高考生物二轮复习专题专练
(6) 运用“变量”思维解答细胞代谢类实验设计
命题点(一) 与酶有关的实验设计与分析
从“高度”上研究高考
[典例] (2022·广东高考)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究,结果见表。下列分析错误的是( )
组别 pH CaCl2 温度/℃ 降解率/%
① 9 + 90 38
② 9 + 70 88
③ 9 - 70 0
④ 7 + 70 58
⑤ 5 + 40 30
注:+/-分别表示有/无添加,反应物为 Ⅰ 型胶原蛋白
A.该酶的催化活性依赖于CaCl2
B.结合①②组的相关变量分析,自变量为温度
C.该酶催化反应的最适温度为70 ℃,最适pH为9
D.尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
[解析] 对比②③组实验结果可知,该酶的催化活性依赖于CaCl2,A正确;分析①②组可知,除了温度以外,pH相同且都添加CaCl2,说明①②组的自变量为温度,B正确;②组酶活性最高,此时pH为9,温度为70 ℃,由于温度梯度和pH梯度都较大,不能说明该酶催化反应的最适温度为70 ℃,最适pH为9,C错误;该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白,若要确定该酶能否水解其他反应物,还需补充实验,D正确。
[答案] C
从“深度”上提升知能
(一)实验变量分析
1.变量类型
2.(单一)变量控制原则
(1)无论一个实验有几个自变量,都应确定一个自变量对应观测一个因变量,这就是单一变量原则,它是处理实验中复杂关系的准则之一。
(2)单因子变量原则要求在实验组和对照组的实验中都只能有一个变量,这样得出的实验结果与单一变量之间就能形成一一对应关系,便于观察实验结果,以及便于分析实验结果的成因。
3.无关变量要一致(等量原则)
在实验设计和操作中,要尽量减少无关变量,而且不同的实验组中无关变量应完全相同且适宜,这样就可排除无关变量对实验的干扰,排除实验偶然性,提高实验的准确率。
4.实验设计策略
(二)探究酶特性相关实验设计
从“宽度”上拓展训练
1.科研人员探究了不同温度(25 ℃和0.5 ℃)条件下密闭容器内蓝莓果实的CO2生成速率的变化,结果发现,与25 ℃相比,0.5 ℃条件下果实的CO2生成速率较低。为验证上述实验结果,某同学设计如下方案:
①取两个成熟程度相似、大小相同的蓝莓果实,分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内,然后密封。
②将甲、乙瓶分别置于25 ℃和0.5 ℃条件下储存,每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度。
③记录实验数据并计算CO2生成速率。
根据上述方案分析,对该方案的评价正确的是( )
A.设计完善,无不足
B.缺少对照实验
C.未能控制单一变量
D.样本数量过少且未重复实验
解析:选D 该同学取两个成熟程度相似、大小相同的蓝莓果实,样本数量过少且未重复实验,A错误,D正确;该同学的实验方案设置不同温度处理的甲和乙两组,为相互对照实验,B错误;该实验方案中,除自变量温度的差异以外,其他变量如果实成熟度、大小和甲、乙瓶容积等均为无关变量,都控制为相同,因此该实验方案是控制了单一变量的,C错误。
2.(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 ① ② ③ ④ ⑤
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
解析:选C 第①组中,酶P在低浓度Mg2+条件下有产物生成,说明酶P在低浓度Mg2+条件下具有催化活性,A错误;第③组和第⑤组对照,无关变量是底物和蛋白质组分,自变量是Mg2+浓度,无论是在高浓度Mg2+条件下还是低浓度Mg2+条件下,两组均没有产物生成,说明蛋白质组分无催化活性,B、D错误;第②组和第④组对照,无关变量是底物和RNA组分,自变量是Mg2+浓度,第④组在高浓度Mg2+条件下有产物生成,第②组在低浓度Mg2+条件下,没有产物生成,说明在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性,C正确。
3. (2022·天心区一模)下表是关于酶专一性的实验设计。下列叙述正确的是( )
步骤 1 2 3 4 5
淀粉溶液 蔗糖溶液 某酶溶液 斐林试剂 水浴加热后 观察现象
试管 Ⅰ 2 mL — 2 mL ①
试管Ⅱ — 2 mL 2 mL 2 mL
A.该实验的自变量是底物的种类,步骤3可选用新鲜的淀粉酶,也可选用蔗糖酶
B.该实验的无关变量有底物的量、酶的用量、温度、pH等
C.该实验的因变量也可用底物剩余量表示,可用碘液作为检测试剂
D.若“某酶溶液”是新鲜的淀粉酶,则①为无砖红色沉淀
解析:选AB 本实验用同种酶催化两种不同的物质来研究酶的专一性,自变量是底物的种类,步骤3可选用新鲜的淀粉酶或蔗糖酶,A正确;本实验中的无关变量有底物的量、酶的用量、温度、pH等,B正确;该实验不可用碘液作为检测试剂,因为蔗糖及蔗糖水解产物都不能与碘液发生颜色反应,故用碘液无法判断蔗糖是否被催化水解,C错误;若选择新鲜的淀粉酶,试管Ⅰ中的淀粉被水解生成还原性糖,所以现象①是产生砖红色沉淀,D错误。
命题点(二) 光合作用与细胞呼吸的实验设计
从“高度”上研究高考
[典例] (2019·全国卷Ⅱ,节选)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内____________________;C与B的差值表示这段时间内________________________;A与B的差值表示这段时间内________________________。
[解析] 单位时间生产者制造有机物的量等于生产者积累有机物的量和呼吸量的总和。题述测量的三份水样中A为对照,B为生产者进行呼吸作用后剩余的氧气量,C为生产者进行光合作用和呼吸作用后玻璃瓶中的氧气量;C与A的差值表示该段时间内生产者净光合作用的放氧量(或积累有机物的量),A与B的差值表示该段时间内生产者进行呼吸作用消耗氧气的量(或消耗有机物的量),所以,C与B的差值[(C-A)+(A-B)]表示该段时间内生产者光合作用的总放氧量(或制造有机物的量)。
[答案] 生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量
从“深度”上提升知能
(一)控制影响光合作用实验变量的方法
(二)呼吸速率和净光合速率测定的常用方法
1.液滴移动法(气体体积变化法)
[微点拨]
①在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和,此即“总光合速率”。
②物理误差的校正:为使实验结果精确,除减少无关变量的干扰外,还应设置对照装置。对照装置与两装置相比,不同点是用“死亡的绿色植物”代替“绿色植物”,其余均相同。
2.黑白瓶法
“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量,可分为有初始值与没有初始值两种情况,规律如下:
从“宽度”上拓展训练
1.(2022·洛阳一模)呼吸熵(呼吸熵=释放二氧化碳体积/消耗的氧气体积)可表示生物用于有氧呼吸的能源物质的不同。测定发芽种子呼吸熵的装置如图。实验开始前,着色液滴均停留在初始位置,然后关闭活塞,在25 ℃下经20 min读出刻度管中着色液滴移动距离,设装置1和装置2的着色液滴分别向左移动x mm和y mm。下列说法错误的是( )
A.若测得x=50 mm,y=-50 mm,则该发芽种子的呼吸熵是2
B.若发芽种子仅进行有氧呼吸,且呼吸熵小于1,则分解的有机物中可能有脂肪
C.若呼吸底物为葡萄糖,装置1液滴右移、装置2液滴左移
D.为保证数据的科学性,可增加放入灭活发芽种子的装置,其他条件不变
解析:选C 若测得x=50 mm,y=-50 mm,则细胞呼吸产生的二氧化碳是50+50=100 mm,呼吸熵是100÷50=2,A正确;由于脂肪中的碳氢比例高,若发芽种子仅进行有氧呼吸,且呼吸熵小于1,则分解的有机物可能为脂肪,B正确;若呼吸底物为葡萄糖,装置1液滴不会右移,C错误;为使测得的x和y值更精确,增加放入灭活发芽种子的对照装置,排除物理因素对实验结果的影响,D正确。
2.(2022·郑州三模)为测定光合速率的变化,某科研小组将某植物放入密闭的透明玻璃小室中,如图甲所示。将该装置放于自然环境中,测定夏季一昼夜小室内植物氧气释放速率的变化,结果如图乙。请据图分析并回答下列问题:
(1)图乙曲线中,a~b段上升的原因是_______________________________________
________________________________________________________________________;
e~f段下降是因为________________________________________________________
________________________________________________________________________,
从而导致光合速率下降;h点时番茄叶肉细胞内产生ATP的场所有______________
____________________。
(2)图乙曲线中d点时刻,图甲装置中有色液滴的位置位于起始位置(0点)的________(“左侧”“右侧”或“起始位置”)。有色液滴移到最右侧对应图乙曲线中的______点。小组成员在上午某段时间内,记录有色液滴移动位置时,获得了以下数据:
每隔20分钟记录一次数据
…… 11 13 17 23 ……
则该组实验数据是在图乙曲线的________段获得的。
(3)如果要测定该植物的真正光合作用速率,还需增加一组实验,其设计思路是:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:(1)在凌晨外界温度比较低,酶活性降低,植物的呼吸作用减弱,释放的二氧化碳的量减慢,吸收的氧气也减慢,所以在图乙曲线中,ab段表现为上升趋势;中午外界温度较高,蒸腾作用强,为了减少植物体内水分的散失,植物叶片气孔关闭,二氧化碳供应减少,暗反应减慢,导致植物此时释放氧气的速率明显降低;由图乙可知,h点时该植物的氧气释放速率为零即净光合速率为0,此时,该植物同时进行光合作用和呼吸作用,因此此时产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。(2)甲图中二氧化碳缓冲液的作用保证容器内二氧化碳浓度的恒定,所以气体体积的增加或减少的原因是氧气的释放或氧气的消耗,从而导致液滴的移动。d点时刻之前植物仅进行呼吸作用,由于a~d点的呼吸作用导致容器内的氧气浓度降低,从而导致液滴左移;甲装置刻度管中的有色液滴右移到最大值的时刻是光合积累量最大的时刻,对应乙图的h点;根据表格中的数据可以看出,氧气释放速率一直增加,说明该段光合作用强度大于呼吸作用强度,而且增加的速率加快,所以只能是图中的de段。(3)本实验测得数据为植物的净光合速率,如计算植物的真正光合速率需测植物的呼吸速率,即植物真正光合速率=植物净光合速率+植物的呼吸速率,故可得实验思路为设置一组实验遮光处理,没有光照,植物不能进行光合作用,其他条件与甲装置相同,此时测定的是植物的呼吸速率,最后将测得呼吸速率和净光合速率相加即可得真正光合速率。
答案:(1)温度下降,酶活性降低,呼吸作用减弱 温度过高,导致气孔大量关闭,CO2供应减少,暗反应减慢 细胞质基质、叶绿体、线粒体 (2)左侧 h de (3)设置如图甲相同的装置,并将该装置遮光放在与图甲装置相同的环境条件下
[微课微练·一点一评]
一、选择题
1.(2022·湘潭三模)某同学为探究实验室培养的动物细胞进行细胞呼吸的方式,模拟教材中“探究酵母菌细胞呼吸的方式”进行了实验。下列相关分析正确的是( )
A.该实验无氧呼吸的产物使溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间比有氧呼吸的短
B.该实验中通入氧气组与不通入氧气组分别为实验组和对照组
C.通入氧气组与不通入氧气组的培养液的pH都会发生一定的改变
D.细胞呼吸生成乳酸的过程中,合成ATP的能量来自丙酮酸中的化学能
解析:选C 二氧化碳能使溴麝香草酚蓝溶液变成黄色,由于单位时间内有氧呼吸产生的二氧化碳更多,但动物无氧呼吸产物为乳酸,不产生的二氧化碳,A错误;该实验属于对比实验,通入氧气组与不通入氧气组都属于实验组,B错误;由于动物细胞有氧呼吸会产生二氧化碳,无氧呼吸会产生乳酸,故通入氧气组与不通入氧气组的培养液的pH都会发生一定程度的降低,C正确;细胞无氧呼吸第二阶段生成乳酸,不合成ATP,D错误。
2.
某科研小组通过实验研究了两种抑制剂对某消化酶酶促反应速率的影响,对实验的结果进行分析并绘图,如图所示,下列叙述正确的是( )
A.该实验的自变量是底物浓度,无关变量有温度和pH等
B.该实验过程要先将底物和酶混合,然后再加抑制剂来观察反应结果
C.在S2点之后,限制曲线①酶促反应速率的因素不再是底物浓度
D.由实验结果得出抑制剂Ⅱ与底物竞争性结合酶的活性中心
解析:选C 该实验的自变量是底物浓度和抑制剂的有无,以及抑制剂的种类,因变量是酶促反应速率,无关变量有温度和pH等,A错误;该实验过程要先加底物和抑制剂混合,然后再加酶来观察反应结果,B错误;在S2点之前,限制曲线①酶促反应速率的因素是底物浓度,在S2点之后,限制曲线①酶促反应速率的因素是酶浓度等因素,不再是底物浓度,C正确;由实验结果得出抑制剂Ⅱ属于非竞争性抑制剂,可使酶的活性降低,抑制剂Ⅰ属于竞争性抑制剂,可与底物竞争性结合酶的活性中心,D错误。
3.(2022·泰州模拟)“半叶法”测定光合速率时,将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不作处理,设法阻止两部分联系。光照6小时,在A、B截取等面积的叶片,烘干称重,分别记为a、b,光照前截取同等面积的叶片烘干称重的数据为m0,下列说法错误的是( )
A.若m0-a=b-m0,则表明该实验条件下叶片的光合速率等于呼吸速率
B.本实验需阻止叶片光合产物向外运输,同时不影响水和无机盐的输送
C.忽略水和无机盐的影响,A部分叶片可在给B光照时剪下进行等时长的暗处理
D.选择叶片时需注意叶龄、着生节位、叶片的对称性及受光条件的一致性
解析:选A m0-a表示呼吸消耗有机物的重量,b-m0表示净光合积累有机物的量,总光合速率=净光合速率+呼吸速率,说明此时光合速率是呼吸速率的2倍,A错误;本实验是通过光合产物有机物的变化来计算光合速率的,所以要保证其他物质的正常运输,B正确;若忽略水和无机盐的影响,将A部分叶片剪下后暗处理与题干中遮光处理情况相同,A部分叶片均只能进行细胞呼吸消耗有机物,C正确;在对比实验中,应保证无关变量相同且适宜,否则会导致实验结果不准确,D项所述均属于无关变量,D正确。
4.某实验小组为探究酵母菌的呼吸方式,做了以下两组实验:用注射器A缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖培养液,倒置,
排尽注射器中的气体,再吸入25 mL无菌氧气,密封;用注射器B缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖溶液,倒置,排尽注射器中的气体,密封。将两注射器置于25 ℃的水浴锅中保温一段时间,以下说法错误的是( )
A.当观察到注射器A中的总体积大于50 mL时,说明酵母菌进行了无氧呼吸
B.取注射器B中的适量液体,滴加少量酸性重铬酸钾溶液,溶液颜色由橙色变为灰绿色
C.将注射器A中的气体通入溴麝香草酚蓝溶液中,可观察到溶液颜色由蓝变绿再变黄
D.当注射器A、B中的总体积均为50 mL时,两注射器中酵母菌消耗的葡萄糖的量相同
解析:选D 当观察到注射器A中的总体积大于50 mL时,说明酵母菌细胞呼吸产生的二氧化碳量多于消耗的氧气量,因此可以说明酵母菌进行了无氧呼吸,A正确;注射器B中酵母菌进行的是无氧呼吸,酵母菌无氧呼吸会产生酒精,酒精可用酸性重铬酸钾溶液检测,溶液颜色由橙色变为灰绿色,B正确;注射器A中酵母菌细胞呼吸会产生二氧化碳,二氧化碳可使溴麝香草酚蓝溶液的颜色由蓝变绿再变黄,C正确;注射器A中酵母菌进行的是有氧呼吸,注射器B中的酵母菌进行的是无氧呼吸,两者消耗葡萄糖的量不同,D错误。
5.(2022·随州模拟)某研究小组为了探究鄂西北的夏日晴天中午时气温和相对湿度对甲品种小麦净光合作用的影响,将生长状态一致的甲品种小麦植株分为五组,第一组在田间生长作为对照组,第二组至第五组在人工气候室中生长作为实验组,并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12:30测定各组叶片的净光合速率,各组实验处理及结果如表所示。(在同一温度下的呼吸速率相等)根据本实验结果,以下不能推出的结论是( )
项目 第一组 第二组 第三组 第四组 第五组
实验 处理 温度/℃ 35 35 35 30 25
相对湿度/% 17 27 52 52 52
实验结果 净光合速率/(mgCO2· dm-2·h-1 11.1 15.1 22.1 23.7 20.7
A.中午时,相对湿度对甲品种小麦净光合速率影响大于气温的影响
B.与第二组相比,第三组小麦的气孔的开放程度大,吸收CO2速率快
C.与第三组相比,第四组小麦光合作用酶的活性较高
D.适当提高第五组气候室的环境温度可能能提高小麦的净光合速率
解析:选C 根据本实验结果可知,相同温度条件下,小麦光合速率随相对湿度的增加而明显加快,但相对湿度相同时,小麦光合速率随温度的变化不明显,由此推知中午时对小麦净光合速率影响较大的环境因素是相对湿度,A正确;中午12:30限制净光合速率的主要因素是气孔开放程度,比较实验组二、三可推知,第三组光合速率较高与气孔的开放程度大,吸收CO2快有关,B正确;比较实验组三、四可推知,第四组小麦的净光合速率大于第三组,但第四组30 ℃时的呼吸速率可能小于第三组35 ℃时,无法比较两组小麦光合作用酶的活性,C错误;比较实验组三、四、五可推知,小麦光合作用的最适温度在25~35 ℃之间,若适当提高第五组的环境温度可能能提高小麦净光合速率,D正确。
6.某生物科研小组从池塘某一深度取水样,分装到六对黑白瓶中(白瓶为透光瓶,黑瓶为不透光瓶)。剩余水样立即测定初始溶氧量为10 mg/L。将瓶密封后有五对置于五种不同强度的光照条件下(温度相同),一对放回原水层,24小时后,测定瓶中溶氧量,请根据记录数据(如表)判断下列说法正确的是( )
光照强度/klx a b c d e 原水层
白瓶溶氧量/(mg/L) 3 10 19 30 30 19
黑瓶溶氧量/(mg/L) 3 3 3 3 3 2
A.光照强度为a时,白瓶和黑瓶的溶氧量相同,说明a为黑暗条件
B.光照强度为b时,植物不能发生光合作用
C.原水层与c的白瓶溶氧量相同,可以推测原水层的光照强度为c
D.当光照强度大于d时,白瓶中的植物产生的氧气量都是30 mg/L
解析:选A 黑瓶中的生物没有光照,植物不能进行光合作用产生氧,但呼吸消耗氧气,a条件下黑、白瓶所剩溶氧量相同,说明二者相同时间内耗氧量一致,所以a为黑暗条件,A正确;光照强度为b时,白瓶溶氧量与初始溶氧量相等,说明净光合速率为零,总光合作用产氧量和呼吸耗氧量相同,B错误;原水层与c的白瓶溶氧量虽相同,但呼吸速率不同[原水层的呼吸速率=10-2=8(mg/L),c的白瓶呼吸速率=10-3=7(mg/L)],所以两者的总光合速率不同,光照强度不同,C错误;当光照强度大于d时,白瓶中的植物产生的氧气量即为总光合量=净光合量+呼吸消耗量=30-10+10-3=27(mg/L),D错误。
7.光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量与光合作用中吸收的光能的比值。某研究人员将某绿色植物放在温度适宜的密闭容器内(如图1所示)。经黑暗处理后置于恒定光照下并测量容器内氧气的变化量,测量的结果如图2所示。下列说法不正确的是( )
A.使用农家肥和增加复种次数分别主要是通过提高光合作用效率和延长光合作用时间来提高产量的
B.图1中,通过变换光源只能研究光照强度对光合作用的影响,水浴的目的是排除无关变量的影响
C.图2中,A点以后的短时间内,叶肉细胞的叶绿体内C3的量将减少,叶绿体ATP的量变化将增快
D.如果该植物的呼吸速率始终不变,则在5~15 min内,该植物光合作用合成葡萄糖的平均速率是1×10-8 mol/min
解析:选B 农家肥中富含有机物,可以被分解者分解,产生的无机盐和CO2可以被植物吸收利用,增强光合作用,增加光合产物量,而增加复种次数是通过延长光合作用时间,从而提高光合作用产物的量,A正确;图1中,通过变换光源可以研究光照强度对光合作用的影响,还可以研究光波长对光合作用的影响,水浴的目的是排除无关变量的影响,B错误;A点以后的短时间内,光照增强,光反应产物增多,叶肉细胞的叶绿体内C3被还原增多,C3的量将减少,C正确;结合图示可知,黑暗下氧气量的变化量为呼吸速率,为1×10-7÷5=2×10 8mol/min,在5~15 min内,净光合速率为(8×10-7-4×10-7)÷10=4×10-8 mol/min,该植物光合作用产生氧气的平均速率即总光合速率=净光合速率+呼吸速率=4×10-8+2×10-8=6×10-8 mol/min,合成葡萄糖的平均速率是1×10-8 mol/min,D正确。
二、非选择题
8.脲酶能够将尿素分解成二氧化碳和氨(氨溶于水后形成铵根离子)。某研究人员利用一定浓度的尿溶液进行了铜离子对脲酶活性的影响实验,得到如图所示结果。请回答下列问题:
(1)科学家萨姆纳从刀豆种子中提取到脲酶的结晶,并用多种方法证明了脲酶的化学本质是________。
(2)图示实验的自变量为____________________;实验结果表明,随着铜离子浓度的升高,脲酶的活性________。图中显示,脲酶作用的最适温度在____________℃之间。为了进一步探究脲酶作用的最适温度,请写出实验设计的基本思路:_________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)幽门螺杆菌是导致胃炎的罪魁祸首,该微生物也可以产生脲酶,并分泌到细胞外发挥作用,该微生物合成脲酶的过程中参与的细胞器是________。13C呼气试验检测系统是国际上公认的幽门螺杆菌检查的“金标准”,被测者先口服用13C标记的尿素,然后向专用的呼气卡中吹气留取样本,即可以准确地检测出被测者是否被幽门螺杆菌感染。请简要说明呼气试验检测的原理:___________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:(1)萨姆纳从刀豆种子中提出脲酶结晶,并用多种方法证明脲酶是蛋白质。(2)图中温度和铜离子浓度是实验中人为改变的量,属于自变量,实验结果表明,随着铜离子浓度的升高,产生的铵根离子减少,说明脲酶的活性降低。图中显示,脲酶在50 ℃时活性最高,所以作用的最适温度在40~60 ℃之间。为了进一步探究脲酶作用的最适温度,在不加入铜离子(或铜离子浓度一定)的情况下,在温度为40~60 ℃范围内设置更小的温度梯度进行实验,测定尿素分解速率,尿素分解速率最高时的温度为脲酶作用的最适温度。(3)幽门螺杆菌仅有核糖体一种细胞器,脲酶是蛋白质,其合成场所是核糖体。被测者口服用13C标记的尿素,尿素中的碳原子是13C,分子式为13CO(NH2)2,如果胃部存在幽门螺杆菌,幽门螺杆菌会产生脲酶,则尿素会被分解为NH3和13CO2,若检测患者呼出的气体中含有13CO2,则代表胃部存在幽门螺杆菌。
答案:(1)蛋白质 (2)温度和铜离子浓度 降低 40~60 在不加入铜离子(或铜离子浓度一定)的情况下,在温度为40~60 ℃范围内设置更小的温度梯度进行实验,测定尿素分解速率 (3)核糖体 幽门螺杆菌会产生脲酶,脲酶能将尿素分解成NH3和13CO2,如果检测到被测者呼出的气体中含有13CO2,则说明被测者被幽门螺杆菌感染
9.(2022·深圳模拟)研究者选择长势大致相同的正常水稻幼苗,分别供给低氮、中氮和高氮营养液,研究不同施氮量对水稻幼苗光合作用的影响,30 d后测定相关指标,结果如表所示。已知气孔导度指的是气孔张开的程度,RuBP羧化酶是CO2固定过程中的关键酶,请回答下列相关问题:
处理 叶绿素含量(SPAD) 气孔导度/(mol·m-2·s-1) 胞间CO2浓度/(μmol·mol-1) RuBP羧化酶含量/(mg·cm-2)
低氮 34.7 0.53 290 0.122 7
中氮 37.7 0.50 281 0.140 5
高氮 42.4 0.48 269 0.170 4
(1)该实验的自变量是________________。欲测定叶绿素含量,可先用________________(填溶剂)提取叶片中的色素。
(2)氮元素被植物吸收后可用于合成多种与光合作用有关的化合物,如________________________(写出两种)。
(3)据表格分析可知,与其他组相比,高氮组胞间CO2浓度最低的原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)在中午阳光较强时,水稻气孔导度有较大变化,研究发现这种变化与叶片中D1蛋白的含量密切相关,强光照会导致D1蛋白含量下降,而水杨酸能减小D1蛋白含量下降的幅度。请以水稻为实验材料,设计实验验证此结论,简要写出实验思路:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
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解析:(1)由题中处理方式判断该实验的自变量为不同施氮量。叶绿素可溶解在有机溶剂无水乙醇中,因此可用无水乙醇提取。(2)氮元素被植物吸收后可用于合成多种与光合作用有关的化合物,如叶绿素、酶、ATP、ADP、NADPH中都含有氮元素。(3)与其他组相比,高氮组胞间CO2浓度最低的原因可能是气孔导度下降导致从气孔进入细胞间隙的CO2减少;RuBP羧化酶的含量升高,植物固定CO2的能力增强导致细胞间隙CO2的消耗更快。(4)科学探究实验过程中,需要遵循对照原则、单一变量原则和平行重复原则,除了自变量以外,其他的无关变量都需要相同且适宜。实验思路见答案。
答案:(1)供氮浓度(不同施氮量) 无水乙醇 (2)叶绿素、酶、ATP、ADP、NADPH (3)气孔导度下降导致从气孔进入细胞间隙的CO2减少;RuBP羧化酶的含量升高,植物固定CO2的能力增强导致细胞间隙CO2的消耗更快 (4)将若干长势大致相同的水稻随机均分成3组,分别在适宜光照、强光照、强光照加水杨酸三种处理条件下培养,其他条件相同且适宜,一段时间后,检测并比较各组D1蛋白的含量