专题突破练13 实验与探究
一、单项选择题
1.下列有关实验原理、试剂和实验方法的叙述,正确的是( )
A.选用豆浆、淀粉酶、蛋白酶探究酶的专一性,可用双缩脲试剂进行检验
B.观察植物细胞吸水和失水时,将洋葱鳞片叶外表皮细胞放入质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中不会发生质壁分离
C.在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中,开始时溴麝香草酚蓝溶液基本不变色,是因为酵母菌此时只进行无氧呼吸
D.在低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验中,卡诺氏液具有固定细胞形态的作用
2.生物学是一门基于实验的自然科学。下列有关实验的叙述,错误的是( )
A.在“性状分离比的模拟”实验中,抓取两种彩球进行组合的次数要足够多
B.在“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”实验中,使用的碱性染料的pH为酸性
C.在“探究温度对淀粉酶活性的影响”实验中,将酶溶液和淀粉溶液分别保温后再混合
D.在“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验中,用蒸馏水冲洗以去除卡诺氏液
3.下列有关实验的描述,错误的是( )
A.调查土壤小动物类群丰富度常用取样器取样的方法
B.进行酵母菌计数时应先盖盖玻片,然后滴加培养液
C.为保证严谨性,在探究酵母菌种群数量变化时需要重复实验
D.生态缸稳定后,生态缸内的生物种类和数量将保持不变
4.下列有关同位素标记法应用的内容,匹配错误的是( )
选项 标记 元素 标记 物质 研究内容 检测方法
A 14C CO2 暗反应中碳的转移途径 放射性检测
B 3H 亮氨酸 分泌蛋白的合成和运输 放射性检测
C 35S DNA T2噬菌体的遗传物质 放射性检测
D 15N DNA DNA的复制方式 密度梯 度离心
5.微水景生态缸改变了传统鱼缸与盆景的单一观赏效果,吸纳园林山水特点于微景,能在鱼缸中形成一个稳定的微型生态系统,保证了鱼类、植物等生物的存活,实现“零换水”。下列说法错误的是( )
A.放入该生态缸中的不同营养级生物之间的比例要适当
B.微水景生态缸要定期通气,以保证各种生物的正常呼吸
C.生态缸的营养结构比较简单,一般很难长时间维持相对稳定
D.当微水景生态缸达到稳定状态后,各种生物的种群数量均达到K值
6.下列有关生物学实验的叙述,正确的是( )
A.用苹果制作果醋时,先通入空气再密封发酵可提高果醋中乙酸的含量
B.在紫色洋葱鳞片叶外表皮的不同部位观察到的质壁分离程度可能不同
C.用显微镜观察洋葱根尖装片时,需保持细胞活性以观察有丝分裂过程
D.新制斐林试剂是含有Cu2+的碱性溶液,可将葡萄糖还原生成砖红色沉淀
7.下列与实验有关的叙述,正确的是( )
A.T2噬菌体侵染肺炎链球菌的实验证明了DNA是遗传物质
B.在过氧化氢溶液充足的情况下,若提高过氧化氢酶的浓度,则酶的活性更高,反应更快
C.用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行质壁分离实验时,液泡体积逐渐变小,紫色逐渐加深,细胞吸水能力逐渐增强
D.在观察植物根尖分生区组织细胞的有丝分裂实验中,可观察到姐妹染色单体彼此分离
8.下列关于生物学实验中研究方法的叙述,错误的是( )
A.运用同位素标记技术和差速离心法证明DNA的半保留复制
B.运用假说—演绎法证明基因在染色体上
C.运用模型构建的方法研究酵母菌种群的数量变化
D.运用分子杂交和荧光标记法确定基因在染色体上的位置
9.酒精是生物学实验中常用的试剂,不同浓度的酒精有不同用途。下列说法错误的是( )
A.探究菠菜绿叶中色素的种类时,可用无水乙醇提取色素
B.用低温诱导的根尖制作装片时,需要用体积分数为95%的酒精洗去固定液
C.微生物纯培养时,可用体积分数为70%的酒精溶液对培养器皿和接种用具灭菌
D.DNA粗提取过程中,冷却的体积分数为95%的酒精溶液可用于凝集滤液中的DNA
10.某兴趣小组用相同生理状态的洋葱表皮进行“植物细胞的吸水和失水”实验,记录数据见下表。
分组 ① ② ③ ④ ⑤
步骤1 从盖玻片一侧滴入蔗糖溶液,另一侧用吸水纸吸引,蔗糖溶液质量浓度如下
0.1 g/mL 0.2 g/mL 0.3 g/mL 0.4 g/mL 0.5 g/mL
质壁分 离现象 - ++ +++ ++++ ++++
步骤2 从盖玻片一侧滴入清水,另一侧用吸水纸吸引,重复几次
质壁分 离现象 - - + ++ ++++
注“-”表示没有质壁分离,“+”表示质壁分离的程度。
下列叙述正确的是( )
A.①中,蔗糖溶液质量浓度>细胞液质量浓度
B.据表推测,细胞液质量浓度范围在0.2~0.3 g/mL
C.⑤经过步骤2,细胞质壁分离可以复原
D.步骤2中③的吸水速度>②的吸水速度
二、不定项选择题
11.某小组欲探究培养液中酵母菌种群数量的变化。在试管甲中加入10 mL无菌葡萄糖溶液和1 mL酵母菌培养液,在试管乙中加入11 mL无菌葡萄糖溶液。将两支试管置于相同且适宜的条件下培养相同时间后,采用抽样检测法取样计数。下列叙述正确的是( )
A.对甲、乙两试管中酵母菌计数时,应先滴加培养液再盖盖玻片
B.甲、乙两试管的不同之处只有是否加入酵母菌,遵循单一变量原则
C.影响酵母菌种群数量的因素有养料、温度、pH及有害代谢废物等
D.试管乙为空白对照,主要目的是排除葡萄糖溶液被杂菌污染的可能性
12.下表是探究温度对唾液淀粉酶活性影响实验的一些试剂及处理措施。下列分析正确的是( )
试管 编号 唾液稀 pH为6.8 质量分数 为1%的 不同温度处 理(10 min)
1 1 1 2 37 ℃恒 温水浴 1
2 1 1 2 沸水浴 1
3 1 1 2 0~4 ℃ 冰浴 1
A.唾液淀粉酶能够显著降低淀粉水解所需要的活化能
B.1号试管中的淀粉在唾液淀粉酶和ATP的作用下水解为麦芽糖
C.2号试管中的溶液滴加碘液后变蓝是因为高温破坏了唾液淀粉酶的结构
D.实验的顺序是加缓冲液→加淀粉→加酶→保温→加碘液
13.下列有关生命科学史上的经典实验的说法,正确的是( )
A.孟德尔在豌豆杂交实验的基础上提出了遗传因子的概念,并利用假说—演绎法解释了性状分离现象
B.萨顿用推理的方法提出了基因位于染色体上的假说,摩尔根用实验证明了基因位于染色体上
C.赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染大肠杆菌实验证明DNA是主要的遗传物质,其成功的关键是分别研究蛋白质与DNA的作用
D.沃森和克里克利用DNA衍射图谱推算出DNA分子呈双螺旋结构,进而提出了DNA半保留复制的假说
14.中枢兴奋药尼可刹米可选择性地使延髓呼吸中枢兴奋,使呼吸加深加快,也可作用于颈动脉体和主动脉体的化学感受器,反射性地使呼吸中枢兴奋。在研究尼可刹米作用的实验中,研究人员发现在大鼠延髓的呼吸中枢所在区域,施加1 μL尼可刹米溶液,能引起大鼠呼吸频率明显增加。下列叙述错误的是( )
A.要验证尼可刹米的作用效果,还需在该区域施加1 μL配制该溶液的溶剂
B.要进一步确定该药物的作用区域,还需在其他脑区施加尼可刹米溶液
C.作用于化学感受器和作用于呼吸中枢使呼吸加快的调节过程,都属于非条件反射
D.CO2作用于化学感受器使呼吸加深加快的过程,既有体液调节也有神经调节
三、非选择题
15.(2021浙江卷)为探究酒精对动物行为的影响,某中学生物兴趣小组进行了以下系列实验。
实验材料:蟾蜍坐骨神经—腓肠肌标本,间脑蟾蜍,小滤纸片,任氏液,体积分数为0.1%,0.2%和1%的酒精,去甲肾上腺素(noradrenaline,NA),酚妥拉明(phentolamine,PT),体积分数为1%的硫酸溶液等。
(要求与说明:间脑蟾蜍是指切除了大脑和部分间脑、相关机能正常的蟾蜍;任氏液为两栖类的生理盐水;3种酒精的体积分数分别对应人血液中轻度、中度和重度酒精中毒的体积分数;酒精、NA和PT均用任氏液配制;NA是一种神经递质;PT是NA受体的抑制剂。 实验条件适宜)
实验过程与结果或结论见下页左上表。请回答下列问题。
分组 过程 结果或结论
实验1 ①取蟾蜍坐骨神经—腓肠肌标本,分别检测动作电位大小、动作电位传导速率和肌肉收缩张力;②用体积分数为1%的酒精连续滴加标本5 min后,再分别检测上述指标 结果: 结论:
实验2 ①用质量分数为1%的硫酸刺激间脑蟾蜍一侧后肢的中趾趾端,测定屈反射时长,然后用任氏液清洗后肢和间脑断面;②分别用含有50 μL的任氏液、不同体积分数酒精的小滤纸片处理间脑断面,每次处理后重复① 结果的记录表格: 结论:酒精会显著延长屈反射时长,其数值随酒精浓度升高而变大
为了进一步研究酒精延长屈反射时长的机理,选取实验2中某一体积分数的酒精用于实验3
实验3 ①取5组间脑蟾蜍,用任氏液、NA、PT和酒精等处理;②用质量分数为1%的硫酸刺激间脑蟾蜍一侧后肢的中趾趾端,测定屈反射时长 结论:NA与其受体结合,显著延长间脑蟾蜍的屈反射时长;酒精通过NA受体参与的途径,显著延长间脑蟾蜍的屈反射时长
(1)根据实验1结果可得出的结论是 。
(2)设计用于记录实验2结果的表格。
(3)依据实验2、3的结论,实验3的分组如下。
A组:任氏液。
B组: 。
C组: 。
D组: 。
E组: 。
(4)酒后驾车属于危险的驾驶行为,由本实验结果推测其可能的生物学机理是 。
专题突破练13 实验与探究
1.D 解析 淀粉酶和蛋白酶的本质是蛋白质,均会与双缩脲试剂产生紫色反应,A项错误。质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液的浓度大于洋葱鳞片叶外表皮细胞细胞液的浓度,洋葱鳞片叶外表皮细胞会发生质壁分离,B项错误。溴麝香草酚蓝溶液的颜色一开始基本不变是因为酵母菌只进行有氧呼吸,产生了少量的二氧化碳,C项错误。
2.D 解析 在“性状分离比的模拟”实验中,抓取两种彩球进行组合的次数要足够多,才能保证子代出现3∶1的性状分离比,A项正确。染色体易被甲紫溶液或醋酸洋红液等染成深色,甲紫溶液的pH是6~7,而醋酸洋红液的pH是3~4,B项正确。探究“温度对淀粉酶活性的影响”实验中,每组都先对酶溶液和淀粉溶液分别保温,混合后继续保温,防止混合后迅速发生化学反应,减少实验误差,C项正确。固定根尖时,先剪取诱导处理的根尖0.5~1 cm,放入卡诺氏液中浸泡0.5~1 h,以固定细胞的形态,然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次,D项错误。
3.D 解析 许多土壤动物有较强的活动能力,而且身体微小,故调查土壤小动物类群丰富度常用取样器取样的方法,A项正确。进行酵母菌计数时,应先盖上盖玻片,再在盖玻片的边缘滴加培养液,待酵母菌沉降到计数室底部再统计结果,B项正确。探究酵母菌种群数量变化时,为保证严谨性,需要重复实验,以增加实验数据的可靠性,C项正确。生态缸在稳定后,一定时间内生物的种类和数量可能会发生变化,但能维持相对稳定,D项错误。
4.C 解析 卡尔文用14C标记CO2,通过放射性检测,研究出碳原子在暗反应中的转移途径,即CO2→C3→有机物,A项正确。科学家用3H标记亮氨酸,通过放射性检测,证明分泌蛋白的合成和运输依次经过核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜,B项正确。DNA的元素组成为C、H、O、N、P,不能用35S标记DNA,可用35S标记T2噬菌体的蛋白质外壳,用32P标记T2噬菌体的DNA,最终证明DNA是T2噬菌体的遗传物质,C项错误。科学家用15N标记DNA,利用密度梯度离心法,证明了DNA的复制方式是半保留复制,D项正确。
5.D 解析 由于生态系统中能量是单向流动、逐级递减的,因此放入该生态缸中的不同营养级生物之间的比例要适当,A项正确。微水景生态缸中的植物通过光合作用能制造氧气,但是制造的氧气量是有限的,因此需要定期通气,以保证各种生物的正常呼吸,B项正确。生态缸中的动植物种类比较少,营养结构比较简单,因此一般很难长时间维持相对稳定,C项正确。生态缸达到稳定状态后,各种生物的种群数量保持相对稳定,但并不一定均能达到K值,D项错误。
6.B 解析 醋酸菌是好氧细菌,发酵时应该持续通入空气,不能密封发酵,A项错误。由于紫色洋葱鳞片叶外表皮的不同部位细胞的细胞液浓度可能不同,因此观察到的质壁分离程度可能不同,B项正确。在观察植物细胞有丝分裂过程中,解离时细胞已经被杀死,C项错误。斐林试剂是含有Cu2+的碱性溶液,可被葡萄糖还原生成砖红色沉淀(Cu2O),D项错误。
7.C 解析 T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质,A项错误。酶的活性与温度、pH等有关,与酶浓度无关。在过氧化氢溶液充足的情况下,若提高过氧化氢酶的浓度,反应会更快,但不会改变酶的活性,B项错误。液泡内有细胞液,含糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质,用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行质壁分离实验时,液泡失水,体积逐渐变小,紫色逐渐加深,细胞吸水能力逐渐增强,C项正确。在观察植物根尖分生区组织细胞的有丝分裂实验中,用解离液解离的目的是使组织中的细胞相互分离开来,此过程中细胞已被杀死,在显微镜下不会观察到姐妹染色单体彼此分离的动态变化,D项错误。
8.A 解析 证明DNA半保留复制用到的是同位素标记技术和密度梯度离心法。
9.C 解析 绿叶中的色素易溶于有机溶剂,故探究菠菜绿叶中色素的种类时,可用无水乙醇提取色素,A项正确。用低温诱导的根尖制作装片时,需要用体积分数为95%的酒精洗去固定液,B项正确。体积分数为70%的酒精溶液不能灭菌,可以消毒,C项错误。DNA粗提取过程中,冷却的体积分数为95%的酒精溶液可用于凝集滤液中的DNA,D项正确。
10.D 解析 ①中无质壁分离现象,说明蔗糖溶液质量浓度≤细胞液质量浓度,A项错误。①中无质壁分离现象,②中出现质壁分离现象但不如③④⑤明显,则推测细胞液质量浓度范围在0.1~0.2 g/mL(包含0.1 g/mL),B项错误。⑤经过步骤1后,细胞已脱水死亡,C项错误。③中细胞质壁分离(失水)程度大于②,因此失水后③中细胞液质量浓度大于②,故步骤2中③的吸水速度>②的吸水速度,D项正确。
11.BCD 解析 对甲、乙两试管中酵母菌计数时,应先盖盖玻片再在盖玻片的边缘滴加培养液。
12.AC 解析 唾液淀粉酶是生物催化剂,可以催化淀粉水解,具有高效性,可以显著降低化学反应所需要的活化能,A项正确。淀粉的水解反应不需要ATP,B项错误。2号试管中沸水浴破坏了唾液淀粉酶的空间结构,导致酶丧失了活性,使得淀粉不能被水解,因此该试管中的溶液滴加碘液后变蓝,C项正确。该实验中酶和淀粉应该先在相应的温度下保温,然后再混合,D项错误。
13.ABD 解析 赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染大肠杆菌实验证明DNA是噬菌体的遗传物质,其成功的关键是分别研究蛋白质与DNA的作用。
14.C 解析 实验过程中要遵循单一变量原则,在大鼠延髓的呼吸中枢所在区域注射1 μL配制该溶液的溶剂,可排除溶剂对实验的影响,A项正确。若要进一步确定该药物的作用区域,则实验的自变量为作用区域的不同,故还需在其他脑区施加等量的尼可刹米溶液,B项正确。作用于呼吸中枢使呼吸加快没有经过完整的反射弧,不属于反射,C项错误。CO2属于体液运输的化学物质,作用于化学感受器,属于体液调节,化学感受器兴奋后反射性地使呼吸加深加快属于神经调节,D项正确。
15.答案 (1)离体条件下,施加体积分数为1%的酒精,对神经肌肉接点、肌肉收缩功能没有显著影响
(2)表 不同体积分数的酒精对间脑蟾蜍屈反射时长的影响
处理 因素 空白对照 任氏液 体积分数 为0.1%的 酒精 体积分数 为0.2%的 酒精 体积分数为 1%的酒精
屈反射 时长
(3)NA PT NA +PT 酒精+ PT
(4)酒精显著延长屈反射时长,酒后驾车导致司机反应迟钝(共71张PPT)
专题十一 实验与探究
网络构建 知识串联
长句表达 思维训练
1.怎样用差速离心法将各种细胞器分离开
提示 将细胞膜破坏后,形成由各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆,将匀浆放入离心管中,采取逐渐提高离心速率的方法分离不同大小的细胞器。
2.若只做伞藻嫁接实验,能否得出“细胞核是遗传的控制中心”的结论 请说明理由。
提示 否。无法排除假根中细胞质对实验的影响。
3.什么叫对比实验 请举例说明。
提示 设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素对实验对象的影响,这样的实验叫作对比实验。例如,探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中,需要设置有氧和无氧两种条件来探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式,这两个实验组的结果都是事先未知的,通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。
4.模拟鲁宾、卡门的实验时,能不能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记观察
提示 不能,CO2和H2O中的O均被标记,则难得出正确结论。
5.说出孟德尔成功的原因。
提示 ①正确地选用实验材料;②先研究一对相对性状的遗传,再研究两对或多对相对性状的遗传;③应用统计学方法对实验结果进行分析,基于对大量数据的分析而提出假说,再设计新的实验来验证,特别是他把数学方法引入生物学的研究,是超越前人的创新;④对科学的热爱和锲而不舍的精神。
6.孟德尔在研究遗传规律时,选用了不同的植物进行杂交实验。除豌豆外,他还利用山柳菊进行杂交实验,但结果并没有帮助他总结出遗传规律,其可能的原因有哪些
提示 山柳菊的花朵小,难以进行人工杂交实验;山柳菊有时进行有性生殖,有时进行无性生殖;山柳菊没有既容易区分又可以连续观察的相对性状等。
7.虽然艾弗里与赫尔希等人的实验方法不同,但是实验的设计思路却有相同之处。请问他们最关键的实验设计思路是什么
提示 最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开,单独地、直接地观察DNA或蛋白质的作用。
8.在探究DNA复制方式的实验中,能否通过对第一代DNA解旋获得的DNA单链进行离心的结果确定DNA复制的方式是全保留复制还是半保留复制
提示 否,因为两种复制得到的第一代DNA分子解旋后再离心所得到的条带一样,无法区分。
9.在探究抗生素对细菌的选择作用的实验中,为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌
提示 抗生素能够杀死细菌,抑菌圈边缘的抗生素浓度较低,可能存在具有耐药性的细菌,因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。
10.在PCR扩增DNA的实验中,预计1个DNA分子经过30次循环后,应该得到230个DNA分子,但是结果只有约210个DNA分子,出现该现象的原因可能是什么
提示 Taq DNA聚合酶的活性不够或活性受到抑制、PCR系统设计欠妥、循环次数不够等。
考点1
教材基础实验
1.教材实验中的“一材多用”——洋葱
部位 实验名称 取材原因
管状叶 绿叶中色素的提取和分离 色素含量多
鳞片叶 探究植物细胞的吸水和失水 外表皮细胞含紫色大液泡
使用高倍显微镜观察几种细胞 细胞较大,外表皮细胞有大液泡,内表皮细胞有明显的细胞核
根 观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂 材料易得,且分生区细胞分裂旺盛,染色体数目少,易于观察
低温诱导植物细胞染色体数目的变化 材料易得,且低温(4 ℃)下根尖也能分裂生长,诱导染色体变异率较高
2.常用试剂的种类及作用
试剂 体积分数(或质量分数、质量浓度) 作用原理 相关实验
酒精 50% 洗去浮色 检测生物组织中的脂肪
70% 消毒 微生物的实验室培养
95% 解离 观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
溶解、提取色素 绿叶中色素的提取和分离
盐酸 5% 营造酸
性环境 探究pH对酶活性的影响
15% 解离 观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
无水乙醇(或体积分数为95%的乙醇加适量无水碳酸钠)
试剂 体积分数(或质量
分数、质量浓度) 作用原理 相关实验
NaOH 0.1 g/mL 斐林试剂、
双缩脲试
剂的成分 检测生物组织中的还原糖、蛋白质
5% 营造碱性环境 探究pH对酶活性的影响
CuSO4 0.05 g/mL 斐林试剂
的成分 检测生物组织中的还原糖
0.01 g/mL 双缩脲试
剂的成分 检测生物组织中的蛋白质
3.实验条件的常用控制方法
(1)物理方法类
实验条件 常用控制方法
增加水中的氧气 泵入空气或放入绿色植物
减少水中的氧气 密封容器、覆盖油膜或用凉开水
排除光合作用
对细胞呼吸的干扰 植株遮光
得到单色光 棱镜色散或彩色薄膜滤光
提取线粒体 细胞匀浆离心
除去叶片中的叶绿素 置于酒精中隔水加热
(2)化学药剂类
实验条件 常用控制方法
提供CO2 NaHCO3溶液
除去容器中的CO2 NaOH溶液
(3)灭菌、消毒方法:培养基用高压蒸汽灭菌法灭菌;接种环(针)用火焰灼烧灭菌;双手用肥皂洗净,擦干后用体积分数为70%的酒精消毒;整个接种过程都在实验室无菌区进行。
对点训练
题组一 精典对练——拿高分
题型一 借助实验材料、试剂或药品的选择,考查科学探究
1.(2021全国乙卷改编)选择合适的试剂有助于达到实验目的。下列关于生物学实验所用试剂的叙述,错误的是( )
A.鉴别细胞的死活时,台盼蓝染液能将代谢旺盛的动物细胞染成蓝色
B.观察根尖细胞有丝分裂中期的染色体,可用甲紫溶液使其着色
C.检测生物组织中的还原糖时,甲液和乙液等量混合均匀后再注入
D.观察植物细胞的吸水和失水时,可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮
答案 A
解析 活细胞的细胞膜具有控制物质进出细胞的功能,台盼蓝染液无法进入活细胞,故代谢旺盛的活细胞不能被染色,死细胞可以被染成蓝色,A项错误。观察根尖细胞有丝分裂中期的染色体,可以用甲紫溶液或醋酸洋红液等使其着色,B项正确。斐林试剂中的甲液是质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液,乙液是质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液,在检测生物组织中的还原糖时,甲液和乙液要等量混匀后再注入,C项正确。蔗糖溶液不容易透过原生质层,且紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞有紫色大液泡,观察时现象明显,因此可用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮,观察植物细胞的吸水和失水,D项正确。
2.某同学用黑藻叶片临时装片观察细胞质的流动后,进一步探究植物细胞的吸水和失水现象。下列叙述正确的是( )
A.可观察到细胞中有螺旋带状叶绿体
B.不同细胞的叶绿体的运动方向一致
C.高浓度的乙醇可引起细胞的质壁分离
D.质壁分离后期细胞的吸水能力增强
答案 D
解析 黑藻叶片中的叶绿体呈椭球或球形,A项错误。不同细胞中的叶绿体的运动方向可能不同,但同一细胞中的不同叶绿体的运动方向是相同的和定向的,B项错误。高浓度的乙醇会使细胞死亡,C项错误。质壁分离过程中细胞失水,细胞液的浓度增加,细胞吸水能力增强,D项正确。
题型二 围绕实验原理及操作过程,考查科学思维和科学探究
3.(2021广东卷改编)秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料,某生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸,如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇的生成
B.乙瓶的溶液由蓝色变成红色,表明酵母菌已产生了CO2
C.酵母菌在有氧条件下也能产生乙醇
D.实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇的最大产量
答案 D
解析 橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇发生化学反应,变成灰绿色,其具体做法是取甲瓶中的滤液2 mL注入干净的试管中,再向试管中滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液并轻轻振荡,使它们混合均匀,观察试管中溶液的颜色变化,A项错误。CO2通入溴麝香草酚蓝溶液中,颜色变化为由蓝变绿再变黄,B项错误。在有氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生CO2和H2O,不产生乙醇,C项错误。乙醇的最大产量与容器中的葡萄糖量有关,与酵母菌数量无关,D项正确。
4.(2021山东卷)调查1 hm2范围内某种鼠的种群密度时,第1次捕获并标记39只鼠,第2次捕获34只鼠,其中有标记的鼠15只。标记物不影响鼠的生存和活动并可用于探测鼠的状态。若探测到第1次标记的鼠在重捕前有5只由于竞争、天敌等自然因素死亡,但因该段时间内有鼠出生而使种群总数量稳定,则该区域该种鼠的实际种群密度最接近于(结果取整数)( )
A.66只/hm2 B.77只/hm2
C.83只/hm2 D.88只/hm2
答案 B
解析 第1次标记的鼠在重捕前有5只由于竞争、天敌等自然因素死亡,并且调查过程中种群总数量稳定,则相当于第1次被标记的鼠有39-5=34(只),由此可以计算出该区域该种鼠的实际种群密度最接近于34×34÷15≈77(只/hm2)。
题组二 易错防范——不失分
1.判断下列有关观察类实验的叙述是否正确。
(1)观察叶绿体的材料也可以用来观察线粒体。( )
(2)观察植物细胞的有丝分裂或低温诱导染色体数目加倍时,应注意观察呈长方形的根尖分生区细胞。( )
(3)观察细胞的减数分裂所选的材料可以是动物的精巢或植物的雄蕊,不宜选用动物的卵巢或植物的雌蕊。( )
(4)观察植物细胞的质壁分离和复原时,只在低倍显微镜下观察即可。( )
√
×
√
√
2.判断下列有关鉴定提取类实验的叙述是否正确。
(1)在显色实验(如物质检测)中,一般需要对有色材料进行脱色处理。( )
(2)检测植物组织中的还原糖时不宜选用甘蔗的茎或甜菜的块根,因为甘蔗的茎或甜菜的块根中富含蔗糖,蔗糖为非还原糖。( )
(3)检验还原糖时若出现砖红色沉淀,只能说明溶液中有还原糖存在,但不能证明具体是哪种还原糖,同理蛋白质的鉴定若出现紫色,也不能证明有胰岛素或淀粉酶存在。( )
√
√
√
3.判断下列有关探究类和调查类实验的叙述是否正确。
(1)探究温度、pH对酶活性的影响时,至少分三组,其中一组在最适条件下进行,且注意不能将酶与底物混合后再控制相关条件。( )
(2)探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度时,所设组别除用不同浓度的生长素类调节剂处理外,还要增加一组用蒸馏水处理的空白对照。( )
(3)调查植物的种群密度时,应尽量选择容易辨别个体数目的双子叶植物;对于蚜虫、昆虫卵、跳蝻和蚯蚓等活动范围小、活动能力弱的动物,常采用样方法调查其密度。( )
(4)调查某种遗传病的发病率时,要随机抽样调查,且要保证调查的群体足够大;调查某种遗传病的遗传方式时,应在患者家系中展开调查。( )
√
√
√
√
易错点拨探究温度对酶活性的影响时,将酶与底物在同一温度下保温后再混合,可减少实验误差。
考点2
教材中涉及的研究方法和技术
1.教材经典实验的选材与方法
实验名称 实验选材 实验方法 备注
探索光合作用的原理 绿色植物 遮光法 实验前进行“饥饿”处理
同位素标记法 用18O分别标记H2O和CO2
DNA是遗传物质的证据 两种肺炎链球菌 体内转化法 加热致死的S型细菌中存在能使R型活细菌转化成S型活细菌的“转化因子”
两种肺炎链球菌 体外转化法 DNA是遗传物质
大肠杆菌和T2噬菌体 放射性同位素标记法 —
实验名称 实验选材 实验方法 备注
生长素
的发现 胚芽鞘 对照法 感受光刺激的部位是胚芽鞘尖端,单侧光对植物向光生长产生某种影响
胚芽鞘、
琼脂 对照法 尖端产生的生长素向下运输,促进尖端下部的生长
2.教材经典实验常见的实验方法
教材经典实验 实验方法
制作DNA分子双螺旋结构模型 构建物理模型法
种群数量增长模型 构建数学模型法
分离各种细胞器 差速离心法
证明DNA进行半保留复制 同位素标记法和密度梯度离心法
分离绿叶中的色素 纸层析法
观察根尖分生区
组织细胞的有丝分裂 染色法
探究酵母菌细胞呼吸的方式 对比实验法
教材经典实验 实验方法
赫尔希和蔡斯的噬
菌体侵染细菌的实验 放射性同位素标记法
摩尔根证明基因在染色体上 假说—演绎法
土壤中小动物类群丰富度的研究 取样器取样法
探究酵母菌种群数量的变化 抽样检测法
估算种群密度(活动能力强的动物) 标记重捕法
估算种群密度(植物或活动能力弱的动物) 样方法
3.教材中的同位素标记法和荧光标记法归纳
(1)同位素标记法
①分泌蛋白的合成和运输(3H标记亮氨酸)。
②光合作用的探究历程。
a.卡尔文循环:光合作用的暗反应中碳的转移途径(14C标记CO2)。
b.鲁宾和卡门证明光合作用放出的氧气完全来自水(18O分别标记H2O和CO2)。
③研究细胞有丝分裂的细胞周期:在处于连续分裂的细胞的分裂期加入用3H标记的胸腺嘧啶,根据胸腺嘧啶被利用的情况,可以确定DNA合成期的起始点和持续时间。还可用32P和35S分别标记蚕豆根尖细胞并做放射性自显影,以了解分裂间期DNA复制和蛋白质合成的相关情况。
④噬菌体侵染细菌的实验(35S和32P分别标记噬菌体的外壳和DNA)。
⑤证明DNA半保留复制的实验(15N标记NH4Cl)。
(2)荧光标记法
①人鼠细胞融合实验。
②基因位于染色体上的实验证据。
对点训练
题组一 精典对练——拿高分
题型 围绕教材实验的深度拓展,考查科学思维和科学探究
对烟草花叶病发病机理的研究导致了病毒这一种新的生物类型的发现。细菌滤器是一种孔径小于细菌的过滤装置,细菌及比细菌大的细胞都不能通过。下面是科学家所做的一系列相关实验。
实验一:将患病叶片研磨液注入正常烟草叶脉中,正常烟草患病。
实验二:将患病叶片研磨液经过高温处理后注入正常烟草叶脉中,不能使正常烟草患病。
实验三:将患病叶片研磨液经过细菌滤器得到的滤液(这种滤液被称为感染性滤液)注入正常烟草叶脉中,正常烟草患病。
实验四:在感染性滤液中加入蒸馏水大量稀释,然后注入正常烟草叶脉中,正常烟草患病。
实验五:正常叶片研磨液经过细菌滤器得到无感染性滤液,在感染性滤液中加入与实验四所加蒸馏水同体积的无感染性滤液,然后注入正常烟草叶脉中,正常烟草患病,且患病程度与实验四相同。
下列分析正确的是( )
A.实验一、二的结果说明烟草花叶病可能由非生物因素引起
B.根据实验三的结果不能排除由细菌本身引起烟草花叶病的可能性
C.实验四的结果说明烟草花叶病很可能由细菌产生的毒素分子所引起
D.实验五的结果说明烟草花叶病的病原体在无细胞的滤液中不能增殖
答案 D
解析 若烟草花叶病由非生物因素引起,则注入经过高温处理的患病叶片研磨液后,正常烟草患病,A项错误。由题意可知,细菌滤器是一种孔径小于细菌的过滤装置,细菌及比细菌大的细胞都不能通过,所以将患病叶片研磨液经过细菌滤器后得到的滤液中不含细菌,故实验三正常烟草患病不可能由细菌本身引起,B项错误。患病叶片研磨液经过细菌滤器后得到的滤液中不含细菌,但仍能使正常烟草患病,若为细菌产生的毒素引起烟草患病,则加入蒸馏水大量稀释感染性滤液后可能不会引起烟草患病,但实验结果相反,所以可能是比细菌更小的病毒引起正常烟草患病,C项错误。
题组二 易错防范——不失分
1.(不定项选择题)生物学知识中的“比”,可较为准确地表示生命过程中两种(个)密切相关的量之间的关系。下列叙述错误的是( )
A.置于蔗糖溶液中的细胞在质壁分离过程中,外界溶液浓度与细胞液浓度的比值升高
B.随着生态环境的改善,曼彻斯特地区桦尺蛾种群中S基因(决定黑色性状)频率与s基因(决定浅色性状)频率的比值升高
C.细胞有丝分裂过程中着丝粒分裂时,细胞中染色体数与核 DNA 数的比值升高
D.运动员在接近马拉松终点时加速冲刺,此时细胞中的CO2释放量与O2吸收量的比值不变
答案 AB
解析 置于蔗糖溶液中的细胞在质壁分离过程中,外界溶液浓度降低,细胞液浓度升高,因此外界溶液浓度与细胞液浓度的比值降低,A项错误。随着生态环境的改善,曼彻斯特地区桦尺蛾种群中S基因频率降低,s基因频率升高,因此S基因频率与s基因频率的比值降低,B项错误。细胞有丝分裂过程中着丝粒分裂时,染色体数目加倍,核DNA数目不变,因此细胞中染色体数与核DNA数的比值升高,C项正确。人体有氧呼吸吸收O2量和释放CO2量相同,而无氧呼吸既不吸收O2,也不释放CO2,因此运动员在接近马拉松终点时由慢跑转换为加速冲刺时,CO2释放量与O2吸收量的比值不变,D项正确。
2.下图是高中生物学探究性实验设计的示意图。下列叙述正确的是( )
A.图中①处应为“演绎推理”,比如“探究植物细胞的吸水和失水”实验,将质壁分离的洋葱细胞浸润在清水中就属于此过程
B.图中②处应为“因变量”,比如“探究pH对酶活性的影响”实验,有无砖红色沉淀产生就属于此变量
C.图中③处应为“无关变量”,比如“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验,有机物产生量就属于此变量
D.图中④处应为“干扰因素”,比如还原糖鉴定实验中不能用叶肉细胞
答案 D
解析 假说-演绎法的基本步骤是观察现象→提出问题→提出假说→演绎推理→实验验证→得出结论,故题图中①处应为“提出假说”,“探究植物细胞的吸水和失水”实验中将质壁分离的洋葱细胞浸润在清水中属于实验验证,A项错误。题图中②处应为“因变量”,“探究pH对酶活性的影响”实验中因变量应为过氧化氢分解的速率,即气泡的产生速率,B项错误。题图中③处应为“无关变量”,“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验中二氧化碳浓度、温度等就属于无关变量,C项错误。题图中④处应为“干扰因素”,还原糖鉴定实验中因叶肉细胞含有叶绿体(显示绿色)会干扰对实验结果的观察,故不能用叶肉细胞作为该实验的实验材料,D项正确。
易错点拨实验过程中的变化因素称为变量
微专题6
探究实验的设计、分析及评价
规律方法 归纳
1.掌握实验设计的程序
2.探究性实验操作步骤“四步曲”
3.利用“五看法”评价实验设计的方案
技能提升 训练
1.(2021全国乙卷)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题。
(1)白天叶肉细胞产生 ATP的场所有 。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和 释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止 ,又能保证 正常进行。
(3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
答案 (1)细胞质基质、线粒体、(叶绿体的)类囊体薄膜 呼吸作用
(2)植物蒸腾作用过强而导致失水过多 光合作用
(3)实验思路:植物甲在干旱的环境条件下(其他条件适宜)培养一段时间;分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH;统计分析实验数据。
预期结果:晚上液泡内的pH明显低于白天。
解析 (1)白天叶肉细胞可以进行呼吸作用,产生ATP的场所包括细胞质基质、线粒体;也可以进行光合作用,产生ATP的场所为叶绿体的类囊体薄膜。苹果酸脱羧和呼吸作用释放的CO2可作为光合作用的原料。(2)植物蒸腾作用散失水分和光合作用吸收CO2都离不开气孔。干旱条件下,气孔白天关闭,晚上打开,既可防止白天因蒸腾作用过强使植物过度失水,又可保证植物光合作用的正常进行。(3)欲设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式,可选取植物甲在干旱条件下进行培养,检测白天和晚上液泡内的pH;晚上液泡内的pH低于白天液泡内的pH,即可验证。
2.(2021广东卷)人体缺乏尿酸氧化酶,导致体内嘌呤分解代谢的终产物是尿酸(存在形式为尿酸盐)。尿酸盐经肾小球过滤后,部分被肾小管细胞膜上具有尿酸盐转运功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收,最终回到血液。尿酸盐重吸收过量会导致高尿酸血症或痛风。目前,E是针对上述蛋白治疗高尿酸血症或痛风的常用临床药物。为研发新的药物,研究人员对天然化合物F的降尿酸作用进行了研究。给正常实验大鼠(有尿酸氧化酶)灌服尿酸氧化酶抑制剂,获得了若干只高尿酸血症大鼠,并将其随机分成数量相等的两组,一组设为模型组,另一组灌服F设为治疗组。一段时间后检测相关指标,结果见图1。回答下列问题。
图1
(1)与分泌蛋白相似,URAT1和GLUT9在细胞内的合成、加工和转运过程需要 (答出两种即可)及线粒体等细胞器共同参与。肾小管细胞通过上述蛋白重吸收尿酸盐,体现了细胞膜具有 的功能特性。原尿中还有许多物质也需借助载体蛋白通过肾小管的细胞膜,这类跨膜运输的具体方式有 。
(2)URAT1分布于肾小管细胞刷状缘(图2),该结构有利于尿酸盐的重吸收,原因是 。
图2
(3)与空白对照组(灌服生理盐水的正常实验大鼠)相比,模型组的自变量是 ,与其他两组比较,设置模型组的目的是 。
(4)根据尿酸盐转运蛋白检测结果,推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是 ,减少尿酸盐重吸收。为进一步评价F的作用效果,本实验需要增设对照组,具体为 。
答案 (1)核糖体、内质网、高尔基体 选择透过性 主动运输、协助扩散
(2)增加了肾小管细胞的膜面积,使URAT1的数量增多,有利于尿酸盐等物质的吸收
(3)灌服尿酸氧化酶抑制剂 保证单一变量,使实验结果更有说服力
(4)F能够抑制尿酸盐转运蛋白URAT1和GLUT9的合成和运输 增设灌服E的一组
解析 (1)尿酸盐转运蛋白URAT1和GLUT9位于细胞膜上,与其合成、加工和运输有关的细胞器是核糖体、内质网、高尔基体和线粒体。肾小管细胞对尿酸盐的吸收是通过转运蛋白URAT1和GLUT9实现的,体现了细胞膜的功能特性——选择透过性。原尿中的物质借助载体蛋白进入细胞的方式有主动运输和协助扩散。(2)由题图2可知,肾小管细胞刷状缘位于肾小管内侧,该结构的存在大大增加了肾小管细胞的膜面积,从而增加了细胞膜上转运蛋白的数量,增强了肾小管的重吸收功能。(3)由题干可知,模型组与空白对照组相比,不同的是模型组灌服的是尿酸氧化酶抑制剂,模型组可分别与空白对照组和治疗组形成对照,保证单一变量,使实验结果更有说服力。
(4)由题图1可知,模型组中转运蛋白URAT1和GLUT9的相对含量远高于空白对照组,而灌服F的治疗组中转运蛋白URAT1和GLUT9的相对含量与空白对照组相差不大,说明天然化合物F能够抑制尿酸盐转运蛋白URAT1和GLUT9的合成和运输。若要进一步确定F的作用效果,可与已知药物E作对比,另设一组模型鼠灌服E,一段时间后检测相关指标,并与治疗组进行对比。
专项模块 素能培优
大题分析与表达(八) 实验设计与分析类大题突破
典例示范
【典例】 昆明小鼠(KM小鼠)是我国生产量、使用量最大的实验小鼠,广泛应用于药理学、毒理学等领域的研究。为探究不同因素对尿量的影响,研究小组将麻醉后的KM小鼠平均分为甲、乙、丙三组,进行如下实验:甲组静脉注射垂体提取液0.1 mL;乙组静脉注射质量分数为20%的葡萄糖溶液2 mL;丙组不作处理。记录实验后一段时间内每组小鼠的总尿量。请回答下列问题。
(1)甲组在该段时间内的总尿量明显少于丙组,其原因是 。
(2)当乙组总尿量明显多于丙组时,仍不能说明葡萄糖具有利尿作用,为什么 。应该如何改进实验 。
(3)若实验改进后,证明葡萄糖具有利尿作用,则一定量的葡萄糖能够增加尿量的原因是 。
(4)研究小组用低频率低强度电刺激实验小鼠支配肾小管细胞的交感神经,结果使实验小鼠的尿量减少,该过程能够被去甲肾上腺素受体拮抗剂所阻断。可推断,去甲肾上腺素在该过程中的作用是 。
【思维模板】
【表达模板】
答案 (1)垂体提取液中含有抗利尿激素,可促进肾小管和集合管对水的重吸收
(2)由于质量分数为20%的葡萄糖溶液中含有水分,会使尿量增加 增设注射与乙组等量的水分的组别
(3)过多的葡萄糖导致肾小管腔内的渗透压升高,影响了水分的重吸收功能 (4)可以作为神经递质,作用于肾小管细胞上的受体,促进肾小管重吸收水,导致尿量减少
解析 (1)甲组注射了垂体提取液,而垂体提取液中含有抗利尿激素,可促进肾小管和集合管对水的重吸收,导致尿量减少。
(2)乙组注射了质量分数为20%的葡萄糖溶液2 mL,由于葡萄糖溶液中含有水分,会使尿量增加,所以即使乙组总尿量明显多于丙组时,仍不能说明葡萄糖具有利尿作用,为改进实验,应该增设注射与乙组等量的水分的组别,作为对照;如果乙组尿量高于对照组,则可以说明葡萄糖利尿。
(3)过多的葡萄糖导致肾小管腔内的渗透压升高,影响了水分的重吸收功能,所以一定量的葡萄糖可以增加尿量。
(4)低频率低强度电刺激实验小鼠支配肾小管细胞的交感神经,结果使实验小鼠的尿量减少,该过程能够被去甲肾上腺素受体拮抗剂所阻断,说明去甲肾上腺素可以作为神经递质,作用于肾小管细胞上的受体,促进肾小管重吸收水,导致尿量减少。
长句训练
光补偿点指同一叶片在同一时间内,光合过程中吸收的CO2和呼吸过程中放出的CO2等量时的光照强度;光合速率随光照强度增加,当达到某一光照强度时,光合速率不再增加,该光照强度称为光饱和点。下表为甲、乙两个水稻品种在灌浆期和蜡熟期的光合作用相关数据。请回答下列问题。
注灌浆期幼穗开始积累有机物,谷粒内含物呈白色浆状;蜡熟期米粒已变硬,但谷壳仍呈绿色。
(1)据表中的数据推测, 品种能获得较高产量,理由是 。
(2)据表分析,水稻叶片在衰老过程中光合作用的变化趋势是 。
(3)根据该实验的结果推测,从灌浆期到蜡熟期,水稻最大净光合速率的变化可能与叶片的叶绿素含量变化有关。请设计实验验证该推测。(简要写出实验设计思路、预期实验结果和结论)
答案 (1)乙 在灌浆期,乙品种的最大净光合速率比甲品种大,积累的有机物多
(2)减弱
(3)实验设计思路:取等量的处于灌浆期和蜡熟期的同种水稻的叶片,分别测定其叶绿素含量。
预期实验结果和结论:处于灌浆期的水稻叶片的叶绿素含量更高,说明从灌浆期到蜡熟期,水稻的最大净光合速率下降是叶片的叶绿素含量下降造成的。
解析 (1)由题表中的数据推测,灌浆期幼穗开始积累有机物,而乙品种在灌浆期的最大净光合速率大于甲品种,故乙品种积累的有机物多,能获得较高产量。
(2)由题表可知,从灌浆期到蜡熟期,甲、乙两品种的光补偿点升高,光饱和点降低,最大净光合速率下降,即水稻叶片在衰老过程中光合作用减弱。
(3)由题意可知,该实验的目的是验证从灌浆期到蜡熟期,水稻叶片的叶绿素含量减少导致最大净光合速率下降。根据实验设计原则,实验设计思路如下:取等量的处于灌浆期和蜡熟期的同种水稻的叶片,分别测定其叶绿素含量。预期实验结果和结论:处于灌浆期的水稻叶片的叶绿素含量更高,说明从灌浆期到蜡熟期,水稻的最大净光合速率下降是叶片的叶绿素含量下降造成的。
