2可知,在肺通氣和肺泡內(nèi)的氣體交換的過程中,O2要穿過肺泡壁(一層上皮細(xì)胞)、毛細(xì)血管壁(一層上皮細(xì)胞)及紅細(xì)胞膜,共計(jì)5層生物膜,才能與血紅蛋白結(jié)合;從圖3可知,經(jīng)過組織里的氣體交換,O2進(jìn)入骨骼肌細(xì)胞要透過紅細(xì)胞膜、毛細(xì)血管壁(一層上皮細(xì)胞)和一層骨骼肌細(xì)胞膜(合計(jì)4層生物膜),再加上O2最終要進(jìn)入線粒體參與有氧呼吸,而線粒體是具有雙層膜的細(xì)胞器,故合計(jì)共6層膜。由此可知,外界空氣中O2進(jìn)入人體骨骼肌細(xì)胞被利用,要穿過的生物膜層數(shù)是11層。 答案:D,3.光合作用和細(xì)胞呼吸的綜合計(jì)算 有關(guān)光合作用和呼吸作用的計(jì)算,主要是利用光合作用和呼吸作用的反應(yīng)方程式,根據(jù)原料與產(chǎn)物之間的關(guān)系進(jìn)行簡單的化學(xué)計(jì)算。并通過正確理解凈光合作用、實(shí)際光合作用和呼吸作用之間的關(guān)系來對(duì)較復(fù)雜的問題進(jìn)行解答。,例3：將某綠色植物放在特定的實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi),研究溫度對(duì)光合作用和呼吸作用的影響(其余的實(shí)驗(yàn)條件是理想條件),實(shí)驗(yàn)以CO2的吸收量和釋放量為指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。 下列對(duì)該表分析正確的是( ) A.晝夜不停地光照,溫度在35 時(shí)該植物不能生長 B.晝夜不停地光照,該植物生長的最適溫度是30 C.每天交替進(jìn)行12 h光照,12 h黑暗,溫度均保持在20 條件下該植物積累的有機(jī)物最多 D.每天交替12 h光照,12 h黑暗,溫度在30 時(shí),該植物積累的有機(jī)物是溫度在10 的2倍,方法領(lǐng)悟:光照下吸收CO2的量為不同溫度下實(shí)驗(yàn)測(cè)得值,表示凈光合量;黑暗下釋放CO2的量為相應(yīng)溫度的呼吸速率。明確上述兩點(diǎn)關(guān)鍵信息,就有了正確的解題思路:晝夜不停光照,35 時(shí),植物凈光合量(吸收CO2量)為3.00 mg/h,大于0,該植物能生長;晝夜不停照,25 時(shí)該植物凈光合量最大(3.75 mg/h),最適于生長發(fā)育;每天交替12 h光照,12 h黑暗,20 時(shí)凈積累有機(jī)物最多,為(3.25-1.50)×12=21 mg,其他溫度下有機(jī)物凈積累量均可算出;同樣條件下,30 時(shí)該植物積累有機(jī)物與10 時(shí)積累有機(jī)物的比為(3.5-3.0)×12(1.75-0.75)×12=12。 答案:C,4.有關(guān)堿基數(shù)目和比例的計(jì)算 (1)雙鏈DNA分子中兩個(gè)互補(bǔ)堿基相等,A=T、C=G,任意兩個(gè)不互補(bǔ)的堿基之和占總堿基數(shù)的50%,A+G=T+C=50%。 (2)兩個(gè)互補(bǔ)的堿基之和的比值,在DNA的每條單鏈及整個(gè)DNA中相等。(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2)=( A總+T總)/(G總+C總)。 (3)兩個(gè)不互補(bǔ)的堿基之和的比例在DNA兩條單鏈中互為倒數(shù)。(A1+G1)/(T1+C1)=n,(A2+G2)/(T2+C2)=1/n。 (4)配對(duì)堿基之和所占百分比在DNA兩條單鏈和整個(gè)DNA分子中相等。(A1+T1)%=(A2+T2)%=(A總+T總)%。,例4：一個(gè)DNA分子中,G+C占全部堿基46%,又知該DNA分子一條鏈中A=28%,C=22%,求另一條鏈中A和C的比例。 方法領(lǐng)悟:整個(gè)DNA中G+C=46%,可知A+T=54%,應(yīng)用規(guī)律(4),在已知鏈上G+C=46%,可知A+T=54%,因?yàn)橐阎溕螦=28%,所以T=54%-28%=26%,正好相當(dāng)于另一條鏈中A的比例。因?yàn)橐阎溕螩=22%,所以G=46%-22%=24%,正好相當(dāng)于另一條鏈中C的比例。 答案:26%,24%,5.遺傳概率的計(jì)算 獨(dú)立遺傳的兩對(duì)或兩對(duì)以上的相對(duì)性狀的個(gè)體雜交,按照基因的分離定律,通常分開考慮每一對(duì)相對(duì)性狀的雜交,然后把所得概率相乘或相加(獨(dú)立事件一起出現(xiàn)的概率用乘法原理,互斥事件共出現(xiàn)的概率用加法原理)。,例5：已知基因A、B、C及其等位基因分別位于3對(duì)同源染色體上,現(xiàn)有一對(duì)夫婦,妻子基因型為AaBBCc,丈夫基因型為aaBbCc,其子女中基因型有多少種,表現(xiàn)型有多少種?其子女中基因型為aaBBCC的比例和出現(xiàn)具有A_B_C_表現(xiàn)型的女兒的比例分別是多少? 方法領(lǐng)悟:要計(jì)算AaBBCc×aaBbCc雜交后代中基因型和表現(xiàn)型種類數(shù)、特定基因型或表現(xiàn)型的比例可以針對(duì)每一對(duì)基因分開考慮。 Aa×aa基因型2種(1/2Aa,1/2aa);表現(xiàn)型2種(1/2顯,1/2隱)。 BB×Bb基因型2種(1/2BB,1/2Bb);表現(xiàn)型1種(1顯)。 Cc×Cc基因型3種(1/4CC,2/4Cc,1/4cc);表現(xiàn)型2種(3/4顯,1/4隱)。 然后再綜合在一起。 子女中基因型:2×2×3=12(種);表現(xiàn)型:2×1×2=4(種)。 子女中基因型為aaBBCC的比例為1/2aa×1/2BB×1/4CC=1/16。 表現(xiàn)型為A_B_C_的比例為1/2A_×1B_×3/4C_=3/8,而A_B_C_表現(xiàn)型的女兒的比例為3/8×1/2=3/16。 答案:12,4,1/16,3/16,例6：(2015江西南昌十校聯(lián)考二模)下列計(jì)算中正確的是( ) A.顯微鏡下一個(gè)視野中,完整的細(xì)胞個(gè)數(shù)為80個(gè),當(dāng)放大倍數(shù)增加4倍,該視野中可觀察到的完整細(xì)胞個(gè)數(shù)為20個(gè) B.一個(gè)種群中AA、Aa、aa的基因型頻率分別為30%,60%,10%,該種群中每種基因型的個(gè)體中雌雄比例為11,所有個(gè)體自由交配,子代中基因型頻率不變 C.某學(xué)校的學(xué)生中某一相對(duì)性狀的各基因型比率為XBXBXBXbXbXbXBYXbY=44%5%1%43%7%,則Xb的基因頻率約為9.3% D.人的ABO血型決定于3個(gè)等位基因IA、IB、i。通過抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)血型頻率(基因型頻率):A型(IAIA,IAi)=0.45;B型(IBIb,IBi)=0.13;AB型(IAIB)=0.36;O型(ii)=0.06。IA、IB基因的頻率分別是0.3、 0.1,方法領(lǐng)悟:由于細(xì)胞鋪滿整個(gè)視野,計(jì)算時(shí)按照放大倍數(shù)的平方計(jì)算,因此視野中觀察到5個(gè)細(xì)胞,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由遺傳規(guī)律可知,當(dāng)雌雄比例為11且個(gè)體自由交配的條件下,后代中基因型頻率改變,但基因頻率不變,B項(xiàng)錯(cuò)誤;設(shè)IA、IB、i的基因頻率分別為p,q,r,則IAIA的基因型頻率為p2,IAi的基因型頻率為2pr;IBIB的基因型頻率為q2,IBi的基因型頻率為2qr;ii的基因型頻率為r2;IAIB的基因型頻率為2pq,D項(xiàng)錯(cuò)誤;據(jù)題意得知C項(xiàng)正確。 答案:C,7.能量流動(dòng)的計(jì)算 有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的計(jì)算,在高考中題型變化多樣,多以流程示意圖為載體,也可直接以文字?jǐn)⑹鎏峁┯嘘P(guān)信息。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意以下信息。(1)明確傳遞效率是10%還是20%。(2)關(guān)注示意圖中關(guān)于能量的術(shù)語含義,流入消費(fèi)者體內(nèi)的能量是指該級(jí)消費(fèi)者生物的同化量而非攝入量。攝入量和同化量的關(guān)系是攝入量=同化量+糞便中的能量。糞便中的能量不屬于排出糞便的消費(fèi)者,而屬于上一營養(yǎng)級(jí);另外同化量還可以用保留在體內(nèi)的能量和呼吸消耗的能量之和來表示。(3)人工生態(tài)系統(tǒng)中的能量來源,除生產(chǎn)者固定的能量外,可能有人工添加的能量(飼料),在計(jì)算傳遞效率時(shí)應(yīng)考慮其影響;有關(guān)環(huán)保的生態(tài)系統(tǒng)(污水處理)中,污水中的有機(jī)成分也為生態(tài)系統(tǒng)提供了能量。,例7：下表是某水生生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級(jí)和能量流動(dòng)情況的調(diào)查結(jié)果。表中A、B、C、D分別表示不同的營養(yǎng)級(jí),E為分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的總量,Pn表示生物體貯存能量(Pn=Pg-R),R表示生物呼吸消耗的能量。圖示該系統(tǒng)中部分生物間的食物關(guān)系。,(1)該生態(tài)系統(tǒng)中能量從第三營養(yǎng)級(jí)傳遞到第四營養(yǎng)級(jí)的效率是 。,(2)圖乙中,若鼠和昆蟲糞便中的能量為M,呼吸作用消耗的能量為R,用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動(dòng)的能量為N,則圖中第二營養(yǎng)級(jí)的同化量可表示為 。若蛇的食物有4/5來自鼠,1/5來自蛙。則從理論上講,蛇每增加1 kJ能量,至少消耗植物 kJ,假設(shè)傳遞效率不變,蛇的食物中,鼠的比例變?yōu)?/5,消耗相同的植物,蛇同化的能量是原來的 。 方法領(lǐng)悟:(1)因?yàn)锽營養(yǎng)級(jí)含能量最多,貯存的能量和呼吸消耗的能量也最多,故B是生產(chǎn)者;已知E是分解者,按照生態(tài)系統(tǒng)中能量逐級(jí)遞減的特點(diǎn),食物鏈則為BDAC;則第三營養(yǎng)級(jí)傳遞到第四營養(yǎng)級(jí)的效率是0.9/15.9×100%=5.7%。(2)糞便量不屬于本種群的同化量,故第二營養(yǎng)級(jí)的同化量為N+R;蛇每增加1 kJ能量,由鼠提供4/5,由蛙提供1/5,按照20%傳遞效率計(jì)算,需要消耗植物45 kJ;假設(shè)蛇同化的能量為x,則由鼠提供1/5x,由蛙提供4/5x,按照20%效率計(jì)算,需要植物105x,根據(jù)題意在兩種情況下“消耗相同的植物”,105x=45,即x=3/7。 答案:(1)5.7% (2)N+R 45 3/7,