2023届高考生物二轮复习实验设计题的解题策略作业含答案

这是一份2023届高考生物二轮复习实验设计题的解题策略作业含答案，共10页。

1．干酵母含有蔗糖酶，某同学利用干酵母研磨后制备的提取液和α淀粉酶溶液探究酶的专一性，相关实验设计如下表所示：
注：试剂和溶液的单位为mL，各组实验的反应时间相同，“＋”表示出现砖红色，“＋”越多，颜色越深，“－”表示不出现砖红色。
回答下列问题：
(1)淀粉酶具有催化作用的机理是______________________________。酶的专一性是指______________________________________________________________；酶除具有专一性外，还具有的特性是________________________。
(2)本实验的试管7和8出现不同显色反应的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)试管3和试管6的实验结果说明：__________________________。根据这两组实验的结果不能达到实验目的，而上述实验中，能达到实验目的的对照实验组合是________________________________________________________________________(答出一种组合即可)。
【答案】(1)降低化学反应(淀粉水解)的活化能 每一种酶只能催化一种或一类化学反应 高效性、作用条件较温和
(2)100倍稀释唾液和1%α淀粉酶溶液所含的淀粉酶量不同，相同时间内水解淀粉产生的还原糖含量不同，从而出现不同程度的砖红色沉淀(合理即可)
(3)酵母提取液中含有蔗糖酶和淀粉酶，且蔗糖酶的含量较多 试管1、2、5、8(或试管1、2、4、7)
【解析】 (1)淀粉酶具有催化作用的机理是降低化学反应(淀粉水解)的活化能。酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应。酶除具有专一性外，还具有的特性是高效性、作用条件较温和。
(2)7号和8号均含有淀粉酶和淀粉溶液，100倍稀释唾液和1%α淀粉酶溶液所含的淀粉酶量不同，相同时间内水解淀粉产生的还原糖含量不同，从而出现不同程度的砖红色沉淀。
(3)①试管3(蔗糖和酵母提取液，产生较多砖红色沉淀)和试管6(淀粉和酵母提取液，产生砖红色沉淀较少)的实验结果说明：酵母提取液中含有蔗糖酶和淀粉酶，且蔗糖酶的含量较多。
②实验目的是探究酶的专一性，一般使用同种酶＋不同底物或者同种底物＋不同酶，试管3和试管6所用酵母提取液含有两种酶，上述实验中，能达到实验目的的对照实验组合是试管1、2、5、8(或试管1、2、4、7)。
2．某生物兴趣小组测得光照强度对两种植物光合作用的影响如图1所示。小组以植物1的幼叶和成熟叶为实验材料进行实验：将排完气体的圆形小叶片分别放入不同浓度的NaHCO3溶液中(浓度变化对溶液pH的影响忽略不计，其他实验条件相同且适宜)，观察各组第一片圆形小叶片上浮所需时间，结果如图2所示。请回答下列问题：
(1)图1中当光照强度为q时，植物1的叶肉细胞中光合作用速率________________(填“等于”“大于”或“小于”)呼吸作用速率，植物2单位时间内固定的CO2的量为______________(用图中字母表示)。
(2)图1中在光照强度为r时，影响植物1光合作用速率的主要外在因素是________________。
(3)图1中，若光照强度突然由q变为r，则短时间内植物2的叶肉细胞中C3的含量变化趋势是____________(填“增加”“减少”或“基本不变”)。
(4)图2中的NaHCO3能为圆形小叶片的光合作用提供CO2，若用14C标记NaHCO3中的C，则光合作用过程中14C的转移途径为________。
A．NaH14CO3→14CO2→14C3→(14CH2O)
B．NaH14CO3→14CO2→14C5→(14CH2O)
C．NaH14CO3→14CO2→14C3→14C5
(5)当NaHCO3溶液的浓度为1%至4%时，本实验中各浓度下幼叶与成熟叶片光合作用能力的差异可能是两种圆形小叶片中________________________________的不同所导致的。当NaHCO3溶液的浓度≥5%时，圆形小叶片不上浮，其原因可能是____________________________________________________________。
(6)实际上，图2的实验设计在严谨性上存在一处明显的问题，请找出并改进。
存在问题：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
改进措施：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】(1)大于 b＋c
(2)光照强度
(3)基本不变
(4)A
(5)光合色素含量、酶的活性、酶的含量 NaHCO3溶液浓度过高，圆形小叶片细胞因渗透失水过多而死亡，不再进行光合作用
(6)实验结果观察各组第一片圆形小叶片上浮所需的时间 观察并记录各组所有圆形小叶片上浮所需的时间，并求取各组的平均值(或观察并记录同一时间段内各组中圆形小叶片浮起的数量)
【解析】(1)当光照强度为q时，植物1表现为既不吸收CO2，也不释放CO2，该植物处于光补偿点即植物的光合作用速率等于呼吸作用速率，可转化为等式：叶肉细胞的光合作用速率＝叶肉细胞的呼吸作用速率＋非叶肉细胞的呼吸作用速率，即可确定光照强度为q时叶肉细胞中的光合作用速率大于呼吸作用速率。光照强度为0时，植物2只进行呼吸作用释放CO2，其呼吸作用速率为c，当光照强度为q时，植物2从外界环境吸收CO2的速率为b，是植物2的净光合作用速率，故植物2的光合作用速率＝净光合作用速率＋呼吸作用速率＝b＋c，即单位时间内，植物2固定CO2的量为b＋c。
(2)当光照强度为r时，植物1并没有到达光饱和点，仍处于随光照强度增强光合作用速率增强的阶段，所以影响其光合作用速率的主要外在因素是光照强度。
(3)植物2在光照强度为q时，已经达到光饱和点，光照强度不再是光合作用速率增加的限制因素，光合作用速率与温度、CO2浓度等因素的制约有关，当光照强度增加到r时，对整个光合作用几乎就是没有影响的，光反应与暗反应的速率并不随之变化，故C3含量基本不变。
(4)根据题干信息，如果用14C标记NaHCO3中的C，则提供给光合作用的CO2中的C是带有标记的，CO2可以与C5结合，形成两个C3分子，经过有关酶的催化作用，C3转化为糖类，还有一部分C3又形成C5，所以光合作用过程中14C的转移途径为NaH14CO3→14CO2→14C3→(14CH2O)。
(5)各浓度下，幼叶与成熟叶光合作用能力的差异应该与二者自身结构的差异有关，幼叶与成熟叶的结构差异可以表现在光合色素含量、酶的活性或酶的含量等方面。当NaHCO3溶液浓度过高时，细胞液的浓度远小于NaHCO3溶液的浓度，会导致细胞液中的水分因渗透作用大量流出细胞，造成细胞过度失水而死亡，无法进行光合作用，没有气体的产生，圆形小叶片不上浮。
(6)在实验设计时，依据单一变量原则，除自变量(NaHCO3溶液浓度的不同)外，其他无关变量必须保持一致，比如各组之间所选的圆形小叶片面积与厚度均应相同。但由于叶片本身厚度的不均匀，导致圆形小叶片的单片质量差异很大，如果统计各组第一片圆形小叶片上浮所需时间，会由于圆形小叶片体积与质量的差异过大，导致统计结果出现较大误差，可以观察并记录各组所有圆形小叶片上浮所需的时间，并求取各组的平均值(或观察并记录同一时间段内各组中圆形小叶片浮起的数量)。
3．某闭花传粉植物的花色有红色和白色两种，由基因A、a控制；茎干有刺和无刺由基因B、b控制。研究人员进行了以下两个实验：
实验一 红花无刺植株与白花有刺植株杂交，F1有红花无刺植株、红花有刺植株两种类型，F1中红花无刺植株自花授粉，F2表型之比为红花无刺∶红花有刺∶白花无刺∶白花有刺＝6∶3∶2∶1。
实验二 从F1两种表型中各选取一个植株，对它们和两个亲本的两对基因(A、a和B、b)进行PCR扩增，然后进行电泳分离，结果如图。回答下列问题：
(1)两对相对性状中，显性性状分别是______________。
(2)红花无刺植株亲本与F1红花有刺植株的电泳结果分别对应图谱__________。
(3)A(a)和B(b)基因表现为____________(填“独立遗传”或“连锁遗传”)。F2表型出现6∶3∶2∶1的特殊比，对此合理的解释是__________________________________________________________。欲对该假说进行验证，请利用题目已涉及的实验技术手段，设计实验并预测结果、结论。
实验思路：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
实验结论：若______________________________________________________，则假说成立；若____________________________________，则假说不成立。
【答案】(1)红花、无刺
(2)二、四
(3)独立遗传 F1产生了AB、Ab、aB和ab四种等量配子，雌雄配子随机结合，基因型为BB的合子约占1/4，不能完成正常的胚胎发育 通过PCR扩增F2中多个无刺植株的B和b基因并进行电泳分离 电泳结果都出现条带3 有的只出现条带4
【解析】(1)F1中红花无刺植株自交，F2表型及其比例为红花∶白花为3∶1，无刺∶有刺为2∶ 1，说明红花对白花为显性，无刺对有刺为显性。
(2)根据杂交结果，可以推出两个亲本红花无刺植株与白花有刺植株的基因型分别为AABb、aabb，F1中红花无刺植株与红花有刺植株的基因型分别为AaBb、Aabb。以上四个(种)个体中，白花有刺植株只有a、b两种基因，F1红花无刺植株含有A、a、B、b四种基因，而亲本红花无刺植株、F1中红花有刺植株各含三种基因。因此，可以断定图谱一、三分别为白花有刺植株亲本和F1红花无刺植株的电泳结果，且条带1和3对应基因a和b，条带2和4对应基因A和B，亲本红花无刺和F1红花有刺各有三个条带，它们的电泳结果是图谱二或四。F1中红花有刺植株与白花有刺亲本相比，两者都有a和b基因，前者比后者多基因A，由此可以判定图谱四为F1中红花有刺植株的电泳结果，条带2对应基因A。红花无刺亲本的电泳结果为图谱二，它与F1中红花无刺植株相比，都有基因A、B、b，前者比后者只少基因a，由此可以判定条带1对应基因a。综合以上分析，图谱一、二、三、四分别为亲本白花有刺、亲本红花无刺、F1中红花无刺、红花有刺植株的电泳结果，条带1、2、3、4 分别对应基因a、A、b、B。
(3)F1中红花无刺植株自花授粉，F2表型之比为红花无刺∶红花有刺∶白花无刺∶白花有刺＝6∶3∶2∶1。6∶3∶2∶1为(3∶1)(2∶1)的展开形式，说明这两对等位基因位于非同源染色体上，独立遗传，符合基因的自由组合定律。F2中无刺与有刺之比为2∶1，最可能的原因是显性基因B纯合致死。
欲对“BB个体致死”这一假设进行验证，必须从F2中选择多个无刺个体(B_)植株，对基因进行PCR扩增，然后进行电泳分离，观察电泳结果。若电泳结果都出现了条带3，即可说明存活个体中的基因型都为Bb，没有基因型为BB的个体，说明假说成立；若电泳结果有的只出现条带4，则说明存活个体中的基因型有的为BB，说明假说不成立。
4．为研究处于不同焦虑状态的个体在相同压力下“努力动机”(愿意付出努力的意愿)的变化，进行了下图所示的实验。研究者首先将大鼠按照焦虑状态，分为低焦虑大鼠和高焦虑大鼠两类，随后给予大鼠刺激，使其处于相同的压力状态，并将其放入操作式条件反射箱中，如图(a)所示，在该箱中动物必须通过自己完成某种操作，才能获得奖励，大鼠获得奖励的次数越多，表示大鼠的努力动机越强，实验结果如图(b)所示。
(1)图(b)所示实验结果说明________________________________________________________________________________________________________________。
(2)有研究表明，在相同压力状态下，高焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量较正常状态显著降低，而低焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量较正常状态显著升高，因此有研究者推测不同焦虑状态下的大鼠在相同压力下努力动机的变化可能与CRHR1表达量的差异有关，为证明这一猜测是否正确，研究者将两类大鼠置于相同压力状态下进行了下表所示的实验，请完善该实验。
Ⅰ：①____________；②____________；③______________________________；④______________________________。
Ⅱ：若观察到________________________________________________________________________________________，则可以证明假设是正确的。
(3)若人类在压力状态下努力动机的变化与大鼠相似，那么这项研究给我们的学习和生活的启示是__________________________。
【答案】(1)与正常状态相比，相同压力状态下，低焦虑大鼠的努力动机会提高，而高焦虑大鼠的努力动机会下降
(2)①低焦虑大鼠 ②高焦虑大鼠 ③使大鼠脑中CRHR1的表达量降低 ④统计大鼠在操作式条件反射箱中获得奖励的次数 第2组大鼠获得奖励的次数高于第1组大鼠，第3组大鼠获得奖励的次数高于第4组
(3)在学习和生活中要保持低焦虑的状态，这样在压力下会有更加强烈的努力意愿，不会轻易放弃
【解析】(1)从图(b)中可以看出低焦虑大鼠在压力状态下获得奖励的次数增加，而高焦虑大鼠在压力状态下获得奖励的次数减少，而获得奖励的次数越多，表示大鼠的努力动机越强，因此实验结果可以说明低焦虑大鼠在压力状态下努力动机会提高，而高焦虑大鼠在压力状态下努力动机会下降。
(2)为证明“不同焦虑状态下的大鼠在相同压力下努力动机的变化可能与CRHR1表达量的差异有关”这一猜测是否正确，则实验的自变量为不同焦虑状态的大鼠和大鼠脑中CRHR1的表达量，因变量为努力动机，即大鼠获得奖励的次数，结合已有的实验，设计实验为：组号1、2的大鼠类型都为低焦虑大鼠，组号3、4的大鼠类型都为高焦虑大鼠，因为在相同压力状态下，高焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量较正常状态显著降低，而低焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量较正常状态显著升高，故使组号1的低焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量降低，组号3的高焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量升高，组号2、4的大鼠，不干扰其脑中CRHR1的表达，作为对照组。因为实验的因变量为努力动机，即大鼠获得奖励的次数，故检测指标为统计大鼠在操作式条件反射箱中获得奖励的次数。若证明假设是正确的，即要符合“高焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量较正常状态显著降低，而低焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量较正常状态显著升高”，则大鼠脑中CRHR1的表达量越高，大鼠的努力动机越强。因为组号1的低焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量比组号2低焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量更低，故实验结果为第2组大鼠获得奖励的次数高于第1组大鼠；因为组号3的高焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量比组号4高焦虑大鼠脑中CRHR1的表达量更高，故实验结果为第3组大鼠获得奖励的次数高于第4组。
(3)从题中实验可以分析出压力状态下，低焦虑大鼠的努力动机增加，高焦虑大鼠的努力动机降低，因此在学习和生活中也应该调整焦虑状态，这样在压力下能够更加努力，而不是选择放弃。
5．某学习小组为了探究不同温度对酵母菌种群数量变化的影响，设置了4组实验，每隔2 h取样检测一次，连续取样8次，结果如下表。请回答：
(1)酵母菌种群最基本的数量特征是______________。据表分析，在不同温度条件下酵母菌种群数量随时间变化的相同规律是____________________________。在35 ℃条件下，种群数量增长速率最大的时间段为______________h。
(2)同一温度条件下，若提高培养液中酵母菌起始种群数量，则该组别中酵母菌种群数量达到K值的时间将____________(填“延长”“缩短”或“保持不变”)；若其他条件保持不变，适当提高培养液的浓度，则该组别的K值将____________________(填“增大”“减小”或“保持不变”)。
(3)请在下面坐标图中画出上述实验过程中不同温度条件下培养液中酵母菌种群数量达到K值时的柱形图。
【答案】(1)种群密度 先增加后减少/先增加后稳定再减少 6～8
(2)缩短 增大
(3)
【解析】(1)种群密度是种群最基本的数量特征。据表分析，在上述实验条件下，不同温度下酵母菌种群数量随时间变化的规律都是先增加，当达到最大后再降低。35 ℃下，6～8 h，酵母菌种群数量增长(75.2－20.1＝55.1)最大。
(2)酵菌种群数量的K值(环境容纳量)的大小与培养液的浓度和培养空间的大小有关，与酵母菌培养液的起始种群数量无关，但培养液中酵母菌起始种群数量可以影响酵母菌种群数量达到K值所要的时间。故同一温度条件下，若提高培养液中酵母菌起始种群数量，则该组别中酵母菌种群数量达到K值的时间将缩短；若其他条件保持不变，适当提高培养液的浓度，则该组别的K值将增加。
(3)根据表格信息，不同温度条件下，培养液中酵母菌种群数量的最大值(K值)分别为20.3、19.5、88.2、75.2。柱状图如下：
试管
1%淀粉溶液
2%蔗糖溶液
100倍
稀释
唾液
1%α淀粉酶溶液
20%酵
母提
取液
斐林
试剂
实验
结果
1
3
2
－
2
3
2
－
3
3
1
2
＋＋＋
4
3
1
2
－
5
3
1
2
－
6
3
1
2
＋
7
3
1
2
＋
8
3
1
2
＋＋＋
组号
大鼠类型
处理
检测指标
1
①
③
2
低焦虑大鼠
不干扰大鼠脑中CRHR1的表达
3
高焦虑大鼠
使大鼠脑中CRHR1的表达量升高
4
②
不干扰大鼠脑中CRHR1的表达
④
温度/℃
不同时间酵母菌种群数量/(106个·mL－1)
0 h
2 h
4 h
6 h
8 h
10 h
12 h
14 h
20
1.2
1.8
3.0
4.0
7.8
13.2
20.3
19.4
25
1.2
2.0
3.8
5.8
8.9
19.5
19.0
18.5
30
1.2
3.5
7.2
15.2
35.1
88.2
88.1
81.0
35
1.2
4.8
9.2
20.1
75.2
73.1
70.2
68.1