届高三生物3模拟试题汇编专题19 生物实验设计与探究解析版.docx

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届高三生物3模拟试题汇编专题19生物实验设计与探究解析版

专题19生物实验设计与探究

1．（2020·云南省曲靖市高三二模）小麦的穗发芽影响其产量和品质。

某地引种的红粒小麦的穗发芽率明显低于当地白粒小麦。

为探究淀粉酶活性与穗发芽率的关系，进行了如下实验。

（1）取穗发芽时间相同、质量相等的红、白粒小麦种子，分别加蒸馏水研磨、制成提取液（去淀粉），并在适宜条件下进行实验。

实验分组、步骤及结果如下：

步骤

红粒管

白粒管

对照管

①

加样

0.5mL提取液

0.5mL提取液

C

②

加缓冲（mL）

1

1

1

③

加淀粉溶液（mL）

1

1

1

④

37°C保温适当时间，终止酶促反应，冷却至常温，加适量碘液显色

显色结果

+++

+

+++++

注：

“+”数目越多表示蓝色越深

步骤①中加入C是_____________________，步骤②中加缓冲液的目的是_______________________。

显色结果表明：

淀粉酶活性较低的品种是_____________；据此推测：

淀粉酶活性越低，穗发芽率越________。

若步骤③中的淀粉溶液浓度适当减小，为保持显色结果不变，则保温时间应_________。

（2）小麦淀粉酶包括：

α-淀粉酶和β-淀粉酶，为进一步探究其活性在穗发芽率差异中的作用，设计了如下方案：

I.红粒管、白粒管各加入相应提取液0.5mL，使α-淀粉酶失活；

II.红粒管、白粒管各加入相应提取液0.5mL，X处理。

如上法实验操作并显色测定

X处理的作用是使________________________。

若I中两管显色结果无明显差异，且II中的显色结果为红粒管颜色___________白粒管（填“深于”或“浅于”），则表明α-淀粉酶活性是引起这两种小麦穗发芽率差异的主要原因。

【答案】0.5mL蒸馏水控制pH红粒小麦低缩短β-淀粉酶失活深于

【解析】

（1）该实验中反应溶液的量是无关变量，各试管中溶液的量应相同，对照管中加入的C是0.5mL蒸馏水，所以加入碘液后蓝色较深，步骤②中加缓冲液可以维持反应溶液一定的pH，维持酶的活性。

显色结果表明，红粒管中蓝色较深，淀粉剩余较多，说明淀粉酶活性较低；红粒小麦发芽率较低，据此推测淀粉酶活性越低，穗发芽率越低。

若步骤③中淀粉溶液浓度适当减小，可缩短保温时间，以减少淀粉的分解，保持显色结果不变。

（2）探究α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性在穗发芽率差异中的作用，应进行α-淀粉酶和β-淀粉酶的对照实验，X处理应是使β-淀粉酶失活。

I中α-淀粉酶失活，若两管显色结果无明显差异，说明β-淀粉酶活性与两种小麦穗发芽率差异无关，II中β-淀粉酶失活，若II中的显色结果为红粒管颜色深于白粒管，则说明α-淀粉酶活性是引起两种小麦穗发芽率差异的主要原因。

2．（2020·陕西省西安中学高三三模）肿瘤细胞中的ATG7蛋白和ULK1蛋白促进自噬。

研究发现，一种叫做具核梭杆菌（Fn）的细菌与直肠肿瘤有着特殊的关系，它能够帮助直肠肿瘤细胞抵抗化疗药物，进而降低化疗效果，过程如图所示。

（1）据图，化疗药物的作用是促进________，由于具核梭杆菌能够抑制基因表达中_______过程，进而影响化疗药物的效果，产生化疗抵抗。

（2）TLR4是具核梭杆菌的受体。

有人提出，具核梭杆菌在已出现直肠肿瘤情况下，能促进直肠肿瘤细胞的生长，但并不具备诱导直肠肿瘤产生的作用。

为了验证该假说，科研人员做了如下实验。

材料：

8-10周龄雄性小鼠48只、生理盐水、氧化偶氮甲烷（AOM——能够诱导直肠肿瘤产生）、具核梭杆菌等。

大体过程：

①将上述小鼠随机均分为4组：

第一组为生理盐水处理组；第二组为生理盐水+AOM处理组；第三组为生理盐水+Fn处理组；第四组为________________处理组。

②在相同且适宜的条件下培养81天。

③解剖小鼠，统计每组肿瘤的数量及大小。

预测结果和实验结论：

将_____________对照，若___________，说明具核梭杆菌本身不具备诱导肿瘤产生；

将___________对照，若__________，说明具核梭杆菌能够促进肿瘤细胞生长。

【答案】凋亡转录生理盐水+Fn+AOM第一、第二组与第三组第一、三组未发现肿瘤，第二组发现肿瘤第二组与第四组第四组肿瘤大小与数量多于第二组

【解析】本题以具核梭杆菌帮助直肠肿瘤细胞抵抗化疗药物的作用机理图为载体，据图可知，具核梭杆菌通过引起直肠肿瘤细胞自噬的激活来抑制其凋亡，从而帮助肿瘤细胞抵抗化疗药物，需要考生能从题图中获取有效信息，对各小题进行分析作答。

（1）根据题图的分析可知，化疗药物的作用是促进细胞凋亡，这也是化疗药物抗肿瘤治疗的主要机制之一；由于具核梭杆菌能够抑制基因表达中的转录过程（使相关的miRNA含量下降），这样可以通过ATG7蛋白和ULK1蛋白促进自噬，抑制细胞凋亡，进而影响化疗药物的效果，产生化疗抵抗。

（2）①为了验证具核梭杆菌在已出现直肠肿瘤情况下，能促进直肠肿瘤细胞的生长，但并不具备诱导直肠肿瘤产生的作用，实验应分四组：

第一组只用生理盐水处理，作为空白对照；第二组用生理盐水+AOM处理，可与第一组对照证明AOM的单独作用；第三组用生理盐水+Fn处理，可与第一、二组对照证明Fn的单独作用；第四组用生理盐水+Fn+AOM处理，可与第二、三组对照，用于证明Fn+AOM的共同作用效果。

预测结果和实验结论：

可用逆推法。

要证明具核梭杆菌本身不具备诱导肿瘤产生，第一、第二组与第三组对照，若第一、三组未发现肿瘤，第二组发现肿瘤，则说明具核梭杆菌本身不具备诱导肿瘤产生；要证明具核梭杆菌能够促进肿瘤细胞生长，可将第二组与第四组对照，由于第四组既有AOM诱导肿瘤的发生，又有具核梭杆菌能够促进肿瘤细胞生长，所以如果第四组肿瘤大小与数量多于第二组，则说明具核梭杆菌能够促进肿瘤细胞生长。

3．（2020·山西省大同市四中高三模拟）青蒿素是一种无色针状晶体，易溶于有机溶剂，不溶于水，不易挥发，主要从黄花蒿茎叶中提取。

请回答下列问题：

（1）提取青蒿素时能否使用水蒸气蒸馏法?

__________，原因是__________

（2）可采用萃取法提取青蒿素，萃取前要将黄花蒿茎叶进行_____，以提高萃取效率。

提取过程中获得的液体在浓缩前要进行__________________

（3）萃取的效率主要取决于__________________________，萃取过程中，为了防止加热时有机溶剂挥发，可以以采取的措施是__________________________________

（4）青蒿素能抑制微生物的生长，某同学在培养大肠杆菌的培养基中加入青蒿素进行探究实验，青蒿素的加入应在培养基_________（填“灭菌前”或“灭菌后”），原因是________________

【答案】不能青蒿素不易挥发粉碎和干燥过滤萃取剂的性质和使用量在加热瓶口安装回流冷凝装置灭菌后高压蒸汽灭菌的条件下会破坏青蒿素

【解析】水蒸气蒸馏法是指将含有挥发性成分的植物材料与水共蒸馏，使挥发性成分随水蒸气一并馏出，经冷凝分取挥发性成分的浸提方法。

该法适用于具有挥发性、能随水蒸气蒸馏而不被破坏、在水中稳定且难溶或不溶于水的植物活性成分的提取；萃取法是利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法。

（1）由题干信息可知：

青蒿素不易挥发，故不能使用水蒸气蒸馏法提取青蒿素；

（2）在用萃取法提取青蒿素时，萃取前需对黄花蒿茎叶进行粉碎和干燥，以提高萃取效率；提取过程中获得的液体在浓缩前要进行过滤；

（3）萃取的效率主要取决于萃取剂的性质和使用量；萃取过程中为了防止加热时有机溶剂挥发，需要在加热瓶口安装回流冷凝装置；

（4）培养基常用高压蒸气灭菌法进行灭菌，在此条件下青蒿素可能会被破坏，故青蒿素应在灭菌后加到培养基中。

4．（2020·宁夏银川一中高三一模）萘乙酸（NAA）是生长素类似物，在农业生产上的应用广泛，其生理作用与浓度密切相关。

下面是探究萘乙酸（NAA）对扦插枝条生根作用的最佳浓度范围的实验方案，请你进行适当的补充和完善。

（1）实验原理：

萘乙酸与生长素一样，对植物生长的调节作用具有________性。

（2）实验过程与方法：

①取材：

取山茶花植株生长良好的半木质枝条，剪成5～7cm，每段插条芽数相同。

②实验：

将插条分别用具有一定浓度梯度的萘乙酸溶液处理（如图1）8～12h后，再将处理过的插条下端浸在清水中，置于适宜温度条件下培养，观察并记录实验数据。

③建模：

根据实验数据，建立数学模型（如图2）。

（3）结果分析与评价：

①从图2中，可得出的结论是___________________________________________。

②除图2外，数学模型的另一种表现形式是_________________。

③为了提高所建数学模型的科学性和可靠性，请改正图1所示的实验方案中一处明显的不足：

____________。

④若利用上述实验相同的方法，探究萘乙酸对葡萄插条生根作用的最佳浓度范围时，除第一组外其余各组均没有长出不定根，最可能的原因是_______________________。

【答案】两重300～500mg·L－1（或400mg·L－1左右）的萘乙酸是促进山茶花插条生根的适宜浓度数学方程式（函数）增加每组插条数目，求平均值（或重复多次实验）萘乙酸的浓度过高

【解析】阅读题干和题图可知，本题涉及的知识是探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用，明确知识点，梳理相关的基础知识，分析题图，结合问题的具体提示综合作答。

（1）生长素的作用具有两重性，低浓度促进生根，过高浓度抑制生根。

（3）①分析图2可知400 mg/L左右的萘乙酸是促进山茶花插条生根的适宜浓度。

②数学模型的另一种表现形式是数学方程式或函数。

③图1中每组处理的枝条仅1个，数量太少，违背了实验设计的平行可重复性原则；为了提高所建数学模型的科学性和可靠性，应增加每组插条数目（或重复多次实验），并求其平均值。

④若利用上述实验相同的方法，探究萘乙酸对葡萄插条生根作用的最佳浓度范围时，除第一组外其余各组均没有长出不定根，最可能的原因是萘乙酸的浓度过高，抑制枝条生根。

5．（2020·福建省莆田市高三教学质量检测）科研人员测定小麦一昼夜净光合速率（Pn）的变化，发现小麦与其他植物一样出现了“午睡”现象。

回答下列问题：

（1）一般认为，午后温度较高，植物通过蒸腾作用使叶片降温，同时，植物体也会通过叶片气孔开度__________来避免过度失水对细胞造成的损伤。

（2）科研人员测定了同一株小麦两种不同向光角度的叶片（接收直射光照面积不同）午后部分指标，结果如表：

净光合速率（Pn）

叶片温度（TL）

胞间CO2浓度（Ci）

直立叶

12.9

37.5

250

平展叶

8.8

37.7

264

对相关数据进行分析：

直立叶和平展叶叶片温度无明显差异，说明二者的气孔开度__________，而平展叶的净光合速率较低，胞间CO2浓度__________。

可见气孔闭合引起的胞间CO2浓度不足不是造成“午睡”现象的唯一因素。

（3）小麦“午睡”现象还与叶片中的D1蛋白含量密切相关。

现有研究表明：

“强光照会导致D1蛋白含量下降，而植物激素水杨酸（SA）能减小D1蛋白含量下降的幅度”。

请以小麦为实验材料，设计实验来验证这一结论。

要求简要写出实验思路。

________________________。

【答案】减小（降低）基本相同较高将小麦分成3组，分别在强光照、强光照加水杨酸（SA）处理和适宜光照三种条件下培养。

一段时间后，检测各组D1蛋白的含量，并比较得出结论。

【解析】植物的午休现象是指中午由于光照过强温度过高，使得植物部分气孔关闭导致二氧化碳的吸收量下降，从而使得光合作用速率降低的现象。

该题通过实验的角度在探究不同光照角度对植物午休现象的影响，需要学生首先确定实验目标，后寻找相关变量解答问题。

（1）温度较高植物蒸腾作用很强，对导致水分流失加快，植物为防止水分过多流失会使气孔开度减小；

（2）气孔开度主要受温度的影响，两种叶片所处的温度相同，则气孔开度也基本相同；由图表中的数据可以看出平展叶的胞间CO2浓度较高；

（3）首先确定该题的实验目的为验证“强光照会导致D1蛋白含量下降，而植物激素水杨酸（SA）能减小D1蛋白含量下降的幅度”，再确定实验的自变量为强光照下水杨酸的有无，因变量为D1蛋白含量的变化，为了观察D1含量确实有下降和减小下降幅度的变化，满足对照原则需要设置一组空白对照，同时需将小麦分成3组，分别在强光照、强光照加水杨酸（SA）处理和适宜光照三种条件下培养，一段时间后，检测各组D1蛋白的含量，并比较得出结论。

6．（2020·广东省化州市高三二模）

（1）为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。

我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。

①获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图38-1中的__________处，DNA连接酶作用于__________处。

（填“a”或“b”）

②将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和__________法。

③为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的耐盐基因做探针进行分子杂交检测，又要用__________方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。

（2）下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图2、图3中箭头表示相关限制酶的酶切位点。

请回答下列问题：

限制酶

BamHⅠ

HindⅢ

EcoRⅠ

SmaⅠ

识别序列

及切割位点

↓

GGATCC

CCTAGG

↑

↓

AAGCTT

TTCGAA

↑

↓

GAATTC

CTTAAG

↑

↓

CCCGGG

GGGCCC

↑

④一个图2所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有__________个游离的磷酸基团。

⑤用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是__________。

⑥重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了__________。

⑦构建重组质粒时，如果没有EcoRⅠ限制酶，则可以使用__________限制酶处理质粒、外源DNA。

【答案】aa基因枪法（花粉管通道法）一定浓度盐水浇灌（移植到盐碱地中）0、2Smal会破坏质粒的抗药性基因和外源DNA中的目的基因筛选含有目的基因的细胞BamHI和HindⅢ

【解析】

（1）①图中a表示磷酸二酯键，是限制酶的切割位点，也是DNA连接酶的连接位点；b表示氢键，是解旋酶的作用位点。

②将重组DNA分子导入植物细胞的常用方法有农杆菌转化法、基因枪法或花粉管通道法。

③要确定耐盐转基因水稻是否培育成功，从分子水平上，需要用放射性同位素标记的耐盐基因做探针进行分子杂交检测；从个体水平上，又要用一定浓度的盐水浇灌方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。

（2）④由图可知，质粒是环状的，切割前没有游离的磷酸基团，质粒中有一个SmaⅠ酶切割位点，所以切割后有两个游离的磷酸基团。

⑤由图可知，目的基因和标记基因中都有SmaⅠ酶切割序列，如用SmaⅠ酶会破坏质粒的抗药性基因和外源DNA中的目的基因。

⑥重组质粒中抗生素抗性基因是标记基因，作用是为了鉴别和筛选含有目的基因的细胞。

⑦构建重组质粒时，如果没有EcoRⅠ限制酶，则可以使用BamHI和HindⅢ限制酶处理质粒、外源DNA。

BamHⅠ和HinRⅢ两种限制酶切割产生的黏性末端不同，若用这两种限制酶同时处理外源DNA和质粒，再用DNA连接酶连接两者时，还可避免切割的外源DNA、质粒的粘性末端自身环化。

7．（2020·广东省化州市高三二模）为了研究在适宜的光照下，CO2浓度及施氮量对植物总光合速率的影响，研究人员选取生理状态相同的某种植物若干，分为四组，分别设置不同的CO2浓度和施氮量，测算了净光合速率（Pn），平均结果如图所示。

回答下列问题：

（1）实验中每一组种植多盆并进行多次测定，其目的是________________________________________。

（2）据图分析，最有利于植物积累有机物的条件组合是________________________________________。

氮元素被该植物吸收后运送到叶肉细胞内可用于合成__________________________等多种化合物，细胞中的NADH主要用于________________________________________________________。

（3）要达成本实验目的，还需补充的实验是________________________________（写出实验思路）。

【答案】减少实验误差对结果的影响高浓度CO2和200mg·kg-1施氮量ATP、DNA、RNA等与O2结合形成水在黑暗条件下重复上述实验，测出各组实验条件组合下植物的呼吸速率

【解析】本题考查影响光合作用的因素，解题要点是对光合作用相关知识的识记，并能结合图形分析解决问题。

（1））实验中每一组种植多盆并进行多次测定，是为了防止实验的偶然性，减少实验误差对实验结果的影响；

（2）分析柱状图中数据可知，最有利于植物积累有机物的条件组合是高浓度CO2和200mg•kg-1施氮量；

NADH主要用于糖酵解和细胞呼吸作用中的柠檬酸循环，与O2结合形成水；

（3）分析题干可知，图中所测数据为光合作用的净光合速率，而实验目的是研究CO2浓度及施氮量对植物总光合速率的影响，故为达本实验目的，还需要测定植物的呼吸速率，即在黑暗条件下重复上述实验，测出各组实验条件组合下植物的呼吸速率。

8．（2020·广东省深圳市高三第二次教学质量检测）如图所示为血红蛋白提取和分离的部分装置，回答下列问题。

（1）在进行样品处理时首先要对红细胞进行洗涤，目的是_______________。

红细胞破碎后，通过_________________法将血红蛋白从混合液中分离出来，图甲所示为分离结果。

若红细胞洗涤次数过少，则图甲结果可能会_____________。

（2）图乙装置可用于_________过程。

现有一定量的血红蛋白溶液，进行上述操作时若要尽快达到理想的实验效果，可以_____________________（写出一种方法）。

（3）通过凝胶色谱法将样品进一步纯化，最后经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。

凝胶色谱法是根据_________________分离蛋白质的方法。

加人SDS可以使蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率完全取决于_________________。

【答案】去除杂蛋白（血浆蛋白），以利于后续步骤的分离纯化低速短时间离心分层不明显透析（粗分离）增加缓冲液的量（或及时更换缓冲液）相对分子质量大小分子的大小

【解析】血红蛋白的提取和分离流程为：

红细胞的洗涤→血红蛋白的释放→分离血红蛋白溶液→透析→凝胶色谱柱的制作→凝胶色谱柱的装填→样品的加入和洗脱。

（1）洗涤红细胞的目的是去除杂蛋白（血浆蛋白），以利于后续步骤的分离纯化。

红细胞破碎后可以采用低速短时间离心的方法将血红蛋白从混合液中分离出来。

若红细胞洗涤次数过少，血浆蛋白可能未被除净，导致离心分层时各种成分分层不明显。

（2）图乙装置可用于透析过程，若要尽快达到理想的实验效果，则可采用增加缓冲液的量或及时更换缓冲液的方法。

（3）①凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的方法。

②加入SDS可以使蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率完全取决于分子的大小。

9．（2020·河南郑州外国语学校高三月考）2019年9月17日，诺奖获得者屠呦呦被授予共和国勋章，其科研团队提取的青蒿素使数百万人的生命得以挽救，已知青蒿素属于青蒿中非挥发性成分，易溶于氯仿、丙酮，可溶于乙醇、甲醇、乙醚，在水中几乎不溶，对热不稳定，温度最好不要超过60℃

（1）青蒿化学成分分为挥发性及非挥发性两类，挥发性成分主要是挥发油，具有解热镇痛、止咳平喘的功效，提取挥发油常用的方法是_________________。

（2）某科研小组利用植物黄花高叶提取青高素，流程如下图所示：

干燥→粉碎→A（反复进行）→过滤→B→粗品→精制

①黄花藕叶含有水分，在对新鲜的黄花蒿叶进行干燥处理时，要注意控制好______，以避免_______。

②图中A过程表示萃取，取的效率上要取决于__________，从影响萃取效果的因素来看，还应该考虑______________等因素（写出两点即可）。

③B过程表示__________________。

④为了探索青蒿素对肝癌细胞的抑制作用及其作用机制，利用含不同浓度青蒿素的细胞培养液分别培养人肝癌细胞（HepG2）24、48、72h，采用细胞活力检测（cellviability）法检测细胞增殖活性，结果如图所示。

对照组的设置：

取瓶等量人肝癌细胞HepG2，各加入___________，分别培养24、48、72h。

实验结果显示：

在一定的浓度范围内，随着_______________，HepG2细胞的增殖受到了抑制。

【答案】蒸馏法（或水蒸气蒸馏法）（干燥的）时间和温度（温度过高、干燥时间太长导致）青蒿素分解萃取剂的性质和使用量原料颗粒的大小、紧密程度、含水量、萃取的时间、萃取的温度浓缩等量不含青蒿素的细胞培养液（等量、不含青蒿素、细胞培养液）青蒿素浓度的增大及培养时间的延长

【解析】

（1）提取青蒿挥发油适宜的方法是蒸馏法，原因是青蒿油具有挥发性，促进油水分离宜采用加入NaCl，除去青蒿油的水分可采用加入无水硫酸钠。

（2）①在对黄花蒿叶进行干燥时，要注意控制温度和时间，否则会引起青高素的分解。

青高素的萃取过程应该避免明火加热，采用水浴加热，原因是萃取剂是有机溶剂，直接使用明火加热容易引起燃烧或爆炸。

②提取青蒿素适宜的方法是萃取法，影响该方法的主要因素是萃取剂的性质和使用量，同时也受萃取时间、温度、材料的颗粒大小、含水量及紧密程度等因素的影响。

③挥发油主要采用水蒸汽蒸馏提取，减压蒸馏分离，其工艺为：

投料→加水→蒸馏→冷却→油水分离→精油；非挥发性成分主要采用有机溶剂提取，柱层析及重结晶分离，基本工艺为：

干燥→粉碎→萃取（反复进行）→过滤→浓缩提取液→粗品→精制。

④根据单一变量原则，实验设计中除了自变量以外其余因素应控制相同，本实验中自变量为青蒿素的浓度、肝细胞培养时间，其余均为无关变量。

根据坐标曲线数据，可以取一定数量的培养瓶均等分成6组，编号A、B、C、D、E作为实验组，编号F组作为对照组。

A-F组每个培养瓶中均加入适量且等量的小鼠肝癌细胞悬液和培养液，A-E组每个培养瓶分别加入相应浓度的青蒿素溶液，F组加入等量生理盐水（不加青蒿素）。

把每个培养瓶置于37℃条件下培养适当时间。

分别用细胞活力检测（cellviability）法测定各培养瓶中癌细胞增殖活性相关数据，求取各组平均值。

从坐标曲线可以看出，随着青蒿素浓度的增加，细胞的相对活性减弱；癌细胞培养72小时的培养瓶中，细胞的相对活性最低。

说明在一定的浓度范围内，随着青蒿素浓度的增加和培养时间的延长，HepG2细胞的增殖受到了抑制。

10．（2020·湖南省湘潭市高三模拟）阿尔茨海默病（AD）是一种中枢神经系统退行性疾病，患者与记忆形成密切相关的大脑海马区萎缩明显。

药物X能