2019版生物高考大一轮复习 第一单元 认识细胞与细胞的化学组成 实验技能一 实验设计的基本原则学案 北师大版

实验技能一 实验设计的基本原则(2017全国，29)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出(1)实验思路；(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)审题关键信息：病毒营寄生生活，由蛋白质和核酸组成，核酸是DNA或RNA，只含有二者中的一种，DNA和RNA在化学组成上的区别如下：核酸五碳糖含氮碱基DNA脱氧核糖A、G、C、TRNA核糖A、G、C、U信息：强调了碱基，二者碱基的区别：DNA特有T，RNA特有U。信息：放射性同位素标记法是指用放射性的同位素替代某化合物中的特殊元素，来追踪该化合物的运行和变化过程的方法。回忆相关内容：研究内容标记方法分泌蛋白的合成、加工和运输过程将3H标记的亮氨酸注射到胰腺细胞中光合作用中氧气中的氧的来源用18O分别标记光合作用的原料H2O和CO2光合作用碳反应中C元素的转移过程用14C 标记光合作用的原料CO2T2噬菌体遗传物质的探究分别用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质外壳信息：联想T2噬菌体遗传物质的探究实验和病毒的寄生特点，标记病毒需要先用含有放射性元素的培养基培养宿主细胞，再让病毒去侵染标记的细胞，子代病毒就会被标记。信息：甲、乙两组要形成对比，结合可判断出应分别用放射性的同位素标记DNA成分中的T和RNA成分中的U。答案(1)实验思路甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无放射性，即为RNA病毒；反之则为DNA病毒。解析(1)DNA和RNA有各自的特有碱基，DNA特有碱基为T，RNA特有碱基为U。用放射性同位素标记碱基U的培养基来培养宿主细胞，使宿主细胞含有放射性，再用病毒去侵染含放射性的宿主细胞，看子代病毒是否含有放射性，为甲组；用放射性同位素标记碱基T的培养基来培养宿主细胞，使宿主细胞含有放射性，再用病毒去侵染含放射性的宿主细胞，看子代病毒是否含有放射性，为乙组。 (2)若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之则为DNA病毒。 错解例析错例1：将该病毒处理后用甲基绿焦宁染液染色，如果呈现绿色则为DNA病毒，如果呈现红色则为RNA病毒。错因分析：审题时遗漏关键信息，没有用放射性同位素标记法，没有用体外培养的宿主细胞为材料，没有分成甲、乙两组。错例2：用含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基培养病毒。一段时间后收集病毒并检测其放射性。错因分析：没有分成甲、乙两组，而是用同时含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基来培养，形成不了对照。且病毒不能直接用培养基培养，这样设计不科学。实验设计遵循的四大基本原则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(其他因素都相同)，以便减小实验误差。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。1.某同学为了研究酵母菌呼吸作用的类型，制作了如图所示的实验装置。甲、乙中各加等量的经煮沸后冷却的葡萄糖溶液，并加等量的酵母菌，乙内用液状石蜡隔绝空气。对该实验的分析，错误的是()A.该实验不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的呼吸作用类型B.将葡萄糖溶液煮沸可以防止杂菌污染，以免影响实验结果C.乙和甲比较，说明酵母菌在不同的条件下有不同的呼吸作用类型D.乙为甲的空白对照实验，以排除无关因素对酵母菌呼吸作用的影响答案D解析由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，所以该实验不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的呼吸作用类型，A正确；由于配制的葡萄糖溶液中可能有杂菌，所以将葡萄糖溶液煮沸可以防止杂菌污染，B正确；由于乙装置中用石蜡进行密封，形成无氧环境，所以乙和甲比较，说明酵母菌在不同的条件下有不同的呼吸作用类型，C正确；乙和甲都是实验组，相互形成对照，自变量是有无氧气，D错误。2.已知蛋白质和双缩脲试剂反应呈现紫色，请你根据给出的实验材料设计一个证明唾液中含有蛋白质的实验，要求写出：(1)基本的实验步骤；(2)预期的结果和结论。材料用具：双缩脲试剂A液、双缩脲试剂B液、蛋清稀释液(含有丰富蛋白质)、水、小烧杯、玻璃棒、试管、滴管和滴瓶、镊子、脱脂棉。答案(1)步骤：用清水漱口取适量唾液到小烧杯中，备用；取0.5 mL蛋清稀释液和0.5 mL唾液分别加入甲、乙两支试管中；分别向两支试管中加入双缩脲试剂A液2 mL，振荡后加入双缩脲试剂B液34滴，振荡均匀后静置；观察并对照两支试管的颜色。(2)预期结果和结论：甲、乙两支试管都呈现紫色，说明唾液中含有蛋白质。解析要验证唾液中含有蛋白质，可采取设置对照实验的方法。取两支相同的试管，在其中一支试管中加入唾液，在另一支试管中加入蛋清作为对照，经过相同的处理后，根据两支试管中溶液颜色的变化来判断唾液中是否含有蛋白质。要注意材料中没有提供唾液，需要从实验者自身获取。3.芝麻种子中含有丰富的脂肪，脂肪与苏丹染液反应会呈现橘黄色，请设计简单的实验，验证芝麻种子中含有脂肪，写出基本的实验思路和预期结果、结论即可。答案(1)实验思路：将适量芝麻种子研磨后制成组织样液，取部分组织样液加到试管中，加入适量的苏丹染液，摇匀后和原组织样液对比，观察颜色变化。(2)预期结果和结论：芝麻种子组织样液出现明显的橘黄色，说明芝麻种子中含有脂肪。解析芝麻种子很小，因此要验证芝麻中含有脂肪不能像花生子叶那样做切片用显微镜观察，要先把芝麻种子研磨后制成组织样液，再染色观察颜色变化，这样才符合科学性的原则。为了实验严谨，应留部分组织样液形成对照。4