例谈动物激素的实验研究

余玖银

19世纪末期，科学家们注意到某些物质可能在生物体内发挥调节生长、发育、代谢等生理功能的作用，然而，这些物质究竟是什么，以及它们如何发挥作用，却一直是个谜。直到20世纪初，英国科学家贝利斯和斯他林首次明确提出了“激素”这个概念。他们在研究消化过程中胃酸分泌的问题时，发现一种叫做促胰液素的物质可使胰腺分泌胰液。随后，科学家们又陆续发现了许多其他的激素，如甲状腺激素、肾上腺素、胰岛素等。这些激素的发现极大地推动了生物学的发展，并为临床医学提供了新的治疗方法。

一、激素研究中加法和减法原理

激素研究中的减法原理和加法原理是两个重要的概念，可帮助学生理解激素如何影响生物体的生理过程。

激素研究中减法原理常见实验操作：①手术但不摘除内分泌腺（假手术）；②手术摘除内分泌腺出現症状。

激素研究中的加法原理常见实验操作：①手术摘除内分泌腺出现症状；②手术摘除内分泌腺出现症状+向摘除内分泌腺的个体植入被摘除的腺体或注入被摘除腺体的提取物；③手术摘除内分泌腺出现症状+从被摘除内分泌腺中分离纯化得到物质X，物质X经静脉注入被摘除腺体的个体内。如正常狗摘除胰腺（胰岛）变成糖尿狗，注入胰岛提取物，狗被治愈，正常公鸡摘除睾丸后变成第二性征消失的阉鸡，植入睾丸，变成表现公鸡性征的阉鸡。

例1 生长抑素（SS）能抑制生长激素（CH）的分泌，半胱胺可以降低动物体内SS水平，导致CH水平提高。某研究小组将若干健康且生理状态相同的大鼠平均分成甲、乙、丙三组，对各组的实验处理如表1所示。在适宜条件下正常饲喂一段时间后，测定三组大鼠的体重变化。下列分析不合理的是（ ）。

A.本实验在控制变量中采用了“加法原理”

B.甲组是对照组，①处的操作是不做任何处理

C.乙组的预期结果X可能为“+”

D.本实验能验证生长抑素对大鼠生长发育的作用

解析 与常态比较，人为增加某种影响因素称为“加法原理”，在本实验中，人为的注射生长抑素、灌服半胱胺，属于“加法原理”，A正确；甲组是对照组，在实验过程中应遵循单一变量原则，因此①处的操作是注射适量生理盐水，B错误；乙组注射生长抑素，生长抑素能抑制生长激素的分泌，因此乙组的预期结果X可能为“+”，C正确；本实验通过控制生长抑素含量这一单一变量，验证了生长抑素对大鼠的生长发育有影响，D正确。答案：B

加法原理是指通过增加某种激素的量来观察对生物体的影响，减法原理则是指通过减少或抑制某种激素的产生或作用来观察对生物体的影响。

二、研究动物激素生理功能的常用方法

1.饲喂法和注射法

下丘脑、垂体和胰岛分泌的激素都是多肽类或蛋白质类激素，这类激素只能通过注射方式给药，而不能口服，因为它们会在消化道中被分解失去活性。相反，甲状腺激素、性激素等非蛋白质类、非多肽类激素则可以通过饲喂法进行给药，在进行注射实验时，空白对照组应注射等量的生理盐水，而不能使用蒸馏水；在进行饲喂实验时，空白对照组可以饲喂蒸馏水。

2.摘除法和移植法

摘除法是指通过手术或其他方式去除动物体内的某个器官或组织，以观察其对动物生理功能的影响。如探究甲状腺激素缺乏对其生长发育和新陈代谢的影响，实验组：摘除小鼠的甲状腺，对照组：手术但不摘除甲状腺。移植法往往和摘除法一起使用，如甲状腺激素缺乏对其生长发育和新陈代谢的影响，实验组：手术摘除小鼠的甲状腺+“植入被摘除的甲状腺”或“注入被摘除甲状腺的提取物”或“从被摘除甲状腺中分离纯化得到甲状腺激素，甲状腺激素经静脉注入被摘除腺体的小鼠体内”，对照组：摘除小鼠的甲状腺。

例2 某科学家为了研究性激素在胚胎生殖系统中的作用，设计了如下实验：在家兔胚胎生殖系统分化之前，通过手术摘除即将发育为卵巢或睾丸的组织。当幼兔出生后，观察它们的性染色体组成及外生殖器表现。实验结果如表2：

据此可知，以下错误的是（ ）。

A.发育出雄性器官需要来自睾丸提供的激素信号，当这一信号缺失时，胚胎发育为雌性

B.可增设实验：摘除即将发育为卵巢或睾丸的组织，给予一定量睾酮，观察胚胎发育的性别

C.从实验设计的角度来看，本实验和增设实验应用了“减法原理”和“加法原理”

D.从实验结果来看，本实验同时证明了生物的性状可由遗传因素和环境因素共同控制

解析 由题意知，生殖系统形成之前摘除睾丸，性染色体组成为XY的个体发育成雌性，说明发育成雄性的个体需要睾丸提供的激素信号，缺乏该信号时，发育为雌性，A正确；摘除即将发育为卵巢或睾丸的组织，会缺乏相应信号，提供睾酮（雄性激素）会使个体发育为雄性，B正确；本实验和B项的补充实验分别进行了生殖器官的摘除和额外提供性激素的操作，即应用了“减法原理”和“加法原理”，C正确；题干中未涉及环境因素对性别发育的影响，D错误。答案：D

三、激素研究的实验对象和观测指标

为了确保实验结果的准确性和可比性，在对动物进行分组时应遵循以下基本要求：选择性别、年龄、体重相同，生理状况相似的动物，并将它们随机平均分配到各个实验组中，每组应包含数量相等的多只动物。

测量指标：甲状腺激素，可以通过观察新陈代谢速度的变化（如动物耗氧量的变化等）以及生长发育情况（如蝌蚪变态发育的情况等）来衡量其作用，胰岛素，可以通过观察低血糖症状（如昏迷等）来评估其效果。胰高血糖素，可以通过检测血糖或尿糖含量来评价其作用，同时，实验中需要根据实验动物的具体情况，合理控制激素的用量，以确保实验的有效性和安全性。

（收稿日期：2024-02-13）