备课素材：“ 培养液中酵母菌种群数量的变化” 实验中的平行重复2022-2023学年高二上学期生物人教版选择性必修2

“ 培养液中酵母菌种群数量的变化” 实验中的平行重复 在自然条件下发生的现象，由于其偶然性无法进行反复观察。而在科学实验中，人们可以使研究现象重复出现，通过长期的观察和比较，最终得出可重复的实验结论。在精密度较高的医药学领域，重复原则被细分为3层含义:重复实验、重复取样和重复测量。 2019版高中生物学选择性必修二探究“培养液中酵母菌种群数量的变化"，教材设置了一个问题“要做重复实验吗？为什么？”： 一些老教师和同学认为不需做重复实验。 探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”实验目的在于:研究酵母菌在实验条件下种群数量的变化规律。与已知结论的验证实验相比，探究实验的结果未知，重复原则在后者中显得更加必要。 该探究实验的步骤如下:首先将班级分成若干小组(例如A组~G组),每组学生在相同培养条件下，扩培初始浓度相同的样品(酵母菌)，并通过抽样检测法,统计不同时间点(0d~7d)的样品种群密度(表1),完成实验后，得到相应数据。 以A组为例,在初始时间点(0d)统计酵母菌种群密度为A-0,依次类推，得到一组数据(A-0A-1A-2……A-7)并绘制成酵母菌生长曲线，那么该曲线能够代表多组酵母菌的种群密度变化趋势吗?这明显是不够严谨的，由于操作过程中存在各种人为因素的误差，结果会对实验产生难以避免的偶然性影响，所以仅参考一次独立实验过程所得出的结论缺乏可信度。而可重复性原则可以减少这一类误差，从而提高实验结论的准确度。 以1d为例，A组~G组均独立完成对酵母菊种群密度的统计,得到一组数据(A-1B-1C-1…… G-1),求得平均值作为1d的酵母菌种群密度(均一1)。相比单次独立实验所得到的数据(A-1)，由多次独立重复实验得出的均值(均-1)更具有代表性和可重复性。依次统计不同时间点,得到一组平均值(均-0均-1均-2……均-7)，绘制生长曲线。该曲线体现了可重复性原则，所得结论更科学严谨。 与可重复性原则不同，并不是所有科学实验都需要遵循平行重复原则。例如，实验“用高倍显微镜观察叶绿体与线粒体”，由于观测指标是定性描述叶绿体与线粒体的形态与分布，因此无须设计平行重复实验。而对本探究实验而言，因为实验结果是需要定量检测酵母菌种群密度，所以平行重复原则在本实验中不可或缺。 可重复性原则主要体现在各组(A组~G组)间多个样品的重复性上，而平行重复原则体现在单组实验中通过对一个样品的多个标本进行检测，以提高该组实验结果的精确度。以3d检测点的组为例。通过抽样检测法来估算10mL培养液中酵母菌的种群密度。制备血细胞计数板临时装片，置于显微镜下观察,如图1所示。五点取样法随机选取多个标本(方格)，并对单个方格内酵母菌的数目进行计数，得到一组数据。将该组数据求得平均值即为A-3作为A组在3d统计得出的酵母菌种群密度。与检测单个标本(方格)所得的数据相比,平均值(A-3)精确度更高,更具有代表性,结果显而易见。 对本实验是否“需要做重复实验”存在较大争议，原因和争议焦点如下。 (1)原因:对重复原则的概念不清,尤其是平行重复原则; (2)争议焦点:在血球计数法统计样品数目的过程中，是否需要(重复)多次制作临时装片。 上述问题中，第一个问题在此不多赘述。针对第二个问题，设计如下实验。 对照组(i组):制作单个临时装片，对多个标本(方格)内的酵母菌进行计数: 实验组(ii组):重复取样,制作多个临时装片，对不同装片中的标本进行计数。 如表2所示，分别统计对照组与实验组10个标本内酵母菌的数目。统计结果显示i组与ii组并无显著性差异(t-test,P>0.05，图2)。说明在血球计数法中,无须重复取样，单次制片观察，已经体现出平行重复原则。 探究实验“培养液中酵母菌种群数量的变化"，学生分组做实验体现了可重复性原则,而血球计数法统计酵母菌数目，则充分利用了平行重复原则。 学科网（北京）股份有限公司 $