高中生物重点实验实验设计思维方法总结.doc

高中生物重点实验总结及实验设计思维方法

时间：2015-12-26 作者 闲之乐
　　实验一 观察DNA和RNA在细胞中的分布
　　实验原理：DNA 绿色，RNA 红色
　　分布：真核生物DNA主要分布在细胞核中，线粒体和叶绿体内也含有少量的DNA；RNA主要分布在细胞质中。
　　实验结果： 细胞核呈绿色，细胞质呈红色。
　　实验二 物质鉴定
　　还原糖 + 斐林试剂 砖红色沉淀 脂 肪 + 苏丹III 橘黄色
　　脂 肪 + 苏丹IV 红色 蛋白质 + 双缩脲试剂 紫色反应
　　1、还原糖的检测
　　（1）材料的选取：还原糖含量高，白色或近于白色，如苹果，梨，白萝卜。
　　（2）试剂：斐林试剂（甲液：0.1g/mL的NaOH溶液，乙液：0.05g/mL的CuSO4溶液），现配现用。
　　（3）步骤：取样液2mL于试管中→加入刚配的斐林试剂1mL（斐林试剂甲液和乙液等量混合均匀后再加入）→水浴加热2min左右→观察颜色变化（白色→浅蓝色→砖红色）
　　★模拟尿糖的检测
　　1、取样：正常人的尿液和糖尿病患者的尿液
　　2、检测方法：斐林试剂（水浴加热）或班氏试剂或尿糖试纸
　　3、结果：（用斐林试剂检测）试管内发生出现砖红色沉淀的是糖尿病患者的尿液，未出现砖红色沉淀的是正常人的尿液。
　　4、分析：因为糖尿病患者的尿液中含有还原糖，与斐林试剂发生反应产生砖红色沉淀，而正常人尿液中无还原糖，所以没有发生反应。
　　2、脂肪的检测
　　（1）材料的选取：含脂肪量越高的组织越好，如花生的子叶。
　　（2）步骤： 制作切片（切片越薄越好）将最薄的花生切片放在载玻片中央
　　染色（滴苏丹Ⅲ染液2～3滴切片上→2～3min后吸去染液→滴体积分数50%的酒精洗去浮色→吸去多余的酒精）
　　制作装片（滴1～2滴清水于材料切片上→盖上盖玻片）
　　镜检鉴定（显微镜对光→低倍镜观察→高倍镜观察染成橘黄色的脂肪颗粒）
　　3、蛋白质的检测
　　（1）试剂：双缩脲试剂（A液：0.1g/mL的NaOH溶液，B液：0.01g/mL的CuSO4溶液）
　　（2）步骤：试管中加样液2mL→加双缩脲试剂A液1mL，摇匀→加双缩尿试剂B液4滴，摇匀→观察颜色变化（紫色）
　　考点提示：
　　（1）常见还原性糖与非还原性糖有哪些？
　　葡萄糖、果糖、麦芽糖都是还原性糖；淀粉、蔗糖、纤维素都是非还原性糖。
　　（2 ）还原性糖植物组织取材条件？
　　含糖量较高、颜色为白色或近于白色，如：苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜等。
　　（3）研磨中为何要加石英砂？不加石英砂对实验有何影响？
　　加石英砂是为了使研磨更充分。不加石英砂会使组织样液中还原性糖减少，使鉴定时溶液颜色变化不明显。
　　（4）斐林试剂甲、乙两液的使用方法？混合的目的？为何要现混现用？
　　混合后使用；产生氢氧化铜；氢氧化铜不稳定。
　　（5）还原性糖中加入斐林试剂后，溶液颜色变化的顺序为： 浅蓝色 棕色 砖红色
　　（6）花生种子切片为何要薄？ 只有很薄的切片，才能透光，而用于显微镜的观察。
　　（7）转动细准焦螺旋时，若花生切片的细胞总有一部分清晰，另一部分模糊，其原因一般是什么？
　　切片的厚薄不均匀。
　　（8）脂肪鉴定中乙醇作用？ 洗去浮色。
　　（9）双缩脲试剂A、B两液是否混合后用？先加A液的目的。怎样通过对比看颜色变化？
　　不能混合；先加A液的目的是使溶液呈碱性；先留出一些大豆组织样液做对比。
　　实验三 观察叶绿体和细胞质流动
　　1、材料：新鲜藓类叶、黑藻叶或菠菜叶，口腔上皮细胞临时装片
　　2、原理：叶绿体在显微镜下观察，绿色，球形或椭球形。
　　用健那绿染液染色后的口腔上皮细胞中线粒体成蓝绿色，细胞质接近无色。
　　知识概要：
　　取材 制片 低倍观察 高倍观察
　　考点提示：
　　（1）为什么可直接取用藓类的小叶，而不能直接取用菠菜叶？
　　因为藓类的小叶很薄，只有一层细胞组成，而菠菜叶由很多层细胞构成。
　　（2）取用菠菜叶的下表皮时，为何要稍带些叶肉？
　　表皮细胞除保卫细胞外，一般不含叶绿体，而叶肉细胞含较多的叶绿体。
　　（3）怎样加快黑藻细胞质的流动速度？最适温度是多少？ 进行光照、提高水温、切伤部分叶片；25℃左右。
　　（4）对黑藻什么部位的细胞观察，所观察到的细胞质流动的现象最明显？ 叶脉附近的细胞。
　　（5）若视野中某细胞中细胞质的流动方向为顺时针，则在装片中该细胞的细胞质的实际流动方向是怎样的？ 仍为顺时针。
　　（6）是否一般细胞的细胞质不流动，只有黑藻等少数植物的细胞质才流动？
　　否，活细胞的细胞质都是流动的。
　　（7）若观察植物根毛细胞细胞质的流动，则对显微镜的视野亮度应如何调节？
　　视野应适当调暗一些，可用反光镜的平面镜来采光或缩小光圈。
（8）在强光照射下，叶绿体的向光面有何变化？叶绿体的受光面积较小有一面面向光源。
实验四 观察有丝分裂
　　1、材料：洋葱根尖（葱，蒜）
　　2、步骤：
　　（一）洋葱根尖的培养
　　（二）装片的制作
　　制作流程：解离→漂洗→染色→制片
　　1. 解离： 药液： 质量分数为15%的盐酸，体积分数为95%的酒精（1 ： 1混合液）。
　　时间： 3~5min .目的： 使组织中的细胞相互分离开来。
　　2. 漂洗： 用清水漂洗约10min. 目的： 洗去药液，防止解离过度，并有利于染色。
　　3. 染色： 用质量浓度为0.01g / mL或0.02g / mL的龙胆紫溶液（或醋酸洋红液）染色3~ 5min
　　目的： 使染色体着色，利于观察。
　　4. 制片： 将根尖放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子把根尖弄碎，盖上盖玻片，在盖玻片上再加一片载玻片。 然后用拇指轻轻地按压载玻片。 目的： 使细胞分散开来，有利于观察。
　　（三）观察
　　1、先在低倍镜下找到根尖分生区细胞：细胞呈正方形，排列紧密，有的细胞正在分裂。
　　2、换高倍镜下观察：分裂中期→分裂前、后、末期→分裂间期。（注意各时期细胞内染色体形态和分布的特点）。其中，处于分裂间期的细胞数目最多。
　　考点提示：
　　（1）培养根尖时，为何要经常换水？ 增加水中的氧气，防止根进行无氧呼吸造成根的腐烂。
　　（2）培养根尖时，应选用老洋葱还是新洋葱？为什么？ 应选用旧洋葱，因为新洋葱尚在休眠，不易生根。
　　（3）为何每条根只能用根尖？取根尖的最佳时间是何时？为何？
　　因为根尖分生区的细胞能进行有丝分裂；上午10时到下午2时；因为此时细胞分裂活跃。
　　（4）解离和压片的目的分别是什么？压片时为何要再加一块载玻片？ 解离是为了使细胞相互分离开来，压片是为了使细胞相互分散开来；再加一块载玻片是为了受力均匀，防止盖玻片被压破。
　　（5）若所观察的组织细胞大多是破碎而不完整的，其原因是什么？ 压片时用力过大。
　　（6）解离过程中盐酸的作用是什么？丙酮可代替吗？ 分解和溶解细胞间质；不能，而硝酸可代替。
　　（7）为何要漂洗？ 洗去盐酸便于染色。
　　（8）细胞中染色最深的结构是什么？ 染色最深的结构是染色质或染色体。
　　（9）若所观察的细胞各部分全是紫色，其原因是什么？
　　染液浓度过大或染色时间过长。
　　（10）为何要找分生区？分生区的特点是什么？能用高倍物镜找分生区吗？为什么？
　　因为在根尖只有分生区的细胞能够进行细胞分裂；分生区的特点是：细胞呈正方形，排列紧密，有的细胞处于分裂状态；不能用高倍镜找分生区，因为高倍镜所观察的实际范围很小，难以发现分生区。
　　（11）分生区细胞中，什么时期的细胞最多？为什么？ 间期；因为在细胞周期中，间期时间最长。
　　（12）所观察的细胞能从中期变化到后期吗？为什么？
　　不能，因为所观察的细胞都是停留在某一时期的死细胞。
　　（13）观察洋葱表皮细胞能否看到染色体？为什么？ 不能，因为洋葱表皮细胞一般不分裂。
　　（14）若观察时不能看到染色体，其原因是什么？
　　没有找到分生区细胞；没有找到处于分裂期的细胞；染液过稀；染色时间过短。
　　实验五 比较酶和Fe3+的催化效率
　　考点提示：
　　（1）为何要选新鲜的肝脏？因为在不新鲜的肝脏中，过氧化氢酶的活性会由于细菌的破坏而降低。
　　（2）该实验中所用试管应选较粗的还是较细的？为什么？应选用较粗的，因为在较细的试管中容易形成大量的气泡，而影响卫生香的复燃。
　　（3）为何要选动物的肝脏组织来做实验，其他动植物的组织的研磨液能替代吗？因为肝脏组织中过氧化氢酶含量较丰富；其它动植物组织也含有少量的过氧化氢酶，所以能够替代。
　　（4）相同质量的块状肝脏和肝脏研磨液，哪一个催化效果好？为什么？研磨液效果好；因为它增加过氧化氢酶与过氧化氢的接触面积。
　　（5）滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，可否共用下个吸管？为什么？不可共用，防止过氧化氢酶与氯化铁混合，而影响实验效果。
　　实验六 色素的提取和分离
　　1、原理：叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂丙酮或无水乙醇——提取色素
　　各色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同——分离色素
　　2、步骤：
　　（1）提取色素 研磨
　　（2）制备滤纸条
　　（3）画滤液细线：均匀，直，细，重复若干次
　　（4）分离色素：不能让滤液细线触及层析液
　　（5）观察和记录： 结果滤纸条上从上到下依次为：橙黄色（胡萝卜素）、黄色（叶黄素）、蓝绿色（叶绿素a）、黄绿色（叶绿素b）。
　　考点提示：
　　（1）对叶片的要求？为何要去掉叶柄和粗的时脉？绿色、最好是深绿色。因为叶柄和叶脉中所含色素很少。
　　（2）二氧化硅的作用？不加二氧化硅对实验有何影响？
　　为了使研磨充分。不加二氧化硅，会使滤液和色素带的颜色变浅。
　　（3）丙酮的作用？它可用什么来替代？用水能替代吗？
　　溶解色素。它可用酒精等有机溶剂来代替，但不能用水来代替，因为色素不溶于水。
　　（4）碳酸钙的作用？不加碳酸钙对实验有何影响？
　　保护色素，防止在研磨时叶绿体中的色素受到破坏。不加碳酸钙，滤液会变成黄绿色或褐色。
　　（5）研磨为何要迅速？要充分？过滤时为何用布不用滤纸？ 研磨迅速，是为了防止丙酮大量挥发；只有充分研磨，才能使大量色素溶解到丙酮中来。色素不能通过滤纸，但能通过尼龙布。
　　（6）滤纸条为何要剪去两角？ 防止两侧层析液扩散过快。
　　（7）为何不能用钢笔或圆珠笔画线？ 因为钢笔水或圆珠笔油中含有其它色素，会影响色素的分离结果。
　　（8） 滤液细线为何要直？为何要重画几次？ 防止色素带的重叠；增加色素量，使色素带的颜色更深一些。
　　（9） 滤液细线为何不能触到层析液？ 防止色素溶解到层析液中。
　　（10）滤纸条上色素为何会分离？
　　由于不同的色素在层析液中的溶解度不同，因而它们随层析液在滤纸条上的扩散速度就不同。
　　（11）色素带最宽的是什么色素？它在层析液中的溶解度比什么色素大一些？
　　最宽的色素带是叶绿素a，它的溶解度比叶绿素b大一些。
　　（12）滤纸条上相互间距最大的是哪两种色素？ 胡萝卜素和叶黄素。
　　（13）色素带最窄的是第几条色素带？为何？
　　第一条色素带，因为胡萝卜素在叶绿体的四种色素中含量最少。
　　实验七 观察质壁分离和复原
　　1、条件：细胞内外溶液浓度差，活细胞，大液泡
　　2、材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞（具紫色大液泡），质量浓度0.3g/mL的蔗糖溶液，清水等。
　　3、步骤：制作洋葱鳞片叶外表皮细胞临时装片→观察→盖玻片一侧滴蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引→观察（液泡由大到小，颜色由浅变深，原生质层与细胞壁分离）→盖玻片一侧滴清水， 另一侧用吸水纸吸引→观察（质壁分离复原）
　　4、结论： 细胞外溶液浓度 ＞ 细胞内溶液浓度，细胞失水 质壁分离
　　细胞外溶液浓度 ＜ 细胞内溶液浓度，细胞吸水 质壁分离复原
　　知识概要：制片 观察 加液 观察 加水 观察
　　考点提示：
　　（1）洋葱为何要选紫色的？若紫色过淡怎么办？
　　紫色的洋葱有紫色的大液泡，便于观察液泡的大小变化；缩小光圈，使视野变暗些。
　　（2）洋葱表皮应撕还是削？为何？ 表皮应撕不能削，因为削的表皮往往太厚。
　　（3）植物细胞为何会出现质壁分离？ 动物细胞会吗？ 当细胞失去水分时，其原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性；动物细胞不会发生质壁分离，因为动物细胞没有细胞壁。
　　（4）质壁分离时，液泡大小和颜色的变化？复原时呢？
　　细胞发生质壁分离时，液泡变小，紫色加深；当细胞质壁分离复原时，液泡变大，紫色变浅。
　　（5）若发生质壁分离后的细胞，不能发生质壁分离复原，其原因是什么？
　　细胞已经死亡（可能是外界溶液浓度过大，细胞失水过多或质壁分离时间过长）
　　（6）高倍镜使用前，装片如何移动？
　　若要把视野中上方的物像移到视野的正中心，则要将装片继续向上移动。若要把视野中左方的物像移到视野的正中心，则要将装片继续向左方移动，因为显微镜视野 中看到的是倒像。
　　（7）换高倍物镜后，怎样使物像清晰？视野明暗度会怎样变化？如何调亮？换高倍物镜后，应调节细准焦螺旋使物像变得清晰；视野会变暗，可调大光圈或改用反光镜的凹面镜来使视野变亮。
　　（8）所用目镜、物镜的长度与放大倍数的关系？ 目镜越长，放大倍数越小；物镜越长，放大倍数越大。
　　（9）物像清晰后，物镜与载玻片之间的距离和放大倍数的关系？
　　物镜与载玻片之间的距离越小，放大倍数越大。
　　（10）总放大倍数的计算方法？放大倍数具体指面积的放大倍数还是长度的放大倍数？
　　总放大倍数等于目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积；放大倍数是指细小物体长度或宽度的放大倍数。
　　（11）放大倍数与视野中细胞大小、多少、视野明暗的关系？
　　放大倍数越大，视野中细胞越大、数目越少、视野越暗。
　　（12） 更换目镜，若异物消失，则异物在目镜上；更换物镜，若异物消失，则异物在物镜上、移动载玻片，若异物移动，则异物在载玻片上。
　　（13）怎样利用质壁分离现象来测定植物细胞液的浓度？ ①配制一系列浓度从小到大的蔗糖溶液 ②分别用以上不同浓度的溶液制成某植物细胞的临时装片 ③用显微镜观察某植物细胞是否发生质壁分离。某植物细胞液的浓度就介于不能引起质壁分离的浓度和能引起质壁分离的浓度之间。
　实验八 DNA的粗提取与鉴定
　　考点提示：
　　（1）鸡血能用猪血代替吗？为什么？ 不能，因为哺乳动物的红细胞中没有细胞核，不能提取DNA.
　　（2）鸡血中为何要加柠檬酸钠？为何要弃去鸡血细胞的上清液？
　　防止血液凝固；因为上清液是血浆，不含细胞和DNA.
　　（3）胀破细胞的方法？能用生理盐水吗？
　　向血细胞中加入蒸馏水，使细胞大量吸水而胀破；不能用生理盐水，因为血细胞在蒸馏水中不能吸收水分。
　　（4）该实验中最好应用玻璃烧杯还是塑料烧杯？为什么？ 最好用塑料烧杯，因为玻璃烧杯容易吸附DNA.
　　（5）前后三次过滤时，所用纱布的层数分别是多少？为什么？
　　第一次用一层纱布，有利于核物质透过纱布进入滤液；第二次用多层纱布，能防止DNA丝状物透过纱布进入滤液；第三次用两层纱布，既有利于DNA透过纱布，又能防止其它杂质透过纱布。
　　（6）若实验中所得黏稠物太少，其原因是什么？ 第一次加蒸馏水过少，细胞未充分胀破；第二次加蒸馏水过多或过少；第一次过滤用了多层纱布；第二次过滤用了一层纱布。
　　（7）两次加入蒸馏水的目的分别是什么？
　　第一次是为了使血细胞吸水胀破；第二次是为了降低氯化钠的浓度，有利于DNA有析出。
　　（8）实验中搅拌溶液时，为何总要沿一个方向搅拌？ 防止DNA分子受到损伤。
　　（9）两次析出DNA的方法分别是什么？原理分别是什么？
　　第一次是加蒸馏水，降低氯化钠的浓度，促使DNA析出；第二次是加入冷酒精，因为DNA不溶于酒精溶液。
　　（10）三次溶解DNA的液体分别是什么？原理分别是什么？
　　第一次、第二次都是用浓度为2mol/L的氯化钠溶液，第三次用的是0.015mol/L（或2 mol/L）的氯化钠溶液。其原理是DNA在氯化钠中的溶解度，是随着氯化钠的浓度的变化而改变的。当氯化钠的物质的量浓度为0.14mol/L时，DNA的溶解度最低。2mol/L的氯化钠溶液和0.015mol/L的氯化钠溶液对DNA的溶解度都比较高。
　　（11）鉴定DNA时为何要用两支试管？其现象分别是什么？
　　其中不加DNA的试管起对照作用。该试管溶液不变色，另一支加有DNA的试管溶液变蓝色。
　　实验九 探究酵母菌的呼吸方式
　　1、原理： 酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生二氧化碳和水：
　　C6H12O6 ＋ 6O2 ＋ 6H2O6→CO2 ＋ 12H2O ＋ 能量
　　在无氧条件下进行无氧呼吸，产生酒精和少量二氧化碳：
　　C6H12O6→ 2C2H5OH ＋ 2CO2 ＋ 少量能量
　　2、装置：（见课本）
　　3、检测：（1）检测CO2的产生：使澄清石灰水变浑浊，或使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
　　（2）检测酒精的产生：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生反应，变成灰绿色。
　　实验十 观察细胞的减数分裂
　　1、目的要求：通过观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片，识别减数分裂不同阶段的染色体的形态、位置和数目，加深对减数分裂过程的理解。
　　2、材料用具：蝗虫精母细胞减数分裂固定装片，显微镜。
　　3、方法步骤：
　　（1）在低倍镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片，识别初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞。
　　（2）先在低倍镜下依次找到减数第一次分裂中期、后期和减数第二次分裂中期、后期的细胞，再在高倍镜下仔细观察染色体的形态、位置和数目。
　　4、讨论：（1）如何判断视野中的一个细胞是处于减数第一次分裂还是减数第二次分裂？
　　（2）减数第一次分裂与减数第二次分裂相比，中期细胞中的染色体的不同点是什么？末期呢？
　　实验十一 低温诱导染色体加倍
　　1、原理：用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目发生变化。
　　2、方法步骤：
　　（1）洋葱长出约1cm左右的不定根时，放入冰箱的低温室内（4℃），诱导培养36h.
　　（2）剪取诱导处理的根尖约0.5~1cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5~1 h，以固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次。
　　（3）制作装片：解离→漂洗→染色→制片
　　（4）观察，比较：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。
　　3、讨论：秋水仙素与低温都能诱导染色体数目加倍，这两种方法在原理上有什么相似之处？
　　实验十二 调查常见的人类遗传病
　　1、 要求：调查的群体应足够大；选取群体中发病率较高的单基因遗传病。如红绿色盲、白化病、高度近视（600度以上）等。
　　2、 方法： 分组调查，汇总数据，统一计算。
　　3、计算公式：某种遗传病的发病率=某种遗传病的患病人数 某种遗传病的被调查人数×100%
　　4、讨论： 所调查的遗传病的遗传方式， 发病率是否与有关资料相符， 分析原因。
　　实验十三 探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用
　　1、常用的生长素类似物：NAA（萘乙酸）， 2，4-D， IPA（苯乙酸）。 IBA（吲哚丁酸）等
　　2、方法：
　　①浸泡法：把插条的基部浸泡在配置好的溶液中，深约3cm，处理几小时或一天。处理完毕就可以扦插了。这种处理方法要求溶液的浓度较低，并且最好是在遮荫和空气湿度较高的地方进行处理。
　　②沾蘸法：把插条的基部在浓度较高的药液中蘸一下（约5s），深约1.5cm即可。
　　3、预实验：先设计一组浓度梯度较大的实验进行探索，在此基础上设计细致的实验。
　　4、实验设计的几项原则： ①单一变量原则（只有溶液的浓度不同）；②等量原则（控制无关变量，即除溶液的浓度不同外，其他条件都相同）；③重复原则（每一浓度处理3~5段枝条） ；④对照原则（相互对照、空白对照）；⑤科学性原则
　　实验十四 探究培养液中酵母菌数量的动态变化
　　1、培养酵母菌（温度、氧气、培养液）：可用液体培养基培养
　　2、计数：血球计数板（2mm×2mm方格，培养液厚0.1mm）
　　3、推导计算
　　4、讨论：根据7天所统计的酵母菌种群数量画出酵母菌种群数量的增长曲线；推测影响影响酵母菌种群数量变化的因素。
　　实验十五 土壤中动物类群丰富度的研究
　　1、丰富度的统计方法通常有两种：记名计算法和目测估计法
　　记名计算法：指在一定面积的样地中，直接数出各种群的个体数目，这一般用于个体较大，种群数量有限的群落。
　　目测估计法：按预先确定的多度等级来估计单位面积上个体数量的多少。等级的划分和表示方法有：“非常多、多、较多、较少、少、很少”等等。
　　2、设计数据收集和统计表，分析所搜集的数据。
　　实验十六 种群密度的取样调查
　　考点提示：
　　（1）什么是种群密度的取样调查法？
　　在被调查种群的生存环境内，随机选取若干个样方，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度。
　　（2）为了便于调查工作的进行，在选择调查对象时，一般应选单子叶植物，还是双子叶植物？为什么？
　　一般应选双子叶植物，因为双子叶植物的数量便于统计。
　　（3）在样方中统计植物数目时，若有植物正好长在边线上，应如何统计？
　　只计算该样方相邻的两条边上的植物的数目。
　　（4）在某地域中，第一次捕获某种动物M只，标志后放回原处。第二次捕获N只，其中含标志个体Y只，求该地域中该种动物的总数。 MN/Y
　　（5）应用上述标志重捕法的条件有哪些？①标志个体在整个调查种群中均匀分布，标志个体和未标志个体都有同样被捕的机会。②调查期中，没有迁入或迁出。③没有新的出生或死亡。
　　实验十七 探究水族箱（或鱼缸）中群落的演替
　　要求：（1）水族箱必须放置于室内通风、光线良好的地方，但要避免阳光直接照射。
　　（2）组成成分：非生物成分、生产者、消费者和分解者
　　（3）各生物成分的数量不宜过多，以免破坏食物链
　　设计实验步骤常用“四步法”。
　　第一步：共性处理实验材料，均等分组并编号。选择实验材料时要注意应用一些表示等量的描述性语言，如：“生长一致的”，“日龄相同的，体重一致的”等等。分成多少组要视题目中所给的信息而定，（一般情况分两组）。编号最好用A、B、C或甲、乙、丙，而不用1、2、3 避免与实验步骤相混淆。
　　第二步：遵循单因子变量原则，对照处理各组材料。方法为一组为对照组（往往为处于正常生理状态的），其余为实验组，对照组与实验组只能有一个实验条件不同（单因子变量），其他条件要注意强调出相同来，这是重要的得分点或失分点。至于变量是什么要根据具体题目来确定。
　　第三步：相同条件培养（饲养、保温）相同时间。
　　第四步：观察记录实验结果。
　　实验结果的预测（预期）；首先要根据题目判断该题是验证性实验还是探究性实验，如果是验证性实验，则结果只有一个，即题目中要证明的内容。如果是探究性实验，则结果一般有三种：①实验组等于对照组，说明研究的条件对实验无影响。②实验组大于对照组，说明研究的条件对实验有影响，且影响是正相关。③实验组小于对照组，说明研究的条件对实验有影响，且影响是负相关。
实验设计是生物实验中的一种常见题型，它能较全面的考查学生的实验知识和基本技能，分析问题和解决问题的能力以及创造能力，因而在高考中相对稳定。由于学生缺乏实验设计系统的理论知识，因此，遇到这类题型，就会感到无从下手，导致考试中严重失分。现将有关实验设计的基本理论、实验设计的思路方法和常见的题型等进行归纳总结，增加学生理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力。
　　一、实验设计的基本内容
　　（一）实验名称或课题（是关于什么内容的实验）；
　　（二）实验目的（要探究或者验证的问题或事实）；
　　（三）实验原理（进行实验所依据的科学道理，隐含着实验假设和预期）；
　　（四）实验材料和条件（进行实验的主要对象，完成该实验必备的仪器、设备、药品等）；
　　（五）实验方法与步骤（实验采用的方法及必需的操作程序）；
　　（六）实验测量或观擦与记录（对实验过程及结果应有科学的测量手段、观擦指标与准确的记录）；
　　（七）实验结果预测及分析（能够预测可能出现的实验结果并分析其原因）；
　　（八）实验结论：对实验结果进行准确的描述并给出科学的结论。
　　二、实验设计的基本原则
　　（一）科学性原则。所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都要依据生物学基本知识和基本原理，不能主观臆造。如：酸碱度对酶活性的影响，酶的高效性实验的顺序等。
　　（二）单一变量原则
　　1、变量：或称因子，是指实验过程中所被操作的特定因素或条件。按性质不同，通常可分为两类：
　　（1）实验变量与反应变量。实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如，在“温度对酶活性的影响”的实验中，所给定的低温（冰块）、适温（37℃）、高温（沸水浴）就是实验变量。而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是反应变量，该实验即在于获得和解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）的因果关系。
　　（2）无关变量与额外变量。无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变量有干扰作用，例如，上述实验中除实验变量（低温、适温、高温）以外，试管洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度，温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温3组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对3个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。实验的关键之一在于控制无关变量或减少额外变量，以减少误差。
　　（二）单一变量。在实验设计中仅仅改变实验中的某一项变量，其它因子不变，在此条件下，观察、研究该变量对实验材料和实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要做到前后一致。综合研究多变量时，也要求先研究一个变量，再研究一另个变量。
　　（三）对照性原则。对照是实验控制的重要手段之一，目的还是在于平衡或消除无关变量对实验结果的干扰。通过设置实验进行对照，可排除无关变量的影响，也可增加实验结果的可信度和说服力。
　　通常，一个实验可为实验组和对照组。实验组：是接受实验变量处理的对象组；对照组：也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组，至于哪个作为实验组，哪个作为对照组，一般是随机决定的，这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验组与对照组的差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型：
　　1、空白对照：指不做任何实验处理的对象组。例如，在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂，一起进行沸水浴，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，增强了说服力。
　　2、自身对照：指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。单组法和轮组法，一般都包含有自身对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验，就是典型的自身对照。自身对照，方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。
　　3、条件对照：指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。例如。“动物激素饲喂小动物”的实习实验，采用等组实验法，其实验设计方案是：
　　甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）；
　　乙组：饲喂甲状腺抑制剂（条件对照组）；
　　丙组：不饲喂药剂（空白对照组）；
　　虽然，乙组为条件对照。该实验即设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照、更能充分说明实验变量——甲状腺激素能促进小动物的生长发育。
　　4、相互对照：指不另设对照组，而是几个实验组相互进行对照，在等组实验法中，大都是运用相互对照，如“植物的向性运动”的等组实验中，5个实验组采用的都是相互对照，较好的平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果更具有说服力。
　　（四）可重复性原则。指控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。目的在于尽可能消除无关变量所造成的实验误差，体现实验的准确性与科学性。
　　（五）简单可行性原则。指实验材料容易获得，实验装置简化，实验药品便宜，实验操作简便，实验效果明显并能在较短时间内完成。从实验目的、实验原理到材料用品的选择、实验操作等，都要符合实验者的一般认知水平，满足现有的条件，具有实验和完成实验的可能性。
　　三、实验设计的基本思路
　　（一）准确把握实验目的：看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果，是探究性实验还是验证性实验。
　　（二）明确实验原理：要解决题目所给的问题，要用到生物学上什么原理。
　　（三）确定实验思路：根据原理对实验作出假设，并充分利用实验材料设计实验思路。
　　（四）精心设计实验步骤：根据实验目的、原理和思路，设计合理的实验装置和实验操作步骤。并设置好实验组和对照组，遵循实验设计的原则。并将观察到的现象如实进行记录。
　　（五）准确预期实验结果并分析得出结论：实验步骤一般不连续描述，要分段叙述；试管、烧杯等要给予编号。在叙述实验步骤及预期结果时结论时，语言文字要简明扼要，准确科学。
　　四、实验设计的基本题型
　　类型一：设计实验方案型。
　　给出实验用具、材料、药品、实验目的，或只给实验目的，实验器材自选，设计实验方案。
　　［例1］请根据下述条件设计一个实验，鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，写出实验步骤并分析结果。一瓶10%蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液，250ml烧杯一只，半透膜制成的透析袋l只，刻度玻璃管l只，细线一根，支架l个。
　　（一）实验步骤：
　　（二）结果分解：
　　［解析］本实验是考查渗透作用的原理和动手设计实验的能力，解题的关键是如何利用透析袋和两种液体形成一个渗透系统。当将两种液体之一放入透析袋，另一液体放大烧杯中，然后将盛放液体的透析袋用线扎实（插入刻度玻璃管）并浸浴在烧杯的液体中时，由于两液体具有浓度差，水分子便通过透析袋发生渗透作用，观察刻度玻璃液面数值变化即可将二者区别开来。根据实验设计理论，把所给器材的作用分析清楚，有助实验设计思路的形成。
　　［答案］（1）实验步骤：①将一瓶中的液体倒入烧杯中；②将另一瓶中的液体倒满透析袋，刻度玻璃管插入袋内液体中，用线将袋口和玻璃管扎紧；③将插有刻度玻璃管的透析袋放入盛有液体的烧杯中，垂直固定于支架上，记录玻璃管液面刻度；④一段时间后，观察玻璃管液面刻度，确定液面上升还是下降。
　　（三）结果分析：如液面上升，则透析袋中的溶液为30%蔗糖溶液，烧杯中的溶液为10%的蔗糖溶液。反之，可推测透析袋中是10%蔗糖溶液，烧杯中的液体是30%的蔗糖溶液。
　　类型二：评价和纠正型
　　分析已有实验设计方案中不科学性，并提出改进。
　　［例2］北阿尔伯达的一个工厂把产酸的化学品排入到空气中，工厂东面有一个湖，湖底是石灰石的。但湖水的pH值已从原来的6儿降低到5.7.虽然酸性沉积一直在增加，湖水的pH值仍保持5.7不变。湖中原有的鱼是河鲈和鲤鱼。钓鱼爱好者抱怨说，自从工厂开办以来，鱼资源已经减少。工厂的工人设计了一个实验，证明工厂排放出去的化学药品与鱼资源的减少没有关系。
　　工人取一只大容器，盛放湖水，维持pH值在5.7.从湖里找来大鱼放在该容器内，喂以蛋白质饲料。在这样的条件下，鱼正常成长。
　　假定你是一个独立的仲裁员，受雇于垂钓爱好委员会委拖，来对该项实验进行评估，列出你要得到的附加信息，并列举说明你要用什么方法去得到这些信息。
　　［解析］本实验设计方案中没有考虑鱼的生活中受着多种因素影响，这与单一变量原则是相违背的。分析问题不全面，只考虑单一因素的影响，设计实验无说服力，也不符合实验设计的要求。本题考查思维的全面性，在认定两个问题时，除了看有无直接联系外，也要注意考虑间接联系。
　　［答案］该实验设计测量不出下列因素。而这些因素都是对河鲈和鲤鱼的影响的：
　　（l）酸对河鲈和鲤鱼的食物数量多少的影响；
　　（2）酸对河鲈和鲤鱼的鱼卵或幼鱼的影响；
　　（3）由于春季干涸造成pH值季节性涨落的影响；
　　（4）由于酸的分解作用而进入水域的重金属量是多少；
　　为了说明上述第一点，必须完成一项研究，即确定各种浮游生物，水生昆虫和小鱼的多少。如果这个食物网的某些环节正在丧失，则有必要去研究酸是否对此有影响。为了说明上述第二点，可以在酸化水中饲养鱼卵和幼鱼。鱼的数量减少可能是上述第一点和第二点结合的产物，所以人工饲养幼鱼可能会给出不可靠的结果。
　　对于季节性涨落，应该对全湖长期取水样。做仔细彻底的记录至少一年。这一因素可能和第二点相符合，因为鱼卵或繁殖更受低pH值的影响。重金属是累积的有毒物质，人工饲养和鱼与湖里吃污染食物的鱼相比，并不处在相同水平的毒素中。应该在湖水中、鱼饲料中以及河鲈和鲤鱼身体中检测如铅这样的重金属含量。
　　所有这些因素都说明，酸的影响是长期的，在容器里短期饲养的鱼不可能给出可靠的结果。这种研究必须以年为周期来实施，而且要与该工区其他湖水情况作比较。
　　类型三：补充完善型
　　对已有的实验设计进行补充和完善。
　　［例3］向你提供的条件仅有健康活泼的家兔一只，75%酒精、无菌干棉球、解剖刀、洁净的载玻片10块（编号为A、B、C、D、E、F、G、H、I、L）、红墨水、秒表，请在上述提供的条件范围内，设计一个测定血液凝固时间的实验。
　　实验步骤：①用酒精棉球消毒兔
　　的能力以及创造能力，因而在高考中相对稳定
　　耳；②用消毒解刮刀剖开兔耳边缘的小静脉；
　　请将实验步骤补充完整：
　　［解析］这类题目的题干中已经提供了一定的信息，基本上划定了答题的模式，目的明确，前面的方法步骤等信息已为续答作了铺垫，只要明确题目中的实验变量和反应变量，然后设计对照组，再根据有关原理分析，一般就能比较正确地写出答案。本实验设计方案很巧妙地看出血液是否凝固。
　　［答案］③把从刀口流出的血液分别在ABCDEFGJIL10块载玻片上滴一滴（第一滴血弃去不用）；④取血后对兔耳刀口外进行消毒止血；⑤在L载玻片上滴一滴红墨水（起对照作用）；⑥开始记录时间，过l分钟后将A载玻片竖立，第二分钟后将B载玻片竖立（在它们竖立的同时，都将L载玻片竖立），其余类推，看血液是否完全凝固（血液不向下流，且血液表面保持半球形而不改变为凝固