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察
叶绿体
高倍
临时装片
无
菠菜叶
观察细胞质流动
细胞质
(以叶绿体作参照)
黑藻
嫩叶
观察质壁分离与复原
紫色大液泡
洋葱
表皮
有丝分裂
染
染色体
龙胆紫
(醋酸洋红)
根尖
脂肪的鉴定
脂肪
切片
↓
苏丹Ⅲ或
苏丹Ⅳ染液
花生
种子
(2)观察类实验应注意的问题
①注意取材:
根据观察对象采用合适的材料,如观察有丝分裂应选取根尖分生区细胞;
观察质壁分离与复原应选取成熟的植物细胞等。
②注意材料处理:
根据不同材料,不同的观察对象,做不同的材料处理,如浸泡、染色、解离、保持生活状态等。
③注意制片方法:
显微镜观察实验要用装片,不同材料用不同的制片方法。
装片法(把整个实验材料制成装片,如用葫芦藓观察叶绿体),切片法(把材料切成薄片,以便观察,如脂肪鉴定),压片法(把材料压碎成一薄层,以便观察,如观察根尖有丝分裂)。
④注意光学显微镜的使用方法。
2、鉴别类实验
(1)在此类实验中,常利用某种试剂对生物体或细胞中成分进行鉴别,针对不同的鉴别对象,采用不同的试剂。
鉴定对象
试剂
颜色
水浴加热
生物材料
生物组织中
糖类的鉴定
淀粉
碘液
蓝色
脱色的叶片
还原糖
斐林试剂
(班氏试剂)
砖红色
需要
含糖量高的白色或近白色的植物组织、尿液、血浆
蛋白质
的鉴定
双缩脲试剂
紫色
豆浆、牛奶、鸡蛋清、蛋白
质类酶
DNA粗提取
与鉴定
DNA
二苯胺试剂
鸡血细胞
(2)鉴别类实验应注意的问题
①实验结论常根据特定的颜色反应来确定。
②有些可不设立对照实验,若需设立,应增设一组,加入已知的待检测物质,如验证唾液淀粉酶是蛋白质,对照组可加入稀释的鸡蛋清。
③注意选择合适的试剂,并注意试剂使用的特殊要求,如加热等。
3、实习和研究性课题
此类实验常通过调查法,调查法中常使用统计技术和测量技术。
实习、研究
性课题
调查对象
统计方法
计算公式
种群密度
的取样调查
动物
标志
重捕法
植物
样方法
调查人群中
遗传病
人类某种
汇总法
调查环境污染
对生物的影响
环境污染
程度
4、探究性和验证性实验
此类实验需要对某些生物学现象作出合理化的假设并通过设计实验进行验证。
如教材中“比较过氧化氢酶与Fe3+的催化效率”、“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”、“温度对酶活性的影响”、“植物向性运动的实验设计与观察”等。
这类实验要求高,开放性强。
设计探究和验证性实验要注意的问题:
(1)一定要设置对照。
(2)遵循实验设计的单一变量原则。
(3)注意实验操作步骤的前后顺序要有逻辑性(前因后果),步步有理,环环相扣,各步骤要严密、完整。
(4)注意确定实验用具与试剂及需要控制的实验条件。
(5)注意实验结果的观察、记录、分析和结论,确定对实验结果的观察内容和合适的观察方法,最后对结果作出科学的解释并得出正确的结论。
实例导析
【例题1】除CO2浓度外,温度、光强度等因素都能影响光合作用。
某小组用伊乐藻进行光合作用实验:
将一枝伊乐藻浸在水族箱中,以光下单位时间该枝条放出的气泡数(O2)作为光合速率。
用太阳灯作光源,当太阳灯与水族箱的距离从75cm缩短到45cm时,虽然产生一定量气泡,但数量基本无变化,而光强增加了278%;
只有从45cm移到15cm这一短距离时,光合速率才随距离的缩小而增加。
(1)解释实验结果:
从75cm缩短到45cm时,虽然光照增加,但由于较低限制了(光、暗)反应的速率,进而影响了气泡的产生量。
从45cm移到15cm,光合速率增加的主要非生物因素是。
(2)对于上述现象,小组成员分别提出了如下的假设:
①距离大于45cm时,光太弱导致植物不能进行光合作用;
②伊乐藻在弱光下光合作用较强,强光则抑制光合作用;
③伊乐藻利用室内的散射光进行光合作用。
A.你赞同上述的假设(填数字序号)。
B.现有绿色安全灯、白色纱布、伊乐藻、相同水族箱等若干材料用具,请设计实验方法步骤,初步验证你所支持的假设。
。
支持你所赞同的假设的结果应该是。
解析本题设置巧妙,把所要考查的知识点隐含在题干中,发掘学生的探知能力与推理能力,这是今后实验高考的一大特点。
实验的设计趋于简单化,目的就是考查学生对实验设计的重要原则的掌握程度,而并不要求学生写出繁琐的实验过程。
而且本实验前后问题衔接紧密,知识点相扣,要求学生在解题的过程中一定要细致入微,把握住重点。
本实验所给的条件简单,学生往往难以下手,但突破点就是影响光合作用的因素——光、温度、CO2中的一个或几个。
当太阳灯与水族箱的距离从75cm缩短到45cm时,虽然产生一定量气泡,但数量基本无变化,而光强增加了278%,说明此时光照是次要作用,那么起着主要限制作用的就是温度了(题目中已排除了CO2的影响)。
接下来的实验假设也就很容易会选择③伊乐藻利用室内的散射光进行光合作用。
实验的设计要注意对照原则与等量原则,结论要符合所选的假设。
答案
(1)温度暗光和温度
(2)③将状况相同的健康伊乐藻各1枝分别放入3个相同的水族箱(编号a、b、c);
将a放入有绿色安全灯的暗室内;
b、c置于有自然散射光的室内,b装置外包裹白色纱布(留下观窗窗口);
控制室内温度相同。
记录各装置单位时间内伊乐藻放出的气泡数。
暗室中的伊乐藻不放出气泡;
自然散射光下无纱布包裹的装置放出气泡最快。
【例题2】Ⅰ.探究细胞膜的成分某研究性学习小组欲研究细胞膜的结构和成分,如果你是课题组成员,请你设计一个简易实验得到较纯净的细胞膜,并对其成分进行鉴定。
(1)应选取人的哪种细胞做实验()
A.成熟红细胞B.神经细胞C.白细胞D.口腔上皮细胞
(2)将选取的上述材料放入,由于渗透作用,一段时间后细胞将破裂。
(3)将经过
(2)的实验步骤后,再用法获得纯净的细胞膜。
将膜成分分离提纯后,加入双缩脲试剂,如果产生反应,可以证明细胞膜成分中含有。
(4)若将细胞膜的磷脂提取后放入盛有水的容器中,经过充分搅拌后,下列能正确反应其分布的图是()
Ⅱ.探究温度对细胞膜流动性的影响物质通过细胞膜与细胞膜的流动性有密切关系,为了探究温度对细胞膜流动性的影响,做了下述实验:
分别用红色、绿色荧光剂标记人和鼠细胞膜上的蛋白质,然后让两个细胞在37℃下融合,40分钟后,发现融合后细胞膜上的红色和绿色均匀相间分布。
有人认为该实验没有完成,请你继续完成该探究实验:
(1)补充未完成步骤:
(2)请指出可以可以从哪个方面来观察实验结果:
①.。
②.。
(3)请预测该实验最可能得出的结论:
解析本题综合再现制备细胞膜并探究其成分、特性的方法,旨在感悟实验材料的正确选取对于科学研究的重要性;
体验制备细胞膜过程中、探究细胞膜特性的过程中所蕴涵的生物学原理和科学方法。
Ⅰ.制备细胞膜适宜选用哺乳动物成熟的红细胞,因为其内没有线粒体、核膜等多种膜结构,避免了对细胞膜的干扰。
当红细胞置于清水中时,将吸水涨破,从而获得细胞膜。
可利用“蛋白质遇双缩脲试剂变紫色”这一特性鉴定细胞膜中有无蛋白质的存在。
由于组成细胞膜的磷脂既有亲水的极性部分,又有疏水的非极性部分,因此,在水溶液中呈现出A图所示的分布。
Ⅱ.细胞某具有流动性,其原因是组成细胞膜的蛋白质分子和磷脂分子大多是可以运动的。
这种运动实质上是一种热运动,所以温度升高时,细胞膜的流动性增大。
依据该实验的研究目的——探究温度对细胞膜流动性的影响,确定实验的自变量是温度,故实验至少要设置三组(温度低于、等于、高于37℃),进行相互对照。
答案Ⅰ.
(1)A
(2)清水(3)离心紫色蛋白质(4)A
Ⅱ.
(1)分别将细胞放在温度低于37℃(如0℃)、高于37℃(如60℃)的条件下重复上述实验
(2)①.相同时间之后,观察红色和绿色荧光物质在细胞膜上分布的情况②.比较红色和绿色荧光物质在细胞膜上均匀分布时所需要的时间(3)在一定温度范围内,随着温度的升高,细胞膜的流动性加强
【例题3】青虾细胞的染色体数目多而且形态较小,为确定其染色体数目,需要制备染色体标本。
科研人员挑选若干组数量相等、每个体重(5±
0.2)g、活动力强、性成熟的青虾,分别向腹肌注射0.1mL质量分数不等的秋水仙素,对照组注射等量的生理盐水;
24h后,取出心脏等6种器官组织,分别制成装片,通过观察和统计,得出结论。
以下是该实验的部分结果,请据此回答问题。
结果一:
不同器官组织中处于分裂期细胞的比例(%)
结果二:
不同质量分数的秋水仙素处理后,处于有丝分裂中期细胞的比例和染色体形态
秋水仙素质量分数
1×
10-3
2×
3×
4×
5×
6×
有丝分裂中期细胞(%)
1.0
1.2
1.5
3.1
11.2
11.5
12.3
染色体形态
正常
不正常
结果三:
观察127个初级卵母细胞,出现不同四分体数目的细胞个数统计
一个细胞的四分体数
48
49
50
51
52
53
54
55
初级卵母细胞个数
1
7
102
10
3
2
(1)上述6种器官组织中,观察细胞分裂的最佳材料是。
(2)注射秋水仙素的最佳质量分数是,判断依据是
。
(3)在制备青蛙染色体标本过程中,秋水仙素的作用是,导致细胞分裂的停滞。
(4)从统计的角度分析结果三,可以确定青虾体细胞的染色体数为条,判断的根据是。
(5)制备青虾染色体标本过程中,还需要使用其他的实验材料,请在下列提供的部分材料中进行选择,并说明其用途。
材料:
A.盐酸、酒精;
B.纤维素酶;
C.胰蛋白酶;
D.二苯胺试剂;
E.苏丹Ⅲ染液;
F.双缩脲试剂;
G.醋酸洋红液。
①选择,用途。
②选择,用途。
解析本题探究的是青虾细胞中染色体数目,难度较大,刚开始读题,学生可能一片茫然,但静下来仔细分析:
确定生物染色体数目的时期应在有丝分裂的中期,大剂量的秋水仙素在细胞分裂中的作用是抑制纺锤体的形成,从而使细胞分裂不正常。
另外确定了初级卵母细胞中出现不同四分体的数目,就不难确定在初级卵母细胞中的染色体数目(四分体数目×
2),而进一步推断,初级卵母细胞中染色体数目就等于青虾体细胞的染色体数目。
有了以上这些知识以后,再读题目,即可解题。
(1)观察细胞分裂的最佳材料显然是分裂旺盛的细胞,本题中最好的材料是卵巢,但注意卵巢既有卵原细胞的增殖过程(有丝分裂),也存在形成卵细胞的过程(减数分裂)。
(2)确定注射秋水仙素的最佳质量分数的依据是处于分裂中期的细胞的比例比较大,且染色体形态正常,即4×
10-3。
(4)分析结果三可知四分体数为52的初级卵母细胞出现的比例最高,即可取定青虾体细胞的染色体数为104条。
(5)A、B、D、E、F在本实验中是不需要的。
C可以使组织分散成单个细胞,便于观察;
G可对染色体进行染色。
答案
(1)卵巢
(2)4×
10-3既保证了染色体形态的正常,又使细胞分裂处于中期的细胞比例最高
(3)抑制纺锤体的形成(4)104出现52个四分体的细胞数目明显最多
(5)①C使青虾组织细胞分散成单个细胞,便于制片观察
②G使青虾组织细胞内的染色体被染色而便于观察
【例题4】帕金森氏症的主要症状表现为运动时不自主地震颤,患者十分痛苦。
瑞典科学家卡尔松的研究在“人类神经细胞间信息传递”方面获得了重要发现。
三位诺贝尔奖获得者最早发现了在神经细胞间的某种信息传递,即所谓的“慢突触传递”。
神经递质与突触后膜一些受体结合后并不是马上引起膜电位的变化,而是产生一系列生物化学反应,并由反应所产生的活性分子来传递信息,因此时间要慢一些。
这些发现对了解大脑的正常功能以及信息传导中的紊乱如何引发神经疾病起到了十分关键的作用。
卡尔松找到神经末梢中的“多巴胺”缺乏是帕金森氏症的病因,并找到了“多巴”作为缓解该病的有效药物,卡尔松因此获得2000年诺贝尔生理学或医学奖。
(1)(多选题)涉及该项科研成果的基础知识,下列说法不正确的是()
A.神经细胞包括细胞体和突起两部分
B.神经递质与突触后膜一些受体结合后马上会引起膜电位的变化
C.慢突触传递就是神经递质在突触间隙以较慢速度传导信息
D.该项研究对研制大脑神经系统药物有着重要意义
(2)当刺激神经纤维上某一点时,将会出现()
A.所产生的神经冲动向轴突末梢方向传递B.神经细胞内的阳离子比细胞外的阳离子少
C.所产生的神经冲动向树突末梢方向传递D.神经细胞膜内的阳离子比细胞膜外的阳离子多
(3)现在已知“多巴”可以在人体内转化成“多巴胺”;
而一种名为“利血平”的药物可耗竭神经末梢中的多巴胺。
为了验证“多巴胺缺乏是引起运动震颤的原因”,请你依据所给的材料和用品来补充和完善实验设计的方法步骤,并预测实验结果。
(一)主要实验材料和用品:
小鼠、生理盐水、用生理盐水配制的一定浓度的利血平溶液、用生理盐水配制的一定浓度的多巴溶液等。
(二)实验步骤:
①把生长发育状况相同的健康小鼠分为数量相等的A、B两组。
②A组注射一定浓度的利血平溶液,B组注射等量的生理盐水。
随后在相同的条件下饲养,观察并记录小鼠的运动状况。
③继续实验:
A组,B组。
继续饲养,观察并记录小鼠的运动状况。
(三)预测实验结果:
A组鼠:
B组鼠:
解析第一小题是基于材料的生物学知识考查。
神经递质与突触后膜一些受体结合后并不是马上引起膜电位的变化的,而是产生一系列生物化学反应,并由反应所产生的活性分子来传递信息,因此时间要慢一些。
所以选项B与C错误;
第二小题为常规生物学知识考查。
当刺激神经纤维上某一点时,细胞膜外钠离子大量内流,造成神经细胞膜内的阳离子比细胞膜外的阳离子多,而产生的神经冲动向树突和轴突末梢传递,具有多方向性。
第三小题考查的是对实验的完善及预测结果,只要理解题干所给的信息——缺乏多巴胺会引起运动振颤,该实验还是比较容易解答的。
答案
(1)BC
(2)D
(3)注射一定浓度的多巴溶液注射等量的生量盐水
(三)A组鼠:
注射利血平后出现运动震颤,注射多巴后运动恢复正常
B组鼠:
实验过程中始终运动正常
【例题5】某学校生物兴趣小组利用假期对当地A、B、C三种类型的野菊地和其生存环境进行调查。
记录如下表:
表一不同调查面积的野菊数量统计结果
表二近五个月植物种群变化的调查结果汇总如下:
(单位/株·
m2)
年份
种名
1月
2月
3月
4月
5月
车前草
0.3
1.4
2.0
3.0
婆婆纳
1.3
1.7
2.8
3.2
狗尾草
0.8
2.2
1.6
野菊
0.4
2.5
3.4
5.4
(1)①表一中A、B、C三种类型的野菊对环境的抵抗力稳定性由强到弱的顺序是。
②表二中狗尾草与野菊的之间的关系是,狗尾草数量4月份时有所增加,其原因是。
③试在所给的坐标系中绘出野菊和狗尾草的种群密度的变化曲线。
(2)同学小王在调查该野菊种群密度时,设计如下调查步骤:
①选取40cm×
40cm为最佳样方面积。
②在该物种分布较密集的地方取5个样方。
③计数每个样方内该植物的个体数。
若计数结果由多到少依次为N1、N2、N3、N4、N5,则将N3作为种群密度的估计值。
请指出以上设计步骤中的错误并加以改正。
解析
(1)①从表一中分析:
不同地块野菊的数量A>
B>
C,由此可推断野菊对环境的抵抗力稳定性由强到弱的是:
A>
C。
②表二中随着野菊的数量,狗尾草数量不断减少,它们之间的关系是竞争;
表中4月份狗尾草数量略有上升的原因是:
4月份气温较高、阳光充足,适宜于狗尾草的生长。
③画种群曲线比较简单,依表中数据相应画出。
(2)本题设计的步骤中的差错①选取的样方面积不对。
应取物种数量达到稳定的最小面积即100cm×
100cm。
②取样方法不对,应随机取样。
③对种群密度值的估计方法不对。
应以调查样方的单位面积中种群个体数量的均数作为种群密度的估计值。
答案
(1)①A、B、C②竞争气温升高、阳光充足,适宜于狗尾草的生长
③
(2)①选取的样方面积不对。
②取样方法不对。
应在B地块中随机取样。
【例题6】1982年,澳大利亚学者巴里·
马歇尔和罗宾·
沃伦发现了幽门螺杆菌,并证明该细菌感染胃部会导致胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡。
这一成果革命性地改变了世人对胃病的认识,大幅度提高了胃溃疡等患者获得彻底治愈的机会,为改善人类生活质量作出了贡献,并最终获得2005年诺贝尔生理学和医学奖。
“藏”在胃部的幽门螺杆菌,会导致胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡,是由于该细菌直接从胃壁细胞内获取营养物质,而使胃壁细胞死亡,导致溃烂,还是细菌在生活过程中,分泌毒素导致胃壁细胞溃烂。
有人设计了下列实验步骤,请回答相关问题:
(1)幽门螺杆菌分泌的毒素属于代谢产物,主要在下图中阶段产生。
(2)实验探究:
实验器材:
细菌培养基、HCl、NaOH、动物细胞培养液、胚胎细胞、培养皿若干、无菌水、恒温箱等。
实验步骤:
①结合上述实验过程,拟定该实验具体的研究课题:
②实验中用细菌过滤器的目的是。
③对提取液1、2为何还要调节pH后才加入动物细胞培养液中?
④该实验丙、丁两组中,属于对照组的是。
⑤设计表格记录实验可能的结果及结论:
解析每年有关诺贝尔奖试题紧扣当今生命科学、新科技的热点,体现了较高的综合性、应用性、创新性和开放性。
就2005年诺贝尔生理学和医学奖而言,“导致胃炎、胃溃疡的幽门螺杆菌”可涉及到:
微生物的结构、微生物的生长、微生物的代谢、免疫、基因突变、生物进化、疾病的发病原因及其防治措施等知识,同时引导人们关注人类健康。
高考时,对幽门螺杆菌中所包含的信息可作进一步发散和拓展。
答案
(1)次级3
(2)①探究幽门螺杆菌产生的毒素对细胞生长的影响②除去幽门螺杆菌,避免其对实验的干扰③防强酸对正常细胞造成影响 ④丁
⑤
实验结果(细胞生活情况)
实验结论
丙
丁
生长正常
幽门螺杆菌不是通过产生毒素影响细胞生长的
生长不正常
幽门螺杆菌是通过产生毒素影响细胞生长的
针对训练
训练一
一、选择题
1.生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质三种有机物的鉴定实验中,以下操作错误的是()
A.可溶性还原糖的鉴定,可用酒精灯直接加热产生砖红色沉淀
B.脂肪的鉴定实验中需使用50%的酒精溶液洗去浮色
C.用双缩脲试剂检测蛋白质不需要加热
D.使用斐林试剂和双缩脲试剂最好是现配现用
2.生物学很多实验中必须先制作玻片标本,然后在显微镜下观察。
下列对有关实验的叙述中,错误的是()
A.脂肪鉴定:
切取子叶薄片→染色→去浮色→制片→观察
B.有丝分裂观察:
解离根尖→染色→漂洗→制片→观察
C.质壁分离观察:
撕取鳞片叶表皮→制片→观察→滴加蔗糖溶液→观察
D.细胞质流动观察:
取黑藻小叶→制片→观察
3.某校研究性学习小组在设计验证Ni是必需的矿质元素的实验时,设计了下列四组实验,你认为其中最恰当的是()
4.某生物小组为了研究阳光对大豆发芽的影响,设计了如下实验:
花盆
种大豆
光照
温度
水
A
10粒
向阳光
20℃
充足
B
暗室
不充足
在这个实验设计中,应该改正的错误是( )
A.两个花盆都应该放在向阳的地方B.两个花盆都应该放在黑暗的地方
C.两个花盆都应该浇给充足的水D.两个花盆的温度都应该维持在5℃
5.去除鼠的甲状腺,10天后进行测试,与未去除甲状腺的鼠相比较,物质代谢低下,而且在血液中无法检出甲状腺激素。
若在摘除术后第3日开始注射用溶剂溶解的甲状腺激素连续5天,10天后物质代谢低下症状消失。
由此推断甲状腺激素使物质代谢率提高。
为证明以上推论,还需要进行若干对照实验进行比较。
同时还应进行的实验处理是()
A.摘除术后第3天开始,只注射前述实验用的溶解剂
B.从术后就开始注射与上述实验不同的溶剂溶解的甲状腺激素
C.不去除甲状腺,不注射甲状腺激素的对照组
D.注射甲状腺激素,切除甲状腺后第3日移植甲状腺
6
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