2023届高考生物二轮复习设计类实验学案

这是一份2023届高考生物二轮复习设计类实验学案，共17页。

第三讲　设计类实验

核心知识·精解读
HE XIN ZHI SHI JING JIE DU
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)取材分组编号(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(因变量的预测)。
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．“五看法”评价实验设计题

核心考点一　阐述实验原理

考题解密
1．(2021·1月浙江选考)1897年德国科学家毕希纳发现，利用无细胞的酵母汁可以进行乙醇发酵；还有研究发现，乙醇发酵的酶发挥催化作用需要小分子和离子辅助。某研究小组为验证上述结论，利用下列材料和试剂进行了实验。
材料和试剂：酵母菌、酵母汁、A溶液(含有酵母汁中的各类生物大分子)、B溶液(含有酵母汁中的各类小分子和离子)、葡萄糖溶液、无菌水。
实验共分6组，其中4组的实验处理和结果如下表。
组别
实验处理
实验结果
①
葡萄糖溶液＋无菌水
－
②
葡萄糖溶液＋酵母菌
＋
③
葡萄糖溶液＋A溶液
－
④
葡萄糖溶液＋B溶液
－
注：“＋”表示有乙醇生成，“－”表示无乙醇生成
回答下列问题：
(1)除表中4组外，其它2组的实验处理分别是：__葡萄糖溶液＋酵母汁__；__葡萄糖溶液＋A溶液＋B溶液__。本实验中，这些起辅助作用的小分子和离子存在于酵母菌、__酵母汁和B溶液__。
(2)若为了确定B溶液中是否含有多肽，可用__双缩脲__试剂来检测。若为了研究B溶液中离子M对乙醇发酵是否是必需的，可增加一组实验，该组的处理是__葡萄糖溶液＋A溶液＋去除了离子M的B溶液__。
(3)制备无细胞的酵母汁，酵母菌细胞破碎处理时需加入缓冲液，缓冲液的作用是__保护酶分子空间结构和提供酶促反应的适宜pH__，以确保酶的活性。
(4)如何检测酵母汁中是否含有活细胞？(写出2项原理不同的方法及相应原理)__染色后镜检，原理是细胞膜具有选择透过性；酵母汁接种培养观察，原理是酵母菌可以繁殖。__
【解析】　(1)结合分析可知：为验证上述无细胞的酵母汁可以进行“乙醇发酵”及“乙醇发酵的酶发挥催化作用需要小分子和离子辅助”的结论，还需要加设两组实验，一组为葡萄糖溶液＋酵母汁(预期实验结果为有乙醇生成)，另外一组为葡萄糖溶液＋A溶液(含有酵母汁中的各类生物大分子，包括相关酶)＋B溶液(含有酵母汁中的各类小分子和离子)，此组预期结果为有乙醇生成；本实验中，起辅助作用的小分子和离子可在酵母菌(细胞中含有各类物质)、酵母汁和B溶液(含有酵母汁中的各类小分子和离子)中存在。(2)多肽用双缩脲试剂进行检测；据题干信息可知，M离子存在于B溶液中，故为验证M对乙醇发酵是否为必需的，则应加设一组实验，即葡萄糖溶液＋A溶液＋去除了离子M的B溶液；若有乙醇生成，则证明M不是必须的，若无乙醇生成，则证明M是必须的。(3)酶的作用条件温和，需要适宜的温度和pH等条件，实验中缓冲液的作用是保护酶分子空间结构和提供酶促反应的适宜pH。(4)检测酵母汁中是否含有活细胞的方法有：染色后镜检，原理是细胞膜具有选择透过性；若为死细胞，则能被染色；酵母汁接种培养观察，原理是酵母菌可以繁殖；一段时间后若酵母菌数量增加，则含有活细胞。

变式突破
1．(2021·全国甲卷高考真题)用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制备了DNA片段甲(单链)，对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如下。

回答下列问题：
(1)该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P，原因是__dATP脱去β、γ位上的两个磷酸基团后，则为腺嘌呤脱氧核苷酸，是合成DNA的原料之一__。
(2)该研究人员以细胞为材料制备了染色体样品，在混合操作之前去除了样品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是__防止RNA分子与染色体DNA的W基因片段发生杂交__。
(3)为了使片段甲能够通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合，需要通过某种处理使样品中的染色体DNA__解旋__。
(4)该研究人员在完成上述实验的基础上，又对动物细胞内某基因的mRNA进行了检测，在实验过程中用某种酶去除了样品中的DNA，这种酶是__DNA酶__。
【解析】　(1)dA－Pα～Pβ～Pγ脱去β、γ位上的两个磷酸基团后，则为腺嘌呤脱氧核苷酸，是合成DNA的原料之一。因此研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P。(2)RNA分子也可以与染色体DNA进行碱基互补配对，产生杂交带，从而干扰32P标记的DNA片段甲与染色体DNA的杂交，故去除RNA分子，可以防止RNA分子与染色体DNA的W基因片段发生杂交。(3)DNA分子解旋后的单链片段才能与32P标记的DNA片段甲进行碱基互补配对，故需要使样品中的染色体DNA解旋。(4)DNA酶可以水解DNA分子从而去除了样品中的DNA。
2．果蝇的眼色伊红、淡色和乳白分别由复等位基因e、t和i控制，复等位基因不位于Y染色体上。研究小组做了如下杂交实验。
P：淡色眼(♀)×伊红眼()→F1：伊红眼(♀)∶乳白眼()∶淡色眼()＝2∶1∶1。
据此回答问题：
(1)基因e、t和i之间的显隐性关系为__基因e对基因t为完全显性，基因t对基因i为完全显性，基因e对基因i为完全显性__，若只考虑眼色的遗传，雄果蝇基因型有__3__种。
(2)F1中雄果蝇出现乳白眼和淡色眼两种表现型的原因是__亲本雌果蝇产生了Xt和Xi两种雌配子，则F1中雄果蝇基因型为XtY和XiY__。
(3)如图表示某雄果蝇某一时期的细胞分裂图像，图中细胞的名称是__次级精母细胞__。如果图中M染色体某一位置上的基因为e，N染色体相同位置上的基因为E，其原因是__精原细胞发生了基因突变__。

【解析】　(1)杂交亲本为“淡色眼(♀)×伊红眼()”，F1表现型及比例为“伊红眼(♀)∶乳白眼()∶淡色眼()＝2∶1∶1”，说明发生了性状分离，子代中出现亲本中没有的性状(乳白眼)为隐性性状，即乳白眼相对于淡色眼和伊红眼是隐性性状；使F1中伊红眼占2份，说明伊红眼相对于淡色眼为显性，因此基因e、t和i之间的显隐性关系为基因e对基因t为完全显性，基因t对基因i为完全显性，基因e对基因i为完全显性。由于F1中眼色性状有明显的性别差异，且试题已经给出相关基因不在Y染色体上，则三个与眼色有关的基因只位于X染色体上。只考虑眼色的遗传，雄果蝇的基因型有3种：XeY、XtY、XiY。(2)亲本中雌果蝇的基因型为XtXi，产生的卵细胞有Xt和Xi两种，则F1中雄果蝇的基因型为XtY和XiY，表现型分别为淡色眼和乳白眼。亲本中雌果蝇的基因型为XtXi，产生的卵细胞有Xt和Xi两种”，或者表述为“亲本雌果蝇产生了Xt和Xi两种配子”。(3)图中所示细胞的姐妹染色单体已经分开成为2条染色体，且共有8条染色体(果蝇体细胞中有8条染色体)，故该细胞处于减数第二次分裂的后期，处于此时期的雄果蝇体内细胞的名称是次级精母细胞；图中M染色体某一位置上的基因为e，N染色体相同位置上的基因为E，二者为等位基因，由于染色体片段没有发生交叉互换(Y染色体上无相关基因)，出现这一现象的原因就只能是发生了基因突变(不能回答“突变”，因为突变包括基因突变和染色体变异)，基因突变最可能发生在精原细胞DNA复制期。
核心考点二　实验思路与实验步骤的设计

考题解密
2．(2022·浙江6月，30)为研究物质X对高血糖症状的缓解作用，根据提供的实验材料，完善实验思路，预测实验结果，并进行分析与讨论。
实验材料：适龄、血糖正常的健康雄性小鼠若干只，药物S(用生理盐水配制)，物质X(用生理盐水配制)，生理盐水等。(要求与说明：实验中涉及的剂量不作具体要求。小鼠血糖值>11.1 mmol/L，定为高血糖模型小鼠。饲养条件适宜)
回答下列问题：
(1)完善实验思路：
①适应性饲养：选取小鼠若干只，随机均分成甲、乙、丙3组。正常饲养数天，每天测量小鼠的血糖，计算平均值。
②药物S处理：
甲组：每天每只小鼠腹腔注射一定量生理盐水
乙组：每天每只小鼠腹腔注射一定量药物S
丙组：__每天每只小鼠腹腔注射一定量药物S__
连续处理数天，每天测量小鼠的血糖，计算平均值，直至建成高血糖模型小鼠。
③物质X处理：
甲组：__每天每只小鼠灌胃一定量生理盐水__
乙组：每天每只小鼠灌胃一定量生理盐水
丙组：__每天每只小鼠灌胃一定量物质X__
连续处理若干天，每天测量小鼠的血糖，计算平均值。
(2)预测实验结果：
设计一张表格，并将实验各阶段的预期实验结果填入表中。
(3)分析与讨论：
已知药物S的给药途径有腹腔注射和灌胃等，药物S的浓度和给药途径都会影响高血糖模型小鼠的建模。若要研究使用药物S快速建成高血糖模型小鼠，则可通过__设置一系列浓度梯度的药物S，每个浓度进行不同的给药途径，比较不同组合建模成功所需的时间__，以确定快速建模所需药物S的适宜浓度和给药途径的组合。
【答案】(2)
组别
实验阶段
适应性饲养
药物S处理
物质X处理
甲组
正常
正常
正常
乙组
正常
逐渐升高至>11.1 mmol/L
>11.1mmol/L
丙组
正常
逐渐升高至>11.1 mmol/L
逐渐下降，但高于正常水平
【解析】　(1)适应性饲养使小鼠适应实验环境，正常饲养小鼠数天，甲乙丙三组的血糖值正常。药物S处理时甲组：每天每只小鼠腹腔注射一定量生理盐水，则甲组作为对照组。该实验的目的是研究物质X对高血糖症状的缓解作用，需要药物处理乙组和丙组使小鼠出现高血糖症状，因此药物S处理时乙组和丙组：每天每只小鼠腹腔注射一定量药物S。在物质X处理时乙组作为对照组，丙组作为实验组，一组给物质X，一组没有物质X，以探究物质X对高血糖症状的缓解作用。物质X处理时，遵循实验单一变量，乙组给药途径是灌胃，则甲组作为空白对照，甲组每天每只小鼠灌胃一定量生理盐水；乙组：每天每只小鼠灌胃一定量生理盐水；丙组：每天每只小鼠灌胃一定量物质X。(2)该实验将小鼠分为甲、乙、丙3组，进行三个阶段实验，即适应性饲养阶段、药物S处理、物质X处理，记录血糖值变化。正常饲养数天，甲乙丙三组的血糖值正常。甲组作为对照组，均是生理盐水处理，因此甲组在药物S处理和物质X处理时所测得的血糖值正常；乙小鼠血糖值>11.1 mmol/L，定为高血糖模型小鼠，药物S处理阶段，乙组小鼠腹腔注射一定量药物S，会使血糖升高，逐渐升高至>11.1 mmol/L；物质X处理阶段乙组小鼠灌胃一定量生理盐水，不会缓解高血糖症状，血糖值依然>11.1 mmol/L；药物S处理阶段，丙组小鼠腹腔注射一定量药物S，会使血糖升高，逐渐升高至>11.1 mmol/L；如果物质X对高血糖症状有缓解作用，则物质X处理阶段丙组小鼠的血糖值逐渐下降，但高于正常水平。实验各阶段的预期实验结果如表所示(实验各阶段的小鼠血糖值变化)
组别
实验阶段
适应性饲养
药物S处理
物质X处理
甲组
正常
正常
正常
乙组
正常
逐渐升高至>11.1 mmol/L
>11.1mmol/L
丙组
正常
逐渐升高至>11.1 mmol/L
逐渐下降，但高于正常水平
(3)要使用药物S快速建成高血糖模型小鼠，需要明确快速建模成功所需的药物S浓度，同时也需要确定哪种给药途径能快速建模成功，因此将具体的药物S浓度和给药途径组合起来以确定快速建模成功所需的时间，可通过设置一系列浓度梯度的药物S，每个浓度进行不同的给药途径，比较不同组合建模成功所需的时间，以确定快速建模所需药物S的适宜浓度和给药途径的组合。

变式突破
3．(2022·武威模拟)固氮过程主要是在共生体植物根部特化的结构——根瘤中进行的。根瘤菌可以侵染根部表层细胞，诱导苜蓿根部根瘤的形成。有植物生理学家推测，根瘤菌产生细胞分裂素诱导了根瘤的形成。请以提供的苜蓿幼苗、根瘤菌、清水、适宜浓度的细胞分裂素溶液等，写出能验证该推测的实验思路、预期实验结果和结论。
(1)实验思路：__将苜蓿苗平均分成甲、乙、丙、丁四组；甲组接种一定数量根瘤菌，乙组用培养过根瘤菌的培养液处理，丙组用适宜浓度的细胞分裂素处理，丁组用清水处理；相同时间后记录根瘤的产生情况__。
(2)预期的实验结果及结论：__若甲、乙、丙组根瘤的产生情况相近，丁组不产生根瘤，说明推测合理；若甲产生根瘤，乙、丙、丁都没有产生，说明推测不合理__。
【解析】　(1)实验思路：将苜蓿幼苗平均分成甲、乙、丙、丁四组；甲组接种一定数量根瘤菌，乙组用培养过根瘤菌的培养液处理，丙组用适宜浓度的细胞分裂素处理，丁组用清水处理；相同时间后记录根瘤的产生情况。(2)预期的实验结果及结论：若甲、乙、丙组根瘤的产生情况相近，丁组不产生根瘤，说明推测合理；若甲产生根瘤，乙、丙、丁都没有产生，说明推测不合理。
4．(2022·马鞍山模拟)研究发现GTSE1基因在原发性肝癌细胞中表达量的明显升高会导致肝癌细胞对化疗药物5-氟尿嘧啶(5-FU)的敏感性下降。为了验证上述结论，某同学进行了如下实验。实验材料：肝癌细胞株Hep-G2，培养液，siRNA(可与GTSE1的mRNA形成双链)，5-氟尿嘧啶(5-FU)溶液，卡式瓶，比浊计，生理盐水等。
(说明：实验条件适宜；每隔24 h测定一次，连续培养48 h；siRNA转入和相关物质含量测定具体方法不作要求)
(1)实验思路：
①取卡式瓶若干，__平均分为三组，编号甲、乙、丙，分别加入等量的肝癌细胞株Hep-G2和培养液，同时测定各组中混浊度和GTSE1蛋白含量__。
②分组处理如下：甲组加入适量生理盐水，__乙组加入等量的5-FU溶液，丙组用siRNA转染后再加入等量的5-FU溶液__。
③将各组材料置于CO2培养箱中培养48 h，测定各组混浊度和GTSE1蛋白含量。
④统计并分析实验数据。
(2)预测实验结果。(以柱形图的形式呈现，初始值直接标注于坐标轴上)
(3)分析与讨论：
①5-FU作为常用的抗癌药物，可直接作为__RNA合成(或转录)__的原料，也可转变为氟尿嘧啶脱氧核苷酸，进而影响__DNA复制__。
②siRNA抑制肝癌细胞增殖的机理可能是__与GTSE1的mRNA结合导致无法翻译出GTSE1蛋白__。
【答案】　(2)

【解析】　(1)实验思路：①取卡式瓶若干，平均分为三组，编号甲、乙、丙，分别加入等量的肝癌细胞株Hep-G2和培养液，同时测定各组中混浊度和GTSE1蛋白含量。②分组处理如下：甲组加入适量生理盐水，乙组加入等量的5-FU溶液，丙组用siRNA转染后再加入等量的5-FU溶液。③将各组材料置于CO2培养箱中培养48 h，测定各组混浊度和GTSE1蛋白含量。④统计并分析实验数据。(2)预测实验结果：甲组作为对照，GTSE1蛋白含量多，又缺少5-氟尿嘧啶(5-FU)溶液的作用，导致该组混浊度最高。乙组虽然GTSE1蛋白含量和甲一样多，但是有5-氟尿嘧啶(5-FU)溶液的作用，所以其混浊度比甲组的低。丙组用siRNA转染后又加入等量的5-FU溶液，GTSE1蛋白含量最少，所以混浊度最低(图示见答案)。(3)分析与讨论：①5-FU作为常用的抗癌药物，可直接作为RNA合成(或转录)的原料，从而影响翻译过程，也可转变为氟尿嘧啶脱氧核苷酸，进而影响DNA复制。②siRNA可与GTSE1的mRNA形成双链，siRNA抑制肝癌细胞增殖的机理可能是与GTSE1的mRNA结合，导致GTSE1的mRNA无法翻译出GTSE1蛋白，使肝癌细胞对5-氟尿嘧啶(5-FU)敏感，抑制它的增殖。
核心考点三　准确表达实验结果和实验结论

考题解密
3．(2021·湖北，21)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合，酶的活性能恢复)；另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。
实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋(人工合成半透膜)，试管，烧杯等。为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路，并写出实验预期结果。
(1)实验设计思路
取__2__支试管(每支试管代表一个组)，各加入等量的酶A溶液，再分别加等量__甲物质溶液、乙物质溶液__，一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。
(2)实验预期结果与结论
若出现结果①：__透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高__。
结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②：__透析前后，两组的酶活性均不变__。
结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③：__加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高，加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变__。
结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④：__加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变，加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高__。
结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。
【解析】　(1)分析题意可知，实验目的为探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，则实验的自变量为甲乙物质的有无，因变量为酶A的活性，实验设计应遵循对照与单一变量原则，故可设计实验如下：
取2支试管各加入等量的酶A溶液，再分别加入等量甲物质溶液、乙物质溶液(单一变量和无关变量一致原则)；一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。(2)据题意可知，物质甲和物质乙对酶A的活性有抑制，但作用机理未知，且透析前有物质甲和乙的作用，透析后无物质甲和物质乙的作用，前后对照可推测两种物质的作用机理，可能的情况有：①若甲、乙均为可逆抑制剂，则酶的活性能恢复，故透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高。②若甲、乙均为不可逆抑制剂，则两组中酶的活性均不能恢复，故透析前后，两组的酶活性均不变。③若甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂，则甲组中酶的活性可以恢复，而乙组不能恢复，故加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高，加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变。④若甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂，则甲组中酶的活性不能恢复，而乙组能恢复，故加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变，加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高。

变式突破
5．(2022·梧州模拟)有些果实在生长结束、成熟开始时，会出现呼吸强度突然升高的现象，称为“呼吸峰值”。请回答下列有关植物代谢的问题：
(1)植物的生长发育过程，从根本上讲是__基因组在一定时间和空间上程序性表达__的结果。
(2)研究发现在果实成熟过程中，细胞呼吸速率发生变化出现“呼吸峰值”，与乙烯有关。若利用乙烯的合成抑制剂进一步验证该激素与出现“呼吸峰值”的关系，进行如下实验，请补充实验步骤，并预测实验结果：
①挑选足量的无破损、生理状态一致的苹果，随机均分成A、B两组；
②A组(对照组)在__蒸馏水__中浸泡，B组在__等量一定浓度的乙烯合成抑制剂__中浸泡，处理相同时间后取出；
③从A、B两组中取出等量的苹果，分别放入两个相同的密闭容器内；
④利用仪器监测实验开始及之后每隔一小时容器内__CO2浓度__的变化，记录数据并进行比较。
实验结果：__与对照组(A组)相比，实验组(B组)的“呼吸峰值”出现延迟__。
【解析】　(1)植物的生长发育过程，从根本上讲是基因组在一定时间和空间上程序性表达的结果。(2)在果实成熟过程中，细胞呼吸速率发生变化出现“呼吸峰值”，与乙烯有关。可设计如下实验。实验步骤：①挑选足量的无破损、生理状态一致的苹果，随机均分成A、B两组；②A组在蒸馏水中浸泡，B组在等量一定浓度的乙烯合成抑制剂中浸泡，处理相同时间后取出；③从A、B两组中取出等量的苹果，分别放入两个相同的密闭容器内；测定CO2浓度，记录数据并进行比较。实验结果：与对照组(A组)相比，实验组(B组)的“呼吸峰值”出现延迟。
6．(2021·郑州模拟)为了解不同害虫防治策略对梨园土壤线虫的影响，科研人员将某梨园划分为三个区进行一年的实验研究。实验处理如下：
常规区：频繁化学防治，喷施化学杀虫药剂9次；
实验1区：农药减施防治，喷施化学杀虫药剂4次；
实验2区：植物源药剂防治，喷施药剂4次。
(1)为调查土壤线虫数量以及种类，科研人员在梨园中__随机__选择若干取样点，采用__取样器取样(或样方)__法进行调查。
(2)三个区线虫数量统计结果如图所示。该实验结果说明__在0～20_cm土壤中，减施防治有利于线虫生存，植物源药剂防治效果优于农药防治；＞20_cm土壤中，不同措施对土壤线虫无显著影响__。

(3)科研人员又根据线虫的生活习性和取食特点，将土壤线虫划分为4个营养类群，再根据调查得到的线虫种类，计算得到各营养类群的相对丰度如表。
相对丰度
营养类群
0～20 cm
＞20 cm
常规区
实验1区
实验2区
常规区
实验1区
实验2区
食细菌线虫
79.92
80.05
79.71
77.45
60.94
66.39
食真菌线虫
6.54
6.33
7.45
2.69
2.56
2.59
杂食—捕食线虫
5.77
5.68
5.52
4.45
4.42
4.20
植物寄生线虫
7.77
7.94
7.32
15.41
32.08
26.82
①梨园中的细菌、真菌、线虫和植物等各种生物共同构成了__生物群落__，各种线虫在土壤中的分层现象，体现了群落__垂直__的结构。
②在0～20 cm土层中，各营养类群线虫相对丰度在3个区之间均无显著性差异，而在＞20 cm土层中，实验区__食细菌线虫相对丰度下降，植物寄生线虫相对丰度升高__，其余均无显著性差异，群落结构发生了改变。
③土壤线虫食性多样化，使土壤生态系统营养结构更加复杂，这对提高生态系统的__抵抗力稳定性(或自我调节能力)__具有重要意义。
(4)综合上述实验结果，在农药胁迫较重的土壤浅层，土壤线虫各营养类群均受到影响，导致不同处理间差异主要体现在土壤线虫__数量__上，而在农药胁迫相对较轻的土壤深层，由于__植物寄生__线虫可能对农药更敏感，导致不同处理间的差异主要体现在线虫的相对丰度上。
【解析】　(1)土壤线虫数量以及种类的调查常用取样器取样的方法，取样时需要随机选择若干取样点。(2)分析数据，在0～20 cm的土层中频繁化学防治，使线虫数量明显降低，而植物源药剂防治区域的线虫的数量最多，所以得出结论：减施防治有利于线虫生存，植物源药剂防治效果优于农药防治，而超过20 cm的土层中，不同措施对土壤线虫无显著影响。(3)①同一地点全部的生物称为生物群落，不同生物在土壤中的分层现象体现了群落的垂直结构。②分析表格中的数据，在＞20 cm土层中，实验区食细菌线虫相对丰度下降，植物寄生线虫相对丰度升高。③生态系统营养结构越复杂，生态系统的抵抗力稳定性或自我调节能力越强。(4)从(3)结果看出在土壤表层，常规区频繁化学防治导致土壤线虫的数量明显下降，而深层中实验组的农药胁迫较轻，植物寄生线虫数量明显增加，说明其对农药更加敏感。
核心考点四　评价实验设计方案和实验操作步骤

考题解密
4．(2021·福建，20)长期酗酒会使肠道E球菌大量滋生，影响肠道菌群的组成，同时还会增加肠道壁的通透性，导致肠道细菌及其产物向肝脏转移，引起肝脏炎症。根据能否分泌外毒C(一种蛋白质毒素)，可将E球菌分为E＋(分泌外毒素C)和E－(不分泌外毒素C)。回答下列问题：
(1)科研人员对携带E＋和E－球菌的酒精性肝炎临床重症患者的生存率进行统计结果如图1所示。推测外毒素C__会__(填“会”或“不会”)加重酒精性肝炎病情。

(2)为进一步探究外毒素C与酒精性肝炎的关系，科研人员进行了相关实验。
Ⅰ.体外实验将分离培养的无菌小鼠肝脏细胞等分为A、B两组。在A组的培养液中加入外毒素C，B组的培养液中加入等量的生理盐水，培养相同时间后，检测肝脏细胞的存活率。若实验结果为__A组的肝脏细胞存活率低于B组__，则可以推测外毒素C对体外培养的小鼠肝脏细胞具有毒性作用。
Ⅱ.体内实验：将无菌小鼠分为6组进行相关实验，检测小鼠血清中谷丙转氨酶(ALT)的水平(ALT水平越高，肝脏损伤越严重)及统计肝脏E球菌的数量。实验分组和结果如图2所示。

①结果表明外毒素C能加重实验小鼠酒精性肝炎症状，灌胃I和Ⅱ的实验材料分别选用__C__和__B__。
A．生理盐水 B．E＋菌液
C．E－菌液 D．灭活的E＋菌液
E．灭活的E－菌液
②根据图2结果，外毒素C__不会__(填“会”或“不会”)影响实验小鼠肠道壁通透性，判断依据是__E和F组小鼠肝脏的E球菌数量基本相同__。
(3)目前尚无治疗酒精性肝炎的特效药。在上述研究的基础上，科研人员还利用专门寄生于E球菌的噬菌体有效治疗了酒精性肝炎模型小鼠，该实验的研究意义是__用噬菌体疗法有效治疗了小鼠酒精性肝炎，可为人类治疗酒精性肝炎提供一种新思路__。
【解析】　(1)据题图可知，E＋患者的180天生存率显著低于E－患者，而E＋可以分泌外毒素C，故推测外毒素C会加重酒精性肝炎病情，从而导致生存率下降。(2)Ⅰ.体外实验将分离培养的无菌小鼠肝脏细胞等分为A、B两组，实验设计应遵循单一变量原则，在A组的培养液中加入外毒素C，B组的培养液中加入等量的生理盐水，若外毒素C对体外培养的小鼠肝脏细胞具有毒性作用，则加入外毒素C的A组的肝脏细胞存活率低于B组。Ⅱ.①体内实验中检测指标为血清中谷丙转氨酶(ALT)的水平，实验设计应遵循对照与单一变量原则，由于是在体内进行的试验，故应选择E球菌进行实验，根据能否分泌外毒素C可分为E＋和E－，结合实验设计的单一变量原则及实验结果中F组的ALT水平最高可知，灌胃I和Ⅱ的实验材料分别选用E－菌液和E＋菌液。②若外毒素C能影响小鼠肠道壁通透性，则E球菌数量会有差异，据图可知，E和F组小鼠肝脏的E球菌数量基本相同，故推测外毒素C不会影响实验小鼠肠道壁通透性。

变式突破
7．某科研小组进行了不同碘摄入水平对Wistar大鼠甲状腺功能影响的实验，步骤如下：
第一步：取Wistar大鼠，随机分为六组。即低碘组，正常碘组，5倍、10倍、50倍、100倍高碘组；
第二步：低碘组饲喂低碘饲料，正常碘组饲喂等量正常饲料，后四组饲喂等量饲料且饲料中碘含量分别为正常组的5倍、10倍、50倍、100倍；
第三步：将六组Wistar大鼠在适宜条件下饲养6、12个月后分别测定各组鼠的甲状腺激素含量并记录。
回答下列问题：
(1)甲状腺激素具有__促进生长发育(包括中枢神经系统的发育)，提高神经系统的兴奋性__(最少答出两点)的功能。正常Wistar大鼠体内甲状腺激素浓度不会持续升高，主要原因是甲状腺激素过多会抑制下丘脑和垂体对TRH和TSH的分泌，这属于__负反馈__调节。
(2)改正实验步骤中的两处不妥当之处：①__取性别、年龄、体重和生理状况相同的Wistar大鼠__；②__饲养3个月，每周测定各组Wistar大鼠的甲状腺激素含量，记录并计算平均值__。
(3)实验结果：与正常组相比较，低碘组大鼠血清甲状腺激素水平明显降低，而高碘组大鼠随着饲喂时间的延长和摄入碘量的增加，血清甲状腺激素水平出现逐渐降低趋势。
实验结论：__碘缺乏或碘过量均可导致大鼠甲状腺功能下降，分泌甲状腺激素减少__。
【解析】　(1)甲状腺激素具有促进代谢活动，促进生长发育(包括中枢神经系统的发育)，提高神经系统的兴奋性的功能。正常Wistar大鼠体内甲状腺激素浓度不会持续升高，主要原因是甲状腺激素过多会抑制下丘脑和垂体对TRH和TSH的分泌，这属于负反馈调节。(2)本实验步骤中有两处不妥当之处：①对实验鼠的性别、年龄、体重和生理状况缺乏无关变量控制的描述；②对实验结果测定的选择不合理。(3)实验结果：与正常组相比较，低碘组大鼠血清甲状腺激素水平明显降低，而高碘组大鼠随着饲喂时间的延长和摄入碘量的增加，血清甲状腺激素水平出现逐渐降低趋势。实验结论为碘缺乏或碘过量均可导致大鼠甲状腺功能下降，分泌甲状腺激素减少。
8．帕金森病是一种影响中枢神经系统的慢性神经退行性疾病，主要影响运动神经系统。它的症状通常随时间推移而缓慢出现，早期明显的症状为静止性震颤、肌肉僵直、运动迟缓和步态异常，也可能有认知和行为问题。
(1)正常情况下，在突触小体内，多巴胺的储存场所是__突触小泡__。
(2)有一种观点认为，帕金森病的致病机理是脑部多巴胺能神经元的变性死亡，而引起死亡的原因之一是多巴胺能神经元胞外多巴胺的浓度过高。请结合图中的两种载体对多巴胺能神经元的这一死亡原因作进一步阐释：__多巴胺运载体被抑制，单胺运载体正常，导致突触间隙多巴胺浓度过高，引起多巴胺能神经元的变性死亡__。

(3)传统中药人参中的人参皂苷Rg1可以有效缓解帕金森病。某同学以小鼠作为实验材料，设计了如表方案，最终通过技术手段统计多巴胺能神经元细胞的死亡数目。

模型组
人参皂苷Rg1治疗组
步骤1
注射1 mL溶于生理盐水的MPTP，注射4次，每次间隔2小时
注射1 mL生理盐水，注射4次，每次间隔2小时
步骤2
每天注射1 mL生理盐水，连续3天
每天注射1 mL溶于生理盐水的人参皂苷Rg1，连续3天
注：MPTP能诱导多巴胺能神经元的变性死亡，使患者出现帕金森病症状。科学家常用MPTP诱导帕金森动物模型。
①该实验方案有两处错误，请你加以修正：(简要写出修正思路即可)
修正一：__设置一组健康鼠作为对照__；
修正二：__人参皂苷Rg1治疗组步骤1应与模型组相同__。
②本实验的预期实验结果是：__多巴胺能神经元细胞的死亡数目：模型组＞人参皂苷Rg1治疗组＞对照组__。
【解析】　(1)在突触小体内，多巴胺储存在突触小泡中。(2)据图分析可知，引起多巴胺能神经元死亡的原因是：多巴胺能神经元胞外多巴胺的浓度过高，多巴胺运载体被抑制，单胺运载体正常，导致突触间隙多巴胺浓度过高，引起多巴胺能神经元的变性死亡。(3)①修正一：设置一组健康鼠作为对照；修正二：人参皂苷Rg1治疗组步骤1应与模型组相同。②本实验的预期实验结果是多巴胺能神经元细胞的死亡数目：模型组＞人参皂苷Rg1治疗组＞对照组。