生物第一單元 細(xì)胞的分子組成與結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)技能提升一 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則

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1、實(shí)驗(yàn)技能提升一 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則第一單元 細(xì)胞的分子組成與結(jié)構(gòu)(加試)(新題專(zhuān)遞)根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類(lèi)型，有些病毒對(duì)人類(lèi)健康會(huì)造成很大危害。通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類(lèi)型。假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請(qǐng)利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類(lèi)型。簡(jiǎn)要寫(xiě)出(1)實(shí)驗(yàn)思路，(2)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論即可。(要求：實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組)例題引領(lǐng)審題關(guān)鍵審題關(guān)鍵信息信息：病毒營(yíng)寄生生活，由蛋白質(zhì)和核酸組成，核酸是DNA或RNA，只含有二者中的一種，DNA和RNA在化學(xué)組成上的

2、區(qū)別如下：信息信息：強(qiáng)調(diào)了堿基，二者堿基的區(qū)別：DNA特有T，RNA特有U。核酸五碳糖含氮堿基DNA脫氧核糖A、G、C、TRNA核糖A、G、C、U信息信息：放射性同位素標(biāo)記法是指用放射性的同位素替代某化合物中的特殊元素，來(lái)追蹤該化合物的運(yùn)行和變化過(guò)程的方法。回憶相關(guān)內(nèi)容：研究?jī)?nèi)容標(biāo)記方法分泌蛋白的合成、加工和運(yùn)輸過(guò)程將3H標(biāo)記的亮氨酸注射到胰腺細(xì)胞中光合作用中氧氣中的氧的來(lái)源用18O分別標(biāo)記光合作用的原料H2O和CO2光合作用碳反應(yīng)中C元素的轉(zhuǎn)移過(guò)程用14C 標(biāo)記光合作用的原料CO2T2噬菌體遺傳物質(zhì)的探究用32P標(biāo)記噬菌體的DNA，用35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼信息信息：聯(lián)想T2噬菌體遺傳物

3、質(zhì)的探究實(shí)驗(yàn)和病毒的寄生特點(diǎn)，標(biāo)記病毒需要先用含有放射性元素的培養(yǎng)基培養(yǎng)宿主細(xì)胞，再讓病毒去侵染被標(biāo)記的宿主細(xì)胞，子代病毒就會(huì)被標(biāo)記。信息信息：甲、乙兩組要形成對(duì)比，結(jié)合可判斷出應(yīng)分別用放射性同位素標(biāo)記DNA成分中的T和RNA成分中的U。答案答案(1)實(shí)驗(yàn)思路：甲組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記尿嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并檢測(cè)其放射性。乙組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并檢測(cè)其放射性。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：若甲組收集的病毒有放射性，乙組無(wú)放射性，則為RNA病毒；反之則為DNA病毒。解析解析 (1)DNA

4、和RNA都有各自的特有堿基，DNA特有堿基為T(mén)，RNA特有堿基為U。用放射性同位素標(biāo)記堿基U的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)宿主細(xì)胞，使宿主細(xì)胞含有放射性，再用病毒去侵染含放射性的宿主細(xì)胞，看子代病毒是否含有放射性，為甲組；用放射性同位素標(biāo)記堿基T的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)宿主細(xì)胞，使宿主細(xì)胞含有放射性，再用病毒去侵染含放射性的宿主細(xì)胞，看子代病毒是否含有放射性，為乙組。(2)若甲組收集的病毒有放射性，乙組無(wú)，則為RNA病毒；反之則為DNA病毒。錯(cuò)解例析錯(cuò)解例析錯(cuò)例錯(cuò)例1：將該病毒處理后用吡羅紅甲基綠的混合染料染色，如果呈現(xiàn)綠色則為DNA病毒，如果呈現(xiàn)紅色則為RNA病毒。錯(cuò)因分析：審題時(shí)遺漏關(guān)鍵信息，沒(méi)有用放射性同位素標(biāo)記

5、法，沒(méi)有用體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞為材料，沒(méi)有分成甲、乙兩組。錯(cuò)例錯(cuò)例2：用含有放射性同位素標(biāo)記的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培養(yǎng)基培養(yǎng)病毒。一段時(shí)間后收集病毒并檢測(cè)其放射性。錯(cuò)因分析：處：沒(méi)有分成甲、乙兩組，而是用同時(shí)含有放射性同位素標(biāo)記的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)，形成不了對(duì)照。處：病毒不能直接用培養(yǎng)基培養(yǎng)，這樣設(shè)計(jì)不科學(xué)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的四大基本原則實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的四大基本原則1.單一變量原則：即除自變量(實(shí)驗(yàn)變量)以外，應(yīng)使實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無(wú)關(guān)變量保持相同且適宜。如生物材料相同(大小、生理狀況、年齡、性別等)、實(shí)驗(yàn)器具相同(型號(hào)、潔凈程度等)、實(shí)驗(yàn)試劑相同(用量、濃度、使用方法等)和條件相同(保溫或冷

6、卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等)。2.對(duì)照原則：應(yīng)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的自變量不同(其他因素都相同)，以便減小實(shí)驗(yàn)誤差。歸納整合3.平行重復(fù)原則：在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中為了避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性，必須對(duì)所做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行足夠次數(shù)的重復(fù)，以獲得多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。4.科學(xué)性原則：在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須有充分的科學(xué)依據(jù)，即實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊鞔_，實(shí)驗(yàn)原理要正確，實(shí)驗(yàn)研究的材料和實(shí)驗(yàn)方法的選擇要恰當(dāng)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和實(shí)驗(yàn)方法的確定都不能偏離實(shí)驗(yàn)原理、有關(guān)的生物學(xué)知識(shí)及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本知識(shí)。1.(加試)(2016浙江10月選考)設(shè)水稻細(xì)胞與染色劑甲反應(yīng)呈紅色，小麥細(xì)胞與染色劑乙反應(yīng)呈黃色，大麥細(xì)

7、胞與染色劑丙反應(yīng)呈綠色?，F(xiàn)有A、B、C三瓶不同的細(xì)胞懸液，每瓶中可能含有一種或多種上述細(xì)胞。欲用染色劑甲、乙、丙鑒別這三瓶細(xì)胞懸液中有幾種細(xì)胞。請(qǐng)根據(jù)以下提供的實(shí)驗(yàn)材料，提出實(shí)驗(yàn)思路，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論。材料與用具：染色劑甲、乙、丙溶液各1瓶，A、B、C細(xì)胞懸液各1瓶，試管若干支，顯微鏡。(要求與說(shuō)明：一種染色劑只與一種細(xì)胞產(chǎn)生反應(yīng)；每支試管中只能加一種染色劑；裝片的具體制作過(guò)程不作要求；實(shí)驗(yàn)條件適宜)提升演練請(qǐng)回答：(1)實(shí)驗(yàn)思路(其中實(shí)驗(yàn)分組用表格表示)：_。答案解析答案答案取9支試管進(jìn)行編號(hào)。表不同染色劑鑒別不同細(xì)胞懸液的實(shí)驗(yàn)分組 染色劑甲染色劑乙染色劑丙細(xì)胞懸液A細(xì)胞懸液B細(xì)胞懸液C1

8、.A甲4.B甲7.C甲2.A乙5.B乙8.C乙3.A丙6.B丙9.C丙按上述分組，在各試管中分別加入細(xì)胞懸液和染色劑溶液，搖勻。一段時(shí)間后，制作裝片，顯微鏡下觀察各試管中細(xì)胞的顏色，并記錄解析解析根據(jù)題干信息分析，水稻細(xì)胞與染色劑甲反應(yīng)呈紅色，小麥細(xì)胞與染色劑乙反應(yīng)呈黃色，大麥細(xì)胞與染色劑丙反應(yīng)呈綠色，可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)不同染色劑染色后的顏色變化確定細(xì)胞的類(lèi)型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的單一變量原則和對(duì)照原則設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，步驟為：取9支試管進(jìn)行編號(hào)。表不同染色劑鑒別不同細(xì)胞懸液的實(shí)驗(yàn)分組 染色劑甲染色劑乙染色劑丙細(xì)胞懸液A細(xì)胞懸液B細(xì)胞懸液C1.A甲4.B甲7.C甲2.A乙5.B乙8.C乙3.A丙6.B丙9.

9、C丙按上述分組，在各試管中分別加入細(xì)胞懸液和染色劑溶液，搖勻。一段時(shí)間后，制作裝片，顯微鏡下觀察各試管中細(xì)胞的顏色，并記錄。(2)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：_。解析解析根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：若某瓶細(xì)胞懸液的分組試管中有一支顯色，則說(shuō)明該瓶中有一種細(xì)胞；若某瓶細(xì)胞懸液的分組試管中有二支顯色，則說(shuō)明該瓶中有兩種細(xì)胞；若某瓶細(xì)胞懸液的分組試管中有三支顯色，則說(shuō)明該瓶中有三種細(xì)胞。若某瓶細(xì)胞懸液的分組試管中只有一支顯色，則說(shuō)明該瓶中有一種細(xì)胞。若某瓶細(xì)胞懸液的分組試管中只有兩支顯色，則說(shuō)明該瓶中有兩種細(xì)胞。若某瓶細(xì)胞懸液的分組試管中有三支顯色，則說(shuō)明該瓶中有三種細(xì)胞答案解析2.(加試)糖酵解

10、增強(qiáng)是絕大多數(shù)惡性腫瘤的典型特征，因此腫瘤患者的葡萄糖攝取明顯增加，且代謝活動(dòng)強(qiáng)的癌細(xì)胞攝取量大。在癌細(xì)胞培養(yǎng)中，熒光類(lèi)似物2N2脫氧葡萄糖(2NBDG)與普通葡萄糖的吸收存在競(jìng)爭(zhēng)性(如圖所示)。細(xì)胞中熒光信號(hào)強(qiáng)，表示細(xì)胞吸收的2NBDG多?，F(xiàn)有甲、乙兩種不同的乳腺癌細(xì)胞，且甲的代謝強(qiáng)度大于乙。欲驗(yàn)證這兩種癌細(xì)胞的代謝強(qiáng)度及兩種葡萄糖的吸收存在競(jìng)爭(zhēng)性，請(qǐng)根據(jù)以下提供的材料用具，完善實(shí)驗(yàn)思路，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并回答有關(guān)問(wèn)題。材料與用具：甲種乳腺癌細(xì)胞，乙種乳腺癌細(xì)胞，細(xì)胞培養(yǎng)液，普通葡萄糖溶液，生理鹽水，2NBDG，培養(yǎng)皿若干，CO2培養(yǎng)箱等。(注：熒光測(cè)量的具體方法不作要求)(1)完善實(shí)驗(yàn)思路：取

11、若干培養(yǎng)皿，均分為4組。各組加入的試劑和接種的細(xì)胞如下表：(補(bǔ)全表格)組別ABCD說(shuō)明細(xì)胞培養(yǎng)液 用“”表示加入，用“”表示不加普通葡萄糖溶液 生理鹽水 2NBDG溶液 甲種乳腺癌細(xì)胞 乙種乳腺癌細(xì)胞 答案解析解析解析據(jù)圖分析，細(xì)胞吸收的2NBDG的量與普通葡萄糖的量呈反比例關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的單一變量原則和對(duì)照性原則，再加上實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)?zāi)康模M(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，繪制表格，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證這兩種癌細(xì)胞的代謝強(qiáng)度及兩種葡萄糖的吸收存在競(jìng)爭(zhēng)性，思路是：組別ABCD說(shuō)明細(xì)胞培養(yǎng)液用“”表示加入，用“”表示不加普通葡萄糖溶液生理鹽水2NBDG溶液甲種乳腺癌細(xì)胞乙種乳腺癌細(xì)胞取若干培養(yǎng)皿，均分

12、為4組。各組加入的試劑和接種的細(xì)胞如下表： ；解析解析各組置于溫度等條件適宜的CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)。 。解析解析一段時(shí)間后，檢測(cè)各組細(xì)胞的熒光強(qiáng)度，并作記錄和統(tǒng)計(jì)分析。答案解析各組置于溫度等條件適宜的CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)一段時(shí)間后，檢測(cè)各組細(xì)胞的熒光強(qiáng)度，并作記錄和統(tǒng)計(jì)分析(2)設(shè)計(jì)表格，并將預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果填在表格中(熒光強(qiáng)度用“”表示，熒光強(qiáng)度越大，“”數(shù)越多，熒光強(qiáng)度最弱用“1”表示，最強(qiáng)用“4”表示)。答案答案甲、乙乳腺癌細(xì)胞的代謝強(qiáng)度和2NBDG吸收實(shí)驗(yàn)結(jié)果組別ABCD熒光強(qiáng)度2(或3)142(或3)解析解析根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)表格，及其結(jié)果如下：組別ABCD熒光強(qiáng)度2(或3)142(或3)答案解析(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請(qǐng)從細(xì)胞結(jié)構(gòu)的角度推測(cè)，癌細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，2NBDG與普通葡萄糖的吸收會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)的原因是_ 。解析解析癌細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，2NBDG與普通葡萄糖的吸收會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)的原因是細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)運(yùn)2NBDG與普通葡萄糖的載體蛋白是同一種。答案解析細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)運(yùn)2NBDG與普通葡萄糖的載體蛋白是同一種