重难点05 实验与探究
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【命题趋势】
在实验考查方面，考纲要求学生具备验证简单生物学事实的能力，能对实验现象和结果进行分析、解释，并能对收集到的的数据进行处理。纵观历年高考一向注重对教材实验的考查，经常考的教材实验主要集中在必修一模块，内容主要涉及实验材料的选择、实验试剂的作用、实验结果的观察和分析等，此外，还可能进行拓展和创新设计考题，但实验原理仍立足于教材，难度不会太大。 【满分技巧】
1.在掌握教材实验原理、步骤、细节的基础上，能合理分析实验结果异常的原因
2.抓住实验的几大基本原则分析或设计实验：单一变量原则、对照原则、平行重复原则、科学性原则
3.遇到陌生情境时要联系回顾已学知识中的生物学原理，开拓思维发挥想象。 【必备知识】
1. 牢固掌握教材中的探究实验和验证实验，知其然且知其所以然。 2. 能熟练运用实验原则进行实验分析和设计。 【限时检测】
1．（2019天津卷·4）叶色变异是由体细胞突变引起的芽变现象。红叶杨由绿叶杨芽变后选育形成，其叶绿体基粒类囊体减少，光合速率减小，液泡中花青素含量增加。下列叙述正确的是 A．红叶杨染色体上的基因突变位点可用普通光学显微镜观察识别 B．两种杨树叶绿体基粒类囊体的差异可用普通光学显微镜观察
C．两种杨树叶光合速率可通过“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验作比较 D．红叶杨细胞中花青素绝对含量可通过“植物细胞的吸水和失水”实验测定 【答案】C
【解析】1、光学显微镜下能观察到的结构有：细胞壁、叶绿体、大液泡和经染色的细胞核和线粒体；基因突变和基因重组不能在光学显微镜下观察到，但染色体变异（染色体结构变异和染色体数目变异）可以在光学显微镜下观察到。
2、影响光合作用强度的外界因素：空气中二氧化碳的浓度，土壤中水分的多少，光照的长短与强弱、光的成分以及温度的高低等，都是影响光合作用强度的外界因素。光合作用强度可以通过测定一定时间内原料消耗量或产物生成的数量来定量地表示。
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3、植物细胞的吸水和失水实验的观察指标：中央液泡大小、原生质层的位置和细胞大小。 据分析可知，基因突变不可以用普通光学显微镜观察识别，因为基因是有遗传效应的DNA片段，DNA在普通光学显微镜下观察不到，A错误；叶绿体基粒类囊体属于生物膜，不可用普通光学显微镜观察，B错误；由题干信息可知，要使红叶杨和绿叶杨的光合作用强度相等，红叶杨需要更强的光照，原因是红叶杨比绿叶杨的叶绿体基粒类囊体少，光合速率小，因此，两种杨树叶光合速率可通过“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验作比较，C正确；红叶杨细胞中花青素的相对含量可通过“植物细胞的吸水和失水”实验测定，若要测定花青素的绝对含量需要进一步实验，D错误；因此，本题答案选C。
2．（2019江苏卷·22）有些实验可以通过染色改进实验效果，下列叙述合理的是
A．观察菠菜叶肉细胞时，用甲基绿染色后叶绿体的结构更清晰
B．在蔗糖溶液中加入适量红墨水，可用于观察白洋葱鳞片叶表皮细胞的质壁分离 C．检测花生子叶中脂肪时，可用龙胆紫溶液对子叶切片进行染色
D．探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化时，可用台盼蓝染液区分菌体死活 【答案】BD
【解析】甲基绿使DNA呈现绿色，而叶绿体本身呈绿色，其形态为扁平的椭球形或球形，因此用高倍显微镜观察叶绿体不需要染色，A错误；白色洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液无色，以此为实验材料观察细胞的质壁分离时，在蔗糖溶液中加入适量的红墨水使之成为红色，会使观察到的质壁分离现象更明显，B正确；脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色或被苏丹Ⅳ染液染成红色，龙胆紫等碱性染料可将染色体染成深色，因此检测花生子叶中脂肪时，不能用龙胆紫溶液对子叶切片进行染色，C错误；活细胞的细胞膜对物质进出细胞具有选择透过性，其细胞膜可以阻止活细胞不需要的台盼蓝染色剂进入，因此活细胞不能被台盼蓝染成蓝色，而当细胞死亡后，细胞膜的选择透过性丧失，台盼蓝染色剂才能进入细胞，因此凡被染成蓝色的均为死细胞，D正确。 3．（2020厦门市双十中学1月考·2）关于科学史实验，以下说法错误的是 A．植物学家萨克斯的实验成功证明了光合作用的产物中有淀粉
B．仅用32P标记的噬菌体侵染细菌的实验，就可以证明DNA是噬菌体的遗传物质 C．用S型肺炎双球菌的的DNA处理R型活细菌，只有少数R型细菌转化为S型菌 D．温特的实验证明胚芽鞘的弯曲生长是由一种化学物质引起的 【答案】B
【解析】植物学家萨克斯的实验成功的证明了光合作用的产物中有淀粉，A正确；仅用32P标记噬菌体侵染细菌的实验，不能证明DNA是噬菌体的遗传物质，还需设计用35S标记噬菌体侵染细菌的实验
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作为对照，B错误；在肺炎双球菌的转化实验中，用S型肺炎双球菌的DNA处理R型活细菌，由于转化率低，只有少数R型菌转化为S型菌，C正确；温特的实验证明胚芽鞘的弯曲生长是由一种化学物质引起的，并将该物质命名为生长素，D正确。 故选B。
4．（2019浙江4月选考·18）在“制作并观察植物细胞有丝分裂的临时装片”活动中，观察到不同分裂时期的细胞如图所示：
下列叙述错误的是
A．装片制作过程中需用清水漂洗已解离的根尖便于染色 B．观察过程中先用低倍镜找到分生区细胞再换用高倍镜 C．图甲细胞所处时期发生DNA复制及相关蛋白质的合成 D．图丙细胞中的染色体数目比图乙细胞中的增加了一倍 【答案】C
【解析】分析题图可得，甲图为植物有丝分裂前期的细胞，乙图为植物有丝分裂中期的细胞，丙图为植物有丝分裂后期的细胞，丁图为植物有丝分裂末期的细胞。装片在制作时需要先用盐酸解离，而因为染色用的染色剂为碱性，因此在染色前需要用清水漂洗以防止解离液和染色剂中和导A选项正确；致染色效果降低，观察过程需要从低倍镜开始，找到分生区细胞后再换高倍镜观察，B选项正确；图甲为有丝分裂前期的细胞，正在处于核膜消失，形成染色体的阶段，已经完成了染色体的复制和相关蛋白质的合成，C选项错误；图乙为有丝分裂中期的细胞，染色体数与普通体细胞相等，丙图为有丝分裂后期的细胞，由于着丝粒断裂，使染色体暂时加倍，故图丙细胞中的染色体数目比图乙细胞中的增加了一倍，D选项正确。故错误的选项选择C。
5．（2019浙江4月选考·20）为研究R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎双球菌体外转化实验，其基本过程如图所示：
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下列叙述正确的是
A．甲组培养皿中只有S型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性 B．乙组培养皿中有R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质 C．丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNA D．该实验能证明肺炎双球菌的主要遗传物质是DNA 【答案】C
【解析】甲组中培养一段 时间后可发现有极少的R型菌转化成了S型菌，因此甲组培养皿中不仅有S型菌落也有R型菌落，A选项错误；乙组培养皿中加入了蛋白质酶，故在乙组的转化中已B选项错误；经排除了蛋白质的干扰，应当推测转化物质是DNA，丙组培养皿中加入了DNA酶，DNA被水解后R型菌便不发生转化，故可推测是DNA参与了R型菌的转化，C选项正确；该实验只能证明肺炎双球菌的遗传物质是DNA，无法证明还有其他的物质也可做遗传物质，D选项错误。
6.（2020厦门市质检·4）下列关于实验的叙述，正确的是
A. 利用蔗糖和淀粉探究淀粉酶催化的专一性时，可用碘液替代斐林试剂进行检测 B. 制作根尖细胞有丝分裂装片时，解离后的根尖用酒精进行漂洗 C. 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离过程，可观察到紫色逐渐加深 D. 经低温诱导的洋葱根尖制成临时装片，在显微镜下可观察到联会现象 【答案】C
【解析】碘液只能检测淀粉有没被水解，而蔗糖及其水解产物都不能和碘液发生显色反应， A错误；制作洋葱根尖细胞装片时，用酒精和盐酸配制成解离液对根尖进行解离，解离后用清水进行漂洗，B错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离过程，随细胞失水增多，可观察到紫色逐渐加深，C正确；联会是减数分裂才会出现的现象，洋葱根尖只进行有丝分裂，不能观察到联会，D错误。
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7．（2019全国卷III·29）氮元素是植物生长的必需元素，合理施用氮肥可提高农作物的产量。回答
下列问题。
（1）植物细胞内，在核糖体上合成的含氮有机物是___________，在细胞核中合成的含氮有机物
是___________，叶绿体中含氮的光合色素是______________。
（2）农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮（NH4）和硝态氮（NO3）。已知作物甲对同一种
营养液（以硝酸铵为唯一氮源）中NH4和NO3的吸收具有偏好性（NH4和NO3同时存在时，对一种离子的吸收量大于另一种）。请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路、预期结果和结论。 【答案】（1）蛋白质 核酸 叶绿素
（2）答：实验思路：配制营养液（以硝酸铵为唯一氮源），用该营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中NH4和NO3剩余量。
预期结果和结论：若营养液中NO3剩余量小于NH4剩余量，则说明作物甲偏好吸收NO3；若营养液中NH4剩余量小于NO3剩余量，则说明作物甲偏好吸收NH4。
【解析】（1）核糖体是蛋白质的合成场所，故在植物的核糖体上合成的含氮有机物是蛋白质。细胞核内可以进行DNA复制和转录，复制的产物是DNA，转录的产物是RNA，其组成元素均为C、H、O、N、P，故细胞核内合成的含氮化合物是核酸即DNA、RNA。叶绿体中的色素分为叶绿素和类胡萝卜素两大类，前者含有N，后者不含N。
（2）要验证作物甲对NH4+和NO3-吸收具有偏好性，可以把甲放在以硝酸铵为唯一氮源的培养液中进行培养，通过测定培养前后铵态氮和硝态氮的含量变化即可以得出结论。因此实验思路为：配制营养液（以硝酸铵为唯一氮源），用该营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中NH4﹢和NO3﹣剩余量。
可用假设法推理，假设作物甲偏好吸收NO3﹣，则营养液中NO3﹣的剩余量较少；假设作物甲偏好吸收NH4﹢，则营养液中NH4﹢的剩余量较少。因此，预期结果和结论为：若营养液中NO3﹣剩余量小于NH4剩余量，则说明作物甲偏好吸收NO3；若营养液中NH4剩余量小于NO3剩余量，则说明作物甲偏好吸收NH4﹢。
8.（江苏百校第三次联考·26）研究人员开展玉米叶绿素含量测定方法的优劣比较，以期为玉米田间大样本叶绿素含量测定提供依据。下面是主要实验步骤和部分结果。试回答有关问题:
【叶绿素提取液配制】 80%丙酮，95%乙醇，丙酮乙醇（1∶1），丙酮乙醇水（4.5∶4.5∶1），丙酮甲醇（1∶1），丙酮甲醇水（4.5∶4.5∶1）
【主要试验步骤】 待玉米幼苗生长至2~3叶期，剪取叶片并剪成2 mm碎条。用研磨法（80%丙酮、
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95%乙醇）和直接浸提法（6种提取液）提取叶绿素，每种设3个重复。研磨法用滤纸过滤、洗涤，定容25 mL，立即测定色素液的吸光值。浸提在黑暗中进行，并不时摇动约14 h后，定容，测定吸光值，在放置4 h后再测定一次吸光值。计算叶绿素a（chl a）和叶绿素b（chl b）的相对含量，结果如下表。 提取 提取溶剂 方法 80%丙酮 95%乙醇 80%丙酮 95%乙醇 浸提 丙酮乙醇（1∶1） 丙酮乙醇水（4.5∶4.5∶1） 丙酮甲醇（1∶1） 丙酮甲醇水（4.5∶4.5∶1） 室温提取14 h chl a 研磨 168 1.51 1.62 1.56 1.87 1.83 1.70 1.69 .chl b 0.54 0.40 0.50 0.44 0.53 0.56 0.53 0.54
室温提取18 h chla+b chl chl a a+b chl b a+b chl 变幅/% 2.22 1.91 2.12 2.00 2.40 2.39 2.23 2.23 1.68 1.67 1.85 1.82 1.65 1.66 0.52 0.48 0.57 0.57 0.53 0.55 2.20 2.14 2.42 2.39 2.18 2.21 3.45 7.28 0.86 -0.12 -2.22 -0.97 （1）实验选择长2~3叶期的幼苗叶片，其原因是____。
“研磨”时除需要加入相应溶剂外，“浸提”在黑暗中进行的目的是____。 （2）还要加入的试剂有____。（3）结果表明，叶绿素在丙酮中的溶解度比在乙醇中____，单独使用丙酮或乙醇浸提速度比两种溶剂混合液提取效果____。浸提时间延长主要影响____的含量，该种色素的提取速度及其稳定性是叶绿素提取的关键。
（4）混合液浸提时，含有甲醇的混合液浸提速度快，但这种混合液浸提的不足之处是____。综合本研究，叶绿素提取的最佳浸提试剂是____。
【答案】 （1）. 叶片生长旺盛，叶肉细胞中叶绿体（素）含量丰富 （2）. SiO2、CaCO3 防止叶绿素在光下分解 （3）高 差 叶绿素a
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（4）叶绿素在其中的稳定性差，容易降解 丙酮乙醇（1∶1） 【解析】
（1）该实验选择长2~3叶期的幼苗叶片提取色素，因为这些叶片生长旺盛，叶肉细胞中叶绿体（素）含量丰富。
（2）叶绿体色素提取时加入无水乙醇或丙酮溶解色素的同时，还需要进入碳酸钙保护色素、二氧化硅使得研磨更充分；叶绿素容易见光分解，因此色素浸提最好在黑暗中进行，否则会影响实验结果的准确性。
（3）比较丙酮和乙醇单独研磨或浸提获得的色素总量，发现使用丙酮效果更好，说明色素在丙酮中的溶解度比在乙醇中高；单独使用丙酮或乙醇浸提速度比两种溶剂混合液提取效果差。比较浸提18 h与14 h获得的叶绿素a和b的量，不难发现叶绿素a含量变化比叶绿素b含量变化大；丙酮甲醇（水）浸提18 h叶绿素总量减少较明显，且叶绿素b含量基本不变，因此，叶绿素a的浸提速度及稳定性是叶绿素提取的关键。
（4）混合液浸提时，含有甲醇的混合液浸提速度快，但这种混合液浸提的不足之处是叶绿素在其中的稳定性差，容易降解。综合本研究，叶绿素提取的最佳浸提试剂是丙酮乙醇（1∶1）。
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