2025届高考生物基础复习：实验设计及分析

第十二章 实验与探究 2025年高考生物专项复习 第2节 实验设计及分析 目录 实验步骤的补充 壹 实验思路的设计 贰 实验方案的评价 叁 实验结果的分析 肆 2 实验步骤的补充 壹 3 教材知识萃取 4 1.[链接人教版选必2 P72正文]菜粉蝶嗜食十字花科植物，尤其嗜食叶面光滑的甘蓝等，是一种常见的蔬菜害虫。人们发现植物产生的某些化学物质可以影响昆虫的繁殖，欲验证从番茄中提取的某种挥发性次生代谢物对菜粉蝶成虫具有驱避作用，使其不能在叶片上产卵。请完善下列实验内容： ①以新鲜番茄植株为材料获得挥发性次生代谢物，用丙酮溶液配制成质量浓度为 的溶液； ②将生长状态良好的若干甘蓝苗随机均分为A、B两组，在A组的叶片上涂抹适量的上述提取物溶液，B组的处理为 ________________________________； ③向A、B两组甘蓝苗中接种等量的待产卵的雌虫若干，一段时间后，分别统计菜粉蝶在植物上的产卵量； ④预期结果：____________________________________。 在叶片上涂抹等量的丙酮溶液 成虫在A组植物上的产卵量明显低于B组 【解题思路】 本实验的目的是验证从番茄中提取的某种挥发性次生代谢物对菜粉蝶成虫具有驱避作用，使其不能 在叶片上产卵。自变量是是否施用该种次生代谢物，因变量是产卵量。又知该次生代谢物溶液是用 丙酮溶液 配制成的，因此对照组的处理为在叶片上涂抹等量的 丙酮溶液。验证性实验的实验结果一般与实验目的相对 应，则预期结果是成虫在A组植物上的产卵量明显低于B组。 教材素材变式 5 2.[链接浙科版必修1 P89~P91活动，2021浙江卷·1月]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，参与 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 注：“ ”表示有乙醇生成，“-”表示无乙醇生成 回答下列问题： 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表。 6 （1）除表中4组外，其他2组的实验处理分别是：___________________；_________________________。本实验中， 这些起辅助作用的小分子和离子存在于酵母菌、_______________中。 葡萄糖溶液酵母汁 葡萄糖溶液溶液溶液 酵母汁和B溶液 【解题思路】该实验的目的为验证无细胞的酵母汁可以进行乙醇发酵以及参与乙醇发酵的酶发挥催化作用需要小 分子和离子辅助，因此实验组别的设置为：葡萄糖溶液酵母菌、葡萄糖溶液酵母汁、葡萄糖溶液 溶液、葡萄 糖溶液溶液、葡萄糖溶液溶液溶液、葡萄糖溶液 无菌水。本实验中，起辅助作用的小分子和离子存在于 酵母菌、酵母汁和B溶液中。 7 （2）若为了确定B溶液中是否含有多肽，可用________试剂来检测。若为了研究B溶液中离子 对乙醇发酵是否是 必需的，可增加一组实验，该组的处理是_______________________________________。 双缩脲 葡萄糖溶液溶液去除了离子的B溶液 【解题思路】可用双缩脲试剂检测多肽。若为了研究B溶液中离子 对乙醇发酵是否是必需的，则需增加没有离子 的一组实验，其处理是葡萄糖溶液溶液去除了离子 的B溶液。 8 （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__________________________ __________________,以确保酶的活性。 保护酶分子空间结构和提供酶促反应的适宜 【解题思路】制备无细胞的酵母汁时,需要对酵母菌细胞进行破碎处理，细胞破碎后原有的 等条件会改变，为了 保护酶分子空间结构和提供酶促反应的适宜 ，破碎处理时需加入缓冲液。 9 （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） 【答案】染色后镜检，原理是细胞膜具有选择透性；酵母汁接种培养观察，原理是酵母菌可以繁殖。 【解题思路】检测活细胞可以使用染色后镜检的方法，原理是细胞膜具有选择透性，也可以使用酵母汁接种培养观察的方法，原理是酵母菌可以繁殖。 10 实验思路的设计 贰 11 1.实验思路的一般书写模式 实验思路的书写模式一般为“分组施加自变量 检测因变量”，题目中涉及的无关变量必写，题目未涉及的可 略写或简写，设计实验思路的具体思考过程如下： 2.倒推法预测实验结果与结论 基本思路为“根据已知条件找变量 描述变量间的关系 倒推结论对应的结果 理清顺序，先结果后结论”。 教材知识萃取 12 变式1 验证性实验思路的设计 1.[链接人教版必修1 P22思考·讨论]某农场在密闭容器内用水培法栽培番茄。 在 充足的条件下测得番茄的呼吸速率和光合速率变化曲线如图。分析 并回答下列问题： （1） 之间，检测发现番茄体内有机物含量的变化是______，容器 内 含量增加的原因是 _________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 增加 之间，番茄的光合速率大于呼吸速率，光合作用产生的量大于呼吸作用消耗的量，有释放（或植株从容器中吸收并释放出） 【解题思路】据图分析可知, 之间，番茄的光合速率几乎不变，呼吸速率增加，但是番茄的净光合速率大于0， 光合作用产生的量大于呼吸作用消耗的量,有 释放,番茄体内有机物含量增加。 教材素材变式 13 （2）在实验过程中发现，番茄叶片上出现黄斑，工作人员猜测是缺少镁元素引起的。请利用这些有黄斑的番茄，设计一个简单的实验加以证明。实验思路是 _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 。 【解题思路】若要证明番茄叶片上出现的黄斑是由缺少镁元素引起的,可将黄斑番茄分别在含镁元素的完全培养液和缺镁元素的培养液中培养,适宜条件下培养一段时间,观察黄斑是否消失（或观察新长出的幼叶上是否有黄斑）。 向黄斑番茄的培养液中添加适当比例的镁元素，培养一段时间，观察黄斑是否消失（或观察新长出的幼叶上是否有黄斑）［或将黄斑番茄分别在含镁元素的完全培养液和缺镁元素的培养液中培养，适宜条件下培养一段时间，观察黄斑是否消失（或观察新长出的幼叶上是否有黄斑）］ 14 变式2 探究性实验思路的设计 2.[人教版必修2 P38拓展应用T2变式]果蝇的直刚毛和焦刚毛受一对等位基因 控制，灰身和黑身受另一对等位基 因控制。实验小组让某直刚毛黑身雌果蝇和焦刚毛灰身雄果蝇杂交， 均为直刚毛灰身，让焦刚毛黑身雄果蝇 与的直刚毛灰身雌果蝇杂交， 雌雄果蝇的表型及比例均为直刚毛黑身：直刚毛灰身：焦刚毛黑身：焦刚毛灰 身 。不考虑基因位于性染色体同源区段的情况，回答下列问题： （1）据题可知，题述两对性状中，显性性状是______________，基因和 的遗传遵循____________________； 根据题中信息，______（填“能”或“不能”）确定基因是位于常染色体上还是位于 染色体上。若能确定，请说 明理由；若不能确定，请利用中的果蝇为实验材料，设计一个杂交实验探究 基因是位于常染色体上还是位于 染色体上，写出杂交实验方案并预期实验结果和结论。 直刚毛、灰身 基因的自由组合定律 不能 【答案】让 的直刚毛雄果蝇与焦刚毛雌果蝇杂交，统计后代的表型，若子代雄果蝇均为焦刚毛，雌果蝇均为直 刚毛，则基因位于染色体上；若子代雌雄果蝇都有直刚毛和焦刚毛，则基因位于常染色体上。（或让 的 直刚毛雄果蝇和直刚毛雌果蝇杂交，统计后代的表型，若子代焦刚毛均为雄果蝇，则基因位于 染色体上；若 子代雌雄果蝇都有直刚毛和焦刚毛，则 基因位于常染色体上。）（合理即可） 15 【解题思路】根据直刚毛黑身雌果蝇和焦刚毛灰身雄果蝇杂交， 均为直刚毛灰身，说明直刚毛对焦刚毛为显性， 灰身对黑身为显性。 16 为了探究基因是位于常染色体上还是位于 染色体上，在知道显隐性关系的情况下，常采用的杂交实验方案为 隐性雌×显性雄。使用假说—演绎法剖析如下： （或让的直刚毛雄果蝇和直刚毛雌果蝇杂交，统计后代的表型，若基因位于 染色体上，则双亲的基因型分 别为、，子代基因型为、、、，则子代焦刚毛均为雄果蝇；若 基因位于常染色体上， 则双亲的基因型分别为和，子代基因型为、、 ，则子代雌雄果蝇都有直刚毛和焦刚毛）。 （2）该实验小组让 的黑身雌雄果蝇随机交配，若子代的直刚毛黑身果蝇中有3种不同的基因型，则子代直刚毛 黑身果蝇所占的比例为______，其可能的基因型为_________________________。 、和 【解题思路】 中黑身果蝇的基因型为、、、 ，该群体中卵细胞的基因型和比例为 ，群体中精子的基因型和比例为 ，该群体自由交配获得的子代中直刚 毛黑身果蝇所占的比例为，其可能的基因型为、和 。 19 实验方案的评价 叁 20 教材知识萃取 21 1.[链接人教版选必1 P105思考·讨论，2021湖北卷]短日照植物在日照时数小于一定值时才能开花。已知某短日照植 物在光照10小时/天的条件下连续处理6天能开花（人工控光控温）。为了给某地（日照时数最长为16小时/天）引 种该植物提供理论参考，探究诱导该植物在该地区开花的光照时数 （小时/天）的最大值，设计了以下四组实验 方案，最合理的是 实验方案 对照组（光照时数：小时/天，6天） 实验组（光照时数： 小时/天，6天） A 10 设置梯度 B 10 ， 设置梯度 C 10 设置梯度 D 10 设置梯度 【答案】C 教材素材变式 22 【解析】 题述实验的自变量是光照时数，因变量是植物是否开花。已知某短日照植物在光照10小时/天的条件下连续 处理6天能开花，欲探究诱导该植物在某地区开花的光照时数 的最大值，以给该地（日照时数最长为16小时/天）引 种该植物提供理论参考，实验组应该在大于10小时/天到小于等于16小时/天范围内设置光照时数梯度，C符合题意。 23 2.[链接人教版必修1 P78科学方法]氧自由基会破坏细胞膜和细胞器的结构与功能，危害机体健康。过氧化氢酶 可催化过氧化氢分解，减少低氧胁迫下产生的多余氧自由基。为探究低氧胁迫对鲢鱼血清中 活性的影响， 某生物兴趣小组进行了如下实验。 第一步：选择形态相似、生理状态相同的鲢鱼120尾，均分为4组，每组3个平行实验，分别置于透明水箱中。 第二步：实验组用保鲜膜和塑料盖密封水箱，分别在鲢鱼全部存活（组）、半数窒息（组）、全部窒息（ 组）时检测水中的溶解氧含量，并用一次性灭菌注射器在尾椎处静脉采血。对照组（ 组）在低氧胁迫前测 定 值并进行尾椎静脉采血。 24 第三步：各组血样经离心后吸取上清液制备血清，测定血清 活性，结果如图所示。 25 回答下列问题： （1）第一步中每组设置3个平行实验的目的是______________________。 排除实验结果的偶然性 【解题思路】设置平行重复实验的目的是获得更多相同条件下的实验数据，通过统计平均值提高实验结果的准确性，排除实验结果的偶然性。 26 （2）测定血清 活性时，需避免__________（答出2点）等无关变量对结果的影响。若采集血样后不能及时测定 活性，需将血清置于______条件下临时保存。 温度、 低温 【解题思路】由题图可知，该实验的自变量为含量，为了保证实验的准确性，实验过程中应严格控制温度、 等 无关变量。低温时酶的结构没有被破坏，活性可恢复，有利于酶的保存，故临时保存血清需将其置于低温条件下。 27 （3）与组相比，、组 催化过氧化氢分解的效率较高，从酶的作用机理角度分析其原因是 ______________________________________________________。 、组条件下降低化学反应所需活化能的效果更显著 【解题思路】酶发挥催化作用的原理是降低化学反应的活化能，与组相比，、组 催化过氧化氢分解的 效率较高，说明、组条件下 降低化学反应所需活化能的效果更显著。 28 （4）请评价该实验方案的设置是否合理，并说明合理的理由或不合理的优化思路：__________________________ ___________________________________________________________________________________________________ ________________________________。 不合理。该实验中以鱼的窒息情况为参考标准，对水中的含量进行检测，无法准确控制自变量，可改为精确设置一定梯度的含量并测定不同含量下鲢鱼血清的活性 【解析】 实验分析： 29 实验结果的分析 肆 30 教材知识萃取 31 变式1 探究性实验结果的分析 1.[链接人教版选必1 P30正文，2023北京卷]研究者检测了长期注射吗啡的小鼠和注射生理盐水的小鼠伤口愈合情 况，结果如图。由图可以得出的结论是( ) A A.吗啡减缓伤口愈合 B.阿片受体促进伤口愈合 C.生理条件下体内也有吗啡产生 D.阿片受体与吗啡成瘾有关 教材素材变式 32 【解析】图示分析： 由题中信息无法得出生理条件下体内也有吗啡产生以及阿片受体与吗啡成瘾有关的结论，C、D不符合题意。 33 2.[人教版必修1 P90~P91探究·实践拓展]（多选）某研究小组利用 检测气压变化的密闭装置来探究微生物的呼吸。实验设计如下： 关闭活栓后， 形管右侧液面高度变化反映瓶中的气体体积变化。 实验开始时将右侧液面高度调至参考点，实验中定时记录右侧液 面高度相对于参考点的变化（忽略其他原因引起的容积变化）。 下列有关说法正确的是( ) ABC A.甲组右侧液面变化，表示的是微生物呼吸时 的消耗量 B.乙组右侧液面变化，表示的是微生物呼吸时的释放量和 消耗量之间的差值 C.甲组右侧液面升高，乙组右侧液面下降，说明进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸 D.甲组右侧液面不变，乙组右侧液面下降，说明微生物进行乳酸发酵 34 【解析】甲组实验装置中的作用是吸收，有氧呼吸过程消耗，产生的被 吸收，所以甲组右侧 液面变化，表示的是微生物呼吸时的消耗量，A正确。乙组实验装置中无吸收，液面变化是由 消耗 量与释放量不相等导致的，因此乙组右侧液面变化，表示的是微生物呼吸时释放量和 消耗量之间的差值， B正确。甲组右侧液面升高，说明细胞呼吸消耗，进行有氧呼吸，乙组右侧液面下降，说明释放量大于 消 耗量，说明微生物进行了产酒精的无氧呼吸，综合分析可知，微生物进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸，C正确。 甲组右侧液面不变，说明微生物不消耗，即不进行有氧呼吸，乙组右侧液面下降，说明有 的释放，说明微生 物进行酒精发酵，不是乳酸发酵，（【易错】酒精发酵有的产生，乳酸发酵无 的产生。）D错误。 35 模型构建 判断细胞呼吸方式的常见模型 36 变式2 验证性实验结果的分析 3.[链接人教版选必1 P51正文]欲验证胰岛素的生理作用，根据以下提供的实验材料与用具，提出实验思路，预测实验结果并进行分析。 材料与用具：小鼠若干只，胰岛素溶液，葡萄糖溶液，生理盐水，注射器等。 （要求与说明：血糖浓度的具体测定方法及过程不作要求，实验条件适宜） （1）实验思路： ① 【答案】①分别测定每只小鼠的血糖浓度，并记录；②将小鼠分为A、B两组，A组注射胰岛素，B组注射生理盐水，每隔一段时间，分别测定两组小鼠的血糖浓度，并记录；③当出现低血糖症状后，A组注射葡萄糖溶液，B组注射生理盐水，每隔一段时间，分别测定两组小鼠的血糖浓度，并记录；④对每组所得数据进行统计分析。 【解题思路】本实验的目的是验证胰岛素的生理作用，所以实验的自变量是有无胰岛素，实验材料中有提供葡萄糖溶液，可将实验分两组,实验组用胰岛素处理，对照组用生理盐水处理，实验组出现低血糖症状后还需给实验组注射葡萄糖溶液，对照组注射生理盐水，反向验证胰岛素的作用。具体实验思路见参考答案。 37 （2）预测实验结果（设计一个坐标，用柱形图表示至少3次的检测结果） 【答案】如图 【解题思路】注射胰岛素组的实验结果是血糖浓度下降，接着注射葡萄糖，血糖浓度又会上升；注射生理盐水组血糖浓度变化不大。注意本题要求画柱形图，图中需有图注，横坐标需标注两次注射。 38 （3）分析与讨论： ①正常人尿液中检测不到葡萄糖，其原因是________________________________________。 胰岛素促进肾小管对过滤液中葡萄糖的吸收 【解题思路】正常人体内的胰岛素可以促进肾小管对过滤液中葡萄糖的吸收，故在尿液中检测不到葡萄糖。 39 ②当机体血糖水平升高时，胰岛中的内分泌细胞及其分泌的激素变化是_____________________________________ ___________________。此时,机体细胞一方面增加对葡萄糖的摄取、贮存和利用，另一方面____________________ __________。 胰岛B细胞分泌胰岛素增加，胰岛A细胞分泌胰高血糖素减少 抑制氨基酸等物质转化为葡萄糖 【解题思路】当机体血糖水平升高时会引起胰岛B细胞分泌胰岛素增加，胰岛A细胞分泌胰高血糖素减少。胰岛素具有促进对葡萄糖的摄取、贮存和利用以及抑制氨基酸等物质转化为葡萄糖的作用。 40 谢谢 $$