提升点1 科学探究中的变量控制
实验过程中的变化因素称为变量。在生物实验设计中对变量的确立、操控是实验成功与否的关键。
(1)变量类型
自变量 又称实验变量，是研究者主动操控的，即实验所探究的条件和因子，是作用于实验对象的刺激变量，坐标中横轴标识一般为自变量
因变量 又称反应变量，是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，应具有可测性和客观性，坐标中纵轴标识一般为因变量
无关 变量 无关变量又称干扰变量、控制变量，是指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量。实验时一般需控制无关变量适宜且相同
(2)变量控制
①单一变量原则
即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜，以确保实验变量的唯一性。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。
②等量原则
在实验设计和操作中，要尽量减少无关变量对实验的影响，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。
1．某同学为探究酶的特性，进行了一系列相关实验，结果如下表所示，下列叙述正确的是( )
实验步骤 试管
1 2 3 4 5 6
1 向试管内加入可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2 向试管内加入植物淀粉酶 2滴 2滴 2滴
3 将试管分别放到不同温度的水浴保温5分钟 0 0 50 50 100 100
4 将试管1和2，3和4，5和6中溶液混合，继续在原温度下保温5分钟
5 分别滴加碘液，并观察颜色变化
A．本实验的自变量是底物的有无、温度、酶的有无
B．本实验可以用斐林试剂检测还原糖的生成量，比较各温度下砖红色颜色深浅
C．会对实验结果产生重大影响的无关变量有淀粉的浓度、酶的浓度，如果淀粉用量过少，可以适当延长反应时间，以观察到最佳实验现象
D．沸水浴组滴加碘液后，颜色为蓝色，将该反应体系的温度降至适宜温度继续反应，颜色无变化
2．消化酶的研究为鲍鱼的快速健康养殖提供了参考。研究人员从鲍鱼的肠道和肝胰脏中获取淀粉酶进行相关实验，结果如图1、图2 所示。请回答下列问题：
(1)图1中实验的自变量是_____________________________________________，
因变量是______________。在30 ℃至40 ℃范围内，____________中淀粉酶活性较高。
(2)由图2可知淀粉酶的最适pH在_______________________________________
左右，pH为2时，淀粉酶活性低的原因是________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
实验中的“淀粉酶活性”可以用__________________________________为指标进行测量。
(3)图3为肠道中淀粉酶在35 ℃时催化的反应物浓度随时间变化的曲线，请在图3上画出同等条件下肝胰脏中淀粉酶催化的反应曲线。
(4)图2中实验设计的pH梯度________(填“适合”或“不适合”)直接用于“pH对胃蛋白酶活性影响”的实验研究。研究人员发现在相同条件下纤维素酶的活性较高，这可能与鲍鱼喜食富含________的藻类有关。
3．某小组进行“探究pH对酶的影响”的一系列活动。实验一：“探究pH对过氧化氢酶的影响”，设置了pH为5.0、6.0、7.0和8.0的四个组，实验结果如下表所示。
不同pH、不同时间收集到的气体体积表(mL)
pH 时间/s 5.0 6.0 7.0 8.0
30 8 10 10 10
60 9 10 10 10
90 10 10 10 10
120 10 10 10 10
(1)能否用各组实验完全结束后收集到的气体体积作为因变量检测指标，并说明理由？
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)实验结果并不理想，可通过___________________________________________
(填“增大”或“减小”)底物浓度；或____________________________________
(填“增大”或“减小”)酶的量等措施加以改进。
(3)若实验中只有一套实验装置，每次实验后，先用蒸馏水充分冲洗反应室，然后用________________________再冲洗一遍。
实验二：“探究pH对不同蛋白酶的影响”，对木瓜蛋白酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶进行了相关实验，结果如图所示：
(4)本实验的自变量为______________。
(5)据图可知，_______________酶更适宜作为食品添加剂，理由是____________
____________________________________________________________________。
提升点2 对照实验
1．含义
除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验。
2．对照实验的类型
(1)空白对照：自然状态下，即不做任何处理，或除实验变量外，其他处理与实验组完全相同(如生理盐水、酒精溶剂、假手术等)。
(2)自身对照：对照组和实验组都在同一研究对象上进行，观察实验处理前后现象的变化。实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化为实验组。
(3)相互对照：几个实验组相互对比，其中每一组既是实验组也是其他实验组的对照组。一般是在探究某种实验因素对实验结果的影响未知的情况下使用，通过相互对比，确立实验变量和反应变量的关系。
(4)条件对照：给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，给定的处理因素正是为了保证实验中，对照组和实验组相比，只是少了实验变量的影响，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。
1．关于酶及其特性的实验设计，下列叙述不正确的是( )
A．验证酶的专一性，可利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和斐林试剂等设计对照实验进行验证
B．验证酶的高效性，可通过设置自身对照，比较盛有H2O2的试管中加入过氧化氢酶前后，H2O2分解速率的变化来进行验证
C．探究pH对酶活性影响的实验中，简要流程可以是将酶加入各组试管→调节各试管酶液的pH→向各试管加入底物→混匀并进行保温→观察结果
D．探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，pH为无关变量
2．生物学是一门重视实验的科学。图1和图2是某兴趣小组根据实验绘制的“影响H2O2分解速率”的曲线图，图3是该兴趣小组绘制的“温度对麦芽糖酶活性影响”的曲线图。请回答下列问题：
(1)酶具有高效性的原因是______________________________________________
____________________________________________________________________。
图1和图2所代表的实验中，实验的自变量依次为________________________、________________。
(2)图2酶促反应中限制bc段O2产生速率的主要因素是______________。由图3可得出酶具有的特性是_____________________________。酶活性可用______________________________________表示。
(3)该兴趣小组还根据图3做了关于温度影响麦芽糖酶活性的实验，探究经过温度t4处理的酶，当温度降低到t3时，其活性是否可以恢复到较高水平。他们进行了如下实验：取3支试管，分别编号为A、B、C，各加入适宜浓度的该酶溶液1 mL；关于自变量的设置：A和B作为对照组应分别在温度为______________的水浴装置中保温适宜时间，C作为实验组的处理为_______________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)麦芽糖酶可以催化麦芽糖水解为葡萄糖，但实验结果不能用斐林试剂检测，原因是_______________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(5)另外班上有其他兴趣小组做了以下实验：实验研究钙对小鼠的影响
①选择生理状况相同的健康小鼠若干只，随机均分成甲、乙两组；
②甲组小鼠饲喂适量无钙的饲料，并提供不含钙离子的饮用水；乙组小鼠
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
③将甲、乙组小鼠放在相同且适宜的环境中饲养一段时间，并随时观察其生理状况；
④实验现象：甲组小鼠出现肌肉抽搐现象，乙组小鼠正常生长。
3．为了检测淀粉酶对糖甲、糖乙、糖丙的作用，设计了如下图所示的实验，5 min后检测每支试管中的原料和产物，结果如下表：
试管1 试管2 试管3
产物 无 无 有
原料 有 有 无
(1)酶起催化作用的原理是________(填“降低”或“提供”)化学反应活化能。
(2)该实验需将三支试管均置于相同温度中的目的是________________________
____________________________________________________________________。
(3)本实验的结论是____________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)请从下面所给的实验材料中选择合适的材料并利用实验室中的相关设备，设计实验探究温度对淀粉酶活性的影响。
实验材料：糖甲溶液；糖乙溶液；糖丙溶液；淀粉酶；冰水；常温水；沸水；碘液；斐林试剂等。
实验步骤：①取六支洁净的试管，向三支试管中均加入1 mL淀粉酶溶液，编号为A、B、C。另三支试管均加入2 mL________溶液，编号为E、F、G；
②将A、E号试管放入冰水中，B、F号试管放入常温水中，C、G号试管放入沸水中，保温一段时间；
③将编号A、B、C的试管内的溶液分别注入E、F、G三支试管中，摇匀；
④向E、F、G三支试管中分别加入等量且适量_______________，摇匀，观察颜色变化。
(5)若上述实验用H2O2做底物，淀粉酶改成新鲜肝脏研磨液，请分析能否达成实验目的并说明理由：___________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
7/7提升点1 科学探究中的变量控制
实验过程中的变化因素称为变量。在生物实验设计中对变量的确立、操控是实验成功与否的关键。
(1)变量类型
自变量 又称实验变量，是研究者主动操控的，即实验所探究的条件和因子，是作用于实验对象的刺激变量，坐标中横轴标识一般为自变量
因变量 又称反应变量，是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，应具有可测性和客观性，坐标中纵轴标识一般为因变量
无关 变量 无关变量又称干扰变量、控制变量，是指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量。实验时一般需控制无关变量适宜且相同
(2)变量控制
①单一变量原则
即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜，以确保实验变量的唯一性。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。
②等量原则
在实验设计和操作中，要尽量减少无关变量对实验的影响，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。
1．某同学为探究酶的特性，进行了一系列相关实验，结果如下表所示，下列叙述正确的是( )
实验步骤 试管
1 2 3 4 5 6
1 向试管内加入可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2 向试管内加入植物淀粉酶 2滴 2滴 2滴
3 将试管分别放到不同温度的水浴保温5分钟 0 0 50 50 100 100
4 将试管1和2，3和4，5和6中溶液混合，继续在原温度下保温5分钟
5 分别滴加碘液，并观察颜色变化
A．本实验的自变量是底物的有无、温度、酶的有无
B．本实验可以用斐林试剂检测还原糖的生成量，比较各温度下砖红色颜色深浅
C．会对实验结果产生重大影响的无关变量有淀粉的浓度、酶的浓度，如果淀粉用量过少，可以适当延长反应时间，以观察到最佳实验现象
D．沸水浴组滴加碘液后，颜色为蓝色，将该反应体系的温度降至适宜温度继续反应，颜色无变化
D [本实验的自变量为温度，因变量为淀粉被分解的速率，A错误；由于用斐林试剂检测还原糖的生成量时需要水浴加热，会改变实验初始的预设温度，影响实验结果的观察，因此不能用斐林试剂检测还原糖的生成量，B错误；酶具有高效性，如果淀粉用量过少，可以适当缩短反应时间，以观察到最佳实验现象，C错误；由于高温会使酶的活性丧失，因此沸水浴组滴加碘液后，颜色为蓝色，将该反应体系的温度降至适宜温度继续反应，颜色无变化，D正确。]
2．消化酶的研究为鲍鱼的快速健康养殖提供了参考。研究人员从鲍鱼的肠道和肝胰脏中获取淀粉酶进行相关实验，结果如图1、图2 所示。请回答下列问题：
(1)图1中实验的自变量是_____________________________________________，
因变量是______________。在30 ℃至40 ℃范围内，____________中淀粉酶活性较高。
(2)由图2可知淀粉酶的最适pH在_______________________________________
左右，pH为2时，淀粉酶活性低的原因是________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
实验中的“淀粉酶活性”可以用__________________________________为指标进行测量。
(3)图3为肠道中淀粉酶在35 ℃时催化的反应物浓度随时间变化的曲线，请在图3上画出同等条件下肝胰脏中淀粉酶催化的反应曲线。
(4)图2中实验设计的pH梯度________(填“适合”或“不适合”)直接用于“pH对胃蛋白酶活性影响”的实验研究。研究人员发现在相同条件下纤维素酶的活性较高，这可能与鲍鱼喜食富含________的藻类有关。
[解析] (1)分析图1的实验结果可知，实验目的是探究温度对肠道和肝胰脏中淀粉酶活性的影响，自变量是温度和酶的来源，因变量是淀粉酶的活性。在30 ℃至40 ℃范围内，肠道中淀粉酶活性高于肝胰脏中淀粉酶活性。(2)据图2可知，曲线最高点淀粉酶活性最大，故淀粉酶的最适pH是7.2左右；淀粉酶是蛋白质，pH为2时，pH过低，破坏酶的空间结构使酶的活性降低。酶活性是指酶催化一定化学反应的能力，曲线中的“淀粉酶活性”可以用单位时间内淀粉的分解量或分解产物的生成量为指标进行测量。(3)35 ℃时，肠道淀粉酶活性高于肝胰脏淀粉酶活性，与肠道相比，肝胰脏中淀粉酶催化等量反应物完全分解所需时间更长。反应曲线见答案(略)。(4)胃蛋白酶的最适pH是2左右，实验设计的pH梯度下胃蛋白酶几乎无活性，不适合直接用于“pH对胃蛋白酶活性影响”的实验研究。纤维素酶的活性高，说明鲍鱼喜食富含纤维素的藻类，需要大量分解纤维素。
[答案] (1)温度和酶的来源 淀粉酶的活性 肠道 (2)7.2 pH过低破坏酶的空间结构 单位时间内淀粉的分解量或分解产物的生成量
(3) (4)不适合 纤维素
3．某小组进行“探究pH对酶的影响”的一系列活动。实验一：“探究pH对过氧化氢酶的影响”，设置了pH为5.0、6.0、7.0和8.0的四个组，实验结果如下表所示。
不同pH、不同时间收集到的气体体积表(mL)
pH 时间/s 5.0 6.0 7.0 8.0
30 8 10 10 10
60 9 10 10 10
90 10 10 10 10
120 10 10 10 10
(1)能否用各组实验完全结束后收集到的气体体积作为因变量检测指标，并说明理由？
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)实验结果并不理想，可通过___________________________________________
(填“增大”或“减小”)底物浓度；或____________________________________
(填“增大”或“减小”)酶的量等措施加以改进。
(3)若实验中只有一套实验装置，每次实验后，先用蒸馏水充分冲洗反应室，然后用________________________再冲洗一遍。
实验二：“探究pH对不同蛋白酶的影响”，对木瓜蛋白酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶进行了相关实验，结果如图所示：
(4)本实验的自变量为______________。
(5)据图可知，_______________酶更适宜作为食品添加剂，理由是____________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)分析表格可知，pH为实验的自变量，底物过氧化氢为本实验的无关变量，每组过氧化氢溶液的浓度和用量均相同，故各组实验完全结束后收集到的气体体积也是一样的，无法作为因变量反映酶的活性强弱。(2)实验效果不理想是因为pH在6.0、7.0、8.0下，30 s内气体的产生量相同反应很快完成，因此可以采用增大底物浓度的办法，使不同pH下不同活性的酶所催化产生的气体量出现差异，增大区分度；同理，应减小酶的用量来增大区分度。(3)若实验中只有一套实验装置，每次实验后，先用蒸馏水充分冲洗反应室，然后用与反应液相同pH的缓冲液再冲洗一遍，这是因为缓冲液能够保持反应体系的pH稳定，避免上一次实验的残留液对下一次实验的pH造成干扰。(4)分析所给的曲线图可知，本实验的自变量为pH和酶的种类。(5)分析曲线图可知，胃蛋白酶和胰蛋白酶的活性均会随着pH的改变而改变，而木瓜蛋白酶的活性不随pH的变化而变化，故木瓜蛋白酶更适宜作为食品添加剂，催化效果稳定。
[答案] (1)不能，实验中H2O2的量是一样的，故各组实验完全结束后收集到的气体体积也是一样的，无法作为因变量反映酶的活性强弱 (2)增大 减小 (3)与反应液相同pH的缓冲液 (4)pH、酶的种类 (5)木瓜蛋白 胃蛋白酶和胰蛋白酶的活性均会随着pH的改变而改变，而木瓜蛋白酶的活性不随pH的变化而变化
提升点2 对照实验
1．含义
除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验。
2．对照实验的类型
(1)空白对照：自然状态下，即不做任何处理，或除实验变量外，其他处理与实验组完全相同(如生理盐水、酒精溶剂、假手术等)。
(2)自身对照：对照组和实验组都在同一研究对象上进行，观察实验处理前后现象的变化。实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化为实验组。
(3)相互对照：几个实验组相互对比，其中每一组既是实验组也是其他实验组的对照组。一般是在探究某种实验因素对实验结果的影响未知的情况下使用，通过相互对比，确立实验变量和反应变量的关系。
(4)条件对照：给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，给定的处理因素正是为了保证实验中，对照组和实验组相比，只是少了实验变量的影响，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。
1．关于酶及其特性的实验设计，下列叙述不正确的是( )
A．验证酶的专一性，可利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和斐林试剂等设计对照实验进行验证
B．验证酶的高效性，可通过设置自身对照，比较盛有H2O2的试管中加入过氧化氢酶前后，H2O2分解速率的变化来进行验证
C．探究pH对酶活性影响的实验中，简要流程可以是将酶加入各组试管→调节各试管酶液的pH→向各试管加入底物→混匀并进行保温→观察结果
D．探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，pH为无关变量
B [淀粉酶可以将淀粉水解为还原糖，而不能将蔗糖水解，斐林试剂和还原糖在水浴条件下生成砖红色沉淀，所以可以用淀粉酶、淀粉、蔗糖和斐林试剂等设计对照实验进行验证酶的专一性，A正确；酶的高效性是和无机催化剂相对而言的，故在验证酶的高效性的实验中，应该使用无机催化剂作为对照，B错误；探究pH对酶活性影响的实验中，简要流程可以是将酶加入各组试管→调节各试管酶液的pH→向各试管加入底物→混匀并进行保温→观察结果，C正确；探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，pH为无关变量，要保证pH相同且适宜，D正确。]
2．生物学是一门重视实验的科学。图1和图2是某兴趣小组根据实验绘制的“影响H2O2分解速率”的曲线图，图3是该兴趣小组绘制的“温度对麦芽糖酶活性影响”的曲线图。请回答下列问题：
(1)酶具有高效性的原因是______________________________________________
____________________________________________________________________。
图1和图2所代表的实验中，实验的自变量依次为________________________、________________。
(2)图2酶促反应中限制bc段O2产生速率的主要因素是______________。由图3可得出酶具有的特性是_____________________________。酶活性可用______________________________________表示。
(3)该兴趣小组还根据图3做了关于温度影响麦芽糖酶活性的实验，探究经过温度t4处理的酶，当温度降低到t3时，其活性是否可以恢复到较高水平。他们进行了如下实验：取3支试管，分别编号为A、B、C，各加入适宜浓度的该酶溶液1 mL；关于自变量的设置：A和B作为对照组应分别在温度为______________的水浴装置中保温适宜时间，C作为实验组的处理为_______________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)麦芽糖酶可以催化麦芽糖水解为葡萄糖，但实验结果不能用斐林试剂检测，原因是_______________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(5)另外班上有其他兴趣小组做了以下实验：实验研究钙对小鼠的影响
①选择生理状况相同的健康小鼠若干只，随机均分成甲、乙两组；
②甲组小鼠饲喂适量无钙的饲料，并提供不含钙离子的饮用水；乙组小鼠
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
③将甲、乙组小鼠放在相同且适宜的环境中饲养一段时间，并随时观察其生理状况；
④实验现象：甲组小鼠出现肌肉抽搐现象，乙组小鼠正常生长。
[解析] (1)与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，体现出酶具有高效性。分析图1可知，两条曲线的形成是加入的催化剂的种类及反应时间的不同，图2是酶促反应速率随底物浓度的变化而变化的曲线，所以图1、图2所代表的实验中，实验自变量依次为催化剂的种类和反应时间、H2O2浓度。(2)图2中bc段，随着过氧化氢浓度的增大，O2产生速率不再增大，说明过氧化氢酶浓度是限制bc段O2产生速率的主要因素；图3是研究温度影响麦芽糖酶活性的实验，温度过高或过低酶活性均较低，且高温下可能会失活，故由图3可得出酶具有作用条件温和的特性。酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。(3)由于实验目的是研究经过温度t4处理的酶，当温度降低到t3时，其活性是否可以恢复到较高水平，故根据实验目的，实验需分为三组，一组温度设定在t3，一组温度设定在t4，一组温度应从t4降到t3，故A和B作为对照组应分别在温度为t3、t4 的水浴装置中保温适宜时间，C作为实验组的处理为先在温度为t4的水浴装置中保温适宜时间，后在温度为t3的水浴装置中保温适宜时间。(4)由于麦芽糖和葡萄糖均为还原糖，它们均能与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀，故不能用斐林试剂检测麦芽糖酶是否催化麦芽糖水解为葡萄糖这一实验结果。(5)本实验研究钙对小鼠的影响，实验过程遵循单一变量原则，甲组小鼠饲喂适量无钙的饲料，并提供不含钙离子的饮用水；则对乙组小鼠的处理为饲喂等量相同的饲料，并提供等量富含钙离子的饮用水。
[答案] (1)与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著 催化剂的种类和反应时间 H2O2浓度(或过氧化氢浓度) (2)过氧化氢酶量(浓度) 作用条件温和 在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率 (3)t3、t4 先在温度为t4的水浴装置中保温适宜时间，后在温度为t3的水浴装置中保温适宜时间 (4)麦芽糖和葡萄糖均为还原糖，它们均能与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀 (5)②饲喂等量相同的饲料，并提供等量富含钙离子的饮用水
3．为了检测淀粉酶对糖甲、糖乙、糖丙的作用，设计了如下图所示的实验，5 min后检测每支试管中的原料和产物，结果如下表：
试管1 试管2 试管3
产物 无 无 有
原料 有 有 无
(1)酶起催化作用的原理是________(填“降低”或“提供”)化学反应活化能。
(2)该实验需将三支试管均置于相同温度中的目的是________________________
____________________________________________________________________。
(3)本实验的结论是____________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)请从下面所给的实验材料中选择合适的材料并利用实验室中的相关设备，设计实验探究温度对淀粉酶活性的影响。
实验材料：糖甲溶液；糖乙溶液；糖丙溶液；淀粉酶；冰水；常温水；沸水；碘液；斐林试剂等。
实验步骤：①取六支洁净的试管，向三支试管中均加入1 mL淀粉酶溶液，编号为A、B、C。另三支试管均加入2 mL________溶液，编号为E、F、G；
②将A、E号试管放入冰水中，B、F号试管放入常温水中，C、G号试管放入沸水中，保温一段时间；
③将编号A、B、C的试管内的溶液分别注入E、F、G三支试管中，摇匀；
④向E、F、G三支试管中分别加入等量且适量_______________，摇匀，观察颜色变化。
(5)若上述实验用H2O2做底物，淀粉酶改成新鲜肝脏研磨液，请分析能否达成实验目的并说明理由：___________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)酶具有催化作用，其催化作用的原理是降低化学反应活化能，即酶是通过降低化学反应的活化能来加快反应速率的。(2)温度在本实验属于无关变量，该实验需将三支试管均置于相同温度中的目的是保证实验设计中的单一变量原则，排除无关变量(温度)对实验结果的干扰，对于无关变量的处理原则是保证无关变量相同且适宜。(3)本实验的设计思路是同一种酶对不同的底物的催化情况，结果是淀粉酶能催化糖丙的分解，但不能催化糖甲和乙的分解，因而实验结果说明淀粉酶具有专一性，或者酶具有专一性。(4)因为淀粉酶能催化糖丙的水解，另三支试管均加入2 mL糖丙溶液。本实验的目的是探究温度对淀粉酶活性的影响，反应速率的测量指标应该是蓝色褪去的快慢，因此向E、F、G三支试管中分别加入等量且适量碘液，摇匀，观察颜色变化。(5)若上述实验用H2O2做底物，淀粉酶改成新鲜肝脏研磨液，则不能达到验证温度对酶催化作用影响的目的，因为H2O2本身的分解就受到温度的影响，因而无法证明是温度对H2O2本身的影响，还是温度通过影响酶实验对酶促反应速率的影响。
[答案] (1)降低 (2)排除无关变量(温度)对实验结果的干扰 (3)酶具有专一性 (4)①糖丙 ④碘液 (5)不能，H2O2的分解本身受到温度的影响，温度升高时其分解速率加快
课时分层作业(15) 酶的特性和影响酶活性的条件
题组一 酶的特性及相关实验设计
1．下图为某种酶作用的模型。下列相关表述正确的是( )
A．a代表反应物
B．b代表酶
C．c和d代表产物
D．该反应模型能说明酶具有高效性
C [a前后没有发生改变，代表酶(生物催化剂)，A错误；b最后变成c和d，因此b代表反应物，B错误；c和d代表产物，是b被分解产生的，C正确；该反应模型说明酶与底物结合有特异性，说明酶的作用具有专一性，D错误。]
2．某同学取两支洁净的试管，编号为1和2，然后按照下表中序号①到③的要求操作。下列相关叙述错误的是( )
序号 项目 试管1 试管2
① 注入可溶性淀粉溶液 2 mL —
② 注入蔗糖溶液 — ？
③ 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
A．该实验可用于验证淀粉酶具有专一性
B．“？”处注入蔗糖溶液的量应为2 mL
C．两支试管内的液体混匀后，应置于淀粉酶的最适温度下反应相同时间
D．该实验可用碘液对结果进行检测
D [试管1中加入可溶性淀粉和淀粉酶，试管2中加入蔗糖和淀粉酶，目的是验证淀粉酶具有专一性，A正确；本实验的自变量是底物不同，无关变量应保持相同且适宜，因此“？”处注入蔗糖溶液的量应为2 mL，B正确；温度、时间为本实验无关变量，应相同且适宜，因此两支试管内的液体混匀后，应置于淀粉酶的最适温度下反应相同时间，C正确；该实验不能用碘液，碘液不能检测蔗糖是否被水解，D错误。]
3．下列有关“探究酶的特性”系列实验的叙述中，合理的是( )
A．“探究酶的高效性”实验中，自变量是酶的种类
B．“探究pH对酶活性的影响”实验中，无关变量不止一种
C．“探究酶的专一性”实验中，自变量只能是酶的种类
D．“探究温度对酶活性的影响”实验中，自变量不止一种
B [与无机催化剂相比，体现酶的高效性，验证酶的高效性时，自变量是催化剂的种类(酶和无机催化剂)，A不合理；酶的活性受pH的影响，每一种酶都有其最适宜pH，pH过高或过低都会使酶的活性降低，甚至失去活性，探究酶催化作用的最适pH时，自变量是pH，无关变量有温度、酶的种类和量、底物的种类和量等，B合理；验证酶的专一性时，可以是相同的底物不同的酶，也可以是不同的底物同一种酶，故自变量可以是不同的酶种类，也可以是不同的底物，C不合理；酶的活性受温度的影响，每一种酶都有其最适宜温度，温度过高或过低都会使酶的活性降低，甚至失去活性，探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，D不合理。]
题组二 探究影响酶活性的条件
4．反应物浓度与酶促反应速率的关系如图所示，曲线b表示在最适温度、最适pH条件下进行反应所得的结果。下列分析错误的是( )
A．若从M点开始温度升高10 ℃，则曲线可能发生由b到a的变化
B．限制曲线MN段反应速率的主要因素是反应物浓度
C．若N点时向反应物中再加入少量反应物，则反应曲线会变为c
D．若减小pH，重复该实验，则M、N点的位置均会下移
C [由题干信息可知，曲线b表示在最适温度、最适pH条件下进行反应所得的结果，故若从M点开始温度升高10 ℃，酶的活性下降，则曲线可能发生由b到a的变化，A正确；图中可以看出，在曲线MN段反应速率与反应物浓度呈正相关，因此反应物浓度是限制曲线MN段反应速率的主要因素，B正确；N点时向反应物中再加入少量反应物，酶促反应速率不变，因为此时酶已经处于饱和，C错误；由题干信息可知，该酶处于适宜条件，故减小pH，酶的活性下降，重复该实验，则M、N点的位置均会下移，D正确。]
5．为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计合理的是( )
试验编号 探究课题 选用材料与试剂
① 温度对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
② 温度对酶活性的影响 过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液
③ pH对酶活性的影响 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
④ pH对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂
A．实验① B．实验②
C．实验③ D．实验④
A [①探究温度对酶活性的影响可用新制的淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液，最后用碘液检测是否水解，①正确；②探究温度对酶活性的影响不能使用过氧化氢溶液，因为过氧化氢溶液受热易分解，其分解速率受温度的影响，②错误；③探究pH对酶活性的影响，不能用新制的蔗糖酶溶液和可溶性淀粉溶液，因为酶具有专一性，蔗糖酶不能水解淀粉，③错误；④探究pH对酶活性的影响，不能用可溶性淀粉和淀粉酶，因为酸性条件可溶性淀粉溶液会被酸解，④错误。]
6．为探究“影响人胶原蛋白酶活性的条件”，某生物兴趣小组设计了如表所示的实验。下列说法错误的是( )
试管 底物和试剂 实验条件
1 蛋白质X＋4 mL胶原蛋白酶 37 ℃水浴；pH＝7
2 蛋白质X＋4 mL胶原蛋白酶 ①；pH＝3
3 蛋白质X＋4 mL胶原蛋白酶 0 ℃水浴；pH＝②
A．①处为37 ℃水浴处理，②处为7
B．本实验的自变量是温度和酸碱度
C．充足反应后加入双缩脲试剂，溶液呈现紫色的试管是1和3
D．为更好的实现实验目的，应增加设置其他温度和pH的试管进行实验
C [根据单一变量原则，实验方案①②处分别为37 ℃水浴、7，A正确；根据表格可知，本实验的自变量是温度(37 ℃和0 ℃)和pH(3和7)，因变量是蛋白质块大小的变化或蛋白块消失所需的时间，无关变量有胶原蛋白酶的用量或浓度、蛋白质X的用量、保温时间等，无关变量要保持相同且适宜，B正确；双缩脲试剂可与蛋白质发生紫色反应，不管1、2、3中的蛋白质X是否被分解，1、2、3中的胶原蛋白酶本身也是蛋白质，因此用双缩脲试剂检验上述3组实验后的溶液，溶液呈现紫色的试管有1、2、3，C错误；本实验只有37 ℃和0 ℃、pH为3和7，为更好的实现实验目的，应增加设置其他温度和pH的试管进行实验，D正确。]
7．酶促反应速率随温度、pH和反应物浓度的变化趋势如图所示，其他条件适宜。下列分析正确的是( )
A．在曲线①的ab段增加酶的浓度，反应速率将增大
B．研究曲线②中温度对酶促反应的影响时，需选用H2O2和过氧化氢酶作为实验材料
C．与d点相比，f点和i点时酶的空间结构发生永久改变
D．应在e和h两点对应条件下保存酶制剂以维持其活性
C [①曲线表示在适宜条件下，某种酶促反应速率与反应物浓度之间的关系，其中ab段，随着反应物浓度的增加，反应速率加快，因此该段影响酶促反应速率的因素是反应物浓度，在ab段增加酶的浓度，反应速率不变，A错误；加热会导致H2O2分解，所以研究曲线②中温度对酶促反应的影响时，不可选用H2O2和过氧化氢酶作为实验材料，B错误；②表示温度对酶促反应速率的影响，③表示pH对酶促反应速率的影响，低温(d点)使酶的活性处于抑制状态，高温(f点)、过碱(i点)会导致酶失活，即酶的空间结构永久失活，C正确；酶的保存应在低温、最适pH条件下，即d和h点，D错误。]
8．分析表格所示实验，下列相关叙述错误的是( )
试管 编号 5% H2O2 H2O 3.5% FeCl3 新鲜肝脏 研磨液 5% NaOH
1 2 mL 2滴 2滴 — —
2 2 mL 4滴 — — —
3 2 mL 2滴 — 2滴 —
4 2 mL — — 2滴 2滴
A．各试管中试剂添加顺序应从左往右依次添加
B．试管3和4比较，可说明碱性环境对酶的影响
C．各组实验应保持相同且适宜的温度条件
D．试管1和3对照，可说明酶的催化效率更高
A [试管1、2和3中试剂添加顺序从左往右依次添加不影响实验结果，但试管4应在加入5% H2O2后，先加2滴5% NaOH，后加2滴肝脏研磨液，防止肝脏研磨液与H2O2在没有经5%NaOH处理时就已经开始反应，或者先用5% NaOH处理肝脏研磨液，然后再加入5% H2O2的试管内，A错误；3号添加了2滴新鲜肝脏研磨液，4号添加了2滴肝脏研磨液和2滴5% NaOH，两者比较可说明碱性环境对酶的影响，B正确；本实验中温度属于无关变量，所以各组实验应该保持相同且适宜的温度条件，C正确；试管1添加了2滴3.5% FeCl3溶液，试管3添加了2滴新鲜肝脏研磨液，两者比较可说明酶的催化效率更高，D正确。]
9．(11分)某研究对来自某嗜热短芽孢杆菌的蛋白酶TSS降解Ⅰ型胶原蛋白的催化条件开展研究，部分实验分组方案及结果见下表：
组别 pH 温度(℃) CaCl2 降解率(%)
① 9 90 ＋ 38
② 9 70 ＋ 88
③ 9 70 － 0
④ 7 70 ＋ 58
⑤ 7 40 ＋ 43
⑥ 5 40 ＋ 30
注：“＋/－”分别表示“有/无”，添加少量CaCl2，反应物为Ⅰ型胶原蛋白。
回答以下问题：
(1)蛋白酶TSS催化Ⅰ型胶原蛋白水解的机制是______________________，结合①②的相关变量分析，自变量是_________________，无关变量有____________
____________________________________________________________________(写出两项)。
(2)比较_______________组的结果，可以判断该酶的催化活性依赖于 CaCl2，第②组和第④组的结果比较说明________________条件下蛋白酶 TSS活性较强。
(3)经实验确定TSS是Ca2+依赖的蛋白酶，最适温度和最适pH分别是70 ℃和pH＝9。为进一步研究NaCl浓度对蛋白酶TSS的活性影响，请写出简要实验设计思路：_____________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)酶的作用机理是降低化学反应的活化能，故蛋白酶TSS催化Ⅰ型胶原蛋白水解的机制是降低化学反应的活化能。分析表格，实验①②的自变量是温度不同(90 ℃和70 ℃)；无关变量有Ⅰ型胶原蛋白的含量、蛋白酶TSS的浓度和体积、pH等，无关变量应保持等量且适宜。(2)要得出该酶的催化活性依赖于CaCl2，则实验的自变量应为CaCl2的有无， ②③对比可知，没有CaCl2就不能降解Ⅰ型胶原蛋白，故该酶的催化活性依赖于CaCl2；②组和第④组的自变量是pH的不同，其中第②组的降解率高于第④组，说明碱性条件下蛋白酶 TSS活性较强。(3)分析题意，本实验目的是探究NaCl浓度对蛋白酶 TSS 的活性的影响，则实验的自变量是NaCl的有无，因变量是蛋白酶TSS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：在添加少量 CaCl2的基础上，设计一系列 NaCl浓度梯度的组别，在pH＝9和70 ℃的条件下，用蛋白酶TSS催化Ⅰ型胶原蛋白，测定Ⅰ型胶原蛋白的降解率。
[答案] (除标注外，每空2分，共11分)(1)降低化学反应的活化能 温度(1分) Ⅰ型胶原蛋白的含量、蛋白酶TSS的浓度和体积、pH(答出两项即可) (2)②③ 碱性(或pH为9) (3)在添加少量CaCl2的基础上，设计一系列NaCl浓度梯度的组别，在pH＝9和70 ℃的条件下，用蛋白酶TSS催化Ⅰ型胶原蛋白，测定Ⅰ型胶原蛋白的降解率
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