三种方法，教你巧解实验设计题

李进京

近年来，在高考试题中，有关生物实验设计的题目年年都有，而考生在分析解答生物实验设计类试题时，总感觉很困难。其实，只要掌握了必要的解题方法，就能轻松地解答实验设计类试题。

一、“移花接木”法

试卷中的实验设计类试题多种多样，有些试题考查的内容与教材的内容相似，或在其他资料中出现过，那么，我们可以通过“移花接木”的方法把已知的实验内容应用于所解的实验题中，有助于解答试题。

【例1】（2017·全国卷Ⅰ）根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。

假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出（1）实验思路，（2）预期实验结果及结论即可。（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）

【解题思路】根据题中信息可知，DNA和RNA有各自的特有碱基。DNA的特有碱基为T，RNA的特有碱基为U，并且病毒体内只有一种核酸。

教材中介绍过噬菌体侵染细菌实验，此实验中有介绍如何对噬菌体进行同位素标记的具体方法。因此在回答此题时，考生可将教材中的噬菌体侵染细菌实验的有关步骤通过“移花接木”的方法应用过来，这样步骤就写得比较完整了。

首先准备两份分别含碱基T和碱基U并用于培养宿主细胞的培养基，并且碱基T和碱基U分别用放射性同位素标记。然后在含放射性同位素标记碱基U的培养基中培养宿主细胞，使宿主细胞含有放射性。再用病毒去侵染含放射性的宿主细胞，看子代病毒是否含有放射性，记作甲组。同时，在含放射性同位素标记碱基T的培养基中培养宿主细胞，使宿主细胞含有放射性。最后用病毒去侵染含放射性的宿主细胞，看子代病毒是否含有放射性，记作乙组。

如果病毒為RNA病毒，则其增殖需要碱基U，这样甲组收集的病毒有放射性，乙组无放射性。如果病毒为DNA病毒，则增殖需要碱基T，这样甲组收集的病毒无放射性，乙组有放射性。

【答案】（1）甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

（2）若甲组收集的病毒有放射性，乙组无放射性，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。

二、“瞻前顾后”法

在很多实验设计类试题中，补充实验步骤与实验结果时，题干或题目后面的内容会对问题有所提示或限制。因此，考生在做这类试题时，最好把试题通读完后，再回答有关问题，即回答问题时需要“瞻前顾后”。

【例2】请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。要求完成实验设计，补充实验步骤，预测实验结果，得出结论，并回答问题。

实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉四种溶液，斐林试剂、试管、37℃恒温水浴锅，沸水浴锅。

（1）若“+”代表加入适量的溶液，“-”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成下表实验设计。

（2）实验步骤。

①按照上表中的设计，取试管、加溶液。

②_____________________________________________。

③_____________________________________________。

④_____________________________________________。

（3）实验现象：甲试管呈砖红色沉淀，乙试管为

________。丙和丁试管无砖红色沉淀。

（4）结论：_______________________________________________________。

（5）在上述试验中，如果仅将37℃恒温水浴锅的温度调到20℃。而在其他条件不变的情况下重做上述实验，出现砖红色试管中的颜色会比37℃时的浅，其原因是___________________________________________。

【解题思路】根据题中试剂可知，用斐林试剂鉴定蔗糖或淀粉是否分解。至于乙、丙、丁各组试管具体需要加哪种试剂，需要观察实验现象而确定，即分析问题时需要“瞻前顾后”。另外，有关的实验步骤仍可利用教材中相关内容进行“移花接木”。

（1）根据实验现象中丙、丁试管无砖红色沉淀，可以知道丙、丁试管中都没有发生水解反应，即二者加入的酶都不是催化所加反应底物的酶。从表格中可知，丙试管已加入了蔗糖溶液，则丙试管中不能加入蔗糖酶溶液，而应该加入唾液淀粉酶溶液，另外也不能加入反应底物淀粉溶液。这样，丁试管中应分别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，乙试管的实验现象应该是有砖红色沉淀，因此应该是分别加入了淀粉溶液和唾液淀粉酶溶液。

（2）对各组试管应分别摇匀、恒温一段时间使之充分反应，再加入斐林试剂，加热并观察记录。

（3）根据前面的分析，乙试管中淀粉溶液在唾液淀粉酶溶液作用下会分解产生可溶性还原糖，因此也有砖红色沉淀。

（4）对比各组结果说明酶具有专一性。

（5）酶有其最适温度，如果温度太低，酶的活性较低，产生的还原糖也较少。

【答案】（1）

（2）混匀，37℃恒温水浴一段时间 取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，沸水浴一段时间 观察实验现象并记录实验结果

（3）出现砖红色沉淀

（4）（哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶）酶的催化作用具有专一性

（5）20℃低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少

三、假设逆推法

假设逆推法的解题思路是先根据题中给出的实验原理、实验步骤或其他的内容分析一下该实验可能有哪些结论，再假设当有某种实验结论时，运用逆向的思维分析应该会出现什么样的实验现象。

【例3】小鼠的皮毛颜色由常染色体上的两对基因（A/a和B/b）控制，两对基因控制有色物质合成的关系如图1所示。

（1）为探究基因A/a与基因B/b的位置，某同学用纯合的黑色小鼠与白色小鼠进行杂交，得到的F1全为灰色小鼠，F1自由交配，获得F2，可以预测以下结果。

①如果F2的表现型及比例为 ，则两对基因（A/a和B/b）位于两对同源染色体上。

②如果F2的表现型及比例为 ，则两对基因（A/a和B/b）位于一对同源染色体上。

（2）已知两对基因位于非同源染色体上。在纯合灰鼠群体的后代中偶然发现一只黄色雄鼠，已知该黄色小鼠的出现是由于基因发生显性突变的结果。欲探究黄色性状的产生是由于基因A还是基因B发生了突变，设计杂交实验如下：让黄色雄鼠与多只白色雌鼠（aabb）交配，F1中既有黄色小鼠又有灰色小鼠，选取F1中 小鼠随机交配得F2。若 ，则黄色性状的产生是由基因A突变产生的；若_____________________ ，则黄色性状的产生是由基因B突变产生的。

【解题思路】由题意可知，只有基因A，没有基因B，小鼠的皮毛颜色为黑色；没有基因A，只有基因aa时，小鼠的皮毛颜色为白色；基因A和基因B同时存在，小鼠的皮毛颜色为灰色。解答本题需要通过假设逆推法分析。

（1）纯合的黑色小鼠与白色小鼠进行杂交，得到的F1全为灰色小鼠，说明双亲黑色小鼠与白色小鼠的基因型分别为AAbb、aaBB，F1灰色小鼠的基因型为AaBb，F1自由交配，获得F2。如果两对基因（A/a和B/b）位于两对同源染色体上，则遵循基因的自由组合定律，F2的表现型及比例为灰色（A_B_）︰黑色（A_bb）︰白色（aaB_+aabb）=9︰3︰4。如果两对基因（A/a和B/b）位于一对同源染色体上，结合双亲的基因型可知，基因A和基因b位于同一条染色体上，基因a和基因B位于同源的另一条染色体上，位于同一条染色体上的基因将随着这条染色体一起遗传给后代。所以，F1灰色小鼠产生的雌雄配子各为Ab和aB两种，且比值相等，雌雄配子随机结合，F2的表现型及比例为灰色（AaBb）︰黑色（AAbb）︰白色（aaBB）=2︰1︰1。

（2）根据题意可知，纯合灰鼠的基因型为AABB，突变基因对基因A或基因B为显性。假设黄色性状的产生是由基因A突变产生的，突变基因为A′，则黄鼠的基因型为A′ABB，与白色雌鼠（aabb）交配，F1为A′aBb（黄色）、AaBb（灰色），选取F1中黄色小鼠（A′aBb）随机交配得F2，其表现型及比例为（9A′_B_+ 3A′_bb）黄鼠︰（2aaB_+1aabb）白鼠=3︰1。假设黄色性状的产生是由基因B突变产生的，突变基因为B′，则黄鼠的基因型为AAB′B，与白色雌鼠（aabb）交配，F1为AaB′b（黄色）、AaBb（灰色），选取F1中黄色小鼠（AaB′b）随机交配得F2，其表现型及比例为黄鼠（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）黄色 黄鼠︰白鼠=3︰1 黄鼠︰黑鼠︰白鼠=9︰3︰4

【例4】几种性染色体异常果蝇的性别、育性等如图2所示。

让红眼雌果蝇（XRXR）与白眼雄果蝇（XrY）为亲本杂交，在F1群体中发现一只白眼雄果蝇（记为“M”）。M果蝇出现的原因有三种可能：第一种是环境改变引起表现型变化，但基因型未变；第二种是亲本果蝇发生基因突变；第三种是亲本雌果蝇在减数分裂时期X染色体不分离。请设计简便的杂交实验，确定M果蝇的出现是由哪一种原因引起的。

实验步驟：______________________________________。

结果预测：（1）若_____________________，则是环境改变。

（2）若_____________________，则是基因突变。

（3）若_____________________，则是减数分裂时X染色体不分离。

【解题思路】让红眼雌果蝇（XRXR）与白眼雄果蝇（XrY）为亲本杂交，正常情况下雄蝇的基因型为XRY，表现为红眼。在F1群体中发现一只白眼雄果蝇，题中已给出这种情况产生的几种原因。在判断时，常用的实验方法是让其与正常的隐性异性个体杂交，通过分析后代的现象进行确定。在分析预测实验现象时，我们可以假设有某种原因，则分析可能会出现什么样的现象。

（1）若白眼雄果蝇的出现是由环境改变引起的，其基因型仍为XRY，与正常白眼雌果蝇（XrXr）杂交，后代雌果蝇为红眼，雄果蝇为白眼。

（2）若白眼雄果蝇的出现是由亲本基因突变引起的，则该白眼雄果蝇的基因型为XrY，与正常白眼雌果蝇（XrXr）杂交，后代雌雄果蝇全为白眼。

（3）若白眼雄果蝇的出现是由于亲本雌果蝇在减数分裂时期X染色体不分离，其产生的卵细胞可能是含XRXR性染色体或不含X染色体。根据图中信息可知，只有XO型可表现雄性存活，再根据基因分析只能是XO型。由于白眼雄果蝇表现为不育，当它与正常白眼雌果蝇（XrXr）杂交，无后代产生。

【答案】M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交，分析子代的表现型

（1）子代出现红眼（雌）果蝇

（2）子代表现型全部为白眼

（3）无子代产生

【温馨提醒】在做具体的实验设计类试题时，有时可能会需要用到多种方法。另外，考生解题时还要注意不同试题的具体内容以及实验对象的差异等。