对照实验的类型及其在高考中的分析应用

四川 申定健

纵观近几年的高考生物试卷，以突出学生科学探究和理性思维能力为考查目标的实验试题比重显著增加，以2017年高考生物全国新课标卷III为例，非选择题（54分）部分均以实验题进行考查，占全卷考查比重的60%。与此同时，实验题的内容和形式也越来越灵活多样，试题难度不言而喻。尽管实验题的内容、形式千变万化，但实验对照分析依然是解析实验题的基本思路和方法。通过分析对照实验的类型和作用，寻求对照实验分析策略，为突破实验题解题难点提供参考。

1.对照实验的类型

对照实验设置的方式决定对照实验的类型，中学实验常见的对照有空白对照、自身对照、条件对照、相互对照和标准参照5种类型。对于一个具体的实验而言，可以设置为单一对照类型，也可以综合设置为多种对照类型。

2.对照实验的分析策略

2.1 对照类型的辨析和判定

对于一般对照实验而言，未经实验因素处理而保持原有状态的对象作为对照组，接受人为改变的实验因素处理的对象作为实验组。但对于具体的对照实验而言，因不同设计会呈现不同的对照类型，需要进行对照类型的辨析和判定，总结如表1。

表1 5种对照类型的辨析和判定

续表

2.2 对照实验分析的一般过程

对照实验分析的一般过程如下：实验目的和原理的分析→对照组与实验组的确定→对照类型的判定→对照作用的分析→对比实验现象和结果→分析差异产生的原因→得出结论。由此可见，实验对照分析是分析一个实验的基本入手点，也是分析解答高考实验题的基本方法和思路。

3.高考实验题的对照考查实例分析

【例1】（2017年全国新课标卷Ⅲ，第30题）干旱可促进植物体内脱落酸（ABA）的合成，取正常水分条件下生长的某种植物的野生型和ABA缺失突变幼苗，进行适度干旱处理，测定一定时间内茎叶和根的生长量，结果如图所示。

回答下列问题：

（1）综合分析上图可知，干旱条件下，ABA对野生型幼苗的作用是____________________。

（2）若给干旱处理的突变体幼苗施加适量的ABA，推测植物叶片的蒸腾速率会_______，以对环境的变化作出反应。

（3）ABA有“逆境激素”之称，其在植物体中的主要合成部位有_______（答出两点即可）。

（4）根系是植物吸收水分的主要器官。根细胞内水分的主要作用有_______（答出两点即可）。

【答案】（1）促进根的生长，抑制茎叶的生长 （2）降低 （3）根冠、萎蔫叶片 （4）水是根细胞的重要组成成分，水参与根细胞内的生化反应

【分析】本实验通过比较野生型和ABA缺失突变体幼苗在干旱条件下，相同时间内茎叶和根的生长量，探究在干旱条件下ABA对植物幼苗的影响。两种类型幼苗的茎叶和根在干旱条件下的生长状况都是未知的，两组均为干旱处理的实验组，彼此构成相互对照。第（2）小问中，对于同一突变体幼苗而言，施加ABA前后形成自身对照，从而比较蒸腾速率的变化。本题以相互对照和自身对照的形式设计实验来考查相关知识，属于多种对照相结合的实验考查题型。

【例2】（2017年全国新课标卷Ⅲ，第31题）为研究胰岛素的生理作用，某同学将禁食一段时间的实验小鼠随机分为A、B、C、D四组，A组腹腔注射生理盐水，B、C、D三组均腹腔注射等量胰岛素溶液，一段时间后，B、C、D三组出现反应迟钝、嗜睡等症状，而A组未出现这些症状。回答下列问题：

（1）B、C、D三组出现上述症状的原因是_______。

（2）B、C、D三组出现上述症状后进行第二次注射，给B组腹腔注射生理盐水；为尽快缓解上述症状给C组注射某种激素、给D组注射某种营养物质。那么C组注射的激素是_______，D组注射的营养物质是_______。

（3）第二次注射后，C、D两组的症状得到缓解，缓解的机理分别是_______________。

【答案】（1）血糖低于正常水平 （2）胰高血糖素葡萄糖 （3）C组：胰高血糖素能促进糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖，使血糖水平升高；D组：葡萄糖直接使血糖水平升高

【分析】本实验将禁食一段时间的实验小鼠随机分成四组。A组腹腔注射生理盐水作为空白对照组，B、C、D三组均腹腔注射等量胰岛素溶液作为实验组，A组与B、C、D组之间构成空白对照，B、C、D三组彼此之间构成相互对照。B、C、D三组出现相应症状后进行第二次注射，B组腹腔注射生理盐水作为空白对照组，C、D两组又作为实验组，C、D两组为缓解症状而注射不同物质又形成条件对照。此外，B、C、D三组中的每一组在两次注射前后又构成自身对照。实验通过比较四组小鼠出现的症状和症状的缓解情况，考查胰岛素的生理作用，空白、自身、相互、条件4种对照形式在本题中均有体现，属于多种对照相结合的实验考查题型。

【例3】（2017年全国新课标卷III，第32题）已知某种昆虫的有眼（A）与无眼（a）、正常刚毛（B）与小钢毛（b）、正常翅（E）与斑翅（e）这三对性状各受一对等位基因控制。现有三个纯合品系：①aaBBEE②AAbbEE和③AABBee。假定不发生染色体变异和染色体交换，回答下列问题：

（1）若A/a、B/b、E/e这三对等位基因都位于常染色体上，请以上述品系为材料，设计实验来确定这三对等位基因是否分别位于三对染色体上。（要求：写出实验思路、预期实验结果、得出结论）_______________________。

（2）假设A/a、B/b这两对等位基因都位X染色体上，请以上述品系为材料，设计实验对这一假设进行验证。（要求：写出实验思路、预期实验结果、得出结论）__________。

【答案】（1）选择①×②、②×③、①×③三个杂交组合，分别得到F1和F2，若各杂交组合的F2中均出现四种表现型，且比例为9∶3∶3∶1，则可确定这三对等位基因分别位于三对染色体上；若出现其他结果，则可确定这三对等位基因不是分别位于三对染色体上 （2）选择①×②杂交组合进行正反交，观察F1中雄性个体的表现型。若正交得到的F1中雄性个体与反交得到的F1中雄性个体有眼/无眼、正常刚毛/小刚毛这两对相对性状的表现均不同，则证明这两对等位基因都位于X染色体上

【分析】第（1）小问以符合基因自由组合定律的两对相对性状杂交或自交子代性状分离比9∶3∶3∶1为标准参照，所给定的三个纯合品系彼此仅有一对基因的差别，让三个纯合品系两两杂交，均出现双杂合的F1，让F1自交或雌雄个体杂交得F2，以F2中是否出现9∶3∶3∶1的性状分离比进行染色体位置的判定；第（2）小问以设计相互对照的正反交实验区分伴性遗传和常染色体遗传，根据正反交结果是否一致判断基因的位置（一致为常染色体遗传，不一致为伴性遗传）。本题通过设计遗传杂交实验判断基因在染色体上的位置对学生进行考查，属于应用标准对照和相互对照设计实验验证考查题型。

4.实验教学与备考建议

对照作为实验设计的基本原则之一，也是高考实验题命题设计遵循的基本原则之一。在新授实验课教学中，建议教师将实验设计的对照原则和对照类型作实例介绍和讲解，让学生明确对照原则和对照类型后再对教材实验进行实例分析，运用设计实验原则进行实验设计和实验方案探讨，结合实验实际情况进行修正和改进，培养学生的科学探究能力。在复习备考中，可以把实验部分以专题的形式进行系统复习，将教材的实验和高考实验题作为分析实例，参照对照实验分析策略构建实验设计的方法体系，形成实用的实验题分析和解答技巧。