高考生物二轮复习实验专题四设计实验方案的解题策略与评价

高考生物二轮复习实验专题四设计实验方案的解题策略与评价

‎2012高考生物二轮复习实验专题（四）‎ ‎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：‎ ‎(1)该方案的目的是 ‎ ‎(2)该方案能达到预期效果吗？如果不能，请设计出可行的方案。‎ ‎ ‎ ‎【答案】（1）目的：生产破伤风杆菌抗体；（2）不能。可行的方案如下图所示。‎ ‎【解析】破伤风杆菌抗体的生产过程，是制备单克隆抗体的一个实例。制备单克隆抗体的过程中应用动物细胞融合与动物细胞培养技术。动物细胞融合产生的杂交瘤细胞具有双方细胞的遗传物质，能够产生特异性抗体，在体内外培养条件下能大量繁殖。杂交瘤细胞产生特异性抗体的前提是B淋巴细胞受到抗原的刺激形成效应B淋巴细胞。而本题方案没有将抗原注射到小鼠体内，无法得到能产生破伤风杆茵抗体的效应B淋巴细胞。再者，诱导细胞融合筛选出杂交瘤细胞后，应培养杂交瘤细胞，从中挑选出能够产生所需抗体的细胞群，继续培养，以获得足够数量的细胞。然后在体外条件下进行大规模培养或注射到小鼠腹腔内增殖，才能从细胞培养液或小鼠的腹水中，提取出大量的单克隆抗体。而该实验方案把融合产生的杂交瘤细胞直接进行体内或体外培养，没经过筛选并大量培养能产生破伤风杆菌抗体的细胞。因此该方案达不到预期的目的。‎ ‎【评价】本题从应用知识的角度，考查学生对单克隆抗体制备知识的掌握情况，及用实验流程设计简明实验方案的能力。 ‎ ‎2.4探索型实验方案设计 ‎ 一般探索型实验方案设计题，实验结果是一个未知数，几种不同的可能性导致不同的预期结果。此类题具有一定的开放性，重点考查学生的设计思路和对实验结果的分析预测能力，必须对预期的实验结果分几种情况讨论，解答此类实验题要求学生思维要有条理性和开放性。‎ ‎ 【例10】某中学实验室有柑橘60个、塑料桶若干个、松树叶适量、保鲜袋数个、医用APC(保鲜剂)、温度计、台秤或天平、量筒、空调机，请设计一个实验方案，在室温‎25℃‎的条件下，研究松树叶是否具有保鲜作用？‎ ‎【解析】本实验是探究松树叶是否具有保鲜作用，必须同正常保存和使用保鲜剂处理过的柑橘进行对照，比较保鲜期的长短，从而判断松树叶是否具有保鲜作用。‎ ‎【答案】实验方案：(1)将柑橘分成重量相等的甲、乙、丙3等份，称好每份的重量。(2)分组处理：甲组不经任何处理，用一塑料桶把一份柑橘装好，室温保存；乙组在一塑料桶底铺上适量松树叶，放上一层柑橘再铺一层松树叶；如此重复直至把一份柑橘放完，上面再用松树叶覆盖好，室温保存。丙组用适量医用APC(保鲜剂)溶解于蒸馏水中配成一定浓度的溶液，把一份柑橘放入，浸泡适当的时间。取出后晾干水分，用保鲜袋包装好放入塑料桶中室温保存；‎ ‎(3)观察和记录。利用空调机将室温调节为‎25℃‎，定时观察各组的情况，做好详细地记录。结果分析：在3组处理中，若乙组保鲜期接近于甲组，说明松树叶无保鲜作用；若乙组保鲜期优于甲组而不如丙组，说明松树叶具有保鲜作用；若乙组的保鲜期优于丙组则说明松树叶具有良好的保鲜作用。‎ ‎ 【评价】本题以松树叶是否具有保鲜作用这一现实问题为出发点，考查了学生设计对照实验、分析实验现象、预期实验结果的能力。‎