高中生物高考2022年高考生物一轮复习 第3单元 实验技能一 实验设计的基本原则

(2017·全国Ⅰ，29)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒①两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。

假设在宿主细胞内不发生碱基②之间的相互转换。请利用放射性同位素标记③的方法，以体外培养的宿主细胞④等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出：(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组⑤)

审题关键

信息①：病毒营寄生生活，由蛋白质和核酸组成，核酸是DNA或RNA，只含有二者中的一种，DNA和RNA在化学组成上的区别如下：

信息②：强调了碱基，二者碱基的区别：DNA特有T，RNA特有U。

信息③：放射性同位素标记法是指用放射性同位素替代某化合物中的特殊元素，来追踪该化合物的运行和变化规律。回忆相关内容：

信息④：联想T2噬菌体遗传物质的探究实验和病毒的寄生特点，标记病毒需要先用含有放射性元素的培养基培养宿主细胞，再让病毒去侵染标记的细胞，子代病毒就会被标记。

信息⑤：甲、乙两组要形成对比，结合信息①、②、③、④可判断出，应分别用放射性同位素标记DNA成分中的T和RNA成分中的U。

参考答案

(1)实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无放射性，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。

错解例析

错例：用含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基培养病毒。一段时间后收集病毒并检测其放射性。

错因分析：没有分成甲、乙两组，用同时含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基来培养，不能形成对照；病毒不能直接用培养基培养，这样设计不科学。

(1)单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。

(2)对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便消除无关变量对实验结果的干扰，增强实验结果的可信度。

(3)平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。

(4)科学性原则：在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目的要明确，实验原理要正确；实验研究的材料和实验方法的选择要恰当；整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识及其他学科领域的基本知识。

1．已知菠菜的干叶病是由干叶病毒引起的，但不清楚干叶病毒的核酸种类，试设计实验探究。实验材料：苯酚的水溶液(可以将病毒的蛋白质外壳和核酸分离)、健康生长的菠菜叶植株、干叶病毒样本、DNA水解酶(只会水解DNA，不会水解RNA)、蒸馏水、实验必需的器材。

(1)实验步骤：

①选择两株生长状况相似的菠菜植株，分别编号为A和B。

②用________________处理干叶病毒，并设法将核酸和蛋白质分离开，将获得的核酸平均分成两份，分别编号为A、B。

③用________________处理核酸A；用______________处理核酸B。

④一段时间后，用核酸A喷洒菠菜植株A；用核酸B喷洒菠菜植株B。

⑤一段时间后，观察两株菠菜植株的生长状况。

(2)实验结果和结论：

①________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)②苯酚的水溶液　③DNA水解酶　蒸馏水　(2)①如果A、B植株都得干叶病，说明干叶病毒所含的核酸是RNA　②如果A植株没有得干叶病，B植株得干叶病，说明干叶病毒所含的核酸是DNA

解析　本题实验目的为“探究干叶病毒的核酸种类”；实验原理为：干叶病毒导致菠菜得干叶病；若干叶病毒的核酸为DNA，则用DNA水解酶处理干叶病毒核酸，DNA被水解，对照组(蒸馏水处理组)得干叶病，实验组(用DNA水解酶处理)没有得干叶病；若干叶病毒的核酸为RNA，则对照组和实验组都得干叶病。

2．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