高中生物实验设计的基本原则

(2017·全国Ⅰ，29)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒①两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基②之间的相互转换。请利用放射性同位素标记③的方法，以体外培养的宿主细胞④等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组⑤)

审题关键

信息①：病毒营寄生生活，由蛋白质和核酸组成，核酸是DNA或RNA，只含有二者中的一种，DNA和RNA在化学组成上的区别如下：

信息②：强调了碱基，二者碱基的区别：DNA特有T，RNA特有U。

信息③：放射性同位素标记法是指用放射性同位素替代某化合物中的特殊元素，来追踪该化合物的运行和变化规律。回忆相关内容：

信息④：联想T2噬菌体遗传物质的探究实验和病毒的寄生特点，标记病毒需要先用含有放射性元素的培养基培养宿主细胞，再让病毒去侵染标记的细胞，子代病毒就会被标记。

信息⑤：甲、乙两组要形成对比，结合信息①、②、③、④可判断出，应分别用放射性同位素标记DNA成分中的T和RNA成分中的U。

参考答案

(1)实验思路

甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。错解例析

错例：用含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基培养病毒。一段时间后收集病毒并检测其放射性。

错因分析：没有分成甲、乙两组，而是用同时含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基来培养，不能形成对照。病毒不能直接用培养基培养，这样设计不科学。

实验设计遵循的四大基本原则

1．单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。

2．对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便消除无关变量对实验结果的干扰，增强实验结果的可信度。

3．平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。

4．科学性原则：在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目的要明确，实验原理要正确，实验研究的材料和实验方法的选择要恰当，整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识及其他学科领域的基本知识。

1．已知蛋白质和双缩脲试剂反应呈现紫色，请你根据给出的实验材料设计一个验证唾液中含有蛋白质的实验，要求写出(1)基本的实验步骤，(2)预期实验结果和结论。

材料用具：双缩脲试剂A液、双缩脲试剂B液、蛋清稀释液(含有丰富蛋白质)、水、小烧杯、玻璃棒、试管、滴管和滴瓶、镊子、脱脂棉。

答案(1)步骤：

①用清水漱口后取适量唾液到小烧杯中，备用；

②取2 mL蛋清稀释液和2 mL唾液分别加入甲、乙两支试管中；

③分别向两支试管中加入双缩脲试剂A液1 mL，振荡后加入双缩脲试剂B液4滴，振荡均匀后静置；

④观察并对照两支试管的颜色。

(2)预期结果和结论：甲、乙两支试管都呈现紫色，说明唾液中含有蛋白质。

解析要验证唾液中含有蛋白质，可采取设置对照实验的方法。取两支相同的试管，在其中一支试管中加入唾液，在另一支试管中加入蛋清稀释液作为对照，经过相同的处理后，根据

两支试管中溶液的颜色变化来判断唾液中是否含有蛋白质。要注意材料中没有提供唾液，需要从实验者自身获取。

2．已知菠菜的干叶病是由干叶病毒引起的，但不清楚干叶病毒的核酸种类，试设计实验探究。实验材料：苯酚的水溶液(可以将病毒的蛋白质外壳和核酸分离)、健康生长的菠菜叶植株、干叶病毒样本、DNA水解酶(只会水解DNA，不会水解RNA)、蒸馏水、实验必需的器材。

(1)实验步骤：

①选择两株生长状况相似的菠菜植株，编号A和B。

②用__________________处理干叶病毒，并设法将核酸和蛋白质分离开，将获得的核酸平均分成两份，编号为A、B。

③用______________处理核酸A；用______________处理核酸B。

④一段时间后，用核酸A喷洒菠菜植株A；用核酸B喷洒菠菜植株B。

⑤一段时间后，观察两株菠菜植株的生长状况。

(2)实验结果和结论：

①________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案(1)②苯酚的水溶液

③DNA水解酶蒸馏水

(2)①如果A、B植株都得干叶病，说明干叶病毒所含的核酸是RNA

②如果A植株没有得干叶病，B植株得干叶病，说明干叶病毒所含的核酸是DNA

解析本题实验目的为“探究干叶病毒的核酸种类”；实验原理为：干叶病毒导致菠菜得干叶病；若干叶病毒的核酸为DNA，则用DNA水解酶处理干叶病毒核酸，DNA被水解，对照组(蒸馏水处理组)得干叶病，实验组(用DNA水解酶处理)没有得干叶病；若干叶病毒的核酸为RNA，则对照组和实验组都得干叶病。