高考生物复习：实验设计与探究(含答案)

集训12实验设计与探究1．蛙的卵细胞在体外受精后的20h内，能分裂产生数千个细胞，蛋白质合成量迅速增加，常作为生命研究的实验材料。请回答下列问题：(1)将一定量的蛙受精卵放在含有放射性尿嘧啶的营养液中培养，检测到胚胎中核酸的放射性逐渐增加，放射性尿嘧啶参与了____________________(过程)，该过程的模板是________。(2)某研究小组查阅资料发现，在蛙未受精的卵细胞的细胞质中贮存着大量mRNA，该小组推测：受精卵早期分裂过程中(20h内)，蛋白质合成所需要的mRNA来源于卵细胞中原本就存在的mRNA。已知物质甲能抑制mRNA的合成，请帮助该小组设计实验方案探究上述推测是否正确(以蛋白质合成量为检测指标)。实验材料：蛙受精卵(刚完成受精)、物质甲溶液、生理盐水等必备的实验用品。实验思路：_______________________________________________。结果分析：当实验结果为_______________________________时，该小组的推测正确。解析(1)尿嘧啶是RNA特有的成分，放射性尿嘧啶可参与转录(或RNA合成)，该过程的模板是DNA。(2)根据题意分析，该实验的目的是探究受精卵早期分裂过程中(20h内)，蛋白质合成所需要的mRNA是否来源于卵细胞中原本就存在的mRNA。故本实验的自变量是新mRNA的有无，对新mRNA合成的控制可通过添加物质甲溶液来实现。因此可以设计两组实验，取蛙的受精卵平均分为A、B两组，其中A组加入适量的物质甲溶液，B组加入等量的生理盐水。两组均置于适宜的恒温条件下培养，20h后分别测定两组早期胚胎的蛋白质的合成量，并进行比较。当实验结果为两组的蛋白质合成量基本相同时，该小组的推测正确。答案(1)转录(或RNA合成)DNA(一条链)(2)设计两组实验，取蛙的受精卵平均分为A、B两组，其中A组加入适量的物质甲溶液，B组加入等量的生理盐水。两组均置于适宜的恒温条件下培养，20h后分别测定两组早期胚胎的蛋白质的合成量，并进行比较两组的蛋白质合成量基本相同2．为研究大豆种子在黑暗条件下萌发和生长过程中总糖和蛋白质的相互关系，研究人员进行了相关实验，请回答下列问题：(1)研究人员首先进行了大豆种子在黑暗条件下萌发和生长过程中蛋白质含量变化的预实验。请完善实验原理和实验步骤。①实验原理：__________________________________________。②实验步骤：a．将3份等量大豆种子分别培养1、5、9天后取出，各加入适量蒸馏水，研碎、提取，定容后离心得到蛋白质制备液；b．取3支试管，_________________________________________；c．____________________________________________________，观察颜色变化。③实验结果：1、2、3号试管中颜色依次加深。(2)进一步定量测定总糖和蛋白质含量，结果如图，对图中结果的合理解释是____________________________________________________。答案(1)①蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应，一定范围内，蛋白质含量越高，颜色越深②b.分别编号1、2、3，依次分别加入等量(2mL)培养1、5、9天的大豆种子蛋白质制备液c．分别往3支试管中加入等量(1mL)双缩脲试剂A液，摇匀，再分别注入双缩脲试剂B液4滴，摇匀。(2)大豆种子萌发和生长时需要产生更多的蛋白质参与各项生命活动，在黑暗条件下萌发后不能进行光合作用，与此同时，需要消耗糖类提供能量和用于生成某些氨基酸等非糖物质，因此蛋白质含量上升而总糖含量下降3．某生物兴趣小组开展探究实验，课题是“培养液中酵母菌种群数量变化与时间的关系”。实验材料、用具：菌种、无菌培养液、试管、血细胞计数板(计数室为1mm×1mm大方格，25中方格×16小方格，由400个小方格组成)、滴管、显微镜等。酵母菌的显微计数方法：①血细胞计数板是带有微小方格刻度的玻璃片，用于在显微镜下微生物的计数。②将含有酵母菌的培养液滴在计数板上，计数5个中方格(4个角上的中方格和中央的1个中方格)内的酵母菌数量，并求出平均数，再以此估算试管中的酵母菌总数。连续观察7d，并记录每天的数值。根据以上叙述回答下列问题：(1)根据所学知识，预测该课题的实验假设是开始一段时间内，酵母菌种群数量呈“J”型增长，随着时间的推移，由于_______________________，酵母菌种群数量呈“S”型增长。(2)该实验__________(填“需要”或“不需要”)重复实验，原因是________________________。(3)在吸取培养液计数前，要轻轻振荡几次试管，目的是___________________。如果一个小方格内酵母菌数量过多，难以数清，应当采取的措施是____________________________________________________。解析(1)刚开始培养时，因为环境资源和空间充裕，酵母菌种群数量呈“J”型增长，随着时间的推移，营养物质逐渐被消耗，空间相对减少，有害代谢产物积累等导致环境阻力增大，酵母菌种群数量呈“S”型增长。(2)为了提高实验数据的准确性，避免偶然因素对实验结果产生的影响，该实验需要设置重复实验。(3)在吸取培养液计数前，要轻轻振荡几次试管，目的是使酵母菌分布均匀。如果一个小方格内酵母菌数量过多，难以数清，可采取的措施是对含有酵母菌的培养液进行一定倍数的稀释。答案(1)环境中资源和空间相对减少(2)需要提高实验数据的准确性(3)使酵母菌分布均匀稀释含有酵母菌的培养液4．在小鼠中，有位于常染色体上的关于毛色的复等位基因：A控制黄色，a1控制灰色，a2控制黑色，A对a1、a2为显性，a1对a2为显性。基因型为AA的个体在胚胎期死亡，灰色小鼠为野生型。现有一只黄色雄鼠和多只其他各色的雌鼠，拟利用杂交方法检测出该黄色雄鼠的基因型，请完善实验设计思路和结果预测。(1)实验思路：①__________________________________________________；②观察___________________________________________________。(2)结果预测：①如果后代表现________________，则该黄色雄鼠的基因型为Aa1。②如果后代表现_________________，则该黄色雄鼠的基因型为Aa2。解析本题中需要探究的问题是“该黄色雄鼠的基因型是什么？”首先需要思考的是为什么要对“黄色雄鼠”进行基因型鉴定？黄色鼠的基因型有几种？其次，在实验设计中，必须对“该黄色雄鼠”进行杂交实验，那么与该黄色雄鼠杂交的雌鼠是何种体色呢？这时，需要分析试题所给的实验材料。从“现有一只黄色雄鼠和多只其他各色的雌鼠”可知，雌鼠体色是除黄色以外的其他颜色。那么，小鼠的体色除了黄色还有什么颜色，基因型都是什么呢？通过试题信息可知，小鼠体色有黄色、灰色和黑色，表现型和基因型的关系是黄色(Aa1、Aa2)、灰色(a1a1、a1a2)、黑色(a2a2)。由此可知，被检测黄色雄鼠的基因型有两种可能：Aa1、Aa2；可用于杂交实验的雌鼠有三种，体色和基因型分别是灰色(a1a1、a1a2)和黑色(a2a2)。由于被检测的黄色雄鼠基因型无法确定，故只能选用纯合黑色雌鼠与该黄色雄鼠杂交。由于灰色对黄色为隐性性状，故不能将实验设计为“让该黄色雄鼠与隐性个体进行测交”，而应准确表述为“让该黄色雄鼠与多只黑色雌鼠进行杂交”。分别写出黄色雄鼠基因型为Aa1和Aa2时，与黑色雌鼠杂交的遗传图解，即可完成结果预测。答案(1)①让该黄色雄鼠与多只黑色雌鼠进行杂交②后代的毛色(2)①黄色和灰色(或黄色∶灰色＝1∶1)②黄色和黑色(或黄色∶黑色＝1∶1)5．某生物兴趣小组欲探究酵母菌细胞的呼吸方式，请完成如下相关实验及其分析：(1)材料用具：略。(2)实验步骤：①如图1，将锥形瓶用注射器反复抽取空气后，夹上弹簧夹备用。②如图2，吸取25mL酵母菌培养液，再吸入25mL锥形瓶中的空气，夹上弹簧夹，编号为A组；_____________________________，夹上弹簧夹，编号为B组。③将A、B两组装置置于25℃④从A、B两组中各取2mL酵母菌培养液，分别注入两支洁净的试管中，编号甲、乙。向两试管中分别滴加0.5mL________________溶液，并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察颜色变化：______________________________。然后再分别用溴麝香草酚蓝水溶液对两组注射器内气体进行检测，A、B组均由蓝变绿再变黄。(3)实验分析：①上述实验步骤①中反复抽取空气的目的是______________________。②上述实验步骤③中为何在A组气体体积变化前停止培养？_________________________________________________________。(4)实验结论：酵母菌既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸。(5)实验讨论：若要继续探究酵母菌细胞呼吸的场所，需设法将_________________分离，补充________________作为反应底物，再进行实验。解析(2)②实验设计应遵循等量原则和单一变量原则(本实验的自变量为有氧和无氧)，因此B组为用注射器吸取25mL酵母菌培养液。④A、B两组酵母菌培养液中有没有酒精产生，可用酸性重铬酸钾来鉴定。A组酵母菌进行有氧呼吸，产物是二氧化碳和水，无酒精产生，因此甲组遇酸性重铬酸钾溶液不变色；B组酵母菌进行无氧呼吸，产物是酒精和二氧化碳，有酒精产生，酒精遇酸性重铬酸钾溶液呈灰绿色，因此乙组变灰绿色。(3)①实验步骤①中反复抽取空气的目的是去除锥形瓶内空气中的CO2。②A组中含有氧气，其中酵母菌进行的是有氧呼吸，在A组气体体积变化前停止培养的目的是防止A组酵母菌进行无氧呼吸。(5)有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段反应场所相同，均为细胞质基质，但后面阶段进行的场所不同，有氧呼吸第二阶段丙酮酸进入线粒体基质发生反应，无氧呼吸第二阶段仍发生于细胞质基质中，因此要继续探究酵母菌细胞呼吸的场所，需设法将线粒体和细胞质基质分离，补充丙酮酸作为反应底物，再进行实验。答案(2)②用另一注射器吸取25mL酵母菌培养液④酸性重铬酸钾甲组不变色、乙组变灰绿色(3)①去除锥形瓶内空气中的CO2②防止A组酵母菌进行无氧呼吸(5)线粒体和细胞质基质丙酮酸6．某同学测得某品种小麦在温度为A，光照强度为a时的真正光合速率为Z(以密闭透光容器内气体体积变化量表示，不考虑无氧呼吸)。(1)为获得此数据，至少需要设计两组实验：甲组将小麦置于________________________条件下，测得呼吸速率为X。乙组将生长状况与甲组相同的小麦置于____________________________条件下的密闭环境中，测得数值为Y。甲组和乙组密闭装置中可分别放置__________、__________(填“NaOH溶液”或“NaHCO3溶液”)。(2)若该同学测得的Z为负值，则因变量是通过记录密闭容器内______________________________测得的，且X一定为________(填“正值”“负值”或“0”)，Y可能为________(填“正值”“负值”或“0”)。解析(1)从题干信息可知，该同学的实验目的是“测得某品种小麦在温度为A，光照强度为a时的真正光合速率”，若要达到实验目的，需要获得两个数据：温度为A时该品种小麦的呼吸速率，温度为A、光照强度为a时该品种小麦的净光合速率。由此，根据问题提示分析：将甲组小麦置于温度为A、黑暗条件下，测得呼吸速率为X，将乙组小麦置于温度为A、光照强度为a条件下测得净光合速率为Y。通过测定密闭容器中气体体积变化量获得呼吸速率和净光合速率，进而计算出该品种小麦的真正光合速率。在密闭容器中，若植物只进行有氧呼吸，则气体总体积不会发生改变，CO2的变化量难以通过气体体积变化获得，根据试题提示，可考虑在装置内放置吸收CO2的液体，如NaOH溶液，密闭容器内气体总量会减少，减少量即有氧呼吸消耗的O2量，也是CO2的释放量。同时，为了保证温度为A、光照强度为a条件下CO2的供应，以获得准确的净光合速率数值，可在装置中放置NaHCO3溶液。(2)由题干信息“以密闭透光容器内气体体积变化量表示”可知，该实验最终要以“O2或CO2的体积变化量”来表示真正光合速率，由于小麦进行光合作用过程中吸收CO2(或释放O2)，若记录值Z为负值，说明在进行实验记录时，将CO2的释放量(或O2的吸收量)定义为正值，又因细胞有氧呼吸过程中释放CO2(或吸收O2)，因此X一定为正值；乙组中，由于小麦真正光合速率和呼吸速率大小未知，Y可能为正值、负值或0。答案(1)温度为A、黑暗温度为A、光照强度为aNaOH溶液NaHCO3溶液(2)CO2的释放量(或O2的吸收量)正值正值、负值或07．(2019·江苏卷)为探究玉米籽粒发芽过程中一些有机物含量的变化，研究小组利用下列供选材料用具进行了实验。材料用具：玉米籽粒；斐林试剂，双缩脲试剂，碘液，缓冲液，淀粉，淀粉酶等；研钵，水浴锅，天平，试管，滴管，量筒，容量瓶，显微镜，玻片，酒精灯等。请回答下列问题：(1)为了检测玉米籽粒发芽过程中蛋白质(肽类)含量变化，在不同发芽阶段玉米提取液中，分别加入________试剂，比较颜色变化。该实验需要选用的器具有________(填序号)。①试管②滴管③量筒④酒精灯⑤显微镜(2)为了检测玉米籽粒发芽过程中淀粉含量变化，将不同发芽阶段的玉米籽粒纵切，滴加________，进行观察。结果显示，胚乳呈蓝色块状，且随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小。由此可得出的结论是______________________________________________________________________________。(3)为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果，设计了如下实验：在1～4号试管中分别加入相应的提取液和溶液(如下图所示)，40℃温育30min后，分