高考知识能力提升专题21 神经调节实验探究(一)兴奋传导相关实验探究

高考知识能力提升专题21 神经调节实验探究(一)兴奋传导相关实验探究1.探究离子浓度对膜电位的影响（1）实验原理膜电位的形成和维持依靠离子的跨膜运输实现，其中K+外流形成和维持静息电位，Na+内流产生动作电位。

膜外K+、Na+浓度会影响离子的跨膜运输速率，从而影响膜电位的大小。

例如，增大膜外K+、Na+浓度，会分别减小静息电位、增大动作电位，增大膜对cl-的通透性，可增强静息电位。

膜内外主要离子浓度及膜对离子通透性（2）实验思路通过改变膜外相关离子浓度大小来检测相关膜电位大小，从而判断离子浓度对膜电位的影响。

（3）结果分析①若改变膜外某种离子的浓度，无论在静息还是兴奋状态下，相关膜电位都不会随该离子的浓度改变而改变，则说明该离子对膜电位几乎不造成影响；②若改变膜外某种离子的浓度，在静息或兴奋状态下，某种膜电位会随该离子的浓度改变而改变，则说明该离子会影响某种膜电位的大小。

若某膜电位大小随该离子浓度增大而增强，说明该离子能增强该膜电位，反之，则减弱。

【典例1】（2020·浙江·高考真题）欲研究生理溶液中K+浓度升高对蛙坐骨神经纤维静息电位的影响和Na+浓度升高对其动作电位的影响。

请完善以下实验思路，预测实验结果，并进行分析与讨论。

（要求与说明：已知蛙坐骨神经纤维的静息电位为-70 mV，兴奋时动作电位从去极化到反极化达+30 mV。

测量的是膜内外的电位变化。

K+、Na+浓度在一定范围内提高。

实验条件适宜）回答下列问题：（1）完善实验思路：组1：将神经纤维置于适宜的生理溶液a中，测定其静息电位和刺激后的动作电位，并记录。

组2：__________。

组3：将神经纤维分别置于Na+浓度依次提高的生理溶液d、e中，测定其刺激后的动作电位，并记录。

对上述所得的实验数据进行分析与处理。

（2）预测实验结果____（设计一个坐标，以柱形图形式表示实验结果）：（3）分析与讨论①简要解释组3的实验结果：____。

②用放射性同位素24Na+注入静息的神经细胞内，不久在生理溶液中测量到放射性，24Na+的这种转运方式属于__________。

用抑制酶活性的药物处理神经细胞，会使24Na+外流量__________。

③刺激脊蛙的坐骨神经，除了在反射中枢测量到动作电位外，还观察到腓肠肌收缩，说明坐骨神经中含有__________神经。

【答案】将神经纤维分别置于K+浓度依次提高的生理溶液b、c中，测定其静息电位，并记录溶液K*、Na*浓度升高对膜电位影响示意图细胞外Na+浓度提高，膜内外的浓度差增大，兴奋时，Na+通过Na+通道内流加快，导致动作电位增大主动转运减少传入和传出【分析】静息电位是指细胞膜未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的外正内负的电位差。

动作电位是指可兴奋细胞受到刺激时在静息电位的基础上产生的可扩布的电位变化过程。

动作电位的形成条件：①细胞膜两侧存在离子浓度差，细胞膜内钾离子浓度高于细胞膜外，而细胞外钠离子、钙离子、氯离子高于细胞内，这种浓度差的维持依靠离子泵的主动转运。

（主要是钠-钾泵（每3个Na+流出细胞, 就有2个K+流入细胞内。

即:Na+∶K+ =3∶2）的转运）。

②细胞膜在不同状态下对不同离子的通透性不同，例如，安静时主要允许钾离子通透，而去极化到阈电位水平时又主要允许钠离子通透。

【详解】（1）本实验的自变量是钾离子和钠离子的浓度，因变量是静息电位和动作电位的影响，因此，本实验需要有前测（如组1），组2：将神经纤维分别置于钾离子浓度依次提高的生理溶液b、c中，测定其静息电位，并记录。

组3：将神经纤维置于钠离子浓度依次提高的生理溶液d、e中，测动作电位，并记录。

（2）实验结果要求以柱状图的形式呈现。

画图要求：注意横纵坐标的标识，横坐标为离子浓度，纵坐标为膜电位（mV），柱状图应该有图的名称和图例，另外注意标注组别（a、b、c、d、e）。

结果分析：溶液中钾离子浓度提高，静息电位的绝对值下降，溶液中钠离子浓度提高，动作电位的峰值上升，结果如图所示。

（3）①组3的结果分析：细胞外钠离子浓度提高，膜内外的浓度差增大，兴奋时，钠离子通过钠离子通道内流加快，导致动作电位增大。

②神经细胞在兴奋时钠离子内流（易化扩散），能够产生动作电位，因此，神经细胞始终要维持膜外钠离子浓度高、膜内钠离子浓度低的状态，现将放射性24Na+注入静息的神经细胞内，在生理溶液中检测到放射性，因此，这种转运方式属于主动转运。

用抑制酶活性的药物处理神经细胞，会抑制细胞中载体蛋白的合成和能量的释放，因此会使24Na+外流量减少。

③刺激蛙的坐骨神经，在反射中枢检测到动作电位，观察到腓肠肌收缩，说明坐骨神经中含有传入神经和传出神经，传至腓肠肌引起肌肉收缩。

【点睛】本题要求学生在理解静息电位和动作电位产生原理的基础上进行实验设计，要求学生有一定的实验设计能力，并能预测、分析实验结果，意在培养学生严密的科学思维和严谨的科学态度。

2.探究药物对兴奋传导的影响（1）实验原理某些药物可以改变神经细胞膜上离子通道的功能，从而改变膜对离子的通透性，进而影响兴奋在神经纤维上的传导。

（2）实验思路改变作用于神经纤维的药物的有无和浓度，检测膜电位的变化和兴奋到传导情况，从而判断药物对兴奋传导的影响。

（3）实验结果①若有无药物作用实验结果均一样，说明药物对兴奋传导没有影响；②若添加药物后，动作电位增强或兴奋传导速度加快，说明药物能增强兴奋传导；③若添加药物后，动作电位减弱或兴奋传导速度减慢，说明药物能降低兴奋传导。

【典例2】（2021·浙江·模拟预测）草甘膦（N-甘氨酸）是生产中使用最广泛的有机磷除草剂之一，其在环境中的残留会给环境带来潜在风险。

为研究草甘膦浓度对神经冲动传导的影响，根据以下提供的实验材料，完善实验思路，并分析实验结果。

材料用具：体重基本一致、生理状态良好的成年蟾蜍72只、浓度为41%草甘膦异丙胺盐水剂（若加蒸馏水稀释250倍后可得1．64mL/L的草甘膦药剂，为农田推荐最低使用浓度）、蒸馏水、标准任氏液、猴头喷雾器、常规解剖器械、相关仪器（如信号采集仪、刺激电极、导出电极等）（注：给药方式采用体表喷雾；制备坐骨神经-腓肠肌标本和测定神经冲动传导速度的具体操作过程不作要求；不同浓度草甘膦药剂的配制方法不做要求）（1）实验思路：①____________。

②选取体重基本一致、生理状态良好的成年蟾蜍72只，____________，置于适宜条件的玻璃缸内静养，24h后开始用于试验。

③每天定时____________，对照组用____________代替。

④____________，将蟾蜍的脑和脊髓损毁，剥制坐骨神经腓肠肌标本（如图1），置于标准任氏液中平衡3-5min，再使用相应仪器测定并记录蟾蜍坐骨神经上神经冲动传导速度，求平均值，结果如图2。

（2）实验结论及原因分析：在实验过程中同时发现随着草甘膦溶液浓度的升高，蟾蜍神经接受刺激后产生动作电位峰值逐渐降低，产生冲动所需时间延长，神经冲动传导速度减慢，与对照组差异显著。

导致这一现象的原因可能是：其一，草甘膦表面活性物质能抑制细胞膜上Na+通道开放，导致____________，故峰值逐渐降低。

其二，Na+泵活动受抑制使膜内外Na+浓度梯度降低，静息电位绝对值减小，导致去极化速度减慢。

若上述推测成立，请建立一个坐标系，用曲线表示静息时坐骨神经膜内Na+浓度相对值随草甘膦浓度的变化趋势。

____________。

（3）分析与讨论：①从反射弧的组成角度分析，实验中使用的蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本发挥功能的是____________。

②有同学在分析实验结果后提出“除草甘膦外，还存在其它因素影响神经传导速度”的观点，其依据是____________。

【答案】利用浓度为41%草甘膦异丙胺盐水剂，分别配制成0．82、1．23、1．64、2．05和2．46mL/L5个浓度草甘膦药剂随机均分为6组用猴头喷雾器将等量不同浓度的草甘膦溶液均匀喷洒刭对应组蟾蜍的体表蒸馏水在给药后第1天、第3天、第5天、第7天分别从每个组中随机抽取3只蟾蜍Na+内流减少传出神经、效应器②本实验结果显示对照组（蒸馏水喷洒）的神经冲动传导速度也会随实验时间延长而下降【分析】图1表示将蟾蜍的脑和脊髄损毁，剥制坐骨神经-腓肠肌标本，从反射弧的角度分析该图只包含反射弧中的传出神经和效应器；图2表示使用相应仪器测定并计算蟾蜍坐骨神经上神经冲动传导速度，结果如图2，通过柱形图可知：随着草甘膦浓度的提高坐骨神经上神经冲动的传导速度逐渐减慢；随着草甘膦喷洒时间的延长坐骨神经上神经冲动的传导速度逐渐减慢。

【详解】（1）实验思路：①利用浓度为41%草甘膦异丙胺盐水剂，分别配制成0．82、1．23、1．64、2．05和2．46mL/L5个浓度草甘膦药剂。

②选取体重基本一致、生理状态良好的成年蟾蜍72只，随机均分为6组，置于适宜条件的玻璃缸内静养，24h后开始用于试验。

③每天定时用猴头喷雾器将等量不同浓度的草甘膦溶液均匀喷洒刭对应组蟾蜍的体表，对照组用等量蒸馏水代替。

④在给药后第1天、第3天、第5天、第7天分别从每个组中随机抽取3只蟾蜍，将蟾蜍的脑和脊髓损毁，剥制坐骨神经腓肠肌标本（如图1），置于标准任氏液中平衡3-5min，再使用相应仪器测定并记录蟾蜍坐骨神经上神经冲动传导速度，求平均值，结果如图2。

（2）随着草甘膦溶液浓度的升高，蟾蜍神经接受刺激后产生动作电位峰值逐渐降低，产生冲动所需时间延长，神经冲动传导速度减慢，与对照组差异显著。

导致这一现象的原因可能是：其一，草甘膦表面活性物质能抑制细胞膜上Na+通道开放，导致Na+内流减少，故峰值逐渐降低。

其二，Na+泵活动受抑制使膜内外Na+浓度梯度降低，静息电位绝对值减小，导致去极化速度减慢。

用曲线表示静息时坐骨神经膜内Na+浓度相对值随草甘膦浓度的变化趋势如图所示。

（3）①实验中使用的蟾蜍坐骨神经-腓肠肌标本不能称为反射弧，这是因为其中的感受器、传入神经和神经中枢不能发挥功能，坐骨神经-腓肠肌标本只有反射弧中的传出神经和效应器部分。

②本研究的结论是随着草甘膦溶液浓度的升高，蟾蜍坐骨神经冲动传导速度逐渐减慢。

有同学在分析实验结果后提出“除草甘膦外，还存在其它因素影响神经传导速度”的观点，其依据是从图中来看②本实验结果显示对照组（蒸馏水喷洒）的神经冲动传导速度也会随实验时间延长而下降。

【点睛】本题通过实验研究草甘膦浓度对神经冲动传导速度的影响，考查学生对于神经冲动的传导的相关知识的掌握程度以及对实验的分析能力、识图能力、运用实验数据解决问题的能力等。

3.电流计指针偏转问题（1）指针偏转原理下面图中a点受刺激产生动作电位“”，动作电位沿神经纤维传导依次通过“a→b→c→c右侧”时灵敏电流计的指针变化如下：（2）电流计指针偏转的分析(1)在神经纤维上(a和b为电流计两电极所在位置，c为两电极距离的中点，即ac＝bc)。