高中生物科学思维(8) 膜电位的测量及电表指针偏转的判断

高中生物科学思维(8)膜电位的测量及电表指针偏转的判断(2021·湖南卷)研究人员利用电压钳技术改变枪乌贼神经纤维膜电位，记录离子进出细胞引发的膜电流变化，结果如图所示，图a为对照组，图b和图c分别为通道阻断剂TTX、TEA处理组。

下列叙述正确的是()A．TEA处理后，只有内向电流存在B．外向电流由Na＋通道所介导C．TTX处理后，外向电流消失D．内向电流结束后，神经纤维膜内Na＋浓度高于膜外解析：对比图a和图c可知，TEA处理阻断钾通道后，只有内向电流存在，A正确；对比图a和图b可知，TTX处理阻断钠通道后，只有外向电流存在，再结合图c，可推断外向电流由K＋通道所介导，而内向电流由Na＋通道所介导，B、C错误；内向电流(Na＋内流)结束后，神经纤维膜外Na＋浓度仍高于膜内，D错误。

答案：A1．膜电位的测量及膜电位的曲线解读(1)膜电位测量的两种方法(2)电位差变化曲线图的分析对于电位差变化曲线的识别与分析，应从以下两点入手。

①看起点：如果起点位于横轴上，即起点电位差为0，说明的两个电极位于神经纤维细胞膜的同侧，如图2所示；如果起点位于纵轴上(一般对应负电位)，说明的两个电极位于神经纤维细胞膜的两侧，如图1所示。

②看峰值个数：如图1所示，刺激一次只出现一个峰值(C点)，峰值对应的电位差与初始值(对应A点)刚好位于横轴两侧，说明形成了动作电位；如果A、C位于同侧，则未形成动作电位。

2．电表指针的偏转问题(1)在神经纤维上电表指针偏转问题①刺激a点，b点先兴奋，d点后兴奋，电表指针发生两次方向相反的偏转。

②刺激c点(bc＝cd)，b点和d点同时兴奋，电表指针不发生偏转。

(2)在神经元之间电流表指针偏转问题①刺激b点，由于兴奋在突触间的传递速度小于在神经纤维上的传导速度，a点先兴奋，d点后兴奋，电表指针发生两次方向相反的偏转。

②刺激c点，兴奋不能传至a点，a点不兴奋，d点兴奋，电表指针只发生一次偏转。

1．某神经纤维在产生动作电位的过程中，钠、钾离子通过离子通道的流动造成的跨膜电流如图所示(内向电流是指正离子由细胞膜外向膜内流动，外向电流则相反)。

下列说法错误的是()A．a点之前神经纤维膜处于静息状态B．ab段和bc段钠离子通道开放C．c点时神经纤维的膜内电位等于0 mVD．cd段的外向电流是钾离子外流引起的解析：a点之后，细胞存在内向电流，即Na＋内流，形成动作电位，所以推测a点之前神经纤维膜没有受到刺激，处于静息电位，A正确；ab段和bc段存在内向电流，钠离子通道开放导致Na＋内流，形成动作电位，B正确；c点时动作电位达到峰值，膜内外表现为外负内正的电位，C错误；cd段的外向电流是恢复静息电位的过程，由钾离子外流引起的，D 正确。

答案：C2．(2022·浙江绍兴模拟)如图甲所示，在神经纤维上安装两个相同的灵敏电表，表1两电极分别在a、b处膜外，表2两电极分别在d处膜的内外侧。

在bd的中点c处给予一适宜刺激，相关的电位变化如图乙、丙所示。

下列叙述错误的是()A．表2记录得到图乙所示的电位变化曲线B．图乙①点时Na＋的内流速率比②点时更小C．图丙中④→⑤是恢复静息电位的过程D．图丙曲线处于⑤点时，图甲a处膜外表现为负电位解析：表1两电极分别在a、b处膜外，是测定动作电位的，指针会发生两次方向不同的偏转，因此电位变化会出现丙图所示，表2两电极分别在d处膜内外，受到刺激时，膜内外电位同时变化，故只会产生1次兴奋，因此电位变化会出现乙图所示，A正确；图乙②点时是产生动作电位的过程，动作电位与Na＋的内流有关，①点处于静息电位，因此图乙②点时Na＋的内流速率比①点时更大，B正确；图丙中④→⑤是恢复静息电位的过程，钾离子以协助扩散的方式外流，不消耗ATP，C正确；图丙曲线处于⑤点时，处于静息电位，兴奋还没有传到a点，a点处于静息电位，a点膜外为正电位，D错误。

答案：D3．(多选)如图表示在离体条件下，突触后膜受到不同刺激或处理后的膜电位变化曲线。

下列分析不正确的是()A．在P点用药物促使突触后膜Cl－通道开放，会促进突触后膜神经元兴奋B．曲线Ⅱ的下降段是Na＋以被动运输方式外流所致C．P点时用药物阻断突触后膜Na＋通道，并给予适宜刺激，则膜电位变化应为曲线ⅢD．降低突触间隙中Na＋浓度，在P点时给予适宜刺激，膜电位变化如曲线Ⅳ所示解析：在P点用药物促使突触后膜Cl－通道开放，会发生Cl－内流，不会引起突触后膜兴奋，A错误；曲线Ⅱ的下降段是K＋以被动运输方式外流所致，B错误；P点时用药物阻断突触后膜Na＋通道，不能发生Na＋内流，则不能形成动作电位，变化如曲线Ⅲ所示，C正确；降低突触间隙中Na＋浓度，在P点时给予适宜刺激，会形成动作电位但峰值会下降，D 错误。

答案：ABD4．神经细胞外的Ca2＋对Na＋的内流具有竞争性抑制作用，称为膜屏障作用，该机制能使神经细胞保持正常的兴奋性。

研究小组展开相关研究工作，请回答下列问题：(1)血钙较低，肌肉易抽搐痉挛，其原因是___________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)为验证膜屏障作用，研究小组首先用含有Ca2＋、Na＋、K＋等离子培养液培养蛙的坐骨神经—腓肠肌标本，对坐骨神经施加一定刺激，获得膜电位变化的模型(图1)。

然后降低培养液中Ca2＋的浓度，其他条件不变，重复实验。

①图1曲线的获得，应采取图2中________所示的连接方式。

若是图2中另一种连接方式，请画出理论上所获得的膜电位变化曲线。

②为达到实验目的，实验过程中，研究小组还需要测定________________________。

(3)验证膜屏障作用后，研究小组去除培养液中全部的Ca2＋，其他条件不变，然后对坐骨神经施加一定刺激，结果虽然神经纤维上能发生动作电位，但是腓肠肌未收缩。

对轴突末梢的研究发现，其膜上有Ca2＋的运输通道，突触小体中也有一定数量的突触小泡。

据此推测Ca2＋的作用是______________________________________________________________。

解析：(1)血钙较低，肌肉易抽搐痉挛，其原因是Ca2＋较少，对Na＋内流的抑制作用减弱，神经细胞的兴奋性过强，很容易产生兴奋而使肌肉收缩。

(2)①图1中左边是静息电位，右边是动作电位，测定静息电位需要一个膜内一个膜外，也就是图2中的Ⅱ，如果是图2中另一种连接方式，刚开始时电位差为0，后来发生两次膜电位的偏转，所获得的膜电位变化曲线见答案。

②钠离子的变化是动作电位形成的标志。

为达到实验目的，实验过程中，研究小组还需要测定膜内钠离子含量的变化。

(3)验证膜屏障作用后，研究小组去除培养液中全部的Ca2＋，其他条件不变，然后对坐骨神经施加一定刺激，结果虽然神经纤维上能发生动作电位，但是腓肠肌未收缩。

说明Ca2＋不影响兴奋在神经纤维上的传导，影响兴奋在细胞间的传递。

对轴突末梢的研究发现，其膜上有Ca2＋的运输通道，突触小体中也有一定数量的突触小泡。

据此推测Ca2＋的作用是促进突触小泡和突触前膜融合，以释放神经递质。

答案：(1)Ca2＋较少，对Na＋内流的抑制作用减弱，神经细胞的兴奋性过强，很容易产生兴奋而使肌肉收缩(2)①Ⅱ②膜内钠离子含量的变化(3)促进突触小泡和突触前膜融合，以释放神经递质科学探究(6)神经调节有关的实验探究(2018·海南卷)为了验证反射弧的完整性是完成反射活动的基础，某同学将甲、乙两只脊蛙(去除脑但保留脊髓的蛙)的左、右后肢最长趾趾端(简称左、右后趾)分别浸入0.5%硫酸溶液中，均出现屈肌反射(缩腿)，之后用清水洗净、擦干。

回答下列问题：(1)剥去甲的左后趾皮肤，再用0.5%硫酸溶液刺激左后趾，不出现屈肌反射，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)分离甲的右后肢坐骨神经，假如用某种特殊方法阻断了传入神经，再将甲的右后趾浸入0.5%硫酸溶液中，不出现屈肌反射，则说明______________________________________。

(3)捣毁乙的脊髓，再用0.5%硫酸溶液刺激蛙的左后趾，________(填“能”或“不能”)出现屈肌反射，原因是________________________________。

解析：(1)剥去甲的左后趾皮肤后，存在于左后趾皮肤上的感受器缺失，则再用0.5%硫酸溶液刺激左后趾，不会出现屈肌反射。

(2)用某种特殊方法阻断了传入神经，再将甲的右后趾浸入0.5%硫酸溶液中，不出现屈肌反射，说明屈肌反射的发生要求传入神经的结构和功能完整正常。

(3)脊髓是脊蛙低级神经反射的神经中枢，因此捣毁乙的脊髓，再用0.5%硫酸溶液刺激蛙的左后趾，则不能出现屈肌。

答案：(1)剥去皮肤导致反射弧的感受器缺失(2)传入神经结构和功能完整是完成反射活动所必需的(3)不能反射弧的神经中枢被破坏反射弧中兴奋传导与传递的实验探究1．“药物阻断”实验探究某药物(如麻醉药)是阻断兴奋在神经纤维上传导，还是阻断在突触处传递，可分别将药物置于神经纤维上或置于突触处，依据其能否产生“阻断”效果作出合理推断。

2．“电刺激法”探究反射弧中兴奋传导与传递的特点(1)探究神经冲动在神经纤维上的传导①设计思路：刺激神经纤维上某一点，检测同一神经纤维上刺激点两侧的电位变化或效应器是否反应。

②实验方法：(2)探究兴奋在神经元之间的传递①设计思路：分别刺激反射弧中突触两侧的某一部位，再分别在刺激点的另一侧检测有无兴奋产生。

1．1909年，动物学家威廉姆斯(L.W.Williams)在解剖枪乌贼的时候，发现在枪乌贼外套膜下生长着一种无比粗壮的神经纤维，这种神经纤维甚至大到用肉眼便能看清楚，他将这种新发现的神经纤维命名为巨大轴突。

如图是枪乌贼的神经纤维示意图。

将一电流表的两个接线头分别接于神经纤维P、Q两处的细胞膜外表面，当在P的左侧给予神经纤维一适当刺激，可迅速引发此处兴奋产生和传导。

请分析回答：(1)使用枪乌贼的神经纤维作为实验材料的优点是______________________________________________________________________________________________________。