1、第七部分 实验与研究性学习第48讲 生物学实验基础一、考点内容全解（一）本讲的考点是什么？1.显微观察实验高中生物学教材中的相关实验有：高倍镜的使用和观察叶绿体细胞质流动的观察观察植物细胞的有丝分裂观察植物细胞的质壁分离与复原。顺利开展这类实验，首先应当知道显微镜的基本构造，熟练掌握显微镜的基本操作，特别是高倍镜的使用。其次应弄清相关实验的实验原理，明白所要观察的结构的特点及具体的观察目标。2.生物体中有关生命物质的提取、分离、鉴别（定）实验高中生物学教材中的相关实验有：生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定叶绿体中色素的提取和分离DNA的粗提取与鉴定。中学阶段，最常用的提取、分离的方法是利用各
2、种物质溶解度的差异进行盐析或层析；最常用的鉴别(定)方法是利用各种物质特定显色反应（此法应严格控制样品的量，及排除其他有色物质的干扰）；最常用的定量方法是滴定法和比色法。3.模拟实验在科学研究活动中，对于许多假说的验证，可能会受到时间或空间条件的限制，在这种情况下，就需要在实验室内，人工地创造一定的条件或因素，模拟实际情况下的条件或因素(有时则需要把所考查的因素突出或集中)，从而使研究者能够用较短的时间、方便的空间、较小的代价，获得可靠的实验结果。为了保证模拟实验具有仿真性，必须严格地控制实验条件；为保证实验的科学性，除事先根据实验条件设计的各种参数外，实验过程应坚决杜绝其他人为的干扰因素。随
3、着数学科学的发展和计算机科学技术的进步，数学建模及以数学建模为基础的计算机模拟实验发挥了越来越重要的作用，如高中生物学教材中的“种群增长模型”就是数学建模的典例。高中生物学教材中的相关实验有：制作DNA双螺旋结构模型性状分离比例几率的模拟特别提示高中生物学中还可以进行模拟实验的内容还有：DNA分子杂交动物种群密度的取样调查生态系的模拟如“生物圈”试验用数学模型模拟自然选择作用、竞争和捕食等。（四）基于细胞培养的实验高中生物学教材中的相关实验是：学习微生物培养的基本技术(培养基制备、接种、培养等技术)自生固氮菌的分离(选做) 学习植物组织培养技术(选做) 该类实验需配制培养基，并对培养基进行消毒
4、灭菌，分离出的组织或细胞(细菌)都要在人工配制的培养基上进行培养。实验过程涉及培养基的配制、灭菌、接种等基本操作，实践性强，技术要求熟练，对实验者的操作技能提出了较高要求，是决定实验成败的关键。（五）实习与研究性课题高中生物学教材中的实习与研究性课题有：种群密度的取样调查调查媒体对生物科学技术发展的报道调查环境污染对生物的影响收集有关生态农业的信息，根据当地农业生产情况，设计一个农业生态系统收集有关生物工程产业发展的信息，并做交流报告调查生物工程制品在社会生活中的应用，并写出交流报告用当地某种植物做有性杂交试验(选做)动物激素饲喂小动物的实验(选做)实习活动的周期一般较长，存在一些不确定的因素
5、，因此，在开展实习活动之前，应作好充分物质、技术准备，制订详细的实习方案，特别是要明确开展实习活动的日期、地点、某一具体操作的时刻及其量度，如“动物激素饲喂小动物的实验(选做)”中投药的时间和剂量，“用当地某种植物做有性杂交试验(选做)”的季节及采集花粉和授粉的时间，“种群密度的取样调查”的季节及调查区域范围等。社会调查的方法技巧请参阅“第50讲 生物学研究性学习”。（六）探究性实验探究性实验的中心环节是实验设计，而验证性实验均包含设计性内容，所以高中生物学教材中的相关探究性实验有：比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率温度对酶活性的影响探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用植物向性运动的实验设计和观察设计
6、实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性观察SO2对植物的影响实验设计的方法和技巧详见下一讲“实验步骤、实验方案的设计”、“能力提升技巧”。（二）考点例析例1某学生使用2个物镜和1个目镜的不同组合进行观察。观察到视野中的部分图像如下图（视野中的细胞共有16个）：(1) 若图中代号为4细胞处于视野中央，现要观察该物种细胞中染色体的形态和数目，应选择观察图中代号为 的细胞，并将该细胞向 方向移动，此时可观察到4个细胞。(2) 若使用该显微镜观察荠菜胚柄细胞，发现视野中有8个细胞，则转换物镜后可观察到细胞的个数可能是 ( )A32个 B16个 C2个
7、 D1个解析题目中图像描述的是分生区，因视野中细胞数目由16个减至4个，表明先使用的物镜的放大倍数是后使用的物镜的放大倍数的=2倍。观察细胞中染色体的形态和数目应选择中期。换用高倍镜应先将所要观察的目标移至视野中央。此外注意胚柄细胞是一行细胞，用笫一物镜能观察到8个细胞，换用笫二物镜能观察到4个或16细胞，因为题目并未明示哪一个细胞是高倍物镜。答案(1)3；左上 (2)B思维技巧运用几何光学的知识理解放大倍数、工作距离、装片移动方向、聚焦方法和采光等操作。例2关于DNA的粗提取与鉴定”实验：(1)实验材料选用鸡血细胞液，而不用鸡全血，主要原因是鸡血细胞液中含有较高含量的 (2) 下列能反映DN
8、A溶解度与NaCl溶液浓度之间关系的是（ ）(3)在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，将提取获得的含DNA的黏稠物(还含有较多杂质)分别处理如下：A放入0.14mol/L的氯化钠溶液中，搅拌后过滤，得滤液A和黏稠物a；B放入2mol/L的氯化钠溶液中，搅拌后过滤，得滤液B和黏稠物b； C放人冷却的95的酒精溶液中，搅拌后过滤，得滤液C和黏稠物c；以上过程获得的滤液和黏稠物中，因含DNA少而可以丢弃的是 (5)为鉴定实验所得丝状物的主要成分是DNA，将丝状物放入试管中，滴加 溶液加热，试管呈现 色；与此同时应作 实验。解析鸟类红细胞具有细胞核，适宜提取染色体DNA。在不同浓度的氯化钠溶液中DNA的
9、溶解度不同， 014molL的氯化钠溶液中溶解度最小，DNA析出，呈丝状物，过滤后存在于黏稠物中； 2molL的氯化钠溶液中溶解度大，所以DNA呈溶解状态，过滤后存在于滤液中；酒精溶液可使DNA分子凝集，因此，在冷却的95的酒精溶液中DNA凝集，呈丝状物，过滤后，存在于黏稠物中。鉴定DNA一般选用二苯氨。答案 (1)DNA (2)C (3) A、b、C(4)使血细胞破裂 使滤液中的DNA溶人浓NaCl溶液使DNA析出 (5)蓝例3下面是两个模拟实验：（1）一个学生闭上眼睛从以上两个烧杯内各取出一粒念珠，然后记下两粒念珠的不同颜色组合的数量。每次操作完华将球放回各自烧杯内混合，再重复上面操作。试
10、回答：两个烧杯分别模拟两个 ，两种不同颜色的小球分别模拟 ，该实验模拟的是 。（2）从商店买等量的式样、大小相同的白色、黑色纽扣A，再买一些大小、颜色与白色纽扣A相同，式样相近的白色纽扣B，并将这些纽扣混匀后放人盘中平铺成一层(黑色纽扣A涂以能赃手的材料)。让每个学生一分钟内从式样不一的白色纽扣中，直接用手拣出纽扣A，要求不能将手弄赃。试回答，该模型实验可能是：白色纽扣A模拟 ，黑色纽扣A模拟 ，白色纽扣B模拟 ，学生模拟 ，该实验模拟 过程。解析由于烧杯中红白两色念珠数目相等且较多，每次模出一个红或白的珠子机率相等，可模拟杂合体亲本产生两种配子的过程；将两个珠子组合在一起相当于受精过程，其三
11、种不同组合(2红、1红1白、2白) 数目之比为1：2：1；整个实验模拟的是分离定律从黑白两色4种纽扣中拣出A，有难度。总体上看，大多纽扣为白色且形状大小相似，构成环境基本色调。因为白A与白B极其相似，不易拣出；而黑A与众不同，极易认出，但因能赃手，若非特意或“爱好”，便无拣出（似可模拟适应的相对性）。由此可见，整个实验可模拟自然选择过程。答案(1)亲本；两种各含一个等位基因雌(雄)配子 (2)具拟态的昆虫；具警戒色的昆虫；环境；食虫鸟；自然选择解题警示在“性状分离比例几率的模拟”实验中必须保证“闭眼、无选择取珠”，是每次取出念珠后放回，再次取出前，先要“混合”；对自然选择的模拟，应提供足够量的
12、纽扣A和B，且B多于A，但比例要适当。例4下面的资料表明某种硝化细菌在各种培养基中细菌的生长(S、C、M为简单培养基，U、V、X、Y、Z代表加入培养基的不同物质)，将硝化细菌接种到下列培养基中，其中可以长出硝化细菌菌落的是A含U培养基、试管密闭 B含V培养基，试管用棉塞塞住C含Y培养基、试管密闭 D含Z培养基、试管用棉塞塞住培养基生长状态S、C、MS、C、M+V+ZS、C、M+U+Y十S、C、M+Z+XS、C、M+V+Y十S、C、M+U+XS、C、M+Y+Z十解析分析表格中培养基，硝化细菌不能生长，其分别缺U、V、X、Y、Z，U、X、Y，U、V、Y，V、Y、Z，共同的是Y，表明Y是细菌不能合成
13、的，故培养基中必须加Y；此外，硝化细菌属需氧型，只能用可透气的棉塞。答案C综合技巧从矿质营养、细胞结构、分裂、分化与代谢、遗传变异、竞争等角度理解培养基的配比、菌体分离及灭菌的作用和意义。如野生型细菌经人工诱变或自然诱变会产生各种突变型，这些突变型具有许多新的性状，如有的丧失产生某种营养的能力，有的对某种抗生素敏抗（失去抵抗力），根据这些特点配制相应成分的选择培养基，可以分离纯化菌株。二、能力提升技巧高考试题的创新设计正朝着开放性、能力型目标迈进，综观近几年高考试题，直接来源于课本的纯验证性实验题越来越少,而源于教材高于教材，具有材料背景的新情景探究性实验题已逐渐演变为主流题型，处于更加突出地
14、位，这就要求我们不仅要深刻理解教材基础实验的原理和基本操作，而且要将其应用与实践。例5请设计一个证明酶是蛋白质的实验：(1)实验材料：5%的NaOH溶液、3%的CuS04溶液、鸡蛋、人的唾液5mL(酶)、水、小烧杯、玻璃棒、试管、滴管。(2)实验步骤： 第一步：制备蛋清液。取生鸡蛋一个，打破蛋壳(不要破坏蛋黄)，取少量蛋清注入小烧杯中，加入30mL的清水，用玻璃棒调匀，制成蛋清液。第二步： 第三步： 第四步： 实验结果： 结果分析： 解析本题设置了一个新情景，考查的仍是蛋白质鉴定的知识。鸡蛋的蛋清主要成分是蛋白质，在碱性溶液中，蛋白质与CuS04溶液反应能产生红紫色物质，即蛋白质的双缩脲反应。
15、如果能通过实验证明，酶能发生双缩脲反应，即可证明酶的化学本质是蛋白质。蛋清蛋白作实验对照。答案第二步：取两支试管编号，在1号试管中加入2mL蛋清液，2号试管中加入2mL唾液。第三步：向两支试管中各加入23滴5%的NaOH溶液，振荡。第四步：向两支试管中各加入23滴3%的CuS04溶液，振荡。实验结果：两支试管中都呈现红紫色。结果分析：证明唾液中存在着与蛋清相同的成分，即蛋白质。延伸技巧注意将教材基本实验的原理进行迁移、拓展、应用与创新。例7右图为某学生设计的一个生态瓶。在一封口玻璃瓶内有湿土和腐殖质培养的小绿色盆栽植物。该植物在玻璃容器内只要置于适宜的光温条件下可生活较长时间。(1)列出能保证
16、栽培成功的两条预防措施。解释每一条的必要性。(2)列出封口后保证栽培成功继续下去所需的两个外在条件。(3)提供给植物生存于封口玻璃容器所需要的三种成分(物质)是 ，供给的这些物质怎样在封口玻璃容器内维持恒定？(4)下图显示经过一特定时间后二氧化碳的变化，则哪条曲线最能反映玻璃容器中CO2浓度的变化? ；如果玻璃容器覆盖黑布，哪条曲线最能表示CO2浓度的变化? 解析设计并制作小生态瓶的关键是掌握生态系统的结构、功能及稳态的知识。答案(1)加一层卵石子便於更好地排水。土壤与腐殖质必须湿润但根不为水浸泡，土壤生物才能生存；只种植物生长缓慢的品种，快速生长的植物会遮住其他植物；保证所有品种不为害虫、真
17、菌病害所侵染，在一个温暖、潮湿的大气中病害传播很快。(2)光，但非直射阳光；高低适中的温度，以免在缸壁出现过多的蒸汽水珠。(3)水分、无机营养素、C02和02；水分：水分通过植物叶面蒸腾作用水分蒸发而使湿土失去水分，这些水分最后凝结，又回到土壤中去。无机营养素：落于土壤的叶片垃圾将被分解者分解成简单、可溶的无机化合物。C02和02：氧是绿色植物通过光合作用产生的，二氧化碳通过呼吸作用产生的。(4)曲綫D；曲綫B。解题技巧解决此类问题一定要结合新陈代谢等的知识进行分析，如光合作用将增加现存氧的比例，减少现存的二氧化碳的量；生物的呼吸作用将增加现存二氧化碳的比例，减少现存氧的比例，他们对生态系正常
18、的物质环循和能量流动起到决定性作用，进而影响生态系的稳定性。三、基础能力测试1如图装置中A、B、S、V代表植物的根、导管、筛管和叶,其中A、B内分别充满4.0mol/L和0.4mol/L的蔗糖溶液,则模拟矿质营养运输结构的代号是 ( )(A) A (B) B (C) S (D) V3洋葱是人们熟悉的一种单子叶植物，现对洋葱的鳞茎(紫红色)和根提出问题请回答：(1)剪取洋葱根尖2-31mn，进行下列操作：盐酸解离清水漂洗龙胆紫染色制片观察。如果省略“漂洗”这一步骤，根据龙胆紫的特性，产生的实验后果是 ( )A细胞不会染成蓝色 B只有染色体染成蓝色C整个细胞被染成蓝色 D红色液泡被染成蓝色(2)将
19、洋葱的鳞茎切成体积和质量相同的若干个小块，分别置于下列装置中。已知浓度I1I2 I3I10，实验结束时液面的高度发生了变化；从第6个装置开始液面的高度逐渐升高。30分钟后，取出这些小块分别称取它们的重量，关于它们的重量W1-W10的比较正确是 ( )AW2W6 DW9W54生物实验室里，有下列试剂供实验时选用：A10-10M的吲哚乙酸 B10-4M秋水仙素 C6%NaCI溶液 D醋酸洋红染液 E10%HCl溶液 F50%蔗糖溶液(1)分别用上述6种试剂处理小麦幼苗根尖细胞30min后观察，经哪些试剂处理后的细胞仍有生活力? (2)欲观察洋葱根尖细胞染色体，应选用试剂 (3)能促使插条生根的试剂
20、是 (4)欲使单倍体水稻结实，应选用试剂 (5)在验证“细胞吸水原理”的实验中，用试剂F处理洋葱表皮。过一段时间后，用清水替代试剂F，镜捡时发现 7某中学研究性学习小组参观调查市郊一生态村，并绘出该生态系统的结构模式图，请据图分析回答： (1)生态系统的主要功能 和 是该村建造此生态系统所依据的主要生态学原理。该生态系统的最大优点是 (2)在该生态系统中起决定作用的是 ，若要生产2kg的鸡肉最多需要水稻和大豆共计 kg。(3)蘑菇在该生态系统中属于 (4)氨是植物生长必需的矿质元素。但种植大豆时，不施氮肥，仍能旺盛生长，其原因是 (5)在沼气池中，常有一种刺激性的臭气，该物质是 ，通过 细菌的
21、作用可(5)在沼气池中，常有一种刺激性的臭气，该物质是 ，通过 细菌的作用可将臭气除去，并能形成 被植物吸收。8为检测光质(不同波长的光)对水生黑藻光合作用强度的影响，请你根据提供的材料和实验开始步骤完成后面的实验设计并回答有关问题：实验材料：红、绿、白三种颜色的40W的灯泡数个，试管数只，黑藻数枝，pH试纸，石蜡油，NaHCO3溶液。实验开始步骤：在室温为20的环境中，按图组装好实验装置。(1)写出后面实验设计的主要步骤(2)请预测并简要分析上述实验结果(3)若用一枝黑藻作为实验材料，简要写出实验设计步骤(4)若不增加实验用具，指出另一种检测该实验结果的简便方法。(5)若实验的上述效果不明显
22、，请设计一种增加光合强度的方法。四、潜能挑战测试10非洲某原始部落的生活状况非常艰难，在联合国计划开发署的帮助下，兴办了生态农业，充分利用当地资源生产食用菌、野果酒，种植热带名贵药材，饲养珍禽，生产的有机产品畅销世界各地，该部落居民逐渐过上了幸福富裕的生活。试在图中方框内绘出其可能模式图(用箭头和适当文字说的物质或能量的流动关系) 11三支试管内分别装有红眼雄性和两种不同基因型的红眼雌性果蝇，还有一支试管内装有白眼果蝇。请利用实验室条件设计最佳方案，鉴别并写出上述三支试管内果蝇的基因型(显性基因用B表示)。五、标答与点拨1D （有机物通过筛管由上(叶片)向下运输，而水的运输与此相反）2(1)A
23、 （龙胆紫为碱性染料能与盐酸中和） (2)D （液面高度的变化反映了细胞得失水的状况）3(1)ABC (2)D (3)A (4)B (5)质壁分离不能复原 （此题考查生物实验中常用试剂的应用，l0-10M的吲哚乙酸能吸促进植物根的生长，0.6%NaCl溶液对植物来说浓度较低，10-4M秋水仙素只是抑制细胞纺锤体的形成，所以三种溶液处理小麦幼苗根尖，细胞仍有活力。醋酸洋红可使染色体染成深色。10%HCl可解离、杀死、固定细胞。50%蔗糖浓液用于“渗透作用原理”的实验，浓度过高，细胞会产生质壁分离后不能复原，细胞失去活性）4(1)物质循环 能量流动 提高物质利用率，减少环境污染 (3)水稻 大豆
24、20 (4)由与之共生的根瘤菌进行固氮作用 (5)氨 硝化 硝酸盐5(1)将黑藻分成等质量的三组，取适量NaHCO3溶液三等份分别放人三只编号的试管中；将三种灯光安装在距试管相等距离处，且照射时间相同；最后用pH试纸检验各试管溶液pH的变化。(2)黑藻在不同光照下光合强度不同、C02的吸收量不同、试管内pH不同；在白光下光合作用最强，pH上升最大，其次是红光，最次是绿光。(3)用三种灯泡依次照射试管内黑藻，每次照射时要有时间间隔，并且要更换试管内溶液，而且灯泡与试管间的距离要相同、照射时间相同，用pH试纸检测溶液pH的变化。(4)直接观察气泡释放的速度 (5)适当提高温度。6参考右图7先根据第
25、二性征鉴别四支试管内果蝇的性别，若为红跟雄性果蝇，则该试管内果蝇基因型为XBY；再用白眼雄性果蝇分别与另两管的红眼雌性果蝇交配；若后代中出现性状分离，则该试管中果蝇的基因型为XBXb；若后代中不出现性状分离，则该管中果蝇的基因型为XBXB。8由于“多利”主要只含单亲体细胞核遗传物质，所以可认为是无性生殖；但此外还有细胞质遗传物质，其复制的只是核基因，所以“多利”不是百分之百的复制品适宜温度、pH、水环境；胚胎移植 高度分化的动物细胞具有全能性；卵细胞质具有使高度分化动物细胞去分化的能力 胚胎干细胞；胚胎分割移植 综合生物学、伦理学、法学知识可知ABCD正确。E错，因为不加限制的运用克隆技术会威胁物种多样性 探索“Hayflick界限”的机理，解决人类衰老之谜，以利健康长寿；研究癌细胞无限增殖机理，从而开发利用人体正常细胞,突破“Hayflick界限”，改造癌细胞使人类达到长生不老的目；制备单克隆抗体,为医治癌症或药物开发提供新思路方法，即效应B淋巴细胞抗体基因转入肿瘤细胞重组瘤细胞大量单克隆抗体；向人体B淋巴细胞转入癌细胞增殖调控基因，使人体具备超强免疫能力。