資源簡介

新人教生物一輪復習微專題2
【知識必備】
一、實驗設計遵循的原則
(2)單一變量原則和等量原則
(4)對照原則(為使實驗結果有可信度，需設置對照組)
二、實驗設計中的變量分析
自變量的處理方法
(1)“加”或“減”：例如驗證甲狀腺激素的生理作用——“加”即口服或注射該激素；“減”即手術切除甲狀腺法。
(2)“換”例如探究溫度對酶活性的影響實驗，對自變量溫度無法“加”或“減”，就用“換”的方法。　　　
[例1] (2023·安徽江淮十校聯考)下列關于酶特性實驗設計的敘述中，正確的是(　　)
A.驗證酶的專一性時，自變量一定是酶的種類
B.驗證酶的高效性時，自變量是酶的濃度
C.探究溫度對酶活性影響時，自變量是溫度
D.探究酶催化作用的最適pH時，應設置過酸、過堿、中性三組
答案　C
解析　驗證酶的專一性時，自變量可以是酶的種類，也可以是底物的種類，A錯誤；驗證酶的高效性時，自變量是催化劑的種類，B錯誤；探究溫度對酶活性影響時，自變量是溫度，C正確；探究酶催化最適pH時，過酸、過堿會使酶變性失活，使結果不精確，應設置酸性、中性、堿性多組不同pH的實驗組，使實驗盡可能精確，D錯誤。
三、實驗設計的基本程序
實驗設計程序：明確實驗目的→選擇實驗原理→確定實驗思路→設計實驗步驟→預期實驗結果→得出實驗結論。
1.實驗目的
(1)驗證性實驗：尋找題干信息，一般寫有“驗證……”，即為該實驗的實驗目的。
(2)探究性實驗：首先分析實驗的自變量和因變量。此類實驗的實驗目的一般書寫為“探究自變量對因變量的影響”“探究自變量與因變量的關系”“探究自變量的作用”等等。
[例2] (2023·焦作市調研，節選)某生物興趣小組以魚腥藻為實驗材料，利用如圖所示裝置，將光源分別置于距燒杯15 cm、25 cm、35 cm、45 cm處，觀察每分鐘產生的氣泡數。請回答下列問題：
圖示實驗的實驗目的是________________________________________________。
答案　探究光照強度對光合速率的影響。
2.實驗原理
實驗原理的確認與書寫：實驗原理就是進行實驗的理論依據，書寫基本套路概括為“已知條件找變量→根據目的提結論→依據材料判結果→結論結果巧聯系→組織語言寫原理”。
[例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。
3.實驗假設
假設是指用來說明某種現象，但未經證實的論題，是對課題涉及的主要變量之間相互關系的設想，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。提出的假設可能正確，也可能錯誤，但必須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你的假設，我們應根據自己平常積累的知識，寫出認為最可能的一種假設即可。
[例4] 某校生物實驗小組要對“動物細胞是否也能通過滲透作用吸水和失水”進行實驗探究，假如你是其中的一員，請分析回答下列問題：
(1)實驗假設是____________________________________________________。
(2)請你說出作出該假設的依據：_______________________________________
___________________________________________________________________。
答案　(1)動物細胞能通過滲透作用吸水或失水　(2)動物細胞具有發生滲透作用的條件(或細胞膜有選擇透過性，當細胞與外界溶液接觸時，膜兩側具有濃度差)
4.實驗思路
思路是“想法”，是較為粗線條的思考過程，其要求“言簡意賅”。比如：用某種方法處理某種材料，觀察其對某方面的影響效果。一般須體現“對照思想”，顯示自變量和因變量，對無關變量表述時，應注意體現“相同且適宜”。
[例5] (2019·全國卷Ⅰ，29節選)將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，葉片中的脫落酸(ABA)含量增高，葉片氣孔開度減小。
有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請以該種植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。
答案　實驗思路：取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經干旱處理后，再測定氣孔開度。預期結果是干旱處理前后氣孔開度不變。將上述經干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進行ABA處理作為實驗組，另一組不做處理作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。預期結果是ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。
解析　本實驗需先設計干旱處理與非干旱處理的對照，證明干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的；再設計在干旱條件下ABA處理組與非ABA處理組的對照，證明干旱條件下氣孔開度減小是由ABA引起的。
5.實驗步驟
步驟是“做法”，是更為“細節化”的操作流程，其要求“精確細致”。必須體現“自變量”如何設置，“因變量”如何獲得，“無關變量”如何保證相同且適宜。實驗步驟設計的一般程序：
四、實驗方案評價與修訂
[例6] (2023·江西臨川一中調研)下表是某小組為探究“過氧化氫酶的活性是否受pH的影響”而設計的實驗操作步驟(豬肝中含有過氧化氫酶)，請回答下列問題：
操作步驟 操作方法 試管甲 試管乙
1 加體積分數為3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL
2 加質量分數為5%的鹽酸溶液 1 mL /
3 加質量分數為5%的氫氧化鈉溶液 / 1 mL
4 加質量分數為20%的豬肝研磨液 2滴 2滴
5 觀察相同時間內試管中產生的氣泡數量
(1)上述操作步驟中存在明顯的缺陷，請寫出改進方案：
①________________________________________________________________，
②________________________________________________________________。
(2)在完成改進方案后，若實驗結果為_________________________________
__________________________________________________________________，
則說明過氧化氫酶的活性受pH的影響。
(3)如果本實驗用出現—定氣泡數量所需要的時間來表示酶的活性，那么所需的時間越長，酶的活性越_____________________________________________。
(4)如果將本實驗的自變量換成溫度來探究“過氧化氫酶的活性是否受溫度的影響”，你認為是否合適？________________，原因是_______________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)①操作步驟1、4互換　②增加丙試管，在加入鹽酸或氫氧化鈉的步驟中換為加入1 mL蒸餾水，其他步驟與修正后的步驟相同　(2)甲、乙兩試管中產生的氣泡數量少，丙試管中產生大量的氣泡　(3)低(或弱)　(4)不合適　過氧化氫會隨溫度升高分解速度加快，從而對實驗結果造成干擾
解析　由本實驗的目的可知，本實驗的自變量為不同的pH，因變量是過氧化氫的分解速率。(1)本實驗應該有蒸餾水對照、過酸、過堿這三組，并且應該是自變量處理在前。(2)在完成改進方案后，若甲、乙兩試管中產生的氣泡數量少，丙試管中產生大量的氣泡，則說明過氧化氫酶的活性受pH的影響；若甲、乙、丙3支試管中產生的氣泡的情況基本一樣，則說明過氧化氫酶的活性不受pH的影響。(3)如果本實驗用出現一定氣泡數量所需要的時間來表示酶的活性，那么所需的時間越長，酶的活性越低。(4)過氧化氫會隨溫度升高分解速度加快，從而對實驗結果造成干擾，故不能用過氧化氫酶來探究溫度對酶活性的影響。
【精準訓練】
1.(2023·廣東茂名調研)生物實驗中常需要設置對照，以下對照設置正確的是(　　)
A.研究細胞核功能的實驗中，將蠑螈受精卵橫縊成有核和無核兩部分
B.驗證酶的高效性實驗中，設置肝臟研磨液和清水的對照實驗
C.植物細胞質壁分離實驗中，需撕取兩片紫色洋蔥鱗片葉表皮設置對照
D.T2噬菌體侵染細菌實驗中，用35S、32P標記同一噬菌體的蛋白質和DNA
答案　A
解析　驗證酶的高效性實驗中，設置肝臟研磨液和無機催化劑的對照實驗，B錯誤；植物細胞質壁分離實驗中遵循的是前后自身對照，不需要單獨設對照組，C錯誤；T2噬菌體侵染細菌實驗中，不能用35S和32P標記同一噬菌體的蛋白質和DNA，應分別標記，D錯誤。
2.(2023·廈門外國語學校質檢)為探究“影響膠原蛋白酶活性的因素”，某生物興趣小組設計了一個實驗方案，如表所示。回答下列問題：
試管 底物和試劑 實驗條件
1 蛋白質X＋4 mL蒸餾水 37 ℃水浴；pH＝7
2 蛋白質X＋4 mL膠原蛋白酶 37 ℃水浴；pH＝7
3 蛋白質X＋4 mL膠原蛋白酶 ①；pH＝3
4 蛋白質X＋4 mL膠原蛋白酶 0 ℃水浴；pH＝②
(1)實驗方案中①②處分別為________________、________________。
(2)本實驗的自變量是________________，無關變量有_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
(至少答出兩點)。
(3)用雙縮脲試劑檢測上述4組實驗后的溶液，溶液呈現紫色的試管有________。
(4)為便于觀察記錄實驗現象，需對蛋白質X進行特殊處理，使其__________________________________________________________________，
實驗就可以通過觀察________________________________推斷酶活性的大小。
答案　(1)37 ℃水浴　7　(2)溫度和pH　膠原蛋白酶的用量或濃度、蛋白質X的用量、保溫時間(答出任意兩點即可)　(3)1、2、3、4　(4)凝固成塊狀(答出“呈現塊狀”即可)　單位時間或相同時間內蛋白塊大小的變化情況(或記錄蛋白塊消失所需的時間，必須有“時間”這一關鍵詞)
3.(2023·哈師大附中調研)普通淀粉酶的最適溫度在40～60 ℃之間，而極端耐熱淀粉酶在100 ℃仍能保持較高的活性，因此在生產上具有更為廣泛的應用前景。請回答有關問題：
(1)要鑒定該酶的化學本質，可將該酶液與______混合，若反應液呈________色，則該酶的化學本質為蛋白質。
(2)測定淀粉酶活性時，應選擇________作為該酶作用的底物，反應液中應加入________溶液以維持其酸堿度穩定。
(3)設計實驗探究極端耐熱淀粉酶起催化作用的最適溫度。
①此實驗中除自變量和因變量外，還需要考慮_____________________________
(答出兩點即可)等因素。
②結合題目信息，簡要寫出探究該酶催化作用最適溫度的實驗思路：
_________________________________________________________________。
答案　(1)雙縮脲試劑　紫　(2)淀粉　(酸堿)緩沖　(3)①淀粉溶液的濃度和含量，pH及添加試劑的量、實驗操作順序　②在40 ℃和100 ℃之間每隔一定溫度設置一個實驗組，其他實驗條件適宜且保持一致，以反應液和碘液發生顏色反應的程度為指標確定最適溫度
解析　大多數酶的化學本質是蛋白質，少數酶的化學本質是RNA，要鑒定該酶的化學本質，可將該酶液與雙縮脲試劑混合，若反應液呈紫色，則該酶的化學本質為蛋白質。
4.(2023·山西師大附中質檢)“多酶片”是經特殊工藝制成的雙層藥片，內層是腸溶衣(不易溶于胃液，可溶于腸液)包裹的胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶，外層是糖衣(可溶于胃液)包裹的胃蛋白酶。某同學為了驗證多酶片中胃蛋白酶的作用，設計了以下實驗。
實驗材料：多酶片，蛋白塊，pH＝1.5的緩沖溶液，pH＝8.5的緩沖溶液，蒸餾水，恒溫水浴箱，試管，燒杯等。
(1)實驗步驟
①制備胃蛋白酶溶液：取多酶片放入盛有pH為________的緩沖溶液的燒杯中，幾分鐘后糖衣溶解，取上層溶液備用；
②取試管A加入適量________溶液，試管B加入等量pH＝1.5的緩沖溶液作為對照；
③分別加入大小相同的蛋白塊，在37 ℃恒溫水浴箱中保溫30分鐘。
(2)預測結果和結論
預測結果：________________，B試管蛋白塊基本不變。
結論：多酶片中胃蛋白酶可以催化蛋白質的水解。
(3)分析、討論
多酶片可用于治療消化不良。為充分發揮多酶片的作用，使用時應________(填“整片吞服”或“嚼碎服用”)。
答案　(1)①1.5　②步驟①中的上層(胃蛋白酶)
(2)A試管的蛋白塊體積比B試管的小(或A試管的蛋白塊體積變小/消失)　(3)整片吞服
解析　(1)多酶片外層糖衣可溶于胃液，故選用pH為1.5的緩沖液。驗證酶的作用，自變量是酶的有無，實驗組應加入步驟①中的上層溶液。(2)因變量的檢測指標是蛋白塊被分解的情況，A試管中的胃蛋白酶將蛋白塊分解，蛋白塊變小或消失。(3)嚼碎多酶片，很多酶與胃液接觸后失活，故需要整片吞服，使得酶在合適的環境中被釋放出來發揮作用。
5.(2023·江西贛州十五縣市期中)蜂蜜中富含維生素、氨基酸與蛋白質、果糖與葡萄糖等營養物質。蜂蜜中淀粉酶活性是衡量蜂蜜品質的重要指標，蜂蜜在加工過程中，酶活性常常發生變化。科學家以新鮮椴樹蜂蜜為實驗材料，經過不同加工條件處理后，在相同條件下檢測蜂蜜中的淀粉酶活性(淀粉酶活性以淀粉酶值表示，即1 g蜂蜜中的淀粉酶在一定條件下可催化1%淀粉溶液分解的量，單位：毫升)，結果如下表所示。請回答：
加工溫度 淀粉酶值加工時間 30 ℃ 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃
1 h 10.9 10.9 10.9 8.3 8.3
2 h 10.9 10.9 10.9 8.3 6.5
3 h 10.9 8.3 6.5 5.0 5.0
(1)淀粉酶的化學本質是________。淀粉酶只能催化淀粉水解，說明酶具有________。
(2)本實驗的名稱是_________________________________________________。
(3)實驗結果表明，淀粉酶活性在____________條件下會下降。
(4)在測定淀粉酶值時，將一定體積、加工后的蜂蜜與淀粉溶液及其他試劑混合，在適宜條件下反應一段時間后，觀察淀粉的水解情況。有人懷疑“實驗中淀粉的水解可能是由于淀粉溶液本身不穩定而自發水解，不一定與蜂蜜中的淀粉酶有關”。針對此懷疑，在測定淀粉酶值時，設計的對照組實驗為_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(5)國家標準規定合格蜂蜜產品淀粉酶值應在8以上。根據上述實驗結果，提出加工蜂蜜的一條具體建議是____________________________________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)蛋白質　專一性　(2)探究加工溫度和加工時間對蜂蜜中淀粉酶活性(淀粉酶值)的影響　(3)加工溫度較高、加工時間較長　(4)用等量的蒸餾水替換實驗組中的蜂蜜，用相同的方法測定淀粉酶值　(5)30 ℃、40 ℃條件下加工不超過3小時，50 ℃、60 ℃條件下加工不超過2小時，70 ℃條件下加工不超過1小時(答出其一即可)
解析　(1)淀粉酶的化學本質是蛋白質，淀粉酶只能水解淀粉，說明酶具有專一性。(2)由表可知，該實驗的自變量是加工溫度和加工時間，所以本實驗探究的是加工溫度和加工時間對蜂蜜中淀粉酶活性(淀粉酶值)的影響。(3)由表可知，淀粉酶活性在加工溫度較高、加工時間較長條件下會下降，即加工溫度越高、加工時間越長，淀粉酶值越小，淀粉酶活性越低。(4)要驗證該懷疑，可設計對照實驗。對照實驗的設計為用等量的蒸餾水替換反應體系中的蜂蜜，再用相同的方法測定淀粉酶值，排除淀粉自發水解對實驗的影響。(5)國家標準規定合格的蜂蜜產品淀粉酶值應在8以上。根據表格實驗結果，建議蜂蜜在30℃、40 ℃條件下加工不超過3小時，在50 ℃、60 ℃條件下加工不超過2小時，在70 ℃條件下加工不超過1小時。

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