2024版高考生物一轮复习教材基础练第十二章实验与探究第2节实验设计及分析教学课件

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知识点101　验证性实验
1 某科学家为了研究性激素在胚胎生殖系统发育中所起的作用,提出如下假说。假说1:发育出雄性器官需要来自睾丸提供的激素信号,当这一信号缺失时,胚胎发育出雌性器官。假说2:发育出雌性器官需要来自卵巢提供的激素信号,当这一信号缺失时,胚胎发育出雄性器官。科学家用家兔进行部分组织摘除手术后得出实验结果如表。下列相关叙述错误的是A.本实验需要在家兔胚胎生殖系统分化前摘除即将发育为卵巢或睾丸的组织B.该实验依据了实验变量控制中的“减法原理”,上述实验结果验证了假说1C.如果假说2成立,则性染色体组成为XX的家兔胚胎术后发育出雄性器官D.为进一步验证假说1,在摘除即将发育为卵巢的组织的同时,给予一定量的睾酮刺激,性染色体组成为XX的胚胎发育出雌性器官
1.D　为了排除生殖器官传递相应的信号刺激,本实验需要在家兔胚胎生殖系统分化前摘除即将发育为卵巢或睾丸的组织,A正确。 该实验依据了实验变量控制中的“减法原理”,如将相应的组织切除,从而减去了相应的信号来源,题述实验结果验证了假说1,但没有验证假说2,B正确。 如果假说2(发育出雌性器官需要来自卵巢提供的激素信号,当这一信号缺失时,胚胎发育出雄性器官)成立,则性染色体组成为XX的家兔胚胎术后发育出雄性器官,C正确。 为进一步验证假说1,在摘除即将发育为睾丸的组织的同时,给予一定量的雄性激素(睾酮)刺激,性染色体组成为XY的胚胎将发育为雄性,D错误。
2 已知EBI3蛋白是一种非常重要的分泌蛋白,可以和抗原发生特异性结合使其失去侵染细胞的能力。回答下列问题:(1)EBI3蛋白是由氨基酸经　　　作用形成的。在其合成加工、运输的过程中,有　　　　种具膜细胞器参与。(2)Sedlin蛋白是一种转运复合体蛋白,是SEDL基因的表达产物,在内质网到高尔基体的囊泡运输过程中发挥着重要作用。①已知Sedlin蛋白(53肽)彻底水解后,总分子量可增加774~828。由此可知,Sedlin蛋白是由　　　条肽链组成的。②为验证上述题干中Sedlin蛋白的作用,现用以下材料设计实验,请完善实验思路并对结果进行讨论。实验材料:正常小鼠浆细胞、SEDL基因表达抑制剂、放射性标记的氨基酸、放射性检测仪、细胞培养液等。实验思路:将正常小鼠的浆细胞随机均分为两组,置于含放射性氨基酸的细胞培养液中,编号为甲、乙;甲组不做任何处理,乙组细胞注射 ;一段时间后,用放射性检测仪对 进行检测。结果讨论:若 ,则可证明Sedlin蛋白在内质网到高尔基体的囊泡运输过程中发挥着重要作用。
2.【参考答案】　(1)脱水缩合　3　(2)①7~10　②适量的SEDL基因表达抑制剂　细胞中的放射性(或细胞中内质网和高尔基体的放射性)　甲组细胞中内质网中的放射性低于乙组细胞中的,且甲组细胞中高尔基体的放射性高于乙组细胞中的【解题思路】 　(1)分泌蛋白合成的场所为核糖体,由氨基酸经脱水缩合作用形成,经内质网、高尔基体加工,线粒体提供能量,所以在分泌蛋白合成、运输的过程中,有3种具膜细胞器参与。(2)①53肽彻底水解,总分子量增加774,说明共消耗774÷18=43个水,则53肽由53-43=10条肽链组成;53肽彻底水解,总分子量增加828,说明共消耗828÷18=46个水,则53肽由53-46=7条肽链组成,因此该蛋白质由7~10条肽链组成。②为验证Sedlin蛋白的作用,甲组不做任何处理,应为对照组,则乙组为实验组(抑制Sedlin蛋白的产生),所以乙组细胞应注射适量的SEDL基因表达抑制剂。因变量为细胞中的放射性,因此应该用放射性检测仪对细胞中的放射性(或细胞中内质网和高尔基体的放射性)进行检测。若甲组细胞中内质网中的放射性低于乙组细胞中的,且甲组细胞中高尔基体的放射性高于乙组细胞中的,则可证明Sedlin蛋白在内质网到高尔基体的囊泡运输过程中发挥着重要作用。
3 1897年德国科学家毕希纳发现,利用无细胞的酵母汁可以进行乙醇发酵;还有研究发现,参与乙醇发酵的酶发挥催化作用需要小分子和离子辅助。某研究小组为验证上述结论,利用下列材料和试剂进行了实验。材料和试剂:酵母菌、酵母汁、A溶液(含有酵母汁中的各类生物大分子)、B溶液(含有酵母汁中的各类小分子和离子)、葡萄糖溶液、无菌水。实验共分6组,其中4组的实验处理和结果如表。回答下列问题:(1)除表中4组外,其他2组的实验处理分别是:　　　　　　　　;　　　　　　　。本实验中,这些起辅助作用的小分子和离子存在于酵母菌、　　　　　　　　中。
(2)若为了确定B溶液中是否含有多肽,可用　　　　试剂来检测。若为了研究B溶液中离子M对乙醇发酵是否是必需的,可增加一组实验,该组的处理是　　　　　　　　　　　　　　　　。(3)制备无细胞的酵母汁,酵母菌细胞破碎处理时需加入缓冲液,缓冲液的作用是 ,以确保酶的活性。(4)如何检测酵母汁中是否含有活细胞?(写出2项原理不同的方法及相应原理)
3.【参考答案】　(1)葡萄糖溶液+酵母汁　葡萄糖溶液+A溶液+B溶液　酵母汁和B溶液　(2)双缩脲　葡萄糖溶液+A溶液+去除了离子M的B溶液　(3)保护酶分子空间结构和提供酶促反应的适宜pH　(4)染色后镜检,原理是细胞膜具有选择透性;酵母汁接种培养观察,原理是酵母菌可以繁殖。【解题思路】　(1)该实验的目的为验证无细胞的酵母汁可以进行乙醇发酵以及参与乙醇发酵的酶发挥催化作用需要小分子和离子辅助,因此实验组别的设置为:葡萄糖溶液+酵母菌、葡萄糖溶液+酵母汁、葡萄糖溶液+A溶液、葡萄糖溶液+B溶液、葡萄糖溶液+A溶液+B溶液、葡萄糖溶液+无菌水。本实验中,起辅助作用的小分子和离子存在于酵母菌、酵母汁和B溶液中。(2)可用双缩脲试剂检测多肽。若为了研究B溶液中离子M对乙醇发酵是否是必需的,则需增加没有离子M的一组实验,其处理是葡萄糖溶液+A溶液+去除了离子M的B溶液。(3)制备无细胞的酵母汁时,需要对酵母菌细胞进行破碎处理,细胞破碎后原有的pH等条件会改变,为了保护酶分子空间结构和提供酶促反应的适宜pH,破碎处理时需加入缓冲液。(4)检测活细胞可以使用染色后镜检的方法,原理是细胞膜具有选择透性,也可以使用酵母汁接种培养观察的方法,原理是酵母菌可以繁殖。
4 果蝇有4对染色体(Ⅰ~IV号,其中Ⅰ号为性染色体)。灰体、长翅、刚毛为显性性状,从野生型群体中分别得到了甲、乙、丙三种单基因隐性突变的纯合果蝇(特点如表所示)。某小组用果蝇进行杂交实验,探究性状的遗传规律。回答下列问题:(1)果蝇是遗传学研究的理想实验材料,因为它具有　　　　(至少答出两点)等特点。(2)用乙果蝇与丙果蝇杂交,F1的表型是　　　　;若只考虑体色和翅型基因,F1雌、雄果蝇交配,得到的F2　　　　(填“符合”或“不符合”)9∶3∶3∶1的表型分离比,其原因是 。(3)有人提出控制刚毛/截毛的基因位于X染色体上(不考虑同源区段)。现有若干甲、乙、丙雌雄果蝇,请用一代杂交实验来证明上述结论,要求写出该验证实验的设计思路,并预测实验结果。实验思路: 。预测实验结果: 。
4.【参考答案】　(1)易饲养、繁殖快、世代周期短、相对性状明显、染色体数目少、子代数量多　(2)灰体长翅刚毛　不符合　控制灰体/黑体、长翅/残翅的基因都位于Ⅱ号染色体上　(3)用若干雌性甲果蝇与雄性乙(或丙)果蝇交配,观察子代果蝇刚毛/截毛的性状　子代雌果蝇均为刚毛,雄果蝇均为截毛
【解题思路】　 (1)果蝇具有易饲养、繁殖快、世代周期短、相对性状明显、染色体数目少、子代数量多等特点,是遗传学研究的理想实验材料。(2)据题意可知,截毛、黑体、残翅为隐性性状。据表格信息可知,控制体色和翅型的基因都在Ⅱ号染色体上,不遵循自由组合定律。设相关基因用A/a(灰体/黑体)、B/b(长翅/残翅)、D/d(刚毛/截毛)表示。仅考虑体色与翅型时,乙(黑体长翅)基因型为aaBB、丙(灰体残翅)基因型为AAbb,用乙果蝇与丙果蝇杂交,F1的基因型为AaBb,表型是灰体长翅;据题意可知,乙、丙均为刚毛的纯合子,故乙、丙杂交,F1均为刚毛纯合子。综上所述,F1表型为灰体长翅刚毛。据表格信息可知,由于控制体色(A/a)和翅型(B/b)的基因都在Ⅱ号染色体上,不遵循自由组合定律。故F1雌雄果蝇交配,得到的F2不符合9∶3∶3∶1的表型分离比。(3)若控制刚毛/截毛的基因位于X染色体上(不考虑同源区段),则截毛雌果蝇XdXd和刚毛雄果蝇XDY交配,子代基因型为XDXd、XdY,雌果蝇都为刚毛,雄果蝇都为截毛;若控制刚毛/截毛的基因位于常染色体上,则截毛雌果蝇dd和刚毛雄果蝇DD交配,子代基因型为Dd,雌雄果蝇均为刚毛。故若通过一代杂交实验来证明控制刚毛/截毛的基因位于X染色体上(不考虑同源区段),实验思路及预测的实验结果见答案。
5 欲验证胰岛素的生理作用,根据以下提供的实验材料与用具,提出实验思路,预测实验结果并进行分析。材料与用具:小鼠若干只,胰岛素溶液,葡萄糖溶液,生理盐水,注射器等。(要求与说明:血糖浓度的具体测定方法及过程不作要求,实验条件适宜)(1)实验思路:① 。(2)预测实验结果(设计一个坐标,用柱形图表示至少3次的检测结果): 。(3)分析与讨论:①正常人尿液中检测不到葡萄糖,其原因是　　　　　　　　　　　　　　。②当机体血糖水平升高时,胰岛中的内分泌细胞及其分泌的激素变化是　　　　　　　　　　　　　　　　。此时,机体细胞一方面增加对葡萄糖的摄取、贮存和利用,另一方面　　　　　　　　　。
5.【参考答案】　(1)①分别测定每只小鼠的血糖浓度,并记录;②将小鼠分为A、B两组,A组注射胰岛素,B组注射生理盐水,每隔一段时间,分别测定两组小鼠的血糖浓度,并记录;③当出现低血糖症状后,A组注射葡萄糖溶液,B组注射生理盐水,每隔一段时间,分别测定两组小鼠的血糖浓度,并记录;④对每组所得数据进行统计分析。(2)如图
(3)①胰岛素促进肾小管对过滤液中葡萄糖的吸收　②胰岛B细胞分泌胰岛素增加,胰岛A细胞分泌胰高血糖素减少　抑制氨基酸等物质转化为葡萄糖【解题思路】　(1)本实验的目的是验证胰岛素的生理作用,所以实验的自变量是有无胰岛素,实验材料中有提供葡萄糖溶液,可将实验分两组,实验组用胰岛素处理,对照组用生理盐水处理,实验组出现低血糖症状后还需给实验组注射葡萄糖溶液,对照组注射生理盐水,反向验证胰岛素的作用。具体实验思路见参考答案。(2)注射胰岛素组的实验结果是血糖浓度下降,接着注射葡萄糖,血糖浓度又会上升;注射生理盐水组血糖浓度变化不大。注意本题要求画柱形图,图中需有图注,横坐标需标注两次注射。(3)①正常人体内的胰岛素可以促进肾小管对过滤液中葡萄糖的吸收,故在尿液中检测不到葡萄糖。②当机体血糖水平升高时会引起胰岛B细胞分泌胰岛素增加,胰岛A细胞分泌胰高血糖素减少。胰岛素具有促进对葡萄糖的摄取、贮存和利用以及抑制氨基酸等物质转化为葡萄糖的作用。
知识点102　探究性实验
1 研究人员以幼鼠作为实验对象,进行了有关探究实验,得到如表所示的结果。实验中雌激素和促性腺激素均使用同一种溶剂溶解后注射,并且每组实验幼鼠使用的溶剂量相同。下列相关叙述正确的是A.是否注射激素和是否切除垂体均为自变量B.该实验证明雌激素可促进卵巢和子宫发育C.丙组与戊组对照,说明促性腺激素能够直接促进卵巢和子宫的发育D.该实验证明雌激素的分泌受到促性腺激素的促进作用
1.A　从表中信息可知,该实验的自变量包括是否注射激素、激素的种类和是否切除垂体,A正确;丁组与丙组对照,说明雌激素并不能促进卵巢的发育,可以促进子宫的发育,B错误;与丙组相比,戊组卵巢和子宫重量都增加了,说明促性腺激素促进了二者发育, 但不确定是直接还是间接调控的, C错误;该实验并没有证明雌激素的分泌受到促性腺激素的促进作用,D错误。
实验设计注意事项(1)动物分组的基本要求:选择性别、年龄相同,体重、生理状况相似的动物进行平均分组,且每组不能只有一只。(2)在研究动物激素生理功能的实验设计中,要注意设计对照实验,排除无关变量的影响,使实验结论更加科学。(3)针对不同的激素或腺体选择不同的实验方法①切除法:适用于个体较大的动物。②饲喂法:适用于甲状腺激素、性激素等激素,多肽和蛋白质类激素不能采用饲喂法。③注射法:适用于各种激素。
2 秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(如图)。下列叙述正确的是A.培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成B.乙瓶的溶液由蓝色变成红色,表明酵母菌已产生了CO2C.可以用产物中是否含有CO2来判断酵母菌的呼吸方式D.实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
2.D　培养开始时,培养瓶中含有氧气,酵母菌进行有氧呼吸,故不能在开始时加入重铬酸钾检测乙醇的生成,A错误; CO2可以使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄,B错误;由于酵母菌无氧呼吸和有氧呼吸都能产生CO2,因此不能用产物中是否含有CO2来判断酵母菌的呼吸方式,C错误;因为底物的量是一定的,因此增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量,D正确。
3 燕麦麸中富含的β-葡聚糖是人体所需的一种重要膳食纤维,具有降低胆固醇、调节免疫等多种功能。为实现燕麦资源的高值化利用,研究人员采用耐热α-淀粉酶处理燕麦麸来提取β-葡聚糖,现欲探究提取β-葡聚糖的最适条件,测定了在不同条件下的β-葡聚糖的提取率(如图所示)。回答下列问题:(1)据图分析,影响燕麦麸中β-葡聚糖提取的因素有料液比、　　　　、水溶加热时间和水溶温度等,结合上述信息,推测温度影响β-葡聚糖提取率的原因最可能是 。(2)若采用耐热α-淀粉酶从燕麦麸中提取β-葡聚糖,所需的最优条件组合为 。(3)研究人员欲在上述实验的基础上,设计实验探究耐热α-淀粉酶的最适pH,请写出实验思路: 。最适pH确定方法: 。
3.【参考答案】　(1)淀粉酶添加量　温度会影响淀粉酶活性,从而影响燕麦麸中的淀粉水解速率,进而影响β-葡聚糖的提取率　(2)料液比为1∶10、水溶温度为75 ℃、水溶加热4 h和淀粉酶添加量为1.5%　(3)设置一系列pH梯度的缓冲(溶)液,在料液比为1∶10、水溶温度为75 ℃、淀粉酶添加量为1.5%的条件下,水溶加热4 h,检测各组β-葡聚糖的提取率　以测得的β-葡聚糖提取率最大值所对应的pH为基准,在其附近缩小pH梯度再进行实验,直至出现提取率最大峰值,此时的pH即为最适pH
【解题思路】　(1)图中显示,4个曲线图的横坐标依次为料液比、水溶温度、水溶加热时间和淀粉酶添加量,这4个因素对燕麦麸中β-葡聚糖的提取率都有影响;其中温度会影响淀粉酶活性,从而影响燕麦麸中的淀粉水解速率,进而影响β-葡聚糖的提取率。(2)从4个曲线图变化来看,每条曲线都有峰值,峰值所对应的条件即为最优条件,则在料液比为1∶10、水溶温度为75 ℃、水溶加热4 h和淀粉酶添加量为1.5%条件下的β-葡聚糖提取率最高。(3)研究人员要在上述实验基础上,探究耐热α-淀粉酶的最适pH,需要设置一系列pH梯度的缓冲(溶)液,在料液比为1∶10、水溶温度为75 ℃和淀粉酶添加量为1.5%的条件下,水溶加热4 h,检测各组的β-葡聚糖的提取率。以测得的β-葡聚糖提取率最大值所对应的pH为基准,在其附近缩小pH梯度再进行实验,直到出现提取率最大峰值,此时的pH即为最适pH。
4甲状腺激素(TH)在人及动物生命活动中有重要功能,其合成与分泌有复杂的调节机制。据图回答下列问题:(1)垂体分泌TSH后通过　　　　运输并作用于甲状腺。据图分析,除TSH外直接作用于甲状腺的信号分子或物质还有　 。(2)在应急情况下,动物体“垂体→TSH→甲状腺→TH”的路径受到抑制,其机理为 ;此时,动物体通过交感神经调控TH分泌能确保应急情况下 。(3)为探究寒冷刺激下动物体TH分泌是否受交感神经调控,现以健康小鼠为材料,以血液中TH含量为检测指标设计实验,则实验的设计思路为 。
4.【参考答案】　(1)体液　神经递质和I-　(2)应急情况下机体分泌GHRIH,进而抑制垂体分泌TSH,甲状腺分泌TH也受到抑制　对高水平TH的快速需求　(3)低温下检测健康小鼠血液中TH含量,而后去除(切断)小鼠支配甲状腺的交感神经,在低温下再次检测小鼠血液中TH含量,统计、比较手术前后小鼠血液中TH含量【解题思路】　(1)垂体分泌TSH后通过体液运输到全身各处,并作用于甲状腺。据图分析,除TSH直接作用于甲状腺外,应急时神经调节中产生的神经递质可以作用于甲状腺,I-也可以通过自身调节作用于甲状腺。(2)由图可知,应急情况下机体分泌GHRIH,进而抑制垂体分泌TSH,甲状腺分泌TH也受到抑制;此时,动物体通过交感神经调控甲状腺分泌TH,这样能确保在应急情况下对高水平TH的快速需求。(3)本实验目的是探究寒冷刺激下动物体TH分泌是否受交感神经调控,自变量为是否有交感神经,因变量为血液中TH含量。实验思路:先在低温下检测健康小鼠血液中TH含量,而后去除(切断)小鼠支配甲状腺的交感神经,在低温下再次检测小鼠血液中TH含量,统计、比较手术前后小鼠血液中TH含量。
5 鸡羽毛的芦花和非芦花是一对相对性状,受位于Z染色体上的等位基因(B/b)控制,其中芦花对非芦花为显性。回答下列问题:(1)根据题干信息设计实验,通过观察羽毛的特征区分雏鸡的性别。要求在相应图框中用遗传图解画出实验方案及结果。(2)某鸡场中出现了一种隐性遗传病(由a基因控制),严重影响了鸡的生长速度。①该致病基因产生的根本原因是　　　　。②两对基因均杂合的芦花雄鸡的两对基因在染色体上的位置关系有以下三种可能,请参照图一、图二的形式在图三相应位置绘出第三种可能。
③某实验小组为确定该芦花雄鸡的基因在染色体上的位置如上述哪个图所示,设计了如下实验方案:让该雄鸡与　　　　雌鸡杂交,观察子一代的性状及比例(不考虑致死,不考虑基因突变与交叉互换,要求写出表型及比例)。预期结果:若　　　　　　　　　　　　　　　　　,则基因在染色体上的位置如图一所示;若　　　　　　　　　　　　　　　　　,则基因在染色体上的位置如图二所示;若　　　　　　　　　　　　　　　　　,则基因在染色体上的位置如图三所示。
5.【参考答案】　(1)如图(2)基因突变　多只非芦花患病　芦花正常雄鸡∶芦花正常雌鸡∶非芦花患病雄鸡∶非芦花患病雌鸡=1∶1∶1∶1　芦花患病雄鸡∶芦花患病雌鸡∶非芦花正常雄鸡∶非芦花正常雌鸡=1∶1∶1∶1　芦花正常雄鸡∶芦花正常雌鸡∶非芦花正常雄鸡∶非芦花正常雌鸡∶芦花患病雄鸡∶芦花患病雌鸡∶非芦花患病雄鸡∶非芦花患病雌鸡=1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1
【解题思路】 (1)根据题干分析,鸡羽毛的芦花(B)对非芦花(b)为显性,相关基因位于Z染色体上,则雄鸡的基因型有ZBZB、ZBZb、ZbZb,雌鸡的基因型有ZBW、ZbW。要根据羽毛的特征区分雏鸡的性别,必须保证雄鸡只能产生一种配子、雌鸡产生两种配子,且雌鸡与雄鸡的羽毛表现不同,故亲本基因型组合为ZbW×ZBZB或ZBW×ZbZb。通过分析,第二种情况ZBW×ZbZb符合要求,实验设计为芦花雌鸡(ZBW)×非芦花雄鸡(ZbZb)→F1:非芦花雌鸡(ZbW)∶芦花雄鸡(ZBZb)=1∶1。(2)①致病基因与正常基因互为等位基因,等位基因产生的根本原因是基因突变。②根据题干分析,图一、图二为两对基因连锁的两种情况,则第三种情况应为两对基因位于非同源染色体上,即B/b基因位于Z染色体上,A/a基因位于常染色体上,据此可画出第三种基因在染色体上的位置情况。③让该两对基因均杂合的雄鸡与多只非芦花患病雌鸡杂交可增加子代数量,通过统计分析子代表型及比例,可判断该雄鸡的基因在染色体上的位置如图几所示。探究性实验分析时应根据不同结论推出相应结果,具体分析如下:若基因在染色体上的位置如图一所示,则雌、雄鸡的基因型分别为ZabW、ZABZab,产生的雌配子为1/2 Zab、1/2 W,雄配子为1/2 ZAB、1/2 Zab。