实验探究与设计（习题精练）-2022年高考生物实验（解析版）

三、实验探究与设计

1.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）

【答案】（1）思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿喀脏的培养基中，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喀咤的培养基中，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）结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。

【解析】（1）由于DNA和RNA元素组成相同，但其有各自的特有碱基，DNA特有碱基为T,RNA特有碱基

为U,分别利用放射性同位素标记碱基T、U培养宿主细胞，使宿主细胞分别含有放射性同位素的碱基T和

U,再利用病毒侵染宿主细胞，看子代病毒是否含有碱基T或U。用放射性同位素32P标记碱基T、31P的

碱基U培养宿主细胞，使其宿主细胞含有23P的碱基To再用病毒去侵染含32P碱基T的宿主细胞，看子

代病毒是否含有碱基T，为A组：用放射性同位素32P标记碱基U、31P的碱基T培养宿主细胞，使其宿主

细胞含有23P的碱基U。再用病毒去侵染含32P碱基U的宿主细胞，看子代病毒是否含有碱基U,为B组。

（2）若A殂子代病毒具有放射性，B组不出现放射性，则说明其遗传物质是DNA,反之A组不含有放射性，

B组含有放射性，则其遗传物质是RNA。

2.为研究垂体对机体生长发育的作用，某同学用垂体切除法进行实验。在实验过程中，用幼龄大鼠为材料,

以体重变化作为生长发育的检测指标。回答下列问题：

（1）请完善下面的实验步骤：

①将若干只大鼠随机分为A、B两组后进行处理,A组（对照组）的处理是；

B组的处理是。

②将上述两组大鼠置于相同的适宜条件下饲养。

④对所得数据进行统计处理与分析。

（2）实验结果与分析：

B组大鼠生长发育的状况不如A组，出现这种差异的原因是由于B组的处理使大鼠缺失了来

源于垂体的激素和激素。

【答案】（1）①手术但不切除垂体切除垂体③每隔一定时间，测定并记录两组大鼠的体重（2）生长促

甲状腺

【解析】本题采用切除法，以"研究垂体对机体生长发育的作用”为情境，考查考生的实验与探究能力。解题

的关键是由题意准确把握实验目的（研究垂体对机体生长发育的作用），进而明辨实验变量（自变量、因变

量、无关变量）。在此基础上，依据实验设计应遵循的原则，围绕给出的不完善的实验步骤，以及垂体分泌

的与生长发育有关的激素等知识，对各问题情境进行解答。

3.（12分）将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶

片中的脱落酸（ABA）含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。

（1）经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力。

（2）与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会,出现这种变化的

主要原因是。

（3）有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，请以该种

植物的ABA缺失突变体（不能合成ABA）植株为材料，设计实验来验证这一结论，要求简要写出实验思路和

预期结果。

【答案】（1）增强（2）降低气孔开度减小使供应给光合作用所需的C02减少（3）取ABA缺失突变体

植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气开度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。

将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照

组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度，预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

【解析】（1）经干旱处理后，根细胞的溶质浓度增大，渗透压增大，对水分子吸引力增大，植物根细胞的

吸水能力增强。（2）据题干条件可知干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小，导致叶片细胞吸收C02减少，

暗反应减弱，因此光合速率会下降；（3）根据题意分析可知，实验目的为验证干旱条件下气孔开度减小不

是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，故实验应分为两部分：①证明干旱条件下植物气孔开度变化不

是缺水引起的；②证明干旱条件下植物气孔开度减小是ABA引起的。该实验材料为ABA缺失突变体植株（不

能合成ABA）,自变量应分别为①正常条件和缺水环境、②植物体中ABA的有无，因变量均为气孔开度变

化，据此设计实验。①取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开

度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。可说明缺水环境不影响ABA缺失突变体植株气孔开度变化，

即干旱条件下植物气孔开度变化不是缺水引起的。②将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在

干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度，预期结果

是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。可说明干旱条件下植物气孔开度减小是ABA引起的。

4.（11分）氮元素是植物生长的必需元素，合理施用氮肥可提高农作物的产量。回答下列问题。

（1）植物细胞内，在核糖体上合成的含氮有机物是,在细胞核中合成的含氮有机物是,

叶绿体中含氮的光合色素是。

（2）农作物吸收氮元素的主要形式有钱态氮（NHJ）和硝态氮已知作物甲对同一种营养

（以硝酸铁为唯一氮源）中NHJ和NO3一的吸收具有偏好性（NH4+和NO3同时存在时，对一种离子的吸收

量大于另一种）。请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路、预期结果和结

论。。

【答案】（1）蛋白质核酸叶绿素（2）实验思路：配制营养液（以硝酸镀为唯一氮源），用该营

养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中NH4+和N03一剩余量预期结果和结论：若营养液中N03-

剩余量小于NH4+剩余量，则说明作物甲偏好吸收Nth〉若营养液中NH4+剩余量小于NO3剩余量，则说

明作物甲偏好吸收NH4+

【解析】（1）核糖体是蛋白质的合成场所，故在植物的核糖体上合成的含氮有机物是蛋白质；细胞核内可

以进行DNA复制和转录，复制的产物是DNA,转录的产物是RNA,其组成元素均含N元素；（2）要验证作

物甲对NHa+和N03-吸收具有偏好性，可以把甲放在以硝酸镂为唯一氮源的培养液中进行培养，通过测定培

养前后核态氮和硝态氮的含量变化即可以得出结论。因此实验思路为：配制营养液（以硝酸镂为唯一氮源），

用该营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中NH4+和N03•剩余量。可用假设法推理，假设作物甲偏

好吸收NO0则营养液中N03-的剩余量较少；假设作物中偏好吸收NH4+,则营养液中NH4+的剩余量较少。

因此，预期结果和结论为：若营养液中NCh-剩余量小于N出+剩余量，则说明作物甲偏好吸收NO；若营养

液中NH4+剩余量小于N03•剩余量，则说明作物甲偏好吸收NH4\

5.（10分）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做要求；

实验条件适宜）

请回答：

（1）实验思路（其中实验分组用表格形式表示）:

①

（2）预测实验结果与结论：

【答案】（1）实验思路①取试管9只，进行编号。

②实验分组：

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AI.A+甲2.A+乙3.A+丙

细胞悬液B4.B+甲5.B+乙6.B+丙

细胞悬液C7.C+甲8.C+乙9.C+丙

③按上述分组，在各试管中分别加入等量细胞悬液和染色剂溶液，摇匀。

④一段时间后，制作装片，显微镜下观察各试管中细胞的颜色，并记录。

（2）预测实验结果与结论

①若某瓶细胞悬液的分组试管中只有一支显色，则说明该瓶有一种细胞。

②若某瓶细胞悬液的分组试管中只有两支显色，则说明该瓶有两种细胞。

③若某瓶细胞悬液的分组试管中三支均显色，则说明该瓶有三种细胞。

【解析】（1）根据实验设计的单一变量和对照原则设计实验，步骤为:

①取9只试管进行编号；

②按下表对实验分组

染色剂甲奥色剂乙染色剂丙

细胞悬液A1.A+甲2.A+乙3.A+丙

细胞悬液B4.B+甲5.B+乙6.B+丙

细胞悬液C7.C+甲8.C+乙9.C+丙

③在各试管中分别加入细胞悬液和染色剂溶液，摇匀；

④一段时间后，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：

①若某瓶细胞悬液的分组试管中只有一支显色，则说明该瓶有一种细胞。

②若某瓶细胞悬液的分组试管中只有两支显色，则说明该瓶有两种细胞。

③若某瓶细胞悬液的分组试管中三支均显色，则说明该瓶有三种细胞。

6.（10分）为研究某生物制剂（W）具有促进细菌B增殖的作用，请根据以下提供的实验材料，以细胞数

变化为检测指标，提出实验思路，并预测实验结果。

实验材料：培养瓶若干个、液体培养基、W、细菌B、血细胞计数板、显微镜等

（要求与说明：不考虑加入W后的体积变化等因素；细胞计数的具体操作过程不作要求；培养过程中不更

换培养液：培养液成分变化不利于细菌B生长不作要求；实验条件适宜）

请回答：

（1）实验思路：

①

（2）预测实验结果（设计一个坐标，用柱形图表示至少3次的检测结果）:

（3）分析与讨论：

①培养过程中，细菌B的增长方式为形增长。

②为提取细菌B内的酶，对该菌进行破碎时，应将其。

A.置于蒸储水中B.用纤维素酶水解C.置于稀盐酸中D.冷冻研磨

【答案】（1）①取细菌B,经稀释后得到菌液，在显微镜下用血细胞计数板进行计数，并记录。（1分）

②取菌液分别接种于以下两组培养瓶中，每组若干瓶。

甲组：液体培液基（0.5分）乙组：液体培养基+W（0.5分）

③将上述两组样品培养一段时间后，分别取上述两组中的培养瓶内的菌液，在显微镜下用血细胞计数

板分别进行计数，并记录。（1分）

④每隔一段时间重复③。（1分）⑤对实验数据进行分析与处理。（I分）

（2）生物制剂W对细菌B增殖的影响

评分细则：本小题共3分，其中坐标系与轴名称各0.5分，图例0.5分，3组柱各0.5分（其他合理答

案也给分）

（3）①S（1分）②D（1分）

【解析】实验变量（自变量）：实验中由实验者操纵的因素或条件；反应变量（因变量）：由实验变量而引

起的变化结果：无关变量：实验中除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件；额外变量：由无关

变量引起的变化结果。根据题干信息分析，该实验的目的是验证物质W对增殖具有促进作用，物质W即为

实验的自变量，通过空白组和用W处理的实验组对照，统计相同时间内各组培养液中细胞数目变化，绘制

柱形图，从而确定物质W对细菌B增殖的作用。（1）实验思路：①取细菌B,经稀释后得到菌液，在显微

镜下用血细胞计数板进行计数，并记录；②取菌液分别接种于以下两组培养瓶中，每组若干瓶：甲组：液

体培液基；乙组：液体培养基+W；③将上述两组样品培养一段时间后，分别取上述两组中的培养瓶内的菌

液，在显微镜下用血细胞计数板分别进行计数，并记录；④每隔一段时间重复③；⑤对实验数据进行分

析与处理。（2）由于生物制剂（W）具有促进细菌B增殖的作用，所以乙组细胞数不断增加，柱形图如下：

?■口甲.

■乙，

nJ1

（3）①细菌繁殖过程中，由于营养缺乏和有害物质积累使其无法按"'型曲线增长，所以细菌B的增长方

式为S型增长。②为提取细菌B内的酶，应将细菌B冷冻研磨后再对其进行破碎。

7.（12分）已知果蝇的灰体和黄体受一对等位基因控制，但这对相对性状的显隐性关系和该等位基因所在的染

色体是未知的。同学甲用一只灰体雌蝇与一只黄体雄蝇杂交，子代中？灰体：反黄体：6灰体：6黄体为i：i：i：io

同学乙用两种不同的杂交实验都证实了控制黄体的基因位于x染色体上，并表现为隐性。请根据上述结果，

回答下列问题：

（1）仅根据同学甲的实验，能不能证明控制黄体的基因位于x染色体上，并表现为隐性？

（2）请用同学甲得到的子代果蝇为材料设计两个不同的实验，这两个实验都能独立证明同学乙的结论。

（要求：每个实验只用一个杂交组合,并指出支持同学乙结论的预期实验结果。）

【答案】（1）不能（2）实验I：杂交组合：辛黄体*6灰体预期结果：子一代中所有的雌性

都表现为灰体，雄性都表现为黄体实验2：杂交组合：辛灰体/6灰体预期结果：子一代中所有的

雌性都表现为灰体，雄性中一半表现为灰体，另一半表现为黄体

【解析】本题考查伴性遗传与基因位置的判断方法，主要考查学生的应用能力。（1）若控制黄体的基因在常染

色体上，并表现为隐性，基因型用aa表示，灰体雌蝇为显性杂合子，基因型用Aa表示，二者杂交后也会出现题中

所示结果。（2）若控制黄体的基因在X染色体上,并表现为隐性，则同学甲得到的子代表现型及基因型分别为

灰体雌果蝇（XAXa）、黄体雌果蝇（X%a）、灰体雄果蝇（XAY）、黄体雄果蝇（X，）。证明控制黄体的基因在

X染色体匕并表现为隐性,所选杂交亲本产生的子代需在雌性和雄性中具有不同的表现型及比例，所以可以

选择黄体雌果蝇（X，xa）和灰体雄果蝇（XAY）杂交，后代雌果蝇均为灰体，雄果蝇均为黄体。也可选择灰体

雌果蝇（XAXD和灰体雄果蝇（XAY）杂交，后代雌果蝇全部为灰体，雄果蝇中一半为灰体，泮为黄体。

8.（12分）已知某种昆虫的有眼（A）与无眼（a）、正常刚毛（B）与小刚毛（b）、正常翅（E）与斑翅（e）

这三对相对性状各受一对等位基因控制。现有三个纯合品系：①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定

不发生染色体变异和染色体交换，回答下列问题：

（1）若A/a、B/b、E/e这三对等位基因都位于常染色体上，请以上述品系为材料，设计实验来确定这三对

等位基因是否分别位于三对染色体上。（要求：写出实验思路、预期实验结果、得出结论）

（2）假设A/a、B/b这两对等位基因都位于X染色体上，请以上述品系为材料，设计实验对这一假设进行

验证。（要求：写出实验思路、预期实验结果、得出结论）

【答案】（1）选择①x②、②x③、①x③三个杂交组合，分别得到R和F2,若各杂交组合的F2中均出现四

种表现型，且比例为9：3：3：1,则可确定这三对等位基因分别位于三对染色体上；若出现其他结果，则

可确定这三对等位基因不是分别位于三对染色体上。（2）选择①x②杂交组合进行正反交，观察B雄性个体

的表现型。若正交得到的Fi中雄性个体与反交得到的B中雄性个体有眼/无眼、正常刚毛〃卜刚毛这两对相

对性状的表现均不同，则证明这两对等位基因都位于X染色体上。

【解析】实验思路:要验证A/a和B/b这两对等位基因都位于X染色体上，可通过①aaBBEE和2AAbbEE两

种实验材料，利用正反交实验，观察F,雄性个体中刚毛和眼这两对性状，如果正反交结果均不相同，则A/a.B/b

这两对等位基因都位于X染色体上。预期实验结果:正交雌①EEX'BxaBx雄②EEXAbY-B：雌性全部为有

眼正常刚毛正常翅，雄性全部为无眼正常刚毛正常翅。反交雄①EEX；BYX雌②EEXAbxAbf>B：雌性全部为

有眼正常刚毛正常翅，雄性全部为有眼小刚毛正常翅。实验结论:A/a、B/b这两对等位基因都位于X染色体

±0

9.（12分）某种家禽的豁眼和正常眼是一对相对性状，豁眼雌禽产蛋能力强。已知这种家禽的性别决定方式

与鸡相同，豁眼性状由Z染色体上的隐性基因a控制，且在W染色体上没有其等位基因。回答下列问题

（1）用纯合体正常眼雄禽与豁眼雌禽杂交，杂交亲本的基因型为:理论上，F1个体的基因型和表现

型为，F2雌禽中豁眼禽所占的比例为。

（2）为了给饲养场提供产蛋能力强的该种家禽，请确定一个合适的杂交组合，使其子代中雌禽均为豁眼，

雄禽均为正常眼。写出杂交组合和预测结果，要求标明亲本和子代的表现型、基因型。

（3）假设Mm基因位于常染色体上，m基因纯合时可使部分应表现为豁眼的个体表现为正常眼，而MM和

Mm对个体眼的表现型无影响。以此推测，在考虑M/m基因的情况下，若两只表现型均为正常眼的亲本

交配，其子代中出现豁眼雄禽，则亲本雌禽的基因型为一，子代中豁眼雄禽可能的基因型包括。

【答案】（1）ZAZA,ZaWZA\V、ZAZa,雌雄均为正常眼1/2（2）杂交组合：豁眼

雄禽（ZN"）x正常眼雌禽（Z4W）预期结果：子代雌禽为豁眼（Z”W）,雄禽为正常眼（ZAZD

（3）ZaWmmZaZaMm,ZaZamm

【解析】（I）依据题意可知，该种家禽的性别决定方式与鸡相同，豁眼性状由Z染色体上的隐性基因a控制，

且在W染色体上没有其等位基因，纯合体正常眼雄禽与豁眼雌禽的基因型分别为Z〃ZA,Z;'W,列出遗传

图解，可得FI个体的基因型和表现型为ZA\V、ZAZa,雌雄均为正常眼，F2雌禽中豁眼禽所占的比例为

l/2o（2）为了给饲养场提供产蛋能力强的该种家禽，请确定一个合适的杂交组合，使其子代中雌禽均为豁

眼，雄禽均为正常眼。杂交组合：豁眼雄禽（Z"ZDX正常眼雌禽（ZAW）,预期结果：子代雌禽为

豁眼（Z；'W）,雄禽为正常眼假设Mm基因位于常染色体上，m基因纯合时可使部分应表现为

豁眼的个体表现为正常眼，而MM和Mm对个体眼的表现型无影响。以此推测,在考虑M/m基因的情况下，

若两只表现型均为正常眼的亲本交配，其子代中出现豁眼雄禽，则亲本雌禽的基因型为Z'Wmm,子代中豁

眼雄禽可能的基因型包括Z；'Z"Mm,ZaZamm»

10.（9分）玉米是一种二倍体异花传粉作物，可作为研究遗传规律的实验材料。玉米子粒的饱满与凹陷是

一对相对性状，受一对等位基因控制•回答下列问题。

（1）在一对等位基因控制的相对性状中，杂合子通常表现的性状是。

（2）现有在自然条件下获得的一些饱满的玉米子粒和一些凹陷的玉米子粒，若要用这两种玉米子粒为材

料验证分离定律，写出两种验证思路及预期结果。

【答案】（1）显性性状（2）①将两种玉米分别自交，若遵循基因分离定律，则某些玉米子代会出现3：

1的性状分离比。②让饱满的玉米子粒和凹陷的玉米子粒杂交，如果子一代表现出两种性状，且比例为1：

I,说明遵循分离定律。③两种玉米杂交，若R只出现一种性状，则该性状为显性性状，B为显性性状的杂合

子，Fi自交后代中若出现3:1的性状分离比，可脸证分离定律。④两种玉米杂交，若后代出现1:1的性状分离比，

则说明一种玉来为杂合子，另一种玉来为隐性纯合子，杂合子的测交可验证分离定律。

【解析】（1）在一对等位基因控制的相对性状中，杂合子表现的性状通常是显性性状（2）分离定律是指张合

子形成配子时，等拉基国发生分离并分别进人不同的配子中。验证分离定律常采用杂合子自交法或测交法。

因未知所给玉米的基因型，可采用以下方案验证分离定律.思路①将两种玉米分别自交，若遵循基因分离定律,

则某些玉米子代会出现3：I的性状分离比；思路②让饱满的玉米子粒和凹陷的玉米子粒杂交，如果子一代

表现出两种性状，且比例为1：1,说明遵循分离定律。；思路③：两种玉米杂交，若B只出现一种性状，则该

性状为显性性状，Fi为显性性状的杂合子，R自交后代中若出现3:1的性状分离比，可脸证分离定律；思路

④:两种玉米杂交，若后代出现1:1的性状分离比，则说明一种玉来为杂合子，另一种玉来为隐性纯合子，杂合子

的测交可验证分离定律。

-收小麦x斯氏麦草

（分）普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种

11.10（AA）।（BB）

杂交和染色体加倍过程，如图所示（其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组，杂种一

I

每个染色体组均含7条染色体）。在此基础上，人们又通过杂交育种培育出许多优良品抽二粒小麦X泡氏麦厚