高中生物实验设计宝典

(3)实验结果：

【解析】依据原理是活细胞的细胞膜具选择透过性。实验目的是探索胚和胚乳细胞膜的活性。因此应首先确定研究的变

量(细胞膜的活性)，再设臵对照实验。通过对照组和实验组比较，得出结论。

【答案】实验步骤：①取材：选择10粒新鲜、饱满、粒大的玉米种子，浸入水中使其吸胀。将每粒种子沿中线切开，平均分成两组。将第一组切开的种子放入烧杯里，置于酒精灯(隔石棉网)上加水煮沸lO min以上，使其死亡。②浸染：将两组种子分别放入两只培养皿里，贴好标签。分别向两只培养皿中注入等量稀释的红墨水3～5 mL。③清洗观察：用清水分别冲洗两只培养皿里的种子，直至洗净浮色为止。观察两只培养皿里的玉米种子剖面的着色情况。

实验结果：①“对照组”煮熟的种子剖面上，胚和胚乳都染成红色；“实验组”只有胚乳变红。②种子的胚是活细胞，胚乳是死细胞，胚和胚乳细胞膜的活性不同。

【评价】本题以细胞膜的选择透过性知识为载体，考查学生运用所学的生物学知识，分析解决生产实践和社会生活中新问题的能力。明确实验目的，确定实验原理。遵循单一变量的实验原则，选择实验材料，设计实验步骤，预测实验结果，是解答此类题目的关键。

1.4验证型实验步骤设计

“验证”意味问题本身已是一个生物学事实。涉及的实验一般学生未做过，是让学生进行整体实验的分析和对有关信息和结果的解释，考查学生总体的实验能力。

【例5】请根据下列材料设计一个证明唾液淀粉酶是蛋白质的实验。

实验材料：0.1g/mL的NaOH溶液、0.01g/mL的CuSO4溶液、生鸡蛋、水、小烧杯、试管、滴管、脱脂棉、镊子、玻璃棒。 实验步骤：

【解析】鸡蛋蛋清主要成分是蛋白质，唾液中除水外主要成分是酶。蛋白质在碱性溶液中与CuSO4反应能产生紫色物质(蛋

白质的双缩脲反应)，如能证明唾液淀粉酶能发生双缩脲反应，即可证明唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质。

【答案】实验步骤：①制备蛋清：取生鸡蛋一个，打破蛋壳，取少许蛋清注入小烧杯中，加入30mL清水，用玻璃棒调匀。②取唾液：用清水将口漱净，口含一块脱脂棉，片刻后取出将其中唾液挤到小烧杯中。③对比实验：取2支试管，编上号。在1号试管中注入2mL蛋清液，在2号试管中注入2mL唾液，然后向2支试管中各加入2mL0.1g/mL的NaOH溶液，振荡。再向2支试管中各加入2～3滴O.01g/mL的CuSO4溶液，振荡。④结果观察：振荡后，静置一会儿，观察到1号和2号试管中都出现紫色。

该实验证明唾液中存在着与蛋清相同的成分，即蛋白质。而唾液中除水外主要成分是唾液淀粉酶，即唾液淀粉酶的本质是蛋白质。

【评价】本题是一个知识延伸迁移的验证性实验，掌握蛋白质的鉴定实验是设计此题的基础，设立对照实验是解决问题的关键。只有全面掌握与教材实验有关的知识，才能避免知识的遗漏，正确解答与教材相关的各种问题。

2.设计实验方案的解题策略与评价

题目给出实验目的及一些附加条件，让学生设计实验方案，写出实验原理。解答这类题目应首先根据题目的要求和给出的条件，确定所考查的知识点及相关的实验原理，构思相关的生物情景，然后再设计便于操作的实验方案。

2.1开放型实验方案设计

此类试题一般不提供实验设计器材，要求学生根据所学知识，确定解决此类试题的原理和方法。原理不同，设计的方案亦不同，具有较大的灵活性。

【例6】已知纯种的粳稻和糯稻杂交，F1全为粳稻。粳稻中含有直链淀粉遇碘呈蓝黑色(其花粉粒的颜色反应也相同)，糯稻含支链淀粉，遇碘呈红褐色(其花粉粒的颜色反应也相同)。现有一批纯种粳稻和糯稻，以及一些碘液。请设计实验方案验证基因的分离规律(实验过程中可自由取用必要实验器材，基因用M和m表示)。

实验方法： 。

实验步骤：

实验预期现象： 实验现象的解释：

实验结论： 【解析】对基因分离规律的验证，主要有3种方法：测交法、自交法和F1花粉鉴定法。

【答案】方案一：

实验方法：采用测交法加以验证。

实验步骤：(1)首先让纯合的粳稻与糯稻杂交，获取F1杂合粳稻。(2)让Fl代杂交粳稻与糯稻测交，观察后代性状分离现

象。

实验预期：测交后代出现两种不同表现型且比例为1：1。

实验现象解释：依据测交使用的糯稻为纯合体只产生一种含糯性基因(m)的配子，后代既然出现两种表现型，即粳稻和糯

稻，则F1必然产生两种类型的配子，即M和m。

实验结论：F1中含有M和m基因，且M和m这对等位基因在F1产生配子的过程中必然随同源染色体的分开而分离，最终产生了两种不同的配子，从而验证了基因的分离规律。

方案二：

实验方法：运用F1花粉鉴定法。

实验步骤：(1)首先让纯种粳稻和糯稻杂交。获得F1杂合粳稻。(2)F1开花时取其一个成熟花药，挤出花粉，置于载玻片

上，滴一滴碘液并用显微镜观察。

实验预期：花粉一半呈蓝黑色，一半呈红褐色。

实验现象解释：F1在产生配子的过程中产生了一种含M基因的配子(蓝黑色)和一种含m基因的配子(红褐色)。

实验结论：由此说明，F1在减数分裂产生配子的过程中所含的等位基因M和m随同源染色体的分开而分离，并最终形成了两种不同的配子。从而直接验证了基因的分离规律。

方案三：

实验方法：采用自交法加以验证。

实验步骤：(1)首先让纯合的粳稻与糯稻杂交，获得F1杂合粳稻。(2)让Fl杂合粳稻自交，观察后代性状分离现象。 实验预期：自交后代出现两种不同表现类型且比例为粳稻：糯稻＝3：1。

实验解释：依据自交使用的粳稻为杂合体，同时含有M和m基因，因此表现为粳稻。在F1进行减数分裂形成配子时，产

生了含有基因M和m的两种雌配子和两种雄配子，无论是雌配子还是雄配子基因M：m都接近1：l，雌雄配子的结合机会是相等的。因此，上述两种雌雄配子的结合所产生的F2便出现了两种表现型，粳稻：糯稻＝3：1。

实验结论：F1在进行减数分裂形成配子时，所含等位基因M和m随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随着配子遗传给后代，从而验证了基因的分离规律。

【评价】本题以粳稻和糯稻的杂交遗传为背景，以基因分离规律、自交、测交、淀粉鉴定等基础知识为载体，主要考查学生课本知识运用能力。

2.2基本操作流程方案设计

此类题目常出现在生物工程和遗传育种中，一般给出了培育新品种或生产新产品所需的原材料，要求学生通过分析题目所给出的条件，确定育种或生产生物工程产品所依据的生物学原理，并设计出最佳实验流程图或遗传图解。 【例7】请写出用一株基因型为AaBb的水稻培育出显性纯合体的最佳方案，用图解表示。

【解析】常见的育种方法有：杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种和基因工程育种等。杂交育种所需要的时

间长；诱变育种虽能加速育种的进程但目的性较差，有利变异少，需要大量处理供试材料，才能达到预期的结果；多倍体育种能使染色体数目成倍地增加，这一个特点不符合本题培育的目标；通过基因工程和细胞工程培育新品种，是将决定其他生物优良性状的遗传物质定向引入农作物中，使外源基因在农作物体内表达，也无法获得基因型为AABB的纯合体水稻。由于单倍体育种具有速度快、纯度高的特点，因此，单倍体育种是解决此题的最佳方案。

【答案】具体设计过程如下图所示。

【评价】此题考查的杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种、花药离体培养、秋水仙素的作用等，属于知识应用题。解题的关键是掌握这4种育种方法的优缺点，再根据题目要求寻找最佳方案。主要考查学生的审题能力和分析比较能力。

【例8】生产上培育无籽果实经常采用以下两种方法：(1)用适宜浓度的生长素溶液处理未授粉的番茄花蕾，使子房发育成无籽番茄。(2)用多倍体育种的方法获得无籽西瓜。现有某地明年需要种植大批无籽西瓜，请用最经济快捷的方式为其解决秧苗问题(用流程图简要表示)。

【解析】要想在短期内大批量地培育无籽西瓜秧苗，必须采用植物组织培养技术。植物组织培育是无性繁殖的一种类型，

其理论基础是植物细胞具有全能性。优点为：①能使后代保持亲本的一切性状(无籽性状等)；②无菌操作，一般不必考虑培育过程中因变异而引起后代性状的改变；③从植物上取材少，培育周期短，繁殖率高，便于工厂化生产、自动化管理。

【答案】组织培育的过程可以概括如图所示：

【评价】此题以无籽西瓜幼苗的培育为背景，考查学生对植物组织培养技术的理解和运用，属知识应用型题。

2.3评价型实验方案设计

此类题目具有明确的实验目的，并列举了若干套解决问题的方案，要求学生依据所掌握的生物学知识，分析评价已知方案的优缺点，并说明原因或进一步设计出可行的方案。

【例9】下图为某个学生根据体细胞杂交技术设计的生产破伤风杆菌抗体的方案。据图回答：