2026届高考生物一轮复习讲义第9单元素养提升 实验设计的一般原则和基本方法　探究动植物生命活动调节实验的思路与方法

素养提升1 实验设计的一般原则和基本方法 1. 实验设计的一般原则 (1)单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。 (2)对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其余因素都相同)，以便减小实验误差。常用的对照方法包括：空白对照、自身对照、条件对照、相互对照。 (3)平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。 (4)科学性原则：在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目的要明确，实验原理要正确，实验研究的材料和实验方法的选择要恰当，整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识及其他学科领域的基本知识。 2. 实验设计中的变量分析和处理 对自变量的处理方法： (1)“加”或“减”：例如验证甲状腺激素的生理作用——“加”即口服或注射该激素；“减”即手术切除甲状腺。 (2)“换”：例如探究温度对酶活性的影响实验，对自变量温度无法“加”或“减”，就用“换”的方法。 3. 实验设计的基本方法 实验设计的程序：明确实验目的→选择实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果→得出实验结论。 (1)实验目的 ①验证性实验：寻找题干信息，一般写有“验证……”即为该实验的实验目的。 ②探究性实验：首先分析实验的自变量和因变量。此类实验的实验目的一般书写为“探究自变量对因变量的影响”“探究自变量与因变量的关系”“探究自变量的作用”等等。 (2)实验假设 假设是指用来说明某种现象，但未经证实的论题，是对课题涉及的主要变量之间相互关系的设想，是研究者对研究结果预先赋予的答案，是一种可能的解释和说明。提出的假设可能正确，也可能错误，但必须能解释题目现象或与题干相符，一般情况下，若是实验中要求写出你的假设，我们应根据自己平常积累的知识，写出认为最可能的一种假设。 (3)实验原理 实验原理就是进行实验的理论依据，书写基本套路概括为“已知条件找变量→根据目的提结论→依据材料判结果→结论结果巧联系→组织语言写原理”。 (4)实验思路 思路是“想法”，是较为粗线条的思考过程，其要求“言简意赅”。比如：用某种方法处理某种材料，观察其对某方面的影响效果。一般须体现“对照思想”，显示自变量和因变量，对无关变量表述时，应注意体现“相同且适宜”。 (5)实验步骤 步骤是“做法”，是更为“细节化”的操作流程，其要求“精确细致”。必须体现“自变量”如何设置，“因变量”如何获得，“无关变量”如何保证相同且适宜。实验步骤设计的一般程序： (6)实验结果和结论 实验结果是通过观察或测量得到的实验现象，是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象，对实验因变量与自变量关系进行分析，得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。 例 (2021·江苏卷节选)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦，实验方法是：取培养10～14 d的大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定、计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素)。请完成下表。 实验步骤的目的 简要操作过程 配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，再用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中 设置寡霉素为单一变量的对照组 ①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮 ②减少叶片差异产生的误差 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片 光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧 ③叶绿素含量测定 称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定  审 答 指 导 本题考查线粒体对光合作用的影响，以表格的形式考查实验设计的思路。解题的关键是理清实验目的与操作过程之间的因果关系。设计实验遵循单一变量原则，实验组为不同浓度的寡霉素丙酮溶液，则对照组为不含寡霉素的丙酮溶液。为减少叶片差异产生的误差，应进行重复实验。光合放氧速率为单位时间内每毫克叶绿素释放氧气的量，因此③为测定叶绿素含量。 素养提升2　探究动植物生命活动调节实验的思路与方法 1. 激素生理功能的实验探究 (1)研究思路 　 (2)常用方法示例 激素 方法 实验探究 甲状腺激素 饲喂法 摘除法 生长激素 切除法 切除小狗的垂体后，小狗的生长立即停滞 注射法 对其每天注射适量的生长激素，可逐渐恢复生长 性激素 阉割法 公鸡和母鸡的生殖腺阉割后，会逐渐丧失各自的第二性征 移植法 把公鸡睾丸移植到阉割过的母鸡身体内，该母鸡就会逐渐长出公鸡型的鸡冠和长的尾羽，并且具有公鸡好斗的特性 胰岛素 注射法 小白鼠出现低血糖症状低血糖症状消失胰岛素能降低血糖 (3)实验设计时的注意事项 ①动物分组的基本要求：选择性别、年龄、体重、生理状况相似的平均分组，每组要有数量相等的多只。 ②实验设计时要注意设置对照实验，控制变量个数，保证单一变量。 ③进行注射实验时空白对照组应注射生理盐水(不可用蒸馏水)，进行饲喂实验时，空白对照组可添加蒸馏水。 ③充分考虑相关激素的化学本质，选择不同的实验方法。如研究蛋白质(多肽)类的激素不能用饲喂法进行实验。 2. 对照法验证生长素的产生部位与运输特点 (1)验证生长素的产生部位在尖端 ①实验组：取放置过胚芽鞘尖端的琼脂块，置于去掉尖端的胚芽鞘一侧(见图甲)。 ②对照组：取未放置过胚芽鞘尖端的空白琼脂块，置于去掉尖端的胚芽鞘一侧(见图乙)。 (2)验证生长素的横向运输发生在尖端 ①实验操作(见下图) ②实验现象：装置a中胚芽鞘直立生长；装置b和c中胚芽鞘弯向光源生长。 (3)验证生长素的极性运输只能是从形态学上端向形态学下端 ①实验操作(见下图) ②实验现象：A组去掉尖端的胚芽鞘向右弯曲生长，B组去掉尖端的胚芽鞘不生长、不弯曲。 (4)探究重力和单侧光对生长素分布的影响程度 ①实验操作：如图所示(注：A盒下侧有开口，可以进光)。 ②结果预测及结论 a．若A、B中幼苗都向上弯曲生长，只是B向上弯曲程度大，则说明重力对生长素分布的影响大于单侧光。 b．若A中幼苗向下弯曲生长，B中幼苗向上弯曲生长，则说明单侧光对生长素分布的影响大于重力。 c．若B中幼苗向上弯曲生长，A中幼苗水平生长，则说明单侧光与重力对生长素分布的影响相同。 (5)顶端优势实验探究 取生长状况相同的某种植物，随机均分为3组(A、B、C)，如下表所示。 组别 处理方法 实验结果图 生长状况 A 自然生长 顶芽优先生长，侧芽生长受抑制 B 去掉顶芽 侧芽生长快，成为侧枝 C 去掉顶芽，切口处放含生长素的琼脂块 侧芽生长受抑制 例1 (2024·盐城期末)某同学利用萌发的玉米种子和胚芽鞘进行相关实验。图1表示萌发后的玉米种子，图2表示取玉米的胚芽鞘ab段设计的实验。下列叙述正确的是(D) A．图1中生长受到抑制的是A点和D点 B．甲～丁四组实验的空白琼脂块中能检测到一定浓度生长素的是甲和乙 C．为证明生长素在胚芽鞘内极性运输，最好选择甲和乙做对照实验 D．生长素在胚芽鞘内的运输需要载体蛋白 【解析】图1中种子横放，根对生长素敏感，D处高浓度的生长素抑制生长，A处生长素浓度低于B处，茎对生长素不敏感，两处都是促进生长，A错误；由于生长素的运输方向为极性运输，即只能由形态学上端运输到形态学下端，对应图中就是只能从a向b方向运输，因此实验一段时间后，甲～丁四组中甲和丁组空白琼脂块能检测到一定浓度的生长素， B错误；为证明生长素在植物体内的极性运输特点，应选择甲～丁四组中乙和丁两组做对照实验，若选用另外的甲和乙两组做对照，不能排除重力因素对植物体内生长素运输的影响，C错误；生长素在胚芽鞘内进行的极性运输是一种主动运输，需要载体蛋白，D正确。 例2 (2024·如皋3.5模节选)科研人员通过研究发现：母亲孕期肥胖或高血糖会增加后代患肥胖和代谢疾病的风险；夜间过多光源暴露会显著提高正常人患糖尿病等代谢疾病的风险。请回答下列问题： (1)瘦素作用于下丘脑饱中枢，抑制食欲，减少脂肪合成；脂联素是脂肪细胞分泌的一种多肽类激素，能增加细胞对胰岛素的敏感性。科学家用小鼠进行实验，研究孕前高脂饮食对子代小鼠代谢调节的影响。请完善下表： 实验目标 实验操作及结果分析 实验分组 将①生理状况一致的健康雌鼠适应性饲养1周后，随机均分为a、b两组，每组10只 ②对照组和肥胖、高血糖模型组的建立 从孕前4周开始，a组小鼠给予正常饮食，b组小鼠给予高糖、高脂饮食，并于同一时间对a、b两组小鼠进行同期发情和③人工授精(及胚胎移植)处理 ④实验数据测定和处理 测定妊娠第15天两组孕鼠相关代谢指标： 实验分析 孕期肥胖、高血糖小鼠的体重、脂肪含量增加，脂联素含量减少。瘦素含量高却导致肥胖的原因可能是由于血脂过高抑制瘦素⑤向下丘脑运输，导致瘦素抵抗，引起肥胖。后续实验中研究人员给24周龄的两组子代小鼠空腹注射等量的葡萄糖或胰岛素，实验结果显示实验组子代小鼠出现“胰岛素抵抗” (2)视网膜上的感光细胞在蓝光刺激下可作用于小鼠脑中的相关神经通路，使得空腹小鼠在食用葡萄糖后的血糖浓度上升幅度高于红光刺激的小鼠。蓝光刺激下，小鼠血糖浓度上升的机制可能是蓝光激活感光细胞，通过交感神经抑制神经递质的释放，减弱了棕色脂肪细胞对葡萄糖的摄取。为验证“过度光暴露”通过交感神经系统调节棕色脂肪组织的产热这一推断，研究人员设计了相关实验。该实验需设计三组实验：第一组给予小鼠正常光照条件，第二组给予小鼠过度光暴露处理，第三组的处理是切断小鼠交感神经与棕色脂肪组织的联系，并给予过度光暴露处理。 【解析】①为了排除无关变量的干扰，将生理状况一致的健康雌鼠进行适应性饲养；②该步骤目的是对照组和肥胖、高血糖模型组的建立；③对a、b两组小鼠进行同期发情和人工授精处理并进行胚胎移植，得到孕鼠；从表格右栏可知④是实验数据测定和处理；瘦素作用于下丘脑饱中枢，瘦素含量高却导致肥胖的原因可能是由于血脂过高抑制瘦素向下丘脑运输，使得瘦素无法发挥作用，引起肥胖。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 素养提升1 实验设计的一般原则和基本方法 1. 实验设计的一般原则 (1)单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。 (2)对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其余因素都相同)，以便减小实验误差。常用的对照方法包括：空白对照、自身对照、条件对照、相互对照。 (3)平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。 (4)科学性原则：在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目的要明确，实验原理要正确，实验研究的材料和实验方法的选择要恰当，整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识及其他学科领域的基本知识。 2. 实验设计中的变量分析和处理 对自变量的处理方法： (1)“加”或“减”：例如验证甲状腺激素的生理作用——“加”即口服或注射该激素；“减”即手术切除甲状腺。 (2)“换”：例如探究温度对酶活性的影响实验，对自变量温度无法“加”或“减”，就用“换”的方法。 3. 实验设计的基本方法 实验设计的程序：明确实验目的→选择实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果→得出实验结论。 (1)实验目的 ①验证性实验：寻找题干信息，一般写有“验证……”即为该实验的实验目的。 ②探究性实验：首先分析实验的自变量和因变量。此类实验的实验目的一般书写为“探究自变量对因变量的影响”“探究自变量与因变量的关系”“探究自变量的作用”等等。 (2)实验假设 假设是指用来说明某种现象，但未经证实的论题，是对课题涉及的主要变量之间相互关系的设想，是研究者对研究结果预先赋予的答案，是一种可能的解释和说明。提出的假设可能正确，也可能错误，但必须能解释题目现象或与题干相符，一般情况下，若是实验中要求写出你的假设，我们应根据自己平常积累的知识，写出认为最可能的一种假设。 (3)实验原理 实验原理就是进行实验的理论依据，书写基本套路概括为“已知条件找变量→根据目的提结论→依据材料判结果→结论结果巧联系→组织语言写原理”。 (4)实验思路 思路是“想法”，是较为粗线条的思考过程，其要求“言简意赅”。比如：用某种方法处理某种材料，观察其对某方面的影响效果。一般须体现“对照思想”，显示自变量和因变量，对无关变量表述时，应注意体现“相同且适宜”。 (5)实验步骤 步骤是“做法”，是更为“细节化”的操作流程，其要求“精确细致”。必须体现“自变量”如何设置，“因变量”如何获得，“无关变量”如何保证相同且适宜。实验步骤设计的一般程序： (6)实验结果和结论 实验结果是通过观察或测量得到的实验现象，是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象，对实验因变量与自变量关系进行分析，得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。 例 (2021·江苏卷节选)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦，实验方法是：取培养10～14 d的大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定、计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素)。请完成下表。 实验步骤的目的 简要操作过程 配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，再用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中 设置寡霉素为单一变量的对照组 ① ② 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片 光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧 ③ 称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定  审 答 指 导 本题考查线粒体对光合作用的影响，以表格的形式考查实验设计的思路。解题的关键是理清实验目的与操作过程之间的因果关系。设计实验遵循单一变量原则，实验组为不同浓度的寡霉素丙酮溶液，则对照组为不含寡霉素的丙酮溶液。为减少叶片差异产生的误差，应进行重复实验。光合放氧速率为单位时间内每毫克叶绿素释放氧气的量，因此③为测定叶绿素含量。 素养提升2　探究动植物生命活动调节实验的思路与方法 1. 激素生理功能的实验探究 (1)研究思路 　 (2)常用方法示例 激素 方法 实验探究 甲状腺激素 饲喂法 摘除法 生长激素 切除法 切除小狗的垂体后，小狗的生长立即停滞 注射法 对其每天注射适量的生长激素，可逐渐恢复生长 性激素 阉割法 公鸡和母鸡的生殖腺阉割后，会逐渐丧失各自的第二性征 移植法 把公鸡睾丸移植到阉割过的母鸡身体内，该母鸡就会逐渐长出公鸡型的鸡冠和长的尾羽，并且具有公鸡好斗的特性 胰岛素 注射法 小白鼠出现低血糖症状低血糖症状消失胰岛素能降低血糖 (3)实验设计时的注意事项 ①动物分组的基本要求：选择性别、年龄、体重、生理状况相似的平均分组，每组要有数量相等的多只。 ②实验设计时要注意设置对照实验，控制变量个数，保证单一变量。 ③进行注射实验时空白对照组应注射生理盐水(不可用蒸馏水)，进行饲喂实验时，空白对照组可添加蒸馏水。 ③充分考虑相关激素的化学本质，选择不同的实验方法。如研究蛋白质(多肽)类的激素不能用饲喂法进行实验。 2. 对照法验证生长素的产生部位与运输特点 (1)验证生长素的产生部位在尖端 ①实验组：取放置过胚芽鞘尖端的琼脂块，置于去掉尖端的胚芽鞘一侧(见图甲)。 ②对照组：取未放置过胚芽鞘尖端的空白琼脂块，置于去掉尖端的胚芽鞘一侧(见图乙)。 (2)验证生长素的横向运输发生在尖端 ①实验操作(见下图) ②实验现象：装置a中胚芽鞘直立生长；装置b和c中胚芽鞘弯向光源生长。 (3)验证生长素的极性运输只能是从形态学上端向形态学下端 ①实验操作(见下图) ②实验现象：A组去掉尖端的胚芽鞘向右弯曲生长，B组去掉尖端的胚芽鞘不生长、不弯曲。 (4)探究重力和单侧光对生长素分布的影响程度 ①实验操作：如图所示(注：A盒下侧有开口，可以进光)。 ②结果预测及结论 a．若A、B中幼苗都向上弯曲生长，只是B向上弯曲程度大，则说明重力对生长素分布的影响大于单侧光。 b．若A中幼苗向下弯曲生长，B中幼苗向上弯曲生长，则说明单侧光对生长素分布的影响大于重力。 c．若B中幼苗向上弯曲生长，A中幼苗水平生长，则说明单侧光与重力对生长素分布的影响相同。 (5)顶端优势实验探究 取生长状况相同的某种植物，随机均分为3组(A、B、C)，如下表所示。 组别 处理方法 实验结果图 生长状况 A 自然生长 顶芽优先生长，侧芽生长受抑制 B 去掉顶芽 侧芽生长快，成为侧枝 C 去掉顶芽，切口处放含生长素的琼脂块 侧芽生长受抑制 例1 (2024·盐城期末)某同学利用萌发的玉米种子和胚芽鞘进行相关实验。图1表示萌发后的玉米种子，图2表示取玉米的胚芽鞘ab段设计的实验。下列叙述正确的是( ) A．图1中生长受到抑制的是A点和D点 B．甲～丁四组实验的空白琼脂块中能检测到一定浓度生长素的是甲和乙 C．为证明生长素在胚芽鞘内极性运输，最好选择甲和乙做对照实验 D．生长素在胚芽鞘内的运输需要载体蛋白 例2 2024·如皋3.5模节选)科研人员通过研究发现：母亲孕期肥胖或高血糖会增加后代患肥胖和代谢疾病的风险；夜间过多光源暴露会显著提高正常人患糖尿病等代谢疾病的风险。请回答下列问题： (1)瘦素作用于下丘脑饱中枢，抑制食欲，减少脂肪合成；脂联素是脂肪细胞分泌的一种多肽类激素，能增加细胞对胰岛素的敏感性。科学家用小鼠进行实验，研究孕前高脂饮食对子代小鼠代谢调节的影响。请完善下表： 实验目标 实验操作及结果分析 实验分组 将① 适应性饲养1周后，随机均分为a、b两组，每组10只 ② 从孕前4周开始，a组小鼠给予正常饮食，b组小鼠给予高糖、高脂饮食，并于同一时间对a、b两组小鼠进行同期发情和③ 处理 ④ 测定妊娠第15天两组孕鼠相关代谢指标： 实验分析 孕期肥胖、高血糖小鼠的体重、脂肪含量增加，脂联素含量减少。瘦素含量高却导致肥胖的原因可能是由于血脂过高抑制瘦素⑤ ，导致瘦素抵抗，引起肥胖。后续实验中研究人员给24周龄的两组子代小鼠空腹注射等量的葡萄糖或胰岛素，实验结果显示实验组子代小鼠出现“胰岛素抵抗” (2)视网膜上的感光细胞在蓝光刺激下可作用于小鼠脑中的相关神经通路，使得空腹小鼠在食用葡萄糖后的血糖浓度上升幅度高于红光刺激的小鼠。蓝光刺激下，小鼠血糖浓度上升的机制可能是蓝光激活感光细胞，通过交感神经抑制神经递质的释放，减弱了棕色脂肪细胞对葡萄糖的摄取。为验证“过度光暴露”通过交感神经系统调节棕色脂肪组织的产热这一推断，研究人员设计了相关实验。该实验需设计三组实验：第一组给予小鼠正常光照条件，第二组给予小鼠过度光暴露处理，第三组的处理是 。 学科网（北京）股份有限公司 $$