高考重难点 | 8.实验设计与分析

【命题趋势】

新高考侧重考查教材基础实验的材料、原理、规律、方法、步骤及相关操作要领等。对一些生物学问题的初步探究能力也有所考查。

【题型介绍】

选择题和非选择题均有考查到。选择题主要考查考纲要求实验和教材经典实验，考查实验原理、方法及结果，教材试剂选用、显色反应、基础实验的共性归纳等。非选择题通常以生物学知识设计新的背景材料，并结合代谢、遗传、调节等有关知识综合考查探究实验的原则，探究实验的设计思路以及探究实验的结果预测与分析等。

【满分技巧】

（1）对于选择题，针对不同类型的基础实验如物质鉴定、显微观察、模拟调查的相似实验进行比较分析，做好归纳。

（2）对于非选择题，通过变量分析掌握实验设计的原理，总结实验步骤设计表述的一般思路及实验评价的方法等。

1．光补偿点指同一叶片在同一时间内，光合过程中吸收的CO₂和呼吸过程中放出的CO₂等量时的光照强度；光合速率随光照强度增加，当达到某一光照强度时，光合速率不再增加，该光照强度称为光饱和点。如表为甲、乙两个水稻品种在灌浆期、蜡熟期的光合作用相关数据。

生长期	光补偿点 （mol·m﹣2·s﹣1）		光饱和点 （mol·m﹣2·s﹣1）		最大净光合速率 （molCO2·m﹣2·s﹣1）
	甲	乙	甲	乙	甲	乙
灌浆期	68	52	1853	1976	21.67	27.26
蜡熟期	75	72	1732	1365	19.17	12.63

注：灌浆期幼穗开始有机物积累，谷粒内含物呈白色浆状；蜡熟期米粒已变硬，但谷壳仍呈绿色。

回答下列问题：

（1）从表中的数据推测，   品种能获得较高产最，理由是   。

（2）据表分析水稻叶片在衰老过程中光合作用的变化趋势。

（3）根据该实验的结果推测，从灌浆期到蜡熟期水稻最大净光合速率的变化可能与叶片的叶绿素含最变化有关。请设计实验验证该推测（简要写出实验设计思路、预测实验结果井给出结论）。

【解答】解：（1）表中数据表明，灌浆期乙品种的最大净光合速率大于品种，故可积累的有机物多，能获得较高产量。

（2）表中数据表明，由灌浆期到蜡熟期，甲、乙品种的光补偿点增大，光饱和点降低，最大净光合速率均在下降，说明水稻叶片在衰老过程中光合作用速率下降。

（3）由题意知，该实验目的是验证植物由灌浆期到蜡熟期，叶片的叶绿素含量减少导致净光合速率下降。

根据实验设计原则，实验设计思路如下：取等量的同种水稻在灌浆期和蜡熟期的叶片，分别测定其叶绿素含量。

预期实验结果和结论：处于灌浆期的水稻叶片的叶绿素含量高，说明植物由灌浆期到蜡熟期水稻的最大净光合速率下降是由于叶片的叶绿素含量下降导致的。

故答案为：

（1）乙    在灌浆期，乙品种的最大净光合速率比甲大，可积累的有机物多

（2）下降

（3）实验设计思路：取等量的同种水稻在灌浆期和蜡熟期的叶片，分别测定其叶绿素含量

预期实验结果和结论：处于灌浆期的水稻叶片的叶绿素含量高，说明植物由灌浆期到蜡熟期水稻的最大净光合速率下降是由于叶片的叶绿素含量下降导致的

2．图表示甲乙两种植物在适宜温度的条件下，二氧化碳吸收量随光照强度的变化而变化的曲线。据此分析回答下列问题：

（1）c点时，甲植物总光合的量   （填“大于”“小于”或“等于”）乙植物总光合的量。

（2）d点后，限制乙植物光合作用进一步增强的内因有   。（回答两点即可）

（3）NH₄⁺是植物从土壤中吸收的氮素，现提供大量的乙植物的离体根、适宜浓度的硫酸铵水溶液、氮气、氧气、奈氏试剂等，请设计实验探究乙植物根吸收NH₄⁺的方式是主动运输还是协助扩散。写出实验设计思路，预期结果和结论。

注：①奈氏试剂遇NH₄⁺要生成红色沉淀，且随NH₄⁺的浓度增加而颜色会加深。

②实验中所用试剂或物质对根细胞均无伤害作用。

③不考虑根细胞无氧呼吸产生能量对NH₄⁺吸收的影响。

实验设计思路：将离体根随机均分成A、B两组，分别加入等量的硫酸铵溶液，   ，一段时间后加入奈氏试剂，比较两组溶液颜色的深浅。

预期结果和结论：若   ，说明植物根细胞吸收NH₄⁺是主动运输；若   ，说明植物根细胞吸收NH₄⁺是协助扩散。

【解答】解：（1）植物固定二氧化碳的量代表总光合作用速率，c点时，甲、乙两植物的净光合速率相等，但甲植物的呼吸作用强度大于乙植物的呼吸作用强度，因此甲植物固定二氧化碳的量大于乙植物固定二氧化碳的量。

（2）d点后，随着光照强度的增强，乙植物的光合速率不再发生变化，此时限制乙植物光合作用进一步增强的内因有酶的数量、色素的含量、叶绿体的数量等。

（3）实验设计思路：主动运输需要有氧呼吸提供能量，而协助扩散不需要消耗能量，根据两种运输方式的差异，将离体根随机均分成A、B两组，分别加入等量的硫酸铵溶液，A组通入氧气，B组通入氮气，一段时间后加入奈氏试剂，根据奈氏试剂遇NH₄⁺生成红色沉淀，且随NH₄⁺的浓度增加而颜色会加深判断。

预期结果和结论：若A组溶液颜色浅，B组溶液颜色深，说明NH₄⁺进入细胞内的方式为主动运输，使A溶液中NH₄⁺浓度降低，溶液颜色变浅；若两组溶液颜色一致且都浅，说明NH₄⁺通过协助扩散进入细胞内，使A、B溶液中NH₄⁺浓度都降低，溶液颜色均变浅。

故答案为：

（1）大于

（2）酶的数量、色素的含量、叶绿体的数量等

（3）A组通入氧气，B组通入氮气       A组溶液颜色浅，B组溶液颜色深      两组溶液颜色一致且都浅

3．如图：将某绿色植物置于左侧密闭透明的容器中，给予恒定且适宜的光照；右侧容器只充满氮气（氮气对生物的代谢无影响），并放置有酵母菌培养液，开始时阀门关闭。请回答下列问题：

（1）实验开始后的一段时间内，阀门始终关闭，则左侧容器内CO₂浓度的变化趋势是   。

（2）一段时间后，在打开阀门的短时间内该植物叶肉细胞中的值将   （填“变大”“变小”或“不变”）；当容器CO₂浓度保持相对稳定时，该植物的净光合速率   （填“大于零”“小于零”或“等于零”），原因是   。

（3）若将酵母菌培养液换为乳酸菌培养液则打开阀门后该植物的光合速率会   ，原因是   。

（4）为了检验本实验设计的科学性和可行性，可在正式实验前先做一个   。

【解答】解：（1）验开始后的一段时间内，阀门始终关闭，左侧容器内植物光合作用不断消耗二氧化碳，CO₂浓度不断下降，下降至光合速率等于呼吸速率时，容器内的二氧化碳浓度趋于稳定。

（2）一段时间后，在打开阀门的短时间内，右侧酵母菌呼吸作用产生的二氧化碳可以扩散至左侧容器，短时间内左侧容器中的二氧化碳浓度增加，该植物叶肉细胞中二氧化碳固定增强，五碳化合物的消耗增加，来路不变，最终导致五碳化合物的含量减少；同时三碳化合物的来路增加去路不变，结果三碳化合物的含量上升。所以叶肉细胞中的值将变小。当容器中CO₂浓度保持相对稳定时，植物的光合速率与酵母菌的呼吸速率与植物的呼吸速率之和相等，所以该植物的净光合速率大于零。

（3）将酵母菌培养液换为乳酸菌培养液，其无氧呼吸不释放二氧化碳，打开阀门后，二氧化碳由左侧容器扩散，导致容器内二氧化碳浓度下降，因此该植物的光合速率下降。

（4）在正式实验前先做一个预实验，目的是为正式实验摸索条件。

故答案为：

（1）逐渐降低后趋于稳定

（2）变小    大于零   此时植物的光合速率与植物和酵母菌的呼吸速率之和相等

（3）下降      乳酸菌无氧呼吸不释放CO₂，打开阀门后，CO₂由左侧容器向右侧容器扩散，引起容器中CO₂浓度下降，因此该植物的光合速率下降

（4）预实验

4．果蝇灰身（M）对黑身（m）为显性，长翅（N）对短翅（n）为显性，两对等位基因分别位于两对常染色体上，将基因型为MmNn的雌雄果蝇多次重复杂交，发现F₁中灰身长翅：灰身短翅：黑身长翅：黑身短翅＝7：1：3：1．回答下列问题：

（1）等位基因M和m的根本区别是   。对于F₁中性状及比例的出现，第一小组提出：基因型为   的雄配子致死，若基因型为MmNn的雄性果蝇与黑身短翅雌性果蝇进行杂交，后代将不会出现   果蝇。

（2）若第一小组假设成立，题干F₁中灰身长翅的基因型为   ，其中纯合子占   。

（3）第二小组对第一小组的结论作了相关分析和评价：

①他们认为第一小组所用的探究方法为   。

②他们认为第一小组应再设计一组“对照”实验以排除其他可能性，请写出相应实验设计和结论。

实验设计：   ；

实验结论：   。

【解答】解：（1）基因是有遗传效应的DNA片段，等位基因M和m的根本区别是脱氧核苷酸（碱基对）的排列顺序不同。由题文描述可知：两对等位基因M与m、N与n的遗传遵循基因的自由组合定律。基因型为MmNn的雌雄果蝇分别产生四种比值相等的雌配子（MN、Mn、mN、mn）和四种比值相等的雄配子（MN、Mn、mN、mn）。将基因型为MmNn的雌雄果蝇多次重复杂交，所得F₁中的灰身长翅与灰身短翅个体的数量比均较理论值（9：3）减少了2份，说明基因型为Mn的雌配子或雄配子致死。若基因型为Mn的雄配子致死，则基因型为MmNn的雄性果蝇与基因型为mmnn的黑身短翅雌性果蝇进行杂交，后代将不会出现基因型为Mmnn的灰身短翅果蝇。

（2）结合对（1）的分析可推知：若基因型为Mn的雄配子致死，则题干F₁中灰身长翅的基因型及其比例为MMNN：MMNn：MmNN：MmNn＝1：1：2：3，其中纯合子（MMNN）占。

（3）第一小组所用的探究方法为假说一演绎法。若要证明假说（基因型为Mn的雄配子致死）的正确性，需要排除“基因型为Mn的雌配子致死”的可能性，因此第一小组应再设计的一组“对照”实验为：将基因型为MmNn的雌性果蝇与基因型为mmnn的黑身短翅雄性果蝇进行杂交，观察子代表现型。如果子代出现四种表现型的果蝇，且比例接近1：1：1：1，则可排除“基因型为Mn的雌配子致死”。

故答案为：

（1）脱氧核苷酸（碱基对）的排列顺序不同    Mn    灰身短翅

（2）MMNN、MmNN、MmNn、MMNn

（3）①假说一演绎法    ②将基因型为MmNn的雌性果蝇与黑身短翅雄性果蝇进行杂交，观察子代表现型    子代出现四种表现型的果蝇，且比例接近1：1：1：1

5．某高等植物其花色受两对同源染色体上的基因控制，其中一对染色体上的相关基因为A、a，另一对染色体上的相关基因有Bⁿ、B、b三种，该植物花色表现型与基因组成的对应关系如表所示。

表现型	黄花	红花	紫花	白花
基因组成	A_Bn_	A_B_	A_bb	aa__

现用开红花植株和开紫花植株杂交，子代中出现了开黄花和开白花的植株。不考虑突变，请回答下列问题：

（1）基因Bⁿ、B、b的显隐性关系是   。

（2）亲代红花植株和紫花植株的基因型   ，其中该红花植株可以产生4种基因型配子的原因是   。

（3）现有该植物的各种花色的纯合植株，如何通过一次杂交实验确定上述杂交子代中某一白花植株的基因型，请写出实验设计思路，并预期实验结果得出结论。   。

【解答】解：（1）根据分析：基因Bⁿ、B、b的显隐性关系是B对Bⁿ、b为显性，Bⁿ对b为显性即其显隐顺序为B＞Bⁿ＞b。

（2）亲代红花植株和紫花植株的基因型AaBBⁿ、Aabb，由于该红花植株为双杂合子AaBBⁿ，且在减数分裂形成配子过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合，故该红花植株减数分裂可以产生4种配子。

（3）若要通过一次杂交实验确定其杂交子代中某一白花植株的基因型，可设计如下实验思路：

实验思路①：让该白花植株与多株紫花纯合植株杂交，观察子代的表现型。

预期结果和结论：

若子代中出现开黄花植株，则该白花植株的基因型为aaBⁿb；

若子代中出现开红花植株，则该白花植株的基因型为aaBb。

实验思路②：让该白花植株与多株紫花纯合植株杂交，观察并统计子代的表现型及比例。

预期结果和结论：

若子代中开黄花植株：开紫花植株＝1：1，则该白花植株的基因型为aaBⁿb；

若子代中开红花植株：开紫花植株＝1：1，则该白花植株的基因型为aaBb。

实验思路③：让该白花植株与多株黄花纯合植株杂交，观察并统计子代的表现型及比例。

预期结果和结论：

若子代均为开黄花植株，则该白花植株的基因型为aaBⁿb；

若子代中开红花植株：开黄花植株＝1：1，则该白花植株的基因型为aaBb。

故答案为：

（1）B对Bⁿ、b为显性，Bⁿ对b为显性

（2）AaBBⁿ、Aabb    该红花植株为双杂合子AaBBⁿ，且在减数分裂形成配子过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合，故减数分裂可以产生4种配子

（3）实验思路①：让该白花植株与多株紫花纯合植株杂交，观察子代的表现型。

预期结果和结论：

若子代中出现开黄花植株，则该白花植株的基因型为aaBⁿb；

若子代中出现开红花植株，则该白花植株的基因型为aaBb

实验思路②：让该白花植株与多株紫花纯合植株杂交，观察并统计子代的表现型及比例。

预期结果和结论：

若子代中开黄花植株：开紫花植株＝1：1，则该白花植株的基因型为aaBⁿb；

若子代中开红花植株：开紫花植株＝1：1，则该白花植株的基因型为aaBb

实验思路③：让该白花植株与多株黄花纯合植株杂交，观察并统计子代的表现型及比例。

预期结果和结论：

若子代均为开黄花植株，则该白花植株的基因型为aaBⁿb；

若子代中开红花植株：开黄花植株＝1：1，则该白花植株的基因型为aaBb

6．野生型黑腹果蝇的某条染色体上有红眼基因、长翅基因和直刚毛基因，其等位基因分别为白眼基因、小翅基因和卷刚毛基因。回答下列问题：

（1）野生型黑腹果蝇的红眼基因、长翅基因和直刚毛基因在染色体上呈   排列，红眼基因和白眼基因的本质区别是   。

（2）现有纯合长翅果蝇和纯合小翅果蝇雌雄若干，欲探究基因位于常染色体上还是只位于X染色体上，写出实验设计思路并预期实验结果：

①实验思路：   。

②预期实验结果和结论：

若   ，则控制长翅、小翅的基因位于常染色体上；

若   ，则控制长翅、小翅的基因位于X染色体上。

（3）现已证明控制黑腹果蝇长翅和小翅的基因位于X染色体上。该黑腹果蝇另有一对相对性状黑身和灰身，由一对等位基因控制，若两对等位基因的遗传遵循基因的自由组合定律，需满足的条件为：   。

【解答】解：（1）基因在染色体上呈线性排列，等位基的出现通常是基因突变的结果，红眼基因和白眼基因的本质区别是基因结构的不同。

（2）①本题意在探究基因位于常染色体上还是只位于X染色体上，依照题意：亲本全为纯合子，但不知显隐性，可让纯合的长翅果蝇和纯合的小翅果蝇正反交，观察子代表现型。

②预期实验结果和结论：①假设长翅为显性，若基因位于常染色体上。其分析如下：

正交 P：AA长翅♀×aa小翅♂→F₁：Aa长翅，

反交 P：aa小翅♀×AA长翅♂→F₁：Aa长翅。

同理：假设小翅为显性，若基因位于常染色体上，则两组杂交结果均是小翅。

②假设长翅为显性，若基因位于X染色体上，则该其分析如下：

正交 P：X^AX^A长翅♀×X^aY小翅♂→F₁：X^AX^a长翅♀，X^AY长翅♂

反交 P：X^aX^a小翅♀×X^AY长翅♂→F₁：X^AX^a长翅♀，X^aY小翅♂。

同理：假设小翅为显性，若基因位于X染色体上。则两组杂交子代中结果不同，且子代性状的表现与性别有关。

（3）若两对等位基因的遗传遵循基因的自由组合定律，需满足的条件为：非同源染色体的非等位基因。所以控制黑腹果蝇长翅和小翅的基因位于X染色体上，则只有控制黑身和灰身的基因位于常染色体上。

故答案为：

（1）线性  基因结构的不同

（2）①纯合的长翅果蝇和纯合的小翅果蝇正反交，观察子代表现型

②正反交结果相同   正反交结果不同

（3）控制黑身和灰身的基因位于常染色体上

7．科学家发现了一种电突触，它是两个神经元膜紧密接触的部位，通过电传递来完成信息传递，前一个神经元产生的一部分电流向后一个神经元流入，使兴奋性发生变化，故称为电突触。其结构如图所示。请据图分析回答：

（1）轴突末梢经过多次分支，最后每个小枝末端膨大呈杯状或球状，叫   。

（2）把两侧突触膜连接起来的间隙连接允许小分子物质通过，这种结构与高等植物相邻两个细胞间的   相似。

（3）研究发现只有一部分流入细胞A的电流进入细胞B，所以细胞B的膜电位变化比细胞A的   （选“大”“小”“相同”）。

（4）研究表明电突触的传递方向是双向的。请设计实验给予验证（要求：以图中突触为实验对象进行实验设计，提供一个含两个电极的电流计、电刺激仪器等）。

①实验方法：   。

②预期结果：   。

【解答】解：（1）轴突末梢经过多次分支，最后每个小枝末端膨大呈杯状或球状，叫突触小体。

（2）把两侧突触膜连接起来的间隙连接允许小分子物质通过，这种结构与高等植物相邻两个细胞间的胞间连丝相似。

（3）分析题干可知，由于只有一部分流入细胞A的电流进入细胞B，所以细胞B的膜电位变化比细胞A的小。

（4）①实验方法：将电流计两个电极分别连接到A、B两个细胞的细胞膜上，然后用电刺激仪器分别给予A、B两个细胞适宜刺激，观察电流计指针的偏转次数。

②预期结果：因为电突触的传递方向是双向的，故两次刺激电流计均偏转两次。

故答案为：

（1）突触小体

（2）胞间连丝

（3）小

（4）①将电流计两个电极分别连接到A、B两个细胞的细胞膜上，然后用电刺激仪器分别给予A、B两个细胞适宜刺激，观察电流计指针的偏转次数

②两次刺激电流计均偏转两次

8．水杨酸（SA）是一种植物内源激素，可缓解植物在高盐环境受到的伤害。请回答：

（1）SA不直接参与细胞代谢，而是给细胞传达一种   。

（2）研究者用不同浓度的SA浸泡小麦种子来研究高盐环境下SA的浓度对种子萌发率和幼苗茎长度的影响，初步研究结果如图甲所示。

（注：NaCl溶液浓度为l00mmol/L，SA的浓度单位是mmol/L）

①本实验需要设置两个不同的对照组，对照组小麦种子的处理是：一组为   处理、另一组为   处理。

②本实验是预实验，其作用是为进一步实验摸索条件，也可以检验实验设计的   性和   性，以免由于设计不周，盲目开展实验而造成浪费。

（3）图乙表示不同处理下种子中淀粉酶活性的相对值和种子吸水能力指数。

据图推测SA增强种子耐盐性的机制是可显著提高   的活性，促进   水解，使溶质微粒数   ，从而使种子细胞的渗透压升高，种子吸水能力增强。

【解答】解：（1）激素不直接参与细胞代谢，而是给细胞传达一种调节代谢的信息。

（2）①分析题图可知：本实验的实验目的是：研究高盐环境下SA的浓度对种子萌发率和幼苗茎长度的影响，自变量是SA的浓度，因变量是幼苗茎长度，本实验需要设置两个不同的对照组，对照组小麦种子的处理是：一组为等量的蒸馏水处理、另一组为等量的l00mmol/LNaCl溶液处理。

②本实验是预实验，其作用是为进一步实验摸索条件，也可以检验实验设计的科学性和可行性，以免由于设计不周，盲目开展实验而造成浪费。

（3）据图1、2推测SA增强种子耐盐性的机制是可显著提高β淀粉酶的活性，促进淀粉水解，使溶质微粒数水解，从而使种子细胞的渗透压升高，种子吸水能力增强。

故答案为：

（1）调节代谢的信息

（2）①等量的蒸馏水   等量的l00mmol/LNaCl溶液

②科学    可行

（3）β淀粉酶   淀粉   水解

9．植物虽然没有神经系统，但植物体也能对自身的生命活动进行调节。在植物的生长发育过程中，几乎所有生命活动都受到植物激素的调节，发现最早的是生长素。发现生长素的过程，是从达尔文注意到植物向光性并对此进行研究开始的。请据达尔文实验回答相关问题：

（1）上图是达尔文利用金丝雀藺草的胚芽鞘进行的实验及结果，依此提出的实验结论是胚芽鞘尖端受单侧光照射产生   并向下面的   传递。造成   而使胚芽鞘出现向光性弯曲。

（2）胚芽鞘的作用有   、   。

（3）请利用燕麦胚芽鞘、一定浓度的生长素和琼脂块等相关材料用具，设计实验，证明生长素能促进生长（写出实验设计思路和预期结果）   。

【解答】解：（1）达尔文实验所用的实验材料金丝雀虉草是一种禾本科科植物，幼苗出土时有胚芽鞘包裹，利用胚芽鞘进行一系列实验，提出胚芽鞘尖端受到单侧光刺激后，向下面的伸长区传递某种“影响”，造成伸长区背光面比向光面生长快，因而使胚芽鞘出现向光性弯曲。

（2）胚芽鞘是植物胚芽外的锥形套状结构，能保护生长中的胚芽；种子萌发时，胚芽鞘首先钻出地面，出土后的胚芽鞘还能进行光合作用。

（3）设计实验证明生长素的促进生长的作用，自变量为生长素的有无，实验组有生长素，对照组没有生长素。首先去掉燕麦胚芽鞘尖端，排除自身产生的生长素对实验的影响，随机分成两组，一组在去尖端的胚芽鞘上端（一侧）放置不含生长素的琼脂块，作为对照组，另一组放置含有生长素的琼脂块，相同且适宜的条件下培养一段时间，观察两组燕麦胚芽鞘的生长情况。实验结果是对照组胚芽鞘无弯曲生长，实验组胚芽鞘发生弯曲生长。

故答案为：

（1）某种“影响”伸长区    伸长区背光面比向光面生长快

（2）保护胚芽 进行光合作用

（3）思路：将去尖端的燕麦胚芽鞘切段随机分成两组，实验组胚芽鞘上端一侧放置含有适宜浓度IAA的琼脂块，对照组胚芽鞘上端同侧放置不含IAA的琼脂块，两组胚芽鞘在相同且适宜的条件下培养实验结果：一段时间后，对照组胚芽鞘无弯曲生长，实验组胚芽鞘发生弯曲生长