PAGEPAGE6試驗設計的三大原則與三類“變量”分析[技能必備]1.試驗設計遵循的三大基本原則(1)單一變量原則：即除自變量(試驗變量)以外，應使試驗組與比照組的無關變量保持相同且相宜。如生物材料相同(大小、生理狀況、年齡、性別等)、試驗器具相同(型號、干凈程度等)、試驗試劑相同(用量、濃度、運用方法等)和條件相同(保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等)。(2)比照原則：應設置比照試驗，使試驗組與比照組的自變量不同(其他因素都相同)，以便減小試驗誤差。(3)平行重復原則：在試驗設計中為了避開試驗結果的偶然性，必需對所做試驗進行足夠次數的重復，以獲得多次試驗結果的平均值，保證明驗結果的精確性。2.三類變量(自變量、因變量、無關變量)分析3.教材中探究類試驗的變量分析試驗名稱自變量因變量無關變量探究溫度對淀粉酶活性的影響不同溫度(至少三種)酶的活性(加碘液后溶液顏色的變更)pH、底物量、酶量、試管的干凈程度、反應時間、操作程序等探究pH對過氧化氫酶活性的影響不同pH(至少三種)酶的活性(氣泡的數量或帶火星的衛生香燃燒的猛烈程度)溫度、底物量、酶量、試管的干凈程度、反應時間、操作程序等探究酵母菌的呼吸方式氧氣的有無CO2生成量(澄清石灰水的混濁程度)；酒精產生(用重鉻酸鉀檢測)葡萄糖溶液、石灰水的量、溫度、pH、錐形瓶的干凈程度等模擬探究細胞表面積與體積的關系瓊脂塊體積的大小物質運輸的效率NaOH溶液的量、浸泡的時間、測量的精確性等探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度不同濃度的生長素類似物扦插枝條的生根數量或長度試驗材料的一樣性、生長素類似物濃度的精確性、處理時間的一樣性等探究培育液中酵母菌數量的動態變更時間酵母菌種群數量培育液的成分、培育條件、空間等探究水族箱中的群落演替時間群落的變更水族箱的培育條件和環境等[技能展示]1.(2024·揚州上學期期中卷)下表為某同學探究影響酶活性因素的一組試驗，有關敘述錯誤的是()步驟甲組乙組丙組12%蔗糖液2mL2%蔗糖液2mL2%蔗糖液2mL2蒸餾水1mL酵母提取液1mL稀釋唾液1mL337℃恒溫水浴，保溫10分鐘4斐林試劑1mL550～65℃溫水中加熱2分鐘結果藍色磚紅色藍色A.試驗中的前后兩次保溫處理的目的不同B.蔗糖不是還原性糖，酵母提取液中含有催化蔗糖水解的酶C.本試驗的自變量是酶的種類，結果表明酶具有高效性D.丙組試驗如選用淀粉做底物，結果將會出現磚紅色沉淀解析第一次保溫是為了讓酶處于最適溫度下，酶活力最高，其次次保溫目的是斐林試劑鑒定時須要水浴加熱；該試驗能證明酵母提取液含有蔗糖酶，將蔗糖分解為還原糖；該試驗中，唾液不能將蔗糖分解，而酵母提取液能將蔗糖分解，證明白酶的專一性；唾液中含有唾液淀粉酶，可以將淀粉分解為還原糖，與斐林試劑反應生成磚紅色沉淀。答案C2.(2024·安徽皖南八校模擬)下表是探究溫度對纖維素酶活性的影響試驗設計及結果，據表分析，以下說法錯誤的是()試管①②③纖維素懸液/mL222纖維素酶液/mL111反應溫度/℃304050斐林試劑/mL222磚紅色深淺＋＋＋＋＋＋注：“＋”的多少代表顏色深淺。A.該試驗的自變量為溫度B.該試驗的因變量是還原糖的生成量C.纖維素被水解成了還原糖D.該纖維素酶的最適溫度為40℃解析由表中數據可知，該試驗中溫度是自變量，A正確；還原糖生成量通過顏色深淺體現出來，這與溫度不同有關，是因變量，B正確；溶液中出現磚紅色沉淀是因為纖維素被水解成了還原糖，C正確；②組與①③組的溫度相比，40℃較相宜，但事實上該纖維素酶最適溫度可能高于或低于40℃，故通過本試驗不能說明該纖維素酶的最適溫度為40℃，D錯誤。答案D3.(2024·江西金太陽全國大聯考)某生物愛好小組對粳稻、秈稻和雜交稻三種水稻品種中的H2O2酶活性進行了試驗探討，試驗結果如下表所示。請回答下列問題：(1)本試驗的目的是探究__________________________________________。設計試驗時，各試驗組應遵循________原則。(2)分析表中數據可知，在肯定濃度范圍內，Cd2＋、Cu2＋都能抑制H2O2酶的活性，且相同濃度的Cu2＋的抑制作用________(填“大于”“小于”或“等于”)Cd2＋。Cd2＋、Cu2＋對H2O2酶活性的影響主要取決于________________(填“植物類型”或“重金屬種類和濃度”)。(3)Cd2＋、Cu2＋等重金屬離子影響了H2O2酶的________，從而引起酶活性的變更。答案(1)不同濃度的Cd2＋和Cu2＋對不同水稻品種中H2O2酶活性的影響單一變量、比照、重復(2)大于重金屬種類和濃度(3)空間結構亮劍高考3有關酶的試驗探究（時間：15分鐘）[規律方法]依據試驗目的精確選取試驗材料和檢測指標試驗目的試驗材料檢測指標(試劑)備注高效性過氧化氫與過氧化氫酶、Fe3＋O2產生的快慢或多少與無機催化劑對比專一性淀粉、蔗糖與淀粉酶斐林試劑不能用碘液溫度對酶活性的影響淀粉和淀粉酶碘液不能用斐林試劑pH對酶活性的影響過氧化氫與過氧化氫酶O2產生的快慢或多少不選用淀粉和淀粉酶[方法體驗]1.將等量的α-淀粉酶(70℃下活性不受影響，100℃高溫下失活)與β-淀粉酶(70℃處理15min即失活)加適量蒸餾水混合，分為甲、乙、丙三組后，分別按下表所示步驟進行試驗。下列說法正確的是()組別步驟甲乙丙步驟一25℃下處理70℃水浴處理15min后取出100℃下處理15min后取出步驟二在25℃條件下加入等量且足量的淀粉溶液步驟三一段時間后，分別測量三組淀粉剩余量淀粉剩余量abcA.上述兩種酶存在差異的根本緣由是氨基酸與肽鏈的空間結構不同B.丙組按步驟一處理后冷卻至70℃，其中α-淀粉酶仍具有活性C.a與b的差值可體現出α-淀粉酶的活性D.a－b與b－c的大小可用于比較兩種酶在25℃下的活性解析本題主要考查酶，考查學生的獲得信息實力和試驗探究實力。α-淀粉酶和β-淀粉酶存在差異的根本緣由是限制其合成的DNA的脫氧核苷酸序列不同，A錯誤；α-淀粉酶在100℃下處理15min后，酶會失去活性，從100℃冷卻至70℃，α-淀粉酶不能復原其活性，B錯誤；由題干可知，甲組兩種酶均有活性，乙組只有α-淀粉酶有活性，β-淀粉酶無活性，丙組兩種酶均無活性，因此，甲、乙試管的淀粉剩余量的差值可體現出β-淀粉酶的活性，C錯誤；乙、丙試管的淀粉剩余量的差值大小體現的是α-淀粉酶的活性，因此，比較甲、乙試管的淀粉剩余量的差值與乙、丙試管的淀粉剩余量的差值大小，可比較兩種酶在25℃下的活性，D正確。答案D2.乳糖酶能催化乳糖水解，有兩項與此相關的試驗，除自變量外，其試驗條件均設置為最適條件。試驗結果如下。下列有關敘述正確的是()試驗一(乳糖濃度為10%)酶濃度01%2%3%4%相對反應速率02550100200試驗二(酶濃度為2%)乳糖濃度05%10%15%20%相對反應速率025506565A.試驗一假如接著增加酶濃度，相對反應速率不再加大B.試驗一增加乳糖濃度，相對反應速率將降低C.試驗二若接著增大乳糖濃度，相對反應速率不再加大D.試驗二若適當提高反應溫度，相對反應速率將增大解析試驗一的結果表明，隨酶濃度的增加，相對反應速率不斷增加，A錯誤；在某一酶濃度時，增加底物濃度會使相對反應速率上升，因此，試驗一增加乳糖濃度，相對反應速率可能增大，B錯誤；在酶濃度為2%時，乳糖濃度為15%與20%時，相對反應速率相等，所以，試驗二若接著增大乳糖濃度，相對反應速率將不再加大，C正確；由于除自變量外，其他試驗條件均設置為最適條件，所以提高溫度，酶的活性反而下降，因此，試驗二若提高反應溫度，相對反應速率將減小，D錯誤。答案C3.(2024·南通泰州一模)為探究溫度對過氧化氫酶活性的影響，科研人員以2%的酵母菌液作為酶源，進行如下探究試驗：①設計如圖試驗裝置。試驗組注射器A內吸入1%的H2O2溶液5mL，注射器B內吸入2%的酵母菌液2mL。比照組注射器A內吸入1%的H2O2溶液5mL，注射器B內吸入蒸餾水2mL。用乳膠管連接注射器A和B，在乳膠管上夾上止水夾。②設置溫度梯度：0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃，將試驗組和比照組裝置在相應溫度下保溫10min。③打開止水夾，將注射器A中的液體勻速推至注射器B中，馬上關閉止水夾，記錄注射器B中活塞的刻度。5min后再次記錄刻度，計算刻度變更量，重復3次。④將比照組和試驗組在各溫度下獲得的3次試驗數據作相應處理，繪制曲線如下圖。請回答下列問題：(1)步驟①中設置比照組的目的是________________________。步驟②中試驗組和比照組裝置在相應溫度下先保溫10min的目的是________________________。步驟④中的“相應處理”是指________________。(2)有人認為，本試驗不宜采納H2O2溶液作為“探究溫度對酶活性的影響”的試驗材料。你是否同意他的觀點？請簡要說明理由：___________________________。(3)經反復嘗試，步驟③中選擇體積分數為1%的H2O2溶液較合理。若濃度過高，可能帶來的影響是________________________________________________。(4)有人認為，以酵母菌液作為過氧化氫酶源不是很嚴謹，其依據是_____________________________________________________________________。解析(1)本試驗中的比照試驗中沒有酵母菌，目的是解除溫度等對過氧化氫自身分解的影響，使試驗結論更科學。在試驗中，過氧化氫和酵母菌液混合之前要在試驗設定的溫度條件下先保溫10min，可以保證酵母菌液和過氧化氫溶液都達到試驗須要的溫度，然后在試驗設定的溫度下進行反應。為了保證明驗結果的精確，每個溫度條件下要進行重復試驗，取平均值，所以相應的數據處理就是指計算3次數據的平均值。(2)從試驗結果曲線圖看，0～60℃條件下，比照組的注射器刻度變更量為0，說明在此溫度范圍內，溫度對過氧化氫的分解沒有影響，因此，本試驗中選用過氧化氫作為試驗材料是合適的。(3)由于酶具有高效性，假如過氧化氫的濃度過高，將會使反應速度很快，產生的氧氣許多，可能來不及記錄，或者超過了注射器的刻度，甚至造成活塞從注射器中沖出來，從而無法記錄到精確的數據。(4)本試驗的目的是探究溫度對過氧化氫酶活性的影響，但是試