生物实验技术——实验分析设计

2009年高考生物专题复习生物实验技术——实验分析设计[重点、难点解析]科学探究过程：一、明确实验目的验证性实验：如：“请利用提供的实验材料和用具，验证胰高血糖素具有升高血糖的作用”。预期的结果确定。探究性实验：“探究光的有无对种子萌发的影响”。预期的结果不确定，有多种情况。二、做出问题假设运用已有的科学知识基础和符合逻辑的论据对提出的问题做出尝试性的解释。三、制定方案1．明确实验原理2．选择材料用具3．确定方法步骤（实验程序）（预处理）→分组→处理→观察记录现象，收集数据→预测结果→得出结论设计实验步骤时需注意的问题：①实验分组要有标号（也可采用表格方式）②大样本量（可重复多次）③控制单一变量（可变因素）：除了要研究的变量以外,其他的无关变量保持一致,如材料的一致性等④通常要设置对照实验：根据具体实验，设置对照类型A空白对照：不给对照组任何因素处理。如过氧化氢的自然分解B自身对照：对照和实验都在同一研究对象上进行：如对同一人的不同条件下的营养状况的研究C相互对照：不单设对照组，而是几个实验互为对照。如不同温度对酶活性的影响D标准对照：以常规的品种、常规的浓度为对照。如实验组注射2mL用生理盐水配制的胰高血糖素，对照组注射等量的生理盐水⑤实验步骤最好分步表述4．设计实验记录方案根据可能出现的实验结果进行下列实验记录的设计，以保证实验记录科学、准确、客观全面。不丢掉有用的信息，为结果分析提供丰富的资料。⑴确定观察和记录的时间⑵根据实验内容设计观察和记录内容⑶确定记录方式：文字描述、表格描述、画观察图等如：记录小蝌蚪完成变态发育所需要的时间；在相同的时间内（10min）液滴向左移动的距离等5．预期可能实验结果（根据实验类型和所学的知识）6．标明注意事项：如试剂的配制、实验的安全等四、分析实验现象，得出实验结论1．实验结果分析：对记录下来的现象、数据进行整理、分析得出结果⑴正确处理实验数据：数据资料要用数学计算及统计、图解（坐标曲线图、柱形图表格等）等方法加以判断、推理和分析。⑵深入分析实验结果：叙述实验结果及假设是否成立（预期结果得到实现，假设成立；预期结果没有出现，假设不成立）,并对结果加以说明、解释或评价；对预期以外的结果做出恰当的分析和说明。2.获得结论（要紧扣实验目的）[典型例题解析]题型一：考查考试说明要求的基础实验，检测生物学基础知识和基本技能1．用普通显微镜观察切片，当用低倍物镜看清楚后，转换为高倍物镜却看不到或看不清原来观察到的物体，不可能的原因是（）A．物体不在视野中央B．切片放反，盖玻片在下面C．低倍物镜和高倍物镜的焦点不在同一平面D．未换目镜[解析]本题考查的是显微镜操作技术。当用低倍物镜看清楚后，转换为高倍物镜却看不到或看不清原来观察到的物体，物体不在视野中央、切片放反，盖玻片在下面、低倍物镜和高倍物镜的焦点不在同一平面均有可能，但目镜不需要换，所以不可能。答案：D2．下列实验中所用试剂错误的是（）A．在观察植物细胞有丝分裂实验中，使用醋酸洋红溶液使染色体着色B．在提取叶绿体色素实验中，使用丙酮提取色素C．在DNA的粗提取与鉴定实验中，使用氯化钠溶液析出DNAD．在蛋白质的鉴定实验中，使用苏丹Ⅲ染液鉴定蛋白质[解析]本题考查的是“观察植物细胞有丝分裂实验”、“叶绿体色素提取和分离实验”、“DNA的粗提取与鉴定实验”、“蛋白质的鉴定实验”的实验原理、现象。蛋白质的鉴定实验中，使用双缩脲试剂鉴定蛋白质。答案：D题型二：通过分析他人的实验现象，获得实验结论，考察学生分析实验现象获得结论能力3．“水往低处流”，但是植物体内的水却往高处流。动力从何而来，某同学为此进行了两个实验。实验一：将一枝条插入充满水的玻璃管中，玻璃管的另一端插入盛有水银的容器中。不久水银柱上升，如图一所示。实验二：将同一植物在靠近茎的基部切断，套上一个弯曲的玻璃管，管内装有水和水银。不久，玻璃管内水分增加，水银柱上升，如图二所示，请回答：实验一说明：______________________实验二说明：_______________________根据这两个实验，你对水分在植物体内运输的动力有何新的认识[解析]本题通过两个实验说明水分在植物体内的运输动力。实验一说明了植物水分运输的动力来自于蒸腾作用。蒸腾作用是植物运输水分的动力，这是学生已有的知识结论。实验二所示，植物体内运输的动力显然不再来自于蒸腾，根据实验设计分析，只能来自于根部。这一知识结论是学生未知的，是对学生已有知识的完整与补充。答案：实验一说明：枝条叶片通过蒸腾作用散失水分所产生的拉力，是促使水分在植物体内向上运输的重要动力。实验二说明：根部生理活动（答“根部渗透吸水”或只答“根部”也给分）能产生推动水分向上的压力。根据这两个试验说明：水分在植物体内上升的动力不但有蒸腾拉力，还有根部产生的向上压力。从上面的实例可以看出，对于实验结果的分析和说明一般有两种情况，一是对实验的结果作出分析和解释，二是对根据实验结果推论可能得到的结论。用于分析和解释实验结果的知识一般是课本上的，要求学生掌握的，所以其落脚点通常是课本的知识点；对实验结果的推论则可以推论到课本的知识点上，也可能是学生未知的，甚至是与学生已有知识相悖的。因为已知知识可能是不完整的或者是历史条件下对某个问题的认识，题目所给的实验的落脚点可能就是对于学生知识的完善和修正。4．将动物的肝细胞研磨并除去ATP后，放入三支标号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的锥形瓶中。实验装置和处理如图a所示。将实验用的3只锥形瓶的瓶口封闭后，放入20℃水浴锅中，1h后的结果如图b所示。请根据实验结果回答：⑴实验中可以看到的明显变化是_______________。由此可以推断________号瓶发生了________作用。⑵该实验的全部结果说明_________________[解析]本题的实验目的是考查细胞进行呼吸作用所需要的条件。该实验根据瓶内外气压变化而影响酒精液滴移动的实验现象来推测细胞是否发生呼吸作用。所以本题也考查了学生理解实验原理、控制实验条件、设计对照实验、分析实验现象和结果，得出正确结论的能力。答案：⑴Ⅲ号锥形瓶的酒精滴液在玻璃管中向左移动；Ⅲ；呼吸（有氧呼吸）。⑵肝细胞的呼吸作用需要葡萄糖和ATP题型三：评价他人的实验设计，完善、补充或修正给出的实验方案5．为证实“CO2是光合作用合成有机物的必需原料”，某同学制定了下列实验方案：⑴实验目的（略）⑵实验材料和用具（略）⑶实验方法和步骤①用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽植物和一杯NaOH溶液，密封不漏气。②将上述植物及装置放在暗中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物。暗室内装有红色安全灯。③饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其充分进行光合作用。④取一片叶，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。⑤将已脱色的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘—碘化钾溶液，检测有无葡萄糖的特异颜色反应出现。该实验方案有几项明显错误，请指出错误并改正[解析]本题给出了某人为证实“CO2是光合作用合成有机物的必需原料”而制定的实验方案。要求学生运用已有的叶绿体色素的吸收光谱、光合作用的产物及光合产物的检测方法等知识，来评价、改进或完善实验方案。所以本题在考查学生对光合作用的基本知识的掌握程度的同时；重点考察了学生根据实验目的运用对照实验的原理评价实验和设计实验方案的能力。本题在实验方案的设计、实验过程中的条件控制以及实验结论等方面都设置了错误，要求学生较全面地对实验过程进行分析与评价，改正错误。⑴从实验条件的控制来看，红色灯安全灯是错误的，红光是植物光合作用吸收的主要光之一，在红色光下植物显然是会进行光合作用的，因此无法达到消耗叶片中有机物的目的。⑵从实验的结果来看，碘—碘化钾是用来检测淀粉的，而不是用来检测葡萄糖的。⑶从方案设计来看，对照是实验设计的基本原则，没有对照就无法排除无关变量对实验结果的影响，实验就没有说服力。答案：⑴实验步骤②中暗室内用红色安全灯是错的，应用绿色安全灯。⑵实验步骤⑤中的“葡萄糖”是错误的，应改为淀粉。⑶未设对照。对照的作法是：a.装置同题干中步骤①，但玻璃罩内用同一种生长状况相同的另一株植物代替题干中的植物；用一杯清水代替NaOH溶液；b.将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物，暗室内装有绿色的安全灯；c.重复题干中步骤③④；d.重复改正后的步骤⑤。题型四：根据实验目的或实验课题，独立设计试验6．植物叶片表皮上分布着大量的气孔，气孔结构如图所示。当组成气孔的细胞（保卫细胞）吸水后，会膨胀变形，气孔开启；反之细胞失水收缩，气孔关闭。请根据所给的实验材料和用具，设计一个实验，证明气孔具有开启和关闭的功能。要求写出实验步骤、预测实验结果并作出解释。实验材料与主要用具：菠菜、清水、浓盐水、盖玻片、载玻片、显微镜、吸水纸、滴管、镊子等。实验步骤：预期实验结果并作解释：[解析]这是一道开放的实验设计题，题干中给出实验材料、用具、原理，以及实验要研究的课题，要求学生能将平时练习显微镜的使用和临时玻片标本的制作等实验操作和实验技能进行综合运用，设计实验，解决新问题。本题要求通过实验设计证明气孔具有开启与关闭的功能。题目告知“当组成气孔的细胞（保卫细胞）吸水后，会膨胀变形，气孔开启；反之细胞失水收缩，气孔关闭”，这就限定了实验的设计只能通过保卫细胞吸水与失水来加以证明，而不能通过控制二氧化碳的浓度来证明。怎样才能让保卫细胞失水或吸水呢？联系所学过的实验应该能够联想到，教材质壁分离与复原的实验是通过改变细胞外溶液的浓度使细胞吸水与失水，从而出现质壁分离与复原的现象的。将这一方法与原理迁移过来，也就可以通过改变细胞外溶液的浓度，使保卫细胞吸水与失水，从而观察气孔的开启与关闭。当然，本题给出的实验材料是菠菜，要观察其气孔还必须制作表皮的临时装片。答案：实验步骤①取菠菜叶，用镊子剥取表皮。②在载玻片上滴一滴清水，将表皮放入清水中，盖上盖玻片，制成临时装片。③将临时装片放在显微镜的载物台上，先用低倍镜下找到气孔，移到视野中央，再换高倍镜进行观察，记录观察到的气孔状态。④在盖玻片的一侧滴上浓盐水，再另一侧用吸水纸吸取盖玻片下的液体，反复几次。⑤继续观察气孔的变化，并做记录。预测实验结果并作出解释：在清水中气孔应开启，因为当细胞液浓度大于细胞外溶液浓度时，保卫细胞吸水膨胀变形，气孔开启。在浓盐水中气孔应关闭，因为当细胞液浓度小于细胞外溶液浓度时，保卫细胞失水收缩，气孔关闭。[单元练习精选]1．观察在0.3g/mL蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明（）A．细胞壁相当于一层半透膜B．洋葱表皮细胞是活的C．此时蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度D．细胞壁收缩导致中央液泡失水2．用高倍显微镜观察黑藻叶绿体时，可见叶绿体（）A．具有双层膜B．呈绿色带状C．内部有许多基粒D．呈绿色椭球形3．在制作洋葱根尖压片观察细胞有丝分裂时，不可能用到的试剂是（）A．龙胆紫染液B．醋酸洋红染液C．稀盐酸溶液D．30%蔗糖溶液4．下列对有关实验的描述中，错误的是（）A．分离叶绿体中的色素时，不同色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同B．用低倍镜观察不到紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离和复原过程C．观察叶片细胞的叶绿体时，先在低倍镜下找到叶片细胞再换高倍镜观察D．甲基绿染色可使人口腔上皮细胞的细胞核呈绿色5．（2008年全国Ⅱ卷30题）回答下列（Ⅰ）（Ⅱ）小题：(Ⅰ)香蕉果实成熟过程中，果实中的贮藏物不断代谢转化，香蕉逐渐变甜。图A中Ⅰ、Ⅱ两条曲线分别表示香蕉果实成熟过程中两种物质含量的变化趋势。请回答：取成熟到第X天和第Y天的等量香蕉果肉，分别加等量的蒸馏水制成提取液。然后在a，b试管中各加5mL第X天的提取液，在c、d试管中各加5mL第Y天的提取液，如图B。（1）在a、c试管中各加入等量碘液后，a管呈蓝色，与a管相比c管的颜色更_______________，两管中被检测的物质是_______________，图A中表示这种物质含量变化趋势的曲线是______________。