高中生物计算题讲解.docx
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高中生物计算题讲解
生物计算
生物学作为科学的重要分支学科，科学的严密性与定量化是其重要特征。
利用数学思想方法定量地研究生物学问题，是生物科学深入发展的标志之一。
该特点反映在各级考试上，尤其在高考中表现为问题解决与工具学科---数学学科的结合越来越紧密，解题方式的数学化也越来越明显。
不仅如此，在高中生物教材中许多知识都可以量化，涉及到一些计算。
因此，在教学中理顺这些数量关系，不仅有利于学生对有关知识的理解和掌握，同时还能培养学生运用数学知识解决生物学问题的综合能力。
这些数量关系，按章节总结可分类归纳如下：
第一节蛋白质方面的计算题
1、解题策略：
①求蛋白质分子中的氨基酸个数、所含的碱基数或失去的水分子数时，依据公式：
氨基酸数=肽链数+肽键数（=失去的水分子数）
②求蛋白质分子中含有游离的氨基或羧基数时，一方面依据是一条多肽链中至少含有游离的氨基、羧基各1个；另一方面是依据公式：
一条多肽链中的氨基（羧基）数=R基中的氨基（羧基）数+1。
③求蛋白质分子的相对分子量时，依据公式：
蛋白质的相对分子量=所含氨基酸的总分子量－失去水的分子量
④求多肽中某种氨基酸的个数时，首先观察各种氨基酸的分子式，一般情况下，所求氨基酸与其它氨基酸不同，通常表现为氧元素或氮元素等比其它的多；然后设所求氨基酸的个数为X，其余氨基酸总数为Y，用所求氨基酸的特殊元素的数量列式计算。
2、典例精析：
例1、血红蛋白是由574个氨基酸构成的蛋白质，含四条多肽链，那么在形成过程中，失去的水分子数为（ ）
A．570 B．571 C．572 D．573
答案：
A
精析：
利用公式：
氨基酸数=肽链数+肽键数（=失去的水分子数），574=4+失去的水分子数，可求出失去的水分子数为570。
变式1．由m个氨基酸构成的一个蛋白质分子，含n条肽链，其中z条是环状多肽，这个蛋白质分子完全水解共需水分子个数为（）
A.m－n＋zB.m－n－zC.m－z＋nD.m＋z＋n
变式2．某三十九肽中共有丙氨酸4个，现去掉其中的丙氨酸得到4条长短不等的多肽（如图），这些多肽中共有的肽键数为（）
例2、已知20种氨基酸的平均分子量是128，现有一蛋白质分子由两条多肽链组成，共有肽键98个，该蛋白质的分子量接近于（）
A．12800B．12544C．11036D．12888
答案：
C
精析：
蛋白质中的肽键数等于失去的水分子数；依据公式：
氨基酸数=肽链数+肽键数，可求得此蛋白质分子中的氨基酸数=100个；由此，蛋白质的相对分子量=128×100—18×98=11036。
变式3．已知某多肽链的相对分子质量为1.032×104；每个氨基酸的平均相对分子质量为120。
每个脱氧核苷酸的平均相对分子质量为300。
那么合成该多肽化合物的基因的相对分子质量约为（）
A．12120B．90900C．181800D．170928
例3、有一条由12个氨基酸组成的多肽，分子式为CxHyNzOwS（z﹥12，w﹥13），这条多肽链经过水解后的产物中有5种氨基酸：
半胱氨酸（C3H7NO2S）、丙氨酸（C3H6NO2）、天冬氨酸（C4H7NO4）、赖氨酸（C6H14N2O2）、苯丙氨酸（C9H11NO2）。
求水解产物中天冬氨酸
数目是（）
A．y+12B．z+12C．w+13D．（w－13）/2
答案：
D
精析：
设天冬氨酸的个数为M，其余四种氨基酸的总数为N，则有方程：
M+N=12；然后依据天冬氨酸所含氧元素数目与其它的不同，用5种氨基酸的氧元素列方程：
4M+2N=w+11，（方程中的11是失去水分子中的氧分子数）。
利用这两个方程便可求出M的值。
变式4.有一化合物，其分子式为C55H70O19N10，已知将它完全水解后只得到下列四种氨基酸：
⑴该多肽是多少肽？
⑵该多肽进行水解后，需个水分子，得到个甘氨酸分子，个丙氨酸分子
变式5.经测定某多肽分子式为C21HxOyN4S2（无二硫键）。
已知该多肽是由下列氨基酸中的几种作原料合成的：
苯丙氨酸（C9H11NO2），天冬氨酸（C4H7NO4），丙氨酸（C3H7NO2），亮氨酸（C6H13NO2），半胱氨酸（C3H7NO2S）。
请回答：
（1）该多肽共由________个氨基酸组成，参与的氨基酸的种类与数目为____________________________________________________________。
（2）该多肽分子中的H原子数是________，O原子数是________。
（3）控制该多肽合成的mRNA上至少有________种不同的密码子（不考虑终止密码子）。
课后作业
1.某蛋白质由n条肽链组成，氨基酸的平均分子量为a，控制蛋白质合成的基因含b个碱基对，则该蛋白质的分子量约（D）
2.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数，依次为
A、3311B、3612C、1236D、1136
3.谷胱甘肽（C10H17O6N3S）是存在于动植物和微生物细胞中的一种重要三肽，它是由谷氨酸（C5H9O4N）、甘氨酸（C2H5O2N）和半胱氨酸缩合而成的，则半胱氨酸可能的分子式为（ ）
A．C3H3NSB．C3H5NS
C．C3H7O2NSD．C3H3O2NS
4．某肽链由10个氨基酸组成，利用水解法Ⅰ可得到四个片段，即：
A—P；H—V；G—L—B—T；C—T。
利用水解法Ⅱ可得到三个片段，即：
A—P—G—L；T—H—V；B—T—C。
（其中字母表示氨基酸，“—”表示肽键）。
从有重叠结构的各个片段的顺序中可推断出该肽链的氨基酸序列为（ ）
A．A—P—H—V—G—L—B—T—C—T
B．A—P—G—L—B—T—C—T—H—V
C．T—H—V—A—P—G—L—B—T—C
D．G—L—B—T—A—P—H—V—C—T
5.狼体内有A种蛋白质，20种氨基酸；兔体内有B种蛋白质，20种氨基酸。
狼捕食兔后狼体内的一个细胞中含有的蛋白质种类和氨基酸种类最可能是（ ）
A．A＋B,40B．A,20
C．＞A,20D．＜A,20
第二节物质跨膜数量的计算：
解题策略：
（1）1层生物膜=1层磷脂双分子层=2层磷脂分子层
（2）在细胞中，核糖体、中心体、染色体无膜结构；细胞膜、液泡膜、内质网膜、高尔基体膜是单层膜；线粒体、叶绿体和细胞核的膜是双层膜，但物质是从核孔穿透核膜时，则穿过的膜层数为0。
（3）肺泡壁、毛细血管壁和消化道管壁都是由单层上皮细胞构成，且穿过1层细胞则需穿过2次细胞膜（生物膜）或4层磷脂分子层。
典例精析：
例1、细胞线粒体产生的CO2，进到相邻细胞内参与光合作用，此过程中CO2需穿过（）层膜。
A．4 B．６ Ｃ．８ Ｄ．１０
答案：
Ｂ
解析：
线粒体和叶绿体都是双层膜结构的细胞器，ＣＯ２从一个细胞的线粒体出来，进入相邻细胞的叶绿体内，需穿过两层细胞膜和线粒体、叶绿体的各两层膜，共计６层膜。
变式1.葡萄糖经小肠粘膜上皮进入毛细血管，需透过的磷脂分子层数是（）
A．4层B．6层C．8层D．10层
变式2、人小肠中的葡萄糖被吸收到体内成为血糖，此过程中葡萄糖共穿过（ ）层膜。
Ａ．２ Ｂ．４ Ｃ．６ Ｄ．８
课后作业
1．内质网腔内的分泌蛋白，输送到高尔基体腔内进一步加工，最后释放到细胞外。
这一过程中分泌蛋白通过的生物膜层数是
A.4层B.3层C.2层D.0层
第三节呼吸作用与光合作用的计算题：
解题策略：
主要是根据光合作用和呼吸作用的有关反应式的计算：
（一）根据反应式中原料与产物之间的关系进行简单的化学计算，这类题目的难度不大。
规律1：
消耗等量的葡萄糖时无氧呼吸与有氧呼吸所产生的二氧化碳摩尔数之比为1：
3
规律2：
释放等量的二氧化碳时无氧呼吸与有氧呼吸所消耗的葡萄糖摩尔数之比为3：
1
（二）有关光合作用强度和呼吸作用强度的计算：
对于绿色植物来说，由于进行光合作用的同时，还在进行呼吸作用。
因此，光下测定的值为净光合速率，而实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
一般以光合速率和呼吸速率（即单位时间单位叶面积吸收和放出CO2的量或放出和吸收O2的量）来表示植物光合作用和呼吸作用的强度，并以此间接表示植物合成和分解有机物的量的多少。
（1）光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量+呼吸作用吸耗氧量
（2）光合作用实际二氧化碳消耗量=实测的二氧化碳消耗量+呼吸作用二氧化碳释放量
（3）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
（呼吸速率可在黑暗条件下测得）
（4）酵母菌既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸，且两种呼吸都能产生CO2，若放出的CO2的体积与吸收的O2的体积比为1:
1，则只进行有氧呼吸；若放出的CO2的体积与吸收的O2的体积比大于1，则有氧呼吸和无氧呼吸共存；若只有CO2的放出而无O2的吸收，则只进行无氧呼吸。
（三）图形
1、首先我们来看看CO2补偿点
CO2补偿点指的是当呼吸作用强度与光合作用强度相等时的外界CO2浓度即a2所对应的CO2浓度。
2、a1与a2的区别
首先我们来看看图1与图2的区别，只有弄清楚了后就会明白a1、a2的不同。
在图1中纵坐标是光合作用速率，a1表示进行光合作用的最低CO2浓度，也就是说只有达到a1时光合作用才能进行，低于这一点的CO2浓度光合作用则不能进行。
图2的纵坐标是CO2吸收速率，a2时CO2吸收速率为0，但不能说光合作用不能进行，在a2的CO2浓度表示光合作用强度等于呼吸作用强度，即CO2补偿点。
当CO2浓度低于a2时光合作用仍然能进行，只不过是光合作用强度小于呼吸作用强度。
3、外界因素对a1、a2的影响
在图1中虽然影响光合作用的因素很多，但a1是进行光合作用的最低CO2浓度，一般来说不会因为外界因素的改变而发生变化的。
A2是CO2的补偿点，它会随着外界因素的改变而发生变化。
如光照强度在一定范围降低，CO2的补偿点会升高，即a2向右移动；光照强度在一定范围增大，Co2补偿点会降低，即a2向左移。
又如温度的改变也会引起A2的变化，其变化与光照强度引起的变化相似。
4、b1与b2的比较
b1是光合速率达到最大时的吸收的最小CO2浓度，它与b2代表的意义相同，均表示CO2的饱和点。
这两点都会随外界因素的变化而发生变化的情况基本一致。
如在一定范围内光照强度增大b1、b2右移；一定范围内光照强度适当降低b1、b2左移。
在适宜的一定的温度范围内温度发生变化引起的b1、b2变化同光照强度变化大致相同。
5、曲线与横坐标围成的面积的比较
图1中此面积表示光合作用过程中合成的有机物的量，即总光合作用量。
而图2中的面积表示净光合作用量。
同一植物在相同且适宜的外界环境中图1中的面积大于图2中的面积。
此外在说说图3。
图3中a3表示光补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的光照强度。
这点在某种程度上与a2表示的意义相同。
b3是光合作用达到最大时的最低光照强度，即光饱和点。
a3、b3都会受到外界因素的影响。
如缺少镁元素，a3会右移等。
图3中曲线与横坐标上部围成面积也表示净光合作用量（有机物的积累量）。
在我们学习到与光合作用有关的曲线时一定要弄清楚横、纵坐标表示的意义，读懂各点所代表的含义，这样我们就会很好的解决与此有关的习题了。
典例精析：
例1．一密闭容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌，1小时后测得该容器中O2减少24mL，CO2增加48mL，则在1小时内酒精发酵所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的（D）
A．1/3倍B．1/2倍C．2倍D．3倍
例2．某植株在黑暗处每小时释放0.02molCO2，而光照强度为a的光照下（其他条件不变），测得每小时吸收0.06molCO2，则该植物每小时实际吸收CO2的量为（B）
A．0molB．0.08molC．0.03molD．0.04mol
例3右图表示A、B两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量或CO2释放量的变化曲线图。
据图回答：
2.比较A、B植物呼吸作用，较强的是植物。
当光照强度为0时，植物细胞中可以产生ATP的场所有、。
3.
（2）当光照强度达到Z点后，限制A植物光合作用的因素主要是。
（答出两点）。
如果在图中M点突然停止光照，短期内叶绿体内C3化合物的含量将会。
（3）当平均光照强度在X和Y之间（白天和黑夜的时间各12h），A植物一昼夜中有机物积累量的变化是（减少或增加），B植物一昼夜中有机物积累量的变化是（减少或增加）。
（4）在光照强度为Z时，A植物实际光合作用的强度为mg/（m2·h）。
（用CO2的消耗量表示）
答案
（1）A线粒体细胞质基质
（2）CO2浓度和温度增加（3）减少增加（4）10
变式1、图中A表示某绿色植物光合作用中光强度和氧气释放速度的关系。
图A表示该植物在不同温度（15℃和25℃）下，某一光强度时氧气释放量和时间的关系，则当图B纵坐标分别表示光合作用所产生氧气的净释放量和总量时，则它们分别是在光强度为多少千勒克司下的测定值？
（图中实线表示15℃条件下，虚线表示25℃条件下）
A．42.5B．65C．45D．2.52.5
课后作业
1．将一株植物置于密闭的容器中，用红外测量仪进行测量，测量时间均为1小时，测定的条件和结果如下表（数据均为标准状态下测得，单位mL）
在充分光照条件下
暗处
15℃
25℃
15℃
25℃
CO2减少量
22.4
44.8
—
—
CO2增加量
—
—
11.2
22.4
对上述结果仔细分析后回答下列问题：
（1）在25℃条件下，这株植物在充分光照下1小时总共制造葡萄糖g。
（2）在25℃条件下，若这株植物在充分光照条件下1小时积累的有机物都是葡萄糖，则1小时积累葡萄糖g。
（3）如果一天有10小时充分光照，其余时间在黑暗下度过且昼夜温度均为25℃，则一昼夜积累葡萄糖g。
（4）如果一天有10小时充分光照，其余时间在黑暗下度过，如果光照时的温度为25℃，黑暗时的温度为15℃，则一昼夜积累葡萄糖g。
（5）从以上计算可知，种在新疆地区的西瓜比种在江浙一带的甜，其原因之一是。
2.酵母菌在氧气充足时，进行有氧呼吸；在氧气缺乏时，进行乙醇发酵。
现将酵母菌放在含有葡萄糖的培养液中培养，回答有关问题：
（1）酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，消耗等量的葡萄糖，则吸氧量与CO2释放量的比为。
（2）酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，产生等量的CO2，则吸氧量与CO2释放量的比为。
（3）若酵母菌只进行有氧呼吸，消耗360克葡萄糖，则放出的能量中转移到ATP中的能量为千焦。
3．下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化。
请据图回答：
（1）外界氧浓度在10％以下时，该器官的呼吸作用方式是___________________。
（2）该器官的CO2释放与O2的吸收两条曲线在P点相交后则重合为一条线，此时该器官的呼吸作用方式是_________，进行此种呼吸方式所用的底物是_________。
（3）当外氧浓度为4％～5％时，该器官CO2释放量的相对值为0．6，而O2吸收量的相对值为0．4。
此时，无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值约相当于有氧呼吸的________倍，释放的能量约相当于有氧呼吸的______倍，转移到ATP的能量约相当于有氧呼吸的_______倍。
第四节细胞分裂与孟德尔遗传定律的计算题：
解题策略：
（一）①经有丝分裂产生的子细胞数=2n（n为细胞有丝分裂的次数）
②减数分裂产生的生殖细胞的个数：
一次分裂产生1个或4个。
③减数分裂产生的生殖细胞的种类数：
一次分裂产生1种或2种；可能产生的种类数=2n（n为细胞中同源染色体的对数或等位基因的对数）。
④减数分裂中数量变化：
染色体数
DNA数
染色单体数
四分体数
同源染色体对数
精（卵）原细胞
2N
2n
0
0
n
初级精（卵）母细胞
减Ⅰ前期
2N
4n
4n
n
n
减Ⅰ中期
2N
4n
4n
n
n
减Ⅰ后期
2N
4n
4n
0
n
次级精（卵）母细胞
减Ⅱ前期
N
2n
2n
0
0
减Ⅱ中期
N
2n
2n
0
0
减Ⅱ后期
2N
2n
0
0
0
精子或卵细胞
N
n
0
0
0
⑤有丝分裂过程中涉及的数量变化
细胞周期
项目
分裂间期
分裂期
前期
中期
后期
末期
染色体形态
染色质
染色体
染色体
染色体
染色质
染色体数目
2n
2n
2n
4n
2n
DNA分子数
2n4n
4n
4n
4n
2n
染色单体数目
04n
4n
4n
0
0
着丝点数目
2n
2n
2n
4n
2n
中心体数目
12
2
2
2
1
附：
关于配子的种类
1．一个性原细胞进行减数分裂，
（1）如果在染色体不发生交叉互换，则可产生4个2种类型的配子，且两两染色体组成相同，而不同的配子染色体组成互补。
（2）如果染色体发生交叉互换（只考虑一对同源染色体发生互换的情况），则可产生四种类型的配子，其中亲本类型2种（两种配子间染色体组成互补），重组类型2种（两种配子间染色体组成互补）（可参照教材106页图5-11进行分析）
2．有多个性原细胞，设每个细胞中有n对同源染色体，进行减数分裂
（1）如果染色体不发生交叉互换，则可产生2n种配子
（2）如果有m对染色体发生互换，则可产生2n+m种配子。
（分析：
据规律
（1）中的②结论可推知：
互换了m对，可产生4m种配子；据规律
（2）中的①结论可推知：
没发生互换的有n-m对，可产生2n-m种配子；则共产生配子的种类为：
2n-m×4m=2n+m种。
（二）遗传定律方面的计算题：
①遗传定律中的各种比例：
分离定律
自由组合定律
F1配子种类及比例
2种 1：
1
4种 1：
1：
1：
1
F2表现型种类及比例
2种 3：
1
4种 9：
3：
3：
1
F2基因型种类及比例
3种 1：
2：
1
9种 4：
2：
2：
2：
2：
1：
1：
1：
1
测交后代表现型及基因型比
1：
1
1：
1：
1：
1
②利用乘法原理：
两个（两个以上）独立事件同时出现的概率，是它们各自概率的乘积。
典例精析：
例一．已知A与a、B与b、C与C3对等位基因自由组合，基因型分别为AaBbCc、AabbCc的两个体进行杂交。
下列关于杂交后代的推测，正确的是（D）
A．表现型有8种，AaBbCc个体的比例为1/16
B．表现型有4种，aaBbcc个体的比例为1/16
C．表现型有8种，Aabbcc个体的比例为1/8
D．表现型有8种，aaBbCc个体的比例为1/16
变式1.已知某植物的胚乳非糯（B）对糯（b）为显性，植株抗病（R）对感病（r）为显性。
某同学以纯合的非糯感病品种为母本，纯合的糯抗病品种为父本进行杂交实验，在母本植物上获得的F1种子都表现为非糯。
在无相应病原体的生长环境中，播种所有的F1种子，长出许多的F1植物，然后严格自交得到F2种子，以株为单位F2种子，发现绝大多数F1植株所结的F2种子都出现糯与非糯的分离，而只有一株F1植株（A）所结的F2种子全部表现为非糯，可见这株F1植株（A）控制非糯的基因是纯合的。
请回答：
（1）从理论上说，在考虑两对性状的情况下，上述绝大多数F1正常自交得到的F2植株的基因型有_________种，表现型有___________种。
（2）据分析，导致A植株非糯基因纯合的原因有两种：
一是母本自交，二是父本的一对等位基因中有一个基因发生突变。
为了确定是哪一种原因，可以分析F2植株的抗病性状，因此需要对F2植株进行处理。
这种处理是_______________________________。
如果是由于母本自交，F2植株的表现型为________________________。
其基因型是__________________________；如果是由于父本控制糯的一对等位基因中有一个基因发生突变，F2植株的表现型为_______________________________，其基因型为_______________。
（3）如果该同学以纯合的默契抗病品种为母本，纯合的非糯感病品种为父本，进行同样的实验，出现同样的结果，即F1中有一株植株所结的F2种子全部表现为非糯，则这株植株非糯基因纯合的原因是_______________________________，其最可能的基因型为______________。
例二.已知某闭花受粉植物高茎对矮茎为显性，红花对白花为显性，两对性状独立遗传。
用纯合的高茎红花与矮茎白花杂交，F1自交，播种所有的F2，假定所有的F2植株都能成活，F2植株开花时，拔掉所有的白花植株，假定剩余的每株F2自交收获的种子数量相等，且F3的表现性符合遗传的基本定律。
从理论上讲F3中表现白花植株的比例为（B）
A．1/4B.1/6C.1/8D.1/16
变式2.有一位遗传学家，在实验中发现一种显性致死现象。
黄色毛皮的鼠不能纯种传代，但可杂种传代，而灰色皮毛的鼠能够纯种传代，黄鼠和黄鼠交配，其后代黄鼠2896只，灰鼠1235只，那麽此交配中致死个体出现的几率为（）
A．25%B．33%C．66.7%D．75%
例三.小麦的粒色受不连锁的两对基因R1和r1、和R2和r2控制。
R1和R2决定红色，r1和r2决定白色，R对r不完全显性，并有累加效应，所以麦粒的颜色随R的增加而逐渐加深。
将红粒（R1R2R3R4）与白粒（r1r2r3r4）杂交得F1，F1自交得F2，则F2的表现型有（B）
A.4种B.5种C.9种D.10种
例四.现有若干绿色圆粒豌豆，已知其中yyRr型占2/3，YYRR型占1/3。
将这些豌豆连续种植三代（自交），收获的籽粒中纯绿色圆粒约占（D）
A.1/3B.1/2C.3/8D.5/8
例五．一雌蜂和一雄蜂交配产生F1代，在F1代雌雄个体交配产生的F2代中，雄蜂基因型共有AB、Ab、aB、ab四种，雌蜂的基因型共有AaBb、Aabb、aaBb、aabb四种，则亲本的基因型是（A）
A．aabb×ABB．AaBb×AbC．Aabb×aBD．AABB×ab
变式3.蜜蜂是具有社会性行为的昆虫。
一个蜂群包括一只蜂王、几只雄蜂和众多工蜂。
蜂王专职产卵，雄蜂同蜂王交尾，工蜂负责采集花粉、喂养幼虫、清理蜂房等工作。
请回答下列问题：
（1）蜂王、雄蜂和工蜂共同生活，各司其职，这种现象称为。
（2）未受精卵发育成雄蜂，受精卵发育成雌性的蜂王或工蜂，这表明密蜂的性别由
决定（3）研究人员发现了工蜂清理蜂房行为不同的两个蜂相，分别称为“卫生”蜂（会开蜂房盖、能移走死蛹）和“非卫生”蜂（不会开蜂房盖、不能移走死蛹）。
为研究工蜂行为的遗传规律，进行如下杂交实验：
P“非卫生”蜂的蜂工ד卫生”蜂的雄蜂
↓（配子的染色体数目不减少）
F1“
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