2024届人教版高中生物一轮复习实验技能实验设计原则和方法学案（不定项）

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习实验技能实验设计原则和方法学案（不定项），共8页。



[必备技能]
实验设计是高中生物学的一个重要内容，既是考查运用所学生物学知识解决实际问题的能力，又能考查创新思维能力。现简要归纳一下实验的基本原则和方法。
一、实验设计的基本原则
1．对照性原则
在实验设计中，一般都要设置对照组。通过干预或控制对象以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因素与非处理因素的差异。通常采用空白对照的原则，即不给对照组以任何处理因素。但是要注意，不给对照组以任何处理因素是相对实验组而言的，实际上对照组也要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素而已。
2．随机性原则
实验设计中的随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做可以：
(1)消除或减少系统误差，使显著性测验有意义。
(2)平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。
3．平行重复原则
平行重复原则，即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。
4．单一变量原则
单一变量原则，即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。
二、实验设计的基本方法
1．了解题目要求
看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果。
2．明确实验目的原理
明确实验到底要解决什么问题，要用到生物学上的什么原理。
3．确定实验思路
就是根据原理对实验作出假设，并对可能产生的现象作出预测。并充分利用所有材料设计实验思路。
4．设计实验步骤
根据上述实验目的、原理和思路，设计出合理的实验装置和实验步骤。要思考题目中所给出的实验材料和试剂分别起什么作用，怎样运用，并且还要注意以下两点：一是题目中给出的实验试剂和材料一般应充分利用；二是非题目条件允许，否则不能自己随意增加实验试剂和材料。
5．记录实验现象和数据
在实验中，将观察到的现象如实、准确地记录下来。除了用文字进行记录外，还可以用数据或符号进行记录。
6．分析得出结论
根据观察的实验现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，归纳出一般概括性判断，并用文字、图表、绘图等方法作一个简明的总结。
[针对训练]
1．(2021·广东卷)人体缺乏尿酸氧化酶，导致体内嘌呤分解代谢的终产物是尿酸(存在形式为尿酸盐)。尿酸盐经肾小球过滤后，部分被肾小管细胞膜上具有尿酸盐转运功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收，最终回到血液。尿酸盐重吸收过量会导致高尿酸血症或痛风。目前，E是针对上述蛋白治疗高尿酸血症或痛风的常用临床药物。为研发新的药物，研究人员对天然化合物F的降尿酸作用进行了研究。给正常实验大鼠(有尿酸氧化酶)灌服尿酸氧化酶抑制剂，获得了若干只高尿酸血症大鼠，并将其随机分成数量相等的两组，一组设为模型组，另一组灌服F设为治疗组，一段时间后检测相关指标，结果见图。

回答下列问题：
(1)与分泌蛋白相似，URAT1和GLUT9在细胞内的合成、加工和转运过程需要__________________________及线粒体等细胞器(答出两种即可)共同参与。肾小管细胞通过上述蛋白重吸收尿酸盐，体现了细胞膜具有________的功能特性。原尿中还有许多物质也需借助载体蛋白通过肾小管的细胞膜，这类跨膜运输的具体方式有________________________________________________________________________。
(2)URAT1分布于肾小管细胞刷状缘(下图示意图)，该结构有利于尿酸盐的重吸收，原因是_____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(3)与空白对照组(灌服生理盐水的正常实验大鼠)相比，模型组的自变量是________________。与其他两组比较，设置模型组的目的是____________________________ ______________________________________________________________________________________________________________。
(4)根据尿酸盐转运蛋白检测结果，推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是______________________________________________，减少尿酸盐重吸收，为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，具体为_______________________________________ _____________________________________________。
解析　(1)分泌蛋白在细胞内的合成、加工和转运过程需要核糖体、内质网、高尔基体及线粒体等细胞器共同参与，由于URAT1和GLUT9与分泌蛋白相似，因此URAT1和GLUT9在细胞内的合成、加工和转运过程需要核糖体、内质网、高尔基体及线粒体等细胞器共同参与。肾小管细胞通过URAT1和GLUT9蛋白重吸收尿酸盐，体现了细胞膜的选择透过性。借助载体蛋白的跨膜运输的方式有协助扩散和主动运输。(2)由图可知，肾小管细胞刷状缘形成很多突起，增大吸收面积，有利于尿酸盐的重吸收。(3)模型组灌服尿酸氧化酶抑制剂，与空白对照组灌服生理盐水的正常实验大鼠(有尿酸氧化酶)相比，模型组的自变量是尿酸氧化酶活性低，与空白对照组和灌服F的治疗组比较，设置模型组的目的是排除血清尿酸盐含量降低的原因是由于大鼠体内尿酸氧化酶的作用(确保血清尿酸盐含量降低是F作用的结果)。(4)根据尿酸盐转运蛋白检测结果，模型组灌服尿酸氧化酶抑制剂后转运蛋白增加，灌服F的治疗组转运蛋白和空白组相同，可推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是F可能抑制转运蛋白URAT1和GLUT9基因的表达，减少尿酸盐重吸收。为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，将高尿酸血症大鼠灌服E与F进行对比，得出两者降尿酸的作用效果。
答案　(1)核糖体、内质网、高尔基体　选择透过性　协助扩散、主动运输　(2)肾小管细胞刷状缘形成很多突起，增大吸收面积　(3)尿酸氧化酶活性低　排除血清尿酸盐含量降低的原因是由于大鼠体内尿酸氧化酶的作用(确保血清尿酸盐含量降低是F作用的结果)　(4)F抑制转运蛋白URAT1和GLUT9基因的表达　高尿酸血症大鼠灌服E
2．为探究玉米籽粒发芽过程中一些有机物含量的变化，研究小组利用下列供选材料用具进行了实验。材料用具：玉米籽粒，斐林试剂，双缩脲试剂，碘液，缓冲液，淀粉，淀粉酶等；研钵，水浴锅，天平，试管，滴管，量筒，容量瓶，显微镜，玻片，酒精灯等。请回答下列问题：
(1)为了检测玉米籽粒发芽过程中蛋白质(肽类)含量变化，在不同发芽阶段玉米提取液中，分别加入________试剂，比较颜色变化。该实验需要选用的器具有________(填序号)。
①试管　②滴管　③量筒　④酒精灯　⑤显微镜
(2)为了检测玉米籽粒发芽过程中淀粉含量变化，将不同发芽阶段的玉米籽粒纵切，滴加________，进行观察。结果显示，胚乳呈蓝色块状，且随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小。由此可得出的结论是_____________________________________________________。
(3)为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果，设计了如下实验：在1～4号试管中分别加入相应的提取液和溶液(如下图所示)，40 ℃温育30 min后，分别加入斐林试剂并60 ℃水浴加热，观察试管内颜色变化。
请继续以下分析：

①设置试管1作为对照，其主要目的是_________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________。
②试管2中应加入的X是________的提取液。
③预测试管3中的颜色变化是____________。若试管4未出现预期结果(其他试管中结果符合预期)，则最可能的原因是____________。
解析　(1)根据分析可知，检测蛋白质或多肽应该用双缩脲试剂；该实验需要用量筒量一定量的蛋白质溶液、双缩脲试剂A液，需要用滴管滴加双缩脲试剂B液，但是该实验不需要加热，也不需要显微镜观察，故选①②③。(2)检测淀粉应该用碘液，胚乳呈现蓝色块状，说明胚乳含有大量的淀粉，而随着时间的延长，蓝色块状变小了，说明玉米发芽的过程中胚乳的淀粉逐渐减少了。(3)①该实验的目的是验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶的作用，在淀粉酶的作用下淀粉水解产生了还原糖，还原糖用斐林试剂检测会出现砖红色沉淀。1号试管加的是缓冲液和淀粉，作为对照试验，其可以排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖。②根据单一变量原则，1号试管加的是缓冲液作为对照，3号、4号实验组分别加了发芽玉米提取液、淀粉酶溶液，则2号试管加的X溶液应该是发芽前玉米提取液。③3号试管发芽玉米提取液中含有淀粉酶，催化淀粉水解产生了还原糖，因此其颜色由蓝色变成了砖红色；如4号试管的颜色没有从蓝色变成砖红色，可能是因为淀粉酶已失活，不能催化淀粉水解。
答案　(1)双缩脲　①②③　(2)碘液　玉米发芽过程中胚乳的淀粉逐渐减少　(3)①排除用于实验的淀粉溶液中含有还原性糖　②发芽前玉米　③蓝色→砖红色　淀粉酶已失活
3．蛋白质的空间结构遭到破坏，其生物活性就会丧失，这称为蛋白质的变性。高温、强碱、强酸、重金属等都会使蛋白质变性。现利用提供的材料用具，请你设计实验，探究乙醇能否使蛋白质变性。
材料用具：质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、质量分数为2%的新鲜淀粉酶溶液、蒸馏水、质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液、质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液、无水乙醇、烧杯、试管、量筒、滴管、温度计、酒精灯。
(1)实验步骤(请填充表格空白处)
步骤
具体操作
A试管
B试管
①
1 mL新鲜的淀粉酶溶液
1 mL新鲜的淀粉酶溶液
②
5滴蒸馏水
A
③
B
2 mL可溶性淀粉溶液
④
摇匀后，同时放入适宜温度的温水中维持5 min
⑤
配制一定量的斐林试剂
⑥
从温水中取出A、B试管，各加入1 mL斐林试剂摇匀，放入盛有50 ℃～65 ℃温水的大烧杯中加热约2 min，观察试管中出现的颜色变化
表格中A代表________，B代表________。
(2)实验结果预测及结论：_____________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析　(1)实验目的是探究乙醇能否使蛋白质变性，单一变量是乙醇的有无，故表格中A代表5滴无水乙醇。无关变量相同且适宜，故B代表2 mL可溶性淀粉溶液。(2)实验结果预测及结论：A试管中出现砖红色沉淀，B试管不出现，说明乙醇能使蛋白质变性；A、B试管中均出现砖红色沉淀，说明乙醇不能使蛋白质变性。
答案　(1)5滴无水乙醇　2 mL可溶性淀粉溶液
(2)A试管中出现砖红色沉淀，B试管不出现，说明乙醇能使蛋白质变性；A、B试管中均出现砖红色沉淀，说明乙醇不能使蛋白质变性
4．柽柳是泌盐植物，叶子和嫩枝可以将吸收的盐分排出，是强耐盐植物。柽柳从土壤中吸收无机盐是主动运输还是被动运输？请设计实验加以证明。
(1)实验步骤：
第一步，取甲、乙两组生长发育相同的柽柳幼苗，放入适宜浓度的含有Ca2＋、K＋的溶液中。
第二步，甲组给予正常的呼吸条件，乙组________________________________________。
第三步，___________________________________________________________________。
(2)实验结论：
①若两组植株对Ca2＋、K＋的吸收速率相同，说明
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析　(1)根据实验目的，主动运输和被动运输的主要区别为是否需要ATP，故ATP(细胞呼吸条件)为自变量，吸收速率为因变量。甲组给予正常的呼吸条件，乙组抑制有氧呼吸。一段时间后测定两组植株根系对Ca2＋、K＋的吸收速率。(2)若两组植株对Ca2＋、K＋的吸收速率相同，说明都不需要ATP，为被动运输。若两组植株对Ca2＋、K＋的吸收速率表现为甲组明显大于乙组，则说明需要ATP，为主动运输。
答案　(1)完全抑制有氧呼吸　一段时间后测定两组植株根系对Ca2＋、K＋的吸收速率
(2)①柽柳从土壤中吸收无机盐是被动运输　②若乙组吸收速率明显小于甲组的吸收速率，则说明柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输