生命活动调节的综合分析

田奇林

生命活动的调节是历年高考的必考点，其中植物激素的调节、人和高等动物生命活动调节及人体的稳态与当代生产、生活联系密切，是高考命题的热点和重点。这类题常以选择题、图表分析题、实验探究题的形式，多角度、多层次地考查学生的理解能力、获取信息能力、实验探究能力和综合运用能力。

一、破解植物激素的调节

例1 植物激素脱落酸具有促进植物叶片和成熟果实脱落，促进种子休眠等生理作用。乙烯是另一种植物激素，它除了具有促进果实成熟的作用，也能够促进植物叶片和果实的脱落。某兴趣小组的同学想通过设计一个实验方案，探究乙烯和脱落酸促进植物叶片脱落的差异。所选择和使用的材料和用具：生活状态相同的同种植物若干株，适宜浓度的脱落酸和乙烯利（一种乙烯释放剂），蒸馏水及所需的相关器材和用具。请你协助他们设计完成这一实验，预测实验结果，得出相应结论。

（1）实验原理： 。

（2）实验步骤：

① 把生活状态相同的同种植物分成A、B、C三组。

② A组用 喷洒叶片；B组用 喷洒叶片；C组用 喷洒叶片。

③ 。

（3）预测实验结果，得出相应结论：① ；② ；③ 。

【答案】（1）使用适宜浓度的脱落酸和乙烯处理植物叶片后，可以缩短植物叶片脱落的时间。（2）②等量、适宜浓度的脱落酸溶液 等量、适宜浓度的乙烯利溶液 等量蒸馏水 ③ 置于相同温度、光照条件下，观察并记录叶片脱落所用的时间。（3）① 如果B组叶片与A组叶片脱落所用的时间无明显差异，说明乙烯与脱落酸促进叶片脱落的作用程度相同；② 如果B组叶片脱落所用的时间在A组与C组之间，说明乙烯比脱落酸促进叶片脱落的作用弱；③ 如果B组叶片比A组叶片脱落所用的时间短，说明乙烯比脱落酸促进叶片脱落的作用更强。

【解析】由题干给出的信息“探究乙烯和脱落酸促进植物叶片脱落的差异”可知，实验目的是研究两种激素作用的差异，而实验原理就是需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法，以及所依据的科学原理。同时，这是一个探究性的实验，实验结果有多种可能性：可能没有差异，也可能有差异（乙烯比脱落酸作用程度强或脱落酸比乙烯作用程度强）。这样也就明确了三种实验预期。写实验步骤时注意一般实验设计的原则，控制单一变量，三组所使用的试剂的量要相等。

【突破策略】

1.建构植物激素调节的知识体系

分析生长素发现的有关实验，初步认识植物的激素调节，掌握生长素的生理作用及特点，理解外界因素（光照、重力）对生长素分布的影响及在生产中的运用，总结出植物激素的概念，弄清其他植物激素及其作用，建构植物激素调节的知识体系。

2.准确理解教材中经典实验渗透的实验思想，提高生物学实验素养

（1）教材经典实验思想渗透的基本实验理论的理解方法

依据教材经典实验的处理来确定自变量，并在此基础上判断实验组和对照组；找出实验中各种变量，并对变量的控制方法或检测方法进行深入理解；建立起“自变量和无关变量会影响因变量（实验结果），但实验结论应该描述为自变量导致因变量（实验结果）的产生”这一对实验结果进行描述的基本模式。如生长素发现的经典实验的实验结果应从以下几个方面进行明确：①生长素分布是否均匀；②含量是否发生变化；③生长与弯曲状况等。

（2）理解和应用教材经典实验所用的特殊手段和一般方法

达尔文实验中，用锡箔来遮光；温特实验中利用琼脂块的透水原理，使其作为携带“影响物”的载体；利用同位素标记追踪生长素的运输方向。所有的经典实验思想组合在一起，构成了“观察现象→发现问题→提出假设→设计实验来验证假设→得出实验结论”这一科学研究的一般思路。

（3）理解教材经典实验渗透的实验分析、评价、设计的基本方法中几个基本概念之间的关系

3.善于总结解答实验题的方法技巧，提升解答实验题的能力

学会通过绘图表示实验过程，解决问题的关键在于把握好实验中变量控制的基本原则与规律，先确定自变量，找到控制自变量的方法，然后确定因变量，根据题目给予的条件与要求，明确因变量通过哪种方法与手段进行检测，最后关注哪些是需要重点进行关注的无关变量，需要排除或平衡其对实验结果的影响。同时还要注意探究性实验与验证性实验两者之间的差别，尤其是在结果和结论描述上的差别。

二、解读神经调节的多种模型

例2 离体神经纤维某一部位受到适当刺激时，受刺激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化，产生神经冲动。以下左图是该部位受刺激前后膜两侧电位差的变化，右图为测定兴奋在神经细胞间传递时膜电位变化的装置图。请回答：

（1）左图中a线段表示 电位；b点膜两侧的电位差为 。

（2）神经冲动在离体神经纤维上以局部电流的方式双向传导，但在动物体内，神经冲动的传导方向是单向的，总是由胞体传向 。

（3）当神经纤维受到刺激产生兴奋时，导致兴奋部位膜对Na+的通透性突然增加，造成膜外Na+在浓度梯度推动和膜内负电性的吸引下迅速流入膜内，结果使膜电位由外正内负变为外负内正，膜的这一过程进一步使更多的Na+通道被打开，造成更多的Na+进入细胞。这种属于 调节。

（4）若在右图中c和d两点的细胞膜表面安放电极，中间接记录仪（电流左进右出为+），请绘出当信号在神经细胞间传递时膜电位差（mV）随时间（s）的变化曲线。

神经冲动在突触的传递受很多药物的影响。某药物能阻断突触传递，如果它对神经递质的合成、释放和降解（或再摄取）等都没有影响，那么导致神经冲动不能传递的原因可能是该药物影响了神经递质与突触后膜上的 结合，使阴离子内流，进而使突触后膜继续维持外正内负的电位差，导致兴奋不能 。

【答案】（1）静息 0 mV （2）轴突末梢 （3）（正）反馈 （4）如右图 特异性受体 传递

【解题思路】（1）图中a线段为外正内负，表示静息电位， b点膜两侧的电位差为0 mV。（2）神经冲动在动物体内，由于是感受器接受刺激，因此神经冲动的传导方向是单向的，在神经元中总是由胞体传向轴突末梢。（3）当神经纤维受到刺激产生兴奋时，反馈信息和控制信息都是促使膜外Na+进入细胞，如此循环往复，使反射中枢的活动更为加强，因此该生理过程属于正反馈调节。类似反馈调节的生理过程有排尿（便）反射、血凝固过程、分娩过程、胰蛋白酶原激活过程等。（4）若要使信号能在神经细胞间传递，则需刺激abc所处的神经元，此时c点先兴奋，电流右进左出为负，由于兴奋在神经元之间的传递存在突触延搁，因此存在短暂的间隔，之后d点兴奋，出现电流左进右出现象，为正电位。神经冲动的传递包括神经递质的合成、释放，与突触后膜上的特异性受体结合和降解（或再摄取）等过程。如某药物能阻断突触传递，但对神经递质的合成、释放和降解（或再摄取）等过程都没有影响，那么该药物可能影响了神经递质与突触后膜上的特异性受体结合。阴离子内流，进而使突触后膜继续维持外正内负的电位差，导致兴奋不能完成传递。

【突破策略】补充细胞内外Na+、K+浓度的差异，以及相关离子通道和离子泵等知识；以易误点为突破口引导大家运用建构模型的方法建立物理模型和数学模型；准确把握神经冲动在神经纤维上传导的模式图、突触的亚显微结构示意图以及神经元之间通过突触传递信息图解；注重培养利用已有知识分析信息材料、解决实际问题的能力。

1.负反馈调节与正反馈调节的物理模型

负反馈调节 正反馈调节

物理模型

解读 负反馈调节指反馈信息与控制信息作用性质相反的反馈，是反射产生的效应反过来纠正或减弱引起该反射的控制信息，从而使该反射的活动保持相对稳定，属于较为普遍的调节机制。

正反馈调节指反馈信息与控制信息作用性质相同的反馈，反射产生的效应加强控制信息，使反射中枢的活动更为加强，该调节机制较为少见。

2.兴奋的传导方向分析的物理模型

兴奋传导方向与反射弧结构示意图

物理

模型

解读 传导方向与结构判断：（1）根据是否具有神经节：有神经节的是传入神经。（2）根据脊髓灰质内突触结构判断：图示中与“-<”相连的为传入神经，与“○-”（细胞体）或“-○-”（树突末梢）相连的为传出神经。（3）根据脊髓灰质结构判断：与前角（膨大部分）相连的为传出神经，与后角（狭窄部分）相连的为传入神经。（4）切断实验法：若切断某一神经，刺激外周段（远离中枢的位置），肌肉不收缩，而刺激向中段（近中枢的位置），肌肉收缩，则切断的为传入神经，反之则为传出神经。

3.神经纤维上膜电位变化的数学模型

神经纤维上膜电位变化过程曲线

数学

模型

解读 离体神经纤维某一部位受到适当刺激时，受刺激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化，产生神经冲动。图示该部位受刺激前后，膜内外两侧膜电位的变化情况（曲线）。

a线段：静息电位、外正内负，K+通道开放使K+外流；

b点：0电位，动作电位形成过程中，Na+通道开放使Na+内流；

bc段：动作电位、外负内正，Na+通道继续开放；

cd段：静息电位恢复，K+通道开放使K+外流，该过程不消耗能量；

de段：静息电位恢复后，Na+-K+泵活动加强，排Na+吸K+，使膜内外离子分布恢复到初静息水平。该过程属于物质跨膜运输中的主动运输方式。

4.兴奋在神经元之间传递的物理模型

兴奋在神经元之间传递与突触结构示意图

物理

模型

解读 机理：（1）完成传递的结构：突触（突触前膜→突触间隙→突触后膜组成）。类型：轴突-胞体型、轴突-树突型。（2）传递过程：轴突→突触小体→突触小泡→递质→突触前膜→突触间隙→突触后膜（下一个神经元）。（3）传递形式：电信号→化学信号→电信号。（4）传递的结果：使后一个神经元兴奋或抑制。（5）递质的成分及作用：主要有乙酰胆碱、多巴胺、肾上腺素等。刺激神经细胞的突触后膜使其产生兴奋或抑制（抑制的机理是：阴离子的通道打开，阴离子内流，膜外为正，内外电位差增大），传递信息，即由化学信号转化为电信号。（6）递质的去处及作用时间和次数：递质释放后作用于后膜，刺激后膜产生兴奋后，被酶破坏而失活，或者被移走，所以一次神经冲动只能引起一次神经递质释放，产生一次突触后膜电位变化。（7）递质作用的方式：递质与突触后膜上的受体（一种蛋白质）相结合，使后膜产生膜电位的变化。（8）兴奋传递方向：单向性，只能由突触前膜→突触后膜。（9）递质移动方向：突触小泡→突触前膜→突触间隙→突触后膜。

5.兴奋的传导方向、特点的设计的物理模型

兴奋的传导方向、特点的判断分析与设计

物理

模型

解读 （1）探究冲动在神经纤维上的传导

方法设计：电刺激①处，观察A的变化，同时测量②处的电位有无变化。

结果分析：若A有反应，且②处电位改变，说明冲动在神经纤维上的传导是双向的；若A有反应而②处无电位变化，则说明冲动在神经纤维上的传导是单向的。

（2）探究冲动在神经元之间的传递

方法设计：先电刺激①处，测量③处电位变化；再电刺激③处，测量①处的电位变化。

结果分析：若两次实验的检测部位均发生电位变化，说明冲动在神经元间的传递是双向的；若只有一处电位改变，则说明冲动在神经元间的传递是单向的。

三、建构动物激素的调节

和免疫调节的知识网络

例3 下丘脑体温调节中枢的冷敏神经元和热敏神经元放电频率因体温变化而相应改变（如下图），正常情况下C、W曲线交于点S，此点对应的温度为正常温度。

（1）由图可知，当体温低于正常值时，冷敏神经元的放电频率 热敏神经元的放电频率，此时人体感觉到冷，随即通过 调节，增加 、减少 ，使体温回升至正常。

（2）人体感染流感病毒后点S右移，出现发热。如体温持续偏高会导致内环境稳态 ，需要采取降温措施。

（3）人体初次感染流感病毒后，免疫系统随即启动，裂解被病毒入侵的宿主细胞和清除血液中的病毒。请用文字和箭头描述此免疫过程。

【答案】（1）高于 神经—体液 产热量 散热量（2）失调 （3）答案见下图

【解析】本题通过冷、热敏神经元随温度变化的放电频率变化规律图，综合考查有关人体稳态中体温调节、特异性免疫的有关知识，重视综合运用能力的考查。

（1）由于冷敏神经元和热敏神经元放电频率相应曲线在下丘脑温度为37℃时相交，可推知37℃是人体内环境温度的正常值。当温度低于37℃时，随温度的降低，冷敏神经元放电频率升高，热敏神经元放电频率降低，导致冷敏神经元放电频率大于热敏神经元放电频率，大脑皮层产生冷觉并作用于下丘脑中的体温调节中枢。在寒冷的环境下，一方面由下丘脑通过神经直接支配肾上腺髓质分泌肾上腺素；另一方面由下丘脑释放促甲状腺激素释放激素作用于垂体，垂体因此产生的促甲状腺激素作用于甲状腺，导致甲状腺激素分泌增加。肾上腺素和甲状腺激素的增加导致产热量增大。同时，在寒冷的环境下，体内的交感神经兴奋，全身血管收缩，减少散热量。由于一方面增加产热，一方面减少散热，致使体温回升至正常水平。由于整个调节有神经系统和激素的共同参与，因此寒冷条件下的体温调节属于神经—体液调节（或神经—激素调节）。

（2）人体感染流感病毒后S点右移，出现发热、体温升高的现象，由于体温的升高势必使人体内酶活性发生变化（有的酶活性降低，有的酶活性升高），发热时白细胞增多、抗体生成加快、肝的解毒能力增强、机体的抵抗力有所提高，进而导致内环境稳态失调。

（3）人体初次感染流感病毒后，免疫系统随即启动，裂解被病毒入侵的宿主细胞依赖细胞免疫，清除血液中的病毒依赖体液免疫，因此描述此免疫过程需要从体液免疫和细胞免疫两个方面进行描述。当流感病毒（抗原）突破第一、二道防线后，吞噬细胞摄取、处理并将处理的抗原传递给杀伤性T细胞，杀伤性T细胞在接受病毒的刺激后，迅速增殖、分化成相应的效应T细胞和记忆细胞，效应T细胞接触相应的流感病毒入侵的宿主细胞后使病毒入侵的宿主细胞裂解，释放出入侵的流感病毒。如果吞噬细胞将摄取处理的抗原传递给辅助性的T细胞，辅助性的T细胞分泌淋巴因子，辅助性的T细胞与少量相应的流感病毒共同作用于B细胞，此时B细胞增殖、分化形成相应的浆细胞和记忆细胞，浆细胞分泌能与相应流感病毒抗原特异性结合的抗体，抗体和相应的流感病毒发生特异性结合后形成细胞集团或沉淀，最终被吞噬细胞吞噬消化。

【突破策略】高考对动物激素的调节和免疫调节的考查主要集中在动物激素的分级调节、血糖调节、体温调节、水盐调节、体液免疫、细胞免疫等方面。本专题内容具有完善的知识结构，与生活实践联系密切，因此备受高考命题人的青睐。命题的形式有选择题、坐标曲线图解题、实验探究题等。高考对这部分内容的考查可能性较大，考查的难度会有所加深，充分落实能力立意，重视对学生理性思维、批判思维和创新思维等能力的考查。命题的热点：“下丘脑—垂体—相关内分泌腺”的负反馈调节；血糖、水盐和体温平衡的调节；体液免疫和细胞免疫的综合分析。高考命题主要从知识点（布点）、连接点（织网）和生长点（捕鱼）三个方面出发，重视学科思想和思维能力的考查。因此，在复习的过程中要建构立体化的知识网络，使知识系统化、结构化和网络化。

1.下丘脑调节体温、水盐和血糖平衡知识网络的建构（见图表1）。

2.特异性免疫网络图的建构（见图表2）。