高考生物二轮复习专题7实验与探究热点题型11开放性实验设计题的解题分析学案含答案

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  (2017·全国Ⅰ，29)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)答案　(1)实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。解析　(1)根据病毒只能寄生于活宿主细胞中，利用宿主细胞内的碱基合成自身的核酸，再根据DNA和RNA的化学组成存在差异，如DNA特有的碱基是T，而RNA特有的碱基是U，因此可用放射性同位素分别标记碱基T和碱基U，通过检测子代的放射性可知该病毒的类型。本实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。开放型实验设计题是一种思维开放性试题，它的解题思维方向不唯一，试题所引发的思维是一种呈扇形发散的思维，可能会有若干种不同的解题方法。此类试题有利于考查多向思维、求异思维以及创新能力，是近年高考题考查的重要题型之一。1．开放型实验设计题可分为条件开放型和结论开放型(1)条件开放型试题：特点是题目条件不完备，答题的条件不充足，答题的原理或依据不明确，可以有多种实验方案，但最终结论只有一个。(2)结论开放型试题：特点是试题改变了传统试题“答案唯一”的做法，变“答案唯一”为“答案不唯一”。此类试题的多种答案都符合试题的全部条件和要求。2．开放性实验题的解答策略(1)确定实验目的，找出实验变量：首先要根据实验的目的找出实验的自变量，如：上面的考题示例中的实验目的是“探究某种病毒的遗传物质是DNA还是RNA”，实验的变量要体现出二者的差异，很容易想到DNA中特有碱基T，RNA中特有碱基U，由此确定实验的自变量是碱基种类不同。(2)找准实验材料，思考实验方法：结合给出的实验材料和试剂等，思考实验的方法。如：上面的考题示例中明确提出用体外培养的宿主细胞为材料，运用放射性同位素标记法进行实验，联想到病毒营寄生生活，只能用活细胞培养，从而确定实验的方法是先用培养基培养细胞，再用病毒去侵染细胞。(3)结合实验变量，写出实验思路：根据上述分析，写出基本思路，要点名两点：“怎么做”和“看什么”，前者紧扣自变量描述，后者紧扣因变量描述。如上面的考题示例中的实验思路也可以概括为：将宿主细胞分为甲、乙两组，甲组培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，乙组培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。(“怎么做”)培养一段时间后分别收集两组的病毒并检测其放射性。(“看什么”)(4)分析现象结果，结论回扣目的：探究性实验需要讨论，运用假设法确定结果和结论的对应关系，推理过程为：“假设结论1成立，会出现结果1；假设结论2成立，会出现结果2；……”。然后书写答案，模式为“若结果1，则结论1；若结果2，则结论2；……”。验证性实验不需要讨论，即“结果……，结论……。”1．RNA病毒有的能利用RNA自我复制完成增殖，有的需要通过逆转录才能完成增殖。科学家发现放线菌素D能与DNA形成复合体，阻碍RNA聚合酶发挥功能。现有一种新型RNA病毒，请以体外培养的宿主细胞、显微镜等材料和用具，设计实验确定该种病毒的增殖类型，简要写出实验思路并预测实验结果及结论。(提示：①设计对照实验；②病毒增殖可使宿主细胞裂解)(1)实验思路：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)实验结果及结论：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)①将体外培养的宿主细胞均分为甲、乙两组，甲组用放线菌素D处理，乙组不做任何处理；②用新型RNA病毒分别感染甲、乙两组宿主细胞，在相同且适宜条件下培养相同一段时间；③用显微镜观察两组细胞的裂解情况(2)若甲、乙两组细胞均破裂，说明该病毒通过RNA自我复制完成增殖；若甲组细胞不破裂，乙组细胞破裂，说明该病毒需要通过逆转录完成增殖解析　病毒只能寄生在活宿主细胞内，而放线菌素D能与DNA形成复合体，阻碍RNA聚合酶发挥功能，因此该实验的自变量为宿主细胞是否被放线菌素D处理，看看RNA病毒能否增殖。宿主细胞被放线菌素D处理后再感染病毒，若病毒能增殖，宿主细胞会破裂，说明该病毒通过RNA自我复制完成增殖，否则说明该病毒需要通过逆转录完成增殖。2．已知垂体受到下丘脑和甲状腺的双重调节，使生物体内促甲状腺激素(TSH)含量保持相对稳定。为进一步验证下丘脑和甲状腺对垂体TSH分泌量的调节作用，请根据以下提供的实验材料，设计实验并分析。实验材料：动物细胞培养瓶若干和其他相关的培养和测定仪器、大白鼠的下丘脑细胞悬液和垂体细胞悬液、动物细胞培养液(不含TSH)、甲状腺激素溶液。(要求与说明：细胞培养条件适宜；TSH含量测定的具体方法不作要求。)(1)实验思路：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)预测实验结果：______________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)实验思路：①取四个动物细胞培养瓶，分别标号为A、B、C、D，各加入等量的动物细胞培养液；②A：加入垂体细胞悬液；B：加入垂体细胞悬液＋甲状腺激素溶液；C：加入垂体细胞悬液＋下丘脑细胞悬液；D：加入下丘脑细胞悬液；③将上述四个动物细胞培养瓶放在相同且适宜的条件下培养相同一段时间；④测定各培养瓶中TSH的含量并记录(2)A瓶作为对照组；B瓶TSH的分泌比A瓶少；C瓶TSH的分泌比A瓶多；D瓶检测不到TSH解析　(1)本实验的目的是验证下丘脑和甲状腺对垂体TSH分泌量的调节作用。取四个动物细胞培养瓶，分别标号为A、B、C、D，各加入等量的动物细胞培养液。A：加入垂体细胞悬液(作为对照)；B：加入垂体细胞悬液＋甲状腺激素溶液(验证甲状腺对垂体TSH分泌量的调节作用)；C：加入垂体细胞悬液＋下丘脑细胞悬液(验证下丘脑对垂体TSH分泌量的调节作用)；D：加入下丘脑细胞悬液。将上述四个动物细胞培养瓶放在相同且适宜的条件下培养相同一段时间后测量各培养瓶中TSH的含量。(2)预测实验结果：A瓶作为对照组；B瓶加入甲状腺激素，甲状腺激素达到一定浓度后，会反馈给垂体抑制TSH的分泌；C瓶下丘脑通过释放促甲状腺激素释放激素(TRH)，来促进垂体合成和分泌促甲状腺激素(TSH)；D瓶检测不到TSH。3．(2019·西安调研)某多年生植物(2n＝10)茎的高度由一对等位基因(E和e)控制。研究发现：茎的高度与显性基因E的个数有关(EE为高秆、Ee为中秆、ee为矮秆)，并且染色体缺失会引起花粉不育。育种工作者将一正常纯合高秆植株(甲)在花蕾期用γ射线照射后，让其自交，发现子代有几株中秆植株(乙)，其他均为高秆植株。子代植株(乙)出现的原因有三种假设：假设一：仅由环境因素引起；假设二：γ射线照射植株(甲)导致其发生了隐性突变；假设三：γ射线照射植株(甲)导致一个染色体上含有显性基因的片段丢失。(1)γ射线照射花蕾期的植株(甲)后，植株叶芽细胞和生殖细胞均发生了突变，但在自然条件下，叶芽细胞突变对子代的性状几乎无影响，其原因是_________________________________________________________________________________________________________________。(2)现欲确定哪个假设正确，请说明实验思路并预期实验结果及结论：①实验思路：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②实验结果及结论：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)突变发生在体细胞中(体细胞突变)，一般不能遗传给子代(2)①将中秆植株(乙)在环境条件相同且适宜的自然条件下单株种植，并严格自交，观察并统计子代的表现型及比例②若子代性状全为高秆，则假设一正确；若子代性状高秆∶中秆∶矮秆＝1∶2∶1，则假设二正确；若子代性状高秆∶中秆＝1∶1，则假设三正确解析　(1)叶芽细胞属于体细胞，而体细胞突变一般不遗传给子代，因此植株叶芽细胞突变对子代的性状几乎无影响。(2)探究中秆植株出现的原因，应利用该植株进行实验，可将中秆植株(乙)在环境条件相同且适宜的自然条件下单株种植，并严格自交，观察并统计子代的表现型及比例。若假设一正确，该变异仅由环境因素引起，则该植株的基因型为EE，自交子代都表现为高秆；若假设二正确，γ射线照射植株(甲)导致其发生了隐性突变，则该植株的基因型为Ee，自交子代的基因型及比例为EE∶Ee∶ee＝1∶2∶1，即子代表现型及比例为高秆∶中秆∶矮秆＝1∶2∶1；若假设三正确，γ射线照射植株(甲)导致一个染色体上含有显性基因的片段丢失，用O表示，则该植株的基因型为EO，由于染色体缺失会引起花粉不育，则其自交子代的基因型及比例为EE∶EO＝1∶1，即子代表现型及比例为高秆∶中秆＝1∶1。