2019版高考生物总复习细胞的分子组成与结构实验技能提升一实验设计的基本原则.docx

实验技能提升一实验设计的基本原则(加试)(新题专递)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，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之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，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)审题关键信息：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：核酸五碳糖含氮碱基DNA脱氧核糖A、G、C、TRNA核糖A、G、C、U信息：强调了碱基，二者碱基的区别：DNA特有T，RNA特有U。信息：放射性同位素标记法是指用放射性的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过程的方法。回忆相关内容：研究内容标记方法分泌蛋白的合成、加工和运输过程将3H标记的亮氨酸注射到胰腺细胞中光合作用中氧气中的氧的来源用18O分别标记光合作用的原料H2O和CO2光合作用碳反应中C元素的转移过程用14C 标记光合作用的原料CO2T2噬菌体遗传物质的探究用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质外壳信息：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，再让病毒去侵染被标记的宿主细胞，子代病毒就会被标记。信息：甲、乙两组要形成对比，结合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。答案(1)实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，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)实验结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无放射性，则为RNA病毒；反之则为DNA病毒。解析(1)DNA和RNA都有各自的特有碱基，DNA特有碱基为T，RNA特有碱基为U。用放射性同位素标记碱基U的培养基来培养宿主细胞，使宿主细胞含有放射性，再用病毒去侵染含放射性的宿主细胞，看子代病毒是否含有放射性，为甲组；用放射性同位素标记碱基T的培养基来培养宿主细胞，使宿主细胞含有放射性，再用病毒去侵染含放射性的宿主细胞，看子代病毒是否含有放射性，为乙组。(2)若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，则为RNA病毒；反之则为DNA病毒。错解例析错例1：将该病毒处理后用吡罗红甲基绿的混合染料染色，如果呈现绿色则为DNA病毒，如果呈现红色则为RNA病毒。错因分析：审题时遗漏关键信息，没有用放射性同位素标记法，没有用体外培养的宿主细胞为材料，没有分成甲、乙两组。错例2：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：处：没有分成甲、乙两组，而是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，形成不了对照。处：病毒不能直接用培养基培养，这样设计不科学。实验设计遵循的四大基本原则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)，以便减小实验误差。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.(加试)(2016浙江10月选考)设水稻细胞与染色剂甲反应呈红色，小麦细胞与染色剂乙反应呈黄色，大麦细胞与染色剂丙反应呈绿色。现有A、B、C三瓶不同的细胞悬液，每瓶中可能含有一种或多种上述细胞。欲用染色剂甲、乙、丙鉴别这三瓶细胞悬液中有几种细胞。请根据以下提供的实验材料，提出实验思路，预测实验结果和结论。材料与用具：染色剂甲、乙、丙溶液各1瓶，A、B、C细胞悬液各1瓶，试管若干支，显微镜。(要求与说明：一种染色剂只与一种细胞产生反应；每支试管中只能加一种染色剂；装片的具体制作过程不作要求；实验条件适宜)请回答：(1)实验思路(其中实验分组用表格表示)： 。(2)预测实验结果与结论： 。答案(1)取9支试管进行编号。表不同染色剂鉴别不同细胞悬液的实验分组染色剂甲染色剂乙染色剂丙细胞悬液A细胞悬液B细胞悬液C1.A甲4.B甲7.C甲2.A乙5.B乙8.C乙3.A丙6.B丙9.C丙按上述分组，在各试管中分别加入细胞悬液和染色剂溶液，摇匀。一段时间后，制作装片，显微镜下观察各试管中细胞的颜色，并记录(2)若某瓶细胞悬液的分组试管中只有一支显色，则说明该瓶中有一种细胞。若某瓶细胞悬液的分组试管中只有两支显色，则说明该瓶中有两种细胞。若某瓶细胞悬液的分组试管中有三支显色，则说明该瓶中有三种细胞解析根据题干信息分析，水稻细胞与染色剂甲反应呈红色，小麦细胞与染色剂乙反应呈黄色，大麦细胞与染色剂丙反应呈绿色，可以设计实验，根据不同染色剂染色后的颜色变化确定细胞的类型。(1)根据实验设计的单一变量原则和对照原则设计实验，步骤为：取9支试管进行编号。表不同染色剂鉴别不同细胞悬液的实验分组染色剂甲染色剂乙染色剂丙细胞悬液A细胞悬液B细胞悬液C1.A甲4.B甲7.C甲2.A乙5.B乙8.C乙3.A丙6.B丙9.C丙按上述分组，在各试管中分别加入细胞悬液和染色剂溶液，摇匀。一段时间后，制作装片，显微镜下观察各试管中细胞的颜色，并记录。(2)根据以上实验步骤，预测实验结果与结论：若某瓶细胞悬液的分组试管中有一支显色，则说明该瓶中有一种细胞；若某瓶细胞悬液的分组试管中有二支显色，则说明该瓶中有两种细胞；若某瓶细胞悬液的分组试管中有三支显色，则说明该瓶中有三种细胞。2.(加试)糖酵解增强是绝大多数恶性肿瘤的典型特征，因此肿瘤患者的葡萄糖摄取明显增加，且代谢活动强的癌细胞摄取量大。在癌细胞培养中，荧光类似物2N2脱氧葡萄糖(2NBDG)与普通葡萄糖的吸收存在竞争性(如图所示)。细胞中荧光信号强，表示细胞吸收的2NBDG多。现有甲、乙两种不同的乳腺癌细胞，且甲的代谢强度大于乙。欲验证这两种癌细胞的代谢强度及两种葡萄糖的吸收存在竞争性，请根据以下提供的材料用具，完善实验思路，预测实验结果并回答有关问题。材料与用具：甲种乳腺癌细胞，乙种乳腺癌细胞，细胞培养液，普通葡萄糖溶液，生理盐水，2NBDG，培养皿若干，CO2培养箱等。(注：荧光测量的具体方法不作要求)(1)完善实验思路：取若干培养皿，均分为4组。各组加入的试剂和接种的细胞如下表：(补全表格)组别ABCD说明细胞培养液用“”表示加入，用“”表示不加普通葡萄糖溶液生理盐水2NBDG溶液甲种乳腺癌细胞乙种乳腺癌细胞 ； 。(2)设计表格，并将预期实验结果填在表格中(荧光强度用“”表示，荧光强度越大，“”数越多，荧光强度最弱用“1”表示，最强用“4”表示)。(3)根据实验结果，请从细胞结构的角度推测，癌细胞培养时，2NBDG与普通葡萄糖的吸收会发生竞争的原因是 。答案(1)组别ABCD细胞培养液普通葡萄糖溶液生理盐水2NBDG溶液甲种乳腺癌细胞乙种乳腺癌细胞各组置于温度等条件适宜的CO2培养箱培养一段时间后，检测各组细胞的荧光强度，并作记录和统计分析(2)甲、乙乳腺癌细胞的代谢强度和2NBDG吸收实验结果组别ABCD荧光强度2(或3)142(或3)(3)细胞膜上转运2NBDG与普通葡萄糖的载体蛋白是同一种解析据图分析，细胞吸收的2NBDG的量与普通葡萄糖的量呈反比例关系。根据实验设计的单一变量原则和对照性原则，再加上实验材料和实验目的，进行实验设计，绘制表格，预测实验结果。(1)实验的目的是验证这两种癌细胞的代谢强度及两种葡萄糖的吸收存在竞争性，思路是：取若干培养皿，均分为4组。各组加入的试剂和接种的细胞如下表：组别ABCD说明细胞培养液用“”表示加入，用“”表示不加