高三生物学一轮复习11　必修1　第二单元　素养加强课1　生物实验专题（教师版）

一、实验设计遵循的原则1．科学性原则2．单一变量原则和等量原则3．平行重复原则4．对照原则(为使实验结果有可信度，需设置对照组)某生物学兴趣小组对粳稻、籼稻和杂交稻三种水稻品种中的过氧化氢酶活性进行了实验研究，实验结果如下表所示。请回答下列问题：(1)本实验的目的是探究__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。设计实验时，各实验组应遵循_____________________________________原则。(2)分析表中数据可知，在一定浓度范围内，Cd2+、Cu2+都能抑制过氧化氢酶的活性，且相同浓度的Cu2+的抑制作用__________(填“大于”“小于”或“等于”)Cd2+。Cd2+、Cu2+对过氧化氢酶活性的影响主要取决于____________________(填“植物类型”或“重金属种类和浓度”)。(3)Cd2+、Cu2+等重金属离子影响了过氧化氢酶的____________，从而引起酶活性的改变。[解析](1)由实验结果看出该实验研究的是不同浓度的Cd2+和Cu2+对粳稻、籼稻和杂交稻三种水稻品种中的过氧化氢酶活性的影响。本实验中的三个自变量：不同的水稻、不同的重金属离子、不同的离子浓度，设计实验时，各组实验应遵循单一变量原则、对照原则和平行重复原则。(2)分析表中数据可知，相同浓度的Cd2+和Cu2+，Cu2+的抑制作用大于Cd2+。Cd2+和Cu2+对过氧化氢酶活性的影响主要取决于重金属种类和浓度。(3)重金属离子影响了蛋白质的空间结构，从而影响了酶的活性。[答案](1)不同浓度的Cd2+和Cu2+对不同水稻品种中过氧化氢酶活性的影响单一变量、对照、平行重复(2)大于重金属种类和浓度(3)空间结构二、实验设计的基本方法实验设计程序：明确实验目的→选择实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果→得出实验结论。1．实验目的(1)验证性实验：寻找题干信息，一般写有“验证……”，即为该实验的实验目的。(2)探究性实验：首先分析实验的自变量和因变量。此类实验的实验目的一般书写为“探究自变量对因变量的影响”“探究自变量与因变量的关系”“探究自变量的作用”等等。科学施肥可使作物接近最高产量而又不会造成肥料浪费。实验表明锌肥的施用量与番茄的果实产量密切相关，如图为实验结果曲线图。实验目的是_______________________________________________________________________________________________________________________________。[答案]探究锌肥施用量对番茄果实产量的影响(或探究种植番茄时施用锌肥的最佳浓度范围)2．实验原理实验原理的确认与书写：实验原理就是进行实验的理论依据，书写基本套路概括为“已知条件找变量→根据目的提结论→依据材料判结果→结论结果巧联系→组织语言写原理”。某科研机构发现了一种新型病毒，并对该病毒的遗传物质进行研究。请回答下列问题：(1)可用化学分析的方法对该病毒的遗传物质种类进行研究，原理是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)可以用同位素标记法研究该病毒遗传物质种类，将宿主细胞放在含某种有放射性标记的核苷酸的培养基中培养，再用该病毒侵染被标记的宿主细胞，一段时间后收集子代病毒并检测其放射性。培养基中的各种核苷酸__________(填“是”或“不是”)都需要标记的，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]本实验的目的是探究该新型病毒遗传物质的种类。(1)病毒只有一种核酸，DNA或者RNA，二者在化学组成上的不同是DNA含有的五碳糖是脱氧核糖，RNA含有的五碳糖是核糖；DNA特有的碱基是T，RNA特有的碱基是U，因此，可以通过化学分析的方法，分析这种新型病毒的五碳糖或含氮碱基的种类，从而判断该病毒的遗传物质是DNA还是RNA。(2)核苷酸包括两类，一类是脱氧核糖核苷酸，另一类是核糖核苷酸，培养基中，只需将脱氧核糖核苷酸或者核糖核苷酸进行放射性标记，如果都进行放射性标记，那么无论新型病毒的遗传物质是DNA还是RNA，收集到的子代病毒中均能检测到放射性，无法得出实验结论。[答案](1)DNA含有的五碳糖是脱氧核糖且含碱基T，RNA含有的五碳糖是核糖且含碱基U，可以通过化学分析的方法，分析这种新型病毒遗传物质中五碳糖或含氮碱基的种类，据此判断该病毒的遗传物质是DNA还是RNA(2)不是若对各种核苷酸都进行放射性标记，则无论该新型病毒是DNA病毒还是RNA病毒，在子代病毒中均能检测到放射性3．实验假设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，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。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，一般情况下，若是实验中要求写出你的假设，我们应根据自己平常积累的知识，写出认为最可能的一种假设即可。某校生物学实验小组要对“动物细胞是否也能通过渗透作用吸水和失水”进行实验探究，假如你是其中的一员，请分析回答下列问题：(1)实验假设是____________________________________________________________________________________________________________________________。(2)请你说出作出该假设的依据：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)动物细胞能通过渗透作用吸水和失水(2)动物细胞具有发生渗透作用的条件(或细胞膜有选择透过性，当细胞与外界溶液接触时，膜两侧具有浓度差)4．实验思路思路是“想法”，是较为粗线条的思考过程，其要求“言简意赅”。比如：用某种方法处理某种材料，观察其对某方面的影响效果。一般须体现“对照思想”，显示自变量和因变量，对无关变量表述时，应注意体现“相同且适宜”。某科研小组经研究得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原水解为还原糖。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计实验，探究X酶的化学本质究竟是蛋白质还是RNA。简要写出实验思路，并预期实验结果及结论(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)。___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]实验设置甲组和乙组，两组实验分别用蛋白酶和RNA酶处理X酶，然后与糖原混合，检测两组实验中X酶有无活性。检测X酶是否有活性可用斐林试剂与产物反应观察是否产生了颜色变化来完成。[答案]实验思路：甲组：将X酶用蛋白酶处理，再与糖原溶液混合，在适宜条件下反应一段时间后，检测是否有还原糖产生；乙组：将X酶用RNA酶处理，再与糖原溶液混合，在适宜条件下反应一段时间后，检测是否有还原糖产生。预期结果及结论：①若甲组有还原糖生成，乙组没有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是RNA；②若甲组没有还原糖生成，乙组有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是蛋白质5．实验步骤步骤是“做法”，是更为“细节化”的操作流程，其要求“精确细致”。必须体现“自变量”如何设置，“因变量”如何获得，“无关变量”如何保证相同且适宜。实验步骤设计的一般程序：柽柳是一种泌盐植物，叶子和嫩枝可以将吸收的盐分排出，是强耐盐植物。柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输？请设计实验加以证明。实验材料：柽柳幼苗若干，适宜浓度的含Ca2+和K＋的完全培养液，细胞呼吸抑制剂，蒸馏水。请写出实验步骤：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案]①将柽柳幼苗随机分为甲、乙两组，分别培养在适宜浓度的含Ca2+和K＋的完全培养液中；②甲组柽柳幼苗的培养液中，加入一定量的细胞呼吸抑制剂，乙组柽柳幼苗的培养液中加入等量的蒸馏水，在适宜的条件下培养；③分别测定两组柽柳幼苗吸收Ca2+和K＋的速率，并进行比较6．实验结果和结论实验结果是通过观察或测量得到的实验现象，是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象，对实验因变量与自变量关系进行分析，得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。归纳实验结论的一般方法：(1)通过实验目的、实验的对照组设置或步骤，根据单一因素不同，找出实验自变量。(2)由果找因，分析实验结果(因变量)与实验控制的单一因素(自变量)之间的逻辑关系，得出正确结论。(3)在有些实验中，还要根据各对照组中得出的“分结论”，综合为“全面(总)结论”。(4)在验证性实验中，因为要验证的事实是正确的，实验结果只有一种，实验结论即是实验要验证的事实。在探究性实验中，因为实验结果是未知的，可能出现的实验结果有多种，因此对应的实验结论也有多种，不同的结果对应不同的结论。(2021·湖北卷)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合，酶的活性能恢复)；另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋(人工合成半透膜)，试管，烧杯等。为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，提出以下实验设计思路，请完善该实验设计思路，并写出实验预期结果。(1)实验设计思路取__________支试管(每支试管代表一个组)，各加入等量的酶A溶液，再分别加等量______________________，一段时间后，测定各试管中酶A的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶A活性。(2)实验预期结果与结论若出现结果①：___________________________________________________________________________________________________________________________，则得出结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。若出现结果②：__________________________________________________________________________________________________________________________，则得出结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。若出现结果③：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________，则得出结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。若出现结果④：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________，则得出结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。[解析](1)分析题意可知，实验目的是探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，则实验的自变量为甲、乙物质的有无，因变量为酶A的活性，实验设计应遵循对照与单一变量原则，故可设计实验如下：取两支试管，各加入等量的酶A溶液，再分别加等量甲物质溶液、乙物质溶液(单一变量和无关变量一致原则)，一段时间后，测定各试管中酶A的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶A活性。(2)据题意可知，甲物质和乙物质对酶A的活性有抑制作用，但作用机理未知，且透析前有甲物质和乙物质的作用，透析后无甲物质和乙物质的作用，前后对照可推测两种物质的作用机理，可能的情况有①若甲、乙均为可逆抑制剂，则酶A的活性能恢复，故透析后，两组的酶A活性均比透析前酶A的活性高；②若甲、乙均为不可逆抑制剂，则两组中酶A的活性均不能恢复，故透析前后，两组的酶A活性均不变；③若甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂，则甲组中活性可以恢复，而乙组不能恢复，故加甲物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高，加乙物质溶液组，透析前后酶A的活性不变；④若甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂，则甲组中活性不能恢复，而乙组能恢复，故加甲物质溶液组，透析前后酶A的活性不变，加乙物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高。[答案](1)两甲物质溶液、乙物质溶液(2)①透析后，两组的酶A活性均比透析前酶A的活性高②透析前后，两组的酶A活性均不变③加甲物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高，加乙物质溶液组，透析前后酶A的活性不变④加甲物质溶液组，透析前后酶A的活性不变，加乙物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高三、实验方案评价与修订(2024·莱芜一中检测)为研究Cu2+和Cl－对淀粉酶活性的影响，某小组设计了如下操作顺序的实验方案：甲组：CuSO4溶液→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→碘液检测→深蓝色；乙组：NaCl溶液→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→碘液检测→无色；丙组：蒸馏水→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→碘液检测→浅蓝色。各组试剂量均适宜。下列对该实验方案的评价，错误的是()A．加缓冲液的目的是维持溶液的pH相对稳定B．若要达到上述实验目的还需要增设加Na2SO4溶液的对照组C．实验可证明Cu2+能抑制淀粉酶活性，Cl－能激活淀粉酶活性D．若适当减少淀粉酶溶液，为保持各组显色结果不变，则应适当延长保温时间C[由题意可知，本实验的目的是探究Cu2+和Cl－对淀粉酶活性的影响，所以加缓冲液的目的是维持溶液的pH相对稳定，A正确；甲、乙两组实验中除了有Cu2+和Cl－，还有SO42-和Na＋，因此仅根据甲、乙、丙三组实验不能证明Cu2+能抑制淀粉酶活性、Cl－能激活淀粉酶活性，为排除SO42-和Na＋的干扰，要增设一组添加Na2SO4的对照组，若加入Na2SO4溶液的对照组与丙组结果相同，可证明Cu2+能抑制淀粉酶活性，Cl－能激活淀粉酶活性，B正确，C错误；若适当减素养加强集训(一)生物实验专题1．(2024·湖南长沙检测)在一块含有淀粉的琼脂块的四个固定位置，分别用不同方法处理，如下图所示，将该实验装置放入恒温箱中，保温处理24小时后，用碘液处理该琼脂块，观察实验结果。下列分析正确的是()A．该实验中只有1组和2组变蓝，原因都是酶的空间结构被破坏B．3组、4组均变蓝是因为酶的空间结构均未被破坏C．2组煮沸的唾液若冷却后使用，也会导致实验结果不变蓝D．1组和4组的自变量为是否酸处理D[1组唾液与强酸混合、2组煮沸唾液都会导致唾液淀粉酶空间结构被破坏而失活，3组蔗糖酶不能催化淀粉分解，所以1组、2组和3组都变蓝，A错误；3组变蓝是因为蔗糖酶不能催化淀粉分解，4组不变蓝是因为唾液淀粉酶能催化淀粉分解，B错误；高温破坏酶的空间结构导致酶活性丧失且不能恢复，所以若2组煮沸的唾液冷却后使用，结果仍变蓝，C错误；1组和4组的自变量为是否酸处理，D正确。]2．(2024·山东菏泽期中)为探究萤火虫发光原理进行如下实验，实验一：切取萤火虫尾部充分研磨，获得尾部提取液，发现其发出短暂荧光，添加新的煮沸过的萤火虫尾部提取液，恢复发光现象。实验二：分别提取荧光素和荧光素酶，将二者混合后没有荧光产生，将混合液均分为两组，分别加入等量的葡萄糖和ATP，结果后者发荧光。下列叙述错误的是()A．萤火虫发光与荧光素和荧光素酶密切相关B．实验一煮沸的萤火虫尾部提取液中含有荧光素，使得提取液重新发光C．萤火虫发光与ATP密切相关D．实验二说明ATP是驱动细胞一切生命活动的直接能源物质D[分别提取荧光素和荧光素酶，将二者混合后没有荧光产生，将混合液均分为两组，分别加入等量的葡萄糖和ATP，结果后者发荧光，说明萤火虫发光跟荧光素和荧光素酶、ATP等息息相关，A、C正确；实验一萤火虫尾部提取液中含有荧光素，但是可能能量耗净，添加新的煮沸过的萤火虫尾部提取液，使得提取液重新发光，B正确；实验二说明ATP是驱动荧光素发光的直接能源物质，但是不能说明ATP是驱动细胞一切生命活动的直接能源物质，D错误。]3．(2024·长沙一中月考)食用菠萝后口腔常常有发麻的感觉，这是因为菠萝含有蛋白酶，食用时会对口腔和消化道的黏膜产生损害。人们经常会将菠萝用盐水浸泡处理一段时间再食用。某同学为了研究用盐水浸泡能否破坏蛋白酶，进行如下实验：分组123NaCl浓度0.1mol/L0.5mol/L1.0mol/L菠萝用量100g100g100g处理时间30min30min30min蛋白酶活力备注：酶活力测定方法：单位时间内，菠萝提取液可催化酪蛋白分解出酪氨酸，比色法测酪氨酸含量。下列叙述正确的是()A．设计实验时要参考日常浸泡所用的盐水浓度和时间，表中分组即可达到实验目的B．实验的可变因素是盐水浓度，也可以将菠萝用量或处理时间作为自变量C．用盐水浸泡菠萝的主要目的是杀死或抑制细菌等微生物D．蛋白酶活力测定时，酪氨酸含量越多说明酶促反应速率越快D[还需设置不添加NaCl的空白对照组，A错误；为达到实验目的，菠萝用量和处理时间均为无关变量，B错误；用盐水浸泡的主要目的是破坏蛋白酶，C错误；酪氨酸越多说明酪蛋白分解的越多，说明酶促反应速率越快，D正确。]4．(2024·广东茂名检测)为探究影响酶活性的因素，某同学设计了一个实验方案(见下表)，下列说法错误的是()试管底物和试剂实验条件11cm3瘦肉块＋4mL蒸馏水①21cm3瘦肉块＋4mL胃蛋白酶37℃水浴；pH＝831cm3瘦肉块＋4mL胃蛋白酶37℃水浴；pH＝1.541cm3瘦肉块＋4mL胃蛋白酶0℃水浴；pH＝1.5A．①的实验条件是37℃水浴，pH＝8B．本实验的自变量有不同的温度、pH以及胃蛋白酶的有无C．2、3试管研究的问题中，温度属于无关变量D．增加胃蛋白酶的用量能缩短反应时间A[分析题意可知，本实验的目的是探究影响酶活性的因素，实验设计应遵循对照与单一变量原则，分析表可知，①的实验条件是37℃水浴，pH＝1.5，A错误；结合表格可知，本实验的自变量有不同的温度(0℃和37℃)、pH(pH＝8和pH＝1.5)以及胃蛋白酶的有无，B正确；2、3试管研究的问题中，实验的自变量是pH，则温度属于无关变量，应保持一致，C正确；酶能提高反应速率，增加胃蛋白酶的用量，其他条件不变，反应速率会加快，底物完全耗尽所需的时间缩短，D正确。]5．已知α-淀粉酶的最适温度是55℃左右。下表是某同学为此进行的验证实验，但因各组结果相同而不能达到实验目的。下列改进措施合理的是()组别实验温度3%淀粉溶液1%α-淀粉酶溶液1min后碘液(棕黄色)检测150℃2mL1mL溶液呈棕黄色255℃2mL1mL溶液呈棕黄色360℃2mL1mL溶液呈棕黄色A．5min后进行碘液检测B．将淀粉溶液体积改为5mLC．将碘液改为斐林试剂D．将α-淀粉酶溶液浓度改为2%B[三组实验的温度不同，但1min后滴加碘液检测，溶液都呈棕黄色，说明三组实验中淀粉都基本无剩余，即底物都基本被消耗完，而延长反应时间，5min后再进行碘液检测，不会改变实验结果，A不符合题意；将淀粉溶液体积改为5mL，可确保在不同温度条件下处理1min后，因酶活性不同而使淀粉剩余量不同，用碘液检测会出现不同的结果，B符合题意；若将碘液改为斐林试剂，达不到实验目的，C不符合题意；由表格可知，在α-淀粉酶溶液浓度为1%时，1min后基本将淀粉分解完，若将α-淀粉酶溶液浓度改为2%，反应速率加快，1min后，用碘液检测，实验结果不变，D不符合题意。]6．(2024·湖南联考)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析正确的是()组别pHCaCl2温度/℃降解率/%①9＋9038②9＋7088③9－700④7＋7058⑤5＋4030注：“＋”“－”分别表示“有”“无”添加，反应物为Ⅰ型胶原蛋白。A．该酶的催化活性的发挥并不依赖于CaCl2B．结合②④组的相关变量分析，自变量为pHC．该酶催化反应的最适温度为70℃，最适pH为9D．pH为9时，温度为90℃蛋白酶TSS已变性失活B[分析②③组可知，③组没有添加CaCl2，降解率为0，说明该酶的催化活性依赖于CaCl2，A错误；分析②④组的相关变量可知，温度均为70℃，都添加了CaCl2，pH分别为9、7，故自变量为pH，B正确；②组酶的活性最高，此时pH为9，温度为70℃，但由于温度梯度、pH梯度较大，不能说明最适温度为70℃，最适pH为9，C错误；第①组降解率为38%，蛋白酶TSS在此条件下还有活性，D错误。]7．(2022·重庆卷)植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解，可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37℃、不同pH下的相对活性，结果见下表。下列叙述最合理的是()A．在37℃时，两种酶的最适pH均为3B．在37℃长时间放置后，两种酶的活性不变C．从37℃上升至95℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性D．在37℃、pH为3～11时，M更适于制作肉类嫩化剂D[根据表格数据可知，在37℃时，M的适宜pH为5～9，而L的适宜pH为5左右，A不合理；酶适宜在低温条件下保存，在37℃长时间放置后，两种酶的活性会发生改变，B不合理；酶发挥作用需要适宜的温度，高温会导致酶变性失活，因此从37℃上升至95℃，两种酶在pH为5时可能都已经失活，C不合理；在37℃、pH为3～11时，M比L的相对活性高，因此M更适于制作肉类嫩化剂，D合理。]8．(2022·全国乙卷)某种酶P由RNA和蛋白质组成，可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件。某同学进行了下列5组实验(表中“＋”表示有，“－”表示无)。实验组①②③④⑤底物＋＋＋＋＋RNA组分＋＋－＋－蛋白质组分＋－＋－＋低浓度Mg2+＋＋＋－－高浓度Mg2+－－－＋＋产物＋－－＋－根据实验结果可以得出的结论是()A．酶P必须在高浓度Mg2+条件下才具有催化活性B．蛋白质组分的催化活性随Mg2+浓度升高而升高C．在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性D．在高浓度Mg2+条件下蛋白质组分具有催化活性C[第①组中，酶P在低浓度Mg2+条件下，有产物生成，说明酶P在该条件下具有催化活性，A错误；第③组和第⑤组对照，