黑礁洛克黑化:高考生物实验能力要求解读与题型分析(2)

高考生物实验能力要求解读与题型分析(2)
北京师范大学附属实验中学（100032）林祖荣江苏省泗阳中学（223700）刘鸿儒——本文载2004年第4期《中学生物教学》     二．新情境实验
    考纲对实验能力的要求不只限于掌握课本的几个实验，更要求学生具有独立进行实验的初步能力，如能够对设计简单的生物学实验，能够对实验结果进行分析和解释。通过这些试题，不仅考查学生独立从事实验工作的能力，而且考查他们的分析、推理等科学思维的能力。这是当前考查实验考查的主要形式。
    1．实验结果的分析与解释
这类试题以实验为背景，通过图、文、表等多种形式来表达实验情境，要求通过对实验现象的观察、实验结果的解读、实验过程和结果的分析等，着重考查学生科学思维的能力。
   【例12】（2003江苏）胸腺嘧啶脱氧核糖核苷（简称胸苷）在细胞内可以转化为胸腺密啶脱氧核糖核苷酸，后者是合成DNA的原料，用含有3H—胸苷的营养液，处理活的小肠黏膜层，半小时后洗去游离的3H—胸苷。连续48小时检测小肠绒毛的被标记部位，结果如下图（黑点表示放射性部位）。    (图略)     请回答：
    （1）处理后开始的几小时，发现只有a处能够检测到放射性，这说明什么？
    （2）处理后24小时左右，在b处可以检测到放射性，48小时左右，在c处检测到放射性，为什么？
    （3）如果继续跟踪检测，小肠黏膜层上的放射性将发生怎样的变化？
    （4）上述实上述实验假如选用含有3H—尿嘧啶核糖核苷的营养液，请推测几小时内小肠黏膜层上放射性出现的情况将会怎样？为什么？
    【分析】本题以实验现象为背景，综合考查考生利用所学知识以及利用题中给予的信息，对实验现象进行分析、推理的能力。需要具备的知识是：分裂的细胞进行DNA的复制，胸腺嘧啶脱氧核苷酸是DNA复制的原料；生活细胞都要进行RNA的合成，尿嘧啶核糖核苷酸是合成RNA的原料。题中给出的背景知识是：胸苷可以在细胞内转化为胸腺嘧啶脱氧核苷酸，从而成为DNA复制的原料。
    要解答好本题，仅有上面所述的知识是远不够的，更需要有较强的分析推理能力。本题实际上涉及两个问题：一是放射性的胸苷的变化途径，二是放射性尿苷的变化途径。随时间的推移，放射性胸苷依次出现在a→b→c处，这是题目告诉的实验结论。为什么会是这样的出现顺序呢？题目提示了，胸苷转化成的胸腺嘧啶脱氧核苷酸是DNA合成的原料，因此，理应从题目条件入手进行分析：在a处能检测到放射性是由于该处的细胞进行了DNA的复制，DNA复制是在细胞分裂过程中进行的。放射性所以能陆续出现在bc处，说明含放射性标记的细胞移到了bc处，这说明了是a处的细胞进行分裂，将放射性物质推移到了bc处。随着时间的进一步推移，放射性物质将会发生什么变化呢？可有两种推测：一是在c处长期存在，但a处的新细胞还在不断合成，还在不断由a处向b、c处推进，按此种推测小肠绒毛会不断长长，这不符合事实，也不符合细胞的生长特点和规律。另一种推测：小肠黏膜细胞上的放射性将会因为细胞的衰老、死亡、脱落而消失。这一推测是可以合理地解释实验现象的。第（4）小题，用的实验材料是放射性标记的尿嘧啶核糖核苷，这是RNA的合成原料，在DNA的复制过程中无疑是需要合成RNA的，不进行DNA复制的细胞是否需要RNA呢？生活细胞都需要蛋白质，而蛋白质的合成过程必需要有RNA，因此，所有的生活细胞都将有RNA的合成，也即在小肠黏膜层的各处都可以检测到放射性。
    本题是全卷中难度较大。大多数考生读不懂图的含义，一开始分析的思路就偏离了正确的轨道：认为放射性腺苷从a依次出现在b、c处是吸收和运输的结果。如果这样，那么题目所给的腺苷可以作为合成DNA原料的条件就失去了价值。作为对一种现象的思考，我们应该有广阔的思路，尽可能想到各种可能性。作为解题，则必须充分运用题目给定的条件，这是解题的基本技能之一。命题者正是通过这些给定的条件，考察你在特定条件下的思维能力的。
    【答案】（1）小肠黏膜层只有a处的细胞能进行DNA复制和细胞分裂。
    （2）a处的细胞连续分裂把带有放射性标记的细胞推向b处，直至c处。
    （3）小肠黏膜细胞上的放射性将会因为细胞的衰老、死亡、脱落而消失。
    （4）在小肠黏膜层的各处都可以检测到放射性，因为小肠黏膜层上的细胞不断进行mRNA的合成。
    例3．新鲜叶类蔬菜常残留有水溶性有机农药。人们一般认为：把蔬菜浸入清水中一段时间，即可大大减少蔬菜的农药残留量。对此，某研究机构做了以下实验：
    实验(一)，取同一新鲜蔬菜样本各1000g，用不同方法处理，结果如下
    处理方法         未作处理      仅用纯净水冲洗1分钟后   浸入纯水30分钟后
    1000g蔬菜农药残留量 0.196mg     0.086mg              0.123mg
    实验(二)，取同一新鲜蔬菜若干浸入一定量纯水中，每隔一段时间，取出一小片菜叶，测定其细胞液浓度，所得数据可绘出如下曲线：(曲线图略)
    据上述实验结果分析回答：
    (1)对实验(一)结果的解释是：用纯净水冲洗1分钟后，蔬菜农药残留量比未作处理减少了一半以上，这是因为                      。
    而浸入纯水30分钟后，蔬菜残留农药量反倒比仅用纯水冲洗1分钟的蔬菜农药残留量多，这说明                           。
    (2)从对实验(二)曲线的分析中可知，从A→B点，植物细胞液浓度变化的原因是             。而从B→C点，细胞液浓度变化的原因则是                 。
综合上述分析，可以说明，植物细胞吸收水分和可溶性有机农药的关系是            。
    (3)农业上常采用根外追肥(即向植物叶片喷洒有机肥料和微量元素)的方法，补充植物所需的养分。根据有关原理，根外追肥选择在什么样的环境条件下进行效果最好？为什么？
    分析：本图分别通过表和曲线给出了二个实验的结果，要求根据实验结果，要求对实验结果作出分析。
    （1）用纯净水冲比用水浸泡蔬菜的农药残留量要少，说明用纯水冲洗时大部分农药被冲走了，为什么会被冲走呢？用水泡为什么不会被洗掉呢？显然这与农药分子的存在部位相关。被水冲洗掉的是蔬菜表面的，而冲洗不掉的进入到了细胞内。为什么用水浸泡的蔬菜农药进入细胞的多，而不浸泡的进入细胞的少呢？明显地，浸泡的过程促进了农药的吸收，由此可推知，农药是溶于水才能被吸收的。
    （2）实验二的曲线告诉我们，刚把蔬菜浸入纯水中时，细胞液的浓度是快速减小的。溶液浓度的减少需要从溶液的溶质和溶剂的变化二方面去考虑。在纯水中细胞应该吸收水分，其结果是细胞液浓度减小；此外，蔬菜表面有农药残留，细胞也会吸收农药分子，这一结果使细胞液浓度增大。最后的结果是细胞液浓度快速变小，说明细胞吸收水分的速度远快于细胞对农药的吸收速度。随着细胞对水分的吸收，细胞液的浓度逐渐减小，细胞的吸水能力减少，吸水速度逐渐减慢。但在纯水中细胞液不管怎么吸水，其浓度肯定是要大于纯水的，为什么逐渐的浓度不再变小，到BC段反而是增大了呢？这一方面要从细胞结构上去考虑，植物细胞是有细胞壁的，细胞大量吸收膨胀，但外面有细胞壁的存在，阻止了细胞继续吸收水分，水分进出细胞达到一个动态的平衡；另一方面要从细胞对农药的吸收角度去考虑，细胞吸水减慢，但农药仍然在继续吸收。这也说明了细胞吸收水分和农药间的相互关系：农药的吸收需要溶于水，但两者的过程是相对独立的。
    （3）根据实验原理的分析，可以知道，细胞对于农药的吸收与对矿质离子的吸收原理是类似的，根据这一原理就可分析取得最好效果的根外施肥条件。细胞只能吸收溶于水中的矿质离子，所以要保证根外施肥的最大肥效，实际上就是保持施肥后的湿度，使叶面能保持较长时间的液面，从而促进细胞对离子的吸收。
    【参考答案】
    (1)农药主要残留在蔬菜叶片表面，大部分可被纯水冲掉 农药分子溶于水中才能被植物细胞吸收，导致植物细胞内农药含量增高。
    (2)刚浸入纯水中，细胞对水分子的吸收大于对农药分子的吸收 受细胞壁限制，细胞吸水一定量后即饱和，此时细胞仍可吸收农药分子　　两个相对独立的过程
    (3)无风或少风的傍晚，或空气湿度大的阴天；使叶片的液面保持较长时间，以便于植物细胞充分吸收溶于水中的养分。    例题1．“水往低处流”，但是植物体内的水却往高处流。动力从何而来，某同学为此进行了两个实验。（2002年新课程理综）
    实验一：将一枝条插入充满水的玻璃管中，玻璃管的另一端插入盛有水银的容器中。不久水银柱上升，如图一所示。
    实验二：将同一植物在靠近茎的基部切断，套上一个弯曲的玻璃管，管内装有水和水银。不久，玻璃管内水分增加，水银柱上升，如图二所示，请回答：
 
    实验一说明：                                               ；
    实验二说明：                                               。
    根据这两个实验，你对水分在植物体内运输的动力有何新的认识            。     [分析]本题通过两个实验说明水分在植物体内的运输动力。实验一说明了植物水分运输的动力来自于蒸腾作用。蒸腾作用是植物运输水分的动力，这是学生已有的知识结论。实验二所示，植物体内运输的动力显然不再来自于蒸腾，根据实验设计分析，只能来自于根部。这一知识结论是学生未知的，是对学生已有知识的完整与补充。
    ［答案］实验一说明：枝条叶片通过蒸腾作用散失水分所产生的拉力，是促使水分在植物体内向上运输的动力。  实验二说明：根部生理活动（答“根部渗透吸水”或只答“根部”也给分）能产生推动水分向上的压力。  根据这两个试验说明：水分在植物体内上升的动力不但有蒸腾拉力，还有根部产生的向上压力。    从上面的实例可以看出，对于实验结果的分析和说明一般有两种情况，一是对实验的结果作出分析和解释，二是对根据实验结果推论可能得到的结论。用于分析和解释实验结果的知识一般是课本上的，要求学生掌握的，所以其落脚点通常是课本的知识点；对实验结果的推论则可以推论到课本的知识点上，也可能是学生未知的，甚至是与学生已有知识相悖的。因为已知知识可能是不完整的或者是历史条件下对某个问题的认识，题目所给的实验的落脚点可能就是对于学生知识的完善和修正。