高中生物學實驗專題剖析（四）實驗設計思路的書寫與完善一、內容解讀1.“四步法”規范書寫實驗步驟2.探究性實驗與驗證性實驗的比較二、強化訓練1.(2021·湖北武漢部分學校調研)藥物X為激素類藥物。為研究其對動物機體排卵的影響，某同學用若干只發育狀況相同的雌性鳙魚進行實驗。回答下列問題：(1)請完善下面的實驗步驟：①將鳙魚隨機均分為甲、乙兩組。甲組(實驗組)的處理是注射適量的用0.65%NaCl溶液配制的物質X溶液，乙組的處理是_____________________________________________。②將上述兩組鳙魚置于_________________________________________________的條件下飼養。③一段時間后，統計兩組鳙魚排卵的數目。④對所得數據進行統計處理和分析。(2)實驗結果與分析：甲組的卵細胞數量大于乙組，則說明藥物X__________________________________________________________________。(3)為了進一步研究藥物X的作用機理，該同學測定了兩組鳙魚體內雌性激素的含量，發現甲組雌性激素的含量高于乙組。請對藥物X的作用機理提出兩種不同的解____________________________________________________________________________________________________________________________________。2.(2021·重慶北碚區診斷)人體內環境穩態的維持，依賴于各個器官、系統的協調活動，而信息分子是它們之間的“語言”。請結合下圖回答下列問題：(1)當身體的冷覺感受器受到寒冷刺激時，產生的興奮最終會引起相應激素分泌增多，作用于全身細胞，提高細胞代謝的速度，增加產熱量。請用“→”和必要的文字寫出該過程的完整反射弧：____________________________________________________________。(2)圖中①表示________系統。人體注射乙型流感疫苗后，通過體液免疫和細胞免疫，產生的相應________________能識別并作用于侵入機體的乙型流感病毒。人體內蛋白質合成不足，可能會導致______________________，從而使機體出現免疫力下降、組織水腫。(3)某同學為了驗證胰島素的生理作用(葡萄糖和胰高血糖素都能有效緩解低血糖癥狀)，進行了相關實驗。他準備了若干生理狀況相同的實驗小鼠、適宜濃度的胰島素溶液、胰高血糖素溶液、葡萄糖溶液等(可以自行補充)。請你幫該同學完善實驗思路，并預期實驗結果(注意設置對照實驗，分兩次向小鼠腹腔注射不同物質來進行實驗，以小鼠的生理狀態來反映血糖的高低)。實驗思路：步驟一：___________________________________________________________；步驟二：____________________________________________________________。預期實驗結果：第一次注射后，__________________________________________；第二次注射后，___________________________________________________。3.(2020·太原市調研)2020年2月11日，世界衛生組織宣布將2019新型冠狀病毒感染的肺炎命名為“COVID-19”。該種新型冠狀病毒在人群中可通過呼吸道飛沫和接觸等方式進行傳播，人感染該病毒后會出現發熱、咳嗽等癥狀。請回答下列有關問題：(1)新型冠狀病毒會通過人體的口、鼻、眼的黏膜侵入人體，黏膜屬于免疫系統保衛人體的第________道防線。新型冠狀病毒與黏膜細胞結合不能體現細胞間的信息交流功能，主要原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)人感染新型冠狀病毒后出現發熱癥狀的原因之一是位于________中的體溫調節中樞受到了刺激，使腎上腺素的分泌量增加，從而使產熱增加。當患者持續高熱38℃時，機體產熱量________(填“大于”“小于”或“等于”)散熱量。(3)若科學家研制出了一種針對新型冠狀病毒的疫苗X，欲以小鼠為材料檢測該疫苗對新型冠狀病毒是否有效，請簡要寫出實驗思路。4.(2021·菏澤二模節選)為緩解壓力，常選擇喝茶或咖啡來提高興奮性，但茶提高神經系統興奮性的效果不如咖啡顯著。經研究發現茶葉和咖啡中咖啡因的含量接近，有人認為可能是茶葉中的另外一種成分茶氨酸抑制了咖啡因的作用。為驗證上述假設，某研究小組發現，可通過小鼠單位時間單位體重的耗氧量，來判斷小鼠神經系統的興奮性高低，以健康成年雄性小鼠、生理鹽水、試劑甲(蒸餾水配制的咖啡因制劑)、試劑乙(蒸餾水配制的茶氨酸制劑)、蒸餾水為實驗材料設計實驗。簡要寫出實驗設計思路________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。5.(2021·山東濰坊模擬)巨噬細胞是血液、淋巴和所有哺乳動物組織中常見的吞噬細胞，是造血系統中可塑性最強的一種細胞。近年來人們研究發現，巨噬細胞可以根據微環境的變化而改變其表型，從而具有多樣的功能，即為巨噬細胞的表型轉換。微環境變化所產生的巨噬細胞的表型是多樣的，但有兩種主要表型，即M1型和M2型巨噬細胞。M1型巨噬細胞即為經典活化巨噬細胞，具有吞噬殺菌、釋放炎癥介質、呈遞抗原和啟動適應性免疫應答的功能，是機體抵御外來異物的重要防線。M2型巨噬細胞是一群具有抗炎作用的異質性巨噬細胞，與抗炎反應、寄生蟲感染、組織重構、纖維化以及腫瘤疾病發展相關。(1)巨噬細胞由________分化而來；M1型巨噬細胞在機體中既能參與非特異性免疫，又能參與特異性免疫，做出此判斷依據是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)肥胖被認為是導致多種疾病的危險因素。科學研究顯示，從瘦人的白色脂肪組織中分離的巨噬細胞表現出M2型的特征；在肥胖人群的脂肪組織中發現M1型巨噬細胞數目增加，且它的數量與肥胖水平呈正相關。這表明肥胖可導致巨噬細胞發生________的表型轉換。M1型和M2型巨噬細胞功能出現差異的根本原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)M2型巨噬細胞能分泌含有提高胰島素敏感性的微小核糖核酸(MiR690)的胞外產物，即外泌體(Exos)。研究證實了Exos中的MiR690可提高肥胖導致的2型糖尿病小鼠的胰島素敏感性。現有肥胖導致的2型糖尿病小鼠若干(血糖濃度基本相同)、注射器、外泌體提取液、RNA酶等，請利用上述材料設計實驗，驗證MiR690可提高肥胖導致的2型糖尿病小鼠的胰島素敏感性________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(要求寫出實驗思路及預期結果)。6.藥物A具有降低軸突末梢釋放乙酰膽堿的作用，藥物B具有降低與受體相結合的乙酰膽堿的分解作用。為驗證藥物A與藥物B的功能，請你根據以下提供的實驗材料補全實驗思路、預測實驗結果，并完成分析與討論。實驗材料：符合實驗要求的坐骨神經腓腸肌標本(如圖1)、藥物A、藥物B、生理鹽水、電位測量儀、電刺激儀。圖1圖2(1)實驗思路：①取兩個裝有等量生理鹽水的培養皿，分別放入坐骨神經腓腸肌標本，將電位測量儀的兩個電極分別置于________(填“甲”或“乙”)膜內外兩側。②用相同且合適強度的電刺激分別刺激兩個坐骨神經腓腸肌標本的相應位置，并記錄電位變化，均如圖2所示。③分別向兩培養皿中加入等量且適量的藥物A和藥物B。④用____________________________________________________________的電刺激分別刺激兩個坐骨神經腓腸肌標本的相應位置，并記錄電位變化。(2)預期結果(在圖2中用曲線形式補充第2次刺激后的膜電位變化)。(3)分析與討論：①實驗思路中②的目的是__________________________________________。②本實驗通過測量____________________獲得實驗結論，除此之外(在現有實驗材料和用具的基礎上)還可通過觀察____________得出相應結論。

參考答案1.答案(1)①注射等量的0.65%NaCl溶液②相同且適宜(2)對鳙魚排卵有促進作用(3)藥物X促進下丘腦分泌促性腺激素釋放激素；藥物X促進垂體分泌促性腺激素；藥物X促進性腺(卵巢)分泌雌性激素(答出兩種即可)解析(1)按照對照實驗的單一變量原則，甲、乙兩組實驗中除藥物X外，其他條件應相同且適宜。因此，對乙組的處理應為注射等量的0.65%NaCl溶液。將兩組鳙魚放在相同且適宜的條件下飼養。(2)如果甲組的卵細胞數量大于乙組，說明藥物X能促進鳙魚排卵。(3)性激素的分泌存在分級調節，受到下丘腦和垂體的控制。藥物X可能促進了下丘腦分泌促性腺激素釋放激素，也可能促進了垂體分泌促性腺激素，還有可能促進了卵巢分泌雌性激素.這三個途徑都會使雌性激素的分泌量增加。2.答案(1)冷覺感受器→傳入神經→下丘腦體溫調節中樞→傳出神經→甲狀腺(或腎上腺)分泌激素增多(2)免疫抗體和細胞毒性T細胞抗體數量減少和血漿滲透壓降低(3)將禁食一段時間的實驗小鼠隨機均分為A、B、C、D四組，A組腹腔注射生理鹽水，B、C、D三組均腹腔注射等量胰島素溶液，一段時間后，觀察各組小鼠的生理狀態B、C、D三組出現相應癥狀后進行第二次注射，給B組注射生理鹽水，給C組注射胰高血糖素溶液，給D組注射葡萄糖溶液，一段時間后，觀察各組小鼠的生理狀態A組小鼠正常，B、C、D三組出現反應遲鈍、嗜睡等癥狀B組癥狀無法緩解，而C、D兩組小鼠恢復正常解析(1)在寒冷環境中，冷覺感受器感受到刺激產生興奮，興奮通過傳入神經傳到下丘腦體溫調節中樞，經過中樞的分析、綜合后發出指令，通過傳出神經傳至效應器，引起相應的效應。由題中“相應激素分泌增多，作用于全身細胞，提高細胞代謝的速度，增加產熱量”可判斷該激素為甲狀腺激素(或腎上腺素)，故該過程的完整反射弧為冷覺感受器→傳入神經→下丘腦體溫調節中樞→傳出神經→甲狀腺(或腎上腺)分泌激素增多。(2)根據圖中“抗原”可判斷①為免疫系統。人體注射乙型流感疫苗后，通過體液免疫和細胞免疫，產生的相應抗體和細胞毒性T細胞，能識別并作用于侵入機體的乙型流感病毒。抗體的化學本質為免疫球蛋白，若人體內蛋白質合成不足，可能會導致抗體數量減少，使機體出現免疫力下降；也可能會導致血漿蛋白含量降低，引起血漿滲透壓降低，出現組織水腫。(3)根據實驗設計時要遵循的對照原則和單一變量原則，需要將禁食一段時間的實驗小鼠隨機均分成四組，設置實驗組和對照組，實驗組注射胰島素溶液，對照組注射等量的生理鹽水，等實驗組小鼠出現低血糖癥狀后，給不同組分別注射生理鹽水、胰高血糖素溶液和葡萄糖溶液，一段時間后觀察小鼠的生理狀態。由于胰島素具有降血糖的功能，因此注射胰島素的小鼠將會出現低血糖癥狀，注射胰高血糖素溶液和葡萄糖溶液的小鼠低血糖癥狀會緩解，但注射生理鹽水的小鼠不能緩解。3.答案(1)一新型冠狀病毒無細胞結構(2)下丘腦等于(3)①將生理狀態相同的若干只健康小鼠均分成甲、乙兩組；②給甲組小鼠接種適量的疫苗X，乙組小鼠不接種疫苗X；③一段時間后讓甲、乙兩組小鼠均感染適量且等量的新型冠狀病毒；④一段時間后統計甲、乙兩組小鼠的發病率或檢測甲、乙兩組小鼠體內抗體濃度。解析(1)皮膚、黏膜屬于免疫系統保衛人體的第一道防線。病毒無細胞結構，其與細胞結合不能體現細胞間的信息交流功能。(2)體溫調節中樞位于下丘腦。當人體持續高熱38℃時，體溫維持在38℃，此時機體產熱量等于散熱量。(3)本實驗的目的為檢測疫苗X對新型冠狀病毒是否有效，以疫苗的作用機理為實驗原理，結合探究性實驗一般操作步驟“取材、分組、編號→變量處理(控制單一變量)→培養或飼養(控制無關變量)→觀察、記錄與分析(結果處理)→得出結論”，即可完成實驗思路的設計。4.答案選取健康的成年雄性小鼠若干，平均分為兩組，并分別編號為A組和B組。給A、B兩組定時灌喂適量的試劑甲，同時分別對A、B兩組灌喂等量的試劑乙和蒸餾水，經過一段時間后，統計A組和B組小鼠單位時間單位體重的耗氧量解析當小鼠神經系統興奮性較高時，平均體重的耗氧速率會升高，可以通過檢測小鼠單位時間單位體重的耗氧量來判斷小鼠神經系統興奮性的高低。咖啡因能促進神經系統興奮，為了驗證茶葉中的茶氨酸抑制了咖啡因的作用，實驗的自變量為是否用茶氨酸處理，因變量為小鼠單位時間單位體重