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第十一单元
实验设计
考查内容
1.能根据高中所学的生物学要点，把握实验进行的背景知识(生命观念)
2.具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说－演绎、建构模型与系统分析等科学研究方法(科学思维、科学探究)
3.能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订，并能用相关理论对实验中涉及的问题进行解释、推理，作出合理的判断或得出正确的结论(科学思维、科学探究)
4.利用实验设计方法的理论基础，掌握不同类型实验设计题的解题思路与方法(科学探究)
考点一　实验思路的规范审答
1.步骤书写模式
第一步：依据原理、处理材料
这一步不是所有实验题都要有，如叶绿体光下产生淀粉的实验材料需进行一段时间的饥饿处理，探究温度对酶活性的影响实验则不需要预先处理实验材料。
第二步：恰当选材、分组处理
恰当的实验材料是实验成功的前提，在取材时往往要在材料前加上合适的定语，如植物：大小相似、长势相同的同种植株；动物：体重、年龄、健康状况相同，有时还需要考虑性别。对照是实验控制的手段之一，如果要设空白或相互对照，就一定要分组编号。容器应使用大小相同的，如果使用滴管滴加不同溶液，应选用不同的滴管。
第三步：相同处理、不同处理
遵照实验设计的等量原则和单一变量原则，对实验组和对照组处理的试剂的量要表述出“等浓度”“等量”“适量”等。环境要求是“适宜条件下”，处理的时间或次数要表述出“相同”，给实验组要施以所要研究的因素处理。
第四步：观察比较、统计分析
根据所研究的材料和实验目的，确定合理的观测指标，比较实验组和对照组的实验现象。
2.方法点拨
浙江选考卷中实验思路的规范书写常涉及12个或8个采分点的“万能模板”：
(1)是否需要预处理：所选实验材料与自变量不一致时需对材料进行预处理，如对溶液进行梯度稀释，对实验对象进行处理。是否需要前测(自身前后对照，出现“促进”“增加”“抑制”“减少”“变化”“维持”“不变”等变化性词汇时需测定初始值)，测量…… ，记录并求平均值。
(2)取……一致的……若干，随机均分为……组(取决于对实验目的和要求的分析)，编号A、B、C…… 或甲、乙、丙……或组1、组2、组3……
(3)分组处理：A组添加适量的…… ，B组添加等量的…… ，是否需要特定处理或给予刺激(如口服葡萄糖等)。
(4)相同且适宜的条件下培养一段时间，测量每组…… (观察……现象/记录……数据/测量……指标)，并求平均值。
(5)统计、分析实验数据(是否需要折算因变量，如凋亡率、抑制率、平均值等)。
答题用词及表述的规范也是得分的关键。
例 1
(2025·浙江1月选考)为研究药物D对机体生理功能的影响和药物Z对细胞增殖的影响，某同学进行以下实验并提出一个实验方案。请回答下列问题：
给一组大鼠隔日注射药物D，每隔一定时间，测定该组大鼠的血糖浓度和尿糖浓度。
实验结果：血糖浓度增加，出现尿糖且其浓度增加。
(1)①由上述实验结果推测，药物D损伤了大鼠的__________细胞，大鼠肾小管中葡萄糖含量增加，会使其尿量________。同时大鼠的进食量增加，体重下降，原因是_______ _____________________________________________________________________________________________________________。
②检测尿中是否有葡萄糖，可选用的试剂是________________。
(2)为验证药物Z对肝癌细胞增殖有抑制作用，但对肝细胞增殖无抑制作用，根据以下材料和用具，完善实验思路，预测实验结果。
材料和用具：若干份细胞数为N的大鼠肝癌细胞悬液和肝细胞悬液、细胞培养液、药物Z、细胞培养瓶、CO2培养箱、显微镜等。
(说明与要求：细胞的具体计数方法不作要求，不考虑加入药物Z对培养液体积的影响，实验条件适宜。)
胰岛β
增加
胰岛素分泌不足，机体对血糖的利用减弱，供能不足，为补充能量，需增加食物的摄取，同时加速脂肪等非糖物质的转化与分解　
本尼迪特试剂
①完善实验思路。
ⅰ.取细胞培养瓶，分为A、B、C、D四组，分别加入细胞培养液。
ⅱ.____________________________________________________。
ⅲ.________________________________________。
ⅳ.____________________________________________________________________________________________________。
②预测实验结果(设计一个坐标，用柱形图表示最后一次检测结果)。
【答案】
药物Z对肝癌细胞和肝细胞增殖的影响
A、B组加入肝癌细胞悬液，C、D组加入肝细胞悬液
A、C组不加药物Z，B、D组加药物Z
将上述细胞培养瓶置于CO2培养箱，培养一段时间后，在显微镜下观察并计数细胞数，记录并处理所得数据　
【解析】(1)①注射药物D后，血糖浓度增加，说明药物D损伤了胰岛β细胞，导致胰岛素分泌减少。大鼠肾小管中葡萄糖含量增加，外环境渗透压升高，相当于内环境渗透压降低，会使下丘脑合成、垂体释放的抗利尿激素减少，肾小管和集合管对水的重吸收减弱，尿量增加。由于胰岛素分泌不足，机体对血糖的利用减弱，大量的葡萄糖随尿排出，供能不足，为补充能量，需增加食物的摄取，同时加速脂肪等非糖物质的转化与分解，从而导致大鼠的进食量增加，体重下降。②葡萄糖为还原糖，可用本尼迪特试剂检测。
(2)①该实验中自变量是药物Z处理的细胞类型和是否使用药物Z，因变量是细胞的增殖情况。所以可使用细胞培养瓶，分为A、B、C、D四组，分别加入细胞培养液；A、B组加入肝癌细胞悬液，C、D组加入肝细胞悬液；A、C组不加药物Z，B、D组加药物Z；将上述细胞培养瓶置于CO2培养箱，培养一段时间后，在显微镜下观察并计数细胞数，记录并处理所得数据。②据题意可知，药物Z对肝癌细胞增殖有抑制作用，但对肝细胞增殖无抑制作用，所以C、D组细胞正常增殖，而B组细胞受到抑制，A组(肝癌细胞＋无药物Z培养液)细胞数量较多，B组(肝癌细胞＋含药物Z培养液)细胞数量明显少于A组，C组(肝细胞＋无药物Z培养液)和D组(肝细胞＋含药物Z培养液)细胞数量相近且较多，大致呈现出B组柱形图高度最低，A组较高，C、D组高度相当且高于B组低于A组的情况。柱形图见答案。
考点二　验证性实验和探究性实验的整体设计
1.验证类与探究类实验的区别
比较
项目 探究性实验 验证性实验
实验
目的 探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系 验证研究对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系
实验
假设 假设一般采用“如果A，则B” 的形式表述，是根据现有的科学理论、事实，对所要研究的对象设想出一种或几种可能性的答案、解释 因结论是已知的，因此不存在假设问题(或已有实验过程、结果，在提出假设时，通过验证，得出假设是正确的)
实验
现象 未知，可以不描述 已知，应准确描述
比较
项目 探究性实验 验证性实验
实验结
果预测 对应假设，分类讨论。一般需讨论“如果出现结果①会怎样，如果出现结果②或③又会怎样”，一般有多种可能的结果。但有时也会出现“预测最可能的结果”的问题，此种情况应根据已有知识推测最合理的结果 与实验假设一致(不可与探究性的结果预测相混)
实验
结论 根据可能的实验结果，进行分析 对应实验目的做出肯定结论
2.实验设计的一般步骤
(1)了解实验目的：认真读题，弄清该题要验证的是什么样的生物学事实，即明确实验要解决什么问题。一般在题干中有“验证……”“证明……”，有些实验需要对其去粗取精，提炼要点。而探究性实验则要搞清楚需要探究什么。在此基础上，分析实验的自变量、因变量及其检测指标等要素。
(2)明确实验原理：实验原理就是设计该实验的理论依据是什么。这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、原理，并结合提供的实验仪器的使用方法和原理，以说明因变量检测指标确定的依据。原理一般是高中生物教材上的有关理论知识，分析该实验考查的是哪部分知识，联想该部分知识结构，用有关的生物学原理先解释清楚。
3.写出实验操作过程
(1)选材：选材应保持条件相同(如日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠)。
(2)分组编号：研究对象、器皿等要随机均分、分组标号，设立实验组和对照组。
(3)实验处理：分别对实验组和对照组施加单一变量(自变量)；除自变量外，实验组和对照组的培养、饲养等条件应相同且适宜，即控制无关变量。
(4)培养(或饲养)、观察、记录：培养条件一定相同，可以用“适宜、相同、合适、一定时间”等模糊词去表述，观察记录实验现象和实验数据。
(5)分析实验结果或者预测实验现象：验证性实验要根据所学知识和原理，分析得出应有的实验结果和推出相应的结论(此时一般只有一个结果和相应的结论，且结论与实验目的相对应)，如“验证……”“证明……”都可预测到与实验目的一致的结果。探究性实验在进行结果预测时，应讨论可能出现的各种情况，并根据各实验结果得出相应的结论。
(6)实验结论：通过对现象、结果的分析，概括出规律性的结论，结论一般应表述自变量与因变量的关系，是对实验目的的回答。
①验证性实验：因为(现象)→ 说明(分析原因)→ 证明(结论)，往往结论比较明确。
②探究性实验：如果(现象)→ 那么说明(结论)，往往结论有多个可能。
例 2
(2025·杭州模拟)动脉粥样硬化性心血管疾病是糖尿病(DM)的并发症之一，近年来研究发现糖尿病本身会引起不同T细胞数量失调，并促进组织的炎症损伤。
(1)多次测定________时血糖浓度，并结合其他指标可确定是否患糖尿病。
(2)T细胞起源于骨髓中的淋巴干细胞，在________中增殖、分化并发育成不同的类型，如辅助性T细胞17(Th17)和调节性T细胞(Treg)，测定T细胞数量时，采集外周血液通过________________(填“差速离心”或“密度梯度离心”)后，抽吸淋巴细胞层，再进行悬浮、标记后进行计数和统计。
(3)研究DM引起的T17/Treg比例失调对DM大鼠动脉内皮细胞凋亡的影响。完善实验思路，预测实验结果并进行讨论与分析。
材料与用具：正常大鼠、链脲佐菌素(STZ)、甘精胰岛素注射液、柠檬酸盐缓冲液、各种检测试剂盒及仪器等。
(要求与说明：检测各项指标具体方法不作要求，细胞因子IL－6、TNF－α为炎症反应的标志物，Cas－3和Bcl－2为凋亡蛋白，实验条件适宜等。)
空腹
胸腺
密度梯度离心
实验步骤：
①建立DM模型：正常大鼠＋柠檬酸盐缓冲液＋STZ
②分组和处理：
甲组：正常大鼠＋注射柠檬酸盐缓冲液；
乙组：____________________________；
丙组：______________________________；
按剂量每日1次，相同且适宜条件下培养8周。
③观察与检测：分别在建模前、建模后和处理后检测各项指标。处理后检测的结果如下表和如图所示：
DM对主动脉组织中炎症因子水平、内皮细胞中相关凋亡蛋白mRNA水平以及Th17/Treg平衡的影响
指标 IL－6 TNF－a Cas－3
mRNA Bcl－2
mRNA Th17
/% Treg
/% Th17
/Treg
甲 9.57 16.87 0.82 2.46 0.95 3.45 c
乙 19.24 39.46 a b 2.72 2.21 d
丙 13.86 22.35 2.47 2.12 1.5 3.26 e
DM大鼠＋柠檬酸盐缓冲液
DM大鼠＋甘精胰岛素注射液
请结合表中数据和图中表达量，完善坐标系，并用柱形图表示凋亡标志蛋白mRNA水平和Th17/Treg比例检测结果。
【答案】
④结果分析：
ⅰ.DM会引起大鼠的主动脉组织周围IL－6和TNF－α的水平升高，引发____________，导致血管细胞的损伤而死亡。TNF－α是胰岛素抵抗的关键分子，TNF－α显著增加又加重DM患者葡萄糖代谢异常，说明机体对TNF－α产生的调节是__________调节。
ⅱ.根据凋亡标志蛋白Cas－3和蛋白Bcl－2的表达量变化，可推测二者对血管内皮细胞凋亡的影响分别是____________________________作用，而使用胰岛素进行治疗后，动脉病变情况显著缓解。
ⅲ.本次研究结果显示胰岛素干预后______________________________(填两类T细胞数量变化)，Th17/Treg失衡恢复，进而缓解血管内皮细胞的炎症损伤和凋亡。
⑤结论：Th17/Treg免疫细胞介导炎症反应可能参与了DM引起的动脉内皮细胞________，导致心血管疾病发生。
炎症反应
正反馈
促进、抑制(顺序不能换)　
Th17降低而Treg升高　
凋亡
【解析】(1)为了排除进食引起的血糖浓度升高对血糖检测的影响，应多次测定空腹时血糖浓度，并结合其他指标可确定是否患糖尿病。
(2)T细胞起源于骨髓中的淋巴干细胞，在胸腺中增殖、分化并发育成不同的类型。在进行T细胞数量测定时，采集外周血液后，通常会通过密度梯度离心的方法来分离淋巴细胞。
(3)①链脲佐菌素(STZ)是一种在实验室中广泛用于诱发糖尿病的化学物质。研究DM引起的T17/Treg比例失调对DM大鼠动脉内皮细胞凋亡的影响，需要建立DM模型，其方法为正常大鼠＋柠檬酸盐缓冲液＋STZ。②实验的自变量为大鼠类型、注射的溶液种类，依据实验设计遵循的单一变量原则、对照原则等，可将实验分为甲、乙、丙三组，各组的处理分别为正常大鼠＋注射柠檬酸盐缓冲液(甲组)、DM大鼠＋柠檬酸盐缓冲液(乙组)、DM大鼠＋甘精胰岛素注射液(丙组)。③图中Cas－3和Bcl－2的含量与Cas－3mRNA和Bcl－2mRNA的水平呈正相关。由图可知：Cas－3的含量为乙组＞丙组＞甲组，且均低
于内参蛋白；Bcl－2的含量为乙组最低、丙组略低于甲组，且均低于内参蛋白。根据表中数据可计算出甲、乙、丙三组的Th17/Treg的值分别约为0.28、1.23、0.46。综上分析，结合表中数据，绘制的相关柱形图如答案所示。④ⅰ.细胞因子IL－6、TNF－α为炎症反应的标志物。表中信息显示：乙组大鼠的IL－6、TNF－α含量最高，说明DM会引起大鼠的主动脉组织周围IL－6和TNF－α的水平升高，引发炎症反应，导致血管细胞的损伤而死亡。TNF－α是胰岛素抵抗的关键分子，TNF－α显著增加又加重DM患者葡萄糖代谢异常，说明机体对TNF－α产生的调节是正反馈调节。ⅱ.Cas－3和Bcl－2为凋亡蛋白，由图和表中信息可知：Cas－3的含量为乙组＞丙组＞甲组，Bcl－2的含量为乙组最低、丙组略低于甲组，说明凋亡标志蛋白Cas－3和蛋白Bcl－2对血管内皮细胞凋亡的影响分别是促进、抑制。ⅲ.由表中信息可知：Th17占比乙组＞丙组＞甲组，而Treg占比甲组＞丙组＞乙组，说明使用胰岛素干预后，Th17降低而Treg升高，Th17/Treg失衡恢复，进而缓解血管内皮细胞的炎症损伤和凋亡。⑤综上分析：Th17/Treg免疫细胞介导炎症反应可能参与了DM引起的动脉内皮细胞凋亡，导致心血管疾病发生。
考点三　实验步骤的纠错
此类题目通常提供错误的实验设计，要求学生在熟悉实验原理的基础上，找出错误并予以改正。
判断流程：
步骤及操作错误分析主要有以下情况：
例3
某研究小组为验证糖尿病是由胰岛素缺乏引起的，设计了以下实验：
实验材料：健康且年龄、大小等相同的小鼠若干，胰岛素，本尼迪特试剂及其他必需用品。
实验步骤：
第一步：随机选择2只小鼠，切除其中一只小鼠的胰腺，另一只小鼠不切除胰腺但做相应的切割处理。
第二步：一段时间后分别收集小鼠适量的尿液于试管中，然后滴加本尼迪特试剂，观察颜色变化。
第三步：给切除胰腺的小鼠喂食适量的胰岛素，一段时间后收集适量的尿液于试管中，滴加本尼迪特试剂，观察颜色变化。
请根据以上内容回答问题。
指出上述实验步骤中的3项错误：
(1)______________________________________。
(2)________________________________________________________________。
(3)______________________________________________________________。
【解析】(1)第一步：随机选择2只小鼠，小鼠数量太少，不能排除偶然因素对实验结果的影响。
(2)第二步、第三步：滴加本尼迪特试剂，需要水浴加热，才能观察到颜色变化。
(3)第三步：给切除胰腺的小鼠喂食适量的胰岛素，胰岛素喂食，会因被消化而失去活性。
第一步：选择2只小鼠(小鼠的数量太少)
第二步、第三步：滴加本尼迪特试剂，观察颜色变化(无水浴加热)
第三步：给切除胰腺的小鼠喂食适量的胰岛素(胰岛素不能喂食)　
例 4
某科研小组通过实验研究了两种不同的酶抑制剂对某消化酶酶促反应速率的影响，结果如图所示。请回答下列问题：
(1)该实验的自变量有__________________________________，该实验的无关变量有________________________________________(答出两种即可)，为了保证实验的高效进行，应保证各无关变量______________。
(2)分析图中抑制剂Ⅰ与抑制剂Ⅱ，抑制酶活性能力更强的是____________。
(3)随着底物浓度的升高，抑制剂______的作用逐渐减小甚至消失。
抑制剂的有无和种类以及底物浓度
温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量等
相同且适宜
抑制剂Ⅱ
Ⅰ
(4)某同学认为该实验小组的实验过程应是：
a.将某消化酶溶液等分为①②③三组，将每组等分为若干份；
b.在一定条件下将三组消化酶溶液与等量的不同浓度的底物混合；
c.在①中加入一定量的蒸馏水，②中加入等量的抑制剂Ⅰ，③中加入等量的抑制剂Ⅱ；
d.定时取样检测各反应中底物的量或产物的量，记录实验结果并绘图。
你认为该实验操作是否正确？__________，如果不正确，请进行改正：______________ ______________________________________________。
不正确
步骤c应与步骤b互换，即先对酶溶液进行相应处理再加入底物　
【解析】(1)实验中的变量可以分为自变量、因变量和无关变量。由图可知，该实验的自变量有抑制剂的有无和种类以及底物浓度。该实验的无关变量有温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量、反应时间等。无关变量要保持相同且适宜，避免无关变量对实验结果的干扰。
(2)由图分析可知，底物浓度为S1后(或超过一定的底物浓度后)曲线③的反应速率小于曲线②，可知抑制剂Ⅱ抑制酶活性的能力更强。
(3)由图可知，随着底物浓度的升高，曲线②的酶促反应速率逐渐与曲线①无抑制剂时相同，即抑制剂Ⅰ的作用逐渐减小甚至消失。
(4)若在对酶处理前，先将酶与底物混合，二者即可发生反应，则不能保证酶促反应全部发生在酶抑制剂处理过的条件下，从而影响实验结果。应先对酶进行不同的处理，然后再将处理后的酶与底物混合，即步骤c应与步骤b互换，即先对酶溶液进行相应处理再加入底物。
课时作业
答案速对
第十一单元　作业56　 实验设计的方法、思路和分析讨论
题号 1 2 3 4 5 6 7
答案 D C B 见答案 见答案 见答案 见答案
1.下列各项实验使用的科学方法，错误的是(　 　)
A.对比实验——探究酵母菌细胞的呼吸方式
B.同位素标记法——追踪碳反应中碳的转移途径
C.差速离心法——分离各种细胞器
D.提出假说——探究植物细胞的吸水与失水
D
2.下列调查活动或实验中，所得实验数据与实际数值相比，可能偏大的是(　 　)
A.使用稀释涂布平板法计数时，以菌落数统计接种的菌体数
B.样方法调查草地中的蒲公英时，不统计正好在样方线上的个体
C.标志重捕法调查池塘中鲤鱼的种群密度时，部分鲤鱼身上的标志物脱落
D.调查土壤小动物丰富度，用诱虫器(或干漏斗分离器)分离小动物时没有打开电灯
【解析】平板上长出的菌落可能是由两个或两个以上的细胞增殖产生的细胞群体，所以以菌落数统计接种的菌体数结果会偏小，A不符合题意；样方法调查草地中的蒲公英时，只统计样方内的个体，会导致所得到的数值可能比实际数值偏小，B不符合题意；用标志重捕法调查一定范围内某动物的种群密度，其种群密度的估算值=第一次捕获并标记的个体数×第二次捕获的个体数/第二次捕获的有标记的个体数，若标志物脱落，则会导致所得到的数值可能比实际数值偏大，C符合题意；土壤小动物具有避光、避高温、趋湿的的特性，调查土壤小动物丰富度，用诱虫器分离小动物时若没有打开电灯，则所得到的数值可能比实际数值偏小，D不符合题意。
C
3.下列关于生物学实验中常用技术或方法的叙述，错误的是(　 　)
A.对生物膜结构的研究和对DNA结构的研究都用到了物理模型
B.3H标记的亮氨酸追踪分泌蛋白转移途径和DNA分子复制方式的研究都是通过追踪放射
性同位素来得出结论
C.可用溴麝香草酚蓝溶液检测酵母菌厌氧呼吸产生的CO2，颜色由蓝变绿再变黄
D.从细胞中分离各种细胞器和DNA分子的复制方式的研究都用到了离心技术
【解析】生物膜的流动镶嵌模型和DNA的反向平行双螺旋结构模型均属于物理模型，A正确；3H记的亮氨酸追踪分泌蛋白转移途径是通过追踪放射性同位素来得出结论，研究DNA分子的复制所用的14N、15N不具有放射性，B错误；用溴麝香草酚蓝溶液检测酵母菌厌氧呼吸产生的CO2可观察到溶液由蓝变绿再变黄，C正确；用差速离心法从细胞中分离各种细胞器，用密度梯度离心法探究DNA分子的复制方式，从细胞中分离各种细胞器和DNA分子的复制方式的研究都用到了离心技术，D正确。
B
4.(2024·浙江6月选考)原产热带的观赏植物一品红，花小，顶部有像花瓣一样的红色叶片，下部叶片绿色。
请回答下列问题：
(1)科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色，提出了问题：红叶是否具有光合作用能力。
②该同学检索文献获得相关资料：植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法，先将叶片浸入沸水处理；再转入热甲醇处理；然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开，滴加碘－碘化钾溶液(或碘液)，观察颜色变化。
③结合上述资料，作出可通过实验验证的假设：___________________________________ ___________________________________________________________________。
假设一：若红叶能进行光合作用，则能合成淀粉(或假设二：若红叶不能进行光合作用，则不能合成淀粉)
④为验证假设进行实验。请完善分组处理，并将支持假设的预期结果填入表格。
⑤分析：检测叶片淀粉的方法中，叶片浸入沸水处理的目的是______________________ ____________。
热甲醇处理的目的是______________________。
分组处理 预测结果
绿叶＋光照 变蓝
绿叶＋黑暗 不变蓝
i________________ ii______________________
________________________
iii________________ iv____________
红叶＋光照
变蓝(对应假设一)
或不变蓝(对应假设二)
红叶＋黑暗
不变蓝
增加细胞透性，使水溶　
性色素渗出
充分去除脂溶性色素
(2)对一品红研究发现，红叶和绿叶的叶绿素含量分别为0.02 g(Chl)·m－2和0.20 g(Chl)·m－2，红叶含有较多的水溶性花青素。在不同光强下测得的qNP值和电子传递速率(ETR)值分别如图甲、乙所示。qNP值反映叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力；ETR值反映光合膜上电子传递的速率，与光反应速率呈正相关。花青素与叶绿素的吸收光谱如图丙所示。
甲　　 乙 丙
①分析图甲可知，在光强500~2 000 μmol·m－2·s－1范围内，相对于绿叶，红叶的______________________能力较弱。分析图乙可知，在光强800~2 000 μmol·m－2·s－1范围内，红叶并未出现类似绿叶的光合作用被________现象。结合图丙可知，强光下，贮藏于红叶细胞________内的花青素可通过____________的方式达到保护叶绿体的作用。
②现有实验证实，生长在高光强环境下的一品红，红叶叶面积大，颜色更红。综合上述研究结果可知，在强光环境下，红叶具有较高花青素含量和较大叶面积，其作用除了能进行光合作用外，还有保护__________________的功能。一品红的花小，不受关注，但能依赖花瓣状的红叶吸引________________________，完成传粉。
叶绿体去除过剩光能
抑制
液泡
吸收光能
自身和下部绿叶
媒介生物(传粉动物)　
【解析】(1)通过观察后提出了如下问题：红叶是否具有光合作用能力，在题干所提供的资料背景下，可进一步提出假设：若一品红的红色叶片具有光合作用的能力，则红色叶片内可检测到淀粉，反之则无法在红叶内检测到淀粉。在题干所提供的两组分组实验和预测结果的提示下，若红叶可进行光合作用，则另外两组分组和预期的实验结果为红叶＋光照(变蓝)、红叶＋黑暗(不变蓝)；若假设红叶不可进行光合作用，则另外两组分组和预期的实验结果为红叶＋光照(不变蓝)、红叶＋黑暗(变蓝)，实验分组需要与假设对应。分析检索到的材料，显色反应需要对检测材料进行脱色处理，排除原有颜色对显色的干扰；故沸水处理的目的是增加细胞透性，使水溶性色素渗出；热甲醇处理的目的是充分溶解尽可能去除脂溶性色素，去除胞内色素后，根据显色情况就可以进行判断。
(2)①分析图甲可知，在相应的光强范围内，红叶的qNP值低，而qNP值则反映叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力，则说明红叶叶绿体去除过剩光能的能力要弱于绿叶；分析图乙可知，在相应光强范围内，红叶并未出现类似绿叶的光合作用被抑制的现象；结合图丙可知，强光下，液泡中的花青素通过吸收光能，以减少叶绿体色素对光能的吸收，达到保护叶绿体的作用。②在强光环境下，颜色更红、面积更大的红叶除了能进行光合作用外，还能在通过液泡内的花青素吸收光能达到保护红叶自身和位于其下部的绿叶的作用；一品红的花瓣状的红叶可以吸引传粉动物来帮助传粉，以解决花小的不利因素。
5.(2024·浙江1月选考)不经意间观察到一些自然现象，细究之下，其实有内在的逻辑。请回答下列问题：
学者在野外考察中发现了一些现象，生活在寒冷地带的木本植物，多数体表颜色较深，如叶为墨绿色，茎或枝条为黑褐色；而生活在炎热地带的木本植物，往往体表颜色较浅，如叶为浅绿色，茎或枝条为浅绿色。有些学者对此现象的解释是：在寒冷环境下，深色体表的植物能吸收较多的太阳能，有利于维持细胞内酶的活性。
(1)某同学设计了实验方案以验证学者们的解释是否正确。在①②④各环节的选项中，分别选择1~2项，填入方案中的空格，完善一套实验方案，使之简单、可行。
①实验材料或器材的选择预处理：________；
A.两组等容量的烧杯，烧杯内盛满水
B.两种生长状态类似且体表颜色深浅有明显差异的灌木
C.一组烧杯的外壁均涂上油漆，另一组不涂
D.所有植物根植于相同条件的土壤中
AC
②选定正确的监测指标：______；
A.植物生物量的增加值 B.温度
C.植物根长的增加值 D.植物高度的增加值
③实验处理和过程：仿照寒冷地带的自然光照条件，将两组材料置于低温条件下(4 ℃)，每次光照5小时。记录处理前后指标的量值。实验重复3次。
④预测实验结果和得出实验结论。若_____________________________，则学者们的说法成立，否则无法成立。
A.深色组水体的温度值高于浅色组 B.深色组植物体表的温度值高于浅色组
C.深色组植物高度的增加值大于浅色组 D.深色组与浅色组测得的指标差异显著
(2)上述实验环节中，选定此监测指标的理由是：①____________________________，②监测便捷。
(3)结合本实验的研究结果，植物吸收的太阳能既能用于____________，又能用于____________________。
(4)基于本实验，为了让耐寒性较弱的行道树安全越冬，可采取的合理有效措施有__________________________________(答出一点即可)。
B
AD(或①BD　②B　④BD)　
能反映植物吸收能量的多少
维持温度
光合作用/光反应
用深色保温材料包裹/涂深色颜料
【解析】(1)本实验的目的为验证深色体表的植物能吸收较多的太阳能，从而更好地维持细胞内酶的活性，其实质是验证深色材料能吸收更多太阳能从而提高材料的温度。因此选用涂、不涂油漆的烧杯或者体表颜色深浅有明显差异的灌木作为实验材料进行对照实验皆可。
(2)在短时间内通过测量温度变化可验证学者们的说法；若学者们的说法成立，涂有油漆的烧杯和深色体表的植物都会因吸收了更多的太阳能而使温度增加值更大，即温度变化能反映植物吸收能量的多少。
(3)植物吸收的太阳能既能用于维持体温以保持酶的活性，又能用于光合作用的光反应。
(4)基于题述原理，用深色保温材料包裹或者涂深色颜料都可以提高行道树对太阳能的吸收量，从而提高其耐寒性。
6.(2025·绍兴模拟)1995年，一种能够抑制食欲的化学物质被确认并命名为瘦素，同时还发现瘦素具有促进脂肪组织分解的作用。为研究瘦素促进脂肪组织分解的作用机制，研究者以小鼠作为实验材料，开展了系列研究。
(1)研究者检测了一系列和脂肪分解有关的酶在瘦素作用下的活性变化，其中激素敏感性脂肪酶(HSL)和磷酸化的激素敏感性脂肪酶(p－HSL)的含量，检测结果如图所示。据此推测瘦素通过______(A.促进HSL的合成　B.促进HSL的分解　C.使HSL磷酸化　D.使p－HSL去磷酸化)进而促进脂肪分解。
(2)根据(1)得到的结果，研究瘦素促进脂肪组织分解的实验，除了可直接利用______________染色后检测脂肪组织体积外，还可以选择物质M的含量作为检测瘦素作用的指标，物质M应是______________(填“HSL”或“p－HSL”)。
C
苏丹Ⅲ染液
p－HSL
(3)已知激活脂肪组织处的交感神经具有与瘦素处理类似的作用。于是研究人员提出了“瘦素通过激活脂肪组织处的交感神经促进脂肪分解”的假设。为验证该假设，科研人员开展了以下实验，请完善实验思路，预测实验结果并进行分析。
材料与用具：生理状况相同的健康小鼠若干、瘦素、抑制交感神经的药物、生理盐水等。
(要求与说明：药物的注射方法、交感神经兴奋性的测量、物质M含量测定的方法不作要求。)
①完善实验思路：
Ⅰ.将生理状况相同的健康小鼠若干，随机均分成甲、乙、丙三组；
Ⅱ.甲组注射适量生理盐水后检测交感神经的兴奋性并记录，随后立即再次注射适量生理盐水，一段时间后检测交感神经的兴奋性和物质M的含量并记录；
Ⅲ.乙组注射适量生理盐水后检测交感神经的兴奋性并记录，随后立即注射适量________，一段时间后检测交感神经的兴奋性和物质M的含量并记录；
Ⅳ.丙组注射适量______________________后检测交感神经的兴奋性并记录，随后立即注射适量________，一段时间后检测交感神经的兴奋性和物质M的含量并记录；
瘦素
抑制交感神经的药物
瘦素
Ⅴ.统计分析实验数据。
②预测实验结果(设计一个坐标，用柱形图表示物质M的检测结果)。
【答案】
③分析和讨论：研究表明多数肥胖患者体内并不缺少瘦素，而是存在“瘦素抵抗”，根据以上实验研究成果分析，导致“瘦素抵抗”的两种可能原因是：_________________ _________________、________________________。
瘦素不能激活HSL　
的磷酸化过程
瘦素不能激活交感神经
【解析】(1)观察检测结果，可以看到在瘦素存在时，p－HSL的含量增加，而HSL的含量基本不变。这表明瘦素不是促进HSL的合成，也不是促进HSL的分解，更不是使p－HSL去磷酸化，而是使HSL磷酸化从而促进脂肪分解，C正确，A、B、D均错误。
(2)在检测脂肪组织体积时，常用苏丹Ⅲ染液染色，这样可以使脂肪组织呈现特定颜色，便于观察和检测其体积变化。 由(1)可知瘦素通过使HSL磷酸化促进脂肪分解，p－HSL是HSL磷酸化后的产物，且与脂肪分解相关，所以可以选择p－HSL的含量作为检测瘦素作用的指标。
(3)①Ⅲ.乙组作为瘦素作用组，注射适量生理盐水后检测交感神经的兴奋性并记录，随后立即注射适量瘦素，一段时间后检测交感神经的兴奋性和物质M的含量并记录。Ⅳ.丙组注射适量抑制交感神经的药物后检测交感神经的兴奋性并记录，随后立即注射适量瘦素，一段时间后检测交感神经的兴奋性和物质M的含量并记录。②本实验的实验目的是验证“瘦素通过激活脂肪组织处的交感神经促进脂肪分解”，其中物质M(p－HSL)的含量直接反映脂肪分解的程度，即p－HSL 含量越高，脂肪分解越强。甲组为对照组，两次注射生理盐水，交感神经未被激活，HSL磷酸化程度最低，因此p－HSL含量最低。乙组先注射生理盐水，再注射瘦素。瘦素可激活交感神经，进而促进HSL磷酸化，因此p－HSL含量最高。丙组先注射抑制交感神经的药物，再注射瘦素。由于交感神经被药物抑制，瘦素无法通过激活交感神经来促进HSL磷酸化，因此p－HSL含量与甲组无明显差异，显著低于乙组。柱状图见答案。③分析和讨论：多数肥胖患者体内并不缺少瘦素，而是存在“瘦素抵抗”。根据实验研究成果，导致“瘦素抵抗”的可能原因一是瘦素不能激活交感神经，使得交感神经无法发挥促进脂肪分解的作用；二是瘦素不能激活HSL的磷酸化过程，从而无法促进脂肪分解。
7.肺纤维化是一类以肺组织胶原纤维过度沉积为特征的致死性疾病。研究发现转录因子PU1可引起M2型肺巨噬细胞的过量产生，从而引发肺纤维化。为验证上述结论，根据提供的实验材料，完善实验思路，预测实验结果，并进行分析与讨论。请回答下列问题：
实验材料：适龄、健康的雄性小鼠若干只，博来霉素(BLM，肺纤维化诱导剂)，磷酸盐缓冲液(PBS)，DB1976(转录因子合成抑制剂，用生理盐水配制)，生理盐水等。
(要求与说明：实验中涉及的剂量不作具体要求。饲养条件适宜。)
(1)完善实验思路：
①选取若干只适龄、健康的雄性小鼠，随机均分为甲、乙、丙3组。
②第0天：
甲组：每只小鼠气管内灌注一定量的PBS。
乙组：每只小鼠气管内灌注一定量的BLM。
丙组：____________________________________。
每只小鼠气管内灌注一定量的BLM
③第1天：
甲组：____________________________________。
乙组：每只小鼠腹腔注射一定量的DB1976。
丙组：____________________________________。
各组小鼠均正常饲养至第21天，统一处死小鼠，采集样本检测M2型肺巨噬细胞标志物 IL－10含量和血清肺纤维化标志物含量，计算平均值并记录。
(2)预测实验结果，以柱形图表示。
【答案】
每只小鼠腹腔注射一定量的生理盐水
每只小鼠腹腔注射一定量的生理盐水
(3)分析与讨论：
第0天甲组每只小鼠气管内灌注PBS的作用是___________________________________。
已知BLM的给药途径有气管内灌注和经鼻滴入等，BLM的浓度和给药途径都会影响肺纤维化模型小鼠的建模。若要研究使用BLM快速建成肺纤维化模型小鼠，则可通过__________________________________________________________________________________________，以确定快速建模所需BLM的适宜浓度和给药途径的组合。
排除灌注操作及溶剂对实验结果的干扰
设置一系列浓度梯度的BLM，每个浓度进行不同的给药途径，比较不同组合建模成功所需的时间
【解析】(1)②本实验的实验目的是验证转录因子PU1可引起M2型肺巨噬细胞的过量产生，从而引发肺纤维化，已知博来霉素BLM是一种肺纤维化诱导剂，DB1976是转录因子合成抑制剂，实验分组及处理是甲组：每只小鼠气管内灌注一定量的PBS；乙组：每只小鼠气管内灌注一定量的BLM；丙组：每只小鼠气管内灌注一定量的BLM。③实验开始第一天乙组每只小鼠腹腔注射一定量的DB1976，甲和丙组每只小鼠腹腔注射一定量的生理盐水。各组小鼠均正常饲养至第21天，统一处死小鼠，采集样本检测M2型肺巨噬细胞标志物IL－10含量和血清肺纤维化标志物含量，计算平均值并记录。
(2)转录因子PU1可引起M2型肺巨噬细胞的过量产生，从而引发肺纤维化，丙组每只小鼠气管内灌注一定量的BLM，相比甲组，M2型肺巨噬细胞标志物IL－10含量更多，血清肺纤维化标志物含量更多；乙组每只小鼠气管内灌注一定量的BLM，且每只小鼠腹腔注射一定量的DB1976，在一定程度上抑制了转录因子PU1的形成，因此相比丙组，M2型肺巨噬细胞标志物IL－10含量和血清肺纤维化标志物含量均较少，空白对照甲组两种物质含量最少。综合分析，柱形图见答案。
(3)实验第0天甲组每只小鼠气管内灌注PBS的作用是排除灌注操作及溶剂对实验结果的干扰，保证实验的科学严谨。由于BLM的给药途径有气管内灌注和经鼻滴入等，BLM的浓度和给药途径都会影响肺纤维化模型小鼠的建模。因此若要研究使用BLM快速建成肺纤维化模型小鼠，则可通过设置一系列浓度梯度的BLM，每个浓度进行不同的给药途径，比较不同组合建模成功所需的时间以确定快速建模所需BLM的适宜浓度和给药途径的组合。

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