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高考生物专题精研课
1 运用“变量”思维解析与酶有关的实验设计
1.变量类型
2.实验设计遵循的三大基本原则
3.对照实验的类型及实验组、对照组的确认
空白对照 对照组为自然状态下不做处理的对象组,实验组为施加实验变量处理的对象组
自身对照 实验处理前的对象组为对照组,实验处理后的对象组为实验组
相互 对照 不单设对照组,而是几个实验组相互对照。如“影响酶活性的条件”的实验中,探究温度对酶活性的影响时,要用热水、正常温度的水、冰水三个实验组来探究温度对酶活性的影响,进行相互对照,以得出相应的实验结论
条件 对照 即给对象施加某种实验处理,虽不是检验假设需要的,但更能充分说明实验变量的对照。例如,在用动物激素饲喂小动物的实验方案中,饲喂甲状腺激素的为实验组;饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组;不饲喂药剂的是空白对照组
4.实验设计策略
【典例突破】
为探究“影响胶原蛋白酶活性的因素”,某生物兴趣小组设计了一个实验方案,如表所示。回答下列问题。
试管 底物和试剂 实验条件
1 蛋白质X;4 mL蒸馏水 37 ℃水浴;pH=7
2 蛋白质X;4 mL胶原蛋白酶 37 ℃水浴;pH=7
3 蛋白质X;4 mL胶原蛋白酶 ①;pH=3
4 蛋白质X;4 mL胶原蛋白酶 0 ℃水浴;pH=②
(1)实验方案中①②处分别为　　　　　　、　　　　　　　　。
(2)本实验的自变量是　　　　　　　,无关变量有　　　　　　　　(至少答出两点)。
(3)用双缩脲试剂检测上述4组实验后的溶液,溶液呈现紫色的试管有　　　　　　　。
(4)为便于观察、记录实验现象,需对蛋白质X进行特殊处理,使其　　　　,本实验就可以通过观察　　　　　　　　　　　　　　　　　推断酶活性的大小。
答案:(1)37 ℃水浴　7　
(2)胶原蛋白酶的有无、温度和pH　胶原蛋白酶的用量或浓度、蛋白质X的用量、保温时间等(答出任意两点即可)　
(3)1、2、3、4　
(4)凝固成块状(答出“呈现块状”即可)　单位时间或相同时间内蛋白块大小的变化情况(或记录蛋白块消失所需的时间,必须有“时间”这一关键词)
解析:
【对点训练】
1.(2022湖南模拟)下列有关实验设计的叙述,正确的是(　　)
A.实验材料的数量、温度和时间都可能是实验的变量
B.各种实验都必须单独设置对照组,确保单一变量
C.数据测量时只要认真准确记录,无需多次测量求平均值
D.探究实验中,实验结果总是与提出的假设一致
答案:A
解析:变量即实验过程中可以变化的因素,实验材料的数量、温度和时间都可能是实验的变量,A项正确;探究实验一般都需要设置对照组,但也可能均为实验组,各组之间形成相互对照,B项错误;进行数据测量时,为了减少误差,需多次测量求平均值,C项错误;探究实验中,可能出现实验的结果与假设矛盾,可能是假设不正确,那么就需要进一步查找资料,重新作出假设,也可能是实验过程中的某一环节出了问题,那么就需要重新进行实验,D项错误。
2.(2022沈阳模拟)实验设计应注重科学性、遵循实验设计原则。下列有关生物学实验的叙述,正确的是(　　)
A.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,自变量为催化剂,因变量为O2生成量
B.探究“温度对酶活性的影响”实验,可选用唾液淀粉酶,并且需要设置空白对照组
C.探究“pH影响酶活性”的实验,可选用胃蛋白酶,在pH为6~8范围设置不同实验组
D.探究“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验,可用斐林试剂鉴定产物中有无还原糖
答案:D
解析:“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,自变量为催化剂的种类和有无,因变量为O2生成速率,A项错误;探究“温度对酶活性的影响”实验,可选用唾液淀粉酶,不需要设置空白对照组,不同温度形成相互对照,B项错误;胃蛋白酶在pH为6~8范围内失活,C项错误;探究“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验,可用斐林试剂鉴定产物中有无还原糖来证明,D项正确。
3.生物实验中常用到对照实验的方法,以下实验的对照设置不正确的是(　　)
A.研究细胞核的功能时,将变形虫切成有核和无核两部分
B.探究酶具有高效性时,设置无机催化剂和生物酶两组实验
C.验证淀粉是光合作用的产物时,让叶片一半曝光、另一半遮光
D.验证胚芽鞘的感光部位在尖端时,设置保留尖端和去除尖端的两组
答案:D
解析:研究细胞核的功能时,将变形虫切成有核和无核两部分,A项正确;探究酶具有高效性时,设置无机催化剂和生物酶两组实验,B项正确;验证淀粉是光合作用的产物时,让叶片一半曝光,另一半遮光,C项正确;验证胚芽鞘的感光部位在尖端时,设置遮住尖端和不做处理的两组,D项错误。
4.(2022扬州模拟)如表是某研究性学习小组利用猪肝研磨液设计的“探究pH 对过氧化氢酶的影响”的实验思路,下列有关该实验思路的叙述,错误的是(　　)
操作步骤 操作方法 试管甲 试管乙
1 加体积分数为3%的H2O2 溶液 2 mL 2 mL
2 加质量分数为5%的盐酸溶液 1 mL —
3 加质量分数为5%的氢氧化钠溶液 — 1 mL
4 加质量分数为20%的猪肝研磨液 2滴 2滴
5 观察相同时间内试管中产生的气泡数量
A.将操作步骤1 、4 互换,可使实验思路更科学合理
B.应增设丙组对照,其处理是2 mL体积分数为3%的H2O2溶液+1 mLH2O+2滴质量分数为20%的猪肝研磨液
C.步骤5的操作方法可改为“记录试管内停止产生气泡所需的时间”
D.将实验自变量替换成“温度”可用来探究温度对过氧化氢酶的影响
答案:D
解析:H2O2 在加热的条件下易分解,因此探究温度对酶活性的影响时底物不宜用H2O2 ,D项错误。
5.(多选)下表所示是关于酶专一性的实验设计。下列叙述正确的是(　　)
步骤 1 2 3 4 5
淀粉 溶液 蔗糖 溶液 某酶 溶液 斐林 试剂 水浴加热
后观察现象
试管Ⅰ 2 mL — 2 mL 2 mL ①
试管Ⅱ — 2 mL 2 mL 2 mL
A.该实验的自变量是底物的种类,步骤3可选用新鲜的淀粉酶,也可选用蔗糖酶
B.该实验的无关变量有底物的量、酶的用量、温度、pH等
C.该实验的因变量也可用底物剩余量表示,可用碘液作为检测试剂
D.若“某酶溶液”是新鲜的淀粉酶,则现象①为无砖红色沉淀产生
答案:AB
解析:本实验用同种酶催化两种不同的物质来研究酶的专一性,自变量是底物的种类,步骤3可选用新鲜的淀粉酶或蔗糖酶,A项正确;本实验中的无关变量有底物的量、酶的用量、温度、pH等,B项正确;该实验不可用碘液作为检测试剂,因为蔗糖及蔗糖水解产物都不能跟碘液发生颜色反应,故用碘液无法判断蔗糖是否被催化水解,C项错误;若选择新鲜的淀粉酶,试管Ⅰ中的淀粉被水解生成还原性糖,所以现象①是产生砖红色沉淀,D项错误。

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