高考生物考前冲刺第1篇专题素能提升专题7实验与探究微专题2实验设计分析与评价

植株的赤霉素含量 。
解析:(2)据图比较去顶组、去顶后在顶端施加生长素 组与不作处理(保留顶端)组的赤霉素含量,去顶组的赤 霉素含量较少,而去顶后在顶端施加生长素组的赤霉素 含量较高,由此说明施加生长素可恢复甚至提高植株的 赤霉素含量,进一步说明顶端产生的生长素可促进赤霉 素的合成,甲同学的推断合理。
(3)制备无细胞的酵母汁,酵母菌细胞破碎处理时需加入 缓冲液,缓冲液的作用是 保护酶分子空间结构和提供酶 促反应的适宜pH ,以确保酶的活性。
解析:(3)制备无细胞的酵母汁,酵母菌细胞破碎处理 时需加入缓冲液,缓冲液的作用是保护酶分子空间结 构和提供酶促反应的适宜pH,以确保酶的活性。
(4)如何检测酵母汁中是否含有活细胞?(写出2项原理不同的方法 及相应原理) 染色后镜检,原理是细胞膜具有选择透性;酵母汁接 种培养观察,原理是酵母菌可以繁殖 。
(3)科学家获得了株高低于野生型的水稻矮化突变体品系(品系是指同 一祖先、性状相同的一群个体)。请设计实验探究该矮化突变体是赤霉 素合成缺陷型还是赤霉素不敏感型。简要写出实验思路和对应的预期 结果。
答案:(3)实验思路:将生长状态相似的突变体随机均分为两组,一组用 赤霉素溶液处理,另一组用等量清水处理,将两组植株放置在相同且适 宜的环境中生长一段时间,然后分别测定两组植株的株高,统计并计算 平均值。 预期结果:如果赤霉素组平均株高明显高于清水组,则为赤霉素合成缺 陷型;如果两组株高平均值无明显差异,则为赤霉素不敏感型。
重点突破
深化学科思维·体现知识运用
重点 实验的总体程序及各环节要点
1.厘清实验设计的程序
2.实验设计的各个环节突破方法 (1)探究环节1——确定实验目的。 ①由实验的自变量和因变量决定。 ②书写格式为“探究(验证)×××(自变量)对×××(因 变 量 ) 的 影 响 ” 或 “ 探 究 ( 验 证 )×××( 自 变 量 ) 与 ×××(因变量)的关系”等。
解析:(1)赤霉素的主要作用是促进细胞伸长,从而引起植株增高, 因此赤霉素促进茎秆伸长是通过促进细胞伸长实现的。
(2)科学家研究了生长素的含量对赤霉素合成的影响,实验结果如
图。根据下图,甲同学得出了“植物顶端产生的生长素可促进赤霉
素合成”的结论,乙同学则得出“植物顶端可合成赤霉素,与生长 素无关”的结论,你认为哪名同学的推断合理并说明理由: 甲同学 的推断合理,由图可知,去顶后在顶端施加生长素可恢复甚至提高
(2)若为了确定B溶液中是否含有多肽,可用 双缩脲 试剂来检测。 若为了研究B溶液中离子M对乙醇发酵是否是必需的,可增加一组实 验,该组的处理是 葡萄糖溶液+A溶液+去除了离子M的B溶液 。
解析:(2)双缩脲试剂可用来验证含有肽键的物质,因此,确定B溶 液中是否含有多肽,可用双缩脲试剂来检测。若为了研究B溶液 中离子M对乙醇发酵是否是必需的,可将该物质去除,与含有该物 质的组别进行对照,具体设计为葡萄糖溶液+A溶液+去除了离子M 的B溶液。
常见对照原则类型 (1)空白对照:指不作任何实验处理的对照组,其能清晰地对比和衬托出 实验组的变化和结果,增强说服力。 (2)自身对照:指实验与对照在同一对象上进行,即不另设对照组,自身对 照,方法简便,关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异,实验处理 前的对象的状况为对照组,实验处理后的对象变化则为实验组。 (3)条件对照:指虽给对象施以某种实验处理,但这种处理是作为对照的, 或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量。 (4)相互对照:指不另设对照组,而是几个实验组相互对照,较好地平衡和 抵消无关变量的影响,使实验结果更具有说服力。
解析:(5)科研人员拟用MRSA感染肺类装配体建立感染 模型,来探究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起 的肺炎有治疗潜力,必备实验材料为:②MRSA感染的肺 类装配体、③解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽、④生理盐水 (设置对照实验使用)、⑥万古霉素(抗MRSA的药物),故 选②③④⑥。
4.(2023·北京卷)为了研究城市人工光照对节肢动物群落的影响,研究 者在城市森林边缘进行了延长光照时间的实验(此实验中人工光源对植 物的影响可以忽略;实验期间,天气等环境因素基本稳定)。实验持续15 天:1～5天,无人工光照;6～10天,每日黄昏后和次日太阳升起前人为增 加光照时间;11～15天,无人工光照。在此期间,每日黄昏前特定时间段, 通过多个调查点的装置捕获节肢动物,按食性将其归入三种生态功能团, 即植食动物(如蛾类幼虫)、肉食动物(如蜘蛛)和腐食动物(如蚂蚁),结 果如图。
(4)探究环节4——实验思路确定的三个关键。
(5)探究环节5——实验步骤“三部曲”。
注:实验思路不同于实验步骤,实验步骤是实验思路的具 体实施,更加具体、重视操作。
(6)探究环节6——实验结果与结论。 ①实验结果的呈现方式。 a.利用表格呈现实验计图(曲线图、柱状图等)呈现实验结果。以统计图的形式呈现 时,通常横坐标表示自变量,纵坐标表示因变量,并在坐标轴上标注单位 或符号,如果是两个或多个自变量,要在图例中注明。 ②实验结果的分析方式。 a.对于验证性实验:结果和结论是唯一的,依据自变量与因变量的关系, 可用逆推法,由结论推出相应的结果。 b.对于探究性实验:结果和结论是不确定的,应先把自变量与因变量所对 应的各种关系都考虑到,然后用逆推法描述出各种可能出现的结果。
解析:(3)本实验的目的是探究该矮化突变体是赤霉素合成缺陷 型还是赤霉素不敏感型,实验自变量为是否用赤霉素溶液处理该 矮化突变体,检测指标是植株的高度,实验设计思路:将生长状态 相似的突变体随机均分为两组,一组用赤霉素溶液处理,另一组 用等量清水处理作为对照,将两组植株放置在相同且适宜的环境 中生长一段时间,然后分别测定两组植株的株高,统计并计算平 均值,若赤霉素组平均株高明显高于清水组,则该矮化突变体为 赤霉素合成缺陷型,若两组株高平均值无明显差异,则该矮化突 变体为赤霉素不敏感型。
解析:(4)若检测某液体中含有活细胞,可依据活细胞膜具有选择 透性、活细胞能够增殖等方法进行,具体操作及原理如下:①染 色后镜检,原理是细胞膜具有选择透性;②酵母汁接种培养观察, 原理是酵母菌可以繁殖;③酵母汁接种培养,利用比浊计检测浑 浊度是否发生变化,原理是酵母菌可以繁殖。
2.植物的生长发育受到多种植物激素的共同调节,如一定浓度的生 长素和赤霉素均可促进茎秆伸长。回答下列问题。 (1)赤霉素促进茎秆伸长是通过促进 细胞伸长 实现的。
考向2 围绕实验设计与评价,考查科学探究能力 3.(2023·湖南卷)某些植物根际促生菌具有生物固氮、分解淀粉 和抑制病原菌等作用。回答下列问题: (1)若从植物根际土壤中筛选分解淀粉的固氮细菌,培养基的主要 营养物质包括水和 无机盐、碳源 。
解析:(1)由题意可知,根际促生菌具有固氮作用,可利用空气中 的氮气作为氮源,因此用于筛选根际促生菌的培养基的主要营养 物质包括水、无机盐和碳源。
3.“五看法”把握评价、修订或完善实验设计
考向1 围绕变量的控制、结果的检测等考查实验探究能力 1.(2021·浙江1月选考)1897年德国科学家毕希纳发现,利用无 细胞的酵母汁可以进行乙醇发酵;还有研究发现,乙醇发酵的酶 发挥催化作用需要小分子和离子辅助。某研究小组为验证上述 结论,利用下列材料和试剂进行了实验。 材料和试剂:酵母菌、酵母汁、A溶液(含有酵母汁中的各类生 物大分子)、B溶液(含有酵母汁中的各类小分子和离子)、葡萄 糖溶液、无菌水。
(2)现从植物根际土壤中筛选出一株解淀粉芽孢杆菌H,其产生的抗 菌肽抑菌效果见表。据表推测该抗菌肽对 金黄色葡萄球菌和枯草 . 芽孢杆菌 的抑制效果较好,若要确定其有抑菌效果的最低浓度,需
在 1.73～3.45 μg·mL-1浓度区间进一步实验。
测试菌
金黄色葡萄球菌 枯草芽孢杆菌 禾谷镰孢菌 假丝酵母
解析:(4)肺类装配体培养需要满足适宜的营养、温度、 渗透压、pH以及无菌、无毒环境,含95%空气和5%CO2的 气体环境等基本条件;由图示可知,肺类装配体形成的 过程中没有运用动物细胞融合技术,只涉及了细胞的分 裂和分化等内容。
(5)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是一种耐药菌,严重危害人 类健康。科研人员拟用MRSA感染肺类装配体建立感染模型,来探 究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起的肺炎有治疗潜力。 以下实验材料中必备的是 ②③④⑥ 。 ①金黄色葡萄球菌感染的肺类装配体 ②MRSA感染的肺类装配体 ③解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽 ④生理盐水 ⑤青霉素(抗金黄色葡萄球菌的药物) ⑥万古霉素(抗MRSA的药物)
实验共分6组,其中4组的实验处理和结果如下表。
组别 ① ②
实验处理 葡萄糖溶液+无菌水 葡萄糖溶液+酵母菌
实验结果 +
③
葡萄糖溶液+A溶液
-
④
葡萄糖溶液+B溶液
-
注:“+”表示有乙醇生成,“-”表示无乙醇生成
回答下列问题。 (1)除表中4组外,其他2组的实验处理分别是 葡萄糖溶液+酵母汁 ; 葡萄糖溶液+A溶液+B溶液 。本实验中,这些起辅助作用的小分子 和离子存在于酵母菌、酵母汁和B溶液 。
(4)研究人员通过肺上皮干细胞诱导生成肺类器官,可自组装或与
成熟细胞组装成肺类装配体,如图所示。肺类装配体培养需要满足 适宜的营养、温度、渗透压、pH以及 无菌、无毒环境,含95%空气 和5%CO2的气体环境 (答出两点)等基本条件。肺类装配体形成过 程中是否运用了动物细胞融合技术 否 (填“是”或“否”)。
抗菌肽浓度/(μg·mL-1)
55.20 27.60 13.80 6.90 3.45 1.73 0.86
-
-
-
--++
-
-
-
--++
-
+
+
++++
-
+
+
++++
注:“+”表示长菌,“-”表示未长菌。
解析:(2)由题表可知,在抗菌肽浓度为3.45～ 55.20 μg·mL-1范围内,金黄色葡萄球菌和枯草芽孢 杆菌均不能生长,表明该抗菌肽对它们的抑菌效果较 好;因为抗菌肽的浓度为1.73 μg·mL-1时,它们均能 生长,抗菌肽的浓度为3.45 μg·mL-1时,它们均不能 生长,所以要确定抗菌肽抑菌效果的最低浓度,应在 1.73～3.45 μg·mL-1的浓度区间进一步实验。
解析:(1)本实验的目的是验证无细胞的酵母汁可以进行乙醇发 酵,并且乙醇发酵的酶发挥催化作用需要小分子和离子辅助。为 证明上述结论,需要分组验证酵母汁,A、B溶液及葡萄糖溶液的 相互作用关系,因此,除表中所示分组外,还应设计葡萄糖溶液+ 酵母汁及葡萄糖溶液+A溶液+B溶液两组。由题意可知,乙醇发酵 的酶发挥催化作用需要小分子和离子辅助,上述物质主要存在于 酵母菌、酵母汁及B溶液中。
(3)研究人员利用解淀粉芽孢杆菌H的淀粉酶编码基因M构建高效表 达质粒载体,转入大肠杆菌成功构建基因工程菌A。在利用A菌株发 酵生产淀粉酶M过程中,传代多次后,生产条件未变,但某子代菌株 不再产生淀粉酶M。分析可能的原因是 淀粉酶编码基因M发生突变; 淀粉酶编码基因M丢失 (答出两点即可)。
解析:(3)在利用A菌株发酵生产淀粉酶M过程中,传代多次后,生 产条件未变,但某子代菌株不再产生淀粉酶M,可能的原因是淀粉 酶编码基因M发生突变;或者是淀粉酶编码基因M丢失。
(2)探究环节2——作出假设。 ①假设是指用来说明某种现象,但未经证实的论题,是对 课题涉及的主要变量之间相互关系的设想。 ②假设是研究者对研究结果预先赋予的答案,是一种可能 的解释和说明。 ③提出的假设可能正确,也可能错误。但必须能解释题目 现象或与题干相符。
(3)探究环节3——实验原理的确认与书写。 ①实验原理的确认。 实验原理就是进行实验的理论依据,包括选择实验材料的依 据、作出实验假设的依据、设置实验步骤的依据、分析现象 结果的依据和确定观测指标的依据。 ②实验原理的书写。 书写基本思路概括为“已知条件找变量→根据目的提结论→ 依据材料判结果→结论结果找联系→组织语言写原理”。