高三生物神经调节的实验设计与分析

神经调节的实验设计与分析

神经调节这一部分在近几年的高考中，占有相当大的比重。教材中虽然没有按排课后实验，但在高考中却常以实验的形式考查课本中的基础知识，同时考查实验探究能力。如切断或药物阻止反射弧相应部位，研究组成反射弧的各部分的作用，研究兴奋在神经纤维上的传导和在突触的传递，研究下丘脑的作用等。解答好此类题目首先在平时学习过程中，要扎实掌握课本基础知识，其次是做题过程中要认真分析题干所给的实验过程、某种处理或实验研究的内容，找出该实验涉及的知识点，充分联系教材，结合各题要求，规范答题。

例1（2008理综全国卷

Ⅰ）肌肉受到刺激会收缩，肌

肉受刺激前后肌细胞膜内外

的电位变化和神经纤维的电

位变化一样。现取两个新鲜的

神经－肌肉标本，将左侧标本

的神经搭在右侧标本的肌肉上，此时神经纤维与肌肉细胞相连接（实验期间用生理盐水湿润标本），如图所示。图中②、④指的是神经纤维与肌细胞之间的接头，此接头与突触结构类似。刺激①可引起右肌肉收缩，左肌肉也随之收缩。请回答：

（1）①、②、③、④中能进行兴奋传递的是（填写标号）；能进行兴奋传导的是

（填写标号）。

（2）右肌肉兴奋时，其细胞膜内外形成的电流会对③的神经纤维产生

作用，从而引起③的神经纤维兴奋。

（3）直接刺激③会引起收缩的肌肉是。

【解析】本题考查的是神经调节内容。兴奋的传导指的是在一条神经元的神经纤维上的双向传导，而兴奋传递是指上一神经元的兴奋通过突触结构传到下一神经元的单向传递过程。这里，兴奋从神经传到肌肉，需要经过突触，是传递，而在神经之中的传送属于传导。神经和肌肉在兴奋时，兴奋是以局部电流的形式向其邻近部位传递和传导的，当局部电流传递到下一神经元时，会引起下一神经元的膜内外电位的改变，从而引起下一神经元的兴奋。但神经③与右神经间没有突触结构，故直接刺激③会引起左右肌肉都会发生收缩。

答案：（1）②、④①、③（2）局部刺激

（3）左肌肉和右肌肉

例2 （2008江苏高考生物试卷）α-银环蛇毒能与突触后膜上的乙酰胆碱受体牢固结合；有机磷农药能抑制胆碱酯酶的活性，而乙酰胆碱酯酶的作用是清除与突触后膜上受体结合的乙酰胆碱。因此，α-银环蛇毒与有机磷农药中毒的症状分别是

A．肌肉松弛、肌肉僵直 B．肌肉僵直、肌肉松弛

C．肌肉松弛、肌肉松弛 D．肌肉僵直、肌肉僵直

【解析】考查突触的结构与功能及分析理解能力。乙酰胆碱是一种兴奋性递质，正常情况下由突触前膜释放，与突触后膜上受体结合，使肌肉兴奋，发挥作用后很快被乙酰胆碱酯酶分解而失效。由于α-银环蛇毒能与突触后膜上的乙酰胆碱受体结合，所以乙酰胆碱不能和受体结合而失去作用，使肌肉松弛。有机磷农药能抑制胆碱酯酶的活性，使乙酰胆碱不被分解而持续作用，使肌肉僵直。答案：A

例3 （高考试题：2007全国理综Ⅰ）下图表示一段离体神经纤维的S点受到刺激而兴奋时，局部电流和神经兴奋的传导方向（弯箭头表示膜内、外局部电流的流动方向，直箭头表示兴奋传导方向）。其中正确的是

【解析】神经纤维在未受到刺激时，细胞膜内外的电位表现为膜外正电位、膜内负电位。当神经纤维的某一部位受到刺激产生兴奋时，兴奋部位的膜就发生一次很快的电位变化，膜外由正电位变为负电位，膜内由负电位变为正电位。但是邻近的未兴奋部位仍然是膜外正、膜内负电位。这样，在细胞膜外的兴奋部位与邻近的未兴奋部位之间形成了电位差，于是就有了电荷移动；在细胞膜内的兴奋部位与邻近的未兴奋部位之间也形成了电位差，也有了电荷的移动，这样就形成了局部电流。在膜外兴奋由未兴奋部位向兴奋部位传导，而在膜内由兴奋部位向未兴奋部位传导。且兴奋的传导是双向的。故选Ｃ。答案：Ｃ

例4（2008理综宁夏巻）刺激某一个神经元引起后一个神经元兴奋。当给予某种物后，再刺激同一个神经元，发现神经冲动的传递被阻断，但检测到突触间隙中神经递质的量与给予药物之前相同。这是由于该药物

A.抑制了突触小体中递质的合成

B.抑制了突触后膜的功能

C.与递质的化学结构完全相同

D.抑制了突触前膜递质的释放

【解析】考查兴奋在神经元间的传递。给予某种药物后，再刺激同一个神经元，发现神经冲动的传递被阻断，推测可能是药物影响了突触。由于检测到突触间隙中神经递质的量与给予药物之前相同，所以不会影响突触前膜对递质的释放和递质在突触间隙的量，很可能是影响了突触后膜的功能。答案：B

例5 （2006年重庆卷）在用脊蛙（去除脑保留脊髓的蛙）进行反射弧分析的实验中，破坏缩腿反射弧在左后肢的部分结构，观察双侧后肢对刺激的收缩反应，结果如下表：

上述结果表明，反射弧的被破坏部分可能是

A．感受器 B．感受器和传人神经

C．传人神经和效应器 D．效应器

【解析】考查反射弧的功能及实验分析推理能力。反射弧只有保持完整性,才能正常完成反射活动。破坏前，刺激左后肢，左右后肢都收缩，说明兴奋可以经缩腿反射传给右后肢

的效应器。破坏后，刺激左后肢，左右后肢都不收缩，说明破坏结构应该在神经中枢之前的结构，否则右后肢应该收缩。破坏后，刺激右后肢，右后肢收缩，说明反射中枢正常，左后肢不收缩，说明破坏的是神经中枢之后的结构。综合分析可知，破坏的是神经中枢之前和神经中枢之后的结构。即传入神经和效应器。答案：C

例6 （2006年天津卷）某种药物可以阻断蟾蜍屈肌反射活动。下图为该反射弧的模式图。A、B为神经纤维上的实验位点，C为突触间隙。下列实验结果中，能够证明这种药物“在神经系统中仅对神经细胞间的兴奋传递有阻断作用”的是

①将药物放在A，刺激B，肌肉收缩

②将药物放在B，刺激A，肌肉收缩

③将药物放在C，刺激B，肌肉不收缩

④将药物放在C，刺激A，肌肉收缩

A．①③ B．②③C．①④D．②④

【解析】考查实验设计能力。要证明这种药物“在神经系统中仅对神经细胞间的兴奋传递有阻断作用”，实验组药物应作用于神经细胞相接的部位，即突触C处，然后刺激B，肌肉不会收缩。对照组将药物放在A处，刺激B，肌肉会正常收缩。答案：A 例7 (2003年全国卷）将青蛙脑破坏保留脊髓，在脊柱

下部打开脊椎骨，剥离出脊髓一侧的一对脊神经根（包含一

个背根和一个腹根，如右图）。分别电刺激背根与腹根均可

引起蛙同侧后肢发生运动反应。已知背根含有传入神经，腹

根含有传出神经，背根与腹根合并成脊神经。

请根据上述提供的实验材料（实验用具自选）设计实验

步骤，并预测实验结果，以分别验证背根具有传入功能，腹

根具有传出功能。

【解析】通过阅读题干知道要验证背根具有传入功能，腹根具有传出功能，设计的思路是对背根和腹根进行不同的处理，通过不同处理观察蛙同侧后肢发生运动反应的情况。在设计实验的过程中注意：①根据已有的知识或背景材料提取相关信息，②根据实验目的原理，合理设计实验步骤，设计时要有科学性、连贯性、可行性。兴奋在反射弧上的传导方向是单向的，传导方向是: 感受器→传入神经→神经中枢→传出神经→效应器

甲：在第一对脊神经根的背根中央处剪断，电刺激背根向中段，蛙后肢发生运动反应；电刺激背根外周段，蛙后肢不发生反应。

乙：在第二对脊神经根的腹根中央处剪断，电刺激腹根向中段，蛙后肢不发生反应；电刺激腹根外周段，蛙后肢发生运动反应。

答案：实验步骤1：在背根中央处剪断（或用麻醉药阻断），分别电刺激背根向中段、外周段，观察蛙后肢是否发生运动反应。预期结果：电刺激背根向中段发生蛙后肢运动反应；电刺激背根外周段不发生反应，说明背根具有传入功能。

实验步骤2：在腹根中央处剪断（或用麻醉药阻断），分别电刺激腹根向中段、外周段，观察蛙后肢是否发生运动反应。预期结果：电刺激腹根向中段不发生反应，电刺激腹根外周段应发生蛙后肢运动反应，说明腹根具有传出功能。

应用训练：

1．下图是反射弧示意图．其中E表示感受器、A表示效应器。以下叙述中正确的是

A．①处进行电刺激，则在A、E处均能测到膜电位变化

B．②处进行电刺激，则该处膜内电位将由正电位变为负电位

C．②处进行电刺激，则B处将会出现兴奋传导现象

D．①处进行电刺激，能引起C处释放递质、传导兴奋

【解析】考查神经兴奋的传导和传递，动作电位的发生原理。兴奋在神经纤维上是双向传导的，经过突触是单向传递的。①处进行电刺激．可在A 处测到膜电位变化，E处不能测到膜电位变化。②处进行电刺激，则该处膜内电位将由负电位变为正电位。①处进行电刺激，不能引起C处释放递质。答案：C

2．（2007广东高考生物）神经细胞在静息时具有静息电位，受到适宜刺激时可迅速产生能传导的动作电位，这两种电位可通过仪器测量。A、B、C、D均为测量神经纤维静息电位示意图，不正确的是

【解析】静息时，膜外正电位，膜内为负电位，D图两电极都测膜外电位，指针不会偏转。答案：D

3．（高考试题：2007宁夏理综）下列关于反射弧的叙述，正确的是

A．刺激某一反射弧的感受器或传出神经，可使效应器产生相同的反应

B．反射弧中的感受器和效应器均分布于机体同一组织或器官

C．神经中枢的兴奋可以引起感受器敏感性减弱

D．任何反射弧中的神经中枢都位于脊髓

答案：A

4．（高考试题：2007广东生物）当你专心作答试题时，参与的高级中枢主要有

①下丘脑②大脑皮层H区（听觉性语言中枢）

③大脑皮层S区（运动性语言中枢）④大脑皮层V区（视觉性语言中枢）

⑤大脑皮层W区（书写性语言中枢）

A．①③B．②③C．②④D．④⑤

答案：D

5．乙酰胆碱（Ach）是一种神经递质。实验人员欲研究Ach浓度与反应时间的关系（简图如下），在除去突触小泡的前提下自①处注入不同浓度的Ach，②处给予恒定刺激，③、④处分别为灵敏感应时间测量点。测得不同浓度Ach条件下③、④两处感受到信号所用时间如下表所示。下列各项叙述正确的是

A．图中⑤、⑥与⑦共同构成一个突触

B．表中数据说明高浓度Ach能促进兴奋在神经纤维上的传导

C．实验中除去突触小泡的目的是防止实验结果受到相关因素的干扰

D．表中数据说明Ach浓度的增加对兴奋在神经元之间的传递无明显影响

【解析】突触是由突触前膜、突触间隙、突触后膜组成，由实验结果可以说明Ach浓度的增加对兴奋在神经元之间的传递有明显影响，但不能促进兴奋在神经纤维上的传导。实验中除去突触小泡的目的是防止实验结果受到相关因素的干扰。只有C正确。

答案：C

6．止痛药（如“杜冷丁”）并不损伤神经元的结构，在阻断神经冲动传导过程中，检测到突触间隙中神经递质（乙酰胆碱）的量不变。推测止痛药的作用机制是

A．与突触后膜的受体结合 B．与突触前膜释放的递质结合

C．抑制突触前膜递质的释放 D．抑制突触小体中递质的合成

答案：A

7．下图甲表示人体脊髓反射弧模式图。乙表示人体神经元结构模式图，据图回答：

（1）甲图中，刺激结构④时，会产生具体效应的结构是〔〕____________________，该结构在组成上包括________________________________________________________。

（2）乙图中的C是下一个神经元的____________________________；兴奋不能从c传到A的原因是____________________________________________________________。

（3）乙图中，若刺激A点，电流计B将偏转________次；若抑制该细胞的呼吸作用，发现神经纤维在一次兴奋后，其细胞膜不能再恢复到静息状态，带电离子通过细胞膜的方式是_______________________。

（4）甲图中，提供电刺激设备、电位测量仪等必要的实验用具，验证兴奋在神经元之间进行单向传导的步骤是：__________________________________________________。【解析】考查反射弧的组成、突触的生理结构及兴奋的传导和传递。甲图中⑤是效应器，刺激结构④时，⑤会产生具体效应，效应器包括运动神经末梢及其所支配的肌肉或腺体。乙图中的C是下一个神经元的树突膜或胞体膜，兴奋不能从c传到A的原因是递质只能从突触前膜释放，作用于突触后膜。抑制该细胞的呼吸作用，细胞膜不能再恢复到静息状态，说明离了通过细胞需要消耗能量，方式是主动运输。验证兴奋在神经元之间进行单向传导，实验设计时要考虑，刺激和测量要在两个神经元上进行。

（1）⑤效应器包括运动神经末梢及其所支配的肌肉或腺体

（2）树突膜或胞体膜递质只能从突触前膜释放，作用于突触后膜

（3）2 主动运输

（4）先电刺激②（或②上一点），测量④上有无电位变化；再电刺激④（或④上一点），测量②上有无电位变化。（2分）

8．2007年8月卫生部通报了几起因食用火腿肠、罐头、臭豆腐等食品而引起的肉毒杆菌中毒事件。肉毒杆菌能产生外毒素，这种毒素能抑制突触释放乙酰胆碱（一种兴奋性递质）引起毒害。据实验这种毒素仅0.01mg就可致人死亡。请回答下列问题：

（1）推测肉毒杆菌最可能的呼吸方式及反应式是_________________________________ 。（2）肉毒杆菌中毒后，严重的常因呼吸肌_________________（强烈收缩、麻痹）而死亡。（3）对肉毒杆菌外毒素的作用有的人提出了另一种观点：外毒素直接作用于肌细胞而不是作用于突触。某学习小组针对这两种观点进行了探究。请将下列实验步骤及结果结论补充完整。

实验假设：________________________________________。

材料用具：肉毒杆菌外毒素、适宜的放电装置、两个相同的图甲装置、培养皿等

实验步骤：

第一步：将两个装置编号A、B，同时用电极分别刺激两个“神经—腓肠肌标本”的神经，指针都向左偏转，然后恢复。

第二步：

第三步：

实验结果及结论：

（1）

（2）

8．【解析】

酶

（1）无氧呼吸 C6H12O6 2C3H6O3 (乳酸)+能量

（2）麻痹）

（3）实验假设：肉毒杆菌外毒素能作用于突触而不是作用于肌细胞

实验步骤：第二步：用吸管吸取适量肉毒杆菌外毒素，滴加到A装置的1处，同时用

吸管吸取等量肉毒杆菌外毒素，滴加到B装置的2处（

第三步：用电极刺激A、B装置的神经，观察指针是否偏转结果及结论：（1）如果A装置的指针向左偏转，B装置的指针不偏转，说明肉毒杆菌外毒素能作用于突触而不是作用于肌细胞

（2）如果A装置的指针不偏转，B装置的指针向左偏转，说明肉毒杆菌外毒素能作用于肌细胞而不是作用于突触

9．小白鼠是恒温动物，当环境温度明显降低时，其体温仍能保持相对恒定。为了探究调节体温的中枢是否为下丘脑，某校生物兴趣小组制订了以下实验方案：

实验假设：下丘脑是调节体温的主要中枢

材料用具：略

实验步骤：

①取两只健康的、性别与生理状况相同的成年小白鼠，并标记为甲、乙；

②用一定的方法破坏甲鼠的下丘脑，乙鼠不做处理作为对照；

③把甲、乙两鼠置于可人工控制的温室中，将室内温度调为0℃，在相对安静的条件下

观察24小时，每隔4小时分别测量一次体温，并做好记录。

预期结果与结论：

①若甲鼠体温发生明显改变，乙鼠体温保持相对恒定，则假设成立；

②若甲、乙两鼠体温均保持相对恒定，则假设不成立。

请分析回答：

⑴该兴趣小组设计的实验方案有哪些不妥之处？请指出。

①；②。

⑵有同学认为实验组与对照组可在同一只小白鼠身上进行，你是否赞同这个观点?并

说明理由。。

⑶若假设成立，下丘脑是其体温调节中枢，下面给出了四张坐标图，表示小白鼠的代谢

状况与环境温度的关系(其中横轴表示环境温度，纵轴表示小白鼠的耗氧量或酶的反应速率

⑷若假设成立，下丘脑是其体温调节中枢，当环境温度明显降低时，一方面可通过

下丘脑的调节作用，引起小白鼠皮肤血管收缩，皮肤的血流量减少，从而使皮肤的散热量减少；同时还可促进有关腺体的分泌活动，使的分泌增加，导致体内代谢活动增强，产热量增加，从而维持体温恒定。由此可见小白鼠对体温的调节属于调节。

答案：

⑴①实验前要先测定甲、乙鼠的体温②实验要有重复性，仅用两只小白鼠进行实验有一定的偶然性。

⑵赞同。先做不破坏下丘脑的实验，再做破坏下丘脑后的实验，进行自身前后对照

⑶ BD AC

⑷甲状腺激素和肾上腺素神经―体液