李進(jìn)京

近年來，在高考試題中，有關(guān)生物實驗設(shè)計的題目年年都有，而考生在分析解答生物實驗設(shè)計類試題時，總感覺很困難。其實，只要掌握了必要的解題方法，就能輕松地解答實驗設(shè)計類試題。

一、“移花接木”法

試卷中的實驗設(shè)計類試題多種多樣，有些試題考查的內(nèi)容與教材的內(nèi)容相似，或在其他資料中出現(xiàn)過，那么，我們可以通過“移花接木”的方法把已知的實驗內(nèi)容應(yīng)用于所解的實驗題中，有助于解答試題。

【例1】（2017·全國卷Ⅰ）根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型。有些病毒對人類健康會造成很大危害。通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。

假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計實驗以確定一種新病毒的類型。簡要寫出（1）實驗思路，（2）預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論即可。（要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組）

【解題思路】根據(jù)題中信息可知，DNA和RNA有各自的特有堿基。DNA的特有堿基為T，RNA的特有堿基為U，并且病毒體內(nèi)只有一種核酸。

教材中介紹過噬菌體侵染細(xì)菌實驗，此實驗中有介紹如何對噬菌體進(jìn)行同位素標(biāo)記的具體方法。因此在回答此題時，考生可將教材中的噬菌體侵染細(xì)菌實驗的有關(guān)步驟通過“移花接木”的方法應(yīng)用過來，這樣步驟就寫得比較完整了。

首先準(zhǔn)備兩份分別含堿基T和堿基U并用于培養(yǎng)宿主細(xì)胞的培養(yǎng)基，并且堿基T和堿基U分別用放射性同位素標(biāo)記。然后在含放射性同位素標(biāo)記堿基U的培養(yǎng)基中培養(yǎng)宿主細(xì)胞，使宿主細(xì)胞含有放射性。再用病毒去侵染含放射性的宿主細(xì)胞，看子代病毒是否含有放射性，記作甲組。同時，在含放射性同位素標(biāo)記堿基T的培養(yǎng)基中培養(yǎng)宿主細(xì)胞，使宿主細(xì)胞含有放射性。最后用病毒去侵染含放射性的宿主細(xì)胞，看子代病毒是否含有放射性，記作乙組。

如果病毒為RNA病毒，則其增殖需要堿基U，這樣甲組收集的病毒有放射性，乙組無放射性。如果病毒為DNA病毒，則增殖需要堿基T，這樣甲組收集的病毒無放射性，乙組有放射性。

【答案】（1）甲組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記尿嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。

乙組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。

（2）若甲組收集的病毒有放射性，乙組無放射性，即為RNA病毒；反之為DNA病毒。

二、“瞻前顧后”法

在很多實驗設(shè)計類試題中，補充實驗步驟與實驗結(jié)果時，題干或題目后面的內(nèi)容會對問題有所提示或限制。因此，考生在做這類試題時，最好把試題通讀完后，再回答有關(guān)問題，即回答問題時需要“瞻前顧后”。

【例2】請用所給的實驗材料和用具，設(shè)計實驗來驗證哺乳動物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有專一性。要求完成實驗設(shè)計，補充實驗步驟，預(yù)測實驗結(jié)果，得出結(jié)論，并回答問題。

實驗材料與用具：適宜濃度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉四種溶液，斐林試劑、試管、37℃恒溫水浴鍋，沸水浴鍋。

（1）若“+”代表加入適量的溶液，“-”代表不加溶液，甲、乙等代表試管標(biāo)號，請用這些符號完成下表實驗設(shè)計。

（2）實驗步驟。

①按照上表中的設(shè)計，取試管、加溶液。

②_____________________________________________。

③_____________________________________________。

④_____________________________________________。

（3）實驗現(xiàn)象：甲試管呈磚紅色沉淀，乙試管為

________。丙和丁試管無磚紅色沉淀。

（4）結(jié)論：_______________________________________________________。

（5）在上述試驗中，如果僅將37℃恒溫水浴鍋的溫度調(diào)到20℃。而在其他條件不變的情況下重做上述實驗，出現(xiàn)磚紅色試管中的顏色會比37℃時的淺，其原因是___________________________________________。

【解題思路】根據(jù)題中試劑可知，用斐林試劑鑒定蔗糖或淀粉是否分解。至于乙、丙、丁各組試管具體需要加哪種試劑，需要觀察實驗現(xiàn)象而確定，即分析問題時需要“瞻前顧后”。另外，有關(guān)的實驗步驟仍可利用教材中相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行“移花接木”。

（1）根據(jù)實驗現(xiàn)象中丙、丁試管無磚紅色沉淀，可以知道丙、丁試管中都沒有發(fā)生水解反應(yīng)，即二者加入的酶都不是催化所加反應(yīng)底物的酶。從表格中可知，丙試管已加入了蔗糖溶液，則丙試管中不能加入蔗糖酶溶液，而應(yīng)該加入唾液淀粉酶溶液，另外也不能加入反應(yīng)底物淀粉溶液。這樣，丁試管中應(yīng)分別加入淀粉溶液和蔗糖酶溶液，但不加入蔗糖溶液和唾液淀粉酶溶液。此外，乙試管的實驗現(xiàn)象應(yīng)該是有磚紅色沉淀，因此應(yīng)該是分別加入了淀粉溶液和唾液淀粉酶溶液。

（2）對各組試管應(yīng)分別搖勻、恒溫一段時間使之充分反應(yīng)，再加入斐林試劑，加熱并觀察記錄。

（3）根據(jù)前面的分析，乙試管中淀粉溶液在唾液淀粉酶溶液作用下會分解產(chǎn)生可溶性還原糖，因此也有磚紅色沉淀。

（4）對比各組結(jié)果說明酶具有專一性。

（5）酶有其最適溫度，如果溫度太低，酶的活性較低，產(chǎn)生的還原糖也較少。

【答案】（1）

（2）混勻，37℃恒溫水浴一段時間 取出試管，分別加入適量的斐林試劑，混勻，沸水浴一段時間 觀察實驗現(xiàn)象并記錄實驗結(jié)果

（3）出現(xiàn)磚紅色沉淀

（4）（哺乳動物的蔗糖酶和淀粉酶）酶的催化作用具有專一性

（5）20℃低于酶的最適溫度，酶活性低，水解產(chǎn)生的還原糖少

三、假設(shè)逆推法

假設(shè)逆推法的解題思路是先根據(jù)題中給出的實驗原理、實驗步驟或其他的內(nèi)容分析一下該實驗可能有哪些結(jié)論，再假設(shè)當(dāng)有某種實驗結(jié)論時，運用逆向的思維分析應(yīng)該會出現(xiàn)什么樣的實驗現(xiàn)象。

【例3】小鼠的皮毛顏色由常染色體上的兩對基因（A/a和B/b）控制，兩對基因控制有色物質(zhì)合成的關(guān)系如圖1所示。

（1）為探究基因A/a與基因B/b的位置，某同學(xué)用純合的黑色小鼠與白色小鼠進(jìn)行雜交，得到的F1全為灰色小鼠，F(xiàn)1自由交配，獲得F2，可以預(yù)測以下結(jié)果。

①如果F2的表現(xiàn)型及比例為 ，則兩對基因（A/a和B/b）位于兩對同源染色體上。

②如果F2的表現(xiàn)型及比例為 ，則兩對基因（A/a和B/b）位于一對同源染色體上。

（2）已知兩對基因位于非同源染色體上。在純合灰鼠群體的后代中偶然發(fā)現(xiàn)一只黃色雄鼠，已知該黃色小鼠的出現(xiàn)是由于基因發(fā)生顯性突變的結(jié)果。欲探究黃色性狀的產(chǎn)生是由于基因A還是基因B發(fā)生了突變，設(shè)計雜交實驗如下：讓黃色雄鼠與多只白色雌鼠（aabb）交配，F(xiàn)1中既有黃色小鼠又有灰色小鼠，選取F1中 小鼠隨機交配得F2。若 ，則黃色性狀的產(chǎn)生是由基因A突變產(chǎn)生的；若_____________________ ，則黃色性狀的產(chǎn)生是由基因B突變產(chǎn)生的。

【解題思路】由題意可知，只有基因A，沒有基因B，小鼠的皮毛顏色為黑色；沒有基因A，只有基因aa時，小鼠的皮毛顏色為白色；基因A和基因B同時存在，小鼠的皮毛顏色為灰色。解答本題需要通過假設(shè)逆推法分析。

（1）純合的黑色小鼠與白色小鼠進(jìn)行雜交，得到的F1全為灰色小鼠，說明雙親黑色小鼠與白色小鼠的基因型分別為AAbb、aaBB，F(xiàn)1灰色小鼠的基因型為AaBb，F(xiàn)1自由交配，獲得F2。如果兩對基因（A/a和B/b）位于兩對同源染色體上，則遵循基因的自由組合定律，F(xiàn)2的表現(xiàn)型及比例為灰色（A_B_）︰黑色（A_bb）︰白色（aaB_+aabb）=9︰3︰4。如果兩對基因（A/a和B/b）位于一對同源染色體上，結(jié)合雙親的基因型可知，基因A和基因b位于同一條染色體上，基因a和基因B位于同源的另一條染色體上，位于同一條染色體上的基因?qū)㈦S著這條染色體一起遺傳給后代。所以，F(xiàn)1灰色小鼠產(chǎn)生的雌雄配子各為Ab和aB兩種，且比值相等，雌雄配子隨機結(jié)合，F(xiàn)2的表現(xiàn)型及比例為灰色（AaBb）︰黑色（AAbb）︰白色（aaBB）=2︰1︰1。

（2）根據(jù)題意可知，純合灰鼠的基因型為AABB，突變基因?qū)駻或基因B為顯性。假設(shè)黃色性狀的產(chǎn)生是由基因A突變產(chǎn)生的，突變基因為A′，則黃鼠的基因型為A′ABB，與白色雌鼠（aabb）交配，F(xiàn)1為A′aBb（黃色）、AaBb（灰色），選取F1中黃色小鼠（A′aBb）隨機交配得F2，其表現(xiàn)型及比例為（9A′_B_+ 3A′_bb）黃鼠︰（2aaB_+1aabb）白鼠=3︰1。假設(shè)黃色性狀的產(chǎn)生是由基因B突變產(chǎn)生的，突變基因為B′，則黃鼠的基因型為AAB′B，與白色雌鼠（aabb）交配，F(xiàn)1為AaB′b（黃色）、AaBb（灰色），選取F1中黃色小鼠（AaB′b）隨機交配得F2，其表現(xiàn)型及比例為黃鼠（9A_B′_）︰黑鼠（3A_bb）︰白鼠（3aaB′_+1aabb）=9︰3︰4。

【答案】（1）灰色︰黑色︰白色=9︰3︰4 灰色︰黑色︰白色=2︰1︰1

（2）黃色 黃鼠︰白鼠=3︰1 黃鼠︰黑鼠︰白鼠=9︰3︰4

【例4】幾種性染色體異常果蠅的性別、育性等如圖2所示。

讓紅眼雌果蠅（XRXR）與白眼雄果蠅（XrY）為親本雜交，在F1群體中發(fā)現(xiàn)一只白眼雄果蠅（記為“M”）。M果蠅出現(xiàn)的原因有三種可能：第一種是環(huán)境改變引起表現(xiàn)型變化，但基因型未變；第二種是親本果蠅發(fā)生基因突變；第三種是親本雌果蠅在減數(shù)分裂時期X染色體不分離。請設(shè)計簡便的雜交實驗，確定M果蠅的出現(xiàn)是由哪一種原因引起的。

實驗步驟：______________________________________。

結(jié)果預(yù)測：（1）若_____________________，則是環(huán)境改變。

（2）若_____________________，則是基因突變。

（3）若_____________________，則是減數(shù)分裂時X染色體不分離。

【解題思路】讓紅眼雌果蠅（XRXR）與白眼雄果蠅（XrY）為親本雜交，正常情況下雄蠅的基因型為XRY，表現(xiàn)為紅眼。在F1群體中發(fā)現(xiàn)一只白眼雄果蠅，題中已給出這種情況產(chǎn)生的幾種原因。在判斷時，常用的實驗方法是讓其與正常的隱性異性個體雜交，通過分析后代的現(xiàn)象進(jìn)行確定。在分析預(yù)測實驗現(xiàn)象時，我們可以假設(shè)有某種原因，則分析可能會出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象。

（1）若白眼雄果蠅的出現(xiàn)是由環(huán)境改變引起的，其基因型仍為XRY，與正常白眼雌果蠅（XrXr）雜交，后代雌果蠅為紅眼，雄果蠅為白眼。

（2）若白眼雄果蠅的出現(xiàn)是由親本基因突變引起的，則該白眼雄果蠅的基因型為XrY，與正常白眼雌果蠅（XrXr）雜交，后代雌雄果蠅全為白眼。

（3）若白眼雄果蠅的出現(xiàn)是由于親本雌果蠅在減數(shù)分裂時期X染色體不分離，其產(chǎn)生的卵細(xì)胞可能是含XRXR性染色體或不含X染色體。根據(jù)圖中信息可知，只有XO型可表現(xiàn)雄性存活，再根據(jù)基因分析只能是XO型。由于白眼雄果蠅表現(xiàn)為不育，當(dāng)它與正常白眼雌果蠅（XrXr）雜交，無后代產(chǎn)生。

【答案】M果蠅與正常白眼雌果蠅雜交，分析子代的表現(xiàn)型

（1）子代出現(xiàn)紅眼（雌）果蠅

（2）子代表現(xiàn)型全部為白眼

（3）無子代產(chǎn)生

【溫馨提醒】在做具體的實驗設(shè)計類試題時，有時可能會需要用到多種方法。另外，考生解題時還要注意不同試題的具體內(nèi)容以及實驗對象的差異等。