實驗技能一 實驗設(shè)計的基本原則(2017·全國，29)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病毒兩種類型，有些病毒對人類健康會造成很大危害。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)計實驗以確定一種新病毒的類型。簡要寫出(1)實驗思路；(2)預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論即可。(要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)審題關(guān)鍵信息：病毒營寄生生活，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)組成上的區(qū)別如下：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：強(qiáng)調(diào)了堿基，二者堿基的區(qū)別：DNA特有T，RNA特有U。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，來追蹤該化合物的運(yùn)行和變化過程的方法?；貞浵嚓P(guān)內(nèi)容：研究內(nèi)容標(biāo)記方法分泌蛋白的合成、加工和運(yùn)輸過程將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)的探究分別用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：聯(lián)想T2噬菌體遺傳物質(zhì)的探究實驗和病毒的寄生特點，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，再讓病毒去侵染標(biāo)記的細(xì)胞，子代病毒就會被標(biāo)記。信息：甲、乙兩組要形成對比，結(jié)合可判斷出應(yīng)分別用放射性的同位素標(biāo)記DNA成分中的T和RNA成分中的U。答案(1)實驗思路甲組：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)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。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)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。(2)結(jié)果及結(jié)論：若甲組收集的病毒有放射性，乙組無放射性，即為RNA病毒；反之則為DNA病毒。解析(1)DNA和RNA有各自的特有堿基，DNA特有堿基為T，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，即為RNA病毒；反之則為DNA病毒。 錯解例析錯例1：將該病毒處理后用甲基綠焦寧染液染色，如果呈現(xiàn)綠色則為DNA病毒，如果呈現(xiàn)紅色則為RNA病毒。錯因分析：審題時遺漏關(guān)鍵信息，沒有用放射性同位素標(biāo)記法，沒有用體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞為材料，沒有分成甲、乙兩組。錯例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。一段時間后收集病毒并檢測其放射性。錯因分析：沒有分成甲、乙兩組，而是用同時含有放射性同位素標(biāo)記的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培養(yǎng)基來培養(yǎng)，形成不了對照。且病毒不能直接用培養(yǎng)基培養(yǎng)，這樣設(shè)計不科學(xué)。實驗設(shè)計遵循的四大基本原則1.單一變量原則：即除自變量(實驗變量)以外，應(yīng)使實驗組與對照組的無關(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)、實驗器具相同(型號、潔凈程度等)、實驗試劑相同(用量、濃度、使用方法等)和條件相同(保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等)。2.對照原則：應(yīng)設(shè)置對照實驗，使實驗組與對照組的自變量不同(其他因素都相同)，以便減小實驗誤差。3.平行重復(fù)原則：在實驗設(shè)計中為了避免實驗結(jié)果的偶然性，必須對所做實驗進(jìn)行足夠次數(shù)的重復(fù)，以獲得多次實驗結(jié)果的平均值，保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。4.科學(xué)性原則：在設(shè)計實驗時必須有充分的科學(xué)依據(jù)，即實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確，實驗研究的材料和實驗方法的選擇要恰當(dāng)，整個實驗設(shè)計的思路和實驗方法的確定都不能偏離實驗原理、有關(guān)的生物學(xué)知識及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本知識。1.某同學(xué)為了研究酵母菌呼吸作用的類型，制作了如圖所示的實驗裝置。甲、乙中各加等量的經(jīng)煮沸后冷卻的葡萄糖溶液，并加等量的酵母菌，乙內(nèi)用液狀石蠟隔絕空氣。對該實驗的分析，錯誤的是()A.該實驗不能以有無CO2的產(chǎn)生來判斷酵母菌的呼吸作用類型B.將葡萄糖溶液煮沸可以防止雜菌污染，以免影響實驗結(jié)果C.乙和甲比較，說明酵母菌在不同的條件下有不同的呼吸作用類型D.乙為甲的空白對照實驗，以排除無關(guān)因素對酵母菌呼吸作用的影響答案D解析由于酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸都能產(chǎn)生CO2，所以該實驗不能以有無CO2的產(chǎn)生來判斷酵母菌的呼吸作用類型，A正確；由于配制的葡萄糖溶液中可能有雜菌，所以將葡萄糖溶液煮沸可以防止雜菌污染，B正確；由于乙裝置中用石蠟進(jìn)行密封，形成無氧環(huán)境，所以乙和甲比較，說明酵母菌在不同的條件下有不同的呼吸作用類型，C正確；乙和甲都是實驗組，相互形成對照，自變量是有無氧氣，D錯誤。2.已知蛋白質(zhì)和雙縮脲試劑反應(yīng)呈現(xiàn)紫色，請你根據(jù)給出的實驗材料設(shè)計一個證明唾液中含有蛋白質(zhì)的實驗，要求寫出：(1)基本的實驗步驟；(2)預(yù)期的結(jié)果和結(jié)論。材料用具：雙縮脲試劑A液、雙縮脲試劑B液、蛋清稀釋液(含有豐富蛋白質(zhì))、水、小燒杯、玻璃棒、試管、滴管和滴瓶、鑷子、脫脂棉。答案(1)步驟：用清水漱口取適量唾液到小燒杯中，備用；取0.5 mL蛋清稀釋液和0.5 mL唾液分別加入甲、乙兩支試管中；分別向兩支試管中加入雙縮脲試劑A液2 mL，振蕩后加入雙縮脲試劑B液34滴，振蕩均勻后靜置；觀察并對照兩支試管的顏色。(2)預(yù)期結(jié)果和結(jié)論：甲、乙兩支試管都呈現(xiàn)紫色，說明唾液中含有蛋白質(zhì)。解析要驗證唾液中含有蛋白質(zhì)，可采取設(shè)置對照實驗的方法。取兩支相同的試管，在其中一支試管中加入唾液，在另一支試管中加入蛋清作為對照，經(jīng)過相同的處理后，根據(jù)兩支試管中溶液顏色的變化來判斷唾液中是否含有蛋白質(zhì)。要注意材料中沒有提供唾液，需要從實驗者自身獲取。3.芝麻種子中含有豐富的脂肪，脂肪與蘇丹染液反應(yīng)會呈現(xiàn)橘黃色，請設(shè)計簡單的實驗，驗證芝麻種子中含有脂肪，寫出基本的實驗思路和預(yù)期結(jié)果、結(jié)論即可。答案(1)實驗思路：將適量芝麻種子研磨后制成組織樣液，取部分組織樣液加到試管中，加入適量的蘇丹染液，搖勻后和原組織樣液對比，觀察顏色變化。(2)預(yù)期結(jié)果和結(jié)論：芝麻種子組織樣液出現(xiàn)明顯的橘黃色，說明芝麻種子中含有脂肪。解析芝麻種子很小，因此要驗證芝麻中含有脂肪不能像花生子葉那樣做切片用顯微鏡觀察，要先把芝麻種子研磨后制成組織樣液，再染色觀察顏色變化，這樣才符合科學(xué)性的原則。為了實驗嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)留部分組織樣液形成對照。4