第七部分 实验与研究性学习 第48讲 生物学实验基础
一、考点内容全解
（一）本讲的考点是什么？ 1.显微观察实验
高中生物学教材中的相关实验有：①高倍镜的使用和观察叶绿体②细胞质流动的观察③观察植物细胞的有丝分裂④观察植物细胞的质壁分离与复原。
顺利开展这类实验，首先应当知道显微镜的基本构造，熟练掌握显微镜的基本操作，特别是高倍镜的使用。其次应弄清相关实验的实验原理，明白所要观察的结构的特点及具体的观察目标。
2.生物体中有关生命物质的提取、分离、鉴别（定）实验
高中生物学教材中的相关实验有：①生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定②叶绿体中色素的提取和分离③DNA的粗提取与鉴定。
中学阶段，最常用的提取、分离的方法是利用各种物质溶解度的差异进行盐析或层析；最常用的鉴别(定)方法是利用各种物质特定显色反应（此法应严格控制样品的量，及排除其他有色物质的干扰）；最常用的定量方法是滴定法和比色法。
3.模拟实验
在科学研究活动中，对于许多假说的验证，可能会受到时间或空间条件的限制，在这种情况下，就需要在实验室内，人工地创造一定的条件或因素，模拟实际情况下的条件或因素(有时则需要把所考查的因素突出或集中)，从而使研究者能够用较短的时间、方便的空间、较小的代价，获得可靠的实验结果。为了保证模拟实验具有仿真性，必须严格地控制实验条件；为保证实验的科学性，除事先根据实验条件设计的各种参数外，实验过程应坚决杜绝其他人为的干扰因素。随着数学科学的发展和计算机科学技术的进步，数学建模及以数学建模为基础的计算机模拟实验发挥了越来越重要的作用，如高中生物学教材中的“种群增长模型”就是数学建模的典例。
高中生物学教材中的相关实验有：①制作DNA双螺旋结构模型②性状分离比例几率的模拟
〖特别提示〗高中生物学中还可以进行模拟实验的内容还有：①DNA分子杂交②动物种群密度的取样调查③生态系的模拟如“生物圈Ⅱ”试验④用数学模型模拟自然选择作用、竞争和捕食等。
（四）基于细胞培养的实验
高中生物学教材中的相关实验是：①学习微生物培养的基本技术(培养基制备、接种、培养等技术)②自生固氮菌的分离(选做) ③学习植物组织培养技术(选做)
该类实验需配制培养基，并对培养基进行消毒灭菌，分离出的组织或细胞(细菌)都要在人工配制的培养基上进行培养。实验过程涉及培养基的配制、灭菌、接种等基本操作，实践性强，技术要求熟练，对实验者的操作技能提出了较高要求，是决定实验成败的关键。
（五）实习与研究性课题
高中生物学教材中的实习与研究性课题有：①种群密度的取样调查②调查媒体对生物科
学技术发展的报道③调查环境污染对生物的影响④收集有关生态农业的信息，根据当地农业生产情况，设计一个农业生态系统⑤收集有关生物工程产业发展的信息，并做交流报告⑥调查生物工程制品在社会生活中的应用，并写出交流报告⑦用当地某种植物做有性杂交试验(选做)⑧动物激素饲喂小动物的实验(选做)
实习活动的周期一般较长，存在一些不确定的因素，因此，在开展实习活动之前，应作好充分物质、技术准备，制订详细的实习方案，特别是要明确开展实习活动的日期、地点、某一具体操作的时刻及其量度，如“动物激素饲喂小动物的实验(选做)”中投药的时间和剂量，“用当地某种植物做有性杂交试验(选做)”的季节及采集花粉和授粉的时间，“种群密度的取样调查”的季节及调查区域范围等。
社会调查的方法技巧请参阅“第50讲 生物学研究性学习”。
（六）探究性实验
探究性实验的中心环节是实验设计，而验证性实验均包含设计性内容，所以高中生物学教材中的相关探究性实验有：①比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率②温度对酶活性的影响③探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用④植物向性运动的实验设计和观察⑤设计实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响⑥设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性⑦观察SO2对植物的影响
实验设计的方法和技巧详见下一讲“实验步骤、实验方案的设计”、“能力提升技巧”。
（二）考点例析
[例1]某学生使用2个物镜和1个目镜的不同组合进行观察。观察到视野中的部分图像如下图（视野中的细胞共有16个）：
(1) 若图中代号为4细胞处于视野中央，现要观察该物种细胞
中染色体的形态和数目，应选择观察图中代号为 的细胞，并将该细胞向 方向移动，此时可观察到4个细胞。
(2) 若使用该显微镜观察荠菜胚柄细胞，发现视野中有8个细胞，则转换物镜后可观察到细胞的个数可能是 ( )
A．32个 B．16个 C．2个 D．1个
[解析]题目中图像描述的是分生区，因视野中细胞数目由16个减至4个，表明先使用的物镜的放大倍数是后使用的物镜的放大倍数的 =2倍。观察细胞中染色体的形态和数目应选择中期。换用高倍镜应先将所要观察的目标移至视野中央。此外注意胚柄细胞是一行细胞，用笫一物镜能观察到8个细胞，换用笫二物镜能观察到4个或16细胞，因为题目并未明示哪一个细胞是高倍物镜。
[答案](1)3；左上 (2)B
[思维技巧]运用几何光学的知识理解放大倍数、工作距离、装片移动方向、聚焦方法和采光等操作。
[例2]关于\的粗提取与鉴定”实验：
(1)实验材料选用鸡血细胞液，而不用鸡全血，主要原因是鸡血细胞液中含有较高含量的 (2) 下列能反映DNA溶解度与NaCl溶液浓度之间关系的是（ ）
(3)在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，将提取获得的含DNA的黏稠物(还含有较多杂质)分别处理如下：
A．放入0.14mol/L的氯化钠溶液中，搅拌后过滤，得滤液A和黏稠物a；B．放入2mol/L的氯化钠溶液中，搅拌后过滤，得滤液B和黏稠物b； C．放人冷却的95％的酒精溶液中，搅拌后过滤，得滤液C和黏稠物c；
以上过程获得的滤液和黏稠物中，因含DNA少而可以丢弃的是 (5)为鉴定实验所得丝状物的主要成分是DNA，将丝状物放入试管中，滴加 溶液加热，试管呈现 色；与此同时应作 实验。
[解析]鸟类红细胞具有细胞核，适宜提取染色体DNA。在不同浓度的氯化钠溶液中DNA的溶解度不同， 0．14mol／L的氯化钠溶液中溶解度最小，DNA析出，呈丝状物，过滤后存在于黏稠物中； 2mol／L的氯化钠溶液中溶解度大，所以DNA呈溶解状态，过滤后存在于滤液中；酒精溶液可使DNA分子凝集，因此，在冷却的95％的酒精溶液中DNA凝集，呈丝状物，过滤后，存在于黏稠物中。鉴定DNA一般选用二苯氨。
[答案] (1)DNA (2)C (3) A、b、C((4)使血细胞破裂 使滤液中的DNA溶人浓NaCl溶液使DNA析出 (5)蓝
[例3]下面是两个模拟实验：
（1）一个学生闭上眼睛从以上两个烧杯内各取出一粒念珠，然后记下两粒念珠的不同颜色组合的数量。每次操作完华将球放回各自烧杯内混合，再重复上面操作。试回答：两个烧杯分别模拟两个 ，两种不同颜色的小球分别模拟 ，该实验模拟的是 。
（2）从商店买等量的式样、大小相同的白色、黑色纽扣A，再买一些大小、颜色与白色纽扣A相同，式样相近的白色纽扣B，并将这些纽扣混匀后放人盘中平铺成一层(黑色纽扣A涂以能赃手的材料)。让每个学生一分钟内从式样不一的白色纽扣中，直接用手拣出纽扣A，要求不能将手弄赃。试回答，该模型实验可能是：白色纽扣A模拟 ，黑色纽扣A模拟 ，白色纽扣B模拟 ，学生模拟 ，该实验模拟 过程。
[解析]⑴由于烧杯中红白两色念珠数目相等且较多，每次模出一个红或白的珠子机率相等，可模拟杂合体亲本产生两种配子的过程；将两个珠子组合在一起相当于受精过程，其三种不同组合(2红、1红1白、2白) 数目之比为1：2：1；整个实验模拟的是分离定律⑵从黑白两色4种纽扣中拣出A，有难度。总体上看，大多纽扣为白色且形状大小相似，构成环境基本色调。因为白A与白B极其相似，不易拣出；而黑A与众不同，极易认出，但因能赃手，若非特意或“爱好”，便无拣出（似可模拟适应的相对性）。由此可见，整个实验可模拟自然选择过程。
[答案](1)亲本；两种各含一个等位基因雌(雄)配子 (2)具拟态的昆虫；具警戒色的昆虫；环境；食虫鸟；自然选择
[解题警示]在“性状分离比例几率的模拟”实验中必须保证“闭眼、无选择取珠”，是每次取出念珠后放回，再次取出前，先要“混合”；对自然选择的模拟，应提供足够量的纽扣A和B，且B多于A，但比例要适当。
[例4]下面的资料表明某种硝化细菌在各种培养基中细菌的生长(S、C、M为简单培养基，U、V、X、Y、Z代表加入培养基的不同物质)，将硝化细菌接种到下列培养基中，其中可以长出硝化细菌菌落的是
A．含U培养基、试管密闭 B．含V培养基，试管用棉塞塞住 C．含Y培养基、试管密闭 D．含Z培养基、试管用棉塞塞住
培养基 生长状态 [解析]分析表格中①②④⑥培养基，硝化细 S、C、M － 菌不能生长，其分别缺U、V、X、Y、Z，U、X、Y，① S、C、M+V+Z － U、V、Y，V、Y、Z，共同的是Y，表明Y是细菌不② S、C、M+U+Y 十 能合成的，故培养基中必须加Y；此外，硝化细菌③ ④ S、C、M+Z+X － 属需氧型，只能用可透气的棉塞。
⑤ S、C、M+V+Y 十 [答案]C
⑥ S、C、M+U+X － ⑦ S、C、M+Y+Z 十
[综合技巧]从矿质营养、细胞结构、分裂、分化与代谢、遗传变异、竞争等角度理解培养基的配比、菌体分离及灭菌的作用和意义。如野生型细菌经人工诱变或自然诱变会产生各种突变型，这些突变型具有许多新的性状，如有的丧失产生某种营养的能力，有的对某种抗生素敏抗（失去抵抗力），根据这些特点配制相应成分的选择培养基，可以分离纯化菌株。
二、能力提升技巧
高考试题的创新设计正朝着开放性、能力型目标迈进，综观近几年高考试题，直接来源于课本的纯验证性实验题越来越少,而源于教材高于教材，具有材料背景的新情景探究性实验题已逐渐演变为主流题型，处于更加突出地位，这就要求我们不仅要深刻理解教材基础实验的原理和基本操作，而且要将其应用与实践。
[例5]请设计一个证明酶是蛋白质的实验：
(1)实验材料：5%的NaOH溶液、3%的CuS04溶液、鸡蛋、人的唾液5mL(酶)、水、小烧杯、玻璃棒、试管、滴管。
(2)实验步骤：
第一步：制备蛋清液。取生鸡蛋一个，打破蛋壳(不要破坏蛋黄)，取少量蛋清注入小烧杯中，加入30mL的清水，用玻璃棒调匀，制成蛋清液。
第二步： 第三步： 第四步： 实验结果： 结果分析：
[解析]本题设置了一个新情景，考查的仍是蛋白质鉴定的知识。鸡蛋的蛋清主要成分是
