第3章 微专题二 生物学实验初识（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一生物必修1 分子与细胞学习笔记（浙科版）

本高中生物学讲义聚焦生物学实验核心知识，系统梳理实验变量（自变量、因变量、无关变量）、设计原则（科学性、对照性等）及设计步骤，结合酶实验、质壁分离等实例分析与练习题，搭建从理论到实践的学习支架。 资料通过表格清晰对比对照实验类型，结合高考真题实例解析变量控制与结果分析，助力学生形成严谨科学思维与探究实践能力。课中辅助教师高效授课，课后帮助学生回顾知识、查漏补缺，提升实验设计与分析素养。

生物学实验初识 一、生物学实验中的变量 1．自变量：在实验中人为控制的变量。 2．因变量：随自变量的变化而变化的变量。 3．无关变量：除自变量外，实验过程中可能对实验结果造成影响的变量。无关变量的“无关”是指与实验研究目的无关，并不是指与因变量无关。 二、生物学实验设计应遵循的基本原则 1．科学性原则 实验设计必须有充分的科学依据，科学性原则包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。 2．对照性原则 对照实验是除所控因素(自变量)外其他条件与被对照实验完全相同的实验。科学地设置对照实验，能够有效地排除其他因素对实验结果的干扰，增强实验的可信度。设置对照组有4种方法： 类型 设置对照实验 举例 空白对照 对照组不做任何处理或加入适量蒸馏水(生理盐水) 如验证酶的催化功能，则对照组不做任何处理，让其自然反应 自身对照 实验组和对照组处理都在同一实验对象上进行 植物细胞质壁分离及质壁分离复原实验中对同一装片2次实验处理，3次观察 条件对照 给对象施以某种实验处理(不是实验假设所给定的实验变量)，但这种处理是作为对照的，通过得出两种相互对立或相同的结论，以验证实验结论的正确性 在“验证生命活动的直接供能物质是ATP而不是葡萄糖”实验中，甲组为实验组(加ATP)，乙组为条件对照组(加葡萄糖)，不添加任何物质的丙组是空白对照组 相互对照 不单独设置对照组，而是几个实验组相互对照 探究“pH(温度)对酶活性的影响”中系列pH(温度)实验装置 3.单一变量原则和等量原则 (1)不论一个实验有几个实验变量，实验组和对照组只有一个变量(自变量)不同。 (2)实验中要尽可能避免无关变量的干扰。例如，在“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解作用”的实验中，加入的底物种类不同是单一变量，而加入的淀粉酶的量、底物的量、反应温度、pH则应控制在相同且适宜的条件，即等量原则，防止无关变量干扰实验结果。 4．平行重复性原则 同时处理多个实验材料或进行多次实验，可以避免实验结果的偶然性，使结论更准确。 5．实例分析 (1)酶相关实验探究中的变量分析 项目 变量分析 酶的高效性 自变量 不同的催化剂，即无机催化剂与酶等 因变量 底物的分解速率或产物的生成速率 无关变量 底物量、酶的数量、反应温度、pH等 酶的专一性 自变量 不同底物 因变量 底物是否被分解或有无产物生成 无关变量 底物量、酶的数量、反应温度、pH等 影响酶催化功能的因素 温度 自变量 一系列温度梯度(至少三组) 因变量 底物的分解速率或剩余量(产物的生成速率或产生量) 无关变量 底物浓度、试剂量、酶浓度、pH等 pH 自变量 一系列pH梯度(至少三组) 因变量 底物的分解速率或剩余量(产物的生成速率或产生量) 无关变量 底物浓度、试剂量、酶浓度、温度等 (2)“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验存在自身对照，分析如下： ①实验对象：同一成熟的植物细胞。 ②观察对象：液泡大小和颜色的变化。 ③在这一实验中有两次对照，具体如下： 例1　在“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察(如图所示)。下列有关叙述正确的是(　　) A．第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞溶胶区域 B．第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处 C．吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头 D．通常可以省略第一次显微观察步骤节约实验时间 答案　B 解析　第一次观察时由于未滴加蔗糖溶液，细胞还没有发生质壁分离，较易观察到的是紫色的大液泡，由于此时液泡占整个细胞体积的比例较大，因此观察到的无色的细胞溶胶区域应较小，A错误；第二次观察时已经通过引流法使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中，可以发现首先从细胞的角隅处开始发生质壁分离，B正确；吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水，使溶液浸润整个标本，C错误；第一次显微观察是为了获得实验前的现象，便于和实验中的现象变化进行前后对照，因此不能省略，D错误。 例2　(2025·台州高一期末)中国茶叶品种很多，把采下的茶叶进行脱水凋萎，揉捻，茶叶细胞可释放多酚氧化酶催化无色的多酚类物质生成褐色的醌类物质，从而制得红茶。为探究多酚氧化酶发挥作用的适宜条件，研究人员设计了以下实验。 步骤 处理 A组 B组 C组 D组 E组 F组 ① 设置水浴箱温度 0 ℃ 10 ℃ 20 ℃ 30 ℃ 40 ℃ 50 ℃ ② 取6支试管加入多酚类物质，分别保温5 min 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL ③ 另取6支试管加入多酚氧化酶溶液，分别保温5 min 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL ④ 将各组的多酚类物质和酶溶液充分混匀后再分别置于相应温度的水浴中 ⑤ 观察实验结果 ？ 下列关于该实验的叙述，错误的是(　　) A．本实验探究的是多酚氧化酶发挥作用的适宜温度 B．pH为无关变量，其设置情况会影响实验结果 C．检测指标可以是一定时间后试管中溶液颜色的深浅 D．若A组没有出现颜色变化，说明酶已经失活 答案　D 解析　本实验的自变量为一系列的温度梯度，因而本实验探究的是多酚氧化酶发挥作用的适宜温度，A正确；本实验中pH为无关变量，其设置情况会影响实验结果，应设置为相同且适宜，B正确；检测指标可以是一定时间后试管中溶液颜色的深浅，因为试管中溶液颜色的深浅与反应速率是相关的，C正确；若A组没有出现颜色变化，说明温度过低，酶活性受到抑制，但给予适宜温度条件后酶的活性会恢复，D错误。 三、生物实验设计的一般步骤 实验设计程序：明确实验目的→分析实验原理→设计实验→进行实验→实验结果→得出结论。 1．实验目的 (1)验证性实验：寻找题干信息，一般写有“验证……”，验证内容为一个确定的事实、道理或结论，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，或者即便带有“验证”二字，但不是确定的结论。 2．实验假设 实验假设就是依据你要研究的对象或者研究目的作出推测，假设通常有一种或几种答案或解释。但是需要注意的是，提出假说要有理论依据，因为此类题目一般伴随着开放性答案。比如“你提出此假设的依据是什么”。这类题型的答法：“如果……现象，则……结论”。 3．实验原理 实验基本原理是实验设计所依据的理论根据，是实验设计的依据和思路。所以，要掌握生物教材中涉及的各种试剂的选择依据及相应生理过程，进而确定实验原理。 4．实验思路 实验思路不需要写出具体的可操作的实验步骤，只需一个大致的实验设计过程。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。 5．实验步骤 根据实验目的和提出的假设，确定实验的基本思路，确定选材、装置及实验对照等。并且设计实验的具体方法和步骤，按照设计的方案进行操作。 (1)共性处理实验材料：取材、分组、编号。 比如：取若干生长状况相似的材料随机均分为若干组，并编号为A、B、C或者甲、乙、丙…… 大家可根据具体实验灵活地进行语言描述。比如：植物“选择长势相同、大小相似的同种植物(或者同种植物的相同部位)随机等量分组，分别编号为A、B、C……”；动物“选择生理状况相似、性别相同、健康的某种动物随机等量分组，分别编号为A、B、C……”；溶液“取三支试管，分别编号为A、B、C……，各加入等量的某溶液”。 (2)单一变量原则，对照处理各组材料。 对照组：不施加实验变量；实验组：施加实验变量。除此之外，大家注意要控制无关变量，保证其他条件(如温度、pH、光强度、饲料种类和数量、喂养次数、时间等)相同且适宜，试剂等量且适量。 (3)相同条件培养相同时间。 (4)观察记录实验结果。 比如：将某某放在相同且适宜的环境中培养一段时间后，观察(颜色变化、沉淀反应、形态结构、生理特征变化等)或测定(生长发育速度、生化反应速度等)……，记录数据并进行相关处理。 6．实验结果和结论 实验结果是从实验中得出的数据或现象，可观察或可记录，而实验结论是对实验结果分析后得出的结论。 (1)验证性实验：验证性实验结论一般就在题目中，就是“验证……”“证明……”等后面的文字。 (2)探究性实验：探究性实验结果和结论不是唯一的，所以要求大家把各种可能的结果全部列出。一般描述为“若出现某实验结果，则说明某实验结论”。 例3　某同学在研究过氧化氢酶的相关特性和影响其活性的相关因素时，设计了如图甲、乙、丙3组实验。请补充完成实验思路，并完成其他相关问题： (1)实验步骤： ①准备3个完全相同的大烧杯，各装入等量的清水(足够多)。 ②在事先准备好的3个完全相同的小型圆底烧瓶中分别加入等量的________________。 ③向各小型圆底烧瓶中迅速加入________________________________________的相应物质。 ④烧瓶口紧包着一个小气球，使小型圆底烧瓶沉于烧杯底部的____________(瓶内产生气体达到一定量时烧瓶即可浮起)。 ⑤________________________________，仔细观察各个装置中小型圆底烧瓶的位置变化。 (2)实验结果预测：______装置中的小型圆底烧瓶最先浮起。 (3)请写出至少3个实验结论：①_______________________________________________；②____________________________________________________________________________； ③____________________________________________________________________________。 (4)甲、乙、丙3组实验，其中__________为对照组。中学实验室常用植物性新鲜材料__________来代替新鲜肝脏匀浆。 答案　(1)②过氧化氢溶液　③(适量且)等量 ④同一位置(高度)　⑤相同且适宜的条件下放置一段时间　(2)乙　(3)①酶具有催化作用　②酶具有高效性　③久置会导致酶失活(环境因素会影响酶的活性，甚至失活等)　(4)甲、丙　马铃薯匀浆 解析　(2)据题图可知，乙装置中为新鲜的肝脏匀浆，故其中的过氧化氢酶含量最多，单位时间的氧气产生量最大，预期乙装置中小型圆底烧瓶最先浮起。(3)与常温相比，加入酶后反应变快，故可推测酶具有催化作用；甲和乙的不同在于催化剂种类不同，与无机催化剂甲相比，乙催化效率高，故说明酶具有高效性；乙和丙的结果可以说明久置会导致酶失活(环境因素会影响酶的活性，甚至失活等)。(4)本实验目的是探究过氧化氢酶的相关特性和影响其活性的因素，则实验的对照组为甲、丙，实验组为乙；由于马铃薯匀浆中也含有过氧化氢酶，故中学实验室常用植物性新鲜材料马铃薯匀浆来代替新鲜肝脏匀浆。 1．(2024·金华高一期末)某同学进行了比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，所设计的实验分组如图所示，各试管中均已加入等量、适量的过氧化氢溶液。下列叙述正确的是(　　) A．本实验的自变量是催化剂种类 B．1号与2号试管对照可说明酶具有高效性 C．1号与4号试管对照可说明酶具有催化作用 D．3号与4号试管对照可说明酶具有专一性 答案　C 2．(2024·浙江钱塘联盟高一期中)胶原蛋白酶是一种蛋白质，为探究影响胶原蛋白酶活性的因素，某生物兴趣小组用相同大小的正方体凝固蛋白块设计了以下实验方案，如表所示。下列叙述正确的是(　　) 组别 试剂 反应条件 1 蛋白块＋4 mL蒸馏水 37 ℃水浴、pH＝7 2 蛋白块＋4 mL胶原蛋白酶 37 ℃水浴、pH＝7 3 蛋白块＋4 mL胶原蛋白酶 37 ℃水浴、pH＝5 4 蛋白块＋4 mL胶原蛋白酶 37 ℃水浴、pH＝3 A.实验的自变量为是否加入酶 B．第1、2组实验结果说明酶具有高效性 C．可用双缩脲试剂检测蛋白块是否彻底水解 D．可用单位时间蛋白块体积的变化来反映酶活性的大小 答案　D 解析　本实验的自变量为是否加入酶和pH,1和2组的自变量为是否加入酶，A错误；酶的高效性是和无机催化剂比较，1和2组比较只能说明酶具有催化作用，B错误；本实验用胶原蛋白酶水解蛋白块，胶原蛋白酶的化学本质是蛋白质，也能与双缩脲试剂反应，因此无论蛋白块是否彻底水解，该溶液都能与双缩脲试剂反应，C错误。 3．(2024·温州高一期中)为探究种植番茄时施用锌肥的最佳浓度范围，科研人员将多株长势相同的番茄幼苗均分为8组，分别喷施不同浓度的硫酸锌溶液，结果如图所示(不考虑SO对实验结果的影响)。下列有关叙述错误的是(　　) A．该实验的自变量是硫酸锌溶液的浓度，因变量是平均果实产量 B．每组幼苗培养的条件包括温度等应相同且适宜 C．由实验结果分析，施用硫酸锌溶液的最佳浓度范围是12～16 mg/L D．高浓度的硫酸锌溶液处理后，番茄幼苗可能因为失水萎蔫 答案　C 解析　幼苗培养的条件包括温度等在实验中属于无关变量，要保持相同且适宜，B正确；由实验结果分析，施用硫酸锌溶液的最佳浓度范围是12～20 mg/L，C错误。 4．(2025·绍兴高一期中)酶的抑制剂可以使酶的活性下降或丧失，主要分为两种类型：一类是可逆抑制剂；另一类是不可逆抑制剂。为了探究两种小分子抑制剂甲、乙对酶X的抑制作用类型，请完善该实验设计思路，预期实验结果并得出结论。 实验材料和用具：蒸馏水，酶X溶液，甲溶液，乙溶液，试管，透析袋(半透膜)，烧杯等。 Ⅰ.实验原理 (1)可逆抑制剂与酶混合后，置于透析袋中进行透析，由于两者的结合是可逆的，抑制剂分子________(填“不能”“全部能”或“部分能”)通过透析袋扩散出来，酶活性________(填“不能”“能完全”或“部分能”)恢复。不可逆抑制剂与酶混合后，置于透析袋中进行透析，由于两者的结合是不可逆的，抑制剂分子________(填“不能”“全部能”或“部分能”)通过透析袋扩散出来，酶活性________(填“不能”“能完全”或“部分能”)恢复。 Ⅱ.实验设计思路 取若干支试管各加入等量适量的酶X溶液，均分为4组，编号A、B、C、D。 (2)A、B组加入__________________，C、D组加入________________；B、D组试管中的溶液分别装入透析袋，置于含蒸馏水的烧杯中，透析后取出酶溶液。 (3)控制____________________(写2点)等无关变量一致，测定4组溶液中酶的活性； Ⅲ.实验预期结果与结论 (4)若实验结果为________________________________________，则说明甲是可逆抑制剂，乙是不可逆抑制剂。 答案　(1)部分能　部分能　不能　不能　(2)等量抑制剂甲　等量抑制剂乙　(3)实验温度、pH　(4)B组酶活性比A组高，C、D组酶活性无差异 解析　(1)可逆抑制剂由于与酶的结合是可逆的，部分抑制剂分子可以通过透析袋扩散出来，这样部分酶的活性就可以恢复。而不可逆抑制剂由于与酶的结合是不可逆的，故抑制剂不能通过透析袋扩散出来，酶活性也就不能恢复。所以可以根据透析前后酶活性的比较，来判断抑制剂的类型。(2)要判断甲、乙两种抑制剂的类型，则需要设置四组实验，每组均加入酶X溶液，A、B组加入等量的抑制剂甲，C、D组加入等量的抑制剂乙，B、D组放入透析袋进行透析。(3)该实验是为了探究抑制剂的种类，温度、pH等都属于无关变量，需要保持一致。(4)若甲为可逆抑制剂，则B组酶活性大于A组。若乙是不可逆抑制剂，则C、D组酶活性几乎没有差别。 5．(2025·台州高一期中)茶叶细胞中存在多种酚类物质，多酚氧化酶可以将无色的酚类物质氧化成褐色。请回答下列问题： (1)图甲是一个含有酚类物质的琼脂块，1～4代表分别用不同方法处理的4个位置，放入37 ℃恒温箱中保温处理24 h后，观察到的现象是三角形________(填数字)呈褐色。 (2)绿茶的品质特点是“绿叶、绿汤”，在制作过程中用高温炒制，防止其褐变。其原理是________________________________________。红茶在加工过程中要充分揉捻，使茶叶颜色变为褐色，其原理是____________________________________________________________。 (3)为减少绿茶制作过程中发生褐变，科研人员探究褐变抑制剂对多酚氧化酶活性的影响，其中褐变抑制剂用磷酸盐缓冲液配制而成，结果如图乙。 为获得多酚氧化酶液，需对细胞做__________处理。本实验的自变量是_______________，对照组中应加入________________、等量的底物溶液和酶溶液，在适宜的条件下测出多酚氧化酶的相对酶活性。据图分析，__________处理方式对多酚氧化酶活性的抑制效果最佳。 答案　(1)3　(2)高温使多酚氧化酶变性失活，不能将无色的酚类物质氧化成褐色　破坏植物细胞的生物膜系统，使多酚氧化酶与酚类物质充分接触并将其氧化，得到褐色的物质　(3)破碎　抑制剂类型及浓度　磷酸盐缓冲液　0.10%的柠檬酸 解析　(1)多酚氧化酶可以将无色的酚类物质氧化成褐色，但1处强酸处理多酚氧化酶，2处高温处理多酚氧化酶，都能使酶空间结构发生改变，4处等量的淀粉酶，由于淀粉酶不能催化酚类物质，因此1、2和4都不能出现褐色，3处用多酚氧化酶处理，可以将无色的酚类物质氧化，出现褐色。(2)高温使多酚氧化酶变性失活，不能将无色的酚类物质氧化成褐色，所以在制作绿茶过程中用高温炒制，防止其褐变。多酚氧化酶可以将无色的酚类物质氧化成褐色，红茶在加工过程中要充分揉捻，破坏植物细胞的生物膜系统，使多酚氧化酶与酚类物质充分接触并将其氧化，得到褐色的物质。(3)多酚氧化酶位于细胞内，为获得多酚氧化酶液，需对细胞做破碎处理，释放其中的多酚氧化酶。科研人员探究褐变抑制剂对多酚氧化酶活性的影响，结合题图可知，该实验的抑制剂类型及浓度是自变量。为了保持单一变量原则，褐变抑制剂是用磷酸盐缓冲液配制而成，因此，对照组中应加入磷酸盐缓冲液、等量的底物溶液和酶溶液，在适宜的条件下测出最大酶活性。据图可知，0.10%的柠檬酸处理方式使多酚氧化酶活性最低，说明此浓度下的抑制效果最佳。 6．(2024·浙江9＋1高中联盟高一期中)“多酶片”是经特殊工艺制成的双层药片，可用于治疗消化不良、食欲缺乏，如图为多酶片内部结构示意图。请分析回答下列问题： (1)为充分发挥多酶片的作用，使用时应__________(填“整片吞服”或“嚼碎服用”)，理由是___________________________________________________________________________。 (2)某同学为了验证多酶片中的胃蛋白酶具有帮助人体消化的作用，设计了以下实验： 材料用具：多酶片一盒、大小相同的蛋白块若干、pH＝1.5的缓冲溶液、pH＝8.5的缓冲溶液、蒸馏水、恒温水浴箱等。 实验步骤： ①制备胃蛋白酶溶液：取适量多酶片放入盛有________________________的烧杯中，几分钟后待糖衣溶解，取上层溶液备用； ②取试管A加入适量上述制备的胃蛋白酶溶液，试管B加入___________________作为对照； ③分别往试管A、B中加入一块大小相同的蛋白块，在________________中保温30分钟。 ④观察两支试管中蛋白块的体积变化。 预期结果：_______________________________________________________________。 (3)结合所学的知识，你认为服用多酶片时还应注意_____________________(答出一点即可)。 答案　(1)整片吞服　整片吞服使肠溶衣包裹的酶在肠液中发挥作用(或嚼碎服用，肠溶衣包裹的酶释放后会在酸性的胃液中失活而无法发挥作用)　(2)①适量pH＝1.5 的缓冲溶液　②等量 pH＝1.5 的缓冲溶液　③37 ℃恒温水浴箱　④试管A的蛋白块体积变小(或消失)，试管B的蛋白块基本不变 (3)用温水送服(或不可用过烫的开水送服) 解析　(1)“多酶片”是被双层包裹的药物，为使药物充分发挥作用，使用时建议整片吞服，这是因为整片吞服使肠溶衣在胃液中不被破坏，确保肠溶衣包裹的酶在肠液中发挥作用，若嚼碎服用，肠溶衣包裹的酶释放后会在酸性的胃液中失活，从而导致无法发挥作用。(2)本实验的目的是验证多酶片中的胃蛋白酶具有帮助人体消化的作用，该实验的自变量为是否使用多酶片，因变量为酶促反应速率，因此实验步骤如下：①制备胃蛋白酶溶液：取适量多酶片放入盛有适量pH＝1.5的缓冲溶液的烧杯中，这样可以保证胃蛋白酶的活性，几分钟后待糖衣溶解，取上层溶液备用；②取试管A(实验组)加入适量上述制备的胃蛋白酶溶液，试管B(对照组)加入等量pH＝1.5的缓冲溶液作为对照；③分别往试管A、B中加入一块大小相同的蛋白块，在37 ℃恒温水浴箱中保温30分钟，其目的是保证酶促反应的适宜温度条件；④观察两支试管中蛋白块的体积变化。若实验结果为试管A的蛋白块体积变小(或消失)，试管B的蛋白块基本不变，则该结果支持上述结论。(3)多酶片中含有多种酶类，且不同种类的酶发挥催化作用所需要的外界环境条件不同，但都需要适宜的温度，因此在服用多酶片时应用温水送服(或不可用过烫的开水送服)，否则会导致酶的空间结构受到破坏，无法发挥应有的作用。 学科网（北京）股份有限公司 $