例析阴性对照与阳性对照在高中生物实验教学中的应用

丁德成

摘要：本文比较了阴性对照、阳性对照与空白对照的控制方法与意义，例析了浙科版高中生物教材中的阴性对照实验和阳性对照实验，并举例说明如何在实验设计中运用阴性对照实验和阳性对照实验的方法去解决问题。本文有助于学生科学思维和科学探究等核心素养能力的培养，掌握研究生命科学最基本的方法，能够客观地、理性地理解、判断和推理。

关键词：阴性对照;阳性对照;空白对照;实验设计

一、什么是阴性对照实验与阳性对照实验

对照原则是实验设计中的基本原则之一，对照的方法与分类标准有多种，常常分为空白对照、自身对照、相互对照、条件对照、配对对照、标准对照、阳性对照、阴性对照、安慰剂对照（双盲实验）等[1]。

阳性对照实验和阴性对照试验是生物学实验中常用的两种对照方法。其中阳性对照实验是对对照组施以能发生阳性反应的处理，其目的是显示阳性反应结果;而阴性对照实验是对对照组施以发生阴性反应的处理，目的是排除假阳性反应的干扰。阴性对照实验与空白对照试验并不完全相同，阳性对照实验和阴性对照试验是针对“预期结果”而言，其预期结果分别为阳性反应与阴性反应，其中阴性对照实验可采用安慰剂处理，也可采用空白对照处理。而空白对照实验是针对“处理变量”而言，其未对实验变量进行处理，很多实验中经常用蒸馏水或生理盐水或假手术处理对实验材料进行替代处理。

二、浙科版高中生物教材中阳性对照与阴性对照实验例举

浙科版高中生物教材中有许多实验与活动涉及多种对照方法，现就有关阳性对照与阴性对照实验进行部分例举。

（一）必修一活动“检测生物组织中的糖类和蛋白质”在各种食物所含成分的检测中，样本上清液+检测试剂组为实验组，而未加检测试剂的样本上清液作为阴性对照组（也是空白对照组）。

（二）必修一活动“验证活细胞吸收物质的选择性”中，未煮沸的种子为实验组，煮过的种子为阳性对照组。

（三）必修一活动“探究酶的专一性”实验中，分组如下：

上表中，1、2作为空白对照，3与4、5与6、3与5、4与6可构成四种配对对照，并由此判断出酶的专一性。其中，3和6可作为阳性对照实验，4和5可作为阴性对照实验。

阴性对照实验可能会出现假阳性反应，比如5号试管若出现轻度阳性反应，则可能有多种原因：①淀粉不纯，混入了少量蔗糖;②蔗糖酶不纯，混入了少量淀粉酶;③蔗糖酶不纯，混入了少量还原糖;④可能蔗糖酶能催化淀粉分解，只是效率不高而已。

（四）必修三活动“模拟尿糖的检测”实验中，分组如下：

其中，1号试管（清水）为空白对照组，2号试管（葡萄糖溶液）为阳性对照组，3号试管（蛋白质溶液）为阴性对照组，4号试管（甲尿液）和5号试管（乙尿液）为实验组。

阴性对照、阳性对照与空白对照、标准对照、配对对照这些方法并不是截然分开的，在某些情况下，某一对照组别可以同时兼有两种或多种对照方法，甚至有时实验组与对照组也是相对而言的。

三、阴性对照实验与阳性对照实验在生物实验分组设计中的应用

在实验设计中往往需要设计分组实验，其中对照组的选择经常需要设计阴性对照组和阳性对照组，这尤其在动物药理实验、免疫学诊断等动物生理实验中比较常见，下面将例举一些实验题进行说明。

例1：（节选自三钉试卷）已知药物X广泛应用于缺血性心脑血管疾病的治疗。随着临床的广泛应用，发现该药有溶血反应（红细胞破裂）。请利用以下实验材料研究药物X注射给药剂量引起溶血的风险评价。

实验材料：小鼠红细胞悬液、50mg/ml药物X、CO2培养箱、生理盐水注射液、蒸馏水、注射器、试管、紫外分光光度计。

（说明：紫外分光光度计于波长54Onm下测定吸光度（OD值），溶血率计算公式为：溶血率（%）=（样品管OD值-阴性对照管OD值）/（阳性对照管OD值-阴性对照管OD值）×100%。

本实验中当红细胞破裂（即发生溶血反应）后可引起离心后的溶液中OD值变大，其变化量可用紫外分光光度计测定。由于正常情况下红细胞也会轻度阳性反应，因此需要设置加入等量的生理盐水注射液而不含药物X的阴性实验组;同时为判断红细胞溶血程度的大小，需设置加入等量的蒸馏水而不含药物X的阳性实验组（红细胞全部吸水涨破）。

例2：（节选自嘉兴模拟·33）冬虫夏草提取液和对应的益生菌可用于治疗肥胖，研究发现主要是冬虫夏草提取液中的虫草多糖起作用。为确定治疗肥胖的具体虫草多糖类型，某科研小组从冬虫夏草提取液中分离获得四种虫草多糖（H1、H2、H3、H4），并利用小鼠进行了相关研究，实验结果如图所示。

材料与用具：生理盐水，高脂饲料（HFD），普通饲料，正常小鼠140只，冬虫夏草提取液（HSM）、H1、H2、H3、H4、体重测量仪。

说明：小鼠培养、饲喂的具體操作不做要求;小鼠体重的具体测量不作要求;不考虑添加物质后的体积变化;整个实验过程实验条件适宜。

（1）完善实验思路：

①取小鼠 只，每天饲喂高脂饲料，12周后成为肥胖小鼠。其余小鼠饲喂普通饲料，为正常小鼠。

②……

由于本实验中分离出了四种虫草多糖（H1、H2、H3、H4），可分别设置为4组相互对照的实验组;而冬虫夏草提取液（HSM）含有上述成分，可设置为阳性对照实验，以判断四种虫草多糖的作用效果;正常小鼠每天饲喂含有生理盐水的正常饲料，作为空白对照组;还需设置一组肥胖小鼠每天继续饲喂含有生理盐水的高脂饲料作为阴性对照组。因此，总共需要分为7组实验，每组20只小鼠。

综上所述，在设置实验组别时不仅要考虑实验组的设置，更需要根据题目中提供的材料和试剂选择合适的对照方法，设置空白对照、阴性对照或阳性对照，甚至在有些实验中还需设置安慰剂对照实验（双盲实验）。一般情况下，如需要排除假阳性反应的干扰就要设置阴性对照，如需要排除假阴性反应或判断某种效果的强弱，则需要设置阳性对照。

参考文献：

[1]曾鹏光.浅谈生物学实验中对照实验的类型