专题21实验与探究-2023年高考生物真题分类解析与应试策略

第九单元实验与探究专题二十一实验与探究考点2013~2017年2018年2019年2020年2021年2022年合计全国地方全国地方全国地方全国地方全国地方全国地方全国地方卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷67.实验与探究171301221710620命题分析与备考建议(1)命题热度:本专题相对其他各专题考查较火(),十年中地方卷出现过20道题,全国卷出现过6道题,总计出现过26道题,平均每年会出现1~3道左右,不可谓不火!(2)考查方向:一是考查教材基础实验的材料、原理及相关操作等,二是结合代谢、遗传、调节等相关知识考查实验的有关分析等。(3)考情前瞻:一是教材基本实验通过选择题的形式考查试剂、原理、显色反应等;二是可以设置新的问题背景考查实验原理的判断、变量的确认以及结果结论的预测分析等。考点67实验与探究1.(2022·全国乙,4,6分,难度★★)某种酶P由RNA和蛋白质组成,可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件,某同学进行了下列5组实验(表中“+”表示有,“”表示无)。实验组①②③④⑤底物+++++RNA组分+++蛋白质组分+++低浓度Mg2++++高浓度Mg2+++产物++根据实验结果可以得出的结论是(C)A.酶P必须在高浓度Mg2+条件下才具有催化活性B.蛋白质组分的催化活性随Mg2+浓度升高而升高C.在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性D.在高浓度Mg2+条件下蛋白质组分具有催化活性解析本题考查酶的作用特点,同时考查学生的实验分析能力和科学探究素养。根据实验组①在没有高浓度Mg2+条件下仍能获得产物可知,酶P在低浓度Mg2+条件下也具有催化活性,A项错误;③和⑤组实验在低浓度和高浓度Mg2+条件下均未获得产物,说明单独的蛋白质组分没有催化活性,B、D两项错误;②和④组实验对比,④组实验获得了产物,②组实验未获得产物,说明在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性,C项正确。2.(2021·北京,13,2分,难度★★)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学相关实验,下列叙述错误的是(C)A.研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液B.利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提取DNAC.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离D.利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质解析本题考查检测蛋白质的实验、叶绿体色素的提取和分离实验、DNA的粗提取和鉴定。肝脏细胞中含有过氧化氢酶,因此研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液,A项正确;DNA不溶于酒精,而细胞中的某些蛋白质可溶于酒精,因此可利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提取DNA,B项正确;依据光合色素在层析液中溶解度的差异对光合色素进行纸层析分离,C项错误;蛋白质可以与双缩脲试剂发生紫色反应,因此可利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质,D项正确。3.(2021·海南,4,2分,难度★)孟德尔的豌豆杂交实验和摩尔根的果蝇杂交实验是遗传学的两个经典实验。下列有关这两个实验的叙述,错误的是(A)A.均将基因和染色体行为进行类比推理,得出相关的遗传学定律B.均采用统计学方法分析实验结果C.对实验材料和相对性状的选择是实验成功的重要保证D.均采用测交实验来验证假说解析本题考查遗传学经典实验。孟德尔的豌豆杂交实验和摩尔根的果蝇杂交实验都是采用假说—演绎法得出相关的遗传学定律,都采用了统计学方法分析实验数据,A项错误,B项正确;孟德尔豌豆杂交实验成功的原因之一是选择了豌豆作为实验材料,摩尔根的果蝇杂交实验成功的原因之一是选择了果蝇作为实验材料,同时也从果蝇的众多性状当中选择了易于区分的白红眼性状进行研究,C项正确;两个实验都采用测交实验来验证假说,D项正确。4.(2021·江苏,10,2分,难度★★)分析黑斑蛙的核型,需制备染色体标本,流程如下,下列相关叙述正确的是(D)采集骨髓细胞→培养细胞并用秋水仙素处理→低渗处理细胞并固定→滴片、染色与镜检A.可用蛙红细胞替代骨髓细胞制备染色体标本B.秋水仙素处理的目的是为了诱导染色体数加倍C.低渗处理的目的是为了防止细胞过度失水而死亡D.染色时常选用易使染色体着色的碱性染料解析本题考查实验材料、实验原理。蛙红细胞只能进行无丝分裂,因此不能用蛙红细胞替代骨髓细胞制备染色体标本,A项错误;秋水仙素处理的目的是为了固定细胞,不是诱导染色体数目加倍,B项错误;等渗溶液是为了防止细胞过度失水而死亡,低渗处理的目的是使组织细胞充分吸水膨胀,染色体分散,C项错误;染色时常选用易使染色体着色的碱性染料,D项正确。5.(2021·江苏,19,3分,难度★★)(多选)数据统计和分析是许多实验的重要环节,下列实验中获取数据的方法合理的是(ABC)编号实验内容获取数据的方法①调查某自然保护区灰喜鹊的种群密度使用标记重捕法,尽量不影响标记动物正常活动,个体标记后即释放②探究培养液中酵母菌种群数量的变化摇匀后抽取少量培养物,适当稀释,用台盼蓝染色,血细胞计数板计数③调查高度近视(600度以上)在人群中的发病率在数量足够大的人群中随机调查④探究唾液淀粉酶活性的最适温度设置0℃、37℃、100℃三个温度进行实验,记录实验数据A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④解析本题考查实验数据统计和分析。灰喜鹊属于活动范围广、活动能力强的动物,应使用标记重捕法调查灰喜鹊的种群密度,且标记尽量不影响标记动物正常活动,个体标记后即释放,A项正确;探究培养液中酵母菌种群数量的变化时,摇匀后抽取少量培养物,适当稀释,用台盼蓝染液染色,血细胞计数板计数,被染成蓝色的酵母菌为死细胞,在观察计数时只计不被染成蓝色的酵母菌,B项正确;调查高度近视(600度以上)在人群中的发病率,应在群体中抽样调查,选取的样本要足够的多,且要随机取样,C项正确;探究唾液淀粉酶活性的最适温度时,应围绕37.0℃在梯度为0.5℃的不同温度下进行实验,若设置0℃、37℃、100℃三个温度进行实验,不能说明唾液淀粉酶的最适温度是37.0℃,D项错误。6.(2021·辽宁,5,2分,难度★★)下列有关中学生物学实验中观察指标的描述,正确的是(B)选项实验名称观察指标A探究植物细胞的吸水和失水细胞壁的位置变化B绿叶中色素的提取和分离滤纸条上色素带的颜色、次序和宽窄C探究酵母菌细胞呼吸的方式酵母菌培养液的浑浊程度D观察根尖分生组织细胞有丝分裂纺锤丝牵引染色体的运动解析本题考查叶绿体中色素的提取和分离实验、观察质壁分离及复原实验、观察细胞有丝分裂实验。在植物细胞质壁分离和复原的实验中,中央液泡大小、原生质层的位置和细胞大小都应该作为观察对象,A项错误;绿叶中色素的提取和分离,观察指标是滤纸条上色素带的颜色、次序和宽窄,B项正确;探究酵母菌细胞呼吸的方式,观察指标是培养液的滤液能否使重铬酸钾在酸性条件下转变成灰绿色,C项错误;观察根尖分生组织细胞有丝分裂,细胞在解离的时候已经死亡,看不到纺锤丝牵引染色体的运动,D项错误。7.(2021·湖南,2,2分,难度★★)以下生物学实验的部分操作过程,正确的是(D)选项实验名称实验操作A检测生物组织中的还原糖在待测液中先加NaOH溶液,再加CuSO4溶液B观察细胞中DNA和RNA的分布先加甲基绿染色,再加吡罗红染色C观察细胞中的线粒体先用盐酸水解,再用健那绿染色D探究酵母菌种群数量变化先将盖玻片放在计数室上,再在盖玻片边缘滴加培养液解析此题的切入点是教材基础实验的相关知识。生物组织中的还原糖的检测试剂为斐林试剂,斐林试剂使用时NaOH溶液和CuSO4溶液混合均匀后加入,A项错误;观察细胞中DNA和RNA的分布的实验,利用甲基绿、吡罗红混合染色剂将细胞染色,B项错误;观察细胞中的线粒体,用健那绿染液染色,不需用盐酸水解,C项错误;探究酵母菌种群数量变化的实验中,先将盖玻片放在计数室上,用吸管吸取培养液,滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入,D项正确。8.(2020·全国1,4,6分,难度★)为达到实验目的,需要选用合适的实验材料进行实验。下列实验目的与实验材料的对应,不合理的是(A)选项实验材料实验目的A大蒜根尖分生区细胞观察细胞的质壁分离与复原B蝗虫的精巢细胞观察细胞的减数分裂C哺乳动物的红细胞观察细胞的吸水和失水D人口腔上皮细胞观察DNA、RNA在细胞中的分布解析此题解题的切入点是准确记忆教科书中不同实验的实验材料和实验目的。根尖分生区细胞是未成熟的细胞,不含有中央大液泡,因此不能用于观察细胞的质壁分离与复原,A项不合理。蝗虫的细胞中染色体较大,数目较少,且在同一染色体玻片标本上可以观察到减数分裂的各个时期,因此常用作观察细胞减数分裂的材料,B项合理。当外界溶液的浓度大于细胞质的浓度时,哺乳动物的成熟红细胞会失水皱缩,当外界溶液的浓度小于细胞质的浓度时,哺乳动物的成熟红细胞会吸水膨胀,甚至涨破,因此,哺乳动物的红细胞可用作观察细胞的吸水和失水的实验材料,C项合理。人的口腔上皮细胞中含有DNA和RNA,且无色,因此用吡罗红甲基绿染色剂对细胞进行染色后,可以显示DNA和RNA在细胞中的分布,D项合理。9.(2020·全国2,3,6分,难度★★)下列关于生物学实验的叙述,错误的是(B)A.观察活细胞中的线粒体时,可以用健那绿染液进行染色B.探究人体红细胞因失水而发生的形态变化时,可用肉眼直接观察C.观察细胞中RNA和DNA的分布时,可用吡罗红甲基绿染色剂染色D.用细胞融合的方法探究细胞膜的流动性时,可用荧光染料标记膜蛋白解析本题考查教科书中的基础实验。观察活细胞中的线粒体一般用健那绿染液进行染色,A项正确。细胞体积很小,需要借助显微镜才能观察到,故探究人体红细胞因失水而发生的形态变化时,需借助显微镜来观察,B项错误。观察细胞中DNA和RNA的分布时,可用吡罗红甲基绿染色剂染色,C项正确。可用红色荧光染料和绿色荧光染料标记膜蛋白,以探究细胞膜的流动性,D项正确。10.(2020·北京,14,2分,难度★★)下列高中生物学实验中,用紫色的洋葱鳞片叶和黑藻叶片作为实验材料均可完成的是(C)A.观察叶绿体和细胞质流动 B.提取和分离叶绿素C.观察细胞质壁分离及复原 D.观察细胞的有丝分裂解析紫色洋葱鳞片叶细胞不含叶绿体,不能作为观察叶绿体的实验材料,黑藻叶片中含有大量叶绿体,细胞质颜色比较深,易于观察叶绿体和细胞质流动,A项错误;洋葱的管状叶呈绿色,可用于提取和分离叶绿体中的色素,而紫色洋葱鳞片叶细胞不含叶绿体色素,不能用于提取和分离叶绿素,B项错误;洋葱鳞片叶外表皮细胞含有紫色的大液泡,色素含量较多,可作为观察细胞质壁分离和复原的材料,黑藻叶片的叶肉细胞中液泡呈无色,叶绿体的存在使原生质层呈绿色,有利于细胞质壁分离及复原实验现象的观察,C项正确;洋葱鳞片叶、黑藻叶片都不能发生有丝分裂,而洋葱根尖分生区可作为观察有丝分裂的材料,色浅,无其他色素干扰,D项错误。11.(2018·全国3,1,6分,难度★)下列研究工作中由我国科学家完成的是(D)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是遗传物质的肺炎链球菌转化实验D.首例具有生物活性的结晶牛胰岛素的人工合成解析本题考查生物学发展史上重要的科学家及贡献。以豌豆为实验材料发现遗传定律的是奥地利科学家孟德尔,A项错误。发现暗反应的是美国科学家卡尔文,暗反应又叫卡尔文循环,B项错误。美国科学家艾弗里及其同事利用肺炎链球菌转化实验证明DNA是遗传物质,C项错误。1965年,中国科学家成功获得人工合成的牛胰岛素结晶,D项正确。12.(2018·北京,4,6分,难度★★)以下高中生物学实验中,操作不正确的是(A)A.在制作果酒的实验中,将葡萄汁液装满整个发酵装置B.鉴定DNA时,将粗提产物与二苯胺混合后进行沸水浴C.用苏丹Ⅲ染液染色,观察花生子叶细胞中的脂肪滴(颗粒)D.用龙胆紫染液染色,观察洋葱根尖分生区细胞中的染色体解析本题考查了果酒制作以及常见试剂的应用。制作果酒时,应留有大约1/3的空间,有利于酵母菌数量的增加并防止发酵液溢出,A项错误;DNA与二苯胺在水浴加热条件下呈现蓝色,B项正确;鉴定脂肪可用苏丹Ⅲ染液进行染色,C项正确;染色体易被碱性染料龙胆紫溶液或醋酸洋红液染成深色,D项正确。13.(2018·江苏,24,3分,难度★★★)(多选)下列中学实验均使用光学显微镜进行观察,有关实验操作或现象描述错误的是(ACD)编号实验名称实验材料实验操作或现象①观察植物细胞的质壁分离紫色洋葱外表皮、蔗糖溶液等原生质层呈紫色,各组成部分结构清晰②检测生物组织中的脂肪花生子叶、苏丹Ⅲ染液等在高倍镜下可见细胞中被染成橘黄色的脂肪液滴③观察细胞有丝分裂洋葱根尖、龙胆紫溶液等在高倍镜的同一个视野中,可见分裂前期、中期、后期、末期各时期细胞呈正方形,排列紧密④探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化酵母菌、血细胞计数板等在10×目镜、40×物镜下的一个视野中完成对整个计数室中酵母菌的计数A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④解析本题主要考查课本实验的相关知识,属于对科学探究的考查。用紫色洋葱外表皮进行实验时,液泡里的细胞液呈紫色,原生质层无色,且在光学显微镜下不能观察原生质层的组成部分,①错误;苏丹Ⅲ将脂肪染成橘黄色,在光学显微镜下可观察到,②正确;用光学显微镜观察细胞有丝分裂,在一个视野中一般不能看到各时期的细胞,③错误;对培养液中酵母菌进行计数时,应对血细胞计数板中四个或五个中方格进行计数,不能对整个计数室计数,④错误。14.(2021·全国乙,29,11分,难度★★★)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题:(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和释放的CO2。

(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止,又能保证正常进行。

(3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)答案(1)细胞质基质、线粒体、(叶绿体的)类囊体薄膜呼吸作用(2)植物蒸腾作用过强而导致失水过多光合作用(3)实验思路:植物甲在干旱的环境条件下(其他条件适宜)培养一段时间;分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH;统计分析实验数据。预期结果:晚上液泡内的pH明显低于白天。解析本题主要考查光合作用的过程和实验设计的相关知识。(1)白天叶肉细胞可以进行呼吸作用,产生ATP的场所包括细胞质基质、线粒体;也可以进行光合作用,产生ATP的场所为叶绿体的类囊体薄膜。苹果酸脱羧和呼吸作用释放的CO2可作为光合作用的原料。(2)植物蒸腾作用散失水分和光合作用吸收二氧化碳都离不开气孔。干旱条件下,气孔白天关闭,晚上打开,既可防止白天因蒸腾作用过强使植物过度失水,又可保证植物光合作用的正常进行。(3)欲设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式,可选取植物甲在干旱条件下进行培养,检测白天和晚上液泡内的pH;晚上液泡内的pH低于白天液泡内的pH,即可验证该实验。15.(2021·浙江,30,10分,难度★★)为探究酒精对动物行为的影响,某中学生物兴趣小组进行了以下系列实验。实验材料:蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本,间脑蟾蜍,小滤纸片,任氏液,0.1%、0.2%和1%酒精,去甲肾上腺素(noradrenaline,NA),酚妥拉明(phentolamine,PT),1%硫酸溶液等。(要求与说明:间脑蟾蜍是指切除了大脑和部分间脑、相关机能正常的蟾蜍;任氏液为两栖类的生理盐水;3种酒精浓度分别对应人血液中轻度、中度和重度酒精中毒的浓度;酒精、NA和PT均用任氏液配制;NA是一种神经递质;PT是NA受体的抑制剂。实验条件适宜)实验过程与结果或结论:过程结果或结论实验1①取蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本,分别检测动作电位大小、动作电位传导速率和肌肉收缩张力;②以1%酒精连续滴加标本5min后,再分别检测上述指标。结果:结论:。

实验2①用1%硫酸刺激间脑蟾蜍一侧后肢的中趾趾端,测定屈反射时长,然后用任氏液清洗后肢和间脑断面;②分别用含有50μL的任氏液、不同浓度酒精的小滤纸片处理间脑断面,每次处理后重复①。结果的记录表格:。

结论:酒精会显著延长屈反射时长,其数值随酒精浓度升高而变大。为了进一步研究酒精延长屈反射时长的机理,选取实验2中某一浓度的酒精用于实验3。实验3①取5组间脑蟾蜍,用任氏液、NA、PT和酒精等处理;②用1%硫酸刺激间脑蟾蜍一侧后肢的中趾趾端,测定屈反射时长。结论:NA与其受体结合,显著延长间脑蟾蜍的屈反射时长;酒精通过NA受体参与的途径,显著延长间脑蟾蜍的屈反射时长。回答下列问题:(1)实验1结果可得出的结论是。

(2)设计用于记录实验2结果的表格:(3)依据实验2、3的结论,实验3的分组应为:A组:任氏液;B组:;

C组:;D组:;

E组:。

(4)酒后驾车属于危险的驾驶行为,由本实验结果推测其可能的生物学机理是

。

答案(1)离体条件下,施加1%酒精,对神经肌肉接点、肌肉收缩功能没有显著影响(2)表不同浓度酒精对间脑蟾蜍屈反射时长的影响空白对照任氏液处理因素0.1%酒精0.2%酒精1%酒精屈反射时长(3)NAPTNA+PT酒精+PT(4)酒精显著延长屈反射时长,酒后驾车导致司机反应迟钝解析本题通过生理学实验来考查考生的实验探究能力,具体考查对照实验的设置、记录实验数据的表格的设计、分析实验结果归纳实验结论的能力。(1)实验1的实验结果是用1%的酒精处理前后结果一致,说明在离体条件下,滴加1%的酒精对神经肌肉接点、肌肉收缩功能没有影响。(2)实验2的自变量是不同浓度的酒精,故实验分为四组,分别是任氏液、0.1%酒精、0.2%酒精、1%酒精处理的各组,因变量是屈反射时长。(具体表格见答案)(3)从实验3的结论知,该实验探究了NA发挥作用是与受体结合,故在滴加NA的条件下,实验需设置有受体(无PT)和无受体(用PT抑制受体活性)两个实验,且需有施加PT无NA的对照;酒精的作用是通过NA受体参与的途径来完成的,需要有滴加酒精的实验组。为了实验科学,还需设置空白对照组,即只加任氏液的对照组。故A组:任氏液;B组:NA;C组:PT;D组:NA+PT;E组:酒精+PT。(4)结合该实验的结论,推测酒驾危险的机理是酒精显著延长了屈反射的时长,导致司机反应迟钝。实验探究题的解题的关键是能够根据实验目的和实验材料,合理设置实验组和对照组,做好无关变量的控制(除自变量不同外,其他完全相同);实验数据记录的表格设计,要反映自变量和因变量;分析实验数据归纳结论时,要找到自变量的变化引起因变量发生怎样的变化,找出二者存在的因果关系。16.(2020·浙江1月选考,30,10分,难度★★★★)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。回答下列问题:(1)预测实验结果(以坐标曲线图形式表示实验结果,其中横坐标为皮肤移植后时间):

。

(2)分析与讨论:①上述实验思路中,移植皮肤的受体大鼠是。

②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,还可设置组5,其处理是,理由是。

③效应T细胞的生物学功能有。

答案(1)移植后皮肤存活率示意图(2)①A、B系大鼠②抑制T细胞的增殖及功能,延长移植皮肤的存活时间切除大鼠的胸腺,再移植皮肤切除胸腺后,T细胞数量减少,延长移植皮肤的存活时间③对抗被病原体感染的细胞和癌细胞,对抗移植器官的异体细胞解析(1)分析实验分组和处理可知,组1的皮肤移植属于自体移植,所以不会发生免疫排斥反应,皮肤存活率最高,随时间延长存活率不变;组2将A系大鼠的皮肤片移植到B系大鼠是异体移植,会发生免疫排斥反应,皮肤存活率随时间延长而下降;组3,由于已免疫的T淋巴细胞注射到B系大鼠并将A系大鼠的皮肤片移植到该大鼠,免疫排斥反应增强,所以组3皮肤存活率比组2低,且出现免疫排斥的时间更短。绘制曲线如下图:移植后皮肤存活率示意图(2)①A、B系大鼠的细胞表面含有不同的MHC,若进行两者间的皮肤移植时,会发生免疫排斥反应。②抑制T细胞的增殖及功能,延长移植皮肤的存活时间。需要切除大鼠的胸腺,再移植皮肤,切除胸腺后,T细胞数量减少,可延长移植皮肤的存活时间。③细胞毒性T细胞(效应T细胞)能够对抗被病原体感染的细胞和癌细胞,对抗移植器官的异体细胞。实验设计的基本思路(1)探究实验的一般解题思路:第一,明确实验目的、分析实验原理;第二,依据实验目的及相关信息明确自变量、因变量以及自变量和因变量间的关系;第三,明确如何实现自变量、如何观测因变量;第四,明确实验结果与结论。(2)实验步骤中遵循的主要原则:单一变量原则、对照原则。单一变量原则:实验步骤的设计中应确保实验组、对照组间只有自变量不同,其他的无关变量应该“等量且适量”或“相同且适宜”。(3)实验步骤的书写:第一步:描述实验材料的选择、分组、编号;第二步:描述如何实现自变量;第三步:描述实验进行条件,如在适宜温度(适宜条件)培养一段时间;第四步:描述如何得到因变量;第五步:记录实验结果、实验结论。17.(2019·海南,27,10分,难度★★)在适宜条件下,测得的某植物根细胞对a、b两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示(a、b两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度a、b两种物质的吸收速率)。回答下列问题。(1)根据实验结果发现a是通过自由扩散方式跨膜运输的。自由扩散的含义是

。

(2)实验结果表明:当外界溶液中b的浓度达到一定数值时,再增加b的浓度,根细胞对b的吸收速率不再增加。可能的原因是。

(3)王同学据图认为b的跨膜运输方式是主动运输,李同学认为是协助扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。答案(1)物质通过简单的扩散方式进出细胞(2)载体数量饱和(3)思路:将长势相同的某植物根细胞平均分为两组,甲组放在有氧条件下,乙组放在无氧条件下,将甲、乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后,分别测定根细胞对b物质的吸收速率。结果及结论:若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组,则说明b物质的跨膜运输方式为主动运输;若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同,则说明b物质的跨膜运输方式为协助扩散。解析(1)物质通过简单的扩散方式进出细胞即自由扩散,该过程不需要载体和能量,受细胞内外浓度差的影响。(2)由图可知,b可能是协助扩散或主动运输,b需要载体协助,当外界溶液中b的浓度达到一定数值时,载体数目饱和,再增加b的浓度,根细胞对b的吸收速率不再增加。(3)协助扩散与主动运输的区别在于前者不需要消耗能量,后者需要消耗能量。有氧呼吸产生的能量较多,无氧呼吸产生的能量较少,故实验设计的自变量是有无氧气,因变量是细胞对b的吸收速率。设计实验时要注意等量原则和单一变量原则。思路:将长势相同的某植物根细胞平均分为两组,甲组放在有氧条件下,乙组放在无氧条件下,将甲、乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后,分别测定根细胞对b物质的吸收速率。结果及结论:若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组,则说明b物质的跨膜运输方式为主动运输;若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同,则说明b物质的跨膜运输方式为协助扩散。18.(2018·浙江,33,10分,难度★★)对下列生物学实验进行结果预测或分析与讨论。(1)在用血细胞计数板计数兔红细胞时,见到压在方格线上的细胞只计左线和上线上的细胞,以避免,减少误差。

(2)①在验证胰岛素具有降低血糖浓度作用的实验设计中,若以小鼠活动状况为观察指标,注射胰岛素溶液和葡萄糖溶液的顺序应是

。

②人体血液中胰岛素与胰高血糖素的摩尔比值,在不同生理状况下是不同的,当机体处于

状况时,该比值明显下降,此时机体物质代谢的变化是(答出2点即可)。

(3)某同学进行切除甲状腺对小鼠体长影响的实验,观测到切除甲状腺的幼年组小鼠体长增加明显低于未切除组,其机理是

。

(4)以某种实验小鼠为材料制备抗血清。①欲获得某一种较高浓度的抗体,在你的实验思路中,关键是需对小鼠进行。为什么?

。

②预测实验结果(以坐标曲线图形式表示实验结果)。答案(1)重复计数(2)①先注射胰岛素溶液,后注射葡萄糖溶液②低血糖肝糖原分解加强、脂肪分解加速(3)切除甲状腺后,甲状腺激素浓度下降,导致物质代谢与能量转换下降(4)①两次或多次注射相同抗原因第二次或更多次注射相同抗原,会使小鼠产生更多的浆细胞,从而产生更多的抗体②两次注射相同抗原引起的抗体浓度变化示意图解析(1)血细胞计数板计数,只计左线和上线上的细胞,这样是为了避免重复计数。(2)①给小鼠注射胰岛素溶液,出现血糖降低的症状,再注射一定浓度的葡萄糖溶液,症状得以恢复。所以注射胰岛素溶液和葡萄糖溶液的顺序应是先注射胰岛素溶液,后注射葡萄糖溶液。②当机体处于低血糖状况时,胰高血糖素增多,人体血液中胰岛素与胰高血糖素的摩尔比值下降,此时机体物质代谢的变化是肝糖元分解加强、非糖物质转化为葡萄糖,如脂肪分解加速。(3)甲状腺分泌的甲状腺激素有促进新陈代谢和发育,提高神经系统的兴奋性;切除甲状腺后,甲状腺激素浓度下降,导致物质代谢与能量转换下降。(4)小鼠血清中含抗体,想要升高某种抗体浓度,则需两次或多次注射相同抗原,因为二次免疫比初次免疫强,多次刺激后血清中的特定抗体会维持较高水平。19.(2017·全国3,31,10分,难度★★)为研究胰岛素的生理作用,某同学将禁食一段时间的实验小鼠随机分为A、B、C、D四组,A组腹腔注射生理盐水,B、C、D三组均腹腔注射等量胰岛素溶液,一段时间后,B、C、D三组出现反应迟钝、嗜睡等症状,而A组未出现这些症状。回答下列问题。(1)B、C、D三组出现上述症状的原因是。

(2)B、C、D三组出现上述症状后进行第二次注射,给B组腹腔注射生理盐水;为尽快缓解上述症状给C组注射某种激素、给D组注射某种营养物质。那么C组注射的激素是,D组注射的营养物质是。

(3)第二次注射后,C、D两组的症状得到缓解,缓解的机理分别是

。

答案(1)血糖低于正常水平(2)胰高血糖素葡萄糖(3)C组:胰高血糖素能促进糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖,使血糖水平升高;D组:葡萄糖直接使血糖水平升高解析(1)B、C、D三组小鼠均被注射了胰岛素溶液,胰岛素导致小鼠血糖水平低于正常水平,细胞供能不足,从而出现反应迟钝、嗜睡等症状。(2)对C组和D组进行第二次注射目的是缓解低血糖的症状,使小鼠的血糖水平升高。胰高血糖素是升高血糖的激素,所以C组注射的是胰高血糖素;要使血糖水平升高,也可直接给小鼠提供营养物质,所以D组注射的是葡萄糖。(3)胰高血糖素的作用是能促进肝糖原的分解和脂肪等非糖物质的转化,从而使血糖水平升高。葡萄糖可以直接使血糖水平升高。实验设计的步骤20.(2017·北京,29,16分,难度★★★★)学习、记忆是动物适应环境、使个体得到发展的重要功能。通过电刺激实验,发现学习、记忆功能与高等动物的海马脑区(H区)密切相关。(1)在小鼠H区的传入纤维上施加单次强刺激,传入纤维末梢释放的作用于突触后膜的相关受体,突触后膜出现一个膜电位变化。

(2)如果在H区的传入纤维上施加100次/秒、持续1秒的强刺激(HFS),在刺激后几小时之内,只要再施加单次强刺激,突触后膜的电位变化都会比未受过HFS处理时高2~3倍,研究者认为是HFS使H区神经细胞产生了“记忆”。下图为这一现象可能的机制。如图所示,突触后膜上的N受体被激活后,Ca2+会以方式进入胞内。Ca2+与共同作用,使C酶的发生改变,C酶被激活。

(3)为验证图中所示机制,研究者开展了大量工作,如:①对小鼠H区传入纤维施以HFS,休息30分钟后,检测到H区神经细胞的A受体总量无明显变化,而细胞膜上的A受体数量明显增加。该结果为图中的(填图中序号)过程提供了实验证据。

②图中A受体胞内肽段(T)被C酶磷酸化后,A受体活性增强。为证实A受体的磷酸化位点位于T上,需将一种短肽导入H区神经细胞内,以干扰C酶对T的磷酸化。其中,实验组和对照组所用短肽分别应与T的氨基酸。

A.数目不同序列不同B.数目相同序列相反C.数目相同序列相同③为验证T的磷酸化能增强神经细胞对刺激的“记忆”这一假设,将T的磷酸化位点发生突变的一组小鼠,用HFS处理H区传入纤维,30分钟后检测H区神经细胞突触后膜A受体能否磷酸化。请评价该实验方案并加以完善

。

(4)图中内容从水平揭示了学习、记忆的一种可能机制,为后续研究提供了理论基础。

答案(1)神经递质(2)协助扩散钙调蛋白空间结构(3)①Ⅱ②C、B③该实验方案存在两处缺陷。第一,应补充一组对未突变小鼠同样处理的对照实验。第二,应补充施加HFS后检测和比较以上两组小鼠突触后膜电位变化的实验(4)细胞和分子解析(1)神经元接受刺激,产生兴奋,兴奋以电信号形式传至轴突末端的突触小体,突触前膜以胞吐方式释放神经递质,将信息传递给下一个神经元。(2)据图信息可知,Ca2+进入细胞方向是从高浓度到低浓度,且需要载体协助,故其跨膜运输的方式为协助扩散。Ca2+进入细胞后与钙调蛋白结合,诱导C酶的空间结构发生改变,C酶被激活。(3)①据图信息可知,A受体可以由细胞内转移到细胞膜上,故“检测到H区神经细胞的A受体总量无明显变化,而细胞膜上的A受体数量明显增加”,该结果为图中的转移Ⅱ过程提供了实验证据。②为证实A受体的磷酸化位点位于胞内肽段(T)上,则实验组H区神经细胞内应导入与T的氨基酸数目和序列都相同的短肽,以干预C酶对T的磷酸化,对照组导入的短肽与T的氨基酸数目相同序列相反。③实验只对一组突变小鼠进行处理,缺少对照实验,应补充一组对未突变小鼠同样处理的对照实验;突触后膜A受体能否磷酸化的表现是膜电位变化,应补充施加HFS后检测和比较以上两组小鼠突触后膜电位变化的实验来验证这一假设。(4)图中涉及神经细胞膜电位变化以及受体分子的相关活动,故本实验从细胞和分子水平揭示了学习、记忆的一种可能机制,为后续研究提供了理论基础。21.(2015·福建,27,14分,难度★★★)兴奋性是指细胞接受刺激产生兴奋的能力。为探究不同缺氧时间对中枢神经细胞兴奋性的影响,研究人员先将体外培养的大鼠海马神经细胞置于含氧培养液中,测定单细胞的静息电位和阈强度(引发神经冲动的最小电刺激强度),之后再将其置于无氧培养液中,于不同时间点重复上述测定,结果下图所示。请回答下列问题。注:“对照”的数值是在含氧培养液中测得的。(1)本实验的自变量是。

(2)静息电位水平是影响细胞兴奋性水平的因素之一,图中静息电位数值是以细胞膜的侧为参照,并将该侧电位水平定义为0mV。据图分析,当静息电位由60mV变为65mV时,神经细胞的兴奋性水平。

(3)在缺氧处理20min时,给予细胞25pA强度的单个电刺激,(填“能”或“不能”)记录到神经冲动,判断理由是。

(4)在含氧培养液中,细胞内ATP主要在合成。在无氧培养液中,细胞内ATP含量逐渐减少,对细胞通过方式跨膜转运离子产生影响,这是缺氧引起神经细胞兴奋性改变的可能机制之一。

答案(1)缺氧时间(2)外降低(3)不能刺激强度低于阈强度(4)线粒体(或线粒体内膜)主动运输解析(1)本实验的目的为探究不同缺氧时间对中枢神经细胞兴奋性的影响,由此可知本实验的自变量为缺氧时间。(2)静息电位为内负外正,以膜外侧为参照时,静息电位数