(新高考)高考生物一轮复习学案实验技能(二)变量梯度设置在实验中的应用(含解析)

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普通淀粉酶的最适温度在40～60 ℃之间，而极端耐热淀粉酶在100 ℃仍能保持较高的活性，因此在生产上具有更为广泛的应用前景。请回答有关问题：
(1)要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与___________________________混合，若反应液呈________色，则该酶的化学本质为蛋白质。
(2)测定淀粉酶活性时，应选择________作为该酶作用的底物，反应液中应加入________溶液以维持其酸碱度稳定。
(3)设计实验探究极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。
①此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑_______________________________(指出两点即可)等因素。
②结合题目信息，简要写出探究该酶催化作用最适温度的实验思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与双缩脲试剂混合，若反应液呈紫色，则该酶的化学本质为蛋白质。
答案：(1)双缩脲试剂 紫 (2)淀粉 (酸碱)缓冲
(3)①淀粉溶液的浓度和含量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等 ②在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度
1．概述
变量梯度指自变量相邻两次取值之间的差值大小，即自变量每次变化的幅度。生物实验中常见的变量梯度有pH梯度、温度梯度、浓度梯度等。
2．过程分析
(1)在合适范围内取值：生物体或细胞生活在特定的环境中，研究某因素对生物或细胞的影响时，自变量应在它能发挥作用的范围内取值。如确定生长素类似物促进扦插枝条生根的适宜浓度，生长素浓度应在10－12～10－8 ml/L范围内，变量梯度应相差一个数量级。
(2)梯度大小设置要适宜：梯度过小，看不出变化，实验组数增多，增加了操作难度；梯度过大，实验结果不准确。如探究唾液淀粉酶的最适pH，预测其数值应在7.0左右，pH梯度设为0.4，即共做五组实验，其缓冲液pH分别为6.2、6.6、7.0、7.4、7.8。
(3)根据实验目的确定变量梯度的大小
①若进行定性分析，梯度设置可稍大些。如探究温度对光合作用的影响，一般情况下植物在30 ℃左右时，光合作用最强。我们既要研究温度降低时光合作用强度的变化，也要研究温度升高时的变化，温度梯度设置如下：0 ℃、10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃。
②若要进行定量分析，梯度设置应小些。如探究光合作用的最适温度，温度梯度设置如下：24 ℃、27 ℃、30 ℃、33 ℃、36 ℃。
(4)在实际操作中，为避免因梯度设计不当，造成人力物力方面的浪费，我们可以设计一个预实验，每组之间梯度适当加大一些，当找到一个大致的适宜范围后，再在这个范围内缩小每组之间梯度值，最后测出一个准确范围。
1．某生物兴趣小组用迎春枝条作实验材料，做了探究α­萘乙酸(NAA)促进插条生根最适浓度实验的预实验，结果如下图。请根据预实验结果，设计进一步的探究实验。
(1)材料用具：生长旺盛的一年生迎春枝条若干、烧杯、量筒、培养皿、NAA、蒸馏水等。
(2)配制溶液：配制浓度依次为_____________________________________________(溶液浓度梯度为0.5 ppm)的NAA溶液9份，并编号1～9。
(3)实验步骤：
第一步：______________________________________________________________；
第二步：______________________________________________________________；
第三步：一天后取出枝条分别进行扦插；
第四步：每天对扦插枝条的生根情况进行观察记录。
(4)请设计本实验的观察记录表。
(5)该实验应控制好两个主要的无关变量，具体方法是________________、________________。
解析：根据预实验的结果，可确定进一步探究的浓度范围是2～6 ppm，再根据题中要求浓度差为0.5 ppm，可确定要配制的浓度梯度为2 ppm、2.5 ppm、3 ppm，3.5 ppm、4 ppm、4.5 ppm、5 ppm、5.5 ppm、6 ppm共9个不同的浓度。填写实验步骤时，应遵循随机分组→浸泡→培养(扦插)→统计的思路进行解答。该实验的无关变量应从实验材料、处理时间、温度等方面考虑。
答案：(2)2 ppm、2.5 ppm、3 ppm、3.5 ppm、4 ppm、4.5 ppm、5 ppm、5.5 ppm、6 ppm
(3)将迎春枝条随机均分为9份 将9份枝条的基部分别浸泡在1～9号NAA溶液中
(4)如下表：
(5)各组枝条处理时间长短一致 所用植物材料尽可能做到生长状况一致
2．低温迫使植物细胞产生大量对细胞有害的过氧化产物，如脂质过氧化产物(MDA)。超氧化物歧化酶(SOD)能够消除过氧化产物，从而增强植物的抗冷性。研究人员进行了“水杨酸对水稻幼苗抗冷性的影响”实验，步骤及结果如表所示。据表回答下列问题：
(1)表中①是________，②是________。实验设计时每组取50株水稻幼苗，而不是1株，目的是______________________________________________________________________。
(2)本实验需要控制的无关变量有_______________________________________(至少写两点)。
(3)组别1和2对照可得结论是_________________________________________________。
组别2～8可得到的结论是__________________________________________________。
在5 ℃条件下，2.0 mml/L的水杨酸对水稻幼苗抗冷性的影响是________(填“增强”或“减弱”)。
(4)请根据5 ℃条件下的实验结果，完成水杨酸浓度与SOD活性关系的坐标折线图。
解析：(1)2组与3～8组之间应形成对照，根据单一变量原则，表中①应为5 ℃的蒸馏水浇灌，②是5 ℃。实验对象多可避免偶然性，使实验结果更准确。(2)除自变量以外，对实验结果有影响的变量均为无关变量，比如蒸馏水和水杨酸的浇灌量、培养时间、幼苗发育情况等。(3)组别1与2之间的变量为温度，且低温时SOD活性较大，说明环境温度降低时，水稻幼苗自身可增强抗冷性。分析2～8组SOD活性可知，在一定范围内随着水杨酸浓度的增加，水稻的抗冷性增强，当水杨酸浓度增加到一定值时，水稻的抗冷性开始减弱。与2组比较可知，在5 ℃条件下，2.0 mml/L的水杨酸对水稻幼苗抗冷性的影响是减弱。(4)根据表格中的实验结果，在坐标图中描点连线即可，同时注意横纵坐标一定要标上。
答案：(1)5 ℃的蒸馏水浇灌 5 ℃ 避免偶然性，减少误差，使实验结果更准确 (2)蒸馏水和水杨酸的浇灌量、光照强度、培养时间、幼苗的发育情况等 (3)环境温度降低时，水稻幼苗自身可增强抗冷性 在一定范围内，随水杨酸浓度的增加，水稻幼苗的抗冷性增强；当水杨酸浓度增加到一定程度时，水稻幼苗的抗冷性开始减弱(或水杨酸对水稻幼苗的抗冷性的影响具有两重性、1.5 mml/L左右的水杨酸增强水稻幼苗抗冷性的效果最好) 减弱
(4)如图
NAA浓度( ppm)
生根条数
天数
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
1
2
3
…
组别
处理
培养温度
SOD活性[U/(g·min)]
1
25 ℃的蒸馏水浇灌
25 ℃
7.3
2
①
②
9.4
3
5 ℃的0.5 mml/L水杨酸浇灌
5 ℃
10.3
4
5 ℃的1.0 mml/L水杨酸浇灌
5 ℃
11.6
5
5 ℃的1.5 mml/L水杨酸浇灌
5 ℃
13.6
6
5 ℃的2.0 mml/L水杨酸浇灌
5 ℃
8.5
7
5 ℃的2.5 mml/L水杨酸浇灌
5 ℃
7.9
8
5 ℃的3.0 mml/L水杨酸浇灌
5 ℃
6.5