2020新课标高考生物二轮教师用书：第1部分专题10　实验与探究

专题十 　 实验与探究构建知识体系·串联主干知识■核心要点清误····························································教材基础实验1．被苏丹Ⅲ染色后的花生子叶细胞中可观察到橘黄色颗粒。(√)2．以月季成熟的紫红色叶片为材料，用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水。(√)3．取成熟香蕉匀浆，用斐林试剂检测还原糖可产生特定颜色反应。(√)4．鉴定还原糖、蛋白质和DNA都需要进行水浴加热。(×)提示：鉴定蛋白质时不需进行水浴加热。5．用纸层析法分离色素时，若滤液细线画得过粗可能会导致色素带出现重叠。(√)6．利用吡罗红染液染色，可以鉴别小肠上皮细胞是否被轮状病毒(遗传物质为RNA)感染。(×)提示：小肠上皮细胞自身也会有RNA，因此不能鉴别是否被RNA病毒感染。7．定量分析是科学研究的重要方法。蛙卵能用血细胞计数板直接计数。(×)提示：蛙卵过大，且易聚集在一起，不能用血细胞计数板直接计数。8．利用双缩脲试剂检测生物组织中的蛋白质必须在碱性条件下进行。(√)实验探究与分析1．探究酵母菌种群数量变化，应设空白对照排除无关变量的干扰。(×)提示：此实验中形成前后对照，不需设置空白对照。2．探究温度对酶活性的影响时，将酶与底物溶液在室温下混合后于不同温度下保温。(×)提示：应先将酶与底物置于不同温度下保温，将同一温度下的酶后与底物溶液混合。3．探索2，4­D促进插条生根的最适浓度实验时，进行预实验的目的是减少实验误差，确定浓度范围。(×)提示：进行预实验是为了正式实验摸索浓度范围和条件，不是减少实验误差。4．检测酵母菌培养过程中是否产生CO2可判断其呼吸方式。(×)提示：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2。5．探究淀粉酶对淀粉的作用实验中加入斐林试剂并水浴加热后出现砖红色沉淀说明淀粉已被水解。(√)考点1　教材基础实验(对应学生用书第90页)■核心整合——知识内化　融会贯通··································1．列表比较六个显微观察类实验实验名称观察方式观察对象细胞的状态染色剂常用实验材料观察叶绿体原色观察叶绿体①活细胞无菠菜叶或藓类的叶观察植物细胞质壁分离与复原紫色大液泡　②活细胞紫色洋葱③鳞片叶外表皮细胞观察根尖分生组织细胞的有丝分裂染(或显)色观察染色体④死细胞⑤龙胆紫染液或醋酸洋红液洋葱根尖2.列表比较七种物质的鉴定或提取实验名称试剂颜色生物材料备注淀粉的鉴定①碘液蓝色脱色的叶片等若材料有颜色，需先脱色还原糖的鉴定斐林试剂②砖红色沉淀苹果或梨匀浆等现配现用、水浴加热脂肪的鉴定苏丹Ⅲ(或Ⅳ)染液橘黄(或红)色花生种子切片需用③高倍镜观察蛋白质的鉴定④双缩脲试剂紫色豆浆、稀蛋清等先加A液，后加B液，摇匀使用绿叶中色素的提取和分离　提取液：⑤无水乙醇；分离液：⑥层析液胡萝卜素：橙黄色；叶黄素：黄色；叶绿素a：蓝绿色；叶绿素b：黄绿色新鲜的绿叶(如菠菜叶)加入二氧化硅是为了研磨得更充分；加入碳酸钙可⑦防止在研磨中色素被破坏酒精的鉴定重铬酸钾溶液橙色→灰绿色酵母菌酸性条件CO2的鉴定　溴麝香草酚蓝水溶液⑧蓝→绿→黄酵母菌常温条件3.列表比较五个调查类实验调查类实验课题调查对象统计方法计算方法调查人群中的遗传病发病率人群汇总法发病率＝患病人类÷被调查人数×100%调查人群中的遗传病的遗传方式患者家系汇总法绘制图表或系谱图进行分析种群密度的取样调查①活动范围大的动物标志重捕法个体总数(N)＝初次捕获个体数(n)×再次捕获个体数(M)÷重捕的标记个体数(m)，以此来估计种群密度植物或活动能力弱的动物②样方法种群密度＝所有样方内个体总数÷样方的总面积调查当地农田生态系统中的能量流动情况农田生态系统汇总法能量传递效率＝第n＋1营养级同化的总能量÷第n营养级同化的总能量土壤中小动物类群丰富度的研究土壤中小动物③记名计算法或目测估计法丰富度＝样地中物种数目多少÷样地面积4.教材经典实验的选材与方法实验名称实验选材实验方法备注细胞膜成分及鉴定①人成熟的红细胞渗透法、离心法、酶解法等脂质溶剂和蛋白酶处理膜，分析成分光合作用的发现和O2的产生天竺葵叶②遮光法实验前进行饥饿处理小球藻同位素标记法用18O分别标记H2O和CO2DNA是遗传物质的证据两种肺炎双球菌体内转化法S型细菌中存在能使R型细菌转化成S型细菌的“转化因子”两种肺炎双球菌体外转化法DNA是遗传物质，蛋白质和多糖不是大肠杆菌和噬菌体③同位素标记法注意误差分析生长素的发现胚芽鞘对照法感受光刺激的部位是④胚芽鞘尖端，单侧光对植物向光生长产生某种“影响”胚芽鞘、琼脂　对照法尖端产生生长素，向下运输，促进尖端下部的生长■素养提升——规范表述　严谨准确··································1．某科研人员利用小球藻在水分、光照、温度等条件相同且适宜的情况下做了如图所示的实验。光照一段时间后，在绿藻合成的有机物中能否检测到18O? 理由是什么？提示：能。18O2经有氧呼吸产生的HO，用于有氧呼吸产生C18O2，C18O2用于光合作用可产生含18O的有机物。2．果蝇正常身和毛身为一对相对性状，为了判断这对相对性状的显隐性关系，某同学选取正常身果蝇与毛身果蝇进行正反交，观察F1的表现型。该杂交实验一定能判断其显隐性吗？试说明理由。提示：不一定。当显性亲本为杂合子时，后代的表现型为正常身和毛身，无法判断显隐性。3．若除酶外所有试剂均已保温，现进行酶活力的实验测定，尝试写出科学合理的实验步骤。(可用必要的文字和箭头表示)提示：加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测反应物的剩余量。■真题再做——思悟方法　体验感悟·································1．(2017·全国卷Ⅰ)下列关于细胞结构与成分的叙述，错误的是(　　)A．细胞膜的完整性可用台盼蓝染色法进行检测B．检测氨基酸的含量可用双缩脲试剂进行显色C．若要观察处于细胞分裂中期的染色体可用醋酸洋红液染色D．斐林试剂是含有Cu2＋的碱性溶液，可被葡萄糖还原成砖红色B　[双缩脲试剂的作用原理是Cu2＋在碱性条件下与肽键发生反应生成紫色络合物，因为氨基酸中没有肽键，故不会与双缩脲试剂发生反应，也就不能用双缩脲试剂检测氨基酸的含量。]2．(2018·江苏高考)如图为一种植物扦插枝条经不同浓度IAA浸泡30 min后的生根结果(新生根粗细相近)，对照组为不加IAA的清水。下列叙述正确的是(　　)A．对照组生根数量少是因为枝条中没有IAAB．四组实验中，300 mg/LIAA诱导茎细胞分化出根原基最有效C．100与300 mg/LIAA处理获得的根生物量相近D．本实验结果体现了IAA对根生长作用的两重性B　[对照组生根数量少是因为枝条中IAA较少，A错误；据图分析可知，四组实验中，300 mg/L的IAA浓度下平均生根数最多，说明该浓度下的IAA诱导茎细胞分化出根原基最有效，B正确；图中显示，100与300 mg/L处理获得的根的长度相近，但是数量不相等，因此两者获得的根的生物量不相等，C错误；与对照组相比，高浓度下没有体现抑制生根数和根长的现象，因此不能体现出IAA对根生长作用的两重性，D错误。]3．(2014·全国卷Ⅰ)下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是(　　)A．与白色花瓣相比，采用红色花瓣有利于实验现象的观察B．用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察C．用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同D．紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素，有利于实验现象的观察B　[黑藻叶片中的叶绿体显绿色，液泡中细胞液的颜色接近无色，两者之间有颜色差异，因此叶绿体的存在不会干扰实验现象的观察，B项错误。]■考向专练——题点研练　触类旁通·································　教材基础实验的相关分析1．下列关于用显微镜观察细胞的实验的叙述，正确的是(　　)A．转换物镜时应该手握物镜小心缓慢转动B．以洋葱鳞片叶内表皮为材料不能观察到质壁分离C．苏丹Ⅲ染色后的花生子叶细胞中可观察到橘黄色颗粒D．在新鲜黑藻小叶装片中可进行叶绿体形态观察和计数C　[转换物镜时应直接转动转换器，不应手握物镜，A错误；把显微镜视野调至较暗时，可以用洋葱鳞片叶内表皮为材料观察质壁分离，B错误；苏丹Ⅲ染色后的花生子叶细胞中可观察到橘黄色脂肪颗粒，C正确；在新鲜黑藻小叶装片中可观察细胞中叶绿体的形态和分布，D错误。]2．(2019·道里区校级三模)下列有关各个实验的叙述中，正确的是(　　)A．绿叶中色素的提取和分离：在漏斗中放入干燥的定性滤纸过滤研磨液B．低温诱导植物染色体数目的变化：用卡诺氏液处理洋葱根尖成熟区以固定细胞C．观察植物细胞质壁分离：可选用藓类小叶为实验材料D．探究2，4­D促进插条生根的最适浓度：进行预实验能够减少实验误差C　[漏斗底部放少许棉花或尼龙纱布用以过滤研磨液，不可以使用干燥的滤纸过滤研磨液，A错误；把根尖分生区放在卡诺氏液中浸泡，以固定细胞的形态，B错误；“观察植物细胞质壁分离”的实验中，可取藓类的小叶为实验材料直接制片，C正确；探究促进生根的最适NAA浓度需要做预实验，其目的是缩小浓度范围，减少浪费，D错误。]3．高中生物学实验常需测量和计数，下列操作可能导致实验结果估测值偏小的是(　　)A．对研磨后的苹果匀浆进行过滤检测可溶性还原糖含量B．在蒲公英生长密集处取样调查其在样地中的种群密度C．被标记鲤鱼投放入池塘后立即重捕并计算鲤鱼的数量D．从静止的上清液处取样估测培养液中草履虫种群数量C　[对研磨后的苹果匀浆进行过滤检测可溶性还原糖含量，需经过过滤除去组织细胞残渣，为正确操作，不会导致估测值偏小，A不符合题意；调查蒲公英所在样地中的种群密度时应随机取样，若在密集处取样，会导致估测值偏大，B不符合题意；被标记鲤鱼投放入池塘后立即重捕，可能会导致重捕个体中标记个体数偏大，导致实验结果估测值偏小，C符合题意；草履虫为好氧型动物，在静止的上清液处草履虫数量多，估测值会偏大，D不符合题意。]　教材实验操作技能迁移1．物质鉴定类。利用化学试剂与相关物质产生特定颜色反应，进行物质检测时，如实验材料本身具有其他颜色，在检测前首先要进行脱色处理。2．显微观察类实验要先制片，不同材料用不同的制片方法。主要有装片法(把整个实验材料制成装片，如用葫芦藓观察叶绿体)、切片法(把材料切成薄片，以便观察，如脂肪的鉴定)和压片法(把材料压成一层薄片，以便观察，如观察根尖细胞的有丝分裂)三种。3．以成熟的植物细胞为材料，利用质壁分离也可以鉴定细胞死活。4．用物理或化学试剂诱变时，处理的材料应该是具有分裂能力的组织或细胞；观察染色体变异时，一定要选择正处于分裂期的细胞进行观察。5．进行调查研究时，所选择的样本要具有代表性，且要满足样本数量足够多的条件，以减小误差。6．利用同位素标记法进行的实验有：分泌蛋白的合成、加工与分泌、探究光合作用产物中O2的来源及CO2的去路，证明DNA进行半保留复制、噬菌体侵染细菌的实验。7．DNA半保留复制的提出验证，运用了“假说—演绎法”。　教材经典实验的分析1．以下关于生物学的研究方法错误的是(　　)A．无关变量是可对实验结果造成影响的可变因素B．沃森和克里克构建的DNA双螺旋结构属于物理模型C．将完整细胞放入离心管中，利用不同的离心速度能将各种细胞器分离开D．膜成分和结构的初步阐明是先提出假设，后通过观察和实验进一步验证和完善的过程C　[应该将破碎的细胞放入离心管，通过差速离心法分离各种细胞器，C错误。]2．(2019·厦门市高三期中)以下关于科学史实验的说法，错误的是(　　)A．植物学家萨克斯的实验成功证明了光合作用的产物中有淀粉B．仅用32P标记的噬菌体侵染细菌的实验，就可以证明DNA是噬菌体的遗传物质C．用S型肺炎双球菌的DNA处理R型活细菌，只有少数R型细菌转化为S型菌D．温特的实验证明胚芽鞘的弯曲生长是由一种化学物质引起的B　[仅用32P标记噬菌体侵染细菌的实验，不能证明DNA是噬菌体的遗传物质，还需设计用35S标记噬菌体侵染细菌的实验作为对照，B错误。]考点2　科学探究实验(对应学生用书第92页)■核心整合——知识内化　融会贯通··································1．实验中的变量(1)自变量、因变量、无关变量(2)实验中的变量分析实验名称自变量因变量无关变量探究温度对淀粉酶活性的影响不同温度(至少三种)酶的活性(加碘液后溶液颜色的变化)pH、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等探究pH对过氧化氢酶活性的影响不同pH(至少三种)酶的活性(气泡的数量或带火星的卫生香燃烧的猛烈程度)温度、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等探究酵母菌的呼吸方式氧的有无CO2生成量(澄清石灰水的混浊程度)；酒精产生与否(用酸性条件下的重铬酸钾检测)葡萄糖溶液、石灰水的量、温度、pH、锥形瓶的洁净程度等探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度不同浓度的生长素类似物扦插枝条的生根数量或根长度实验材料的一致性、生长素类似物浓度的准确性、处理时间的一致性等探究培养液中酵母菌数量的动态变化时间酵母菌种群数量培养液的成分、培养条件、空间等2.实验设计的基本原则(1)科学性原则。(2)对照原则。(3)平行重复原则。3．实验变量控制原则(1)自变量的控制原则——单一变量原则。(2)无关变量控制原则——等量性原则。(3)因变量的控制原则——可观测性原则。如图表示抑制酶活性的两个模型，模型A中的抑制剂与底物竞争酶的活性位点结合，从而降低酶对底物的催化效应；模型B中的抑制剂与酶活性位点以外的其他点结合，能改变酶的构型，使酶不能与底物结合，从而使酶失活。研究发现某氨基酸能降低酶G的活性。请设计实验探究氨基酸降低酶G的作用方式属于模型A还是模型B，简要写出实验思路。提示：在酶G量一定且底物浓度合适并使酶活性充分发挥的反应体系中加入某氨基酸，同时不断提高底物浓度，观察酶促反应速率变化。■真题再做——思悟方法　体验感悟·································(2018·全国卷Ⅰ)已知药物X对细胞增殖有促进作用，药物D可抑制药物X的作用。某同学将同一瓶小鼠皮肤细胞平均分为甲、乙、丙三组，分别置于培养液中培养，培养过程中进行不同的处理(其中甲组未加药物)，每隔一段时间测定各组细胞数，结果如图所示。据图分析，下列相关叙述不合理的是(　　)A．乙组加入了药物X后再进行培养B．丙组先加入药物X，培养一段时间后加入药物D，继续培养C．乙组先加入药物D，培养一段时间后加入药物X，继续培养D．若药物X为蛋白质，则药物D可能改变了药物X的空间结构C　[根据图示，乙、丙两组的细胞增殖速度都大于甲组，且开始一段时间内乙、丙两组增殖速度相同，所以两组均为先加入药物X，而丙组培养一段时间后细胞增殖速度低于乙组，说明丙组培养一段时间后又加入了药物D；药物D可抑制药物X的作用，可能是药物D改变了药物X(蛋白质)的空间结构。综合上述分析，C项叙述不合理。]■考向专练——题点研练　触类旁通·································　考查实验思路及实验预期(2019·湖南省株洲市高三二模)某兴趣小组为探究不同温度对酶活性的影响(反应物充足)，甲、丁加入了1单位的淀粉酶，乙、丙加入了0.75个单位的淀粉酶，分别反应一段时间后测定淀粉的剩余量，实验结果如图所示。回答下列问题。(1)该实验的自变量是________。酶的活性可以用________表示。该种淀粉酶的最适温度是________组。(2)该实验的设计思路是_____________________________。解析：(1)该实验探究不同温度对酶活性的影响，因此该实验的自变量是温度。酶的活性指酶对化学反应的催化效率，因此酶的活性可用单位时间，单位酶量催化下反应物的消耗量或者产物的生成量表示。由图可知甲和乙最初的淀粉量相同，且低于丙组和丁组，乙组加入了0.75个单位的淀粉酶，但最终剩余的淀粉量与甲相同，且比丙组、丁组淀粉酶剩余量少，所用时间也更少，说明该种淀粉酶的最适温度是乙组。(2)为探究不同温度对酶活性的影响，可利用该实验中给定的不同温度下测定淀粉在一定时间、一定量的淀粉酶催化下的消耗量，通过计算结果反映酶的活性。答案：(1)温度和酶量　单位时间单位酶量催化下反应物的消耗量或者产物的生成量[(或者答单位时间单位酶量催化下反应速率或者用公式表示)]　乙(2)不同温度下测定淀粉在一定时间、一定量的淀粉酶催化下的消耗量，通过计算结果反映酶的活性(或者答不同温度，测定单位时间、单位淀粉量下淀粉的消耗量，通过计算结果反映出酶的活性)　实验思路不同于实验步骤。实验步骤是详细的可操作性较强的实验过程(填写实验步骤要求学生对实验的选材、分组、处理等均要写出具体要求及详细内容)，而实验思路不需要写出细致具体的可直接操作的步骤，只需要有一个大致的实验设计过程即可。实验思路一般用一句话表述为用某方法处理某材料，观察其对某方面的影响效果。描述实验思路的要点是答出自变量、因变量及实验对象，而不是具体可操作性的设计。在控制无关变量时，实验思路中只要提到“相同且适宜”即可，具体操作时不同的实验者可以采用不同的方法去控制。　考查实验步骤设计探究酵母菌细胞的呼吸方式。请完成如下相关实验及其分析。Ⅰ.材料用具(略)Ⅱ.实验步骤：(1)如图1，用注射器反复抽取空气后，夹上弹簧夹备用。(2)如图2，吸取25 mL酵母菌培养液，再吸入25 mL锥形瓶中的空气，夹上弹簧夹，编号A组。________________，夹上弹簧夹，编号B组。(3)将A、B两组装置置于35 ℃的环境中，观测注射器内气体体积的变化。一定的时间后，在A组气体体积变化前停止培养。(4)从A、B两组中各取2 mL酵母菌培养液，分别注入两支洁净的试管中，编号甲、乙。向两试管中分别滴加________0.5 mL溶液，并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察颜色变化：________________。然后再分别用溴麝香草酚蓝水溶液对两组注射器内气体进行检测，A、B组均由蓝变绿再变黄。Ⅲ.实验分析：(1)上述实验步骤(1)中反复抽取空气的目的是________________________________________。(2)上述实验步骤(3)中为何在A组气体体积变化前停止培养？________________________________________________________________________________________________________。Ⅳ.实验结论：酵母菌既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸。解析：Ⅱ.(2)实验设计遵循等量性原则和单一变量原则(本实验变量为有氧和无氧)，因此B组用另一注射器吸取25 mL酵母菌培养液。(4)生成物中有没有酒精可用酸性重铬酸钾来鉴定，甲组进行有氧呼吸，无酒精产生，遇酸性重铬酸钾不变色，因此甲组不变色。乙组进行无氧呼吸，有酒精产生，遇酸性重铬酸钾呈灰绿色，因此乙组变灰绿色。Ⅲ.(1)实验步骤(1)中反复抽取空气的目的是去除锥形瓶内空气中的CO2。(2)A组中含有空气，其中酵母菌进行的是有氧呼吸，反应前后气体体积不变，无氧呼吸会产生二氧化碳，气体体积会增加，因此实验步骤(3)中在A组气体体积变化前停止培养的目的是防止A组酵母菌进行无氧呼吸。答案：Ⅱ.(2)用另一注射器吸取25 mL酵母菌培养液　(4)酸性重铬酸钾　甲组不变色、乙组变灰绿色　Ⅲ.(1)去除锥形瓶内空气中的CO2  　(2)防止A组酵母菌进行无氧呼吸　“四步法”规范书写实验步骤(1)材料分组编号(设置对照实验)。(2)对不同的对象施以不同的处理(控制自变量)。(3)给予相同且适宜的条件(控制无关变量)。(4)实验结果的观察与记录(因变量的预测)。　考查实验评价与完善研究人员以东北地区玉米为研究对象，以390 μmol/mol的大气CO2浓度和自然降水条件为对照组(即C390＋W0组)，分别研究CO2浓度升高至550 μmol/mol(即C550＋W0组)和降水增加15%(即C390＋W15组)对玉米净光合速率(即光合作用合成有机物的速率减去呼吸作用消耗有机物的速率)的影响，结果如图所示。其中P为C390＋W0组曲线上的点，此时的光照强度为600 μmol·m－2·s－1。(1)P点时，仅增加15%的降水量对玉米净光合速率的提升作用比仅升高CO2浓度到550 μmol/mol的作用_____________________________。(2)有资料显示，未来东北地区将受到大气CO2浓度升高至550 μmol/mol和降水量增加15%的共同影响，某同学据图中数据判断这两种因素的共同作用将在更大程度上促进玉米的产量提高。写出该判断的合理和不足，并修正不足之处。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)分析图中的数据可知，P点时，仅增加15%的降水量对玉米净光合速率的提升作用比仅升高CO2浓度到550 μmol/mol的作用明显。(2)读图可知，在一定的光照强度范围内，单独升高大气CO2浓度或增加降水量，均能提高净光合速率，促进玉米产量的提高。单独作用时均能提高净光合速率，若要得出共同作用时更大程度上提高净光合速率，还必须增设一个实验组，即增设“C550＋W15”，再对结果进行分析和判断。答案：(1)明显(或显著)　(2)据图显示这两种因素单独作用都在一定的光照强度下能提高净光合速率，所以它们单独作用都能促进玉米有机物的积累，从而促进产量的提高。据此可以预估两个因素共同作用可以更好地提高玉米产量。但是作为判断得出的结论，还缺乏数据支持，应增设“C550＋W15”(即CO2浓度为550 μmol/mol和降水增加15%)的组进行实验，再对结果做分析和判断　评价类实验的一般解题规律一看“对照”(若无对照，则参照实验组补充对照组；若有对照，则看对照是否有标记、是否遵循单一变量原则和等量原则)。二看“步骤”(顺序是否合理，步骤是否完整)。三看“材料”(材料选择是否合适，实验仪器、药剂的使用是否准确)。四看“条件”(是否需要搅拌、冷却等，温度、光照等条件是否合理)。五看“结果与结论”(实验目的是否与实验结果、结论对应，探究性实验的结果和结论是否讨论全面，是否是先写结果后写结论)。