2020版《赢在微点》高考生物人教版一轮复习讲义:第八单元核心素养微专题8-5变量梯度设置在实验中的应用
展开变量梯度设置在实验中的应用
1.概述
变量梯度指自变量相邻两次取值之间的差值大小,即自变量每次变化的幅度。生物实验中常见的变量梯度有pH梯度、温度梯度、浓度梯度等。
2.注意事项
(1)在合适范围内取值:生物体或细胞生活在特定的环境中,研究某因素对生物或细胞的影响时,自变量应在它能发挥作用的范围内取值。如确定生长素类似物促进扦插枝条生根的适宜浓度时,生长素浓度应保持在10-12~10-8 mol/L范围内,变量梯度应相差一个数量级。
(2)梯度大小设置要适宜:梯度过小,看不出变化,实验组数增多,增加了操作难度;梯度过大,实验结果不准确。如探究唾液淀粉酶的最适pH,预测其数值应在7.0左右,pH梯度设为0.4,即共做五组实验,其缓冲液pH分别为6.2、6.6、7.0、7.4、7.8。
(3)根据实验目的确定变量梯度的大小。
①若进行定性分析,梯度设置可稍大些。如探究温度对光合作用的影响,一般情况下植物在30 ℃左右时,光合作用最强。我们既要研究温度降低时光合作用强度的变化,也要研究温度升高时的变化,温度梯度设置如下:0 ℃、10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃。
②若要进行定量分析,梯度设置应小些。如探究光合作用的最适温度,温度梯度设置如下:24 ℃、27 ℃、30 ℃、33 ℃、36 ℃。
在实际操作中,为避免因梯度设计不当,造成人力物力方面的浪费,我们可以设计一个预实验,每组之间梯度适当加大一些,当找到一个大致的适宜范围后,再在这个范围内缩小每组之间梯度值,最后测出一个准确范围。
提能演练
1.某生物兴趣小组用迎春枝条作实验材料,做了探究α-萘乙酸(NAA)促进插条生根最适浓度实验的预实验,结果如图。请根据预实验结果,设计进一步的探究实验。
(1)材料用具:生长旺盛的一年生迎春枝条若干、烧杯、量筒、培养皿、NAA、蒸馏水等。
(2)配制溶液:配制浓度依次为_______________________
_____________________________________________________
(溶液浓度梯度为0.5 ppm)的NAA溶液9份,并编号1~9。
(3)实验步骤:
第一步:______________________________________;
第二步:______________________________________;
第三步:一天后取出枝条分别进行扦插;
第四步:每天对扦插枝条的生根情况进行观察记录。
(4)请设计本实验的观察记录表。
(5)该实验应控制好两个主要的无关变量,具体方法是____________________、____________________。
解析 根据预实验的结果,可确定进一步探究的浓度范围是2~6 ppm,再根据题中要求浓度差为0.5 ppm,可确定要配制的浓度梯度为2 ppm、2.5 ppm、3 ppm、3.5 ppm、4 ppm、4.5 ppm、5 ppm、5.5 ppm、6 ppm共9个不同的浓度。填写实验步骤时,应遵循随机分组→浸泡→培养(扦插)→统计的思路进行解答。该实验的无关变量应从实验材料、处理时间、温度等方面考虑。
答案 (2)2 ppm、2.5 ppm、3 ppm、3.5 ppm、4 ppm、4.5 ppm、5 ppm、5.5 ppm、6 ppm
(3)将迎春枝条随机均分为9份 将9份枝条的基部分别浸泡在1~9号NAA溶液中
(4)如下表:
(5)各组枝条处理时间长短一致 所用植物材料尽可能做到生长状况一致
2.低温迫使植物细胞产生大量对细胞有害的过氧化产物,如脂质过氧化产物(MDA)。超氧化物歧化酶(SOD)能够消除过氧化产物,从而增强植物的抗冷性。研究人员进行了“水杨酸对水稻幼苗抗冷性的影响”实验,步骤及结果如表所示。
组别 | 处理 | 培养 温度 | SOD活性/ [U/(g·min)] |
1 | 25℃的蒸馏水浇灌 | 25℃ | 7.3 |
2 | ① | ② | 9.4 |
3 | 5℃的0.5 mmol/L水杨酸浇灌 | 5℃ | 10.3 |
4 | 5℃的1.0 mmol/L水杨酸浇灌 | 5℃ | 11.6 |
5 | 5℃的1.5 mmol/L水杨酸浇灌 | 5℃ | 13.6 |
6 | 5℃的2.0 mmol/L水杨酸浇灌 | 5℃ | 8.5 |
7 | 5℃的2.5 mmol/L水杨酸浇灌 | 5℃ | 7.9 |
8 | 5℃的3.0 mmol/L水杨酸浇灌 | 5℃ | 6.5 |
(1)表中①是________,②是________。实验设计时每组取50株水稻幼苗,而不是1株,目的是_________________。
(2)本实验需要控制的无关变量有________________(至少写两点)。
(3)组别1和2对照可得结论是____________________。组别2~8可得到的结论是________________。在5℃条件下,2.0 mmol/L的水杨酸对水稻幼苗抗冷性的影响是______________(填“增强”或“减弱”)。
(4)请根据5℃条件下的实验结果,完成水杨酸浓度与SOD活性关系的坐标折线图。
解析 (1)2组与3~8组之间应形成对照,根据单因子变量原则,表中①应为5℃的蒸馏水浇灌,②是5℃。实验对象多可避免偶然性,使实验结果更准确。(2)除自变量以外,对实验结果有影响的变量均为无关变量,比如蒸馏水和水杨酸的浇灌量、培养时间、动苗发育情况等。(3)组别1与2之间的变量为温度,且低温时SOD活性较大,说明环境温度降低时,水稻幼苗自身可增强抗冷性。分析2~8组SOD活性可知,在一定范围内随着水杨酸浓度的增加,水稻的抗冷性增强,当水杨酸浓度增加到一定值时,水稻的抗冷性开始减弱。与2组比较可知,在5℃条件下,2.0 mmol/L的水杨酸对水稻幼苗抗冷性的影响是减弱。(4)根据表格中的实验结果,在坐标图中描点连线即可,同时注意横纵坐标一定要标上。
答案 (1)5℃的蒸馏水浇灌 5℃ 避免偶然性,减少误差,使实验结果更准确 (2)蒸馏水和水杨酸的浇灌量、光照强度、培养时间、幼苗的发育情况等 (3)环境温度降低时,水稻幼苗自身可增强抗冷性 在一定范围内,随水杨酸浓度的增加,水稻幼苗的抗冷性增强;当水杨酸浓度增加到一定程度时,水稻幼苗的抗冷性开始减弱(或水杨酸对水稻幼苗的抗冷性的影响具有两重性、1.5 mmol/L左右的水杨酸增强水稻幼苗抗冷性的效果最好) 减弱 (4)如图