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(共20张PPT)
　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;饲喂甲状腺激素抑制剂的是条件对照组;饲喂生理盐水的是空白对照组
4.实验设计策略
专项突破
(2024·福建福州模拟)某班同学进行了探究影响酶活性的因素的实验,其中一名某同学设计了如下实验方案和步骤:①取3支大小相同的试管,编号为甲、乙、丙,分别向3支试管中加入2 mL糨糊;②再各加入2 mL新鲜的唾液淀粉酶溶液,振荡均匀;③将甲、乙、丙3支试管分别置于0 ℃、60 ℃、100 ℃下约5 min;④取出试管,各加入2 mL斐林试剂(边加边振荡),50~65 ℃水浴条件下观察试管内颜色的变化。
(1)本实验的因变量是　　　　　　　,观测指标为　　　　 　　　。
(2)同一小组的同学对此实验设计进行了简要评价,其中正确的是 　　。
①实验步骤不正确　②温度设置不合理　③不能用斐林试剂检验
(3)你的改进方案为 　。
淀粉的分解量
溶液颜色的变化
①和③
将斐林试剂改为用碘液检验;步骤②与步骤③对调
解析 (1)分析题干可知,该实验的自变量是温度,因变量为淀粉的分解量,观测指标是溶液颜色的变化。(2)实验中步骤②不正确,在3支试管中加入糨糊后,应该先将甲、乙、丙3支试管分别放在0 ℃、60 ℃、100 ℃下保温
5 min,再各加入2 mL新鲜的唾液淀粉酶溶液摇匀后,在各自温度中维持
5 min,因为酶具有高效性,在试管丙升温到100 ℃的过程中,酶已经和底物发生反应了。步骤③存在错误,这个实验中不能用斐林试剂检验,斐林试剂检验时需水浴加热,会干扰实验温度,可采用碘液检测淀粉的分解情况。(3)结合(2)可知,实验改进可将步骤②与步骤③对调;将斐林试剂改为用碘液检验即可。
专项训练
1.(2024·湖北黄石模拟)下列关于生物实验中“对照”及“变量”的相关叙述,正确的是(　　)
A.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中,没有进行对照
B.探究pH对酶活性影响的实验与探究酶活性的最适pH实验中,温度都属于无关变量,两个实验的自变量、因变量相同,但实验组数设置有所不同
C.观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原实验中,滴加蔗糖和清水,属于自变量,原生质体体积、位置变化为因变量,该实验也没有对照
D.探究温度对淀粉酶活性影响实验中,淀粉酶的浓度是自变量,不同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量
B
解析 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中,存在不加检测试剂的空白对照,A项错误;观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原实验中,存在前后自身对照,C项错误;探究温度对淀粉酶活性影响实验中,温度是实验的自变量,淀粉酶的浓度是无关变量,不同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量,D项错误。
2.(2024·山东聊城三模)植物体内的多半乳糖醛酸酶可将果胶降解为半乳糖醛酸,能促进果实的软化和成熟脱落。为探究该酶的特性,进行以下4组实验,条件及结果如下表。下列说法错误的是(　　)
条件及产物组别 果胶 多半乳糖醛酸酶 Ca2+ Mn2+ 55 ℃ 半乳糖醛酸
① + + - - - +
② + + + - - -
③ + + - + - +++
④ + + - - + ++
注:“+”表示存在和量的多少,“-”表示无,①~③组在常温下实验。
A.分析①②③组可知,多半乳糖醛酸酶的活性受不同离子的影响
B.分析①④组可知,其自变量为温度,因变量为半乳糖醛酸的量
C.55 ℃可能高于多半乳糖醛酸酶的最适温度
D.该实验可证明多半乳糖醛酸酶不具有专一性
答案 D　
解析 ①②③组的自变量为有无离子及离子的种类,因变量为半乳糖醛酸的有无及存在量,题表数据表明多半乳糖醛酸酶的活性受不同离子影响,A项正确;①④组条件只有温度不同,自变量为温度,因变量为半乳糖醛酸的量,B项正确;温度为55 ℃时,半乳糖醛酸的量低于③组,说明55 ℃可能高于多半乳糖醛酸酶的最适温度,C项正确;多半乳糖醛酸酶只能催化果胶的分解,具有专一性,D项错误。
3.(2024·天津二模)某实验小组利用新鲜的莴苣、菠菜、白菜叶片研究不同pH条件下三种生物材料的酶提取液对过氧化氢分解的影响。制备三种生物材料的酶提取液后,用pH为4、5、6、7、8、9、10的缓冲液分别进行稀释,然后与6 mL体积分数为5%的过氧化氢溶液混合,实验结果如图。下列叙述不正确的是(　　)
A.探究菠菜叶片过氧化氢酶的最适pH,可在pH为7~8之间减小梯度差进行实验
B.探究温度对酶活性的影响时,不能提取莴苣叶片中的过氧化氢酶进行实验
C.过氧化氢酶与过氧化氢结合后,结构发生改变,为过氧化氢分解提供大量活化能
D.该实验的自变量是pH和生物材料类型,因变量是过氧化氢分解速率,检测指标是氧气生成速率
答案 C　
解析 在pH为7和8时菠菜叶片氧气生成速率最大,均为0.9 mL/min,说明菠菜叶片细胞中过氧化氢酶的最适pH在7和8之间,因此若要测得菠菜叶片细胞中过氧化氢酶的最适pH,可在pH为7~8之间减小梯度差进行实验,比较不同pH条件下该酶的活性,A项正确;不能用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响,因为过氧化氢的分解受温度影响,B项正确;过氧化氢酶与底物结合后结构会发生改变,但在反应结束后又会恢复原状,酶能降低化学反应所需的活化能,而不是为化学反应提供活化能,C项错误;该实验是探究不同pH条件下三种生物材料的酶提取液对过氧化氢分解的影响,实验自变量为pH和生物材料的类型,因变量是过氧化氢分解速率,检测指标是氧气生成速率,D项正确。
4.(2025·湖南长沙月考)胰脂肪酶和α-淀粉酶是影响脂肪和淀粉消化、吸收的关键酶,控制其活性可以有效减少机体对糖类、脂质的吸收。花椒和辣椒是传统的调味香辛料,某研究小组制备了花椒(ZBM)和辣椒(CAL)的提取物,研究两者对胰脂肪酶和α-淀粉酶活性的抑制功能。回答下列问题。
注:IC50值越低,表示物质对酶活性的抑制能力越强。
(1)测定α-淀粉酶活性时,分别将α-淀粉酶、α-淀粉酶+提取物溶解于缓冲液中,各组实验在37 ℃的温度条件下预处理10 min后,加入等量的质量分数为1%的可溶性　　　　溶液,继续保温10 min,加入DNS试剂(用于测定还原糖含量),沸水浴终止反应,定量检测　　　　的生成量,计算α-淀粉酶活性的抑制率。沸水浴用于终止反应的原理是　　　　　　　　　　。
(2)研究小组研究了等浓度的两种提取物对胰脂肪酶和α-淀粉酶活性的抑制效果,结果如图所示。奥利司他和阿卡波糖分别是胰脂肪酶和α-淀粉酶的抑制剂,设置这两个处理组的作用及目的是　　　　　　　　　　 　　　　　。实验结果说明
　 　。
淀粉
还原糖
高温使酶变性失活
作为对照,进一步探究ZBM和CAL的抑制作用
ZBM对于胰脂肪酶和α-淀粉酶活性具有较为显著的抑制作用,而CAL无此功能
解析 (1)酶具有专一性,一种酶能催化一种或一类化学反应,故测定α-淀粉酶活性时,分别将α-淀粉酶、α-淀粉酶+提取物溶解于缓冲液中,需要加入底物淀粉;酶的活性可用单位时间内产物的生成量进行测定,故沸水浴终止反应后,定量测定还原糖的生成量;α-淀粉酶的本质是蛋白质,蛋白质在高温下变性失活,故沸水浴用于终止反应的原理是高温使酶变性失活。
(2)本实验目的是研究花椒(ZBM)和辣椒(CAL)的提取物对胰脂肪酶和α-淀粉酶活性的抑制功能,而奥利司他和阿卡波糖分别是胰脂肪酶和α-淀粉酶的抑制剂,故设置这两个处理组的作用及目的是作为对照,进一步探究ZBM和CAL的抑制作用;据图可知,ZBM和奥利司他对胰脂肪酶的抑制效果基本相同,ZBM和阿卡波糖对α-淀粉酶的抑制效果也较为接近,而CAL不具有该功能,故实验结果说明ZBM对于胰脂肪酶和α-淀粉酶活性具有较为显著的抑制作用,而CAL无此功能。

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