2024年高考生物大一轮必修1复习讲义：：微专题2 实验专题讲座

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 【知识必备】一、实验设计遵循的原则(2)单一变量原则和等量原则(4)对照原则(为使实验结果有可信度，需设置对照组)二、实验设计中的变量分析自变量的处理方法(1)“加”或“减”：例如验证甲状腺激素的生理作用——“加”即口服或注射该激素；“减”即手术切除甲状腺法。(2)“换”例如探究温度对酶活性的影响实验，对自变量温度无法“加”或“减”，就用“换”的方法。　　　[例1] (2023·安徽江淮十校联考)下列关于酶特性实验设计的叙述中，正确的是(　　)A.验证酶的专一性时，自变量一定是酶的种类B.验证酶的高效性时，自变量是酶的浓度C.探究温度对酶活性影响时，自变量是温度D.探究酶催化作用的最适pH时，应设置过酸、过碱、中性三组答案　C解析　验证酶的专一性时，自变量可以是酶的种类，也可以是底物的种类，A错误；验证酶的高效性时，自变量是催化剂的种类，B错误；探究温度对酶活性影响时，自变量是温度，C正确；探究酶催化最适pH时，过酸、过碱会使酶变性失活，使结果不精确，应设置酸性、中性、碱性多组不同pH的实验组，使实验尽可能精确，D错误。三、实验设计的基本程序实验设计程序：明确实验目的→选择实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果→得出实验结论。1.实验目的(1)验证性实验：寻找题干信息，一般写有“验证……”，即为该实验的实验目的。(2)探究性实验：首先分析实验的自变量和因变量。此类实验的实验目的一般书写为“探究自变量对因变量的影响”“探究自变量与因变量的关系”“探究自变量的作用”等等。[例2] (2023·焦作市调研，节选)某生物兴趣小组以鱼腥藻为实验材料，利用如图所示装置，将光源分别置于距烧杯15 cm、25 cm、35 cm、45 cm处，观察每分钟产生的气泡数。请回答下列问题：图示实验的实验目的是________________________________________________。答案　探究光照强度对光合速率的影响。2.实验原理实验原理的确认与书写：实验原理就是进行实验的理论依据，书写基本套路概括为“已知条件找变量→根据目的提结论→依据材料判结果→结论结果巧联系→组织语言写原理”。[例3] (2017·全国卷Ⅰ，29改编)某科研机构发现了一种新型病毒，并对该病毒的遗传物质进行研究。请回答下列问题。(1)可用化学分析的方法对该病毒的遗传物质种类进行研究，原理是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)可以用同位素标记法研究该病毒遗传物质种类，将宿主细胞放在含某种有放射性标记的核苷酸的培养基中培养，再用该病毒侵染被标记的宿主细胞，一段时间后收集子代病毒并检测其放射性。培养基中的各种核苷酸________(填“是”或“不是”)都需要标记，理由是_________________________________________________________________。答案　(1)DNA含有的五碳糖是脱氧核糖且含碱基T，RNA含有的五碳糖是核糖且含碱基U，可以通过化学分析的方法，分析这种新型病毒遗传物质中五碳糖或含氮碱基的种类，据此判断该病毒的遗传物质是DNA还是RNA(2)不是　若对各种核苷酸都进行放射性标记，则无论该新型病毒是DNA病毒还是RNA病毒，在子代病毒中均能检测到放射性解析　本实验的目的是探究该新型病毒遗传物质的种类。(1)病毒只有一种核酸，DNA或者RNA，二者在化学组成上的不同是DNA含有的五碳糖是脱氧核糖，RNA含有的五碳糖是核糖；DNA特有的碱基是T，RNA特有的碱基是U，因此，可以通过化学分析的方法，分析这种新型病毒的五碳糖或含氮碱基的种类，从而判断该病毒的遗传物质是DNA还是RNA。(2)核苷酸包括两类，一类是脱氧核糖核苷酸，另一类是核糖核苷酸，培养基中，只需将脱氧核糖核苷酸或者核糖核苷酸进行放射性标记，如果都进行放射性标记，那么无论新型病毒的遗传物质是DNA还是RNA，收集到的子代病毒中均能检测到放射性，无法得出实验结论。3.实验假设假设是指用来说明某种现象，但未经证实的论题，是对课题涉及的主要变量之间相互关系的设想，是研究者对研究结果预先赋予的答案，是一种可能的解释和说明。提出的假设可能正确，也可能错误，但必须能解释题目现象或与题干相符，一般情况下，若是实验中要求写出你的假设，我们应根据自己平常积累的知识，写出认为最可能的一种假设即可。[例4] 某校生物实验小组要对“动物细胞是否也能通过渗透作用吸水和失水”进行实验探究，假如你是其中的一员，请分析回答下列问题：(1)实验假设是____________________________________________________。(2)请你说出作出该假设的依据：__________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)动物细胞能通过渗透作用吸水或失水　(2)动物细胞具有发生渗透作用的条件(或细胞膜有选择透过性，当细胞与外界溶液接触时，膜两侧具有浓度差)4.实验思路思路是“想法”，是较为粗线条的思考过程，其要求“言简意赅”。比如：用某种方法处理某种材料，观察其对某方面的影响效果。一般须体现“对照思想”，显示自变量和因变量，对无关变量表述时，应注意体现“相同且适宜”。[例5] (2019·全国卷Ⅰ，29节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。答案　实验思路：取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述经干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理作为实验组，另一组不做处理作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。解析　本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。5.实验步骤步骤是“做法”，是更为“细节化”的操作流程，其要求“精确细致”。必须体现“自变量”如何设置，“因变量”如何获得，“无关变量”如何保证相同且适宜。实验步骤设计的一般程序：四、实验方案评价与修订 [例6] (2023·江西临川一中调研)下表是某小组为探究“过氧化氢酶的活性是否受pH的影响”而设计的实验操作步骤(猪肝中含有过氧化氢酶)，请回答下列问题：操作步骤操作方法试管甲试管乙1加体积分数为3%的H2O2溶液2 mL2 mL2加质量分数为5%的盐酸溶液1 mL/3加质量分数为5%的氢氧化钠溶液/1 mL4加质量分数为20%的猪肝研磨液2滴2滴5观察相同时间内试管中产生的气泡数量  (1)上述操作步骤中存在明显的缺陷，请写出改进方案：①________________________________________________________________，②________________________________________________________________。(2)在完成改进方案后，若实验结果为___________________________________________________________________________________________________，则说明过氧化氢酶的活性受pH的影响。(3)如果本实验用出现—定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性，那么所需的时间越长，酶的活性越_____________________________________________。(4)如果将本实验的自变量换成温度来探究“过氧化氢酶的活性是否受温度的影响”，你认为是否合适？________________，原因是________________________________________________________________________________________。答案　(1)①操作步骤1、4互换　②增加丙试管，在加入盐酸或氢氧化钠的步骤中换为加入1 mL蒸馏水，其他步骤与修正后的步骤相同　(2)甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生大量的气泡　(3)低(或弱)　(4)不合适　过氧化氢会随温度升高分解速度加快，从而对实验结果造成干扰解析　由本实验的目的可知，本实验的自变量为不同的pH，因变量是过氧化氢的分解速率。(1)本实验应该有蒸馏水对照、过酸、过碱这三组，并且应该是自变量处理在前。(2)在完成改进方案后，若甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生大量的气泡，则说明过氧化氢酶的活性受pH的影响；若甲、乙、丙3支试管中产生的气泡的情况基本一样，则说明过氧化氢酶的活性不受pH的影响。(3)如果本实验用出现一定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性，那么所需的时间越长，酶的活性越低。(4)过氧化氢会随温度升高分解速度加快，从而对实验结果造成干扰，故不能用过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响。【精准训练】1.(2023·广东茂名调研)生物实验中常需要设置对照，以下对照设置正确的是(　　)A.研究细胞核功能的实验中，将蝾螈受精卵横缢成有核和无核两部分B.验证酶的高效性实验中，设置肝脏研磨液和清水的对照实验C.植物细胞质壁分离实验中，需撕取两片紫色洋葱鳞片叶表皮设置对照D.T2噬菌体侵染细菌实验中，用35S、32P标记同一噬菌体的蛋白质和DNA答案　A解析　验证酶的高效性实验中，设置肝脏研磨液和无机催化剂的对照实验，B错误；植物细胞质壁分离实验中遵循的是前后自身对照，不需要单独设对照组，C错误；T2噬菌体侵染细菌实验中，不能用35S和32P标记同一噬菌体的蛋白质和DNA，应分别标记，D错误。2.(2023·厦门外国语学校质检)为探究“影响胶原蛋白酶活性的因素”，某生物兴趣小组设计了一个实验方案，如表所示。回答下列问题：试管底物和试剂实验条件1蛋白质X＋4 mL蒸馏水37 ℃水浴；pH＝72蛋白质X＋4 mL胶原蛋白酶37 ℃水浴；pH＝73蛋白质X＋4 mL胶原蛋白酶①；pH＝34蛋白质X＋4 mL胶原蛋白酶0 ℃水浴；pH＝②(1)实验方案中①②处分别为________________、________________。(2)本实验的自变量是________________，无关变量有__________________________________________________________________________________________________________________________________________(至少答出两点)。(3)用双缩脲试剂检测上述4组实验后的溶液，溶液呈现紫色的试管有________。(4)为便于观察记录实验现象，需对蛋白质X进行特殊处理，使其__________________________________________________________________，实验就可以通过观察________________________________推断酶活性的大小。答案　(1)37 ℃水浴　7　(2)温度和pH　胶原蛋白酶的用量或浓度、蛋白质X的用量、保温时间(答出任意两点即可)　(3)1、2、3、4　(4)凝固成块状(答出“呈现块状”即可)　单位时间或相同时间内蛋白块大小的变化情况(或记录蛋白块消失所需的时间，必须有“时间”这一关键词)3.(2023·哈师大附中调研)普通淀粉酶的最适温度在40～60 ℃之间，而极端耐热淀粉酶在100 ℃仍能保持较高的活性，因此在生产上具有更为广泛的应用前景。请回答有关问题：(1)要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与______混合，若反应液呈________色，则该酶的化学本质为蛋白质。(2)测定淀粉酶活性时，应选择________作为该酶作用的底物，反应液中应加入________溶液以维持其酸碱度稳定。(3)设计实验探究极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。①此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑_____________________________(答出两点即可)等因素。②结合题目信息，简要写出探究该酶催化作用最适温度的实验思路：_________________________________________________________________。答案　(1)双缩脲试剂　紫　(2)淀粉　(酸碱)缓冲　(3)①淀粉溶液的浓度和含量，pH及添加试剂的量、实验操作顺序　②在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致，以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度解析　大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶的化学本质是RNA，要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与双缩脲试剂混合，若反应液呈紫色，则该酶的化学本质为蛋白质。4.(2023·山西师大附中质检)“多酶片”是经特殊工艺制成的双层药片，内层是肠溶衣(不易溶于胃液，可溶于肠液)包裹的胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶，外层是糖衣(可溶于胃液)包裹的胃蛋白酶。某同学为了验证多酶片中胃蛋白酶的作用，设计了以下实验。实验材料：多酶片，蛋白块，pH＝1.5的缓冲溶液，pH＝8.5的缓冲溶液，蒸馏水，恒温水浴箱，试管，烧杯等。(1)实验步骤①制备胃蛋白酶溶液：取多酶片放入盛有pH为________的缓冲溶液的烧杯中，几分钟后糖衣溶解，取上层溶液备用；②取试管A加入适量________溶液，试管B加入等量pH＝1.5的缓冲溶液作为对照；③分别加入大小相同的蛋白块，在37 ℃恒温水浴箱中保温30分钟。(2)预测结果和结论预测结果：________________，B试管蛋白块基本不变。结论：多酶片中胃蛋白酶可以催化蛋白质的水解。(3)分析、讨论多酶片可用于治疗消化不良。为充分发挥多酶片的作用，使用时应________(填“整片吞服”或“嚼碎服用”)。答案　(1)①1.5　②步骤①中的上层(胃蛋白酶)(2)A试管的蛋白块体积比B试管的小(或A试管的蛋白块体积变小/消失)　(3)整片吞服解析　(1)多酶片外层糖衣可溶于胃液，故选用pH为1.5的缓冲液。验证酶的作用，自变量是酶的有无，实验组应加入步骤①中的上层溶液。(2)因变量的检测指标是蛋白块被分解的情况，A试管中的胃蛋白酶将蛋白块分解，蛋白块变小或消失。(3)嚼碎多酶片，很多酶与胃液接触后失活，故需要整片吞服，使得酶在合适的环境中被释放出来发挥作用。5.(2023·江西赣州十五县市期中)蜂蜜中富含维生素、氨基酸与蛋白质、果糖与葡萄糖等营养物质。蜂蜜中淀粉酶活性是衡量蜂蜜品质的重要指标，蜂蜜在加工过程中，酶活性常常发生变化。科学家以新鲜椴树蜂蜜为实验材料，经过不同加工条件处理后，在相同条件下检测蜂蜜中的淀粉酶活性(淀粉酶活性以淀粉酶值表示，即1 g蜂蜜中的淀粉酶在一定条件下可催化1%淀粉溶液分解的量，单位：毫升)，结果如下表所示。请回答：                    加工温度     淀粉酶值加工时间30 ℃40 ℃50 ℃60 ℃70 ℃1 h10.910.910.98.38.32 h10.910.910.98.36.53 h10.98.36.55.05.0(1)淀粉酶的化学本质是________。淀粉酶只能催化淀粉水解，说明酶具有________。(2)本实验的名称是_________________________________________________。(3)实验结果表明，淀粉酶活性在____________条件下会下降。(4)在测定淀粉酶值时，将一定体积、加工后的蜂蜜与淀粉溶液及其他试剂混合，在适宜条件下反应一段时间后，观察淀粉的水解情况。有人怀疑“实验中淀粉的水解可能是由于淀粉溶液本身不稳定而自发水解，不一定与蜂蜜中的淀粉酶有关”。针对此怀疑，在测定淀粉酶值时，设计的对照组实验为_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)国家标准规定合格蜂蜜产品淀粉酶值应在8以上。根据上述实验结果，提出加工蜂蜜的一条具体建议是_____________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)蛋白质　专一性　(2)探究加工温度和加工时间对蜂蜜中淀粉酶活性(淀粉酶值)的影响　(3)加工温度较高、加工时间较长　(4)用等量的蒸馏水替换实验组中的蜂蜜，用相同的方法测定淀粉酶值　(5)30 ℃、40 ℃条件下加工不超过3小时，50 ℃、60 ℃条件下加工不超过2小时，70 ℃条件下加工不超过1小时(答出其一即可) 解析　(1)淀粉酶的化学本质是蛋白质，淀粉酶只能水解淀粉，说明酶具有专一性。(2)由表可知，该实验的自变量是加工温度和加工时间，所以本实验探究的是加工温度和加工时间对蜂蜜中淀粉酶活性(淀粉酶值)的影响。(3)由表可知，淀粉酶活性在加工温度较高、加工时间较长条件下会下降，即加工温度越高、加工时间越长，淀粉酶值越小，淀粉酶活性越低。(4)要验证该怀疑，可设计对照实验。对照实验的设计为用等量的蒸馏水替换反应体系中的蜂蜜，再用相同的方法测定淀粉酶值，排除淀粉自发水解对实验的影响。(5)国家标准规定合格的蜂蜜产品淀粉酶值应在8以上。根据表格实验结果，建议蜂蜜在30℃、40 ℃条件下加工不超过3小时，在50 ℃、60 ℃条件下加工不超过2小时，在70 ℃条件下加工不超过1小时。