专题9 重难点2 实验设计、分析与评价(Word教参)-【精讲精练】2026年高考生物二轮专题辅导与训练（B版）

重难点2　实验设计、分析与评价

(2025·黑吉辽内蒙古卷)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S)，并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率(如下图)和产量潜力。回答下列问题。

(1)Rubisco在叶绿体的________中催化________与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成(CH2O)，这一过程中能量转换是_____________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于________不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是________。胞间CO2浓度为300 μmol·mol－1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是_______________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。

解析　(1)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶，暗反应的场所是叶绿体基质，因此Rubisco在叶绿体基质中催化C5与CO2结合生成C3。在C3的还原过程中需要ATP和NADPH提供能量，部分产物经过一系列反应形成(CH2O)，这一过程中能量转换是ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能。

(2)①②曲线的自变量是有无补光(光照强度)，②③曲线的自变量是有无转入Rubisco基因(Rubisco的含量)。据图分析，当胞间CO2浓度低于B点时，曲线②高于③，是因为②中Rubisco的含量多，固定CO2的能力强，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合，说明Rubisco的量已经不是限制光合速率的因素，而曲线①的光合速率高于曲线②③，曲线①有较高的光照强度，因此曲线②与③重合是由于光照强度不足。曲线①的光照强度高于②，但是A点之前曲线①和②重合，光照强度不是限制因素，此时最主要限制因素是胞间CO2

浓度。胞间CO2浓度为300 μmol·mol－1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是曲线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高。

(3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。要验证此结论，实验思路为：用14C标记CO2，分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下，定时检测C3放射性强度，比较S植株与WT的C3生成速率。

答案　(1)基质　C5　ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能

(2)光照强度　胞间CO2浓度　曲线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高

(3)用14C标记CO2，分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下，定时检测C3放射性强度，比较S植株与WT的C3生成速率。

考法1　实验方案的完善和评价

1．依据实验目的补充完善实验思路

实验思路是依据实验原理，落实实验目的的具体体现，包括取材和分组、施加自变量、控制无关变量、明确因变量的观察和测量指标、对结果进行统计分析等几个环节。

(1)紧扣实验目的，理清实验的原理，明确设置对照试验的意义。

(2)实验原理是联通自变量和因变量(或因变量的观察或测量指标)的桥梁。

(3)增设实验组别的目的使实验结论更加可靠可信。

(4)解答过程需要结合已有组别，根据加法原理或减法原理操纵自变量增设实验组别、补充对无关变量的控制、描述实验中需要观察或测量的因变量的检测指标。

【例1】　某同学为研究甲状腺的功能，根据实验目的：探究甲状腺激素对小鼠新陈代谢和生长发育(或耗氧量和体长)的影响，已经将若干只未成年小鼠分为2组，甲组：不切除甲状腺(假手术)，乙组：切除甲状腺。实验开始时和实验中每隔一段时间，分别测定每只小鼠的耗氧量和体长，并记录。上述分组时，还可增设丙组作为实验组，丙组：切除甲状腺、给予甲状腺激素(或不切除甲状腺、给予甲状腺激素)。

【例2】 欲研究大鼠皮肤移植后的皮肤存活率，某同学提出了下面的实验思路。请以皮肤存活率为指标，预测实验结果并进行分析。

(要求与说明：A、B系大鼠即为A、B品系大鼠。实验条件适宜。皮肤存活率是指移植存活的皮肤片数占总移植皮肤片数的百分比。排斥反应指移植物作为“非己”成分被免疫系统识别、破坏和清除的免疫反应)

实验思路：

(1)实验分组与处理：

组1：取A系大鼠的皮肤片移植到自身的另一部位。

组2：取A系大鼠的皮肤片移植到B系大鼠。

组3：取与组2相同处理并出现排斥反应后的B系大鼠的T淋巴细胞，注射到未处理的B系大鼠并将A系大鼠的皮肤片移植到该大鼠。

(2)将上述各组若干只处理后的大鼠进行饲养，每隔一定时间观测皮肤片的存活状况并记录，计算皮肤存活率。

为了进一步验证大鼠对移植皮肤起排斥反应的主要是T淋巴细胞，在实验思路的分组和处理中，若设置组4，其处理是给予大鼠免疫抑制剂，再移植皮肤片，用免疫抑制剂处理的理由是抑制T淋巴细胞的增殖及功能，延长移植皮肤的存活时间，还可设置组5，其处理是切除大鼠的胸腺，再移植皮肤，理由是切除胸腺后，T淋巴细胞数量减少，延长移植皮肤的存活时间。

2．评价和修正实验方案

(1)科学探究能力包括能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订，一个合理完善的探究方案(步骤或思路)是实现实验目的的前提。

(2)对实验方案的评价和修订需要依据实验目的，分析题干中给出的实验方案是否科学，设计是否合理，结果的分析是否准确，考查对生物学知识、所学实验方法和技术综合运用的能力，以及科学思维的严谨性和严密性。

(3)探究方案中错误一般从这几个维度进行分析完善：

①材料的选取和处理是否合理；

②有无设置对照组和平行实验；

③实验条件的控制是否适宜，尤其对无关变量的控制；

④步骤的顺序是否合理；

⑤因变量检测指标的选择和检测方法是否正确等。

【例3】　研究还发现，当土壤干旱时，根细胞会迅速合成某种化学物质X。有人推测根部合成X运输到叶片，能调节气孔的开闭。他们做了如下实验：从同一植株上剪取大小和生理状态一致的3片叶，分别将叶柄下部浸在不同浓度X的培养液中，一段时间后，测得的有关数据见表。(注：气孔导度越大，气孔开启程度越大)