1、充分利用经典实验创编实验设计题经典实验是科学家精心思考、巧妙设计、反复实践，经后人多次重复证明是正确的和最具代表性的实验。经典实验的“经典”之处在于其本身蕴涵着众多生物学知识，蕴涵着众多科学家的科学思维方法以及艰难的科学探究历程因而经典实验是高考命题的重要素材。在实验专题复习中充分利用经典实验，巧编习题，必能使学生在掌握知识的同时，领会对照实验的设置、实验结果的分析等实验设计的实质，达到提升实验设计一能力和实验分析能力的目的。1 经典实验例题解析1. 1 光合作用的发现例 1 在光合作用发现和研究过程中有许多著名的实验，其中美国科学家用水绵进行光合作用的实验就是其中之一。请根据该实验回答问题：
2、（1)恩格尔曼选择水绵作为研究材料的优点是 ，好氧细菌的作用是 （2）将水绵和好氧细菌制成临时装片，为排除外界环境的干扰，必须放在 环境里。（3)用极细的光束照射到水绵的某部位，通过显微镜观察发现到的现象是 (4）如果临时装片完全暴露在光下，好氧细菌的分布特征是 （5)该实验证明 (6)恩格尔曼在以上实验的基础上，紧接着又做了一个实验：他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝光区域。从这一实验你能得出什么结论？ 解析恩格尔曼的实验在设计上有以下几个巧妙的地方：一是选用水绵作为实验材料，水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分
3、析研究；二是将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常地进行（水滴中溶有二氧化碳，水绵的光合作用可以进行） ；三是选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位；四是进行黑暗（局部光照）和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。光是一种电磁波。可见光的波长范围大约是 390 nm760 nm。不同波长的光，颜色不同。波长小于 390 nm 的光是紫外光；波长大于 760 nm 的光是红外光。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。实验表明：将绿叶中的 4 种色素溶液，分别放在阳光和三棱镜之间，从
4、连续光谱中可以看到不同波长的光被吸收的情况：叶绿素 a 和叶绿素 b 主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这些色素吸收的光都可用于光合作用。因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。参考答案（1)叶绿体带状分布，且大而明显指示氧气释放的部位（2) 没有空气的黑暗（3）好氧细菌聚集在叶绿体被光束照射到的部位（4)分布在叶绿体所有受光部位的周围（5）氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所（6）结论要点是：叶绿体主要吸收 of 光和蓝光用于光合作用，放出 O2例 2 1864 年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光
5、，半曝光、经过段时间后用碘蒸气处理叶片，成功地证明绿色叶片在光合作用中产件犷淀粉。请据此实验回答相关问题：（1)在该实验中，萨克斯看到的现象是（ C )A.叶片全变蓝 B、遮光一半变蓝C.曝光一半变蓝 D、叶片全不变蓝(2）萨克斯将绿色叶片先放在暗处几小时的目的是（B）A.将叶片中的水分消耗掉B.将叶片中原有的淀粉消耗掉C.增加叶片的呼吸强度D.提高叶片对光的敏感度(3）萨克斯对这个实验的设计，在逻辑上有很强的严密性，具体体现在(D)A.没有对照实验B.本实验不需要设置对照实验C.曝光处作为对照实验D.遮光处作为对照实验(4）该实验中若曝光时间过长，遮光处经碘蒸气处理后也呈现蓝色，其原因是 (
6、5）该实验中叶片内含有的叶绿素等色素会对碘蒸气处理后表现出的蓝色造成干扰，影响实验现象的观察,为增强实验效果，对叶片应做怎样的处理？ (6)该实验除了证明“光合作用产生了淀粉外还成功地证明了 解析（1)该实验通过检测淀粉的有无来证明植物是否进行了光合作用，曝光处有淀粉产生经碘蒸气处理后将表现为蓝色，遮光处不变色(2)该实验中事先把叶片放在暗处几小时的目的是让有机物 c 如淀粉少被彻底消耗避免时片内原有淀粉对实验结果造成卜扰（3）该实验设置的是空日讨照，实验中叶片事先处于黑暗中，对十遮光组仍处于黑暗状态下，相当于未做处理，故为对照组；而曝光组，从黑暗状态下转变为光照下，相当于给予了光照处理，应为
7、实验组当然也可如此判断：该实验研究的因素是光照，故用光照处理的即为实验组(4)有机物在植物体内能够转移。若实验甲曝光时间过长，曝光处的淀粉可运输到遮光处、可见实验时间的长短将影响实验结果。若实验中观察到遮光处也呈蓝色，原因可能是叶片在暗处放置时间过短（有机物未耗尽）或曝光时间过长（有机物发生了转移） 。 （5)叶绿体中的色素溶解于酒精，故可用酒精水浴加热进行脱色。 （6)根据单一变量原则，确定实验结果的不同是由于自变量的不同所导致的。该实验的自变量为光照的有无，故得到的结论是光合作用需要光照。12 生长素的发现例 3 图 1 和图 2 是生长素发现的两个实验。据图判断下列说法正确的是（A)图
8、2图 1 是达尔文的向光性实验，图 2 是 1928 年荷兰科学家温特的琼脂块实验；图 1实验能够说明向光性的产生与尖端有关，感光部位是尖端；图 2 实验能够说明产生促进生长物质的部位是尖端下部；根据图 1 实验可以推测：尖端可能产生了某种物质，这种物质在单侧光的照射下，对胚芽鞘下面的部分产生某种影响；两个实验均能证明胚芽鞘尖端产生了某种物质、A.B.C. D解析 1880 年达尔文进行了以下实验：胚芽鞘受单侧光照射；切去胚芽鞘的尖端；将胚芽鞘尖端用锡箔小帽罩起来；单侧光只照射到胚芽鞘的尖端 4 个实验分别看到的现象是：弯向光源生长：不生长不弯曲；直立生长；胚芽鞘仍弯向光源生长该实验能够说明向
9、光性的产生与尖端有关，感光部位是尖端弯曲部位是尖端下的一部分、推测：尖端可能产生厂某种物质，这种物质在单侧光照射下，对胚芽鞘下面的部分产生某种影响 1928 年荷兰科学家温特的琼脂块实验：把切下的胚芽鞘放在琼脂块上几小时后移去将琼脂切成小块放在切去尖端的胚芽鞘切面一侧；把没有接触过胚芽鞘尖端的凉脂小块放在切去尖端的切面一侧观察到的实验现象分别份：月褚攀鞘会向放琼脂块的对侧弯曲生长；胚芽鞘既不生长也不弯曲结论是：尖端确实产生了某种物质，这种物质从尖端廷输到下部。并且能够促使胚芽鞘下面某些部位的生长。例 4 对燕麦胚芽鞘做如下图（图 3）处理：放在暗盒单；将胚芽鞘尖端的下部用锡箔遮住；在尖端横向插
10、入云母片：中在尖端横向插入琼脂片；切去胚芽鞘的尖端；切去胚芽鞘尖端，但在切口上放一含有一定浓度的生长素的琼脂小块；切去尖端，在切口上放一含有一定浓度的生长素的琼脂小块并置于暗盒里；切去胚芽鞘尖端，放在暗盒里。上述装置均用相同的单侧光照射。请仔细分析图，并回答下列问题：图 3(1)有单侧光照射时仍能直立生长的有 （2）弯向光源生长的有 (3)不生长、不弯曲的有 (4）如把放在匀速转盘上，给予右侧光照，它的生长情况是 （5）向光弯曲生长的原因是 (6)以上实验说明，植物的茎具有 ，感受光刺激的部位在 ，向光弯曲生长的部位在 胚芽鞘尖端能够产生 ，从尖端运输到下部，能 解析本题考查的知识点有：植物茎
11、的向光生长主要由生长素在向光侧和背光侧分布不均匀造成的，生长素是尖端产生的，叫以极性运输，植物的尖端是感受光刺激的位置，生长素运输受单侧光影响，背光一侧比向光一侧分布多，生长素在尖端下面一段分布不均导致生长不均，向光弯曲的部位在尖端卜面一段。掌握以上知识点是基础，识图是分析的关键图：胚芽鞘放在暗盒里，由于没有受到单侧光刺激，因向表现为直立生长。图：胚芽鞘的尖端部位受到单侧光的刺激，影响到生长素的向下运输，使生长素在向下运输的过程中较多地偏向背光侧，结果是生长素在尖端卜面一段背光，侧比向光一侧分布多，背光一侧生长快，向光侧生长慢，从而使筝弯向光源生长图：横向云母片阻断了生长素向下运输的通路，尽管
12、尖端产生生长素的同时也感受单侧光的刺激，但向下运输的通路已阻断，生长素不能向下运输因而不生长也不弯曲。因为对生长素做出反应的部位是尖端的下面一段。图：横向琼脂片不能阻断生长素向下运输，解释同图。图：切去胚芽鞘的尖端，生长素来源被切断，因为没有生长素故图不生长也不弯曲图：由于尤胚芽鞘尖端，单侧光小能改变琼脂小块中生长素的分布，琼脂块下面段胚芽鞘生长素分布均匀，所以表现为直立生长图：解析一参考图。图：解析参考图参考答案略13 细胞膜的成分及物质出入膜的方式例 5 物质通过细胞膜与细胞膜的流动性有密切关系为了探究温度对细胞膜流动性的影响，现做了如下实验：分别用红色、绿色荧光剂标记人和鼠细胞膜上的蛋白
13、质然后让两个细胞在 37oC 下融合，40 min 后，发现融台后细胞膜上的红色和绿色均匀相间分布有人认为该实验没有完成，请你继续完成该探究实验：1） 补充未完成的步骤： (2）请指出可以从哪两个方面来观察实验结果：；b (3)请预测该实验最可能得出的结论： 解析细胞膜具有流动性，其原因是组成细胞膜的蛋白质分子和磷脂分子大多是可以运动的。这种运动实质上是一种热运动，所以温度升高时，细胞膜的流动性增大。依据该实验的研究目的探究温度对细胞膜流动性的影响，确定实验的自变量是温度，故实验至少要设置 3 组（温度低于、等于或高于 37）进行相互对照。参考答案（1)分别将细胞放在温度低于 37（如 0）
14、、高于 37（如 60）的条件下重复上述实验；（2）a.相同时间之后，观察红色和绿色荧光物质在细胞膜上分布的情况b.比较红色和绿色荧光物质在细胞膜上均匀分布时所需要的时间（3)在一定温度范围内，随着温度的升高，细胞膜的流动性加强例 6 2003 年研究细胞水通道和离子通道的科学家获得了诺贝尔化学奖。科学家研究细胞膜上的各种蛋白质时发现了一种细胞水通道蛋白，并分离出了水通道蛋白和不含水通道蛋白的细胞。科学家推测细胞吸水、失水过程中，水分子进出细胞需要通过水通道蛋白。（1)哺乳动物的红细胞是研究细胞膜的好材料，因为哺乳动物成熟的红细胞没有内膜也没有细胞核，用某种方法处理红细胞后，会造成红细胞破裂发
15、生溶血现象，再将溶血细胞外的物质冲掉，剩下的结构就是较纯净的细胞膜，生物学上称其为“血影” 。使红细胞发生溶血现象的处理方法可以是 。如果将血影中的脂类提取出来，使其在空气一水界面上铺成单分子层，所形成的薄膜的面积为 N，则细胞膜的表面积为 。(2)某生物小组同学设计了以下实验研究水通道：取一只培养皿，加入一定量的蒸馏水，放入含有水通道蛋白的细胞，一段时间后用显微镜观察，细胞胀破。你认为上述设计有什么不足？请指出并加以修正。 (3)给你下列材料，请你重新设计一个实验，以证明细胞通过水通道蛋白吸水，并预测出现的现象和说明产生实验现象的原因。材料：培养皿若干、蒸馏水、显微镜、分离纯化的水通道蛋白、
16、磷脂双分子层构成内含水溶液的“球状体” （其膜结构能与加人的蛋白质结合） 、能够抑制通道蛋白活性的试剂。操作：取甲、乙两只培养皿，加人等量的蒸馏水； 预测：甲培养皿 ；原因。乙培养皿 ；原因 。解析本题以一项新的科研成果引出对实验基本能力的考查。如探究实验所应遵循的对照原则、等量原则等。掌握一些基础知识也是解答本题必不可少的，如磷脂双分子层是构成细胞膜的基本骨架、细胞置于蒸馏水中将吸水胀破等。2003 年的诺贝尔化学奖授予了研究细胞膜通道蛋白的科学家麦金农和阿格雷通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，其参与的只是被动运输，并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量。它包含两大类：水通道
17、和离子通道。磷脂双分子层内部是疏水的，几乎阻碍所有水溶性分子通过，但是，在细胞必须与外界交换的物质中，有许多是水溶性的。于是有人就推测细胞膜中存在特殊的输送水分子的通道。直到 1988 年，美国科学家阿格雷成功地将构成水通道的蛋白质分离出来，才证实了人们的推测。水通道与人体体液平衡的维持密切相关，如肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用，都与水通道的结构和功能有直接关系。离子通道是由蛋白质复合物构成的，一种离子通道只允许一种离子通过，并且只有在对特定刺激发生反应时才能瞬时开放。离子通道与神经信息的传递、神经系统和肌肉方面的疾病密切相关。图 4参考答案（1） 将红细胞置于蒸馏水中 1/2N (2)
18、缺少对照实验。取另一只培养皿，加等量的蒸馏水。将去除了水通道蛋白的细胞放入，在相同条件下放置一段时间后用显微镜观察，去除水通道蛋白的细胞保持原状（3）操作：将分离纯化的水通道蛋白与磷脂双分子层构成内含水溶液的“球状体”混合，得到含有水通道蛋白的“球状体”将含有水通道蛋白的“球状体”分为两等份，放人甲、乙培养皿中，乙培养皿中再加人能够抑制通道蛋白活性的试剂在相同条件下静置一段时间后用显微镜观察“球状体”甲：“球状体”胀破 水分子通过水通道蛋白进人球状体乙：“球状体”未胀破水通道蛋白活性受到抑制剂的抑制2 巩固练习1.图 5 为物质出入细胞膜的示意图。请据图回答：图 5(1)图中 A 代表 。在
19、ad 过程中，可以代表甘油由肠腔进入小肠上皮细胞的过程是图中编号 ，与曲线 l 相符的过程是图中编号 ， （2）当温度升高时，B 的厚度变小，这说明细胞膜具有 的特点；下列现象中一与该特点不直接相关的是 。A.受精作用 B.细胞融合C.吞噬细胞吞噬抗原 D.神经纤维上兴奋的传导(3)与正常细胞的细胞膜相比，衰老细胞的细胞膜的 功能改变，使物质运输功能下降；癌细胞易扩散、易转移是由于图中物质的减少，进一步引起细胞之间的黏着性下降而造成的。2.将植物的茎横向放置，表现出向上生长，是受地心引力的影响表现出背地性，还是受上面来的单侧光影响表现出向光性？或是二者共同作用的结果？请设计实验加以探究。并根据
20、下列实验回答：实验一：把一盆栽的植物幼苗横放于硬纸盒内，几天后取掉硬纸盒，结果如图 6 所示。图 6实验二：把两盆长势相同的植物幼苗，分别置于硬纸盒内，几天后取掉硬纸盒，结果如图 7 所示。图 7（1)从实验一得出：在无光照的情况下，植物的茎背地生长，是植物对 发生的反应。(2)从实验二得出：植物的茎向光生长，是由于 （3)请根据上述 2 个实验设计一个实验方案，说明植物的向性生长可以是重力和单侧光共同作用的结果。3.脂质体是根据磷脂分子可在水中形成稳定的脂质双层膜的趋势而制备的人工膜。单层脂分子铺展在水面上时，极性端（亲水）与非极性端（疏水）排列是不同的，搅拌后形成双层脂分子的球形脂质体（见
21、图 8） 。圈 8（1）脂质体的形成是由于磷脂分子结构同时具有 特点(2)将脂质体置于清水中，一段时间后发现，脂质体的形态、体积没有变化，这一事实说明 。(3)在磷脂双层膜中加入某些蛋白质后，脂质体吸收了很多水而膨胀，这一事实说明 (4)根据细胞膜的基本支架是 ，可以推测水分子的跨膜运输不是真正的自由扩散，它最可能与膜上的 成分有关。4.将培养有水绵的培养皿置于黑暗中一段时间，并阻止氧气进入，此时只有严格厌氧菌生长，当水绵被通过分光镜获得的单色光光束照射时（见图 9） ，藻丝上细菌聚集最多的部位是图 9A.1,3 B.2,3 C.3,4 D.1,45.实验测定的结果表明，葡萄糖通过红细胞膜与通
22、过单纯磷脂双分子层膜的速度，随着葡萄糖浓度增高而变化的特点不同。请据图 10 回答问题：图 10（l）反映红细胞膜特性的曲线是 ，与单纯磷脂膜相比，它的特点是无论糖浓度高于或低于 c，其允许葡萄糖通过的速度总是 ，而速度变化的情况则表现为曲线的斜率 。(2)红细胞膜的化学成分中，除磷脂外，含量最多的是 。上述特征的出现与这种成分中的特殊分子有关推测该分子为葡萄糖通过膜提供了特殊途径，使其速度 。曲线变化也反映出这种速度还受到分子数量的限制，当 时，由于 ，无论膜一侧葡萄糖浓度怎样，通过膜的速度变化 参考答案1载体蛋白质 b a,d（2)一定的流动性 D（3，通透性 D2. (2)重力(2) 单
23、侧光引起生长素分布不均匀造成的(3 a.把两盆长势相同的植物幼苗横放于两个形状、大小均相同的硬纸盒内，其中一个硬纸盒上方穿一个小孔（与幼苗茎尖端齐平） ，让光线射人；b.几天后取掉硬纸盒，结果两盆植物幼苗的茎均背地生长，且穿有小孔的硬纸盒内的幼苗的茎背地生长程度大（见图 11） 。图 113. (1)亲水性和疏水性水分子不能通过脂质双分子层 (3)水通过磷脂双层膜需要蛋白质的协助（4）磷脂双分子层蛋白质4.B5. (1) A 大于葡萄糖通过单纯磷脂膜的速度在葡萄糖浓度低于 c 时，随葡萄糖浓度增高而增大当高于 c 时与 B 相同趋于稳定（2) 蛋白质显著加快葡萄糖浓度全部协助葡萄糖通过膜的蛋白质分子都已被利用维持稳定
