实验及研究性课题.docx
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实验及研究性课题
实验及研究性课题
专题：
实验及研究性课题
高考实验设计的类型及一般步骤
二、常规实验复习的基本要求
1学习要求：
a、熟悉每个实验的常规内容，包括实验目的、原理、实验仪器和药品的使用、实验的方法步骤、实验现象的观察和分析以及实验结论的得出等基本内容。
b、站在全新的、应用的角度去重新分析已做过的每一个实验，从中提取出真正要掌握的最重要的内容，主要包括两部分内容：
一是每个实验的设计思想、设计思路，做到触类旁通、能力迁移。
二是每个实验中最基本的实验方法和技术（如显微镜、徒手切片、临时装片的制作、研磨、过滤、细菌培养等）
2、常规实验的实验方法归类、
A、观察实验：
还原性糖、蛋白质、脂肪的鉴定、植物细胞有丝分裂观察、叶绿体、细胞质的观察等。
180和14CQ追踪光合作用中氧原子和碳原子转
B示踪原子法：
噬菌体侵染细菌的实验、用
移途径的实验等。
C等组实验法：
淀粉酶催化淀粉水解的实验，植物激素与向性。
D杂交实验法；一对相对性状的遗传
E、化学分析法：
叶绿体色素的提取与分离、DNA勺粗提取
F、模拟实验法：
渗透作用的实验装置、分离定律的模拟实验等。
3、了解常规实验中常用药品的作用
氢氧化钠、氢氧化钙、盐酸、碳酸氢钠、氯化钠、丙酮、碳酸钙、层析液、菲林试剂、苏丹III、双缩尿试剂、淀粉酶、二苯胺、琼脂、亚甲基蓝、酒精（不同浓度作用不同）蔗糖、碘液等
三、实验设计的基本理论
1科学研究方法的基本步骤：
在谈到实验设计的基本理论之前，首先回顾孟德尔对遗传定律的研究过程，从中不难发现科学的研究过程的基本步骤：
通过观察提出设计并完分析数据
提出问题假说成实验得出结论
（1）观察、提出问题
观察是科学研究方法的第一步，要求以客观的态度，在自然常态下进行，在此基础上提出有意义的值得探讨的问题。
（2）提出假说
假说指用来说明某种现象但未经证实的论题，也就是对所提出问题所作出的参考答案。
假说一般分为两个步骤：
第一步：
提出假说，即依据发现的事实材料或已知的科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。
第二步：
作出预期推断，即依据提出的假说，进行推理,得出假定性结论。
如：
孟德尔“对分离现象解释的验证”
（3）设计完成实验
（4）分析数据，得出结论。
通过文字、图表、曲线、图像等形式对观察数据进行加工处理，并对实验数据进行分析推断，进而得出相关结论：
①如果所获得的结果与假设相符，则肯定假设。
②如果结果与假设不相符，则否定假设；③如果结果与假设无关，则无从判断。
2、完整实验包含的基本内容
（1）实验课题：
研究或实验的内容
（2）实验原理：
即完成该实验所应用到的理论依据是什么？
（3）实验目的：
做了该实验后，要解决什么问题？
能提高或学到哪些知识、能力等（从动手能力，观察能力、基本技能、实验设计、显微镜的使用等方面分析）
（4）材料用具：
包括实验材料、仪器或试剂等
（5）实验的操作步骤，涉及到实验设计思想、器材、药品的使用、实验设计原则（科学性、简便性、单一变量、可重复性、控制的体现、控制与与平衡控制等）的体现。
（6）观察和收集实验数据
（7）分析与结论，对实验结果进行分析、推断，作出合理的结论。
注：
有些考题要求考生预测可能的实验结果，并推断相关的结论。
3、实验设计的具体方法
实验设计往往是解答实验题的难点，但只要理清思路，找准方法和突破口，也能化难为易。
实验的设计可遵循以下思路和方法进行。
（1）首先确定实验目的，并对其去粗取精，提炼要点
（2）运用所学知识，找准实验原理，并要做到对原理理解透彻
（3）根据实验原理，对照实验目的，通过初步分析，在头脑中搜寻教材上或曾做过的实验模型，初步形成大致方案，实验设计大多与单因子变量和对照实验有关。
（4）结合实验所给的条件，选取适当的方法（简便性原则），开始草拟具体步骤方案，设计具体步骤后，要顺藤摸瓜，通过实验结果（现象）的判断，分析综合得出实验结论。
（5）回归检验。
看看自己设的实验是否存在科学性原则，紧扣实验原理来进行分析；是否有遗漏的地方；是否还有其它可能性存在，即检验实验的严密性、科学性问题。
实验设计的检验过程最终应该对照实验原理，回归实验目的。
例1据药理研究，一种茅草的根内含有降血糖的因子及多种有益于于健康的成分，某公司
将它开发成一种保健饮料。
该产品是否适用于糖尿病患者，生物学兴趣小组的同学以此作为研究课题，请你完成下面的实验鉴定报告。
1实验目的：
鉴定一种茅草的根是否含有还原性糖和淀粉
2实验原理：
3实验器材：
一种茅草的根，所需试剂、刀片、载玻片、酒精灯、试管夹、火柴、滴管等
4实验步骤：
1鉴定还原性糖：
2鉴定淀粉:
5实验现象:
结果分析:
4、实验设计的基本原则
（1）科学性原则：
包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。
1实验原理的科学性
实验原理是实验设计的依据，也是用来检验和修正实验过程中失误的依据，因此它必须是
经前人总结或经科学检验得出的科学理论。
如2000年全国高考考试题第25题，本题要求
学生设计实验验证钙离子在血液凝固中的作用。
题中给出了两个实验原理；血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，若缺少它则血液不能凝固；草酸钙溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，因此具有抗凝血作用。
这两条原理科学而且完整，学生可由此产生明确的设计思路。
2实验材料选择的科学性
根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料，是保证实验达到预期结果的关键因素之一。
如“还原性糖鉴定实验”中以苹果或雪梨细胞组织液为材料，以及“植物细胞质壁分离与复原”实验中以紫色洋葱为实验材料等实验都是一些经典的成功选材的范例。
思考：
还原糖的鉴定、蛋白质的鉴定、植物细胞有丝分裂观察、叶绿体色素提取与分离、植物细胞的质壁分离与复原、细胞质流动的观察等实验中应选择哪些实验材料才能得到较好的实验效果？
为什么？
3实验方法的科学性
只有科学而严谨的实验方法，才能得出正确而可靠的实验结果。
如鉴定蛋白质的实验中，根据蛋白质分子在碱性环境中与硫酸铜反应形成紫色的反应特点，实验过程中必须先加双缩脲试剂A液（质量浓度为0.1g/ml的氢氧化钠溶液），振荡后再加B液（质量浓度为0.01g/ml的硫酸铜溶液）。
而不能反过来，或把A液与B液混合后加入，这样均不能得到预期的实验结果。
思考：
在光合作用强度的检测实验中用绿光灯照射可看成是黑暗条件的依据是什么？
在鉴定光合作用产物的实验中，为什么要对植物进行饥饿处理，这样做的科学性体现在哪里？
4实验结果处理的科学性
对于实验过程中得到的一些数据，现象或其它信息，不能简单处理，应首先整理后仔细分析，找出它们所能够透露给我们的最大信息量。
例：
用含有各种必需矿质元素的溶液培养大麦，一组在光下，一组在黑暗中，48h后测定
几种离子的浓度，实验结果如下：
实验条件
培养液容积
亠2+
Ca
K+
2+
Mg
起始
5000ml
0.006mol/L
0.002mol/L
0.004mol/L
光照
3910ml
0.0081mol/L
0.00054mol/L
0.0072mol/L
黑暗
4466ml
0.0063
0.0007mol/L
0.0045mol/L
该实验数据为原始数据，请你对该数进行适当加工，使实验现象更加明朗。
从该实验现象中你能得到哪些结论？
（2）单一变量原则
该原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确。
其含义是：
1不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量；
2实验中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。
例如，在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖
水解作用”的实验中，加入的淀粉和蔗糖是单一变量，而加入的淀粉酶的量，反应温度、
pH值则应控制成相同条件，否则这些因素的差异将作为无关变量，干扰实验结果及对实验
结果的分析。
例：
某生物学小组为了研究阳光对大豆发芽的影响，而在两个花盆里种了大豆，并设计了如下实验：
花盆
阳光
温度
水
I
［光照
20C
充足
II
暗室
20C
不充足
在这一实验设计中，应该改正的错误是：
A、两个花盆都应放在向阳的地方B两个花盆都应放在黑暗的地方
C两个花盆的温度不应该一样高
D两个花盆都应浇给充足的水
分析：
这个实验要研究的是阳光对大豆发芽的影响，因此阳光应该为自变量。
根据单因子变量的原则，其它因素都应设为常量，所以本题的答案为D,这样既保证了变量单一，又
使大豆不会因为缺水而影响发芽。
而如果两个花盆都浇水不足，两个花盆中的大豆就都会因缺水而发芽不良，也会导致实验失败。
因此,
能够满足实验成功的条件。
例：
下面是鉴定胃蛋白质酶的专一性实验设计，试分析该实验设计是否符合单因子变量原则，能否达到预期的实验效果？
实验材料
胃蛋白质酶
温度
pH
观察现象
瘦肉块
50ml稀释液
37C
7.0
瘦肉与土豆块的能否消失
土豆块
50ml稀释液
37C
7.0
（3）对照原则
对照原则是中学实验设计中最常用的原则，如有关酶的高效、专一性和影响酶活性的条件的实验，观察植物细胞的质壁分离和复原实验等采用了对照。
通过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又可增加实验结果的可信度和说服力。
对于对照实验，一个实验可包括实验组和对照组，实验组是接受自变量处理的实验组，对照组（控制组）是不接受自变量处理的对象组。
至于哪个作实验组，哪个作对照组，一般是随机决定的。
常用的对照类型有以下几种：
1空白对照：
对照组不做任何处理的对象组。
如“探索影响淀粉酶活性的条件”实验中，
对三支试管的处理各不相同，其中对照组即1号试管只加1ml蒸馏水（可看作是不做任何
处理）。
2号、3号分别加等量的氢氧化钠溶液、盐酸溶液。
②自身对照：
实验与对照在同一对象上进行，不另设对照。
如“观察植物细胞质壁分离与复原”实验，即是典型的自身对照
实验前细胞形态
加入0.3g/ml蔗糖溶液时细胞形态
加入蒸馏水后细胞形态
对照实验
实验组一
实验组二
3条件对照：
给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理，如在“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中，存在以下实验组和对照组。
甲组：
饲喂甲状腺激素（实验组）
乙组：
饲喂甲状腺激素抑制剂（条件对照组）丙组：
对蝌蚪不作任何处理（空白对照）
4相互对照：
指不另设对照组，而是利用几个实验组相互对照。
如在“植物向光性”的实
验设计中，如下图所示，2与1对照可证明感光部位在胚芽鞘尖端，3也可与1对照，4也
可与1对照，也可与2对照。
1234
中部遮光
未经处理尖端遮光切去尖端
（4）控制与平衡控制原则
该原则是指要严格地操纵自变量，以获取因变量，同时，要严格地均衡无关变量，以消除额外变量干扰。
即尽量消除实验误差，以取得较为精确的结果。
常用的方法有单组、等组及轮组实验法。
1单组实验法
对一组（或一个）对象，既用A法，又用B法，顺序随机或轮流循环，这是生物实验常用
的实验方法。
例如，“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验，通常是将做好的紫色洋葱片叶表皮细胞装片，先用蔗糖溶液做质壁分离观察，接着又用清水做质壁分离复原观察，这就是单组实验法。
由于对象同一，无关变量的影响也就被平衡和抵消了。
2等组实验法
将状况相等的对象，分成两组，一组用A法，另一组用B法。
例：
“植物激素与向性运动”
实验，设计了5组实验，其对象是玉米幼苗，要求品种、萌发期、粗细、大小、长势等状况都是相同的，这就是等组实验法，对无关变量的影响起到了平衡和消除作用。
练习：
把“植物激素与向性运动”实验的5组处理方法写出来，并对其相互间的对照能得到哪些实验结论写出来。
3轮组实验法
对两组或两组以上的对象，循环进行两个以上的实验处理，如甲组一A法、B法；乙组一B
法、A法等，这样能有效的平衡和抵消无关变量的影响。
例如，：
“植物向光性”实验，可随机取2株（组）生长状况并不相等的玉米幼苗，做如下实验处理：
甲组：
玉米幼苗一a先用“不透光”处理；b后用“单侧光”处理。
乙组：
玉米幼苗一c先用“单侧光”处理；d后用“不透光处理。
实验结果，则是a+d（不透光）和b+c（单侧光）的比较，这就是轮组实验法。
这种实验处理的匹配，对平衡、消除无关变量和额外变量更有说服力。
（5）平行重复原则
任何实验必须有足够实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。
平行重复原则要求控制某种因素的变化强度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。
下面的这道题就是根据平行重复原则设计的实验。
在用质壁分离法测定细胞的渗透能力的实验中，把剪成小块的洋葱表皮细胞（等量）分别依次放入下面各组溶液中，结果记录如下表。
培养皿
蔗糖溶液浓度（mol/L）
发生初始质壁分离细胞占观察细胞数目的百分比
1
0.2
无
2
0.3
无
3
0.4
15%
4
0.5
40%
5
0.6
80%
6
0.7
99%
7
0.8
100%
注：
组织细胞等渗浓度是指该组织细胞有50%发生质壁分离。
请回答：
①、在以上基础上，如何进一步改进实验，将测定的洋葱表皮细胞的细胞液浓度范围精确到小数点后两位数。
A、需设置的蔗糖溶液浓度分别为。
C观察
D结果与分析
由以上实验设计的特点来看，采用了平行重复的原则来进行，消除了无关变量与额外变量的干扰，可多次重复该实验，使得实验结果更加客观、科学。
（6）可行性与简便性原则
可行性原则是指在设计生物学实验时，从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都具有可行性。
设计实验时，要考虑到实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验药品比较便宜，实验操作比较简便，实验步骤比较少，实验时间比较短。
例：
要检验一株正常生长的植物一天（24小时）净光合作用强度，可采取的措施是（）
A、称重该植物的重量变化
B计算该植物一天当中CO的净吸收量
C计算该植物一天当中Q的净消耗量
D称重该植物土壤水分变化量
四、常见题型
题型一：
给出实验用具、材料、药品、实验的目的，要求根据所给器材设计实验方案。
题型一：
给出实验用具、材料、药品、实验的目的，要求根据所给器材设计实验方案。
题型二、只给出实验目的，实验器材自选，实验方案自己设计。
题型三、分析已有的实验设计方案中的不科学性
题型四、研究性课题
五、典型例题分析
例1、血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏它血液不能凝固，草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。
请根据所提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，验证钙离子在血液凝固中的作用，
并回答问题。
一、实验材料和用具
家兔、生理盐水、70%酉精棉、适宜浓度的草酸钾溶液、适宜浓度的氢氧化钙溶液、试管、注射器（针头、针头）
二、实验步骤和实验结果
第一步：
在A、B试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水第二步：
第三步：
第四步：
实验结果：
问题：
设置B管的目的是。
例2、现有一种由人工膜制成的袋，为检测淀粉和碘能否透过该膜，现提供试剂和用品如下：
铁架台、烧杯和人工膜袋各一个，1%勺淀粉溶液、稀碘溶液细棉线。
（1）请用上述试剂和用品，设计一个实验装置，探究淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能否通过该膜。
请用示意图表示（加图注）
（2）实验结果预测及分析：
1；
2；
3;
4。
题型二、只给出实验目的，实验器材自选，实验方案自己设计。
例3、请设计一个于室外空旷处进行的实验，在不用任何药剂、装置和触及幼苗的情况下,
使盆栽幼嫩植物长成如图所示形状。
（1）设计实验方案（即操作步骤）
（2）设计该方案的原理。
题型三、分析已有的实验设计方案中的不科学性
例4、北阿尔伯达的一个工厂把产酸的化学品排入到空气中，工厂东面有一个湖，湖底是
石灰石的，但湖水的pH值已从原来的6.8降低到5.7，虽然酸性沉积一直在增加，湖水的
pH值保持在5.7不变，湖中原有的鱼是河鲈和鲑鱼。
钓鱼运动员抱怨说，自从工厂开办以
来，鱼资源已经减少。
工厂的科学家们设计了一个实验，证明工厂放出去的化学品与鱼资源的减少没有关系。
1、科学家取一只大容器，盛放湖水，维持pH值在5.7。
从湖里找来大鱼放在该容器内，
喂以蛋白质饲料。
在这样的条件下，鱼正常成长。
假定你是一个独立的仲裁委员，受雇于垂钓运动委员会，来对该项实验评估，列出你要得到的附加信息，并列举说明你要用什么方法去得到这些信息。
例5、为证实“二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料”，某同学制订了下列实验方
案：
（1）实验目的：
验证二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料
（2）实验原理：
（略）
（3）实验材料和用具：
（略）
（4）实验方法和步骤：
1用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯氢氧化钠溶液，密封不漏气；
2将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片贮藏的有机物（暗室内装有红色安全灯）；
3饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其充分进行光合作用；
4取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中；
5将已脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘-碘化钾溶液，检测有无葡萄糖的特
异颜色反应出现。
该实验方案有几项明显错误，请指出错误并改正。
例6:
某同学利用下列装置研究CO含量以及光照强度对某种绿叶光合作用的综合影响。
实验过程用同种状况相同的若干新鲜叶片在室温25C下进行，通过缓冲液调节密闭小室空
/取光熙
间CQ浓度的相对恒定，对相应装置精确测量的结果如下表：
请分析回答下列问题：
组别
实验条件
液滴移动（ml/h）
光强（xl）
CQ（%
1
800
0.03
右移6.0
2
1000
0.03
右移9.0
3
1000
0.05
右移11.2
4
1500
0.05
右移11.2
5
1500
0.03
右移9.0
-巒獅碣小室
■…二■
克架金度客晴
厲2嫂沖壷
（1）第3组装置中液滴右移的生理原因是。
该装置在2h内,
缓冲液释放到密封小室空间的CQ约为mg。
第3、4两组的结果相同，限
制4装置光合作用的非生物因素主要是。
（2）装置虽均置于25C环境下，但有的同学认为液滴移动的量不一定真正代表光合作用
释放Q2的量，因为光照引起的会导致密封小室内气体的物理性膨胀。
因此，
实验方案应再做相应完善。
（3）某同学认为本实验不能令人信服地说明光强和CQ浓度的相互作用，使光合作用进一
步增强。
该同学又增设了一组实验，你认为该组的条件组合是。
（4）请你利用该装置研究叶片有氧呼吸强度随时间而变化的趋势。
A、方法步骤：
①
②
③
B预期结果：
。
题型四、研究性课题
例7、研究性学习作为一种重要的学习方式，对中学生的创新精神和实践能力的培养起到了积极的作用。
下面列出了两大研究课题名称。
请选择其中之一，并回答下列问题。
课题一、某地区遗传病的调查研究
课题二、大气污染对植物的影响
（1）请你拟定一个较小的具体课题名称：
（2）简述你研究该课题的两点主要意义：
（3）对所选课题出一种假设：
（4）你所选用的调查研究方法主要包括：
。
（5）你的研究报告中应含有的主要内容是：
。
易错报警：
要注意大胆地将思路有理有据地写出，不要因该题与所学知识联系不十分密切
而不敢下笔。
例8、根据某兴趣小组进行的研究性学习的探究，回答下列问题：
课题：
青蛙的体色研究
1在光线充足的环境下，蛙的体色较浅；在阴湿的环境下，蛙的体色较深。
2如果蒙上蛙眼，在强光下，蛙的体色较深
3取甲、乙两只蛙，均用解剖刀划开皮肤，用细滴管向甲蛙皮下滴入1ml某垂体激素（含
黑色素细胞刺激素），向乙蛙皮下滴入1ml蒸馏水，20分钟后甲蛙的体色明显比乙蛙的深。
根据以上实验，分析作答：
（1）蛙的体色改变是的结果。
（2）黑色素细胞刺激素的作用是。
（3）当时，激素分泌增加；当时，激素停止分泌。
（4）乙蛙在实验中的作用是。
例9、在自然界中生物的发光现象普遍存在，生物通过细胞的生化反应而发光。
请设计实验探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系。
实验材料：
萤火虫的萤光器晒干后研成的粉末、ATP粉末、蒸馏水、大小相同的小烧杯若
干、大小相同的试管若干、标签纸若干等其他实验所需材料。
实验步骤：
实验现象预测:
实验结论:
例10（2003江苏）分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：
深绿色、黄绿色（或褐色）几乎无色。
处理
A
B
C
SiO2（少量）
+
+
+
CaCO（少量）
一
+
+
95%乙醇（10毫升）
+
一
+
蒸馏水（10毫升）
一
+
一
注：
"+”表示加；"一”表示不加。
试回答：
（1）A处理得到的溶液颜色是
，原因是
（2）
B处理得到的溶液颜色是
，原因是
（3）
C处理得到的溶液颜色是
，原因是
六、题型训练
1、为验证PH对唾液淀粉酶活性的影响，实验如下：
⑴在1-5号试管中加入相应的缓冲液2ml。
⑵加完淀粉液后，向各试管中加入相应的缓冲液3.00ml，使各试管中反应液
PH依次在5.00、6.20、6.80、7.40、8.00。
⑶分别向1-5号试管中加入0.5%唾液1ml，然后进行37C恒温水浴。
⑷反应过程中，每隔1min从第3号取出一滴反应液，滴在比色板上，加1滴碘液显色,
待呈黄色时，立即取出5支试管，力口碘液显色并比色，记录结果。
⑸结果如下：
处理试管编号
1
2
3
4
5
PH
5.00
6.20
6.80
7.40
8.00
结果（颜色+）
++
+
橙黄色
+
++
请回答：
A实验过程中为何要选择37C恒温。
B3号试管加碘液后出现橙黄色，说明什么？
C如果反应速度过快，应当对唾液做如何调整。
D该实验得出的结论是什么?
2、将同时孵化的同种蝌蚪15条（体长均为15毫米），随机分为3组（每组5条），在相
同的水质、饲料、温度条件下饲养实验。
A组加入甲状腺激素，B组加入甲状腺抑制剂，C
组不加任何药物。
在饲养和实验的10~12天中。
按时用坐标纸观察蝌蚪的生长变化状况。
⑴此实验要研究的假设可能是。
⑵此实验中使用同种、同长的蝌蚪和相同的实验条件，其中实验组是；对照
组是。
⑶本实验的预期结果可能是。
3、已知过氧化氢酶广泛存在于动、植物组织中，它能催化过氧化氢的分解反应。
锈铁钉
上的Fe3+也能催化过氧化氢的分解。
现有新鲜猪肝、锈铁钉、3%h2C2溶液以及试管若干，
酒精灯、烧杯、剪刀。
请用这些实验材料和用具设计一组实验来证明：
猪肝组织中是否有过氧化氢酶（要写出实验原
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