高考生物总复习第8单元实验探究系列6动物生理相关实验探究(动物激素功能的实验探究)学案

(2020·全国卷Ⅰ)某研究人员用药物W进行了如下实验：给甲组大鼠注射药物W，乙组大鼠注射等量生理盐水，饲养一段时间后，测定两组大鼠的相关生理指标。实验结果表明：乙组大鼠无显著变化；与乙组大鼠相比，甲组大鼠的血糖浓度升高，尿中葡萄糖含量增加，进食量增加，体重下降。回答下列问题：

(1)由上述实验结果可推测，药物W破坏了胰腺中的________细胞，使细胞失去功能，从而导致血糖浓度升高。

(2)由上述实验结果还可推测，甲组大鼠肾小管液中的葡萄糖含量增加，导致肾小管液的渗透压比正常时的________，从而使该组大鼠的排尿量________。

(3)实验中测量到甲组大鼠体重下降，推测体重下降的原因是____________

__________________________________________________________________。

(4)若上述推测都成立，那么该实验的研究意义是____________________

___________________________________________(答出1点即可)。

解析：(1)胰岛B细胞受损会使胰岛素分泌不足，血液中的葡萄糖进入组织细胞被利用、转化和储存的过程受阻，最终导致血糖浓度升高。(2)若肾小管液中的葡萄糖含量增加，肾小管液的渗透压比正常时高，使得肾小管上皮细胞对水分的重吸收减少，从而导致大鼠的排尿量增加。(3)甲组大鼠胰岛素缺乏，机体不能充分利用葡萄糖，从而脂肪和蛋白质的分解增加，造成大鼠体重下降。(4)题中实验获得了因胰岛素缺乏而患糖尿病的动物，这种动物可以作为实验材料用于研发治疗这类糖尿病的药物。

答案：(1)胰岛B　(2)高　增加　(3)甲组大鼠胰岛素缺乏，使机体不能充分利用葡萄糖来获得能量，导致机体脂肪和蛋白质的分解增加　(4)获得了因胰岛素缺乏而患糖尿病的动物，这种动物可以作为实验材料用于研发治疗这类糖尿病的药物

【思维构建】

1．探究动物激素功能的一般思路

―→―→―→

2．激素功能的3种常用实验研究方法

3．动物激素调节生理实验案例

(1)针对小分子激素及其分泌器官：如甲状腺激素和甲状腺，性激素和性腺。

①饲喂法。

②切除法和注射法。

(2)针对大分子激素及其分泌器官：如生长激素和垂体，胰岛素、胰高血糖素和胰岛(胰腺)。

①常用实验方法是：切除法、注射法。

②实例：探究胰岛素对血糖调节的影响。

4．注意事项

(1)动物分组的基本要求：选择性别、年龄、体重、生理状况相似的动物平均分组，每组要有数量相等的多只动物。

(2)实验设计时要注意设置对照实验，控制无关变量，保证单一变量。

(3)进行注射实验时空白对照组应注射生理盐水(不可用蒸馏水)；进行饲喂实验时，空白对照组可饲喂蒸馏水。

(4)根据激素的化学本质，选择不同的实验方法。多肽类和蛋白质类激素易被消化酶水解，因此一般采用注射法，不宜采用饲喂法；固醇类、氨基酸衍生物类激素可以饲喂，也可以注射。

(5)在实际操作过程中，可能要综合运用多种方法，如摘除某种内分泌腺(如公鸡的睾丸)，一段时间后再注射该内分泌腺分泌的激素(如睾酮)，或重新植入该内分泌腺。

(6)对于幼小的动物一般不用摘除法或注射法，如研究甲状腺激素对蝌蚪发育的影响常采用饲喂法。

1．(2021·山东淄博二模)人和哺乳动物体中的脂肪组织分为棕色脂肪组织和白色脂肪组织。棕色脂肪组织是非战栗产热的主要来源，对于维持生物体的体温和能量平衡起重要作用。去甲肾上腺素调控棕色脂肪组织的代谢活动，在维持生物体体温平衡的过程中作用如下图。回答下列问题：

(1)下丘脑对棕色脂肪细胞调节，途径①中去甲肾上腺素作为________，作用于棕色脂肪细胞膜的受体，引起膜电位变化。与途径①相比，途径②对棕色脂肪细胞的调节作用具有的特点是____________________________________

__________________________________________________________________。

(2)初入寒冷环境时，机体维持体温增加产热的主要方式是________，冷适应后主要依靠________________来增加产热。与第一次注射相比，再次注射去甲肾上腺素时，机体产热增加的原因可能是持续寒冷刺激________(填“促进”或“抑制”)了棕色脂肪细胞的生成。

(3)棕色脂肪组织对于维持动物的体温和能量平衡起重要作用，一是该组织细胞中含有大量的线粒体，二是线粒体内膜上有丰富的UCP­1蛋白，使得[H]回流至线粒体基质内，减少__________的生成，释放的能量更多地以热能形式释放。请你写出探究UCP­1蛋白与哺乳动物耐寒性关系的实验思路：___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

解析：(1)途径①中去甲肾上腺素由传出神经产生作用于棕色脂肪组织，其作为神经递质作用于棕色脂肪细胞膜的受体，引起膜电位变化，途径②的去甲肾上腺素由肾上腺分泌作为激素，激素调节与神经调节特点的不同表现在调节速度慢，作用范围广，作用时间长。(2)初入寒冷环境时，机体维持体温增加产热的主要方式是骨骼肌战栗，冷适应后主要依靠棕色脂肪组织消耗能量来增加产热，第二次注射去甲肾上腺素时，机体消耗能量增加，产热量增加，说明棕色脂肪组织细胞数量增加，可能是持续寒冷刺激了棕色脂肪组织细胞的生成用于产热抵御寒冷。(3)有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上将[H]和氧气结合生成水，同时生成大量的ATP，线粒体内膜上有丰富的UCP­1蛋白，使得[H]回流至线粒体基质内，减少了[H]和氧气的结合，减少ATP的合成，使得能量更多地以热能的形式释放。为探究UCP­1蛋白与哺乳动物耐寒性的关系，应将若干生理状况相同的同种哺乳动物分成甲、乙两组，甲组注射UCP­1蛋白抑制剂，乙组注射等量的生理盐水，将两组置于寒冷条件下观察其耐寒性。

答案：(1)神经递质　调节速度慢，作用范围广，作用时间长　(2)骨骼肌战栗　棕色脂肪组织消耗　促进　(3)ATP　将若干生理状况相同的同种哺乳动物分成甲、乙两组，甲组注射UCP­1蛋白抑制剂，乙组注射等量的生理盐水，将两组置于寒冷条件下观察其耐寒性

2．(2021·山东泰安三模)皮肤覆盖于人体表面，是人体最大的器官，甲状腺激素及其相关激素分泌异常会影响皮肤的功能。回答下列问题：

(1)在甲状腺激素分泌的分级调节模型中，能直接促进甲状腺激素分泌的激素是____________。当甲状腺激素分泌过多时，会抑制__________等器官的活动，导致分泌的相关激素减少，最终维持甲状腺激素含量的稳定，这种调节机制是________调节。

(2)实验小组为了探究甲状腺激素对小鼠皮肤细胞增殖的影响，从小鼠皮肤中取角质形成细胞和成纤维细胞进行实验，各培养基的处理和统计结果如下表所示：

该实验的自变量是________________________。分析实验结果可知，甲状腺激素对角质形成细胞的增殖具有__________(填“促进”或“抑制”)作用。成纤维细胞可在甲状腺激素的作用下产生一种转化生长因子，该转化生长因子对角质形成细胞的增殖具有______________(填“促进”或“抑制”)作用。

解析：(1)下丘脑通过释放促甲状腺激素释放激素(TRH)来促进垂体合成和分泌促甲状腺激素(TSH)，TSH可以促进甲状腺的活动，使甲状腺合成和释放甲状腺激素。而甲状腺激素分泌过多时，会直接抑制下丘脑分泌TRH和垂体分泌TSH，减少甲状腺激素的分泌，以维持甲状腺激素含量的稳定，这种调节机制叫(负)反馈调节。(2)由表格分析可知，该实验的自变量为是否加入成纤维细胞和甲状腺激素，因变量为角质形成细胞的相对数量。甲组未加入成纤维细胞和甲状腺激素，角质形成细胞的相对数量为100%，加入甲状腺激素的丙组角质形成细胞的相对数量为132%，此结果表明甲状腺激素对角质形成细胞的增殖具有促进作用。而乙组同时添加甲状腺激素和成纤维细胞后角质形成细胞的相对数量明显减少，据题意是因为成纤维细胞可在甲状腺激素的作用下产生一种转化生长因子，故该转化生长因子对角质形成细胞的增殖具有抑制作用。

答案：(1)促甲状腺激素　下丘脑和垂体　反馈(或负反馈)　(2)是否加入成纤维细胞和甲状腺激素　促进　抑制

3．研究胰岛素分泌的调节机制，有助于了解其在维持稳态中的作用。葡萄糖摄入方式对小鼠血浆中葡萄糖和胰岛素浓度影响的实验结果如下图所示。

(1)临床上可通过抽取血样检测胰岛素浓度来评价胰岛功能，原因是___________________________________________________；调节胰岛素分泌的信号分子是____________________(至少答2种)。

(2)科学家桑格用不同的方法把胰岛素分子随机切断成大小不一的几段，再用荧光染料特异性地把断片一端的氨基酸染成黄色并确定其种类。这样每次“打断—染色”就可以知道胰岛素中某几个断点处氨基酸的种类，经多次重复就可以获得___________________。

(3)由图1可知不同的葡萄糖摄入方式对小鼠血糖浓度无明显影响；图2中不同的葡萄糖摄入方式对小鼠胰岛素浓度的影响是______________________

________________________________________________________________。

(4)研究发现，引起图2结果的原因是口服葡萄糖会刺激小肠黏膜分泌肠促胰岛素肽(GIP)，GIP是一种葡萄糖依赖信号分子，在高血糖水平下可显著促进胰岛素的分泌，在低血糖水平下不能促进胰岛素分泌。请用以下实验材料验证GIP的作用，简要写出实验设计思路并预期实验结果。

实验材料及用具：GIP溶液、饥饿的健康小鼠若干、进食不久的健康小鼠若干、高浓度葡萄糖溶液、必需的检测设备。

实验设计思路：________________________________________________

__________________________________________________________________。

预期实验结果：_______________________________________________。

解析：(1)胰岛素由胰岛B细胞分泌，弥散到体液中，随血液运输到全身，故临床上可通过抽取血样检测胰岛素浓度来评价胰岛功能。在血糖平衡调节过程中，机体通过神经—体液调节的方式维持血糖的相对稳定，胰岛B细胞分泌胰岛素可受血糖浓度上升的直接刺激，也受下丘脑相关神经的支配，还受到胰高血糖素分泌的促进，故胰岛素的分泌会受到葡萄糖、神经递质、胰高血糖素等信号分子的影响。 (2)用不同的方法把胰岛素分子随机切断成大小不一的几段，再用荧光染料特异性地把断片一端的氨基酸染成黄色并确定其种类，当重复次数足够多时，所有氨基酸的种类均可以确定，因此经多次重复“打断—染色”就可以获得组成胰岛素多肽链的氨基酸序列。(3)分析图2，口服摄入葡萄糖引起的胰岛素浓度峰值明显高于静脉注射组，故口服摄入葡萄糖引起的胰岛素浓度升高显著高于静脉注射。 (4)根据题干中提供的信息“GIP是一种葡萄糖依赖型信号分子，在高血糖水平下可显著促进胰岛素的分泌，在低血糖水平下不能促进胰岛素分泌”，可以通过设计对照实验证明GIP的作用，自变量为GIP溶液和高浓度葡萄糖的有无，因变量为胰岛素的浓度，其具体实验思路为：取饥饿的健康小鼠若干，均分为3组，编号为甲、乙、丙，分别测定胰岛素浓度并作记录；甲组静脉注射适量GIP溶液，乙组静脉注射等量高浓度葡萄糖溶液，丙组静脉注射等量高浓度葡萄糖溶液和GIP溶液；一段时间后，分别测定甲、乙、丙组小鼠的胰岛素浓度并计算平均值。因为GIP在高血糖水平下才可显著促进胰岛素的分泌以及高浓度血糖会引起胰岛素分泌，故实验结果为：丙组胰岛素浓度最高，甲组最低。

答案：(1)胰岛分泌的胰岛素弥散在体液中，随血液流到全身　葡萄糖和神经递质(或葡萄糖、神经递质和胰高血糖素)　(2)组成胰岛素多肽链的氨基酸序列　(3)口服摄入葡萄糖引起的胰岛素浓度升高显著高于静脉注射　(4)取饥饿的健康小鼠若干，均分为3组，编号为甲、乙、丙，分别测定胰岛素浓度并作记录；甲组静脉注射适量GIP溶液，乙组静脉注射等量高浓度葡萄糖溶液，丙组静脉注射等量高浓度葡萄糖溶液和GIP溶液；一段时间后，分别测定甲、乙、丙组小鼠的胰岛素浓度并计算平均值　丙组胰岛素浓度最高，甲组最低