2011級高考理綜生物學(xué)知識(shí)內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建（7）
第七單元 實(shí)驗(yàn)——能力考查的重心
考情分析:
在近年的理科綜合能力測試中，實(shí)驗(yàn)作為重要的考查內(nèi)容，以突出學(xué)生學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)的考查為目標(biāo)，其分值比例逐年上升，試題呈現(xiàn)形式愈趨靈活多樣，且常常作為理綜全卷的壓軸題。
從2006年起，全國的各套理科綜合能力測試題，都對“實(shí)驗(yàn)與探究能力”的4個(gè)層次，作了較為全面的考查。
在高考理綜生物學(xué)試題中，實(shí)驗(yàn)作為重要的考查內(nèi)容，能突出學(xué)生學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)的考查，其分值比例逐年上升，而且常常作為理綜全卷的壓軸題。
目前，有關(guān)實(shí)驗(yàn)方面的考試要求，大都是以給出的部分信息，運(yùn)用邏輯思維進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)為主。它不但考查了考生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力：包括理解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙�；了解材料、用具，掌握�?shí)驗(yàn)方法步驟；會(huì)控制實(shí)驗(yàn)條（包括設(shè)立對照、重復(fù)實(shí)驗(yàn)）和使用實(shí)驗(yàn)儀器；會(huì)處理實(shí)驗(yàn)安全問題；會(huì)觀察，分析和解釋實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
認(rèn)真研究修訂后的考試大綱，可發(fā)現(xiàn)高考對實(shí)驗(yàn)與探究能力的考查明顯加強(qiáng)。主要表現(xiàn)為以下3個(gè)方面：
①在繼續(xù)注重考查教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)和技能基礎(chǔ)上，已轉(zhuǎn)向?qū)?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能的“移花接木”、遷移運(yùn)用上；
②創(chuàng)設(shè)新的情景，聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際，對一些生物學(xué)問題進(jìn)行初步探究，包括確認(rèn)變量、作出假設(shè)和預(yù)期、設(shè)計(jì)可行的研究方案、處理和解釋數(shù)據(jù)、根據(jù)數(shù)據(jù)作出合理的判斷等科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本思想；
③培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，考查學(xué)生科學(xué)思維的過程，考查對一些簡單實(shí)驗(yàn)方案作出恰當(dāng)評價(jià)和修改的能力。
因此，明了實(shí)驗(yàn)必須遵循的三大原則，熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟，是十分必要的。
1 高考生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的類型
高考生物學(xué)實(shí)驗(yàn)包括兩部分：①考試大綱規(guī)定的17個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)；②以本實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)適當(dāng)拓展的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評價(jià)。
1.1 教科書中必考的17個(gè)實(shí)驗(yàn)
《考試大綱》中“考試范圍”所列出的“實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)”共有17項(xiàng)，理解和掌握這些實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，是最基本的高考復(fù)習(xí)要求，是實(shí)現(xiàn)復(fù)習(xí)高效率的出發(fā)點(diǎn)。對教科書中的這17個(gè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和研究性題，必須通過親身經(jīng)歷各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，對實(shí)驗(yàn)原理的理解和應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)要用到的器材的選擇、作用和使用方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路和實(shí)驗(yàn)步驟的程序，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量、數(shù)據(jù)的處理方法，對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的歸納總結(jié)等，進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的、全面的熟悉。
實(shí)驗(yàn)類型考綱知識(shí)要點(diǎn)
生物組織有機(jī)成分的
提取、分離和鑒定（1）生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質(zhì)的鑒定
（2）葉綠體中色素的提取和分離
（3）DNA的粗提取與鑒定
使用顯微鏡的觀察實(shí)驗(yàn)（4）高倍顯微鏡的使用和觀察葉綠體
（5）細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的觀察
（6）觀察植物細(xì)胞的有絲分裂
（7）觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原
有關(guān)酶特性的探究實(shí)驗(yàn)（8）比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率
（9）探索淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用
（10）溫度對酶活性的影響
設(shè)計(jì)、觀察和調(diào)查（11）植物向性運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和觀察
（12）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，觀察生長素或生長素類似物對植物生長發(fā)育的影響
（13）設(shè)計(jì)并制作小生態(tài)瓶，觀察生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
（14）觀察SO2對植物的影響
（15）調(diào)查人群中的遺傳病
（16）種群密度的取樣調(diào)查
（17）調(diào)查環(huán)境污染對生物的影響
在教科書中17個(gè)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)復(fù)習(xí)中，要力求做到：在實(shí)驗(yàn)思想、原理、方法以及操作技巧等方面，從基本的熟悉逐漸轉(zhuǎn)向?qū)?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的“移花接木”、遷移運(yùn)用上。
考試大綱列出的“生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質(zhì)的鑒定”、“葉綠體中色素的提取和分離”、“DNA的粗提取與鑒定”等實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)操作方法上雖然各有不同，但都體現(xiàn)出物質(zhì)“提取、分離和鑒定”的基本方法，也有一些共同的注意事項(xiàng)。
顯微鏡是中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)中的最常用的儀器。在考試大綱中，要求考生能熟練地使用高倍顯微鏡觀察細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)、葉綠體的運(yùn)動(dòng)、植物細(xì)胞的有絲分裂、植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原等4個(gè)實(shí)驗(yàn)。高考試題中也不斷呈現(xiàn)相關(guān)的內(nèi)容。因此，教師一定要充分重視本部份內(nèi)容的復(fù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)條較差的學(xué)校也最好要采用播放錄像的方式，引導(dǎo)學(xué)生有序地回憶和記憶實(shí)驗(yàn)原理和操作要點(diǎn)。
新陳代謝從本質(zhì)上說，是指發(fā)生在生物體內(nèi)的，由酶催化的一系列有序的化學(xué)反應(yīng)的總稱。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)。作為生物催化劑，酶具有不同于無機(jī)催化劑的特點(diǎn)，這主要可通過3個(gè)具有探究性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)復(fù)習(xí)，進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)。
生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的觀察法和調(diào)查法，是科學(xué)研究的主要方法，教材主要以“實(shí)習(xí)”、“研究性學(xué)習(xí)”為題，要求學(xué)生進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)制定調(diào)查方案，以科學(xué)的態(tài)度完成一些簡單題的研究。本部份內(nèi)容重點(diǎn)考查的是“植物向性運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和觀察設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”和“種群密度的取樣調(diào)查”等。
1 一些常見的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)：
（1）生物組織有機(jī)成分的提取、分離和鑒定 在生物學(xué)研究中，為了認(rèn)識(shí)細(xì)胞內(nèi)不同有機(jī)物的生理功能，常常需要采用物質(zhì)的提取和分離技術(shù)，先把它們各自分離出，再進(jìn)行有關(guān)的研究。例如，淀粉+碘液(藍(lán)色)；還原性糖+斐林試劑(磚紅色)；脂肪+蘇丹Ⅲ(橘黃)或+蘇丹Ⅳ(紅色)；蛋白質(zhì)+雙縮脲試劑(紫色)；大腸桿菌+伊紅和美藍(lán)(菌落為深紫色，有金屬光澤)等。
（2）分級離心法（細(xì)胞勻漿的制備和超速離心技術(shù)） 常常用于對不同細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離以檢測其功能，例如，葉肉細(xì)胞的分級離心處理，可確定線粒體、葉綠體、核糖體等細(xì)胞器的功能；肝細(xì)胞、酵母菌的分級離心，可認(rèn)知線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞呼吸的關(guān)系等。
（3）顯微觀察法：主要有①固定觀察法，如細(xì)胞的顯微結(jié)構(gòu)、植物細(xì)胞的有絲分裂等；②活體觀察法，如細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)、植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原等。
（4）同位素示蹤法：例如，用18O2和14CO2追蹤光合作用中氧原子和碳原子的轉(zhuǎn)移途徑；用噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)； DNA的半保留復(fù)制等。
此外，還有溶液培養(yǎng)法、紙層析技術(shù)以及生物學(xué)史中的一些實(shí)驗(yàn)研究等。
3 實(shí)驗(yàn)中常用的藥品：在高考有關(guān)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常常要涉及到藥品的用途和使用。
NaOH：用于吸收CO2或改變?nèi)芤旱膒H。 Ca（OH）2：鑒定CO2
HCl：解離或改變?nèi)芤旱膒H。 NaHCO3：提供CO2
斐林試劑：可溶性還原性糖的鑒定。 碘液：鑒定淀粉。
蘇丹Ⅲ、Ⅳ：脂肪的鑒定。 雙縮脲試劑：蛋白質(zhì)的鑒定。
二苯胺試劑：鑒定DNA。 丙酮（或酒精）提取葉綠體中的色素。
瓊脂：激素或其它物質(zhì)的載體，用于激素的轉(zhuǎn)移或培養(yǎng)基。
亞甲基藍(lán)：用于活體染色或檢測污水中的耗氧性細(xì)菌（細(xì)菌的氧化可使之褪色）。
酒精：用于消毒處理、提純DNA、葉片脫色及配制解離液。
蔗糖：配制蔗糖溶液，用于測定植物細(xì)胞液濃度或觀察質(zhì)壁分離和復(fù)原。
龍膽紫溶液或醋酸洋紅：堿性染料，用于染色體染色。
要點(diǎn)探究
這里對基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的歸類復(fù)習(xí)，主要是熟悉那些共同的一些操作程序和注意事項(xiàng)。包括：顯微鏡的使用、臨時(shí)裝片的制作、實(shí)驗(yàn)材料的選擇，等等。
探究點(diǎn)1 使用高倍顯微鏡必須注意幾個(gè)原則
在理科綜合的考試卷中，雖然不可能直接涉及到與顯微鏡操作有關(guān)的內(nèi)容，但作為中學(xué)理科學(xué)習(xí)中一項(xiàng)十分重要的操作技能的掌握，是不可忽視的。在顯微鏡使用的內(nèi)容復(fù)習(xí)中，除了熟悉顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)和使用方法外，還有必要把握好以下幾個(gè)原則：
① 用眼原則：左眼注視目鏡，右眼睜開。這樣，一可減輕左眼疲勞，二方便繪圖。
② 物鏡選用原則：先低倍后高倍，由低倍到高倍，可以用低倍物鏡觀察清楚的就勿需使用高倍物鏡。
③ 準(zhǔn)焦螺旋使用原則：先粗后細(xì)，由粗到細(xì)。
此外，目鏡和物鏡選用的混淆以及反光鏡和光圈的選用、裝片移動(dòng)方向的確定、顯微鏡下視野中污物的判定等，都是應(yīng)該引起注意的。
【例1】用顯微鏡的一個(gè)目鏡分別與4個(gè)不同倍數(shù)的物鏡組合觀察血細(xì)胞涂片。當(dāng)成像清晰時(shí)，每一物鏡與載玻片的距離如圖所示。如果載玻片的位置不變，用哪一物鏡在一個(gè)視野中看到的細(xì)胞最多?
Ａ. a Ｂ. b Ｃ. c Ｄ. d
【答案】 D
【解析】 顯微鏡的視野（是指在顯微鏡下一次所能觀察到的被檢玻片標(biāo)本的范圍）中看到細(xì)胞數(shù)目多少，與視野面積有關(guān)，而視野面積的大小與顯微鏡的放大倍數(shù)成反比。放大倍數(shù)越高，物鏡與置于載玻片上的觀察材料之間的距離越小，視野范圍越小，看到的細(xì)胞數(shù)目越少；放大倍數(shù)越低，物鏡與置于載玻片上的觀察材料之間的距離越大，視野范圍越大，看到的細(xì)胞數(shù)目越多。
通過分析可以知道：D選項(xiàng)的工作距離最大，應(yīng)當(dāng)是倍數(shù)最低的物鏡，所觀察到的視野面積最大。當(dāng)用這樣的物鏡觀察同一張涂抹均勻的血細(xì)胞涂片時(shí)，因?yàn)橐曇懊娣e最大，所看到的細(xì)胞數(shù)目較用其它物鏡時(shí)就最多。
探究點(diǎn)2．實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵——材料的選擇和試劑的配制
（1）還原糖的鑒定：要選擇含還原糖量較高、顏色較淺的材料，這樣顏色反應(yīng)才明顯。通過實(shí)驗(yàn)比較，顏色反應(yīng)的明顯程度依次為蘋果、梨、白色甘藍(lán)葉、白蘿卜。
（2）脂肪的鑒定：要選擇富含脂肪的材料，如花生、蓖麻等，提前浸泡3~4 h。如果是新花生種子，可以不必浸泡，否則切下的薄片不易成形。
（3）蛋白質(zhì)的鑒定：最好的實(shí)驗(yàn)材料是雞蛋清，其蛋白質(zhì)含量相對高，配制的提取液透明，與雙縮脲試劑反應(yīng)后，顏色反應(yīng)明顯，但蛋清液需要稀釋。
（4）在觀察葉綠體時(shí)，宜選用葉綠體大、數(shù)目少的材料。如陰生植物蘚類的葉、菠菜葉的下表皮（稍帶葉肉）等。由于在不同的光照下，葉綠體可以運(yùn)動(dòng)并改變在細(xì)胞中的分布位置。所以，在不同光照下采集的材料，其葉內(nèi)葉綠體的形態(tài)有所不同。
（5）在觀察細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)時(shí)，要選用細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)較快的植物，如黑藻的幼嫩葉片、南瓜幼苗的表皮毛、小麥的根毛、向日葵舌狀花瓣的表皮或大白菜內(nèi)層葉片葉脈的表皮細(xì)胞等。選取實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，最好將所要取材的植物體置于溫暖的陽光下照射1~2小時(shí)，以使植物細(xì)胞處于旺盛的生活狀態(tài)。
（6）在植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原的實(shí)驗(yàn)時(shí)，要選擇生活的、成熟的（具有大液泡）、有顏色的（如紫色洋蔥）植物細(xì)胞；沒有大液泡的植物細(xì)胞則質(zhì)壁分離現(xiàn)象不明顯。死的植物細(xì)胞中的細(xì)胞膜，由于失去了選擇透過性，所以不能發(fā)生質(zhì)壁分離。
（7）在有關(guān)酶的催化特點(diǎn)的探究實(shí)驗(yàn)中，常選用動(dòng)物新鮮肝臟做實(shí)驗(yàn)材料，原因是細(xì)胞內(nèi)的過氧化氫酶未被破壞，從而提高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對比程度。也可選用植物的組織（如馬鈴薯的塊莖、蘿卜的肉質(zhì)根等）做實(shí)驗(yàn)材料。因?yàn)檫^氧化氫酶廣泛存在于動(dòng)植物組織細(xì)胞中。
（8）正確配制和使用斐林試劑與雙縮脲試劑：配制這兩種試劑時(shí)，都要用到NaOH溶液和CuSO4溶液，但配制時(shí)，溶液濃度不同，使用原理和方法也有明顯區(qū)別。（見下表）
斐林試劑雙縮脲試劑
配 方甲(A)液0.1g/mLNaOH0.1 g /mLNaOH
乙(B)液0.05 g/mLCuSO40.01g/mL CuSO4
使用方法 甲、乙液混合均勻，現(xiàn)配現(xiàn)用先A液后B液，不能混用
反應(yīng)原理
及注意事項(xiàng)斐林試劑中起實(shí)質(zhì)作用的是生成的Cu(OH)42-絡(luò)離子，放置過長就會(huì)形成Cu(OH)2沉淀或CuCO3沉淀，因而無法反應(yīng)。雙縮脲試劑中起作用的是堿性環(huán)境中Cu2+(與蛋白質(zhì)結(jié)合形成紫色絡(luò)合物)，因而必須先后使用。使用CuSO4時(shí)，溶液不能過量，否則藍(lán)色的CuSO4溶液將遮蔽顯色反應(yīng)中產(chǎn)生的紫色。
此外，在尿糖的鑒定等臨床研究或檢測中（如2004年全國理綜Ⅱ•31），需選用班氏試劑（Benedict試劑），因?yàn)榘嗍显噭┹^斐林試劑要穩(wěn)定一些，測定的效果也要靈敏一些。
例2（2005年•全國卷）將小麥種子分別置于20℃和40℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)４天，依次取等量的萌發(fā)種子分別制成提取液Ⅰ和提取液Ⅱ。取３支試管甲、乙、丙，分別加入等量的淀粉溶液，然后加入等量的提取液和蒸餾水，45℃水浴保溫５分鐘，立即在３支試管中加入等量斐林試劑并煮沸２分鐘，搖勻觀察試管中的顏色，結(jié)果是 （ ）
Ａ．甲呈藍(lán)色，乙呈磚紅色，丙呈無色
Ｂ．甲呈無色，乙呈磚紅色，丙呈藍(lán)色
Ｃ．甲、乙皆呈藍(lán)色，丙呈磚紅色
Ｄ．甲呈淺紅色，乙呈磚紅色，丙呈藍(lán)色
答案：D
解析：（1）小麥種子在適宜溫度條下萌發(fā)，胚所消耗的養(yǎng)料和能量全部自于胚乳的分解，其中淀粉酶是麥芽中含量最豐富的酶之一。淀粉酶的產(chǎn)生受培養(yǎng)溫度影響較大，40℃時(shí)比在20℃時(shí)產(chǎn)生的快，因此在相同時(shí)間內(nèi)酶合成的量要大一些。
（2）由于溫度、時(shí)間和試劑用量相同，決定反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素是酶的濃度，而酶濃度與反應(yīng)速度或催化效率是正比關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中甲和乙是實(shí)驗(yàn)組，酶的濃度是甲試管?乙試管，丙是對照組，不含淀粉酶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甲試管中有少量還原糖（麥芽糖）生成，乙試管中有較多還原糖（麥芽糖）生成，丙試管中無還原糖（麥芽糖）生成，故３支試管中加入等量斐林試劑并煮沸２分鐘后，顯色反應(yīng)不一樣。
例3：分別在Ａ、Ｂ、Ｃ三個(gè)研缽中加２克剪碎的新鮮菠菜綠葉，并按下表所示添加試劑，經(jīng)研磨、過濾得到三種不同顏色的溶液，即：深綠色、黃綠色（或褐色）、幾乎無色。試回答：
處理ＡＢＣ
SiO2（少量）＋＋＋
CaCO3（少量）－＋＋
95%乙醇（10 mL）＋－＋
蒸餾水（10 mL）－＋－
（注：“＋”表示加；“－”表示不加。）
（１）Ａ處理得到的溶液顏色是 ，原因 。
（２）Ｂ處理得到的溶液顏色是 ，原因是 。
（３）Ｃ處理得到的溶液顏色是 ，原因是 。
答案：（１）黃綠色 部分葉綠素遭到破壞 （２）幾乎無色 葉綠體不溶于水
（３）深綠色 大量葉綠素溶于乙醇中
解析：先弄清幾種處理的目的。少量CaCO3的作用是保護(hù)色素，免遭破壞；乙醇的作用是提取色素（乙醇是有機(jī)溶劑，依據(jù)相似相溶原理，它可溶解有機(jī)物色素）。色素不溶于蒸餾水，故色素不能被提取。
例4 在觀察葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)時(shí)，顯微鏡下視野中可看到如下圖所示的圖像：
（1）為看清細(xì)胞質(zhì)處于流動(dòng)狀態(tài)，最好選擇圖中 作為標(biāo)志物。葉綠體作為觀察依據(jù)的原因是 。
（2）圖中箭頭表示 ，細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)對活細(xì)胞的意義是 。
（3）若使細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)速度加快，應(yīng)采取什么方法處理（ ）
Ａ．適當(dāng)升高溫度 Ｂ．減弱光照
Ｃ．用一定濃度的麻醉劑處理 Ｄ．用適當(dāng)濃度的生長素處理
（4）若在實(shí)驗(yàn)前把黑藻分成兩份，一份放在０℃的水中培養(yǎng)（Ａ），另一份在原條下培養(yǎng)（Ｂ），請預(yù)測實(shí)驗(yàn)的結(jié)果會(huì)怎樣？說明了什么？
【答案】（1）葉綠體 葉綠體呈綠色，光鏡下可見
（2）細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)方向 細(xì)胞質(zhì)既是細(xì)胞器生存的環(huán)境，又是各種物質(zhì)的貯存庫。通過細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)，為細(xì)胞內(nèi)各種生理活動(dòng)提供所需的物質(zhì)和能量，確保新陳代謝的正常進(jìn)行。
（3）Ａ、Ｄ（促進(jìn)細(xì)胞代謝的因素會(huì)使細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)加快）
（4）在Ｂ條下，能清楚看到葉綠體隨細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。而在Ａ條下幾乎不動(dòng)；但一段時(shí)間后，如隨室溫溫度升高，細(xì)胞內(nèi)又可見到葉綠體隨細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。說明細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)與溫度有密切關(guān)系。
【解析】觀察細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)時(shí)，應(yīng)先找到葉綠體并以此為參照物，觀察細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)及速度、方向。細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度與溫度有關(guān)。
探究點(diǎn)3 植物細(xì)胞質(zhì)壁分離的誘發(fā)復(fù)原與自動(dòng)復(fù)原
在植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗(yàn)中，一般選用的外界溶液是蔗糖溶液。當(dāng)用一定濃度（0.3 g/mL）的蔗糖溶液處理活的植物細(xì)胞后，蔗糖溶液的濃度大于植物細(xì)胞液的濃度時(shí)，植物細(xì)胞通過滲透作用失水而發(fā)生質(zhì)壁分離。要使發(fā)生了質(zhì)壁分離的植物細(xì)胞恢復(fù)原狀，必須用清水處理，使外界溶液的濃度低于植物細(xì)胞液的濃度，才可發(fā)生植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離復(fù)原，這種復(fù)原稱為誘發(fā)復(fù)原。（因蔗糖分子是不能通過選擇透過性的膜的。）
如果在植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗(yàn)中，選擇的外界溶液是具一定濃度的硝酸鉀溶液、尿素溶液（或甘油溶液、乙二醇溶液）等，當(dāng)外界溶液的濃度大于植物細(xì)胞液的濃度時(shí)，植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離后，不再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理降低外界溶液的濃度，隨即也可觀察到植物細(xì)胞出現(xiàn)分離復(fù)原的現(xiàn)象，這種復(fù)原稱為自動(dòng)復(fù)原。用硝酸鉀溶液處理植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離后的自動(dòng)復(fù)原，是因?yàn)楫?dāng)水分子通過滲透作用自由進(jìn)出細(xì)胞時(shí)，硝酸根離子和鉀離子（植物細(xì)胞生活所必需的礦質(zhì)離子）可經(jīng)主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞液，細(xì)胞液的濃度不斷增大，水分滲入的速率增大，由此出現(xiàn)自動(dòng)復(fù)原。而用尿素溶液（或甘油溶液、乙二醇溶液）處理植物細(xì)胞，是因?yàn)檫@些物質(zhì)分子也可自由進(jìn)入細(xì)胞。但這些外界溶液的濃度如果過大，同樣可導(dǎo)致植物細(xì)胞過度失水而死亡。
例5（2008江蘇卷）某同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，甲圖為實(shí)驗(yàn)開始狀態(tài)，乙圖為實(shí)驗(yàn)結(jié)束狀態(tài)。請?jiān)谝覉D所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，探究蔗糖的水解產(chǎn)物能否通過半透膜。
增添的實(shí)驗(yàn)材料：蔗糖酶溶液、斐林試劑、試管、滴管、水浴鍋等。
（1）設(shè)計(jì)出繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的簡要步驟：
① ；
② 。
（2）預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并作出結(jié)論。
答案：(1)①向a、b兩管分別加入等量蔗糖酶溶液，水浴加熱(或隔水加熱)U型管至適宜溫度，觀察a、b兩管內(nèi)液面的變化； ②吸取a、b兩管內(nèi)適量液體，分別加入A、B兩試管中，并加入斐林試劑，(60℃—65℃)水浴加熱，觀察A、B試管內(nèi)有無磚紅色沉淀
(2)如果a、b兩管液面高度差縮小且A、B試管內(nèi)均有磚紅色沉淀，則蔗糖的水解產(chǎn)物能通過半透膜；如果a、b兩管液面高度差增大且A試管內(nèi)無磚紅色沉淀、B試管內(nèi)有磚紅色沉淀，則蔗糖的水解產(chǎn)物不能通過半透膜。
解析： (1)蔗糖是大分子物質(zhì)，不能透過半透膜，故b管液面會(huì)上升。蔗糖在蔗糖酶作用下產(chǎn)生葡萄糖和果糖，葡萄糖和果糖是還原性糖，可以和斐林試劑共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。因此，要探究蔗糖的水解產(chǎn)物能否通過半透膜，可以向a、b管中加入等量蔗糖酶溶液，然后各吸取少量與斐林試劑共熱，觀察有無磚紅色沉淀的產(chǎn)生判斷。(2)如果蔗糖水解產(chǎn)物能。通過半透膜，a、b兩管液面高度會(huì)縮小，均能與斐林試劑共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。如果蔗糖水解產(chǎn)物不能通過半透膜，則兩管液面高度會(huì)增大，且只有b側(cè)管中液體能與斐林試劑共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。
變式題 將同一植物的細(xì)胞，依次在蒸餾水、質(zhì)量濃度為0.3 g/mL 的蔗糖溶液和0.5mol的甘油溶液中，測得細(xì)胞的體積隨時(shí)間的變化曲線如圖所示。請回答：
（1）在Ａ、Ｂ、Ｃ中，細(xì)胞在蒸餾水中的是 ，在蔗糖溶液中的是 ，在尿素溶液中的是 。
（2）試簡要分析出現(xiàn)Ｂ、Ｃ曲線差異的原因是：
① 。
② 。
答案：（1）Ａ、Ｃ、Ｂ
（2）①甘油分子可通過自由擴(kuò)散的方式進(jìn)入細(xì)胞液，細(xì)胞液的濃度不斷增大，細(xì)胞由失水逐漸變?yōu)槲�，直至平衡。�?因蔗糖分子不能進(jìn)入通過具有選擇透過性的膜進(jìn)入細(xì)胞，處在較高濃度蔗糖溶液中的細(xì)胞不斷失水，原生質(zhì)層收縮，使細(xì)胞液濃度升高，失水減慢，直至平衡。
解析：一定濃度的蔗糖溶液和甘油溶液都能使植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，細(xì)胞因失水收縮而體積變小，但由于植物細(xì)胞能不斷吸收甘油，使細(xì)胞液的濃度不斷增大，細(xì)胞吸水的能力不斷增強(qiáng)，使細(xì)胞逐漸由失水狀態(tài)變?yōu)槲疇顟B(tài)，植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原的現(xiàn)象，所以，細(xì)胞體積開始逐漸減少隨后又不斷增大，因此曲線Ｂ表示的是甘油。在蔗糖溶液中，蔗糖分子不能通過選擇透過性的膜，細(xì)胞因失水，原生質(zhì)層收縮，使細(xì)胞液濃度升高，失水減慢直至平衡，細(xì)胞體積不再變小，因此，曲線Ｃ表示是蔗糖溶液中的細(xì)胞；在蒸餾水中的植物細(xì)胞由于不斷吸收水分體積增大，因此曲線Ａ表示的是蒸餾水中的細(xì)胞體積的變化。
探究點(diǎn)4 溫度和pH對酶活性的影響
酶促反應(yīng)需要適宜的溫度和pH。高溫、過酸和過堿都會(huì)破壞酶的分子結(jié)構(gòu)，從而使其喪失活性。
例3 ：下圖為4種不同的酶（分別以a、b、c、d表示）在不同溫度下酶活性變化的曲線。在37℃時(shí)酶活性最高的是 ( )
Ａ.a Ｂ.b Ｃ.c Ｄ.d
答案：D
解析：該題考查了酶的活性與溫度之間的關(guān)系，以及通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)曲線，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。
例4 為驗(yàn)證pH對唾液淀粉酶的影響，實(shí)驗(yàn)如下：
Ⅰ.操作步驟：
① 在1～5號試管中分別加入0.5%淀粉液2 mL。
② 加完淀粉液后，向各試管中加入相應(yīng)的緩沖液3 mL，使各試管中反應(yīng)液的pH依次穩(wěn)定在5.00、6.20、6.80、7.40、8.00。
③ 分別向1～5號試管中加入0.5%唾液1 mL，然后進(jìn)行37 ℃恒溫水浴。
④ 反應(yīng)過程中，每隔1 min從3號試管中取出一滴反應(yīng)液，滴在比色板上，加一滴碘液顯色，待呈橙黃色時(shí)，立即取出5支試管，加碘液顯色并比色，記錄結(jié)果。
Ⅱ. 結(jié)果見下表：(表中※“＋”的多少表示顏色深淺)
試管編號處理12345
pH 5.006.206.807.408.00
結(jié)果(顏色※)＋＋＋橙黃色＋＋＋
請回答：
(1)實(shí)驗(yàn)過程中，為什么要選擇37 ℃恒溫？
(2)3號試管加碘液后出現(xiàn)橙黃色，說明什么？
(3)如果反應(yīng)速率過快，應(yīng)當(dāng)對唾液做怎樣的調(diào)整？
(4)該實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是什么？
答案 (1)在實(shí)驗(yàn)中，只有在恒溫的條下，才能排除溫度因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾；37 ℃是唾液淀粉酶發(fā)揮催化作用的最適溫度。
(2)淀粉已完全水解。 (3)提高唾液的稀釋倍數(shù)
(4)唾液淀粉酶的最適pH是6.80；高于或低于此 pH時(shí)，酶的活性逐漸降低。
解析 酶的活性可受多種因素的影響。該實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證pH對酶活性的影響，遵循單一變量原則，必須控制其他因素(如酶的濃度、淀粉液的濃度、反應(yīng)時(shí)間和溫度等)保持在同一和適宜條下。在該實(shí)驗(yàn)中，唾液淀粉酶發(fā)揮良好催化作用的最適宜溫度是37 ℃，所以要選擇37 ℃恒溫。
在反應(yīng)過程中，每隔1 min從3號試管中取出一滴反應(yīng)液，用碘液檢驗(yàn)反應(yīng)情況。如果3號試管內(nèi)反應(yīng)液的藍(lán)色剛好褪去，呈現(xiàn)橙黃色(碘液的顏色)，說明淀粉已經(jīng)完全水解，應(yīng)立即終止反應(yīng)。如果反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，各種pH條處理的反應(yīng)液內(nèi)的淀粉也將徹底水解，也就無法對比出不同pH下的酶活性的差異。選擇3號試管進(jìn)行試測，是由于唾液淀粉酶的最適pH是6.80(即3號試管內(nèi)的處理)，3號試管內(nèi)的酶活性最強(qiáng)，淀粉水解最快。
該實(shí)驗(yàn)是通過檢驗(yàn)淀粉的水解程度檢驗(yàn)不同pH對酶活性的影響。如果反應(yīng)速率過快，淀粉將迅速徹底水解，不及檢驗(yàn)，無法得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此反應(yīng)速率過快時(shí)，可通過稀釋唾液降低反應(yīng)速率。
通過對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理的理解和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的簡要分析，可以得出：在pH為6.80的試管內(nèi)，反應(yīng)液遇碘液后呈現(xiàn)橙黃色，表明該反應(yīng)液中的淀粉已徹底水解；pH偏離6.80越遠(yuǎn)，藍(lán)色越深，說明反應(yīng)進(jìn)行得越不徹底，酶活性越低，所以唾液淀粉酶的最適pH是6.80。
變式題 淀粉、蔗糖都是非還原糖。它們在酶的催化作用下都能水解成還原糖。還原糖能夠與斐林試劑發(fā)生作用，生成磚紅色沉淀。為了探索酶的催化具有專一性的特點(diǎn)，某中學(xué)研究性學(xué)習(xí)題活動(dòng)小組選取了淀粉、蔗糖、唾液淀粉酶、腸蔗糖酶、斐林試劑等，進(jìn)行了如下圖中甲、乙、 丙、丁4組實(shí)驗(yàn)，并作了實(shí)驗(yàn)記錄。請分析回答有關(guān)問題。
(1)將上述實(shí)驗(yàn)裝置放在37 ℃左右的恒溫水浴中保持5 min后，如果分別向甲、乙、 丙、丁4組實(shí)驗(yàn)的試管中都加入斐林試劑并加熱煮沸，觀察到有顏色反應(yīng)的是哪兩組？ �。蝗绻蚣�、乙、 丙、丁4組實(shí)驗(yàn)的試管中都加入碘液，則呈現(xiàn)藍(lán)色反應(yīng)的是 。
(2)如果要證明淀粉酶具有專一性，則起對照作用的實(shí)驗(yàn)組是 。
(3)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，甲、乙、 丙、丁4組試管都需要在37 ℃左右的水浴中恒溫保持5 min，其目的是 。
(4) 如果以上述實(shí)驗(yàn)中的甲組說明酶的催化作用具有高效性，則應(yīng)怎樣補(bǔ)充設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？
答案 (1)甲和丙 丁 (2)乙 (3)提供酶發(fā)揮良好催化作用所需的適宜溫度；排除溫度變化對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾 (4)增加一支試管，加入無機(jī)催化劑(強(qiáng)酸或強(qiáng)堿)，其他添加物和反應(yīng)條應(yīng)與甲組相同。
解析：解答此題的關(guān)鍵是明確探究對象，尋求恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)組合。在（1）題中，淀粉酶能將淀粉水解成還原糖（麥芽糖和葡萄糖），蔗糖酶能將蔗糖水解成還原糖（葡萄糖和果糖），故甲和丙試管中加入斐林試劑并加熱煮沸，可觀察到磚紅色沉淀產(chǎn)生。甲、乙、 丙、丁4支試管真只有甲和丁加入淀粉，而甲中淀粉已經(jīng)被水解，加入碘液就只有丁試管呈現(xiàn)藍(lán)色反應(yīng)。
為了證明淀粉酶具有專一性，首先要確定正確的實(shí)驗(yàn)組合，在4支試管中，甲和乙為一個(gè)實(shí)驗(yàn)組合，可證明淀粉酶只能催化淀粉的水解，甲是對照租，乙是實(shí)驗(yàn)組；若甲和丁為一個(gè)實(shí)驗(yàn)組合，則是底物相同，酶的種類不同，可從另一角度證明酶的催化的專一性。
既然該實(shí)驗(yàn)是探索酶的催化具有專一性，遵循實(shí)驗(yàn)的單一變量原則，這里的變量應(yīng)該是酶的不同或者底物不同，其他反應(yīng)條都應(yīng)相同。37 ℃是酶催化的最適溫度。
要用實(shí)驗(yàn)中的甲組說明酶的催化作用具有高效性，只能另外添加一支試管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理。
第56講 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評價(jià)（2時(shí)）
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是著重考查考生：確定實(shí)驗(yàn)原理，選擇實(shí)驗(yàn)器材，安排實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，以及對提供的一些實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評價(jià)等。無論是哪種類型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出的問題，運(yùn)用已具備的生物學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)基本技能，或者根據(jù)實(shí)驗(yàn)題目中給出的信息、提示，構(gòu)思出解決問題的實(shí)驗(yàn)方案。近年對高考對實(shí)驗(yàn)與探究能力的考查已由原單一的驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)向了設(shè)計(jì)性、評價(jià)性、探究性的實(shí)驗(yàn)。
知識(shí)框架
1 實(shí)驗(yàn)必須遵循的三大基本原則：
（1）設(shè)置對照原則：在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，為排除無關(guān)條的干擾，常常要設(shè)立對照實(shí)驗(yàn)。通過干預(yù)或控制研究對象，以消除或減少實(shí)驗(yàn)誤差，鑒別實(shí)驗(yàn)中的處理因素同非處理因素的差異。常見對照方法主要有：
① 空白對照 不給對照組任何處理因素。如：在研究甲狀腺激素促進(jìn)蝌蚪發(fā)育實(shí)驗(yàn)中，先取等量的同齡且發(fā)育狀態(tài)相同的小蝌蚪60只，分為兩組放入容積相同的兩個(gè)玻璃缸，加入等量的自然水和蝌蚪飼料；一組加入甲狀腺激素，另一組不加任何藥品，就是空白對照。
② 條對照 給對照組施以部分實(shí)驗(yàn)因素，但不是所要研究的實(shí)驗(yàn)因素。如：在上述空白對照的舉例中，如果取等量的同齡且發(fā)育狀態(tài)相同的小蝌蚪60只，分為三組（編號甲、乙、丙）放入容積相同的三個(gè)玻璃缸，加入等量的自然清水和蝌蚪飼料；甲組加入甲狀腺激素，乙組加入甲硫咪唑(甲狀腺抑制劑)，是條對照，丙組不加任何藥品，是空白對照。
③相互對照 不單設(shè)對照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對照。例如：驗(yàn)證植物根對礦質(zhì)離子有選擇吸收的特性，可把蕃茄和水稻分別培養(yǎng)在成分相同的培養(yǎng)液中，過一段時(shí)間后，測定培養(yǎng)液中各種礦質(zhì)元素離子濃度的變化，就會(huì)發(fā)現(xiàn)蕃茄吸收Ca多，吸收Si少；而水稻吸收Si多，吸收Ca少。以上就是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組的相互對照。
④自身對照 對照和實(shí)驗(yàn)都在同一研究對象上進(jìn)行。如：要研究植物根具有向重力性，莖具有背重力性，可把某一植株橫放于培養(yǎng)基上，讓其自然生長，經(jīng)過一段時(shí)間后，便可觀察到根向重力生長，莖背重力生長。這里，對照和實(shí)驗(yàn)都在同一個(gè)體上進(jìn)行，屬于自身對照。
（2）單一變量原則：控制其它因素不變，只改變其中一個(gè)因素，觀察其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。如探索溫度對酶活性的影響時(shí)，只能改變反應(yīng)的溫度，其它如pH、酶濃度等就要完全一樣。
（3）平行重復(fù)原則：對所做的實(shí)驗(yàn)在同樣條下，進(jìn)行足夠次數(shù)的重復(fù)，不能只進(jìn)行1－2次便輕易得出結(jié)論。任何一項(xiàng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，要有科學(xué)性，都必須能夠重復(fù)，都必須經(jīng)得起重復(fù)。
此外，還應(yīng)注意科學(xué)性原則（指在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須要有充分的科學(xué)依據(jù)，也就是要以前人的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，而不是憑空設(shè)想，主觀臆造）、簡便經(jīng)濟(jì)原則（如，裝置簡單、實(shí)驗(yàn)步驟較少、使用材料用具少、實(shí)驗(yàn)時(shí)間較短等）等。
2 探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比較
探究性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶剿餮芯繉ο蟮奈粗獙傩�、特征以及與其他因素的關(guān)系驗(yàn)證研究對象的已知屬性、特征以及與其他因素的關(guān)系
實(shí)驗(yàn)假設(shè)假設(shè)一般采用“如果A，則B” 的形式表述，是根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)理論、事實(shí)．對所要研究的對象設(shè)想出一種或幾種可能性的解釋 因結(jié)論是己知的，因此不存在假設(shè)問題
實(shí)驗(yàn)原理因探究內(nèi)容而異因驗(yàn)證內(nèi)容而異
實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)際上并未完成，因探究內(nèi)容而異 實(shí)驗(yàn)步驟可以是曾經(jīng)做過或尚未做過的，因驗(yàn)證內(nèi)容而異
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象未知，可以不描述已知，應(yīng)準(zhǔn)確描述
實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測對應(yīng)假設(shè)，分類討論。一般需討論“如果出現(xiàn)結(jié)果①會(huì)怎樣，如果出現(xiàn)結(jié)果②或③又會(huì)怎樣” 。但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)“預(yù)測最可能的結(jié)果”的問題．此種情況應(yīng)根據(jù)已有知識(shí)推測最合理的結(jié)果。無
實(shí)驗(yàn)結(jié)論無 對應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖龀隹隙ńY(jié)論
復(fù)習(xí)策略
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評價(jià)是近年高考的亮點(diǎn)之一。它要求考生對實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法及分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，都必須有一個(gè)全面的了解。所以這部分內(nèi)容的復(fù)習(xí)，要在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)熟悉中進(jìn)行一個(gè)明顯的層次提升。主要訓(xùn)練考生是否能夠通過對實(shí)驗(yàn)原理的理解，利用提供的部分信息，對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和補(bǔ)充，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，做出正確判斷。
使用建議
由于高考側(cè)重于對實(shí)驗(yàn)與探究能力的考查，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評價(jià)類型的試題是近幾年高考理綜的一個(gè)熱點(diǎn)和重點(diǎn)。因此，我們對實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)，應(yīng)該立足于對基本實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)思維的強(qiáng)化和鞏固著手，培養(yǎng)我們的實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)改錯(cuò)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和具有在不同情景下遷移知識(shí)的能力。
編讀互動(dòng)
由于高考一方面是考查考生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、驗(yàn)證生物學(xué)事實(shí)的能力，考查考生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、解釋和推導(dǎo)結(jié)論的能力，以及根據(jù)某些實(shí)驗(yàn)條和部分結(jié)果，推測下一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力；同時(shí)也考查考生對生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中常以圖、表等抽象形式所表達(dá)的生物學(xué)意義的理解能力，準(zhǔn)確描述相關(guān)的現(xiàn)象、原理的能力。這種考查目標(biāo)更適應(yīng)對學(xué)生創(chuàng)新能力的自我展現(xiàn)。這就要求考生能明確掌握生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則和基本步驟，惟其如此，才能設(shè)計(jì)出一個(gè)完整嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案，也才能有根有據(jù)地分析解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果、推導(dǎo)結(jié)論，根據(jù)部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測、預(yù)期后續(xù)實(shí)驗(yàn)步驟的結(jié)果及理解、表述等。
前熱身
1 有人設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)，試圖證明“生長素（IAA）在植物體內(nèi)的運(yùn)輸，主要是從植物體形態(tài)學(xué)上端（頂端）向下端（基端）運(yùn)輸，而不能倒轉(zhuǎn)過運(yùn)輸（如生長素只能從胚芽鞘的上端向下端運(yùn)輸）”。
一．材料、用具：胚芽鞘、瓊脂、刀片等
二．方法、步驟與結(jié)果：
（一）制備瓊脂塊（見下圖）
（二）取一段胚芽箱中間部分，上面放合IAA的瓊脂塊，下面放空白瓊脂塊（見下圖）
（三）取步驟（二）下面瓊脂塊（a）的一部分放在去尖的胚芽鞘一側(cè)
三．結(jié)論：以上實(shí)驗(yàn)證明了“生長素（IAA）在植物體內(nèi)的運(yùn)輸，主要是從植物體形態(tài)學(xué)上端（頂端）向下端（基端）運(yùn)輸，而不能倒轉(zhuǎn)過運(yùn)輸”。
我們認(rèn)為，僅用該實(shí)驗(yàn)步驟（一）、（二）、（三）還不足以嚴(yán)密論證以上結(jié)論，請?jiān)谏鲜鰧?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上補(bǔ)充相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法、步驟和結(jié)果。
【解析】 本題著重考查運(yùn)用對照實(shí)驗(yàn)的原理和方法，全面評價(jià)題中所示的實(shí)驗(yàn)方案，并將其完善以進(jìn)行嚴(yán)密地論證。同時(shí)也考查考生將已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)通過解答高考試題，得到進(jìn)一步的深化和發(fā)展，即在考試中再學(xué)習(xí)的能力，充分體現(xiàn)了高考必須“選拔具有潛在學(xué)習(xí)能力的學(xué)生”之功能。
求解該題應(yīng)具備的基礎(chǔ)知識(shí)雖然在新教材中已明確指出，但是要通過縝密而又周到的實(shí)驗(yàn)，對“生長素在植物體內(nèi)的運(yùn)輸，主要是從植物體形態(tài)學(xué)上端向下端運(yùn)輸”的現(xiàn)象進(jìn)行嚴(yán)密論證，則是一個(gè)有較高能力要求的問題。
科學(xué)實(shí)驗(yàn)必須遵循基本的實(shí)驗(yàn)原則，對照就是一個(gè)十分重要的原則。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中必須要有對照，以對所研究的有關(guān)生物學(xué)現(xiàn)象通過正反兩個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)觀察和比較分析，由此得出的結(jié)論才無懈可擊。
題中所示的實(shí)驗(yàn)步驟是將胚芽鞘中段正放情況下，證明生長素可從胚芽鞘上端向下端運(yùn)輸。而僅有這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)是不夠的，必須設(shè)置一個(gè)對照實(shí)驗(yàn)，即在其它條、方法相同的條下，將胚芽鞘中段倒放進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察結(jié)果，才能充分證明生長素在植物體內(nèi)的運(yùn)輸特點(diǎn)。
【答案】 （2）補(bǔ)充方法、步驟與結(jié)果（一）：另取一段胚芽鞘中間部分倒放。上面放含 IAA 的瓊脂塊，下面放空白瓊脂塊。
補(bǔ)充方法、步驟與結(jié)果（二）：取補(bǔ)充步驟（一）下面瓊脂塊（b）的一部分放在去尖的胚芽鞘一側(cè)。
2為了確定生長素類似物促進(jìn)扦插枝條生根的適宜濃度，某同學(xué)用兩種濃度的生長素類似物分別處理扦插枝條作為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，用蒸餾水處理作為對照組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三組扦插枝條生根無差異。參考該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，在下一步實(shí)驗(yàn)中你應(yīng)該如何改進(jìn)，才能達(dá)到本實(shí)驗(yàn)的目的?請說明理論依據(jù)。
解析：該題仍取材于教科書中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，但在能力要求上卻有了明顯的提升。題中已告訴某同學(xué)用兩種濃度的生長素類似物和蒸餾水處理，三組扦插枝條生根無差異，說明配制的兩種濃度的生長素類似物都不是促進(jìn)扦插枝條生根的濃度范圍。
由于生長素作用具有兩重性的特點(diǎn)，即濃度過高或過低都不能促進(jìn)扦插枝條生根。所以該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方法是增加一系列實(shí)驗(yàn)組，即配制一系列濃度梯度的生長素類似物，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)濃度的范圍，以尋找生長素類似物促進(jìn)扦插枝條生根的適宜濃度。
答案：在某同學(xué)使用的兩種濃度生長素類似物的基礎(chǔ)上，分別在低于低濃度的范圍設(shè)置一組濃度梯度、高于高濃度的范圍設(shè)置一組濃度梯度，以及兩濃度之間設(shè)置一組濃度梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)從而找到促進(jìn)枝條生根的適宜濃度。
理論依據(jù)：生長素促進(jìn)生根的濃度范圍是一定的濃度過高或過低都不能促進(jìn)生根。
考點(diǎn)整合:
1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括的的內(nèi)容：
① 擬訂實(shí)驗(yàn)題目：
② 提出假設(shè)：即對觀察的現(xiàn)象提出一種可檢測的解釋。
③ 預(yù)期結(jié)果：即在檢測一個(gè)假設(shè)之前，先提出實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果。如果預(yù)期沒有實(shí)現(xiàn)，則說明假設(shè)不成立；如果預(yù)期得到實(shí)現(xiàn)，則假設(shè)成立。
④ 實(shí)驗(yàn)操作：根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和提出的假設(shè)，具體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法步驟。
⑤ 觀察記錄：在實(shí)驗(yàn)方案中，要事先設(shè)計(jì)定時(shí)觀察的內(nèi)容和觀察的次數(shù)，同時(shí)應(yīng)按要求進(jìn)行觀察，并將觀察到的現(xiàn)象和結(jié)果如實(shí)地記錄下。有的實(shí)驗(yàn)還需要采集數(shù)據(jù)。
⑥ 分析結(jié)論：對實(shí)驗(yàn)記錄下的現(xiàn)象、結(jié)果、數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，有的可用圖表表示出。
在具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，還可根據(jù)實(shí)驗(yàn)題目的具體要求，選擇的材料以及實(shí)驗(yàn)要用到的技術(shù)手段，作出靈活多樣的考慮。
要點(diǎn)探究
探究點(diǎn)1 選擇材料用具、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果、
【例1】下圖是未完成的實(shí)驗(yàn)裝置，請利用A、B、C三支試管、新鮮葉片和必要的輔助材料，設(shè)計(jì)一個(gè)證明光合作用吸收CO2 與呼吸作用釋放CO2 的實(shí)驗(yàn)，并預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(注:實(shí)驗(yàn)開始時(shí),各試管中的指示劑均呈綠色。)
（1） 當(dāng)A管用于證明光合作用吸收CO2的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要 ，指示劑呈 色。
（2）當(dāng)B管用于證明呼吸作用釋放CO2的 實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要 ，指示劑呈 色。
（3）C管在實(shí)驗(yàn)中起 作用，指示劑呈 色。
（4）用幾層紗布包上照光的D管，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明指示劑顏色沒有發(fā)生變化，試分析其原因： 。
答案：（1）放入新鮮葉片，藍(lán)色 （2）放入新鮮葉片并遮光，黃色 （3）對照，綠色
（4）光合作用吸收CO2的量與呼吸作用釋放CO2的量相等（或光合速度等于呼吸速度；光合作用合成有機(jī)物的量等于呼吸作用分解有機(jī)物的量）
解析：求解該題的基本方法是：①審清題意（包括看懂圖），找到解題的關(guān)鍵所在。②聯(lián)系化學(xué)知識(shí)，判斷實(shí)驗(yàn)中CO2的增加和酸堿度的變化，題中指示劑顏色的變化就可反映。③從未完成的實(shí)驗(yàn)裝置中找出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路、方法。該題中D試管的裝置是最完整的，這就暗示了其它試管的裝置設(shè)計(jì)。④在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要證明某些問題時(shí)，為了排除無關(guān)條的干擾，常常要設(shè)計(jì)對照。然后根據(jù)各小題的設(shè)問，逐次再進(jìn)行分析，回答問題。
第（1）問：由于光合作用場所是葉綠體，在A試管內(nèi)必須加入新鮮葉片。試管內(nèi)的葉片給予了充足的光照和適宜的溫度（25℃），在這樣的條下，光合作用吸收CO2 的量必然大于呼吸作用釋放CO2的量。又因?yàn)槿~片處于一個(gè)相對密閉的環(huán)境中，試管中CO2的含量便逐漸減少，指示劑逐漸變堿性，呈現(xiàn)藍(lán)色。
第（2）問：呼吸作用是綠色植物一刻也不停頓地進(jìn)行著的一項(xiàng)生理活動(dòng)。要證明呼吸作用釋放CO2，除了在B試管內(nèi)放入新鮮葉片外，還應(yīng)將試管進(jìn)行遮光處理，以避免在光照下光合作用吸收CO2對該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的影響。在遮光并密閉的B試管環(huán)境中，隨著葉片呼吸作用的進(jìn)行，試管中CO2的含量便逐漸增多，指示劑逐漸變酸性，呈現(xiàn)黃色。
第（3）問：在該題中，C管在實(shí)驗(yàn)中起對照作用，就可以證明只有葉片加入試管才能有光合作用和呼吸作用，也才能有指示劑顏色的變化。C管內(nèi)未放入新鮮葉片，光合作用和呼吸作用都不能進(jìn)行，管內(nèi)氣體不發(fā)生任何變化，指示劑仍然呈現(xiàn)綠色。C管作為B管的對照，還必需與B管同時(shí)進(jìn)行遮光處理。
第（4）問：D管由于有幾層紗布包上并照光，顧管內(nèi)葉片光合作用吸收CO2的量與呼吸作用釋放CO2的量大致相等，因此管內(nèi)指示劑顏色沒有發(fā)生變化。
變式題 將青蛙腦破壞保留脊髓，在脊柱下部打開脊椎骨，剝離出脊髓一側(cè)的一對脊神經(jīng)根（包含一個(gè)背根和一個(gè)腹根，見下圖）。分別電刺激背根與腹根均可引起蛙同側(cè)后肢發(fā)生運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。已知背根含有傳入神經(jīng)，腹根含有傳出神經(jīng)，背根和腹根合并成脊神經(jīng)。
請根據(jù)上述提供的實(shí)驗(yàn)材料（實(shí)驗(yàn)用具自選）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟,并預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以分別驗(yàn)證背根具有傳入功能，腹根具有傳出功能。
答案 實(shí)驗(yàn)步驟1：在背根中央處剪斷（或用麻醉藥阻斷），分別電刺激背根向中段、外周段，觀察蛙后肢是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。
預(yù)期結(jié)果：電刺激背根向中段發(fā)生蛙后肢運(yùn)動(dòng)反應(yīng)；電刺激背根外周段不發(fā)生反應(yīng)，說明背根具有傳入功能。
實(shí)驗(yàn)步驟2：在腹根中央處剪斷（或用麻醉藥阻斷），分別電刺激腹根向中段、外周段，觀察蛙后肢是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。
預(yù)期結(jié)果：電刺激腹根向中段不發(fā)生反應(yīng)，電刺激腹根外周段應(yīng)發(fā)生蛙后肢運(yùn)動(dòng)反應(yīng)，說明腹根具有傳出功能。
解析 本題材料雖自學(xué)生在初中所學(xué)過而又基本遺忘的知識(shí)，但題中的圖都明確給出了求解該題所必需的背景知識(shí)：脊神經(jīng)是混合性神經(jīng)，其背根由感覺（傳入）神經(jīng)纖維組成，腹根由運(yùn)動(dòng)（傳出）神經(jīng)纖維組成。因此該題不僅考查對模式圖的閱讀和理解能力，更突出對邏輯推理和論證能力以及探究思維過程的考查。
因此，在缺乏對探究性對象的了解和對探究性實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備不足情況下，面對這樣的試題，首要是平和自己的心態(tài)，在細(xì)心閱讀和冷靜思考中，尋找破題處。
然后簡要梳理出回答該題所需要的背景知識(shí)：一個(gè)反射活動(dòng)的完成是建立在完整的反射弧的基礎(chǔ)上，按照神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)的方向，反射弧包括5個(gè)環(huán)節(jié)，即：感受器→傳入神經(jīng)纖維→神經(jīng)中樞→傳出神經(jīng)纖維→效應(yīng)器。該題中“蛙后肢發(fā)生運(yùn)動(dòng)反應(yīng)”的中樞在脊髓。
既而作推理性的分析：既然脊神經(jīng)的背根含有傳入神經(jīng)，要驗(yàn)證背根具有傳入功能，可將背根在中央處剪斷，然后分別電刺激背根的向中段（朝脊髓方向）和外周段（朝感受器方向），觀察蛙后肢是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。同樣要驗(yàn)證腹根含有的傳出神經(jīng)具有傳出功能，也可將腹根在中央處剪斷，然后分別電刺激腹根的向中段和外周段，觀察蛙后肢是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。
探究點(diǎn)2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理
【例2】（2000年•浙江•25）血液中的鈣離子在血液凝固過程中起重要作用，缺乏則血液不能凝固，草酸鉀溶液能與血液中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，形成草酸鈣沉淀，起抗凝作用。請根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)材料和用具，簡要寫出第二步以后的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證鈣離子在血液凝固中的作用，并回答問題。
一、實(shí)驗(yàn)材料和用具：（1）家兔 （2）生理鹽水 （3）酒精棉 （4）適宜濃度的草酸鉀溶液 （5）適宜濃度的氯化鈣溶液 （6）試管、注射器（針管、針頭）
二、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果
第一步：在A、B試管中分別加入等量的草酸鉀溶液和生理鹽水（見下圖）
第二步：......
問題：設(shè)置B管的目的是 。
答案：第二步：用酒精棉消毒（家兔耳廓緣靜脈），用注射器取兔血（1-2mL）
第三步：立即將等量的鮮血分別加入到A、B試管中，經(jīng)過一段時(shí)間后，
結(jié)果：A管：不凝固，B管：凝固
解析：本題試圖以初中學(xué)過的有關(guān)血液凝固的知識(shí)為材料，要求通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序、觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證題目中提供的材料所告知的生物學(xué)事實(shí)。該題著重考查推理能力、收集處理信息的能力以及語言字的表達(dá)能力等，是一道綜合分析能力較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)題。
求解該題的基本程序是：① 明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅?lián)系實(shí)驗(yàn)原理 在認(rèn)真閱讀試題后，清楚題目中所要驗(yàn)證的生物學(xué)事實(shí)是：血液中的鈣離子在血液凝固過程中起重要作用（這個(gè)背景知識(shí)非高中所學(xué)內(nèi)容，故題中作了交代）。
② 確定實(shí)驗(yàn)思路 仔細(xì)審查題目中提供的實(shí)驗(yàn)材料和用具，初步設(shè)想一下這些材料、用具在該實(shí)驗(yàn)中可能起的作用是什么？觀察血液中有鈣離子和無鈣離子這兩種情況下，血液的凝固情況，以驗(yàn)證鈣離子在血液凝固中的作用。
③ 完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析 根據(jù)題意，在已設(shè)置好的第一步之后，把實(shí)驗(yàn)步驟有序地補(bǔ)充完整。
從題中第一步已經(jīng)知道，A、B兩支試管中分別加入等量的草酸鉀溶液和生理鹽水。題中也告訴草酸鉀能與血液中的鈣離子形成草酸鈣沉淀，起抗凝作用；而生理鹽水則相當(dāng)于人體內(nèi)的細(xì)胞外液，不影響血液中鈣離子的作用。因此，如果A、B兩支試管中分別加入新鮮血液后，會(huì)出現(xiàn)A試管中血液不凝固（血液中的鈣離子與草酸鉀發(fā)生了反應(yīng)），B試管中血液凝固的現(xiàn)象。由B試管對照（第一次對照）組可說明，缺乏鈣離子血液不凝固，有鈣離子血液能凝固。
如何肯定是血液中的鈣離子而不是其它物質(zhì)在血液凝固中起作用？可由題中提供的材料再做一次對照（即第二次對照）實(shí)驗(yàn)。即在A試管發(fā)生沉淀之后加入一定量的氯化鈣溶液，至鈣離子完全與草酸鉀發(fā)生反應(yīng)，繼續(xù)加入氯化鈣就會(huì)發(fā)現(xiàn)A試管中血液發(fā)生了凝固。從A試管加入氯化鈣前后的現(xiàn)象對比，便可以驗(yàn)證在血液凝固中起作用的是鈣離子而非其它物質(zhì)。
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的完成中，還必須注意取鮮血的方法，實(shí)驗(yàn)程序以及語言字表達(dá)的簡練、準(zhǔn)確性。
變式題 胰高血糖素對小白鼠和人具有相同的生理作用。為了驗(yàn)證“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，請以小白鼠為實(shí)驗(yàn)對象設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，預(yù)測和解釋實(shí)驗(yàn)應(yīng)出現(xiàn)的結(jié)果，并寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
（一）實(shí)驗(yàn)材料和用具：
正常實(shí)驗(yàn)小白鼠2只，生理鹽水，用生理鹽水配制的適宜濃度的胰高血糖素溶液，班氏糖定性試劑，注射器，試管，燒杯等。
（二）實(shí)驗(yàn)步驟：
（實(shí)驗(yàn)提示：采用腹腔注射給藥，給藥劑量不作實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求；給藥1小時(shí)后，用注射器在小鼠膀胱處穿刺取尿液。）
（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測、解釋和結(jié)論：
答案（二）實(shí)驗(yàn)步驟：（l）確定1只鼠為實(shí)驗(yàn)鼠，腹腔注射胰高血糖素溶液；另一只鼠為對照鼠，腹腔注射等容量生理鹽水。 （2）將兩支試管分別編號為1號和2號，各加入等量的班氏糖定性試劑。
（3）給藥1小時(shí)后，對兩只小白鼠采尿液，實(shí)驗(yàn)鼠尿液放入1號試管內(nèi)，對照鼠尿液放入2號試管內(nèi)。
（4）將兩支試管搖勻后，放入盛有開水的燒杯內(nèi)加熱煮沸，待冷卻后，觀察兩支試管溶液顏色的變化。
（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測、解釋和結(jié)論：
l號試管中應(yīng)該出現(xiàn)磚紅色沉淀，表明實(shí)驗(yàn)鼠尿液中有葡萄糖；2號試管中仍為藍(lán)色溶液，表明對照鼠尿液中無葡萄糖。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)鼠血糖升高，超過一定數(shù)值而出現(xiàn)糖尿，是胰高血糖素具有升高血糖的生理作用所引起的。
解析 ：題目中給出的班氏定性試劑，是用于檢測還原性糖如葡萄糖的。實(shí)驗(yàn)提示：提取小白鼠尿液，通過尿液中含有葡萄糖可以推測小鼠血糖已超出一定數(shù)值。為提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和實(shí)驗(yàn)信度，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中對照是必不可少的，對照組和實(shí)驗(yàn)組通常只能一個(gè)條是不同的，所以給實(shí)驗(yàn)鼠腹腔注射胰高血糖素溶液的同時(shí)應(yīng)注意給對照鼠腹腔注射等量生理鹽水
探究點(diǎn)3 對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)與矯正
【例3】為驗(yàn)證“鎂是植物生活的必需元素”，三位同學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，下列是實(shí)驗(yàn)的基本思路。請分別指出三個(gè)實(shí)驗(yàn)思路能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，為什么？再寫出你的設(shè)計(jì)思路。
（1）實(shí)驗(yàn)一：取生長狀況一致的大豆幼苗，用符合實(shí)驗(yàn)要求的容器進(jìn)行培養(yǎng)。對照組容器內(nèi)只盛有蒸餾水，實(shí)驗(yàn)組盛有用蒸餾水配制的鎂鹽溶液。兩組置于相同的適宜條下培養(yǎng)，并對溶液通氣，觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。
答：
（2）實(shí)驗(yàn)二：取生長狀況一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均勻，容器符合實(shí)驗(yàn)要求），對照組澆以蒸餾水，實(shí)驗(yàn)組澆以蒸餾水配制的鎂鹽溶液，兩組置于相同的適宜條下培養(yǎng)，觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。
答：
（3）實(shí)驗(yàn)三：取生長狀況一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均勻，容器符合實(shí)驗(yàn)要求），對照組澆以含有植物必需的各種元素的完全營養(yǎng)液，實(shí)驗(yàn)組澆以不含鎂離子的完全營養(yǎng)液，兩組置于相同的適宜條下培養(yǎng)，觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。
答：
（4）下面由你進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，請寫出你的設(shè)計(jì)思路。
答：
答案：（1）不能。因?yàn)檎麴s水和鎂鹽溶液均缺乏植物必需的礦質(zhì)元素而使兩組植物生長均不正常。
（2）不能。因?yàn)閮山M容器內(nèi)的砂性土壤中都可能含有鎂離子。
（3）不能。因?yàn)閮山M容器內(nèi)的砂性土壤中都可能含有鎂離子。
（4）取生長狀況一致的大豆幼苗，用符合實(shí)驗(yàn)要求的容器，對照組盛有含植物必需的各種礦質(zhì)元素的完全營養(yǎng)液，實(shí)驗(yàn)組盛有不含鎂離子的完全營養(yǎng)液，兩組置于相同的適宜條下培養(yǎng)，并對溶液通氣。觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。
解析：該題提供的三種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路中，均含有程度不同的合理成分，在逐一評價(jià)時(shí)，不僅要重視分析和闡明實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不能取得預(yù)期結(jié)果的原因，而且要關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路中隱含的合理成分，從而為提出一個(gè)合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路創(chuàng)造條。
在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一中，該同學(xué)知道要以合適的容器進(jìn)行溶液培養(yǎng)，但不了解缺素培養(yǎng)的正確方法。蒸餾水和以蒸餾水配置的鎂鹽溶液都缺乏植物生活所必需的各種礦質(zhì)元素，因而使兩組植物均不能正常生長發(fā)育，從而無法進(jìn)行比較，也就不能確定鎂是否是必需元素。
在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)二中，該同學(xué)未注意到培養(yǎng)基中是否可能有鎂離子存在。砂性土壤會(huì)含有各種礦質(zhì)元素，不能保證缺素培養(yǎng)的嚴(yán)格性。在這樣的情況下，澆蒸餾水和蒸餾水配置的鎂鹽溶液無助于實(shí)驗(yàn)的正確進(jìn)行。
在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三中，該同學(xué)知道要以完全培養(yǎng)液和缺乏該元素的“完全培養(yǎng)液”培養(yǎng)對照組和實(shí)驗(yàn)組植物，但忽略了肥力均勻的砂性土壤中是否存在鎂元素。因此，對照組和實(shí)驗(yàn)組的培養(yǎng)基中都因存在鎂元素而不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br>根據(jù)上述分析，三個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的思路均不能達(dá)到預(yù)定的目的。要得出正確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，可從三個(gè)實(shí)驗(yàn)方案中除去錯(cuò)誤之處，取其正確的方面，組成完整簡短的答案。
變式題 [2006年天津卷-31（2）] 絕大多數(shù)微生物最適生長溫度為25～37℃。為了探究培養(yǎng)溫度對谷氨酸棒狀桿菌代謝產(chǎn)物（谷氨酸）合成量的影響，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中有4處錯(cuò)誤，分別標(biāo)以①、②、③、④，請依次分析錯(cuò)誤原因。
第一步：設(shè)定培養(yǎng)溫度為28℃、29℃、30℃。①
第二步：將菌種接種到滅菌后的液體培養(yǎng)基中，分別在設(shè)定的溫度條下密閉培養(yǎng)。②
第三步：在衰亡期定時(shí)取樣，分別測定谷氨酸合成量，記錄結(jié)果并繪制曲線。③
實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測及結(jié)論：若在30℃培養(yǎng)條下，谷氨酸合成量最大，則認(rèn)為，30℃為該細(xì)菌合成谷氨酸的最適培養(yǎng)溫度。④
答案：（2）① 溫度設(shè)定范圍過窄。 ② 谷氨酸棒狀桿菌是好氧細(xì)菌，不應(yīng)密閉培養(yǎng)。
③從調(diào)整期至衰亡期均有谷氨酸的合成，故取樣時(shí)期有遺漏。 ④實(shí)驗(yàn)結(jié)果有局限性，合成谷氨酸的最適培養(yǎng)溫度有可能高于30℃。
解析：該題重點(diǎn)考查了對給定的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評價(jià)和修改。依次分析可尋找出該實(shí)驗(yàn)方案中的錯(cuò)誤及原因。① 由于絕大多數(shù)微生物最適生長溫度為25～37℃，所以在第一步設(shè)定培養(yǎng)溫度時(shí)，至少應(yīng)有低于25℃和高于37℃的培養(yǎng)溫度。② 谷氨酸棒狀桿菌是好氧型細(xì)菌，在培養(yǎng)過程中應(yīng)不斷進(jìn)行通氣。③ 在利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵時(shí)，雖然群體生長的4個(gè)時(shí)期都有谷氨酸的生成，但以穩(wěn)定期谷氨酸的積累量最多。④ 由于第一步溫度設(shè)定范圍過窄，高于30℃的培養(yǎng)條下的合成量無法得知，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有明顯的誤差，也就不能確定30℃為該細(xì)菌合成谷氨酸的最適培養(yǎng)溫度。
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