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新人教高中生物實驗專題講座3
實驗目的、原理和假設
一、正確寫出實驗目的
實驗目的——要探究或者驗證的某一事實或者做了該實驗后，要解決什么問題。
(1)實驗目的的書寫與表達：實驗目的的內容包含研究對象、研究現象(因變量)和作用于對象的因素(自變量)，格式為“探究(驗證)×××(自變量)對×××(因變量)的影響”或“探究(驗證)×××(因變量)與×××(自變量)的關系”等。
(2)實驗目的的確認方法
①根據題目信息，直接寫出實驗目的。
②根據實驗裝置或實驗現象，推斷實驗目的。
③根據實驗步驟反推實驗目的。
[專練1] (2021·廣東揭陽調研，節選)人類對遺傳物質的探索經歷了漫長的過程。回答下列問題：
艾弗里所做的肺炎雙球菌體外轉化實驗如下：
①S型菌的蛋白質或多糖＋R型菌→只有R型菌
②S型菌的DNA＋R型菌→R型菌＋S型菌
③S型菌的DNA＋DNA酶＋R型菌→只有R型菌
增設實驗③的目的是證明______________________________________________________。
答案　無DNA則轉化一定不能發生
解析　艾弗里的實驗增加了DNA和DNA酶的實驗，①②③組實驗互相對照，說明DNA是使R型菌發生轉化的唯一物質，沒有DNA，則R型菌不能轉化為S型菌。
[專練2] (2020·河北衡水模擬，節選)小麥的穗發芽率影響其產量和品質。取穗發芽時間相同、質量相等的紅粒和白粒小麥種子(穗發芽率不同)，分別加蒸餾水研磨并制成提取液(去淀粉，兩種種子中淀粉酶種類相同)，在適宜條件下進行實驗。實驗分組、步驟及結果如表所示(“＋”數目越多表示藍色越深)：
分組 步驟　　　　 紅粒管 白粒管 對照管
① 加樣 0.5 mL提取液 0.5 mL提取液 蒸餾水
② 加緩沖液/mL 1 1 1
③ 加淀粉溶液/mL 1 1 1
④ 37 ℃保溫適當時間后，終止酶促反應，冷卻至常溫，加適量碘液顯色
顯色結果 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋＋
本實驗的實驗目的是______________________________________________________。
答案　探究種子中淀粉酶含量與穗發芽率的關系
解析　一個探究性實驗的實驗目的的文字表述，一般有兩種答題模式。
模式1：探究________(自變量)對________(因變量)的影響(側重生物學原理的研究)；
模式2：探究________(因變量)與________(自變量)的關系(側重兩個變量之間的“量”的關系)。
由試題給出條件“取穗發芽時間相同、質量相等的紅粒和白粒小麥種子(穗發芽率不同)”可知，本實驗自變量為“穗發芽率不同”，由實驗步驟和實驗結果可知，因變量具體測定指標為淀粉的剩余量，故因變量應為淀粉酶的含量。由此可寫出兩個答案。
答案1：探究小麥穗發芽率對淀粉酶含量的影響。
答案2：探究種子中淀粉酶含量與穗發芽率的關系。
鑒于本實驗只是研究兩個變量之間的“量”的關系，故模式2更適合用于表述本實驗的實驗目的，甄選“答案2”作為本題參考答案。
二、準確寫出實驗原理
實驗原理就是進行實驗的理論依據，包括選擇實驗材料的依據、作出實驗假設的依據、設置實驗步驟的依據、分析現象與結果的依據和確定觀測指標的依據。
(1)實驗原理一般由三段組成：自變量和因變量的關系＋因變量的觀測指標＋實驗過程描述。
(2)實驗原理中“因變量的觀測指標”可作為實驗結果的參考，有些題目要求對實驗結果進行分析，其考查的是實驗原理，所以對實驗結果分析時合理套用實驗原理即可。
[專練3] (2017·全國卷Ⅰ，29改編)某科研機構發現了一種新型病毒，并對該病毒的遺傳物質進行研究。請回答下列問題。
(1)可用化學分析的方法對該病毒的遺傳物質種類進行研究，原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)可以用同位素標記法研究該病毒遺傳物質種類，將宿主細胞放在含某種有放射性標記的核苷酸的培養基中培養，再用該病毒侵染被標記的宿主細胞，一段時間后收集子代病毒并檢測其放射性。培養基中的各種核苷酸________(填“是”或“不是”)都需要標記，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)DNA含有的五碳糖是脫氧核糖且含堿基T，RNA含有的五碳糖是核糖且含堿基U，可以通過化學分析的方法，分析這種新型病毒遺傳物質中五碳糖或含氮堿基的種類，據此判斷該病毒的遺傳物質是DNA還是RNA
(2)不是　若對各種核苷酸都進行放射性標記，則無論該新型病毒是DNA病毒還是RNA病毒，在子代病毒中均能檢測到放射性
解析　本實驗的目的是探究該新型病毒遺傳物質的種類。(1)病毒只有一種核酸，DNA或者RNA，二者在化學組成上的不同是DNA含有的五碳糖是脫氧核糖，RNA含有的五碳糖是核糖；DNA特有的堿基是T，RNA特有的堿基是U，因此，可以通過化學分析的方法，分析這種新型病毒的五碳糖或含氮堿基的種類，從而判斷該病毒的遺傳物質是DNA還是RNA。(2)核苷酸包括兩類，一類是脫氧核糖核苷酸，另一類是核糖核苷酸，培養基中，只需將脫氧核糖核苷酸或者核糖核苷酸進行放射性標記，如果都進行放射性標記，那么無論新型病毒的遺傳物質是DNA還是RNA，收集到的子代病毒中均能檢測到放射性，無法得出實驗結論。
[專練4] (2021·廣東五校模擬，節選)科學家發現一種單鏈RNA腫瘤病毒，能夠誘發小鼠細胞癌變，患白血病。請回答下列問題。
(1)RNA在生物體內具有多種作用，除可作為遺傳物質外，還有__________________________(答出兩點即可)。
(2)該病毒能使小鼠患白血病，且它是一種逆轉錄病毒，其致癌的機理可能是　
____________________________________________________。
(3)另有一種該病毒的突變株(甲)，缺失了15%的RNA序列，不能誘發小鼠患白血病。為了找到RNA上與誘發癌變有關的部位，除對核酸測序結果進行比較之外，請再尋找一種方案，簡述思路：提取兩種病毒的RNA后，分別經逆轉錄形成相應的單鏈DNA，然后____________________________________________________。
答案　(1)作為蛋白質合成的模板；識別密碼子并運輸氨基酸；降低化學反應的活化能；核糖體的組成成分等(答出任意兩點即可)
(2)經逆轉錄形成的DNA插入到小鼠染色體上，引起原癌基因和抑癌基因等發生突變(答案合理即可)
(3)對兩種單鏈DNA進行分子雜交，不能配對的區域所對應的RNA區域即誘發癌變有關的部位
解析　(1)RNA病毒的遺傳物質是RNA，mRNA作為攜帶遺傳信息的信使，是控制合成蛋白質的直接模板；tRNA可以運輸氨基酸；rRNA是核糖體的組成成分；有些RNA還具有催化功能等。(2)將“致癌”與“逆轉錄”聯系在一起的很可能是“基因突變”，經逆轉錄可以生成DNA片段，并整合到宿主細胞染色體上，而癌變是原癌基因和抑癌基因等發生突變的結果，所以逆轉錄病毒致癌的機理是經逆轉錄生成的DNA片段插入到小鼠染色體上，引起原癌基因和抑癌基因等發生突變。(3)由題意知，該病毒RNA上與誘發癌變有關的部位位于缺失的RNA序列中，所以我們可以將缺失部分序列的RNA與正常RNA直接進行比較，即題中已給方案。題目要求再找一種方案，沿著題中思路“經逆轉錄形成相應的單鏈DNA”，應該聯想到通過比較經逆轉錄形成的單鏈DNA間接對該病毒和甲進行比較，問題變成了比較兩種單鏈DNA的堿基序列，可以采用DNA分子雜交技術，不能配對的區域，就是與誘發癌變有關的部位。
三、規范寫出實驗假設
假設是指用來說明某種現象但未經證實的論題，是對研究結果的預測，是對課題涉及的主要變量之間相互關系的設想，假設是研究者對研究結果預先賦予的答案，是一種可能的解釋和說明。假設的提出可能正確也可能錯誤，假設要能解釋題目現象或與題干相符。一般情況下，若是實驗中要求寫出假設，我們應根據平時積累的知識，寫出認為最可能的一種假設。
[專練5] (2014·全國卷Ⅰ，29改編)用濃度為2%的秋水仙素溶液處理植物分生組織5～6小時，能夠誘導細胞內染色體加倍。那么，用一定時間的低溫(如4 ℃)處理水培的洋蔥根尖時，是否也能誘導細胞內染色體的加倍呢？請對這個問題進行實驗探究。
(1)針對以上問題，根據所學知識可作出的假設是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)提出上述假設的依據是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)用一定時間的低溫處理水培的洋蔥根尖，能夠誘導細胞內染色體加倍
(2)洋蔥根尖具有分生區，分生區細胞可以通過有絲分裂進行增殖，用低溫處理植物分生組織細胞，能夠抑制紡錘體的形成，使染色體不能被拉向兩極，細胞不能分裂成兩個子細胞，導致細胞內染色體數目加倍
解析　(1)本題中，從實驗程序上看，用秋水仙素溶液處理植物分生組織能夠誘導細胞內染色體加倍是通過實驗得到的結論(秋水仙素可誘導細胞染色體加倍)；而低溫(如4 ℃)處理水培的洋蔥根尖是否也能誘導細胞內染色體的加倍是進一步提出的問題，針對這個問題的假設只有兩種情況：能或不能。由于我們在人教版生物教材必修2第88頁實驗中學習過“用低溫處理植物分生組織細胞，能夠抑制紡錘體的形成，以致影響染色體被拉向兩極，細胞也不能分裂成兩個子細胞，于是，植物細胞染色體數目發生變化。”根據這一科學知識，可判斷提出的假設應是用一定時間的低溫處理水培的洋蔥根尖，能夠誘導細胞內染色體加倍。(2)考查實驗原理，“低溫能誘導染色體加倍”只是答題的方向，所寫答案是否得分則取決于敘述是否準確、全面，要表達出“洋蔥根尖具有分生區”“分生區細胞可以通過有絲分裂進行增殖”“用低溫處理植物分生組織細胞，能夠抑制紡錘體的形成”三個要點。

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