2023届高考生物二轮复习第20讲实验与探究学案

这是一份2023届高考生物二轮复习第20讲实验与探究学案，共25页。
专题九　实验与探究第20讲　实验与探究课标要求考情分析1.能独立完成“课程标准”中所列的生物实验,包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能,并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。2.具备验证简单生物学事实的能力,并能对实验现象和结果进行分析、解释,并能对收集到的数据进行处理。3.具有对一些生物学问题进行初步探究的能力,包括运用观察、实验与调查、假说—演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。4.能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订在高考命题上,基础实验部分常以选择题形式考查,实验技能方面常以非选择题形式考查,特别是结合动物生命活动的调节情境考查。在命题形式上,基础实验部分常考查实验中的实验步骤、原理和注意事项;实验技能方面常结合一些核心考点考查学生的实验探究能力,包括实验设计、评价与分析热点一　教材基础实验 [情境引领]洋葱的叶分为管状叶和鳞片叶。管状叶伸展于空中可进行光合作用;鳞片叶层层包裹形成鳞茎,富含营养物质。某小组以紫色洋葱为材料进行如下三个实验。据图判断下列叙述正误。(1)实验Ⅰ中可用无水乙醇(溶剂)提取色素。为防止色素被破坏,步骤①研磨时需加入的物质是碳酸钙。(　√　)(2)色素成功分离后,滤纸条上距滤液细线最远的色素带的颜色是蓝绿色。(　×　)提示:滤纸条上的色素带与滤液细线的距离是由其溶解度决定的,由于胡萝卜素的溶解度最高,因而距离最远的是橙黄色的胡萝卜素。(3)实验Ⅱ步骤②后需观察细胞中紫色中央液泡的大小以及原生质层的位置,后者具有选择透过性与细胞膜和液泡膜有关。(　√　)(4)某同学在完成步骤③后进行了长时间的观察,经步骤④后观察发现细胞状态无明显变化,可能的原因是观察时间过长导致细胞失水过久、过多而死亡。(　√　)(5)实验Ⅲ中制作根尖临时装片需要经过解离、染色、制片。(　×　)提示:解离之后染色之前需要进行漂洗,以洗去多余的解离液,避免影响染色。(6)⑥是某同学观察时拍摄的两张显微照片,Ⅰ中细胞的核DNA与染色体的数目之比为1∶1。(　√　)(7)将洋葱表皮分别置于0.2 g·mL-1和0.3 g·mL-1 蔗糖溶液中,观察并比较细胞质壁分离的情况,预期结果是在0.2 g·mL-1蔗糖溶液中洋葱表皮细胞质壁分离现象更明显。(　×　)提示:将洋葱表皮分别置于0.2 g·mL-1和0.3 g·mL-1蔗糖溶液中,观察并比较细胞质壁分离的情况,由于水分子的跨膜运输方式是被动运输,浓度差越大,扩散得越快,所以在0.3 g·mL-1蔗糖溶液中洋葱表皮细胞质壁分离现象更明显。(8)观察洋葱根尖分生区组织细胞的有丝分裂,使用甲紫溶液染色,分裂间期细胞不着色,分裂期细胞染色体着色。(　×　)提示:观察洋葱根尖分生区组织细胞的有丝分裂,使用甲紫溶液染色以便观察染色体的形态结构变化,所有时期的细胞都着色了。(9)若比较有丝分裂细胞周期不同时期的时间长短,可通过“观察多个装片、多个视野的细胞并统计”以减小实验误差。(　√　) [基础巩固]1.观察类实验(1)一般操作流程。(2)具体实验中几项比较分析。实验名称细胞的状态(死细胞/活细胞)观察对象染色剂生物材料(及特殊要求)观察蝗虫精母细胞减数分裂装片死细胞染色体无(为固定装片)蝗虫精母细胞观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂死细胞甲紫溶液或醋酸洋红液洋葱根尖分生区细胞染色前需漂洗干净使用高倍显微镜观察几种细胞活细胞或死细胞细胞按需染色酵母菌细胞、水绵细胞、叶的保卫细胞、鱼的红细胞等用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动活细胞叶绿体无(不用染色)新鲜的藓类的叶(或菠菜叶、黑藻叶等)低温诱导植物细胞染色体数目的变化死细胞染色体甲紫溶液洋葱根尖细胞染色前需漂洗干净探究植物细胞的吸水和失水活细胞紫色中央液泡的大小和原生质层的位置无须染色紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞2.鉴定、提取类实验(1)鉴定实验的操作流程。(2)具体实验的几项比较分析。实验名称试剂颜色生物材料备注还原糖的鉴定斐林试剂砖红色沉淀苹果或梨匀浆等现配现用、水浴加热脂肪的鉴定苏丹Ⅲ染液橘黄色花生种子切片需用高倍显微镜观察蛋白质的鉴定双缩脲试剂紫色豆浆、稀蛋清等先加A液,后加B液,摇匀使用酒精的鉴定重铬酸钾溶液橙色→灰绿色酵母菌酸性条件CO2的鉴定溴麝香草酚蓝溶液蓝→绿→黄酵母菌常温条件绿叶中色素的提取和分离提取液:无水乙醇;分离液:层析液①胡萝卜素:橙黄色;②叶黄素:黄色;③叶绿素a:蓝绿色;④叶绿素b:黄绿色新鲜的绿叶(如菠菜叶)加入二氧化硅有助于研磨得充分;碳酸钙可防止研磨中色素被破坏DNA的粗提取与鉴定二苯胺试剂蓝色新鲜洋葱等沸水浴加热5 min3.探究类实验(1)一般操作流程模板。(2)具体实验中的变量分析。实验名称自变量因变量无关变量探究植物细胞的吸水和失水外界溶液浓度植物细胞的状态(中央液泡的大小、原生质层的位置及细胞大小)植物细胞的种类、发育程度、温度等探究温度对淀粉酶活性的影响不同温度酶的活性(加碘液后溶液颜色的变化)pH、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等探究pH对过氧化氢酶活性的影响不同pH酶的活性(气泡的数量或带火星的卫生香燃烧的猛烈程度)温度、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等探究酵母菌细胞呼吸的方式 氧气的有无CO2生成量(澄清石灰水的混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短);酒精的产生(用酸性重铬酸钾溶液检测)葡萄糖溶液的量和浓度、澄清石灰水的量、温度、pH、锥形瓶的洁净程度等探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用不同浓度的植物生长调节剂插条的生根数量或长度实验材料的一致性、处理时间的一致性等探究培养液中酵母菌种群数量的变化时间酵母菌种群数量培养液的成分、培养条件、空间等4.调查类实验(1)一般操作流程模板。(2)具体实验的调查对象、统计方法和计算方法分析。调查类实验课题调查对象统计方法计算方法调查人群中某遗传病的发病率人群汇总法某种遗传病的发病率=某种遗传病的患病人数÷某种遗传病的被调查人数×100%调查人群中某遗传病的遗传方式患者家系汇总法绘制图表或系谱图进行分析种群密度的取样调查活动能力强、活动范围大的动物标记重捕法个体总数(N)=初次捕获个体数(n)×再次捕获个体数(M)÷重捕的标记个体数(m),以此来估计种群密度植物或活动能力弱的动物样方法种群密度=所有样方种群密度的平均值调查当地某个生态系统中的能量流动情况某个生态系统汇总法能量传递效率=[第(n+1)营养级的同化量÷第n营养级的同化量]×100%研究土壤中小动物的类群丰富度土壤中小动物记名计算法或目测估计法—[思维拓展]1.可溶性还原糖检测中不宜选择甜菜、甘蔗等作为实验材料的原因是什么?提示:含大量蔗糖,还原糖含量很少。2.探究培养液中酵母菌种群数量变化与时间的关系,在吸取培养液计数前,要轻轻振荡几次试管,目的是什么?如果一个小方格内酵母菌数量过多,难以数清,应当采取的措施是什么?提示:使酵母菌分布均匀。稀释含有酵母菌的培养液。借助实验材料、试剂或药品的选择,考查科学探究能力1.(不定项)为探究酵母菌细胞呼吸的方式,某同学用有关材料设计如图所示的装置。A瓶注入煮沸的质量分数为0.1 g/mL葡萄糖溶液 1 L;B、C瓶注入未经煮沸的质量分数为0.1 g/mL葡萄糖溶液1 L;向A、B瓶中加入等量的酵母菌培养液,C瓶中不加入酵母菌培养液;向A瓶中注入液体石蜡;3个瓶中放入温度计,并用棉塞塞住瓶口,以固定温度计并保证保温瓶通气。下列有关说法正确的是(　BCD　)A.A瓶中的溶液煮沸并注入液体石蜡的主要目的是杀死杂菌B.24 h后温度计的读数B>A>C,说明了酵母菌既能进行有氧呼吸,又能进行无氧呼吸C.倒掉液体石蜡,闻一闻A瓶内有酒味,说明酵母菌无氧呼吸时能产生酒精D.C瓶是对照组,A、B瓶是实验组解析:A瓶中的溶液煮沸并注入液体石蜡的主要目的是保证无氧条件;24 h后温度计的读数B>A>C,说明了酵母菌既能进行有氧呼吸,又能进行无氧呼吸;酵母菌无氧呼吸时产生酒精,故能闻到A瓶内有酒味;A、B瓶与C瓶形成对照,C瓶是对照组,A、B瓶是实验组。2.生物学是以实验为基础的科学。下列关于实验的叙述,正确的是(　D　)A.在大豆种子匀浆液中加入斐林试剂,液体由蓝变成紫色B.可通过观察溴麝香草酚蓝溶液是否变色来判断酵母菌的呼吸方式C.鉴定花生子叶脂肪时,苏丹Ⅲ染液染色前需先用50%的酒精对子叶进行处理D.观察植物细胞有丝分裂实验,质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精混合液使细胞相互分离开来解析:大豆种子的主要成分是蛋白质,双缩脲试剂是鉴定蛋白质的试剂,与蛋白质发生紫色反应,而斐林试剂与还原糖在加热条件下反应产生砖红色沉淀;酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生二氧化碳,都可使溴麝香草酚蓝溶液的颜色发生变化,不可据此判断酵母菌的呼吸方式;花生子叶脂肪鉴定实验中,苏丹Ⅲ染液染色后需先用50%的酒精洗去浮色;解离液由质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精组成,目的是使组织细胞相互分离。围绕实验原理及操作过程,考查综合应用能力3.(2022·山东菏泽一模)生物学实验中经常用到定性分析和定量分析,前者是确定研究对象是否具有某种性质或某种关系,后者是研究观察对象的性质、组成和影响因素之间的数量关系。下列有关探究光合作用的实验表述错误的是(　A　)A.“探究光照强度对光合作用强度的影响”需定量分析有光和无光条件下光合作用速率的不同B.“光合作用的探究历程”中的实验主要是定性分析,以探究光合作用的条件、原料和产物等C.“探究光合作用的最适温度”先要设计温度梯度比较大的预处理实验来定量分析实验条件D.“探究环境因素对光合作用强度的影响”的定量分析实验中可以用O2释放量作为观测指标解析:“探究光照强度对光合作用强度的影响”自变量应该是光照强度,即定量分析不同光照强度下光合作用速率的不同;“光合作用的探究历程”中,实验目的就是确定光合作用这一未知的生理过程的条件、原料、产物、场所等;“探究光合作用的最适温度”需要先做预实验,也就是先设计一组温度梯度比较大的实验,属于定量分析;“探究环境因素对光合作用强度的影响”自变量是不同的环境因素(光照强度、光质、CO2浓度、温度等),但因变量都是光合作用速率,而O2释放量是净光合速率,可以代表特定条件下光合速率的大小。[技法点拨]　教材实验操作技巧(1)物质鉴定类。利用化学试剂与相关物质产生特定颜色反应,进行物质检测时,如实验材料本身具有其他颜色,在检测前首先要进行脱色处理。(2)显微观察类实验要先制片,不同材料用不同的制片方法。主要有装片法(把整个实验材料制成装片,如用葫芦藓观察叶绿体)、切片法(把材料切成薄片,以便观察,如脂肪的鉴定)和压片法(把材料压成一层薄片,以便观察,如观察根尖细胞的有丝分裂)三种。(3)以成熟的植物细胞为材料,利用质壁分离也可以鉴定细胞死活。(4)用物理或化学试剂诱变时,处理的材料应该是具有分裂能力的组织或细胞;观察染色体变异时,一定要选择正处于分裂期的细胞进行观察。4.(不定项)将同一紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞制成两组相同的临时装片,分别放入甲、乙两种溶液中,测得细胞失水量变化如图所示。下列叙述错误的是(　ABC　)A.A点时水分不再进出细胞,质壁分离达到最大程度B.BC段细胞失水量逐渐降低,但细胞吸水能力逐渐增强C.发生质壁分离复原的细胞对应的曲线是Ⅱ,C点后会逐渐复原D.甲、乙两种溶液的初始渗透压大致相等解析:A点时水分进出细胞的量达到平衡,此时,质壁分离达到最大程度;BC段细胞失水量逐渐降低,细胞液浓度也逐渐变小,因此细胞吸水能力逐渐减弱;结合题图分析可知,发生质壁分离自动复原的细胞对应的曲线是Ⅱ,C点时细胞已经复原;根据实验设计的单一变量原则分析,甲、乙两种溶液的初始渗透压应大致相等,自变量应该是溶质不同。热点二　实验设计与完善 [情境引领]视网膜缺血再灌注损伤(RIRI)是很多眼科疾病共同的病理损伤过程,如青光眼、视网膜动静脉阻塞等。大鼠RIRI会促进IL-1β的合成,从而造成神经节细胞损伤。藏红花是我国传统名贵药材,目前已经发现其药理成分藏红花素具有神经保护、心肌保护、增强记忆的功效。请利用以下实验材料及用具,设计实验验证藏红花素对RIRI大鼠的神经节细胞具有保护作用。实验材料及用具:生理状态相同的正常大鼠若干只,视网膜缺血再灌注手术设备,藏红花素溶液用生理盐水配制,生理盐水,注射器,IL-1β检测仪等。实验思路:　             ; 预测结果:　            。 提示:实验思路为取生理状况相同的正常大鼠若干只,通过视网膜缺血再灌注手术制备RIRI模型大鼠。将模型大鼠随机均分为A、B两组,A组注射适量的藏红花素溶液,B组注射等量生理盐水,相同且适宜条件下饲养一段时间后,用IL-1β检测仪检测大鼠体内IL-1β的含量。预测结果为A组大鼠体内IL-1β的含量低于B组。 [基础巩固]1.变量法寻找实验目的(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,此即为该实验的目的。(2)根据实验装置或实验现象,推断实验目的。此类试题首先应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,此即实验的目的。2.三段法分析实验原理(1)实验原理一般由三段组成。自变量和因变量的关系+因变量的观测指标+实验具体过程描述。(2)自变量的作用(反应)原理,即“为什么这么做”。要密切关注实验目的及题干信息,注意充分利用题干的提示或联系教材基础知识进行准确描述。(3)因变量的检测原理(或操作原理、现象原理),即“为什么出现这样的现象”,可参考题中相关实验步骤。3.实验变量控制原则(1)自变量的控制原则——单一变量原则。(2)无关变量控制原则——等量适宜原则。(3)因变量的控制原则——可观测性原则。4.“四步法”规范书写实验步骤(1)材料分组编号(设置对照实验)。(2)对不同的对象施以不同的处理(控制自变量)。(3)给以相同且适宜的条件(控制无关变量)。(4)实验结果的观察与记录(因变量的观测)。5.实验结果的预测(1)探究性实验结果的预测对应假设,常需分类讨论,实验结论要根据可能的实验结果进行分析。(2)验证性实验的结果与相应结论只需考虑一种情况。一般只有一个结果和一个相应的结论且结论就在题目中,如“验证……”“证明……”等。实验结论对应实验目的应得出肯定结论。6.实验设计的一般流程实验操作细节的设计要合理规范、切实可行、言简意赅。书面表达是解答实验设计题最关键的部分,在书写实验步骤时应注意以下几点:(1)步骤设计一般不宜连续描述,而是分段叙述,并加以编号。(2)为使叙述更简洁,对试管、烧杯等实验器材一般要加以分组、编号,如A、B或甲、乙等。(3)叙述中尽量用规范的实验术语,不能使用含糊的口语,如“等量”不宜说成“一样多”等。(4)一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化表达,尽可能用“相同”“适宜”或“适量”等“定性”的语言表达。(5)实验设计中适时出现“其他培养条件相同”或“培养相同一段时间后”等都是很好的得分点。(6)题目给出的实验材料和试剂一般应充分利用,除非题目条件允许,否则不能自己随意增减实验材料和试剂。7.“五看法”评价实验设计围绕变量的控制、结果的检测等考查实验探究能力1.植物的生长发育受到多种植物激素的共同调节,如一定浓度的生长素和赤霉素均可促进茎秆伸长。回答下列问题。(1)赤霉素促进茎秆伸长是通过促进             实现的。(2)科学家研究了生长素的含量对赤霉素合成的影响,实验结果如图。根据下图,甲同学得出了“植物顶端产生的生长素可促进赤霉素合成”的结论,乙同学则得出“植物顶端可合成赤霉素,与生长素无关”的结论,你认为哪名同学的推断合理并说明理由:       　。 (3)科学家获得了株高低于野生型的水稻矮化突变体品系(品系是指同一祖先、性状相同的一群个体)。请设计实验探究该矮化突变体是赤霉素合成缺陷型还是赤霉素不敏感型。简要写出实验思路和对应的预期结果。解析:(1)赤霉素的主要作用是促进细胞伸长,从而引起植株增高,因此赤霉素促进茎秆伸长是通过促进细胞伸长实现的。(2)据图比较去顶组、去顶后在顶端施加生长素组与不作处理(保留顶端)组的赤霉素含量,去顶组的赤霉素含量较少,而去顶后在顶端施加生长素组的赤霉素含量较高,由此说明施加生长素可恢复甚至提高植株的赤霉素含量,进一步说明顶端产生的生长素可促进赤霉素的合成,甲同学的推断合理。(3)本实验的目的是探究该矮化突变体是赤霉素合成缺陷型还是赤霉素不敏感型,实验自变量为是否用赤霉素溶液处理该矮化突变体,检测指标是植株的高度,实验设计思路:将生长状态相似的突变体随机均分为两组,一组用赤霉素溶液处理,另一组用等量清水处理作为对照,将两组植株放置在相同且适宜的环境中生长一段时间,然后分别测定两组植株的株高,统计并计算平均值,若赤霉素组平均株高明显高于清水组,则该矮化突变体为赤霉素合成缺陷型,若两组株高平均值无明显差异,则该矮化突变体为赤霉素不敏感型。答案:(1)细胞伸长(2)甲同学的推断合理,由图可知,去顶后在顶端施加生长素可恢复甚至提高植株的赤霉素含量(3)实验思路:将生长状态相似的突变体随机均分为两组,一组用赤霉素溶液处理,另一组用等量清水处理,将两组植株放置在相同且适宜的环境中生长一段时间,然后分别测定两组植株的株高,统计并计算平均值。预期结果:如果赤霉素组平均株高明显高于清水组,则为赤霉素合成缺陷型;如果两组株高平均值无明显差异,则为赤霉素不敏感型。2.(2022·湖北武汉二模)肿瘤细胞的一种免疫逃逸机制如图所示,回答下列问题。(1)该机制中,肿瘤细胞会大量表达PD-L1蛋白,PD-L1与T细胞表面的PD-1结合,从而抑制T细胞的活化,主要抑制了　　　　　　(填“体液免疫”或“细胞免疫”)过程,使肿瘤细胞得以逃逸。针对这种免疫逃逸机制,可以研发与　        特异性结合的抗体作为治疗肿瘤的药物。目前已有多种相关的单克隆抗体药物上市,生产这些药物需用到的动物细胞工程技术有　             。 (2)虽然上述抗体疗法广受好评,但只对部分肿瘤有效。后来,科学家发现了一种全新的、存在于多种肿瘤中的免疫抑制分子Siglec-15。研究还发现,肿瘤细胞表面的PD-L1和Siglec-15的表达是互斥的,据此可将肿瘤大体分为两类:Ⅰ类,PD-L1高表达,Siglec-15无表达;Ⅱ类,Siglec-15高表达,PD-L1无表达。推测使用Siglec-15的抗体对治疗　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)类肿瘤更为有效。 (3)为探究免疫抑制分子Siglec-15的受体是否也为PD-1,请以健康小鼠、抗PD-1的抗体、　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)类肿瘤细胞、生理盐水等为主要材料,以小鼠体内肿瘤是否生长为观测指标设计实验,写出实验思路,并预期实验结果及结论。 解析:(1)抑制T细胞的活化,主要抑制的是细胞免疫过程,使肿瘤细胞得以逃逸。(2)若有Siglec-15的抗体,则会与肿瘤细胞表面的Siglec-15特异性结合并破坏Siglec-15,使T细胞可以正常活化,从而发挥正常的免疫监视能力,所以推测使用Siglec-15的抗体对治疗Ⅱ类肿瘤更为有效。(3)根据实验目的,自变量为是否注射抗PD-1的抗体,因变量为小鼠体内肿瘤生长情况,其他的为无关变量,实验思路和预期结果及结论见答案。答案:(1)细胞免疫　PD-L1蛋白　动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体(2)Ⅱ(3)Ⅱ　实验思路:将健康小鼠随机分成A、B两组,分别注射等量的Ⅱ类肿瘤细胞,然后A组注射一定量的生理盐水,而B组注射与A组生理盐水等量的抗PD-1的抗体,观察A、B两组小鼠体内肿瘤是否生长。预期实验结果及结论:若观察A、B两组小鼠体内肿瘤都生长,则免疫抑制分子Siglec-15的受体不是PD-1;若观察A组小鼠体内肿瘤生长,而B组小鼠体内肿瘤不生长,则免疫抑制分子Siglec-15的受体是PD-1。 [总结提升]常见对照原则类型(1)空白对照:指不作任何实验处理的对照组,其能清晰地对比和衬托出实验组的变化和结果,增强说服力。(2)自身对照:指实验与对照在同一对象上进行,即不另设对照组,自身对照,方法简便,关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异,实验处理前的对象的状况为对照组,实验处理后的对象变化则为实验组。(3)条件对照:指虽给对象施以某种实验处理,但这种处理是作为对照的,或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量。(4)相互对照:指不另设对照组,而是几个实验组相互对照,较好地平衡和抵消无关变量的影响,使实验结果更具有说服力。