《三維設(shè)計(jì) 新課標(biāo)高考總復(fù)習(xí) 生物》課件 第5講 神經(jīng)調(diào)節(jié)中膜電位變化分析與相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究

神經(jīng)調(diào)節(jié)是高考的高頻考點(diǎn)，其中膜電位的測定和膜電位變化分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究興奮在神經(jīng)纖維上或神經(jīng)元之間的傳導(dǎo)與傳遞特點(diǎn)，構(gòu)建模型判斷反射弧中的傳入和傳出神經(jīng)以及探究反射弧中各部分的作用等，都是高考的重要命題點(diǎn)，在歷年高考中都有所呈現(xiàn)。本講針對這些?？键c(diǎn)予以深入研析，有助于考生貫通知識(shí)聯(lián)系，提高考生的綜合分析能力。深化提素養(yǎng)1．(2022·浙江6月選考)聽到上課鈴聲，同學(xué)們立刻走進(jìn)教室，這一行為與神經(jīng)調(diào)節(jié)有關(guān)。該過程中，其中一個(gè)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)及其在某時(shí)刻的電位如圖所示。下列關(guān)于該過程的敘述，錯(cuò)誤的是

(

)A．此刻①處Na＋內(nèi)流，②處K＋外流，且兩者均不需要消耗能量B．①處產(chǎn)生的動(dòng)作電位沿神經(jīng)纖維傳播時(shí)，波幅一直穩(wěn)定不變C．②處產(chǎn)生的神經(jīng)沖動(dòng)，只能沿著神經(jīng)纖維向右側(cè)傳播出去D．若將電表的兩個(gè)電極分別置于③④處，指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)解析：根據(jù)興奮傳遞的方向?yàn)棰邸?，則①處恢復(fù)靜息電位，為K＋外流，②處Na＋內(nèi)流，A錯(cuò)誤；動(dòng)作電位沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)時(shí)，其電位變化總是一樣的，不會(huì)隨傳導(dǎo)距離而衰減，B正確；該反射弧中，興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)是單向的，由軸突傳導(dǎo)到軸突末梢，即向右傳播出去，C正確；將電表的兩個(gè)電極置于③④處時(shí)，由于神經(jīng)沖動(dòng)會(huì)使神經(jīng)上不同點(diǎn)產(chǎn)生電位差，指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，D正確。答案：A

2．(2020·浙江7月選考)欲研究生理溶液中K＋濃度升高對蛙坐骨神經(jīng)纖維靜息電位的影響和Na＋濃度升高對其動(dòng)作電位的影響。請完善以下實(shí)驗(yàn)思路，預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行分析與討論。(要求與說明：已知蛙坐骨神經(jīng)纖維的靜息電位為－70mV，興奮時(shí)動(dòng)作電位從去極化到反極化達(dá)＋30mV。測量的是膜內(nèi)外的電位變化。K＋、Na＋濃度在一定范圍內(nèi)提高。實(shí)驗(yàn)條件適宜)回答下列問題：(1)完善實(shí)驗(yàn)思路：組1：將神經(jīng)纖維置于適宜的生理溶液a中，測定其靜息電位和刺激后的動(dòng)作電位，并記錄。組2：___________________________________________________。組3：將神經(jīng)纖維分別置于Na＋濃度依次提高的生理溶液d、e中，測定其刺激后的動(dòng)作電位，并記錄。對上述所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。(2)預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果(設(shè)計(jì)一個(gè)坐標(biāo)，以柱形圖形式表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果)。(3)分析與討論：①簡要解釋組3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：________________________________________________________________________________________________________。②用放射性同位素24Na＋注入靜息的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)，不久在生理溶液中測量到放射性，24Na＋的這種轉(zhuǎn)運(yùn)方式屬于________。用抑制酶活性的藥物處理神經(jīng)細(xì)胞，會(huì)使24Na＋外流量________。③刺激脊蛙的坐骨神經(jīng)，除了在反射中樞測量到動(dòng)作電位外，還觀察到腓腸肌收縮，說明坐骨神經(jīng)中含有______________神經(jīng)。解析：根據(jù)題干信息可知，本實(shí)驗(yàn)研究神經(jīng)細(xì)胞膜外K＋濃度升高對靜息電位的影響和Na＋濃度升高對動(dòng)作電位的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循對照原則、單一變量原則等。(1)實(shí)驗(yàn)思路中，組1(生理溶液編號(hào)為a)是對照組，測得神經(jīng)纖維的靜息電位和刺激后的動(dòng)作電位；組3是實(shí)驗(yàn)組，測得Na＋濃度提高(生理溶液編號(hào)為d、e)情況下刺激后的動(dòng)作電位；因此推斷，組2測得K＋濃度提高情況下的靜息電位，生理溶液的編號(hào)應(yīng)該為b、c。(2)依據(jù)題干信息可知，a組的靜息電位是－70mV，動(dòng)作電位的峰值是＋30mV。靜息電位的產(chǎn)生依靠K＋外流(K＋通過K＋通道進(jìn)行易化擴(kuò)散)，當(dāng)溶液中的K＋濃度升高時(shí)，膜內(nèi)外的K＋濃度差變小，靜息電位的絕對值變小，因此相對于生理溶液a，生理溶液b、c中神經(jīng)纖維的靜息電位絕對值逐漸減小；動(dòng)作電位的去極化和反極化過程依靠Na＋內(nèi)流(Na＋通過Na＋通道進(jìn)行易化擴(kuò)散)，當(dāng)溶液中的Na＋濃度升高時(shí)，膜內(nèi)外的Na＋濃度差變大，興奮時(shí)，Na＋內(nèi)流的量相對增多，動(dòng)作電位峰值變大，因此相對于生理溶液a，生理溶液d、e中神經(jīng)纖維的動(dòng)作電位峰值逐漸增大。(3)②生理溶液中的Na＋濃度大于神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的濃度，放射性同位素24Na＋逆濃度梯度從神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)進(jìn)入生理溶液，該跨膜運(yùn)輸方式是主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，需要載體蛋白的參與和消耗能量。用抑制酶活性的藥物處理神經(jīng)細(xì)胞，會(huì)使細(xì)胞呼吸強(qiáng)度下降，產(chǎn)生的ATP減少，主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)減弱，24Na＋外流量減少。③刺激脊蛙的坐骨神經(jīng)，在反射中樞測到動(dòng)作電位，說明其具有傳入神經(jīng)，觀察到腓腸肌收縮，說明其具有傳出神經(jīng)。因此，坐骨神經(jīng)中有傳入和傳出神經(jīng)。答案：(1)將神經(jīng)纖維分別置于K＋濃度依次提高的生理溶液b、c中，測定其靜息電位，并記錄

(2)如圖:(3)①細(xì)胞外Na＋濃度提高，膜內(nèi)外的濃度差增大，興奮時(shí)，Na＋通過Na＋通道內(nèi)流加快，導(dǎo)致動(dòng)作電位增大②主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)減少③傳入和傳出3．(2023·湖北高考，節(jié)選)我國科學(xué)家研制出的脊髓灰質(zhì)炎減毒活疫苗，為消滅脊髓灰質(zhì)炎作出了重要貢獻(xiàn)。(1)研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物被脊髓灰質(zhì)炎病毒侵染后，發(fā)生了肢體運(yùn)動(dòng)障礙。為判斷該動(dòng)物的肢體運(yùn)動(dòng)障礙是否為脊髓灰質(zhì)炎病毒直接引起的骨骼肌功能損傷所致，以電刺激的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)思路是_____________________，預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論是____________________________________。(2)若排除了脊髓灰質(zhì)炎病毒對該動(dòng)物骨骼肌的直接侵染作用，確定病毒只侵染了脊髓灰質(zhì)前角(圖中部位①)。刺激感染和未感染脊髓灰質(zhì)炎病毒的動(dòng)物的感受器，與未感染動(dòng)物相比，感染動(dòng)物的神經(jīng)纖維②上的信息傳導(dǎo)變化是_____________________________，神經(jīng)—肌肉接頭部位③處的信息傳遞變化是____________________________。解析：(1)該實(shí)驗(yàn)的目的是探究該動(dòng)物的肢體運(yùn)動(dòng)障礙是否為脊髓灰質(zhì)炎病毒直接引起的骨骼肌功能損傷所致，以電刺激的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)思路是用適宜強(qiáng)度的電刺激作用于該動(dòng)物的骨骼肌，觀察骨骼肌是否收縮。如果骨骼肌不收縮，說明該動(dòng)物的肢體運(yùn)動(dòng)障礙為脊髓灰質(zhì)炎病毒直接引起的骨骼肌功能損傷所致；如果骨骼肌收縮，說明該動(dòng)物的肢體運(yùn)動(dòng)障礙不是脊髓灰質(zhì)炎病毒直接引起的骨骼肌功能損傷所致。(2)未感染脊髓灰質(zhì)炎病毒的動(dòng)物，其脊髓灰質(zhì)前角未被侵染，刺激其感受器，神經(jīng)纖維②上發(fā)生Na＋內(nèi)流，產(chǎn)生興奮，神經(jīng)—肌肉接頭(③)處突觸前膜釋放神經(jīng)遞質(zhì)，肌肉收縮；感染脊髓灰質(zhì)炎病毒的動(dòng)物，其脊髓灰質(zhì)前角被侵染，刺激其感受器，神經(jīng)纖維②上Na＋內(nèi)流減少(或沒有Na＋內(nèi)流)，神經(jīng)—肌肉接頭(③)處突觸前膜釋放的神經(jīng)遞質(zhì)減少(或突觸前膜沒有神經(jīng)遞質(zhì)的釋放)，肌肉收縮減弱(或肌肉不收縮)。答案：(1)用適宜強(qiáng)度的電刺激作用于該動(dòng)物的骨骼肌，觀察骨骼肌是否收縮如果骨骼肌不收縮，說明該動(dòng)物的肢體運(yùn)動(dòng)障礙為脊髓灰質(zhì)炎病毒直接引起的骨骼肌功能損傷所致；如果骨骼肌收縮，說明該動(dòng)物的肢體運(yùn)動(dòng)障礙不是脊髓灰質(zhì)炎病毒直接引起的骨骼肌功能損傷所致(2)Na＋內(nèi)流減少(或沒有Na＋內(nèi)流)，興奮的傳導(dǎo)速度減慢(或興奮停止傳導(dǎo))突觸前膜釋放的神經(jīng)遞質(zhì)減少(或突觸前膜沒有神經(jīng)遞質(zhì)的釋放)知能集成(一)膜電位變化與電流表指針偏轉(zhuǎn)的模型構(gòu)建及應(yīng)用1．膜電位測量的兩種方法2．電流表指針的偏轉(zhuǎn)問題(1)電流表指針偏轉(zhuǎn)的原理圖中a點(diǎn)受刺激產(chǎn)生動(dòng)作電位“

”，動(dòng)作電位沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)依次通過“a→b→c右側(cè)”時(shí)靈敏電流表的指針變化細(xì)化圖：(2)在神經(jīng)纖維上電流表指針偏轉(zhuǎn)問題(3)在神經(jīng)元之間電流表指針偏轉(zhuǎn)問題[典例]

神經(jīng)細(xì)胞外的Ca2＋對Na＋的內(nèi)流具有競爭性抑制作用，稱為膜屏障作用，該機(jī)制能使神經(jīng)細(xì)胞保持正常的興奮性。研究小組展開相關(guān)研究工作，請回答下列問題：(1)血鈣較低，肌肉易抽搐痙攣，其原因是______________________________________________________________________________________________。(2)為驗(yàn)證膜屏障作用，研究小組首先用含有Ca2＋、Na＋、K＋等離子的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙的坐骨神經(jīng)—腓腸肌標(biāo)本，對坐骨神經(jīng)施加一定刺激，獲得膜電位變化的模型(圖1)。然后降低培養(yǎng)液中Ca2＋的濃度，其他條件不變，重復(fù)實(shí)驗(yàn)①圖1曲線的獲得，應(yīng)采取圖2中________所示的連接方式。若是圖2中另一種連接方式，請畫出理論上所獲得的膜電位變化曲線。②為達(dá)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)過程中，研究小組還需要測定____________________。(3)驗(yàn)證膜屏障作用后，研究小組去除培養(yǎng)液中全部的Ca2＋，其他條件不變，然后對坐骨神經(jīng)施加一定刺激，結(jié)果雖然神經(jīng)纖維上能發(fā)生動(dòng)作電位，但是腓腸肌未收縮。對軸突末梢的研究發(fā)現(xiàn)，其膜上有Ca2＋的運(yùn)輸通道，突觸小體中也有一定數(shù)量的突觸小泡。據(jù)此推測Ca2＋的作用是_______________________________________________________________________________________________。[解析]

(1)血鈣較低，肌肉易抽搐痙攣，其原因是Ca2＋較少，對Na＋內(nèi)流的抑制作用減弱，神經(jīng)細(xì)胞的興奮性過強(qiáng)，很容易產(chǎn)生興奮而使肌肉收縮。(2)①由圖1可知，應(yīng)采取圖2中的Ⅱ所示的連接方式。如果是圖2中另一種連接方式，剛開始時(shí)電位差為0，后來發(fā)生兩次膜電位的偏轉(zhuǎn)，所獲得的膜電位變化曲線具體見答案。②為達(dá)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)過程中，研究小組還需要測定膜內(nèi)Na＋含量的變化。Na＋的變化是動(dòng)作電位形成的標(biāo)志。(3)據(jù)題干信息可推測Ca2＋的作用是促進(jìn)突觸小泡和突觸前膜融合，以釋放神經(jīng)遞質(zhì)。[答案]

(1)Ca2＋較少，對Na＋內(nèi)流的抑制作用減弱，神經(jīng)細(xì)胞的興奮性過強(qiáng)，很容易產(chǎn)生興奮而使肌肉收縮(2)①Ⅱ如圖所示②膜內(nèi)Na＋含量的變化(3)促進(jìn)突觸小泡和突觸前膜融合，以釋放神經(jīng)遞質(zhì)[規(guī)律方法]電流表指針偏轉(zhuǎn)問題分析在電流表兩個(gè)指針都放在膜外或膜內(nèi)的情況下，若兩個(gè)電極先后興奮，則電流表指針發(fā)生兩次方向相反的偏轉(zhuǎn)；若兩個(gè)電極同時(shí)興奮，則電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；若兩個(gè)電極只有一個(gè)發(fā)生興奮，則電流表指針發(fā)生一次偏轉(zhuǎn)。

[針對訓(xùn)練]1．某生物實(shí)驗(yàn)小組研究興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)以及在神經(jīng)元a、b之間傳遞的情況(說明：L1和L2距離相等，電流計(jì)①兩微電極的中點(diǎn)為a3，電流計(jì)②兩微電極分別位于a、b神經(jīng)元上)。下列相關(guān)敘述正確的是

(

)A．分別適宜刺激神經(jīng)元a上的四點(diǎn)，電流計(jì)①的指針均發(fā)生2次方向相反的偏轉(zhuǎn)B．分別適宜刺激神經(jīng)元a上的四點(diǎn)，電流計(jì)②的指針均發(fā)生2次方向相反的偏轉(zhuǎn)

C．適宜刺激a4點(diǎn)時(shí)，指針發(fā)生第二次偏轉(zhuǎn)的時(shí)間為電流計(jì)①的晚于電流計(jì)②D．a(chǎn)1點(diǎn)受適宜刺激后，興奮在神經(jīng)元a與b之間發(fā)生電信號(hào)→化學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)化解析：若刺激電流計(jì)①兩微電極的中點(diǎn)a3點(diǎn)，興奮同時(shí)到達(dá)兩微電極，電流計(jì)①的兩個(gè)微電極將同時(shí)發(fā)生興奮，指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A錯(cuò)誤；興奮在神經(jīng)元之間是單向傳遞的，分別刺激神經(jīng)元a上的四點(diǎn)，電流計(jì)②的指針均發(fā)生2次方向相反的偏轉(zhuǎn)，B正確；由于興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的速度快于興奮在神經(jīng)元之間的傳遞速度，刺激a4點(diǎn)時(shí)，電流計(jì)①的指針發(fā)生第二次偏轉(zhuǎn)的時(shí)間一般要早于電流計(jì)②，C錯(cuò)誤；興奮在神經(jīng)元之間以化學(xué)信號(hào)進(jìn)行傳遞，興奮在突觸處的轉(zhuǎn)化為電信號(hào)→化學(xué)信號(hào)→電信號(hào)，D錯(cuò)誤。答案：B

2.

制備蛙的坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本，在坐骨神經(jīng)b，c處分別放置一個(gè)電極，將它們連接到同一電表上，如圖甲所示，在a處給予適宜強(qiáng)度的電刺激，記錄到電位變化如圖乙所示。以下敘述正確的是

(

)A．圖乙可以證明b，c兩處存在靜息電位B．圖乙d處電位表示圖甲b處膜內(nèi)外電位差為零C．圖乙記錄了圖甲b處的Na＋流至c處的過程D．圖乙反映興奮在神經(jīng)纖維上以電信號(hào)的形式傳導(dǎo)解析：圖乙不能證明b，c兩處靜息電位的存在，A錯(cuò)誤；圖乙d處電位表示圖甲b處膜內(nèi)外電位差為負(fù)值(靜息電位)，B錯(cuò)誤；圖乙記錄了圖甲a處給予適宜強(qiáng)度的電刺激，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生反向的兩次偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；圖乙反映出刺激a處產(chǎn)生動(dòng)作電位并沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的過程，D正確。答案：D

知能集成(二)與神經(jīng)調(diào)節(jié)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析和探究1．“切斷實(shí)驗(yàn)法”判斷傳入神經(jīng)與傳出神經(jīng)若切斷某一神經(jīng)，刺激外周段(遠(yuǎn)離中樞的位置)，肌肉不收縮，而刺激向中段(近中樞的位置)，肌肉收縮，則切斷的為傳入神經(jīng)，反之則為傳出神經(jīng)。2．“藥物阻斷”實(shí)驗(yàn)探究某藥物(如麻醉藥)是阻斷興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)，還是阻斷在突觸處傳遞，可分別將藥物置于神經(jīng)纖維上或置于突觸處，依據(jù)其能否產(chǎn)生“阻斷”效果作出合理推斷。3．“電刺激法”探究反射弧中興奮傳導(dǎo)的特點(diǎn)模型圖示(2)興奮在神經(jīng)元之間傳遞的探究[方法設(shè)計(jì)]先電刺激圖中①處，測量③處電位變化；再電刺激③處，測量①處的電位變化。[結(jié)果分析]

①③都有電位變化→雙向傳遞；只有①處電位有變化→單向傳遞(且傳遞方向?yàn)棰邸?[典例]神經(jīng)系統(tǒng)及體液在人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持中起重要作用，請回答下列問題：(1)②為____________(填“傳入神經(jīng)”或“傳出神經(jīng)”)，判斷的理由是_______________________________________________________。(2)反射活動(dòng)中反射弧中興奮的傳遞是單向的，這一方向性由圖中________(填序號(hào))所決定。(3)體內(nèi)CO2濃度升高時(shí)會(huì)使人體呼吸中樞興奮而導(dǎo)致呼吸加快，屬于______________調(diào)節(jié)。(4)人體感染某些病毒后經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱癥狀，原因之一是細(xì)胞因子刺激了下丘腦的____________中樞，使有關(guān)腺體分泌的腎上腺素和______________的量增加，從而使產(chǎn)熱增加。(5)圖中，如果用a電極刺激，c處無電位變化，骨骼肌不收縮，則表明____________一定受損；如果用b電極刺激，骨骼肌不收縮，則表明____________受損。

[解析]

(1)②是傳入神經(jīng)，因?yàn)樯厦嬗猩窠?jīng)節(jié)，且脊髓灰質(zhì)內(nèi)的突觸結(jié)構(gòu)能得出信號(hào)是從②傳到④。(2)興奮在反射弧中傳遞是單向的，原因是興奮在突觸處傳遞是單向的，突觸前膜釋放神經(jīng)遞質(zhì)到突觸間隙，神經(jīng)遞質(zhì)與突觸后膜上的受體結(jié)合，使突觸后膜發(fā)生電位變化，由圖中的③所決定。(3)CO2濃度升高時(shí)會(huì)刺激腦干中的呼吸中樞，使呼吸加快，排出多余的CO2，該過程的調(diào)節(jié)方式是神經(jīng)—體液調(diào)節(jié)。(4)人體感染病毒后經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱癥狀，是因?yàn)榧?xì)胞因子刺激了下丘腦的體溫調(diào)節(jié)中樞，使有關(guān)腺體分泌的腎上腺素和甲狀腺激素增加，產(chǎn)熱增加。(5)據(jù)圖可知，①②③④⑤分別是感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)和效應(yīng)器。用a電極刺激，電流表指針不變化，骨骼肌不收縮，說明傳出神經(jīng)受損，若用b電極刺激時(shí)骨骼肌不收縮，說明骨骼肌受損。[答案]

(1)傳入神經(jīng)有神經(jīng)節(jié)、根據(jù)脊髓灰質(zhì)內(nèi)的突觸結(jié)構(gòu)、根據(jù)脊髓灰質(zhì)結(jié)構(gòu)(2)③

(3)神經(jīng)—體液(4)體溫調(diào)節(jié)甲狀腺激素(5)傳出神經(jīng)骨骼肌[針對訓(xùn)練]將蛙腦破壞，保留脊髓，做蛙心靜脈灌注，以維持蛙的基本生命活動(dòng)。暴露蛙左后肢屈反射的