2021新高考生物二轮复习学案第1部分专题6第1讲教材实验

第1讲教材实验网络构建■易错辨析···································································考纲要求实验1．鉴定还原糖、蛋白质和DNA都需要进行水浴加热。 (×)提示：鉴定蛋白质时不需要进行水浴加热。2．用纸层析法分离色素时，若滤液细线画得过粗可能会导致色素带出现重叠。 (√)3．以月季成熟的紫红色叶片为材料，用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水。 (√)4．“低温诱导植物染色体数目变化”实验，低温处理的目的是阻断洋葱根尖细胞的DNA复制。 (×)提示：低温处理的目的是通过抑制相关酶活性，进而抑制纺锤体形成。5．探究酵母菌种群数量变化，应设空白对照排除无关变量的干扰。 (×)提示：此实验中形成前后对照，不需设置空白对照。6．探究温度对酶活性的影响时，将酶与底物溶液在室温下混合后于不同温度下保温。 (×)提示：应先将酶与底物置于不同温度下保温，后将同一温度下的酶与底物溶液混合。7．探索2,4­D促进插条生根的最适浓度实验时，进行预实验的目的是减少实验误差，确定浓度范围。 (×)提示：进行预实验的目的是为正式实验摸索浓度范围和条件，不是减少实验误差。生物科学史中的实验方法及技术1．恩格尔曼利用衣藻和好氧细菌证明光合作用释放氧气和需要光。 (×)提示：恩格尔曼选的实验材料为水绵和好氧细菌。2．艾弗里通过体外转化实验证明DNA是遗传物质。 (√)3．噬菌体侵染细菌实验用到的特征元素是14C。 (×提示：噬菌体侵染细菌实验用到的特征元素分别为32P、35S。4．列文虎克建立了“细胞学说”。 (×)提示：施莱登和施旺建立了细胞学说。5．沃泰默揭示了胰腺分泌的促胰液素只受神经调节。 (×)提示：促胰液素是由小肠黏膜分泌的。6．生长素最初是由温特命名的。 (√)■长句冲关·································································1．“土壤中小动物类群丰富度的研究”实验中不适于标志重捕法或样方法，原因是______________________________________________________________________________________________。提示：许多土壤动物有较强的活动能力，而且身体微小2．“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”实验前先做一个预实验的原因有_____________________________________________________________________________________________。提示：为进一步的实验摸索条件，检验实验设计的科学性和可行性3．选择淀粉和淀粉酶探究温度影响酶的活性时，检测底物被分解的试剂宜选碘液还是斐林试剂？说明理由。____________________________________________________________________________________________________________。提示：碘液。因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度4．绿叶中色素的分离实验中滤纸条看不到色素带的原因有____________________________________________________________________________________________________________。提示：忘记画滤液细线；滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中考点1教材基础实验一、物质提取与检测类实验1．列表比较五个检测类实验(填表)实验名称试剂颜色生物材料备注淀粉的检测碘液蓝色脱色的叶片－还原糖的检测斐林试剂砖红色沉淀苹果或梨匀浆等现配现用、水浴加热脂肪检测苏丹Ⅲ(或Ⅳ)染液橘黄(红)色花生种子切片需用高倍镜观察蛋白质检测双缩脲试剂紫色豆浆、稀蛋清等先加A液后加B液，摇匀使用绿叶中色素的提取和分离提取液：无水乙醇；分离液：层析液胡萝卜素：橙黄色叶黄素：黄色叶绿素a：蓝绿色叶绿素b：黄绿色新鲜的绿叶(如菠菜叶)加入二氧化硅是为了充分研磨；加入碳酸钙可防止在研磨中色素被破坏2.关注物质检测类实验中的四个问题(1)在显色实验(如物质检测)中，材料最好无色或颜色较浅，或实验时对有色材料进行脱色处理。(2)物质检测实验一般不设置对照实验，若需设置对照实验，对照组应加入成分已知的物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，对照组可加入稀释的鸡蛋清。(3)可溶性还原糖检测中不宜选择甜菜、甘蔗等作为实验材料，因为它们不含还原糖。(4)颜色深浅与所检测的物质的含量有关，含量越多，颜色越明显。二、观察类实验1．六个显微观察类实验的比较实验名称观察方式观察对象细胞状态染色剂常用实验材料观察DNA和RNA在细胞中的分布染色观察核酸死甲基绿、吡罗红人的口腔上皮细胞观察线粒体线粒体活健那绿人的口腔上皮细胞观察根尖分生组织细胞的有丝分裂染色体死龙胆紫溶液(或醋酸洋红液)洋葱根尖低温诱导植物染色体数目的变化染色体死改良苯酚品红染液洋葱根尖观察叶绿体原色观察叶绿体活无菠菜叶(稍带叶肉的下表皮)、藓类的叶观察植物细胞的质壁分离与复原紫色大液泡活成熟植物细胞，如紫色洋葱鳞片叶外表皮2.关注洋葱在实验中的“一材多用”取材部位实验名称取材原因叶鳞片叶植物细胞的质壁分离和复原外表皮细胞含紫色大液泡观察DNA和RNA在细胞中的分布内表皮细胞近于无色，便于染色观察管状叶叶绿体中色素的提取和分离色素含量多根观察根尖分生组织细胞的有丝分裂材料易得，且分生区细胞分裂能力强，染色体数目少，易于观察低温诱导植物染色体数目的变化材料易得，且低温(4℃)下根尖也能分裂生长，3.归纳盐酸和酒精的“同材异用”(1)不同浓度酒精的用途酒精浓度实验用途体积分数为50%在脂肪检测中用于洗去浮色体积分数为70%在土壤小动物类群丰富度调查实验中用于杀死并保存小动物；消毒体积分数为95%与质量分数为15%的盐酸混合用于有丝分裂实验中的解离低温诱导染色体加倍实验中的冲洗卡诺氏液无水乙醇用于光合作用色素的提取(2)盐酸在不同实验中的应用实验名称盐酸的作用观察DNA和RNA在细胞中的分布①改变膜的通透性，加速染色剂进入细胞②使染色质中DNA与蛋白质分离，有助于DNA与染色剂结合观察根尖有丝分裂；低温诱导染色体加倍质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精按1∶1混合成解离液，使组织中的细胞相互分离三、调查统计类实验1．比较几种调查类实验实验名称调查对象调查方法统计方法(计算公式)种群密度的调查活动范围大的动物标志重捕法eq\f(个体总数N,初次捕获并标记个体数n)＝eq\f(再次捕获个体数M,重捕的标记个体数m)植物或活动能力弱的动物样方法人类遗传病发病率的调查人类某种遗传病汇总法发病率＝eq\f(患病人数,被调查人数)×100%土壤中小动物类群丰富度的研究土壤中的小动物取样器取样法记名计算法、目测估计法探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化酵母菌种群数量抽样检测法血细胞计数板显微计数2.辨析四种调查方法的适用范围调查方法适用范围标志重捕法活动能力强，活动范围大的动物样方法植物或活动能力弱、活动范围小的动物和虫卵显微计数法(抽样检测法)肉眼看不到的细菌、酵母菌或血细胞取样器取样法活动能力较强、身体微小的土壤小动物1．在温度为37℃时，取等量肝脏研磨液分别加到盛有等量H2O2溶液的试管中，再滴加盐酸或氢氧化钠使各试管pH分别为3、5、7、9、11，以探究pH对H2O2酶活性的影响，请写出实验不能得出正确结论的原因提示：在调pH之前，H2O2酶已经催化H2O2的分解。2．人类的红细胞膜上不同的糖蛋白分子构成红细胞的不同血型。假设Xg血型遗传由一对等位基因控制，在人群中的表现型有Xg阳性和Xg阴性两种。为了调查Xg血型的遗传方式，设计如下一张Xg血型调查后的统计表格。Xg阳性与Xg阳性婚配Xg阴性与Xg阴性婚配男女男女亲代子代若你认为此设计表格存在缺陷，请你指出不足之处。提示：增加一组婚配方式，即Xg阳性和Xg阴性婚配，同样调查男性和女性的亲代和子代情况3．高等植物细胞质壁分离过程中，引起50%左右细胞发生初始质壁分离的浓度为其细胞液等渗浓度。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞、蔗糖、蒸馏水等所需材料，请设计实验，测定洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出实验思路并预测结果。提示：设置一系列浓度梯度的蔗糖溶液处理待测细胞，显微镜下观察细胞形态，初步统计发生初始质壁分离的细胞数，若50%左右细胞发生初始质壁分离，此时对应的蔗糖溶液浓度即为洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液的等渗浓度。实验材料的选择及实验原理的分析1．(2020·山东等级考)黑藻是一种叶片薄且叶绿体较大的水生植物，分布广泛、易于取材，可用作生物学实验材料。下列说法错误的是()A．在高倍光学显微镜下，观察不到黑藻叶绿体的双层膜结构B．观察植物细胞的有丝分裂不宜选用黑藻成熟叶片C．质壁分离过程中，黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小D．探究黑藻叶片中光合色素的种类时，可用无水乙醇作提取液C[叶绿体的双层膜结构属于亚显微结构，须在电子显微镜下观察才能看到，A正确；黑藻成熟叶片细胞不进行有丝分裂，不能用来观察植物细胞的有丝分裂，B正确；质壁分离过程中，由于原生质体失水缩小，故黑藻细胞绿色加深、吸水能力增强，C错误；光合色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水乙醇溶解和提取黑藻叶片中的光合色素，D正确。]2．(2020·张家口高三模拟)实验材料的选择直接影响实验结果甚至决定实验成败。下列相关说法中正确的是()A．选用洋葱根尖分生区做实验材料，可通过显微镜观察细胞板的形成过程B．观察植物细胞的减数分裂时，一般不选用已开放的豌豆花药做实验材料C．观察洋葱鳞片叶内表皮细胞，可根据染色体形态和数目确定有丝分裂时期D．菠菜叶下表皮细胞含有丰富的叶绿素，不用经过染色就能观察到叶绿体B[观察根尖分生区细胞有丝分裂的实验中，细胞经过解离后已经死亡，因此不会观察到细胞板的形成过程，A错误；豌豆是自花传粉、闭花受粉的植物，其减数分裂发生在开花前，因此观察植物细胞的减数分裂，不可选用开放的豌豆花的花药作为实验材料，B正确；洋葱鳞片叶内表皮细胞已经高度分化，没有分裂能力，C错误；菠菜叶下表皮细胞不含叶绿体，D错误。]3．(2020·皖南八校联考)下列有关生物实验的叙述，正确的是()A．斐林试剂是含有铜离子的碱性溶液，可被蔗糖还原成砖红色B．在观察根尖分生组织细胞有丝分裂实验时，可观察到细胞的连续分裂过程C．菠菜叶中的色素因在层析液中的溶解度不同而在滤纸条上呈现不同宽度D．探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化时，可用台盼蓝染液区分菌体死活D[蔗糖不是还原糖，不能与斐林试剂反应，生成砖红色沉淀，A错误；在观察根尖分生组织细胞有丝分裂实验时，解离过程中细胞已死亡，不能观察到细胞的连续分裂过程，B错误；菠菜叶中的不同色素因含量不同而在滤纸条上呈现不同宽度，C错误；探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化时，可用台盼蓝染液区分菌体死活，D正确。]教材实验操作技能迁移(1)物质鉴定类。利用化学试剂与相关物质产生特定颜色反应，进行物质检测时，如实验材料本身具有其他颜色，在检测前首先要进行脱色处理。(2)显微观察类实验要先制片，不同材料用不同的制片方法。主要有装片法(把整个实验材料制成装片，如用葫芦藓观察叶绿体)、切片法(把材料切成薄片，以便观察，如脂肪的鉴定)和压片法(把材料压成一层薄片，以便观察，如观察根尖细胞的有丝分裂)三种。(3)以成熟的植物细胞为材料，利用质壁分离也可以鉴定细胞死活。(4)用物理或化学试剂诱变时，处理的材料应该是具有分裂能力的组织或细胞；观察染色体变异时，一定要选择正处于分裂期的细胞进行观察。实验步骤及结果分析1．(2019·江苏高考)下列关于观察植物细胞有丝分裂实验的叙述，正确的是()A．只有从新生的根尖上取材，才能观察到有丝分裂B．解离时间要尽量长，以确保根尖组织细胞充分分离C．滴加清水、弄碎根尖以及压片都有利于细胞的分散D．临时装片镜检时，视野中最多的是处于分裂中期的细胞C[从生长旺盛的部位取材，包括茎尖、形成层、根尖等部分，均可以观察到有丝分裂，A错误；解离时间一般在3～5min，时间过长，细胞过于酥软，不利于漂洗且染色体易被破坏，因此解离的时间不宜过长，B错误；由于细胞分裂间期的时间最长，因此临时装片镜检时，视野中最多的是处于有丝分裂间期的细胞，D错误。]2．(2019·北京高考)玉米根尖纵切片经碱性染料染色，用普通光学显微镜观察到的分生区图像如下图。对此图像的观察与分析，错误的是()A．先用低倍镜再换高倍镜观察符合操作规范B．可观察到箭头所指细胞的细胞核和细胞壁C．在图像中可观察到处于分裂期前期的细胞D．细胞不同结构成分与该染料结合能力不同B[图中箭头所指的细胞处于有丝分裂后期，姐妹染色单体分开，染色体数目加倍，此时观察不到细胞核，因为细胞核在有丝分裂前期逐渐消失，B错误。]3．某研究小组为研究外施NAA、IBA、2,4－D三种生长素类似物对拟南芥根细胞分裂和伸长的影响，进行了相关实验，结果如下图所示，下列有关分析正确的是()A．自变量是生长素的种类和浓度，需要配制15种培养液B．为了准确测量因变量，拟南芥的根系应采用水培法培养C．实验结果说明NAA、IBA、2,4－D的作用都具有两重性D．实验结果表明三种生长素类似物都属于抑制性的生长调节剂B[由柱形图可知，该实验自变量是生长素类似物的种类和浓度，需要配制12种培养液，A错误；本实验的因变量是拟南芥主根的长度，因此为了准确测量因变量，拟南芥的根系应采用水培法培养，B正确；分析柱形图可知：NAA、IBA、2,4－D对拟南芥主根的生长均有抑制作用，不能体现两重性，C错误；本实验只是在一定浓度范围内的检测，因此不能确定三种生长素类似物都属于抑制性的生长调节剂，D错误。]考点2科学史中的实验1．实验技术方法(1)显微观察法——观察多种多样的细胞、观察线粒体和叶绿体、观察细胞有丝分裂、观察细胞减数分裂、观察质壁分离和复原、观察染色体变异等。(2)差速离心法——分离各种细胞器、制备细胞膜等。(3)对比实验法——设置两个或两个以上的实验组通过对结果的比较分析，探究某种因素对实验结果的影响，如“探究酵母菌细胞呼吸的方式”及“酶作用特性相关实验”等。(4)密度梯度离心法——用15N标记DNA，证明DNA半保留复制(重带、轻带、中带等)。(5)细胞染色法——活细胞染色(健那绿染色线粒体)；碘染色法，证明光合作用产生淀粉；死细胞染色(醋酸洋红、龙胆紫、改良苯酚品红染液、吡罗红甲基绿染色剂)；台盼蓝染色法鉴定细胞死活。(6)同位素标记法——分泌蛋白的合成与运输；探究光合作用中释放的氧气的来源；暗反应中碳元素去向14CO2→14C3→(14CH2O)；噬菌体侵染细菌实验(32P、35S)；基因诊断等(7)纸层析法——绿叶中色素的分离(选修1，胡萝卜素的提取与鉴定)。(8)梯度设置实验——探究生长素类似物对扦插枝条生根的最适浓度，探究影响酶活性的最适温度和最适pH。(9)假说—演绎法——孟德尔两大遗传定律的发现，摩尔根证明基因在染色体上(用白眼雄果蝇为材料)，DNA半保留复制方式的证明。(10)类比推理法——萨顿提出“基因在染色体上”。(11)样方法——估算植物及活动能力弱的动物(如蚯蚓、蚜虫)等种群密度。(12)标志重捕法——估算活动能力强的动物种群密度。(13)取样器取样法——探究土壤中小动物类群丰富度。(14)抽样检测法——探究培养液中酵母菌种群数量变化。(15)模型构建法——构建细胞亚显微结构物理模型，构建DNA双螺旋结构物理模型，构建光合模型、种群特征、细胞分裂等概念模型，构建种群增长两种数学模型(公式、“J”型、“S”型曲线)，构建减数分裂、血糖调节过程物理模型。2．实验思想方法(1)光合作用探究实验的思想方法探究性实验中最常用的思想是“对照思想”和“变量思想”，光合作用探究过程中的经典实验及其所应用的对照思想和变量思想如下表所示。经典实验变量分析对照思想自变量设置因变量检测指标无关变量普利斯特利植物更新空气实验对照组：有绿色植物；实验组：无绿色植物小鼠存活时间(或存活状态)或蜡烛燃烧时间光照、温度、小鼠健康程度、蜡烛的种类和实验前燃烧程度等相互对照萨克斯天竺葵半叶法实验对照组：曝光；实验组：遮光碘蒸气处理后叶片的颜色温度、暗处理时间、光照时间等相互恩格尔曼水绵和好氧细菌实验对照组：完全曝光；实验组：黑暗环境下极细光束照射好氧细菌分布情况好氧细菌数量、临时装片等恩格尔曼水绵和好氧细菌实验恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵黑暗环境下光线经三棱镜后照射临时装片恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵鲁宾和卡门18O标记实验实验组中，一组为植物提供H2O和C18O2，另一组为植物提供Heq\o\al(18,2)O和CO2小球藻释放O2的情况(是否含18O)光照强度、植物数量等相互卡尔文14C标记实验取样时间(用放射性同位素14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用后，实验进行不同时间后，小球藻叶绿体中含有放射性的物质种类光照强度、温度、14CO2量自身(2)遗传物质探究实验的思想方法(3)促胰液素发现中的科学思想方法科学家实验处理实验结果沃泰默1.稀盐酸→狗的小肠腔胰腺分泌胰液2.稀盐酸→狗的血液中胰腺不分泌胰液3.切除小肠神经，稀盐酸→狗的小肠腔胰腺分泌胰液斯他林和贝利斯小肠黏膜和盐酸混合研磨，制成提取液→同一条狗的静脉中胰腺分泌胰液①斯他林和贝利斯实验的对照实验是沃泰默实验2。②斯他林和贝利斯实验的结论是在盐酸的作用下，小肠黏膜能够产生促进胰腺分泌胰液的物质。③沃泰默实验的1、3对照说明在没有神经的情况下，盐酸也能刺激小肠产生促进胰腺分泌胰液的物质。(4)生长素的发现实验的思想方法与生长素发现有关的四个经典实验，都经历了“提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果并得出结论→表达和交流→进一步探究”的过程，都是探究性实验。四个经典实验探究背景依次相关，不断有新发现，最终明确了达尔文提出的“某种影响”是一种“化学物质”。相关要点梳理如表所示：1．某科研人员利用小球藻在水分、光照、温度等条件相同且适宜的情况下做了如图所示的实验。光照一段时间后，在小球藻合成的有机物中能否检测到18O?理由是什么？提示：能。18O2经有氧呼吸产生的Heq\o\al(18,2)O，用于有氧呼吸产生C18O2，C18O2用于光合作用可产生含18O的有机物。2．在黑暗条件下，科学家将分离得到的类囊体放在pH为4的缓冲溶液中，使类囊体内外的pH相等，然后迅速转移到含有ADP和Pi的pH为8的缓冲溶液中，结果检测到有ATP的生成，据此实验类比推理，请解释叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的原因。提示：光照条件下植物细胞叶绿体中类囊体内部H＋浓度高(或类囊体膜内侧pH小于外侧或类囊体薄膜两侧的pH不同)。3．果蝇体表硬而长的毛称为刚毛，一个自然繁殖的直刚毛果蝇种群中，偶然出现了一只卷刚毛雄果蝇。若已知这只卷刚毛雄果蝇与直刚毛雌果蝇杂交，F1的表现型全部为直刚毛，F1雌雄果蝇交配，F2的表现型及比例是直刚毛雌果蝇∶直刚毛雄果蝇∶卷刚毛雄果蝇＝2∶1∶1，且控制刚毛形态的基因不在常染色体上。据此事实来推断最合理的假说是什么。依据这一假说进行演绎推理，并利用现有实验材料，设计一个最简单的验证实验，请写出实验设计思路。(1)选F1雌雄果蝇交配为实验的重复→无法验证；(2)选F2中直刚毛雌果蝇为亲本，基因型不唯一→验证方法不是最简单。假设：_______________________________________________________________________________________________________设计思路：____________________________________________________________________________________________________提示：假设：亲代生殖细胞中X染色体上的基因发生隐性突变。设计思路：选择F1中直刚毛雌果蝇与F2中卷刚毛雄果蝇进行交配。若直刚毛雌果蝇∶直刚毛雄果蝇∶卷刚毛雌果蝇∶卷刚毛雄果蝇＝1∶1∶1∶1，则证明假说正确。考查实验技术及方法1．(2019·全国卷Ⅰ)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是()①同位素标记的tRNA②蛋白质合成所需的酶③同位素标记的苯丙氨酸④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液A．①②④ B．②③④C．③④⑤ D．①③⑤C[蛋白质合成需要mRNA模板、游离的氨基酸、核糖体、tRNA以及相关酶等。人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸可作为合成多肽链的模板；要获得同位素标记的多肽链，需要使用同位素标记的氨基酸；除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中含有核糖体、tRNA以及相关酶等，所以C选项符合题意。]2．(2018·全国卷Ⅲ)下列研究工作中由我国科学家完成的是()A．以豌豆为材料发现性状遗传规律的实验B．用小球藻发现光合作用暗反应途径的实验C．证明DNA是遗传物质的肺炎双球菌转化实验D．首例具有生物活性的结晶牛胰岛素的人工合成D[奥地利的孟德尔以豌豆为实验材料发现了性状遗传规律，A项不符合题意；美国的卡尔文利用小球藻，用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C在光合作用过程中转化成有机物中C的途径，这就是著名的卡尔文循环，B项不符合题意；英国的格里菲思和美国的艾弗里分别完成了肺炎双球菌的体内和体外转化实验，C项不符合题意；1965年我