高考生物热点：生命活动调节中的相关实验分析与探究

1．探究兴奋在神经纤维和神经元间传导(递)特点的实验设计思路

兴奋传导和传递类题目的主要考查形式有两大类，一是反射弧完整性的判断实验，注意设计实验时实验原则的遵守；二是神经冲动传导方向的证明，注意兴奋在离体神经纤维上的传导是双向的，在神经元之间的传递是单向的。

2.验证激素生理功能的实验设计思路

验证激素功能类题目的主要考查形式有两大类，一是通过提供的文字信息让学生去设计实验，考查实验原理和设计实验的原则、实验步骤；二是通过提供的实验表格数据，让学生去分析实验的结果和总结实验结论。

(1)研究激素生理功能的一般思路

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(2)方法示例

①验证甲状腺激素的生理功能

②验证胰岛素的生理功能

③实验成功的关键点

a．根据激素的化学本质，选择不同的实验方法

下丘脑、垂体和胰岛分泌的激素多为多肽类或蛋白质类，多肽类和蛋白质类激素易被消化酶所分解，故一般采用注射法，不宜口服。雄激素、雌激素、孕激素等固醇类激素和甲状腺激素、肾上腺素等氨基酸衍生物类激素都可以口服，也可以注射。

b．动物分组的基本要求：选择性别、年龄、体重、生长状况相似的平均分组，每组要有数量相等的多只。

c．实验设计时要注意设置对照实验，控制变量个数，保证单一变量。

d．进行注射实验时空白对照组应注射生理盐水(不可用蒸馏水)，进行饲喂实验时，空白对照组可使用蒸馏水。

3．免疫功能的实验探究

(1)胸腺的免疫功能探究

①方法

②结论：切除胸腺，细胞免疫全部丧失，只保留部分体液免疫。

(2)探究抗体具有专一性

①对实验动物(大小、年龄、生长状况相同)同时注射某流感疫苗。

②一段时间后，再分别注射不同种的流感病毒，观察其患病情况。

(3)探究血清抗体有治疗作用

①从破伤风患者体内获取血清。

②选取各方面相同的小鼠等量分成a、b两组。

③a组注射血清后再注射破伤风毒素，b组只注射破伤风毒素。

④观察两组小鼠生活状况。

[技能训练]

1．(2020·河南质检)用脊蛙(去除脑保留脊髓的蛙)进行屈腿反射实验时，刺激蛙左后肢，左后肢收缩，右后肢也会收缩，说明左、右后肢反射弧的中枢存在某种联系。在一次制作脊蛙的过程中，某研究人员不小心伤到了蛙右后肢上的神经，但不知是传入神经还是传出神经，于是设计了如下实验方案进行探究：

(1)刺激蛙右后肢，若右后肢不收缩而左后肢收缩，说明伤及的是________神经。

(2)刺激蛙右后肢，若________，则可初步判断伤及的是传入神经。但不知右后肢传出神经是否也同时受到伤害，请帮其设计实验并加以探究(写出实验思路，预期实验结果和结论)。

实验思路：_________________________________。

预期实验结果和结论：_______________________。

[解析]　(1)刺激蛙右后肢，若右后肢不收缩而左后肢收缩，说明右后肢受到的刺激产生的兴奋能传递到左后肢的效应器，但不能传递到右后肢的效应器，因此伤及的是右后肢上的传出神经。(2)若伤及的是传入神经，则刺激蛙右后肢，左、右后肢均不收缩。若要通过实验探究右后肢的传出神经是否同时受损，可刺激左后肢(传入神经正常)，观察右后肢是否收缩。如果右后肢的传出神经未受损，则右后肢收缩；如果右后肢的传出神经受损，则右后肢不收缩。

[答案]　(1)传出

(2)左、右后肢均不收缩　刺激左后肢，观察右后肢是否收缩　若右后肢收缩，则说明传出神经未受损伤；若右后肢不收缩，则说明传出神经受损伤

2．(2020·衡水大联考)研究者为了研究神经元之间兴奋的传递过程，选用枪乌贼的神经组织进行实验，处理及结果见下表。

(1)第Ⅰ组处理说明枪乌贼神经元兴奋时，膜外比膜内电位________75 mV。室温下，微电极刺激突触前神经元测得动作电位0.5 ms后，才能测到突触后神经元的动作电位，这被称为“兴奋的延迟”，延迟的原因之一是突触前膜以________________的方式释放________________，该物质被突触后膜上的______________识别，这一过程需要一定的时间。

(2)已知河豚毒素对于突触后膜识别信息分子的敏感性无影响，从Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组推断，突触后神经元动作电位的降低应该是__________________________________直接引起的，由此可知河豚毒素对神经兴奋的传递起________作用。

(3)若利用河豚毒素的生理作用开发药物，可作___________(选填选项前的符号)。

a．降糖药  b．麻醉药

c．镇痛剂  d．抗肌肉痉挛剂

(4)研究者利用水母荧光蛋白标记突触前神经元，直接观察到突触前膜先出现钙离子内流，之后引发突触小泡的定向移动。药物BAPTA能迅速结合钙离子，现将该药物注入突触小体内，若突触前神经元的__________________________________________________，则说明钙离子不影响突触前神经元产生神经冲动，但对于神经元之间兴奋的传递是必需的。

[解析]　(1)第Ⅰ组为对照组，该组处理说明枪乌贼神经元兴奋时膜外电位变为负值，膜内电位变为正值，膜外比膜内电位低75 mV。兴奋延迟的原因之一是突触前膜以胞吐的方式释放神经递质，扩散到后膜后被突触后膜上的特异性受体识别，这一过程需要一定的时间。(2)若河豚毒素对于突触后膜识别信息分子的敏感性无影响，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组表明，突触后神经元动作电位越来越低，最后消失，应该是作用于突触后膜的神经递质数量减少直接引起的，由此可知河豚毒素对神经兴奋的传递起抑制作用。(3)由实验可知河豚毒素可使作用于突触后膜的神经递质数量减少，从而阻断神经兴奋的传递，所以可用来作为麻醉药或镇痛剂或抗肌肉痉挛剂。(4)钙离子内流之后引发突触小泡的定向移动，向突触间隙释放神经递质，药物BAPTA能迅速结合钙离子，从而阻断突触小泡的定向移动，阻断其向突触间隙释放神经递质，若突触前神经元的动作电位无改变，神经递质释放量减少，则说明钙离子不影响突触前神经元产生神经冲动，但对于神经元之间兴奋的传递是必需的。

[答案]　(1)低　胞吐　神经递质　特异性受体

(2)作用于突触后膜的神经递质数量减少　抑制

(3)b、c、d

(4)动作电位无改变，神经递质释放量减少

3．(2020·山东卷)科研人员在转入光敏蛋白基因的小鼠下丘脑中埋置光纤，通过特定的光刺激下丘脑CRH神经元，在脾神经纤维上记录到相应的电信号，从而发现下丘脑CRH神经元与脾脏之间存在神经联系，即脑－脾神经通路。该脑－脾神经通路可调节体液免疫，调节过程如图1所示，图2为该小鼠CRH神经元细胞膜相关结构示意图。

(1)图1中，兴奋由下丘脑CRH神经元传递到脾神经元的过程中，兴奋在相邻神经元间传递需要通过的结构是____________，去甲肾上腺素能作用于T细胞的原因是T细胞膜上有______________。

(2)在体液免疫中，T细胞可分泌____________作用于B细胞。B细胞可增殖分化为________________。

(3)据图2写出光刺激使CRH神经元产生兴奋的过程：

______________________________________________。

(4)已知切断脾神经可以破坏脑－脾神经通路，请利用以下实验材料及用具，设计实验验证破坏脑－脾神经通路可降低小鼠的体液免疫能力。简要写出实验设计思路并预期实验结果。

实验材料及用具：生理状态相同的小鼠若干只，N抗原，注射器，抗体定量检测仪器等。

实验设计思路：_____________________________。

预期实验结果：_____________________________。

[解析]　(1)一般情况下，相邻两个神经元之间并不是直接接触的。神经元的轴突末梢经过多次分支，最后每个小枝末端膨大呈杯状或球状，叫做突触小体。突触小体可以与其他神经元的细胞体或树突等相接触，共同形成突触。兴奋在相邻神经元间传递需要通过突触。去甲肾上腺素能作用于T细胞是由于T细胞膜上有相应的特异性受体。(2)在体液免疫过程中，T细胞可分泌淋巴因子(或细胞因子)，淋巴因子(或细胞因子)能促进B细胞增殖分化成浆细胞和记忆细胞。(3)光敏蛋白是一类在生命体内能够应答光信号而产生生理学反应的蛋白质，它们在细胞内外离子流动及细胞信号传递方面发挥着重要作用。钠离子通道是膜上存在的允许Na^＋顺其电化学梯度进入细胞的通道。据图2分析可知，光刺激光敏蛋白导致钠离子通道开放，钠离子内流使CRH神经元产生兴奋。(4)根据单一变量原则和对照性原则，确定实验分为两组，实验组小鼠的脾神经被切断，对照组不做处理，两组小鼠分别注射相同剂量的N抗原，一段时间后，用抗体定量检测仪器检测两组小鼠抗N抗体的产生量。该实验为验证性实验，即验证破坏脑－脾神经通路可降低小鼠的体液免疫能力，因此，脾神经被切断的实验组小鼠的抗N抗体产生量低于对照组的产生量。

[答案]　(1)突触　去甲肾上腺素受体

(2)淋巴因子(或细胞因子)　浆细胞和记忆细胞(或效应B淋巴细胞和记忆B淋巴细胞)

(3)光刺激光敏蛋白导致钠离子通道开放，钠离子内流产生兴奋

(4)取生理状态相同的小鼠若干只，随机均分为两组，将其中一组小鼠的脾神经切断作为实验组，另一组作为对照组；分别给两组小鼠注射相同剂量的N抗原；一段时间后，检测两组小鼠抗N抗体的产生量　实验组小鼠的抗N抗体产生量低于对照组的产生量

4．(2020·蚌埠市质检)效应T细胞可通过细胞膜上TCR受体识别肿瘤细胞上的相应抗原并进行攻击(如图1)，而肿瘤细胞可通过某种机制逃避机体免疫系统的识别攻击，以实现免疫逃逸。请回答：

(1)图1体现了细胞间的信息交流。效应T细胞识别肿瘤细胞过程中发出信号的细胞是____________；该图也体现了免疫系统的____________功能。

(2)研究发现，在肿瘤发展过程中，肿瘤细胞表达出的PD－L1蛋白与PD－1受体结合，从而抑制效应T细胞的免疫功能，实现了免疫逃逸(如图2)。

①利用肿瘤移植技术、基因敲除技术(通过一定的途径使机体特定的基因失活或缺失的技术)，以健康小鼠为实验动物，设计实验验证该肿瘤细胞的免疫逃逸机制。请写出实验思路：

__________________________________________________。

②为进一步验证该机制，可另设计一实验组，即对健康小鼠进行________________，然后注射抗PD－L1蛋白的抗体。实验中，注射该抗体的目的是_____________________________。

[解析]　(1)图1中，肿瘤细胞发出的抗原信号可以被效应T细胞表面的TCR受体识别，故肿瘤细胞是发出信号的细胞，该过程中效应T细胞可以发现并发挥免疫效应清除肿瘤细胞，体现了免疫系统的监控和清除功能。(2)①要利用肿瘤移植技术、基因敲除技术设计实验验证该肿瘤细胞通过表达出PD－L1蛋白的免疫逃逸机制，实验设计的自变量是肿瘤细胞是否敲除PD－L1基因，两组的共同处理是将两组肿瘤细胞分别移植到两组健康的小鼠体内，因变量是小鼠体内肿瘤的生长状况。②为进一步验证该机制，可对健康小鼠进行肿瘤移植后，注入PD－L1抗体，该抗体会与PD－L1蛋白特异性结合，从而阻止PD－L1蛋白与PD－1受体结合。若确实为该逃逸机制，小鼠的肿瘤细胞会被免疫系统清除掉。

[答案]　(1)肿瘤细胞　监控和清除

(2)①将敲除PD－L1基因和未敲除PD－L1基因的肿瘤细胞通过肿瘤移植技术分别移植到两组健康小鼠体内，比较两组小鼠体内肿瘤的生长状况　②肿瘤移植(与PD－L1蛋白特异性结合，)阻止PD－L1蛋白与PD－1受体结合