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高考生物验证性实验调研

2012-08-14

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验证性实验,一般给出实验目的、试剂和有关用品,要求学生据此设计实验或补充不完整的实验,来验证某一事实或原理。其特点是先有结论,然后用实验来验证结论。重在考查对实验设计和操作步骤的分析和理解能力,对实验结果的预测和归纳总结能力。在实验设计中要遵循和体现实验设计的"三大原则"(对照性原则、等量性原则、单因子变量原则)和"四性"(科学性、安全性、可行性和简约性),文字叙述力求简练、准确、科学。

验证性实验设计一般包含如下内容:

①实验名称:实验内容的名称。

②实验目的:要探究或验证的事实。

③实验原理:进行实验依据的科学道理。

④实验对象:进行实验的主要对象。

⑤实验条件:根据实验原理确定所需的仪器、设备和药品。

⑥实验方法与步骤:确定实验采用的方法及必需(最佳)的操作程序。每一个步骤都必须是科学的,能及时对仪器和步骤进行矫正。

⑦实验测量与记录:应用科学的测量手段对实验过程进行测量,并准确客观地记录实验过程及结果。

⑧实验结果预测及分析:预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。

⑨实验结论:对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。

【调研1】2003年的诺贝尔化学奖授予研究细胞膜水通道结构功能的彼得·阿格雷和研究细胞膜离子通道结构功能的罗德里克·麦金农。人体大约有一千亿个细胞,每时每刻都有许多小分子和离子出入细胞,保证细胞的正常活动和细胞间的通信联络,使个体成为统一整体,两位科学家出色的研究使相关原理得以阐明。根据以上材料,回答问题:

(1)分子较大的甘油、乙醇、苯等有机分子比K+、Na+更容易通过细胞膜,原因是什么?

(2)由水可自由地出入细胞,科学家推测细胞膜上存在水通道,1 s内1个通道可通过几十亿个水分子。经过10余年的研究,阿格雷在1990年第一次发现水通道蛋白,并分别把含有及不含有该蛋白的细胞放到水溶液中,结果前者可通过____________作用吸水,后者则不能吸水。2000年,他又公布了该蛋白质的结构。据此请推测细胞吸水方式是否为自由扩散?说明原因。

(3)长期以来,人们还认识到红细胞内外K+、Na+浓度相差几倍到几十倍,K+、Na+浓度高的一侧依次位于红细胞的________、________侧,并且细胞维护这种浓度差需消耗能量分别吸收__________和排出__________。

(4)研究出神经细胞、肌细胞、腺细胞等可兴奋细胞内K+、Na+及电荷的情况与红细胞类似,此外,胞外有较多的Cl-,胞内有较多的带负电的蛋白质。未受刺激时,膜电位为外正内负。而当某一部位受到刺激时,该处Na+快速内流使膜电位变为_________,接着K+快速外流使膜电位变为___________,这样形成局部电流。科学家发现K+、Na+快速流动时并不消耗能量,据此推测细胞膜上存在K+、Na+通道,且彼此不同。麦金农在1998年确定了这种离子通道蛋白质结构、形状和启闭机理。请推测该蛋白通道与需消耗能量才能运输K+、Na+的载体蛋白的结构功能应该(相同或不同)。

(5)水分子进出细胞需通过水通道。为验证这一假设,科学家得到如下材料:

A?分离纯化的水通道蛋白;

B?含有水通道蛋白的细胞;

C?去除水通道蛋白的细胞;

D?磷脂双分子层构成的内含水溶液的球状体(其膜结构能与加入的蛋白质结合);

E?能够抑制蛋白质活性的含汞离子的试剂;

F?蒸馏水。

某生物小组设计了以下实验研究水通道:

取一只培养皿,加入一定量的蒸馏水,放入含有水通道蛋白的细胞,一段时间后用显微镜观察,加入含有水通道蛋白的细胞吸水胀破。

结论:水分子通过水通道蛋白进入细胞内部。

①此实验目的是:________________。

②找出上述实验过程中不合理之处,并加以改正。

【解析】(2)考虑自由扩散和主动运输两个过程,目的是掌握细胞膜的双分子层的结构。

(3)主动运输需要消耗能量。

(5)对照实验,验证水分子进出细胞需要通过水通道。

【答案】(1)细胞膜上的磷脂分子层允许甘油等脂溶性有机物优先通过细胞膜。

(2)渗透否,有载体协助。

(3)外内K+Na+

(4)外负内正外正内负不同

(5)①验证水分子进出细胞需通过水通道蛋白

②缺少对照实验。

改正:另取一只培养皿,加等量的蒸馏水,将不含有水通道蛋白的细胞放入,在相同条件下放置一段时间后用显微镜观察,不含有水通道蛋白的细胞,保持原状。

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