2025届高三生物二轮复习课件小专题16 实验设计的知识梳理与技能训练

实验设计 植物：“大小相似、长势相同的同种植株”; 动物：“体重(体长)、年龄、健康状况相同”,“性别”相同; “生长状况基本相同”。 试剂： “等浓度”“等体积”“适量的”“一定量的” “等量”。 实验时间和条件： “一段时间”“适宜的温度、pH”“相同且适宜的条件” 。 一P78 单一变量原则 等量原则 平行重复原则 预实验 例4[实验目的] 如图是研究人员在诱导染色体数目加倍时的处理方法和实验结果，本实验的目的是探究___________________________。 不同浓度秋水仙素和不同处理时间对细胞内染色体数目加倍的影响 因变量 自变量2 自变量1 探究目的：自变量对因变量的影响 2 例5 [实验目的] 在一天之中，白天与黑夜的相对长度，称为光周期。人们发现，植物开花与光周期有关，其中在 昼夜周期中，日照长度长于一定时间才能开花的植物称为长日照植物，如冬小麦、大麦、油菜、萝卜等；日照长度短于一定时间才能开花的植物称为短日照植物，如水稻、菊花、苍耳等。某科学家将菊花顶部花芽附近的叶片去掉，并对顶部花芽和下部的叶片分别做不同日照时长处理，开花情况如图所示。 该实验的目的是探究 ____________________________。 菊花感受光周期刺激的部位是顶部的花芽还是下部的叶片 自变量1 自变量2 因变量 不同日照时长处理不同部位对开花情况的影响 3 例6[实验假设] 南方红豆杉为世界珍稀濒危物种，具有极其重要的药用和经济价值。虽可利用种子繁殖，但种子的休眠期长，萌发率低，为挽救这一珍稀濒危物种，某校研究性学习小组围绕提前解除种子休眠提高发芽率这一目标，做了如下实验探索，通过实验得到了下表中的实验结果。请分析回答： 处理 方式 机械破损后直接播种 赤霉素液浸种 机械破损后，再用 赤霉素浸种 机械破损后，再用的 赤霉素浸种 发芽 率 小组实验前做出假设是________________________________________ _______________________。 机械破损、植物激素、温度等外因能解除种子的休眠期，提高发芽率 自变量 因变量 本实验的假设：自变量对因变量有***（符合预期的、可能的）影响 4 例7 [实验假设] 科学家以绿色向日葵下胚轴为材料对植物向光性进行探究。结果如下表，请分析回答： 处理 生长素百分比 黄质醛百分比 生长情况 向光侧 背光侧 向光侧 背光侧 用单侧光照射前（黑暗） 50.1 49.9 49.9 50 直立生长 用单侧光照射后 50 50 65.5 35.5 弯向光源生长 单侧光如何导致黄质醛分布不均匀的？请做出假设（要求写两个）。 假设1：______________________________________。 假设2：________________________________。 黄质醛由背光侧向向光侧发生了横向运输 光照可以促进向光侧黄质醛的合成 自变量 因变量1 因变量2 因变量3 进一步实验的假设：根据数据推测可能的原因/机制 5 实验思路： 实验步骤： 实验结果：对现象或数据的描述 实验结论：在结果基础上的总结性语句（自变量对因变量的影响是什么） 1.[实验原理、思路、结论]新疆是国家优质棉的生产基地,新疆棉以绒长、品质好、产量高著称于世,但在培育过程中也遇到过很多问题,用机械方式对棉花进行采摘时,若采摘前棉花脱叶不彻底,采摘过程中混入很多的叶片,这会降低棉花的品质,某生物兴趣小组想通过利用植物激素帮助棉农解决一些实际问题,做了以下实验进行探究。 实验一:兴趣小组提出生长素对脱落酸促进叶片脱落的功能有抑制作用。现有一批长势相同、处于生殖生长末期的棉花植株若干,生长素、生长素抑制剂、脱落酸、脱落酸抑制剂等实验材料,请帮兴趣小组选择合适的材料设计一个实验方案证明上述推测,写出实验设计思路和预期的实验结果和结论。 (1)实验思路:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 预期的实验结果和结论:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 取长势相同、处于生殖生长末期的棉花植株若干,随机均分为A、B两组,两组都用适量的一定浓度的脱落酸处理后,A组再用适量生长素处理,B组不做处理或者用等量清水处理,其余条件相同且适宜,记录两组植株在相同时间内的落叶数量(4分) A组的落叶数量比B组少,则可得出生长素对脱落酸促进叶片脱落的功能有抑制作用 脱落酸、生长素、脱落酸抑制剂、空白 1 .[实验原理、思路、结论]新疆是国家优质棉的生产基地,新疆棉以绒长、品质好、产量高著称于世,但在培育过程中也遇到过很多问题,用机械方式对棉花进行采摘时,若采摘前棉花脱叶不彻底,采摘过程中混入很多的叶片,这会降低棉花的品质,某生物兴趣小组想通过利用植物激素帮助棉农解决一些实际问题,做了以下实验进行探究。 (2)实验二:兴趣小组发现了赤霉素突变矮生棉花品种,推测其产生的原因有两种:一是植株不能产生赤霉素(或赤霉素水平低),二是受体异常(不能与赤霉素结合发挥作用),他们设计实验来探究该突变矮生棉花品种产生的原因属于上述哪一种,设计了以下实验方案:将若干突变矮生棉花幼苗随机均分为两组;一组用适量的一定浓度的赤霉素溶液处理,另一组用等量的蒸馏水处理;培养一段时间后,测量并比较两组的植株平均高度(或生长情况或长势)。设计该方案的实验原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 赤霉素可以促进细胞伸长,从而促进植株增高 已知赤霉素需要与受体结合才能发挥作用 已知赤霉素能促进植株长高 赤霉素与受体结合后可以促进植株长高 3.(8分)[机制、实验思路]糖尿病会引起人的认知障碍及大脑神经生理和结构的改变,引发糖尿病脑病。糖原合成酶激酶-3(GSK3β)是参与肝糖原代谢的关键酶,可磷酸化Tau蛋白,Tau蛋白过度磷酸化会引起轴突病变,从而造成神经元损伤。当GSK3β被磷酸化后,不再有磷酸化Tau蛋白的功能。完成下列问题: (1)为探究小檗碱(黄连的有效成分)对糖尿病脑病的治疗作用,科研人员进行了相关实验,并分别检测了正常健康大鼠和糖尿病脑病模型大鼠(模型组)中GSK3β、P-Tau等物质的含量,结果如图。 由图可知,糖尿病脑病以及小檗碱不影响GSK3β的表达量,但模型大鼠体内P-GSK3β含量较低。据结果分析,小檗碱缓解糖尿病脑病的机制是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 通过提高P-GSK3β含量(GSK3β的磷酸化水平),降低Tau过度磷酸化,缓解轴突病变(2分) 小檗碱-----------------缓解糖尿病脑病 GSK3β→磷酸化Tau蛋白→神经元损伤 GSK3β磷酸化↑ （图示） Tau蛋白磷酸化↓→神经元损伤↓ 3.(8分)[机制、实验思路]糖尿病会引起人的认知障碍及大脑神经生理和结构的改变,引发糖尿病脑病。糖原合成酶激酶-3(GSK3β)是参与肝糖原代谢的关键酶,可磷酸化Tau蛋白,Tau蛋白过度磷酸化会引起轴突病变,从而造成神经元损伤。当GSK3β被磷酸化后,不再有磷酸化Tau蛋白的功能。完成下列问题: (2)模型大鼠的中枢神经系统长时间代谢紊乱导致出现抗炎因子减少、促炎因子升高等炎症反应,从而持续损伤神经元,引起认知功能下降。请设计实验验证小檗碱可抑制模型大鼠的炎症反应,减缓认知功能下降,简要写出实验设计思路,并预期实验结果。(给药方式为灌胃) 实验设计思路:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 预期实验结果:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 　A组大鼠正常;B组大鼠的抗炎因子减少、促炎因子升高,炎症反应明显,认知功能降低;C组大鼠的抗炎因子升高、促炎因子减少,炎症反应降低,认知功能基本正常 设置A(健康大鼠)、B(模型大鼠)和C(模型大鼠)三组实验,A、B组作为对照组,C组作为实验组,A、B组分别灌胃等量的生理盐水,C组灌胃等量小檗碱溶液,检测三组大鼠的炎症反应(炎症因子含量)和认知功能情况 健康（空白）、模型（阴性）、模型+药（实验） 4.(11分) [理由、实验思路]研究发现钙离子(Ca2+)对人体有重要作用,能够影响兴奋在神经元之间的传递过程(如图),Ca2+还是调节神经细胞功能的信号,促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)的分泌依赖Ca2+内流,同时,细胞质中cAMP含量升高可提高CRH基因转录活性。 (1)已知细胞外Ca2+对Na+存在“膜屏障作用”,即Ca2+在膜上形成屏障,使Na+内流减少,据此推测当人体缺钙时,神经细胞更　　(填“容易”或“不容易”)产生兴奋,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。 容易 缺钙使Ca2+对Na+的“膜屏障作用”降低,Na+更容易内流形成动作电位产生兴奋(2分) 缺钙------------兴奋 4.(11分) [理由、实验思路]研究发现钙离子(Ca2+)对人体有重要作用,能够影响兴奋在神经元之间的传递过程(如图),Ca2+还是调节神经细胞功能的信号,促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)的分泌依赖Ca2+内流,同时,细胞质中cAMP含量升高可提高CRH基因转录活性。 (2)科研人员进一步研究一定浓度的外源CRH对下丘脑神经内分泌细胞的细胞质中Ca2+和cAMP的影响,结果见下表。据上述信息推测,CRH对下丘脑神经内分泌细胞分泌CRH的调节,属于　(填“正”或“负”)反馈调节。从细胞内这两种信号作用的角度分析,该反馈调节过程是下丘脑神经内分泌细胞膜上存在 　　的受体,当此受体识别相应激素后,引发该细胞中　　　　　　　　　　　。 组别 细胞质中Ca2+浓度/nM 细胞质中cAMP含量/(pmol/dish) 对照组 154 0.44 实验组 240 3.26 正 CRH cAMP含量升高,促进CRH基因表达,CRH合成增多,同时Ca2+内流增加,促进 CRH 分泌(合理即可,2分) 外源CRH------分泌CRH Ca2+内流, cAMP↑ 4.(11分) [理由、实验思路]研究发现钙离子(Ca2+)对人体有重要作用,能够影响兴奋在神经元之间的传递过程(如图),Ca2+还是调节神经细胞功能的信号,促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)的分泌依赖Ca2+内流,同时,细胞质中cAMP含量升高可提高CRH基因转录活性。 (3)某科研小组发现,给小白鼠注射促肾上腺皮质激素(ACTH),会使下丘脑分泌的CRH减少。基于对下丘脑—垂体—靶腺轴的认识,有同学对此现象提出了一种解释:ACTH对下丘脑进行了反馈调节,请设计实验加以验证,简要写出实验思路和预期结果。 实验思路:选取生长发育状况相同的健康小白鼠若干,测定血液中CRH的含量,手术破坏小白鼠肾上腺皮质,注射适量ACTH,一段时间后测定血液中CRH的含量。 预期结果:与手术前相比,若小白鼠血液中的CRH含量明显减少,则说明解释正确;若小白鼠血液中的CRH含量无明显变化,则说明解释错误(4分) 排除肾上腺皮质激素的负反馈作用 5.(10分)[实验思路]恶性肿瘤的产生和发展会破坏人体的稳态。原位瘤细胞往往先向淋巴结转移形成淋巴结转移瘤,再向远端转移。正常情况下,原位瘤细胞转移至淋巴结会激活NK细胞和细胞毒性T细胞,前者非特异性杀伤瘤细胞,后者则在辅助性T细胞分泌的　　　　的作用下,经　　　　　过程产生新的细胞毒性T细胞杀伤肿瘤细胞。将原位瘤细胞F0和转移至淋巴结的瘤细胞LN6接种于同一健康小鼠体内,过程和结果如图: 已知F0和LN6的增殖能力无显著差异,图中结果说明　　　向淋巴结转移的能力更强。为排除红绿荧光蛋白可能存在的检测差异对实验结果的干扰,需增设一组对比实验,大致思路为：　　　　　　　　　　　　　　　　　 对F0转入红色荧光蛋白基因,对LN6转入绿色荧光蛋白基因,重复上述实验(4分) 细胞因子 分裂、分化 LN6 2.(11分)[原因、结论、假设]为研究Mg2+对光合作用的影响,科研人员进行了一系列的研究。请回答下列问题: (1)研究发现叶肉细胞光合能力及叶绿体中的Mg2+浓度均呈昼夜节律波动,而光合色素含量无昼夜节律变化,据此推测Mg2+　 (填“是”或“不是”)通过影响色素含量进而影响光合能力。为了进一步确定Mg2+影响光合能力的机制。科研人员研究发现,Mg2+是Rubisco(催化五碳糖与CO2反应的酶)的激活剂, Rubisco活性随叶绿体内Mg2+浓度增大而增强,据此推测光合能力的周期性波动的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 推测植物在缺Mg2+的条件下,光合速率下降的原因有是 　 　 (写2点)。 (2)为探究叶绿体中Mg2+含量呈节律性波动的原因, 对多种突变体水稻进行实验。通过检测野生型、突变体MT3(MT3蛋白缺失, MT3蛋白为Mg2+转运蛋白)的叶绿体中Mg2+含量变化如下 图所示,该结果可说明MT3蛋白缺失,导致Mg2+进入叶绿体 的效率降低,且　　　　　 　 　 (写出两点)。 不是 Mg2+含量的昼夜节律波动导致激活的酶的数量昼夜节律波动 缺Mg2+导致光合色 素含量降低、Rubisco活性下降 突变体MT3叶绿体中Mg2+含量仍然呈节律性波动(MT3蛋白缺失不是导致Mg2+含量呈节律性波动的原因);MT3蛋白并不是唯一的Mg2+转运蛋白 2.(11分)[原因、结论、假设]为研究Mg2+对光合作用的影响,科研人员进行了一系列的研究。请回答下列问题: (3)另一株突变体OS(OS蛋白缺失),叶绿体中Mg2+含量较野生型植物显著升高。据此,对MT3蛋白、OS蛋白的作用关系,科研人员提出以下两种假设: 假设1:OS蛋白抑制MT3蛋白作用,从而影响Mg2+运输至叶绿体内。 假设2:　　　　　　　　　　　　。 若假设1是正确的,则野生型和突变体的叶绿体中Mg2+含量最高的是　　　　。 A.野生型 B.突变体MT3 C.突变体OS D.双突变体OM(OS蛋白、MT3蛋白均缺乏) 蛋白运输Mg2+至叶绿体内,而OS蛋白将Mg2+运出叶绿体　 C 2.(7分)[机制、原因、依据] 植物在长期进化过程中,为适应不断变化的光照条件,形成了多种光保护机制,包括依赖于叶黄素循环的热耗散机制(NPQ)和D1蛋白周转依赖的PSⅡ损伤修复机制。重金属镉(Cd)很难被植物分解,可破坏PSⅡ (参与水光解的色素-蛋白质复合体),进而影响植物的光合作用。 (1)为初步探究转甜菜碱基因(BADH基因)番茄株系抵抗Cd2+毒害的机理,研究人员用野生型番茄(WT)和转BADH番茄株系(L7、L10、L42)进行实验,检测其甜菜碱(GB)的表达量(图甲),再用5 mmol/L的CdCl2培养液对其根系进行处理,检测番茄叶片的Cd2+含量,结果如图乙。据图推测,转BADH基因番茄株系抵抗Cd2+毒害的机理可能是　　　　　　　　　 　　　(答出2点即可) 转基因番茄株系产生的GB抑制根吸收Cd2+; 转基因番茄株系产生的GB抑制根部Cd2+向叶运输; 转基因番茄株系产生的GB促进叶片排出Cd2+ GB↑ Cd↓ 转基因番茄-----------抵抗Cd毒害 GB表达量↑ 叶片Cd<野生型 吸收少/排出了/转移给叶片的少 不能写分解了 2.(7分)[机制、原因、依据] 植物在长期进化过程中,为适应不断变化的光照条件,形成了多种光保护机制,包括依赖于叶黄素循环的热耗散机制(NPQ)和D1蛋白周转依赖的PSⅡ损伤修复机制。重金属镉(Cd)很难被植物分解,可破坏PSⅡ (参与水光解的色素-蛋白质复合体),进而影响植物的光合作用。 (2)叶黄素循环是紫黄质脱环氧化物酶(VDE)和玉米黄质环氧酶(ZEP)介导的紫黄质(V)、花药黄质(A)和玉米黄质(Z)3种组分的相互转变。光能过剩时,V在VDE的作用下发生脱环作用经A转化成Z,Z含量达到一定值时可激发并促进NPQ,耗散多余的光能,减少对PSⅡ的损伤。ZEP可催化Z重新环化并经A形成V。已知VDE在酸性条件下被激活,ZEP在碱性条件下起作用,推测光照过强时植物NPQ得以进行的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 光照过强时光反应速率加快,单位时间产生的H+增多, 酸性增强, VDE被激活, ZEP受抑制,Z含量升高,激发并促进NPQ V→A→Z→NPQ→减少PSⅡ损伤 ↑ VDE 酸性激活 V←A←Z ZEP ↓ 碱性激活 NPQ ↑ 光照过强 H+↑ ← 光反应↑ 2.(7分)[机制、原因、依据] 植物在长期进化过程中,为适应不断变化的光照条件,形成了多种光保护机制,包括依赖于叶黄素循环的热耗散机制(NPQ)和D1蛋白周转依赖的PSⅡ损伤修复机制。重金属镉(Cd)很难被植物分解,可破坏PSⅡ (参与水光解的色素-蛋白质复合体),进而影响植物的光合作用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (3)为进一步探究D1蛋白周转和叶黄素循环在番茄光保护机制中的作用,科研人员用叶黄素循环抑制剂(DTT)、D1蛋白周转抑制剂(SM)和5 mmol/L的CdCl2处理PI值为2.75的离体番茄叶片,检测PI值(性能指数,反映PSⅡ的整体功能),结果如图丙。据图分析,镉胁迫条件下,叶黄素循环对番茄的保护比D1蛋白周转对番茄的保护　　　　(填“强”“弱”或“相等”), 判断依据是　　　　　　　　　　　　。 镉胁迫条件下,用DTT处理WT番茄叶片后,单位时间PI下降幅度大于用SM处理后的PI下降幅度 强 依据：图表数据描述 $$