小专题16 实验设计的知识梳理与技能训练
例1 相互对照和自身
例2 皮下注射含适量 ALD 和 50 mg/kg的OMT 的生理盐水,高钠盐饮水 单一变量原则和对照
例3 (1)鸟类参与花葵的传粉,其作用与昆虫相当
(2)无昆虫和鸟类传粉,花葵能否完成自花传粉
例4 机械破损、植物激素、温度等外因能解除种子的休眠期,提高发芽率
例5 黄质醛由背光侧向向光侧进行了横向运输 光照可以促进向光侧黄质醛的合成
例6 促胰液素 将多只生理状态相近的健康狗平均分为两组,标记为甲组和乙组,分别测定两组狗的胰液分泌量,向甲组狗的静脉中注射一定量的促胰液素,向乙组狗的静脉中注射等量的生理盐水,将两组狗同时置于相同且适宜的环境条件下,一段时间后分别测定两组狗的胰液分泌量,比较两组狗实验前后胰液分泌量的变化
例7 (1)用蒸馏水配制X培养液标注为甲组,取粉绿狐尾藻培养液过滤,取滤液代替蒸馏水配制X培养液标注为乙组,取若干铜绿微囊藻随机均分为两组,分别加入甲、乙两组培养液中,放在相同且适宜环境下进行培养,一段时间后比较两组铜绿微囊藻的数量
(2)②用蒸馏水配制X培养液;用微孔滤膜过滤培养粉绿狐尾藻玻璃缸中的水,用滤液代替蒸馏水再配制一份X培养液
③在对照组的3只锥形瓶中分别加入适量用蒸馏水配制的X培养液,在实验组的3只锥形瓶中分别加入等量用滤液配制的X培养液
④在6只锥形瓶中分别接种等量的铜绿微嚢藻,并将上述培养瓶置于相同且适宜的条件下培养
例8 ①ⅱ.A、B组加入肝癌细胞悬液,C、D组加入肝细胞悬液。
ⅲ.A、C组不加入药物,B、D组加入药物Z。
ⅳ.将上述细胞培养瓶置于CO2培养箱,培养一段时间后,在显微镜下观察并统计细胞数,记录并处理实验数据。
②
例9 ③答案一:红色叶片具有光合作用的能力;答案二:红色叶片不具有光合作用的能力
④答案一:红叶+光照 变蓝 红叶+黑暗 不变蓝
答案二:红叶+光照 不变蓝 红叶+黑暗 不变蓝小专题16 实验设计的知识梳理与技能训练
一、实验设计中的知识梳理
1.实验设计的类型
(1)验证性实验
验证性实验的目的是“预料之中”的,因此结果和结论只有一种情况。结果即由所学知识或实验原理推出的现象,结论即实验目的。
如“验证CO2是光合作用的必需原料”的实验,实验结果是肯定的、唯一的。
(2)探究性实验
探究性实验是对未知的生物学现象进行探索,因此预期的结果及结论是所有可能出现的情况。其书写格式一般为“如果……则……”。
如“探究光对种子萌发的影响”实验,结果和结论会有多种情况。
2.实验设计遵循的原则
3.实验设计中的变量
4.实验设计中的对照
例1地塞米松是一种人工合成的糖皮质激素类药物,临床上常被用来治疗脑水肿,其副作用是停药后会出现反弹。科研人员研究发现促皮质激素(ACTH)也能用于治疗脑水肿。为了研究ACTH的治疗效果,有关医疗专家做了临床实验,实验结果如下表所示。请回答下列问题:
编号 使用药物 治疗 时间 治疗前 水肿指数 治疗后 水肿指数 停药两周 后水肿指数
A组 ACTH (79例) 3个月 4.1~9.6 1.1~2.9 1.1~2.9
B组 地塞米松 (79例) 3个月 5.1~7.1 3.3~4.9 5.1~9.8
对照实验类型有空白对照、相互对照、自身对照等,该实验方案体现了 对照。
例2醛固酮(ALD)会引起心肌纤维化(MF)。为探究氧化苦参碱(OMT)对醛固酮诱导的大鼠心肌纤维化的作用,某研究小组选取40只生理状态一致的健康雄鼠并将其均分为4组,每天进行相关处理,连续4周。相关处理和实验结果如下表所示。
组别 对照组 模型组 低剂量 (25mg/kg) OMT组 高剂量 (50mg/kg) OMT组
处理 方案 不做 处理 皮下注射含适量ALD的生理盐水,高钠盐饮水 a b
实验 结果 心肌纤维 正常 心肌纤维排列紊乱,溶解坏死 症状减轻 症状略 微减轻
处理方案b是指 ,此处遵循了实验设计中的 原则。
二、实验设计的技能训练
1.突破实验目的
(1)根据题目信息,直接写出实验目的
此类题目中往往含有“验证×××”或“探究×××”的字眼,即为该实验的目的。
(2)根据实验装置或实验现象,推断实验目的
此类试题首先确定实验的自变量和因变量,再寻找自变量和因变量之间的关系,即为该实验的目的。
例3[2024·北京卷节选]花葵的花是两性花,在大陆上观察到只有昆虫为它传粉。在某个远离大陆的小岛上,研究者选择花葵集中分布的区域,在整个花期进行持续观察。
(1)观察发现:有20种昆虫会进入花葵的花中,有3种鸟会将喙伸入花中,这些昆虫和鸟都与雌、雄蕊发生了接触(访花),其中鸟类访花频次明显多于昆虫;鸟类以花粉或花蜜作为补充食物。研究者随机选取若干健康生长的花葵花蕾分为两组,一组保持自然状态,一组用疏网屏蔽鸟类访花,统计相对传粉率(如图)。
结果说明 。
(2)研究者增加了一组实验,将花葵花蕾进行套袋处理并统计传粉率。该实验的目的是探究 。
2.突破实验假设
(1)假设的确定依据
①对探究性实验来说,对所要研究的对象设想一种或几种可能的答案或解释,即提出可能的实验原理。
②假说的书写,往往针对实验目的以陈述句式进行表达。
(2)假设的描述
①句式一:“如果……(现象),则……(结论)”。
②句式二:“当条件X存在时,事件P(实验现象)会发生”或“当条件X存在时,事件P(实验现象)不发生”或“当条件X存在时,对事件P(实验现象)没有影响”。
例4南方红豆杉为世界珍稀濒危物种,具有极其重要的药用和经济价值。虽可利用种子繁殖,但种子的休眠期长,萌发率低,为挽救这一珍稀濒危物种,某校研究性学习小组围绕提前解除种子休眠提高发芽率这一目标,进行了如下实验探索,通过实验得到了下表中的实验结果。请分析回答:
处理 方式 机械破损后直接播种 0.05%赤霉素溶液浸种24h 机械破损后,再用0.05%赤霉素溶液浸种24h 机械破损后,再用40℃的0.05%赤霉素溶液浸种24h
发芽率 28.2% 23.8% 80.4% 96.6%
该小组实验前作出的假设是 。
例5科学家以绿色向日葵下胚轴为材料对植物向光性进行探究。结果如下表,请分析回答:
处理 生长素百分比 黄质醛百分比 生长 情况
向光侧 背光侧 向光侧 背光侧
用单侧光照 射前(黑暗) 50.1 49.9 49.9 50 直立 生长
用单侧 光照射后 50 50 65.5 35.5 弯向光 源生长
单侧光是如何导致黄质醛分布不均匀的 请作出假设(要求写两个)。
假设1: 。
假设2: 。
3.突破实验思路与实验步骤
(1)实验思路与实验步骤的书写差异
①实验思路必须体现“自变量”和“因变量”,对“无关变量”表述时注意体现“适宜且相同”。
②实验步骤必须体现“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。
以植物细胞的失水过程为例:
实验思路:将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中,观察其变化。(想法)
实验步骤:制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。用低倍显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小。从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液,在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引,重复几次。用低倍显微镜观察细胞的中央液泡是否逐渐变小。(做法)
(2)实验步骤设计的一般程序
例6[2024·贵州卷节选]食糜进入小肠后,可刺激小肠黏膜释放的激素是 ,使胰液大量分泌。为验证该激素能促进胰腺大量分泌胰液,以健康狗为实验对象设计实验。写出实验思路: 。
例7单细胞铜绿微囊藻大量繁殖可形成水华,因此受到广泛关注。现利用配制的X培养液培养铜绿微囊藻,发现铜绿微囊藻数量呈指数增长。如用X培养液培养铜绿微囊藻时加入粉绿狐尾藻(一种高等水生植物),结果铜绿微囊藻生长受到明显抑制。有人提出假设:粉绿狐尾藻能产生化学物质抑制铜绿微囊藻的生长。请利用下列实验材料与用具,完成实验设计,探究该假设是否成立。
材料与用具:铜绿微囊藻,粉绿狐尾藻,用于配制X培养液的各种无机盐,500mL锥形瓶,蒸馏水,显微镜,血细胞计数板,盖玻片,玻璃缸,微孔滤膜(可以除菌)等。
(1)请写出实验思路: 。
(2)请补全实验步骤:
①材料准备:在装有7000mL蒸馏水的玻璃缸中种植一定数量且生长良好的粉绿狐尾藻,在适宜条件下培养8d。准备接种用的铜绿微囊藻。
②培养液配制: 。
③实验分组:取锥形瓶6只,分为两组, 。
④接种与培养: 。
⑤观察与统计:每天定时用血细胞计数板对6只锥形瓶内铜绿微囊藻细胞进行计数,计算平均值,比较两组的差异。
4.突破实验结果与实验结论
(1)“由实验结果可知”——考实验结论。结论反映实验目的,根据自变量、因变量、实验目的组织语言回答。
(2)“分析实验结果,得出××结论,原因是”——考实验结果分析,根据实验图表数据进行分析,根据实验原理组织语言回答。
例8[2025·浙江1月选考节选]为验证药物Z对肝癌细胞增殖有抑制作用,但对肝细胞增殖无抑制作用,根据以下材料和用具,完善实验思路,预测实验结果。
材料和用具:若干份细胞数为N的大鼠肝癌细胞悬液和肝细胞悬液、细胞培养液、药物Z、细胞培养瓶、CO2培养箱、显微镜等。
(说明与要求:细胞的具体计数方法不作要求,不考虑加入药物Z对培养液体积的影响,实验条件适宜。)
①完善实验思路。
ⅰ.取细胞培养瓶,分为A、B、C、D四组,分别加入细胞培养液。
ⅱ.
②预测实验结果(设计一个坐标系,用柱形图表示最后一次检测结果)。
例9[2024·浙江6月选考节选]原产热带的观赏植物一品红,花小,顶部有像花瓣一样的红色叶片,下部叶片绿色。回答下列问题:
科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色,提出了问题:红叶是否具有光合作用能力。
②该同学检索文献获得相关资料:植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法,先将叶片浸入沸水处理;再转入热甲醇处理;然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开,滴加碘—碘化钾溶液(或碘液),观察颜色变化。
③结合上述资料,作出可通过实验验证的假设: 。
④为验证假设进行实验。请完善分组处理,并将支持假设的预期结果填入表格。
分组处理 预期结果
绿叶+光照 变蓝
绿叶+黑暗 不变蓝
ⅰ ⅱ
ⅲ ⅳ(共51张PPT)
小专题16
实验设计的知识梳理与技能训练
一、实验设计中的知识梳理
1.实验设计的类型
(1)验证性实验
验证性实验的目的是“预料之中”的,因此结果和结论只有一种情况。结
果即由所学知识或实验原理推出的现象,结论即实验目的。
如“验证是光合作用的必需原料”的实验,实验结果是肯定的、唯一的。
(2)探究性实验
探究性实验是对未知的生物学现象进行探索,因此预期的结果及结论是
所有可能出现的情况。其书写格式一般为“如果……则……”。
如“探究光对种子萌发的影响”实验,结果和结论会有多种情况。
2.实验设计遵循的原则
3.实验设计中的变量
4.实验设计中的对照
例1 地塞米松是一种人工合成的糖皮质激素类药物,临床上常被用来治
疗脑水肿,其副作用是停药后会出现反弹。科研人员研究发现促皮质激
素也能用于治疗脑水肿。为了研究 的治疗效果,有关医疗
专家做了临床实验,实验结果如下表所示。请回答下列问题:
编号 使用药物 治疗 时间 治疗前水肿 指数 治疗后水肿 指数 停药两周后
水肿指数
A组 3个月
B组 地塞米松(79例) 3个月
对照实验类型有空白对照、相互对照、自身对照等,该实验方案体现了
________________对照。
相互对照和自身
例2 醛固酮会引起心肌纤维化。为探究氧化苦参碱
对醛固酮诱导的大鼠心肌纤维化的作用,某研究小组选取40只生理状态
一致的健康雄鼠并将其均分为4组,每天进行相关处理,连续4周。相关
处理和实验结果如下表所示。
组别 对照组 模型组
处理 方案 不做 处理
实验 结果 心肌 纤维 正常 心肌纤维排列 紊乱，溶解坏死 症状减轻 症状略微减轻
处理方案 是指_______________________________________________
___________,此处遵循了实验设计中的____________________原则。
皮下注射含适量和的的生理盐水,
高钠盐饮水
单一变量原则和对照
续表
二、实验设计的技能训练
1.突破实验目的
(1)根据题目信息,直接写出实验目的
此类题目中往往含有“验证 ”或“探究 ”的字眼,即为该实验的
目的。
(2)根据实验装置或实验现象,推断实验目的
此类试题首先确定实验的自变量和因变量,再寻找自变量和因变量之间
的关系,即为该实验的目的。
例3 [2024·北京卷节选] 花葵的花是两性花,在大陆上观察到只有昆虫
为它传粉。在某个远离大陆的小岛上,研究者选择花葵集中分布的区域,
在整个花期进行持续观察。
(1)观察发现:有20种昆虫会进入花葵
的花中,有3种鸟会将喙伸入花中,这些
昆虫和鸟都与雌、雄蕊发生了接触
(访花),其中鸟类访花频次明显多于昆
虫;鸟类以花粉或花蜜作为补充食物。
研究者随机选取若干健康生长的花葵
花蕾分为两组,一组保持自然状态,一组用疏网屏蔽鸟类访花,统计相对
传粉率(如图)。
结果说明________________________
____________。
鸟类参与花葵的传粉,其作
用与昆虫相当
(2)研究者增加了一组实验,将花葵花
蕾进行套袋处理并统计传粉率。该实
验的目的是探究__________________
____________________。
无昆虫和鸟类传粉,花葵能否完成自花传粉
2.突破实验假设
(1)假设的确定依据
①对探究性实验来说,对所要研究的对象设想一种或几种可能的答案或
解释,即提出可能的实验原理。
②假说的书写,往往针对实验目的以陈述句式进行表达。
(2)假设的描述
①句式一:“如果 (现象),则 (结论)”。
②句式二:“当条件存在时,事件(实验现象)会发生”或“当条件 存在时,
事件(实验现象)不发生”或“当条件存在时,对事件 (实验现象)没有影响”。
例4 南方红豆杉为世界珍稀濒危物种,具有极其重要的药用和经济价值。
虽可利用种子繁殖,但种子的休眠期长,萌发率低,为挽救这一珍稀濒危
物种,某校研究性学习小组围绕提前解除种子休眠提高发芽率这一目标,
进行了如下实验探索,通过实验得到了下表中的实验结果。请分析回答:
处理 方式 机械破 损后直 接播种
发芽率
该小组实验前作出的假设是____________________________________
__________________________。
机械破损、植物激素、温度等外因能解
除种子的休眠期,提高发芽率
例5 科学家以绿色向日葵下胚轴为材料对植物向光性进行探究。结果
如下表,请分析回答:
处理 生长素百分比 黄质醛百分比 生长情况
向光侧 背光侧 向光侧 背光侧 用单侧光照射前(黑暗) 50.1 49.9 49.9 50 直立生长
用单侧光照射后 50 50 65.5 35.5 弯向光源生长
单侧光是如何导致黄质醛分布不均匀的？请作出假设(要求写两个)。
假设1：______________________________________。
假设2：________________________________。
黄质醛由背光侧向向光侧进行了横向运输
光照可以促进向光侧黄质醛的合成
3.突破实验思路与实验步骤
(1)实验思路与实验步骤的书写差异
①实验思路必须体现“自变量”和“因变量”,对“无关变量”表述时注意体
现“适宜且相同”。
②实验步骤必须体现“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。
以植物细胞的失水过程为例：
实验思路:将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中,观察其变化。(想法)
实验步骤:制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。用低倍显微镜观察洋葱
鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小。从盖玻片的一侧滴入蔗
糖溶液,在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引,重复几次。用低倍显微镜观
察细胞的中央液泡是否逐渐变小。(做法)
(2)实验步骤设计的一般程序
例6 [2024·贵州卷节选] 食糜进入小肠后，可刺激小肠黏膜释放的激
素是__________，使胰液大量分泌。为验证该激素能促进胰腺大量分
泌胰液，以健康狗为实验对象设计实验。写出实验思路： _________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
______________________________。
促胰液素
将多只生
理状态相近的健康狗平均分为两组，标记为甲组和乙组，分别测定两
组狗的胰液分泌量，向甲组狗的静脉中注射一定量的促胰液素，向乙
组狗的静脉中注射等量的生理盐水，将两组狗同时置于相同且适宜的
环境条件下，一段时间后分别测定两组狗的胰液分泌量，比较两组狗
实验前后胰液分泌量的变化
例7 单细胞铜绿微囊藻大量繁殖可形成水华，因此受到广泛关注。现
利用配制的 培养液培养铜绿微囊藻，发现铜绿微囊藻数量呈指数增
长。如用 培养液培养铜绿微囊藻时加入粉绿狐尾藻(一种高等水生植
物)，结果铜绿微囊藻生长受到明显抑制。有人提出假设：粉绿狐尾藻
能产生化学物质抑制铜绿微囊藻的生长。请利用下列实验材料与用具，
完成实验设计，探究该假设是否成立。
材料与用具：铜绿微囊藻，粉绿狐尾藻，用于配制 培养液的各种无
机盐， 锥形瓶，蒸馏水，显微镜，血细胞计数板，盖玻片，玻
璃缸，微孔滤膜(可以除菌)等。
(1)请写出实验思路： _________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
_______________________________________________________ 。
用蒸馏水配制 培养液标注为甲组,取粉绿狐尾
藻培养液过滤,取滤液代替蒸馏水配制 培养液标注为乙组,取若干铜绿
微囊藻随机均分为两组，分别加入甲、乙两组培养液中,放在相同且适
宜环境下进行培养,一段时间后比较两组铜绿微囊藻的数量
(2)请补全实验步骤：
①材料准备：在装有 蒸馏水的玻璃缸中种植一定数量且生长
良好的粉绿狐尾藻，在适宜条件下培养 。准备接种用的铜绿微囊藻。
②培养液配制：______________________________________________
___________________________________________________。
用蒸馏水配制培养液;用微孔滤膜过滤培养粉绿狐尾
藻玻璃缸中的水，用滤液代替蒸馏水再配制一份培养液
③实验分组：取锥形瓶6只，分为两组，_________________________
____________________________________________________________
___________________________。
在对照组的3只锥形瓶中分
别加入适量用蒸馏水配制的培养液，在实验组的3只锥形瓶中分别加
入等量用滤液配制的培养液
④接种与培养：______________________________________________
___________________________________。
在6只锥形瓶中分别接种等量的铜绿微嚢藻，并将上
述培养瓶置于相同且适宜的条件下培养
⑤观察与统计：每天定时用血细胞计数板对6只锥形瓶内铜绿微囊藻
细胞进行计数，计算平均值，比较两组的差异。
4.突破实验结果与实验结论
(1)“由实验结果可知”——考实验结论。结论反映实验目的,根据自变量、
因变量、实验目的组织语言回答。
(2)“分析实验结果,得出 结论,原因是”——考实验结果分析,根据实
验图表数据进行分析,根据实验原理组织语言回答。
例8 [2025·浙江1月选考节选] 为验证药物 对肝癌细胞增殖有抑制作
用，但对肝细胞增殖无抑制作用，根据以下材料和用具，完善实验思
路，预测实验结果。
材料和用具:若干份细胞数为 的大鼠肝癌细胞悬液和肝细胞悬液、细
胞培养液、药物、细胞培养瓶、 培养箱、显微镜等。
(说明与要求:细胞的具体计数方法不作要求，不考虑加入药物 对培养
液体积的影响，实验条件适宜。)
①完善实验思路。
ⅰ.取细胞培养瓶，分为A、B、C、D四组，分别加入细胞培养液。
ⅱ.
[答案] 、B组加入肝癌细胞悬液，C、D组加入肝细胞悬液。
ⅲ.A、C组不加入药物，B、D组加入药物 。
ⅳ.将上述细胞培养瓶置于 培养箱，培养一段时间后，在显微镜下
观察并统计细胞数，记录并处理实验数据。
②预测实验结果(设计一个坐标系，用柱形图表示最后一次检测结果)。
[答案]
例9 [2024·浙江6月选考节选] 原产热带的观赏植物一品红，花小，顶
部有像花瓣一样的红色叶片，下部叶片绿色。回答下列问题：
科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证
假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色，提出了问题：红叶是否具有光合作
用能力。
②该同学检索文献获得相关资料：植物能通过光合作用合成淀粉。检
测叶片中淀粉的方法，先将叶片浸入沸水处理；再转入热甲醇处理；
然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开，滴加碘—碘化钾溶液
(或碘液)，观察颜色变化。
③结合上述资料，作出可通过实验验证的假设：__________________
_________________________________________________________。
答案一：红色叶片
具有光合作用的能力；答案二：红色叶片不具有光合作用的能力
④为验证假设进行实验。请完善分组处理，并将支持假设的预期结果
填入表格。
分组处理 预期结果
变蓝
不变蓝
ⅰ____ ⅱ____
ⅲ ____ ⅳ____
[答案] 答案一：红叶光照; 变蓝; 红叶 黑暗; 不变蓝
答案二：红叶光照; 不变蓝; 红叶 黑暗; 不变蓝
备用习题
1. 某雌雄同株植物花瓣的颜色通常与多对基因有关,如图表示该植物体内与花瓣颜色有关的三对基因的相互关系。若只合成蓝色素开蓝花,只合成红色素开红花,同时合成两种色素开紫花,均不合成开白花。已知D和d不位于A、a和B、b基因所在的染色体上。不考虑突变和互换,回答下列问题。
欲研究A、a和B、b基因是否位于一对同源染色体上,应选择基因型为________紫花植株自交,统计子代的表型及其比例,并预期实验结果和结论:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
AaBbdd
如果子代紫花∶蓝花∶红花∶白花=9∶3∶3∶1,则A、a和B、b基因位于两对同源染色体上;如果子代紫花∶白花=3∶1或蓝花∶紫花∶红花=1∶2∶1,则A、a和B、b基因位于一对同源染色体上
[解析]由于该植株是雌雄同株植物,所以探究A、a和B、b基因是否位于一对同源染色体上,最简便的方法是采用基因型为AaBbdd的紫花植株自交,统计子代表型及比例。如果子代紫花∶蓝花∶红花∶白花=9∶3∶3∶1,则A、a和B、b基因位于两对同源染色体上;如果子代紫花∶白花=3∶1或蓝花∶紫花∶红花=1∶2∶1,则A、a和B、b基因位于一对同源染色体上。
2. 如图是研究人员在诱导染色体数目加倍时的处理方法和实验结果,本实验的目的是探究__________________________________________
_____________________。
不同浓度秋水仙素和不同处理时间对细胞内染色体数目加倍的影响
3. 在一天之中,白天与黑夜的相对长度,称为光周期。人们发现,植物开花与光周期有关,其中在24 h昼夜周期中,日照长度长于一定时间才能开花的植物称为长日照植物,如冬小麦、大麦、油菜、萝卜等;日照长度短于一定时间才能开花的植物称为短日照植物,如水稻、菊花、苍耳等。某科学家将菊花顶部花芽附近的叶片去掉,并对顶部花芽和下部的叶片分别做不同日照时长处理,开花情况如图所示。该实验的目的是探究___________________________________________________。
菊花感受光周期刺激的部位是顶部的花芽还是下部的叶片
4. 单细胞铜绿微囊藻大量繁殖可形成水华,因此受到广泛关注。现利用配制的X培养液培养铜绿微囊藻,发现铜绿微囊藻数量呈指数增长。如X培养液培养铜绿微囊藻时,加入粉绿狐尾藻(一种高等水生植物),结果铜绿微囊藻生长受到明显抑制。有人提出假设:粉绿狐尾藻能产生化学物质抑制铜绿微囊藻的生长。请利用下列实验材料用具,完成实验设计,探究该假设是否成立。
材料用具:铜绿微囊藻,粉绿狐尾藻,用于配制X培养液的各种无机盐,500 mL锥形瓶,蒸馏水,显微镜,血细胞计数板,盖玻片,玻璃缸,微孔滤膜(可以除菌)等。
请写出实验思路:__________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)请补全实验步骤:
①材料准备:在装有7000 mL蒸馏水的玻璃缸中种植一定数量且生长良好的粉绿狐尾藻,在适宜条件下培养8 d。准备接种用的铜绿微囊藻。
用蒸馏水配制X培养液标注为甲组,取粉绿狐尾藻培养液过滤,取滤液代替蒸馏水配制X培养液标注为乙组,取若干铜绿微囊藻随机均分两组分别加入甲、乙两组培养液中,放在相同且适宜环境下进行培养,一段时间后比较两组铜绿微囊藻的数量
②培养液配制:_______________________________________________
__________________________________________________。
③实验分组:取锥形瓶6只,分为两组,_____________________________
______________________________________________________________________________________。
用蒸馏水配制X培养液;用微孔滤膜过滤培养粉绿狐尾藻玻璃缸中的水,用滤液代替蒸馏水再配制一份X培养液
在对照组的3只锥形瓶中分别加入适量用蒸馏水配制的X培养液,在实验组的3只锥形瓶中分别加入等量用滤液配制的X培养液
④接种与培养:_______________________________________________
___________________________________________。
⑤观察与统计:每天定时用血细胞计数板对6只锥形瓶内铜绿微囊藻细胞进行计数,计算平均值比较两组的差异。
在6只锥形瓶中分别接种等量的铜绿微嚢藻,并将上述培养瓶置于相同且适宜的条件下培养
5. 机体心血管活动和血压的相对稳定受神经、体液等因素的调节。血压是血管内血液对单位面积血管壁的侧压力。人在运动、激动或受到惊吓时血压突然升高,机体会发生减压反射(如下图)以维持血压的相对稳定。回答下列问题。
为了探究神经和效应器细胞之间传递的信号是电信号还是化学信号,科学家设计了如下图所示的实验:①制备A、B两个离体蛙心,保留支配心脏A的副交感神经,剪断支配心脏B的全部神经;②用适当的溶液对蛙的离体心脏进行灌流使心脏保持正常收缩活动,心脏A输出的液体直接进入心脏B。
刺激支配心脏A的副交感神经,心脏A的收缩变慢变弱(收缩曲线见下图)。预测心脏B收缩的变化,补全心脏B的收缩曲线,并解释原因:____________________________________________________________________________________________。
支配心脏A的副交感神经末梢释放的化学物质,随灌流液在一定时间后到达心脏B,使心脏B跳动变慢
[答案]
[解析]支配心脏A的副交感神经末梢释放的化学物质(神经递质),可随灌流液在一定时间后到达心脏B,使心脏B跳动变慢,故心脏B的收缩曲线见答案。
6.土壤中的微生物数量与脲酶活性可反映土壤的肥力状况。为研究不同施肥方式对土壤微生物数量和脲酶活性的影响,实验分组如下:不施肥(CK)、有机肥(M)、化肥(NP)、麦秸还田(S)、有机肥+化肥(M+NP)、麦秸还田+化肥(S+NP),其中,NP中氮肥为尿素,麦秸未经处理直接还田,结果如图所示。回答下列问题:
研究还表明,与CK组相比,S组小麦产量差异不显著。据图甲分析,其原因是_______________________________________________________
_________________;秸秆可用于生产畜禽饲料和食用菌,畜禽粪便和使用过的食用菌培养基用于还田,该利用方式能降低生态足迹的原因是______________________________________________________________________。
麦秸还田对微生物的数量几乎没有影响,不能增加土壤中营养成分的含量
实现物质和能量的多级利用,提高能量利用率,减少人类对生态和环境的影响
[解析]已知S组施用的麦秸未经处理,从图甲的结果可以看出,与CK组相比,S组麦秸还田对微生物的数量几乎没有影响,不能增加土壤中营养成分的含量,导致两组小麦产量差异不显著。秸秆用于生产畜禽饲料和食用菌,畜禽粪便和使用过的食用菌培养基用于还田,这种利用方式实现了物质和能量的多级利用,可提高能量的利用率,从而减少了人类对生态和环境的影响,降低了生存所需的生产资源和吸纳废物的土地与水域的面积,导致生态足迹降低。限时集训(十六)
1.A [解析] 实验结果表明滥用MA会导致左心室收缩能力下降,A正确;左心室泵血功能下降是MA滥用的后果,而非吸食MA成瘾的原因,B错误;由题意无法得出MA通过阻断神经对心脏活动进行调节,C错误;根据实验结果无法得出MA通过破坏血管影响左心室泵血功能,D错误。
2.C [解析] 分析题图, Ⅰ 组和 Ⅱ 组比较,说明大鼠基因A转录的产物在非洲爪蟾卵母细胞中可翻译出蛋白A,促进水分的运输,故大鼠和非洲爪蟾基因表达时共用同一套遗传密码,且基因A表达的产物——蛋白A可能是水通道蛋白,A、B正确;Ⅱ组和Ⅲ组实验比较,只能表明HgCl2对非洲爪蟾卵母细胞水通透速率会产生影响,但无法判断其影响机制,C错误;Ⅲ组和Ⅳ组实验比较,说明M试剂可抵消HgCl2对水通透速率的部分影响,D正确。
3.(1)选择透过性 ATP、NADPH 细胞质基质
(2)乙 30 ℃ 30 ℃时蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率两者之和最高
(3)①摇匀 ②稀释样液离心,取下层沉淀物 ③提取叶绿素(溶解蓝细菌) ④防止叶绿素降解
[解析] (1)类囊体膜允许某些物质自由通过,而限制另一些物质通过膜的方式,这体现了类囊体膜具有选择透过性。暗反应中,C3在光反应产生的ATP和NADPH的作用下转变为(CH2O),蓝细菌是原核生物,没有叶绿体,此过程发生在蓝细菌的细胞质基质中。(2)光合作用产生氧气,而呼吸作用消耗氧气。通常光合作用产生氧气的量大于呼吸作用消耗氧气的量,这样才能积累有机物,正常生长,且对同一生物而言,其呼吸作用的最适温度通常比光合作用的最适温度高,所以图(b)中蓝细菌光合放氧的曲线是乙。总光合速率=净光合速率+呼吸速率,蓝细菌的光合放氧速率就是其净光合速率,20 ℃、25 ℃、30 ℃三种温度条件中,30 ℃时蓝细菌的光合放氧速率和呼吸耗氧速率之和最高,即总光合速率最高。(3)第一步:测定样液蓝细菌密度时,取样前需摇匀,以保证计数的准确性。第二步:浓缩蓝细菌,将稀释样液离心,取下层沉淀物。第三步:将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮,是为了提取叶绿素 。第四步:用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放,以防止叶绿素降解。
4.(1)下丘脑 交感神经
(2)抑制 2型
(3)运动能激活AMPK,抑制mTOR的作用,减弱其对Akt蛋白的抑制,AMPK和Akt蛋白都能加快含GLUT-4的囊泡向细胞膜转移,提升细胞膜上葡萄糖转运蛋白数量,帮助葡萄糖进入脂肪细胞,从而降低血糖浓度
(4)等量的TNF-alpha和适量的药物X Akt蛋白的激活程度、GLUT-4转移到细胞膜的数量、葡萄糖的摄取速率等
[解析] (1)下丘脑是血糖的调节中枢,当血糖含量降低时,神经中枢某区域兴奋,通过交感神经使胰岛A细胞分泌胰高血糖素,使血糖含量上升。(2)结合图示分析,IRS-1可以促进Akt蛋白的激活,而TNF-alpha与TNF-alpha受体结合后,通过促进JNK磷酸化,抑制IRS-1发挥作用,最终抑制Akt蛋白的激活。Akt蛋白的作用是加快含GLUT-4的囊泡向细胞膜转移,使更多的GLUT-4分布在细胞膜上,促进细胞摄取葡萄糖,从而降低血糖浓度。1型糖尿病发生的原因是胰岛素分泌不足,而2型糖尿病发生的原因是靶细胞对胰岛素不敏感,从而导致靶细胞摄取、利用葡萄糖能力减弱,因此该过程可能与2型糖尿病的发生相关。(3)结合题图分析,运动能激活AMPK,抑制mTOR的作用,减弱其对Akt蛋白的抑制,AMPK和Akt蛋白都能加快含GLUT-4的囊泡向细胞膜转移,提升细胞膜上葡萄糖转运蛋白数量,帮助葡萄糖进入脂肪细胞,从而降低血糖浓度。(4)本实验的目的是探究药物X缓解因TNF-alpha导致葡萄糖进入脂肪细胞受阻的作用机制,实验自变量是TNF-alpha的有无和药物X的有无,结合题图的作用机制分析,检测指标可以是Akt蛋白的激活程度、GLUT-4转移到细胞膜的数量、葡萄糖的摄取速率等。实验思路如下:①将生理状况相同的脂肪细胞随机均分为A、B、C三组;②A组不做处理,B组加入一定量的TNF-alpha,C组加入等量的TNF-alpha和适量的药物X;③在相同且适宜的条件下培养一段时间后,检测并比较三组细胞中Akt蛋白的激活程度、GLUT-4转移到细胞膜的数量、葡萄糖的摄取速率等。
5.(1)促肾上腺皮质激素释放激素 该调控可以放大激素的调节效应,形成多级反馈,有利于精细调控,从而维持机体的稳态
(2)快 SAM轴引起肾上腺素的分泌只有神经调节,速度快
(3)肝脏 甲、丙、乙 HSL轴激活导致肝糖原分解,其发挥作用的速度比HPA轴快 减法
[解析] (1)HPA轴是人体重要的分级调节系统,由下丘脑产生并启动HPA轴连锁反应的关键激素为促肾上腺皮质激素释放激素,可作用于垂体,促进垂体分泌促肾上腺皮质激素,作用于肾上腺,促进肾上腺素的分泌,该调控属于分级调节,分级调节可放大激素的调节效应,形成多级反馈,有利于精细调控,从而维持机体的稳态。(2)SAM轴引起肾上腺素的分泌只有神经调节,HPA轴则要经过激素调节,所以SAM轴引起肾上腺素的分泌速度快,升高血糖的速度也快。(3)①根据题干分析可知,C组切断了交感神经与肝脏的通路,A组小鼠进行假手术处理,未阻断任何通路,血糖升高最快,对应曲线甲;B组阻断垂体与肾上腺的通路,阻断了HPA轴,C组切断了交感神经与肝脏的通路,阻断了HSL轴,乙组小鼠早期应激血糖上升速度较缓慢,但后期能维持血糖的稳定,其原因是HPA轴可通过作用速度较慢的体液调节来调节血糖,作用较持久,故B组对应曲线丙,C组对应曲线乙。②丙组小鼠(HSL轴正常,HPA轴阻断)早期应激血糖上升显著快于乙组,原因是HSL轴激活导致肝糖原分解,其发挥作用的速度比HPA轴快。③此实验设计除去相关因素,研究单一因素对实验结果的影响,运用了减法原理。限时集训(十六) 实验设计的知识梳理及技能训练
1.[2025·北京卷] 为了解甲基苯丙胺(MA,俗称冰毒)对心脏功能的影响,研究者比较了吸食与不吸食MA人群左心室的泵血能力,结果如图。下列叙述正确的是 ( )
A.滥用MA会导致左心室收缩能力下降
B.左心室功能的显著下降导致吸食MA成瘾
C.MA可以阻断神经对心脏活动的调节
D.MA通过破坏血管影响左心室泵血功能
2.[2025·重庆第三次诊断] 在大鼠肾集合管细胞中基因A可表达产生蛋白A,非洲爪蟾卵母细胞膜中不含蛋白A。科学家为了研究蛋白A的功能,选用细胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母细胞进行实验,处理及结果如图。下列相关叙述错误的是( )
A.根据四组实验的结果可推断蛋白A可能是细胞膜上的水通道蛋白
B.Ⅰ 组和 Ⅱ 组实验比较,说明大鼠和非洲爪蟾基因表达时共用同一套密码子
C.Ⅱ 组和 Ⅲ 组实验比较,说明HgCl2对基因A的翻译过程有显著影响
D.Ⅲ 组和Ⅳ组实验比较,说明试剂M可抵消HgCl2对水通透速率的部分影响
3.[2024·江苏卷] 科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图(a)是蓝细菌光合作用部分过程示意图,图(b)是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题:
(1)图(a)中H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP合酶,而O2能自由通过类囊体膜,说明类囊体膜具有的特性是 。碳反应中C3在 的作用下转变为(CH2O),此过程发生的区域位于蓝细菌的 中。
(2)图(b)中蓝细菌光合放氧的曲线是 (从“甲”“乙”中选填),据图判断,总光合速率最高时对应的温度是 (填“20 ℃”“25 ℃”或“30 ℃”),理由为 。
(3)在一定条件下,测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a含量,建立叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线,用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表:
实验目的 简要操作步骤
测定样液 蓝细菌数量 按一定浓度梯度稀释样液,分别用血细胞计数板计数,取样前需①
浓缩蓝细菌 ②
③ 将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮
④ 用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放
建立相 关曲线 用分光光度计测定叶绿素a含量,计算
4.[2025·安徽皖南八校联考]胰岛素对维持血糖平衡至关重要,下图展示了胰岛素调节葡萄糖进入脂肪细胞的部分机制。回答下列问题:
(1)血糖调节中枢位于 ,当血糖含量降低时,神经中枢某区域兴奋,通过 使胰岛A细胞分泌胰高血糖素,使血糖含量上升。
(2)TNF-alpha是一种细胞因子,它与TNF-alpha受体结合后,通过JNK发生磷酸化,最终 (填“促进”或“抑制”)Akt蛋白的激活,该过程可能与 (填“1型”或“2型”)糖尿病的发生相关。
(3)请据图分析,运动能降低血糖浓度的原因是 。
(4)已知某药物X可缓解因TNF-alpha导致葡萄糖进入脂肪细胞受阻的情况。为探究该药物X的作用机制,某科研小组进行了相关实验,请完善实验思路:
①将生理状况相同的脂肪细胞随机均分为A、B、C三组;
②A组不做处理,B组加入一定量的TNF-alpha,C组加入 。
③在相同且适宜的条件下培养一段时间后,检测并比较三组细胞中 (至少写两个检测指标)。
5.[2025·湖南邵阳三模]应激反应是动物在面对威胁时产生的本能反应,表现之一为血糖快速上升。经典理论认为,该反应由下丘脑—垂体—肾上腺轴(HPA)或者自主神经—肾上腺轴(SAM)来完成刺激应激激素响应,但时间上有明显延迟,不符合应激过程快速释放血糖的生理需求。近年研究发现,下丘脑—交感神经—肝脏轴(HSL)在早期应激血糖(应激后3min内的血糖变化)的产生中十分关键。请回答下列问题:
(1)HPA轴是人体重要的分级调节系统,由下丘脑产生并启动HPA轴连锁反应的关键激素为 ,该调控的意义是 。
(2)通过SAM轴升高血糖比通过HPA轴升高血糖速度 ,原因是 。
(3)为了探究HSL轴通路和传统的HPA轴通路对应激血糖产生及生物体应激反应的影响,某实验小组设计了如下实验:
步骤一:选取生理状态相似且健康的雄性小鼠若干只,禁食12h后随机均分成A、B、C三组。
步骤二:A组小鼠进行假手术处理,B组阻断垂体与肾上腺的通路,C组切断交感神经与 的通路。
步骤三:对三组小鼠施加相同且适宜强度的足部电击,测定三组小鼠受刺激后的血糖水平,得到了三组小鼠受刺激后反应时间与血糖浓度关系的图像。
①步骤二中的“ ”为 。A、B、C三组实验分别对应图中曲线 。
②丙组小鼠早期应激血糖上升显著快于乙组的原因是 。
③此实验设计运用了 (填“加法”或“减法”)原理。
