2019高考生物 核心考点特色突破 专题20 实验探究与分析

专题20实验探究与分析考点概述探究性实验与研究性学习，主要内容有通过模拟实验探究膜的透性、探究影响酶活性的因素、探究酵母菌的呼吸方式、探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用、探究培养液中酵母菌数量的变化、探究水族箱中群落的演替等。此部分试题的开放性较强，多以新材料、新情境的形式出现，考查考生获取信息的与分析问题的能力，因而试题有一定的难度。考点精讲【要点梳理】1验证性实验题型特点验证性实验的实验目的是“预料之中”的，因此结果和结论只有一种情况。结果即由所学知识或实验原理推出的现象，结论即实验目的。如“验证CO2是光合作用的必需原料”的实验，实验结果为对照组叶片遇碘变蓝；实验组叶片遇碘不变蓝。结论为CO2是光合作用的必需原料。2探究性实验题型特点探究性实验是对未知的生物学现象进行探索，因此预期的结果及结论是所有可能出现的情况。其书写格式一般为“如果则”。如“探究光对种子萌发的影响”实验中，结果和结论会有以下几种情况；如果相同时间内，在光下的一组比在黑暗中的萌发数多，则光对种子的萌发有促进作用；如果在光下的一组比在黑暗中的萌发数少，则光对种子的萌发有抑制作用；如果两组的萌发数相同，则光对种子的萌发没有影响。3评价类实验题型特点此种题型突出“评价”实验，所以题干实验目的明确，围绕实验目的已设计好实验，但由于实验设计中存在某些不足（如变量设计不合理或未设计、没有强调等同和适宜即没有遵循单一变量原则、结果检验不合理、原理使用不当等），导致实验结果不能说明实验结论。【方法突破】1不同变量的控制特征因为自变量是人为改变的变量，故必须可以操纵即具有可操作性。而因变量需要能够进行观察、记录与测量，以明确实验结果即具有可检测性；如果实验允许无关变量的存在，就会使自变量成为非单一影响因变量的因素，自变量与因变量间的必然性就会被打破，故实验中必须排除（消除或抵消）无关变量对实验结果的影响即无关变量具有可控制性，以避免额外变量的干扰。 2准确描述实验操作步骤的“三步曲” 预测实验结果，得出实验结论（1）预测结果：“变量促进结果；变量抑制结果；变量与结果无关”，或“全肯定；全否定；一肯定一否定”等。例如对“比较过氧化氢酶和Fe3的催化效率”这个实验进行结果预测时，有以下3种可能：过氧化氢酶的催化效率高于Fe3的催化效率；Fe3的催化效率高于过氧化氢酶的催化效率；过氧化氢酶的催化效率与Fe3的催化效率基本相同。根据酶具有高效性的特点可知，是最可能的结果。（2）得出结论：探究性实验的每一个结果和结论一般都用“如果（若）就（则）”来描述，不能前一个结果和结论用“如果（若）就（则）”来描述，后面的结果和结论用“反之”“否则”等词表示。3探究性实验的“实验假设”的描述（1）句式一：“如果现象，则结论”。（2）句式二：“当条件X存在时，事件P（实验现象）会发生”或“当条件X存在时，事件P（实验现象）不发生”或“当条件X存在时，对事件P（实验现象）没有影响”。应用提示：对探究性实验来说，假说对所要研究的对象设想一种或几种可能的答案或解释，即提出可能的实验原理。假说的书写，往往针对实验目的以陈述句式进行表达。4探究性或验证性实验的“实验原理”的描述（1）理论依据句式：自变量与因变量间的内在联系。（2）操作依据句式：自变量的操作情况，因变量的观测指标。应用提示：实验原理可以明确实验操作步骤，分清是生化实验类型还是生理实验类型。实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考。若需对实验结果进行分析，套用实验原理即可。5探究性实验的解题技法（1）找到实验目的，从题干中可以找到实验目的是什么。（2）提出一种可能的实验原理，换用陈述句表述实验原理。（3）平行分组、实施变量操作、给以适宜条件培养、设计实验步骤。（4）先假设出可能的实验结论再得出实验结果，最后反过来写，即反推正写法。考点精练1下列有关实验设计的叙述中，不正确的是（）A 各种实验中都必须设置空白对照，确保单一变量B实验材料的数量、温度和时间都可能是实验的变量C数据测量力求精确，因而需要多次测量求平均值D探究实验设计中，实验结果不一定与提出的假设一致【答案】A【解析】各种实验都必须有对照实验，但不一定是空白实验，如质壁分离与复原中是自身对照实验，A错误。实验材料的数量、温度和时间都可能是实验的自变量，也可能是无关变量，B正确。数据测量力求精确，所以需要多次测量求平均值，C正确。探究实验设计中，实验结果有可能与提出的假设一致也有可能是不支持的，D错误。2放射性同位素标记技术在生物科学研究中得到广泛运用。以下运用不恰当的是（）A用15N标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，探究控制生物性状的遗传物质是否为DNAB用15N或32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸，研究有丝分裂过程中DNA的复制方式 C用3H标记的亮氨酸注射到豚鼠的胰腺腺泡细胞中，研究分泌蛋白的合成、加工和分泌过程D用18O标记H2O、14C标记CO2，分别研究光合作用中O2的来源和C的转移途径【答案】A3如图为一种植物扦插枝条经不同浓度IAA浸泡30 min后的生根结果（新生根粗细相近），对照组为不加IAA的清水。下列叙述正确的是（） A对照组生根数量少是因为枝条中没有IAAB四组实验中，300 mg/LIAA诱导茎细胞分化出根原基最有效C100与300 mg/LIAA处理获得的根生物量相近D本实验结果体现了IAA对根生长作用的两重性【答案】B【解析】对照组生根数量少是因为枝条中IAA较少，A错误；据图分析可知，四组实验中，300mg/L的IAA浓度下平均生根数最多，说明诱导茎细胞分化出根原基最有效，B正确；图中显示，100与300mg/L处理获得的根的长度相近，但是数量不相等，因此两者获得的根的生物量不相等，C错误；与对照组相比，高浓度下没有体现抑制生根数和根长的现象，因此不能体现出IAA对根生长作用的两重性，D错误。4下图是某生物兴趣小组用淀粉和淀粉酶探究酶活性影响因素时绘制的实验结果图（实验中用盐酸创设酸性条件，盐酸能催化淀粉水解）。下列有关叙述错误的是（） A实验中温度、淀粉用量、淀粉酶的浓度等为无关变量BpH值为1时淀粉酶可能已经失活，淀粉发生分解是盐酸起催化作用CpH值为3和9时淀粉剩余量相同，说明两种条件下淀粉酶活性相同D实验中用适量的H2O2和H2O2酶代替淀粉和淀粉酶作实验材料更为科学【答案】C【解析】图中横坐标为pH，该实验探究的是pH对酶活性的影响，实验中pH为实验的自变量，温度、淀粉用量、淀粉酶的浓度等为无关变量，A项正确；据图可知，pH为7时，淀粉剩余量最少，说明淀粉酶活性最强，过酸或过碱酶的空间结构会被破坏，导致酶失去活性，pH值为1时淀粉酶可能已经失活，淀粉发生分解是盐酸起催化作用，B项正确；pH为3时酸性溶液和酶的作用均可以使淀粉水解，pH值为3和9时淀粉剩余量相同，不能说明两种条件下淀粉酶活性相同，C项错误；淀粉剩余量为实验的因变量，由于盐酸能催化淀粉水解，影响实验的因变量，但不会影响H2O2的分解，因此用适量的H2O2和H2O2酶代替淀粉和淀粉酶作实验材料更为科学，D项正确。5已知药物X对细胞增殖有促进作用，药物D可抑制药物X的作用。某同学将同一瓶小鼠皮肤细胞平均分为甲、乙、丙三组，分别置于培养液中培养，培养过程中进行不同的处理（其中甲组未加药物），每隔一段时间测定各组细胞数，结果如图所示。据图分析，下列相关叙述不合理的是（） A乙组加入了药物X后再进行培养B丙组先加入药物X，培养一段时间后加入药物D，继续培养C乙组先加入药物D，培养一段时间后加入药物X，继续培养D若药物X为蛋白质，则药物D可能改变了药物X的空间结构【答案】C6某生物小组做了如下实验：将棉花植株均分成甲、乙、丙、丁四组，并分别做如下图所示的处理。正常培养一段时间后，四组植株叶片脱落的先后次序是丙、丁、甲、乙。 下列有关实验分析错误的是（） A实验是探究生长素和脱落酸对棉花落叶的影响B生长素具有抑制脱落酸的作用C脱落酸可以促进叶子的脱落D若给以适宜的单侧光照，则乙叶的脱落将早于丙【答案】D【解析】分析题图可知，实验用了含生长素和脱落酸的琼脂块，故该实验是探究生长素和脱落酸对棉花落叶的影响，A正确；四组植株叶片脱落的先后次序是丙、丁、甲、乙，乙用了含生长素的琼脂块，所以可推测生长素具有抑制脱落酸的作用，B正确；丙、丁对照可以说明脱落酸可以促进叶子的脱落，C正确；丙的感光部位尖端都已经切去了，所以单侧光对实验结果没有影响，D错误。7在研究不同金属离子对某水解酶活性的影响时,得到下表结果。下列分析不正确的是（）不同组别相对活性（%）对照组100Mn2+123Co2+79Mg2+74AMn2+降低了反应过程所必需的活化能BCo2+或Mg2+可能导致酶结构的改变使其活性降低C不同离子对酶的活性有提高或降低作用D该水解酶的用量是实验的无关变量【答案】A【解析】据表可知，Mn2+作用下该酶的活性比对照组增加，从而降低了反应过程所必需的活化能，而不是Mn2+降低了反应过程所必需的活化能，A项错误；Co2+或Mg2+处理后均使酶的活性下降，可能是使酶的空间结构改变，B项、C项正确；研究不同金属离子对该水解酶活性的影响，自变量是金属离子的种类或有无，该水解酶的用量是实验的无关变量，D项正确。8欲研究甲状腺和甲状腺激素的生理作用，对小鼠的分组及处理见下表，并在适宜条件下正常饲养，每隔一定时间测定好氧量，记录数据，统计分析。下列分析错误的是（）组别甲组乙组丙组对照处理切除甲状腺手术但不切除甲状腺灌胃甲状腺激素，1次/天饲养条件相同且适宜，正常饲料喂养，共14天A应采用生长发育状况相同的小鼠进行实验B设置乙组的目的是为了排除手术的影响C采用耗氧量为观测指标的依据是甲状腺激素能促进物质代谢D若在各组饲料中添加放射性碘，则丙组小鼠甲状腺部位放射性强度高于乙组【答案】D【解析】为了控制无关变量，保证实验结果的科学性、准确性，应采用生长发育状况相同的小鼠进行实验，A正确。设置乙组的目的就是为了排除手术对个体的影响，B正确。甲状腺激素能促进细胞的氧化分解，所以应采用耗氧量为观测指标，C正确。如果在各组饲料中添加放射性碘，丙组灌胃甲状腺激素，此时体内甲状腺激素高，因为负反馈调节使促甲状腺激素释放激素和促甲状腺激素减少，所以合成的甲状腺激素会少，放射性比乙组低，D错误。9利用木瓜蛋白酶处理河蚬肉，制备水解液，测定水解液中氨基酸含量（Cn值，图1中实线表示）、可溶性短肽含量（Cp值，图1中虚线表示）和蛋白质利用率，结果如下图。下列对有关实验的叙述，正确的是（ A酶解时间越长，则蛋白质利用率越高B加入酶的量越多，则生成的氨基酸量越多C水解液中的含氮量即为Cn值与Cp值之和D酶解生成的可溶性短肽分子数不一定比氨基酸数多【答案】D【解析】由图2可知，05小时内，蛋白质的利用率逐渐增加，超过5小时，蛋白质的利用率基本不变，A错误；由图1可以看出加酶量较多的情况下，蛋白质和短肽的量都会增多，但是不能确定这两种物质就会随着加酶量的增加而增加，B错误；图2可以看出，蛋白质没有全部分解，水解液中除了氨基酸和可溶性短肽之外，还有一部分蛋白质，C错误；图1 并没有确定哪一条曲线代表氨基酸，哪一条曲线代表可溶性短肽，所以无法确定氨基酸和可溶性短肽的量的多少，D正确。10三刺鱼通常以浮游动物水蚤为食。研究人员在有水蚤的人工水域，利用翠鸟模型和饥饿的三刺鱼进行实验，结果如下图。下列与本实验相关的分析错误的是（） A实验研究三刺鱼在有无翠鸟威胁时的取食行为B本实验的自变量是水蚤密度和翠鸟的有无C翠鸟在水蚤密度小的水域攻击三刺鱼的次数更多D翠鸟的存在改变了三刺鱼的捕食策略【答案】C【解析】三刺鱼通常以浮游动物水蚤为食。据图分析可知，本实验的自变量是水蚤密度和翠鸟的有无，因变量是三刺鱼对水蚤的进攻次数，由此可推断本实研究三刺鱼在有无翠鸟威胁时的取食行为，故A、B项正确；翠鸟是三刺鱼的天敌，利用翠鸟模型和饥饿的三刺鱼进行实验，由实验结果可知，当没有翠鸟时，饥饿的三刺鱼喜欢取食高密度的水蚤来解除饥饿的威胁，即此时饥饿的三刺鱼对高密度区的水蚤的攻击次数更多。当有翠鸟时，饥饿的三刺鱼会转移到水蚤低密度区去捕食，即此时三刺鱼对低密度区的水蚤的攻击次数更多。由此可推知，翠鸟的存在改变了三刺鱼的捕食策略，故C项错误，D项正确。11请回答下列与肾上腺素有关的问题。（1）肾上腺（髓质）分泌的肾上腺素可以通过_的运输，作用于相应的靶细胞。寒冷时，它与_都具有增加产热的作用；饥饿时，它又与_在血糖调节过程中发挥协同作用。（2）某些神经元也能分泌肾上腺素。肾上腺素既可以与突触后膜上受体结合，引发突触后膜的_变化，也可以作用于突触前膜，抑制肾上腺素继续分泌，实现_调节。由此可知，肾上腺素作为信息分子，既是_，也是激素。（3）已知药物V和肾上腺素具有相似的结构，现设计实验探究药物V和肾上腺素对小鼠耗氧量的影响（见下表）。选取大小、生长状况相同的小鼠若干，均分为四组。每组小鼠按表中所示注射药剂，其中A组注射_。根据实验结果可知，药物V的作用是_呼吸速率，该药和肾上腺素的作用相互_。组别注射药剂种类 耗氧量（103 mL） 药物V肾上腺素A2.0B1.7C2.5D2.3注：“”表示注射该药剂。【答案】（1）体液甲状腺激素胰高血糖素 （2）电位（负）反馈神经递质 （3）等量生理盐水降低拮抗 【解析】（1）肾上腺（髓质）分泌的肾上腺素可以通过体液的运输，作用于相应的靶细胞。寒冷时，它与甲状腺激素都具有增加产热的作用；饥饿时，它又与胰高血糖素在血糖调节过程中发挥协同作用。（2）某些神经元也能分泌肾上腺素。肾上腺素既可以与突触后膜上受体结合，引发突触后膜的电位变化，也可以作用于突触前膜，抑制肾上腺素继续分泌，实现（负）反馈调节。由此可知，肾上腺素作为信息分子，既是神经递质，也是激素。（3）A组为对照组，所以A组注射等量生理盐水。根据实验结果可知，加入药物V时耗氧量降低，所以药物V的作用是降低呼吸速率，该药和肾上腺素的作用相互拮抗。12某研究小组对不同温度下密闭容器中水稻种子储存过程中每隔 12 小时的 CO2生成速率相对值进行了相关研究，结果如下表所示，请根据所学知识回答下列问题：CO2生成速率贮藏时间12h24h36h48h60h72h84h96h温度0.54.83.62.72.52.32.12.01.92547.245.137.835.534.6（注：CO2的生成速率单位为 mLkg-1h-1；“-”表示未测定）（1）由上表可知，0.5条件下水稻种子的CO2生成速率较25条件下低，主要的原因是_；随着储存时间的延长，CO2生成速率逐渐降低的原因是_。该实验还可以通过检测_浓度变化来计算呼吸速率。（2）某同学拟验证上述实验结果，设计如下方案： 取两个水稻种子，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后密封将甲、乙瓶分别置于25和0.5的条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度，记录实验数据并计算CO2的生成速率。 为使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案（不考虑温度因素）。 a_。b_。【答案】（1）低温降低了细胞呼吸相关酶的活性由于种子进行细胞呼吸需消耗O2释放CO2，密闭容器中CO2浓度增加，O2浓度减少，在 一定程度上抑制了种子的细胞呼吸O2（2）生长状况相同（成熟程度一致）的水稻种子每个温度下有多个且等量的种子【解析】（1）根据题意和图示分析可知：由于细胞呼吸是酶促反应，酶的活性受温度的影响，所以与25相比，0.5条件下低温降低了细胞呼吸相关酶的活性，导致果实的CO2生成速率较低随着果实储存时间的增加，密闭容器内的CO2浓度越来越高，氧气含量减少，导致细胞呼吸减弱，该实验还可以通过检测O2浓度变化来计算呼吸速率。（2）生物实验的原则是控制单一变量原则、对照原则和可重复原则，本实验的自变量是温度，其它无关变量应保持相同且适宜，所以选用的水稻种子应该生长状况相同，每个温度下种子的数量不能太少，但数目要相等。13研究温度对某种酶活性的影响实验，设置三个实验组：A组（20）、B组（40）和C 组（60），测定各组在不同反应时间内的产物浓度（其他条件相同），结果如图。回答下列问题： （1）若除酶以外的所有试剂已预保温，在测定酶活力的实验中，请将下列操作按顺序排列：_ _加入酶 检测产物 保温并计时 加入pH缓冲液 加入底物（2）已知酶的主要作用为降低反应的活化能，那么活化能的定义是_。（3）C组的产物浓度明显低于另外两组是因为在60环境下_，导致酶失活。（4）若此酶为从动物体内提取的某种消化酶，则研究它在生物体内的合成和运输使用的科学方法为_，其分泌过程体现了细胞膜的_。【答案】（1） （2）分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量 （3）空间结构被破坏 （4）同位素标记法流动性【解析】（1）本实验的目的是测定酶活力，因此在该实验中，pH（缓冲物质）、温度均为无关变量，无关变量（缓冲物质）会影响酶促反应速率，因此在酶与底物混合之前应该加缓冲物质，酶和底物混合后，需要适宜的温度下保温一段时间，为酶促反应提供反应时间。因此该实验操作的正确顺序为。（2）已知酶的主要作用为降低反应的活化能，那么活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。（3）反应结束时，C组产物浓度低于A、B组，原因是C组温度过高，破坏酶的空间结构，反应一段时间之后酶变性失活，无法催化反应进行，说明酶所催化的化学反应一般是在适宜温度的条件下进行的。（4）若此酶为从动物体内提取的某种消化酶，则研究它在生物体内的合成和运输使用的科学方法为同位素标记法，其分泌过程体现了细胞膜的流动性。14有研究者对某地区一定区域内的部分植物的种群密度进行了连续五年的调查，结果如下表所示（单位：株m2）。 （1）在对植物种群密度进行取样调查时，常采用法。在调查狗尾草种群密度时，随机选择了2 m2 m的五个区域，各个区域内的个体数依次为22、20、24、19、23，则该种群的种群密度为株m2。（2）以上数据表明，豚草在20052009年间其种群数量呈型曲线增长。（3）调查结果表明：豚草根部分泌的某种物质可以抑制龙癸等植物的生长。请你利用下列材料及用具，设计实验探究这一假设。写出第四步及以后的实验步骤，预期实验结果并分析得出实验结论。材料及用具：完全营养液、蒸馏水、龙葵、豚草、锥形瓶、量筒、滴管等。方法步骤：第一步：取一洁净的锥形瓶，编号为甲，加入适量的完全营养液，取长势较好的豚草植株种植于瓶中。第二步：将甲瓶放在适宜的环境条件下培养一段时间后，全部取出其中的豚草植株。甲瓶中的培养液保存备。第三步：另取两只洁净的锥形瓶，编号为乙、丙，分别加入适量且等量的完全营养液。第四步：。第五步：。预期结果及结论：。【答案】（1）样方 5.4（2）J（3）第四步：取长势相同的龙葵植株随机均分为两组，并分别种植于乙、丙两锥形瓶中。向乙瓶中加入一定量的甲瓶中培养过豚草的培养液，向丙瓶中加入与之等量的适当稀释的完全培养液（完全营养液本次暂不扣分）。第五步：将乙、丙两锥形瓶共同放在适宜的环境条件下培养一段时间，观察并比较乙、丙两瓶幼苗的长势。结果预期及结论：若乙瓶幼苗的长势不显著的差于丙瓶，说明豚草根部未分泌抑制龙葵生长的某种物质；若乙瓶幼苗的长势显著的差于丙瓶，说明豚草根部分泌了某种抑制龙葵生长的物质。【解析】（1）豚草等是双子叶植物，容易辨认，常采用样方法调查种群密度。调查狗尾草种群密度时，取五个数据的平均值=（22+20+24+19+23）5=21.6，则该种群的种群密度为=21.64=5.4株m2。（2）比较豚草在20052009年间，种群密度持续增加，其种群数量呈J型曲线增长。（3）实验研究“豚草根部分泌的某种物质可以抑制龙癸等植物的生长”，则设计的对照实验中单一变量是培养过豚草的培养液和稀释的完全培养液，因变量是幼苗的长势；实验设计时注意等量原则和重复实验，排除偶然因素对实验结果的影响。15研究人员为探究紫檀芪对胃癌细胞增殖和凋亡的影响及其机理，进行了如下实验，以期为临床应用提供依据。实验一：紫擅芪对胃癌细胞增殖影响研究取等量旺盛增殖的胃癌细胞，分别接种到含不同浓度紫檀芪的培养液中，分别培养24、48、72h后收集细胞。运用台盼蓝拒染法统计活细胞数量，并计算癌细胞增殖抑制率，结果如图1。注：癌细胞增殖抑制率=（对照组活细胞数-实验组活细胞数）/对照组活细胞数100%。实验二：紫擅芪对胃癌细胞凋亡蛋白表达的影响研究用含不同浓度紫檀芪的培养液培养旺盛增殖的胃癌细胞。48h后电泳比较几种细胞凋亡指示蛋白的含量（Caspase-9是一种凋亡启动因子；Bax能引起线粒体穿孔导致线粒体内物质外流；Bcl-2蛋白是细胞存活促进因子，能抑制细胞凋亡），结果如图2。 请回答下列问题：（1）培养胃癌细胞时，培养液中加入胎牛血清的作用是_，培养箱中充入5% CO2的作用是_。在进行传代培养时不能使用胃蛋白酶的原因是_。（2）实验一中用台盼蓝染色法检测细胞存活率时，活细胞未被染成蓝色是因为_。根据图一结果，研究人员建议临床上选择浓度为40molL-1的紫檀芪进行化疗，其依据是_，为了达到更理想的治疗效果还需要注意_。（3）根据实验二结果分析，紫檀芪能诱导胃癌细胞凋亡的机理有_（至少答两点）。【答案】（1）补充细胞生长所需的未知营养物质 维持培养液的pH动物细胞培养液pH在7.27.4之间，在此pH条件下胃蛋白酶已经失活 （2）活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝分子不能被细胞吸收紫檀芪使用浓度较低，相对副作用较小，同时该浓度处理对胃癌细胞的抑制率也比较高持续给药 （3）促进Caspase-9前体转化为Caspase-9，启动细胞凋亡；加速Bax合成，引起线粒体破坏；抑制Bcl-2基因表达，抑制细胞凋亡能力下降等（3）根据实验二结果分析可知，紫檀芪能诱导胃癌细胞凋亡，其机理有促进Caspase-9前提体转化为Caspase-9，启动细胞凋亡；加速Bax合成，引起线粒体破坏；抑制Bcl-2基因表达，抑制细胞凋亡能力下降等。17