三、实验探究与设计（知识归纳与讲解）-高考生物实验专题

三、实验探究与设计

（一）生物实验中的变量

变量是实验过程中可以变化的因素。在设计实验时,要注意使自变量可控制、因变量比较好检测,并尽量避免无关变量对实验的干扰。

（二）实验探究中的研究方法与思维

(1)根据颜色来确定某种物质的存在:

待测液+Ⅰ2→呈蓝色,待测液中存在淀粉;

待测液+斐林试剂→水浴加热呈砖红色,待测液中存在还原糖;

待测液+苏丹Ⅲ(苏丹Ⅳ)→呈橘黄色(或红色),待测液中存在脂肪;

待测液+双缩脲试剂→呈紫色,待测液中存在多肽或蛋白质。

(2)用大分子染料如红墨水来验证生物组织细胞膜的选择透过性或检验细胞的死活。

(3)用荧光标记法来证明细胞膜具有一定的流动性。

(4)同位素标记法:探究光合作用产生的氧气的来源;噬菌体侵染细菌实验证明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质;探究DNA的复制是半保留复制;

用14CO2追踪光合作用中碳原子转移途径等。

(5)模拟实验法:如渗透作用的实验装置,分离定律的模拟实验等。

(6)获得无子果实的方法:用适宜浓度的生长素处理花蕾期已去雄的子房,如无子番茄的获得;诱导染色体变异,如无子西瓜的获得。

(7)确定某种激素功能的方法:饲喂法、切除注射法、阉割移植法、切除口服法。

(8)确定传入、传出神经的功能:刺激+观察效应器的反应或测定神经纤维上的电位变化。

(9)植物杂交的方法

雌雄同花:花蕾期去雄+套袋+开花期人工授粉+套袋;

雌雄异花:花蕾期雌花套袋+开花期人工授粉+套袋。

(10)确定某一显性个体基因型的方法:测交,或该显性个体自交。

(11)确定某一性状为显性性状或隐性性状的方法:具有一对相对性状的纯合体杂交,观察后代性状表现。

(12)确定某一个体是否具有抗性基因的方法:确定小麦是否具有抗锈病基因,用锈菌去侵染小麦叶片,一段时间后,观察有无锈斑出现。

(13)测定种群密度的方法:样方法,标志重捕法。

(14)化学分析法:叶绿体中色素的提取和分离实验等。

(15)理论分析法:如大、小两种草履虫竞争的实验,植物根向地生长、茎背地生长的实验,植物向光性实验等

(16)等组实验法:如小麦淀粉酶催化淀粉水解的实验,发现生长素的燕麦胚芽鞘实验。

例 药物X为激素类药物。为研究其对动物机体排卵的影响，某同学用若干只发育状况相同的成年雌性鳙鱼进行实验。回答下列问题。

(1)请完善下面的实验步骤：

①将鳙鱼随机均分为甲、乙两组。甲组(实验组)的处理是注射适量的用0.65% NaCl溶液配制的物质X溶液，乙组的处理是______________________________。

②将上述两组鳙鱼置于__________________的条件下饲养。

③一段时间后，分别统计两组鳙鱼排卵的数目。

④对所得数据进行统计、处理和分析。

(2)实验结果与分析

若甲组鳙鱼的排卵数量大于乙组，则说明药物X_____________________；

若甲组鳙鱼的排卵数量与乙组相当，则说明药物X____________________。

(3)为了进一步研究药物X的作用机理，该同学测定了两组鳙鱼体内雌性激素的含量，发现甲组雌性激素的含量高于乙组。请对药物X的作用机理提出两种不同的解释：______________________________________________________。

【答案】(1)①注射等量不含药物X的0.65% NaCl溶液　②相同且适宜

(2)对雌性鳙鱼排卵有促进作用　对雌性鳙鱼排卵没有影响(或没有促进作用)

(3)药物X促进下丘脑分泌促性腺激素释放激素；药物X促进垂体分泌促性腺激素；药物X促进性腺(卵巢)分泌雌性激素(答出两种即可)

【解析】(1)按照实验的单一变量原则，甲、乙两组实验中除药物X外，其他条件应相同且适宜。因此，对乙组的处理应为注射等量不含药物X的0.65% NaCl溶液，并将两组鳙鱼放在相同且适宜的条件下饲养。

(3)性激素的分泌存在分级调节，受到下丘脑和垂体的调控。药物X可能促进了下丘脑分泌促性腺激素释放激素，也可能促进了垂体分泌促性腺激素，还有可能促进了卵巢分泌雌性激素，这三个途径都会使雌性激素的分泌量增加。

例 狗的胃液分泌受体液调节和神经调节。回答下列有关问题。

(1)胃液中H＋的浓度远高于血浆，生理条件下胃壁细胞排出H＋，能量来源于________(填生理过程)。胃酸能杀死随食物进入胃内的细菌，说明胃液具有________(填“特异性”或“非特异性”)免疫作用。胃液中H＋浓度达到一定水平后，能抑制胃酸的分泌，这种调节机制被称为_____________________________________________________________。

(2)从摄食开始至食物进入小肠，摄食、吞咽动作及食物初步消化的产物都通过不同调节途径影响胃液的分泌。对实验动物进行食管切断术，使得食物从口腔进入食管后，从食管的切口流出体外(这种喂食方式称为假饲)。假饲会引起胃液分泌，但当切断支配胃的迷走神经后，假饲就不再引起胃液分泌。说明假饲促进胃液分泌属于________调节，判断的理由是_________________________________

_________________________________________________________________。

(3)食物进入胃后，胃液分泌进一步增多，有推测认为，食物初步消化的产物能刺激胃壁细胞分泌某种激素，进而促进胃液分泌，请写出验证该推测的实验思路：________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

【答案】(1)细胞呼吸　非特异性　(负)反馈调节

(2)神经　切断支配胃的迷走神经，调节无法完成，说明该调节过程需要完整的反射弧参与(或神经兴奋需要通过反射弧传导和传递，切断支配胃的迷走神经，调节无法完成)

(3)将狗的胃壁细胞(接受过食物初步消化产物刺激)研磨，制成提取液后注射到实验组狗静脉中，另设一组对照组，将等量初步消化产物注入狗的静脉中，一段时间后分别记录两组狗胃液的分泌量。若分泌量增多则证明该推测成立(答案合理即可)

【解析】(1)狗体内能产生能量的生理过程是细胞呼吸。依据“胃酸能杀死随食物进入胃内的细菌”及“免疫”信息的提示，可知要考查的是免疫类型，由此确定答案为胃液具有非特异性免疫作用。根据关键信息“H＋浓度达到一定水平后，能抑制胃酸的分泌”来推断，该调节机制为负反馈调节。(2)根据关键信息“当切断支配胃的迷走神经后，假饲就不再引起胃液分泌”可知，假饲引起胃液分泌受迷走神经控制，假饲引起胃液分泌的活动属于反射，切断支配胃的迷走神经就破坏了反射弧的完整性，反射不再发生，因此判断假饲促进胃液分泌属于神经调节。(3)根据题干信息分析，实验的目的是验证“食物初步消化的产物能刺激胃壁细胞分泌某种激素，进而促进胃液分泌”。这可将人教版生物教材必修3 P24斯他林和贝利斯验证他们的假说“引起胰液分泌的不是神经反射而是化学调节——在盐酸的作用下，小肠黏膜可能产生了一种化学物质……引起胰液的分泌”中的实验方法和思路迁移到本题中来，进行验证。将狗接受过食物初步消化产物刺激的胃壁细胞进行研磨，制成提取液后注射到实验组狗静脉中，另设一组对照组，将等量初步消化产物注入狗的静脉中，一段时间后分别记录两组狗胃液的分泌量。若胃液的分泌量增多，则证明该推测成立。

例 当中性粒细胞(吞噬细胞的一种)不能仅凭吞噬作用来消灭病菌时，会发生核膜破裂以释放出自己的DNA NETs(DNA网)来阻止病菌感染。请回答下列问题。

(1)中性粒细胞由________________分化而来，其可分布的内环境有____________________。

(2)病菌引起的体液免疫过程中产生的免疫活性物质有____________________，从细胞的生命历程角度分析，效应T细胞将靶细胞裂解的过程属于________。

(3)有人推测中性粒细胞可能是启动了细胞周期蛋白，才会发生核膜破裂以释放出自己的DNA NETs，请你设计实验验证这一观点(写出实验思路即可)。

实验思路：_______________________________________________________

__________________________________________________________________。

【答案】(1)造血干细胞　组织液、淋巴、血浆

(2)淋巴因子、抗体　细胞凋亡

(3)取等量的两组中性粒细胞，其中一组抑制中性粒细胞启动细胞周期蛋白(实验组)；另一组不进行任何处理(对照组)，然后将两组中性粒细胞暴露于大量病菌中，一段时间后检测并对比两组中性粒细胞释放DNA NETs的量

【解析】(1)中性粒细胞由造血干细胞分化而来，其可分布于血浆、组织液、淋巴，三者均属于内环境。

(2)参与体液免疫过程的免疫活性物质有淋巴因子和抗体，分别是由T细胞和浆细胞分泌的；效应T细胞与靶细胞结合，导致靶细胞裂解的过程属于细胞凋亡。

(3)实验思路与实验步骤不完全相同，实验思路是实验步骤的简化形式，主要体现控制自变量和检测因变量。本实验的目的是验证细胞周期蛋白与DNA NETs的释放有关，自变量应为是否抑制中性粒细胞启动细胞周期蛋白，至于如何抑制不用详述；因变量应为中性粒细胞释放DNA NETs的量，至于如何检测不用详述；结合自变量和因变量写出实验思路即可(详见答案)。

（三）辨析常见的实验方法

(1)制作DNA分子双螺旋结构模型:构建物理模型法

(2)种群数量增长模型:构建数学模型法

(3)分离各种细胞器:差速离心法

(4)证明DNA进行半保留复制:密度梯度离心法

(5)分离叶绿体中的色素:纸层析法

(6)观察根尖分生组织细胞的有丝分裂:死体染色法

(7)观察线粒体:活体染色法

(8)探究酵母菌的呼吸方式:对比实验法和产物检测法

(9)赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验:同位素标记法

(10)摩尔根证明基因在染色体上:假说—演绎法

(11)萨顿提出“基因位于染色体上”的假说:类比推理法

(12)调查土壤中小动物类群的丰富度:取样器取样法

(13)估算种群密度(运动能力强的生物):标志重捕法

(14)估算种群密度(运动能力弱的生物):样方法

例 下列有关生物学研究方法的叙述正确的是(　　)

A．在电子显微镜下拍摄到的叶绿体结构照片属于物理模型

B．设置新鲜肝脏研磨液和清水作为对照，以过氧化氢为底物，可验证酶具有高效性

C．孟德尔遗传规律和摩尔根果蝇眼色遗传的研究过程均运用了假说—演绎法

D．探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度的实验中，用浸泡法处理要求溶液浓度高

【答案】C

【解析】在电子显微镜下拍摄到的叶绿体结构照片属于实物图，不属于物理模型，A错误；验证酶的高效性，应该用新鲜肝脏研磨液和无机催化剂作对照，B错误；孟德尔遗传规律和摩尔根果蝇眼色遗传的研究过程均运用了假说—演绎法，C正确；探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度的实验中，用浸泡法处理要求溶液浓度较低，D错误。

例 下列有关实验的叙述，正确的是(　　)

A.探究2，4­D促进插条生根的最适浓度时，先开展预实验能有效降低实验误差

B.DNA双螺旋结构的研究和某种群数量变化规律的研究均用到了模型建构法

C.溴麝香草酚蓝水溶液变蓝的时间长短与二氧化碳的量有关

D.染色体数目加倍的细胞所占的比例与固定液处理的时间有关

【答案】B

【解析】探究2，4­D促进插条生根的最适浓度时，先要进行预实验，这样可以为进一步的实验摸索条件，也可以检验实验设计的科学性和可行性，以免由于设计不周，盲目开展实验而造成人力、物力和财力的浪费，先开展预实验并不能有效降低实验误差，A错误；DNA双螺旋结构的研究和某种群数量变化规律的研究均用到了模型建构法，前者构建的是物理模型，后者构建的是数学模型，B正确；溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄的时间长短与二氧化碳的量有关，二氧化碳的含量越多，溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄所需的时间越短，C错误；固定液(卡诺氏液)的作用是固定细胞的形态，染色体数目加倍的细胞所占的比例与固定液处理的时间无关，D错误。