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1.生命观念:
血糖浓度升高,尿中葡萄糖含量增加,进食量增加,体重下降推断出该鼠是胰岛B细胞受损,小鼠患糖尿病,这是结构与功能观的具体体现。
2.科学探究:
通过对大鼠注射药物的实验分析,考查学生运用科学术语阐明实验结果,并对实验结果做比较和分析的能力。
【解析】本题主要考查血糖平衡调节、渗透压平衡调节。
(1)由于甲组大鼠注射药物W后,血糖浓度升高,则甲组大鼠不能调节血糖使其降低,而大鼠体内降血糖的激素只有胰岛素,胰岛素是由胰岛B细胞分泌的,可以推知药物W破坏了胰腺中的胰岛B细胞,使胰岛素的分泌量减少,从而导致血糖浓度升高。
(2)甲组大鼠的血糖浓度升高,尿中葡萄糖含量增加,则甲组大鼠肾小管液中的葡萄糖含量增加,会导致肾小管液的渗透压比正常时高,肾小管、集合管对水分的重吸收减少,排尿量增加。
(3)甲组大鼠注射药物W后,由于胰岛素分泌不足,葡萄糖不能进入组织细胞氧化分解供能,组织细胞因为得不到足够的能量供应而导致机体脂肪和蛋白质的分解量增加,体重下降。
(4)药物W破坏了胰腺中的胰岛B细胞,使大鼠因胰岛素缺乏而患糖尿病,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
内环境稳态的调节
1.2020年初,新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引发的新冠肺炎疫情逐渐蔓延全球,对人们的健康和生活造成极大的影响。
该类肺炎的典型症状是发热(高于37.3℃)、干咳、肌肉酸痛、腹泻等。
人体的体温调定点学说认为体温调节机制类似于恒温器的调节,调定点是该恒温器调节温度的基准;
当体温偏离调定点温度时,机体通过调节回到调定点水平。
病毒、细菌等病原体的侵染能引起体温调定点改变而导致机体发热。
(1)体温调节的“恒温器”位于 中,SARS-CoV-2侵染人体后,会使体温调定点 (填“升高”或“降低”),进而导致 等激素分泌增多,机体产热量增多。
(2)侵入人体的SARS-CoV-2的特定蛋白可作为 诱导机体B淋巴细胞增殖、分化形成 ,进而产生免疫力。
(3)新型冠状肺炎患者发热、腹泻等会引起机体失水,内环境的渗透压升高,
释放的抗利尿激素量会增加,促进 对水分的重吸收,尿量减少。
患者需要适量补水增加尿量,以利于将毒素排出。
(4)疫情期间,多家自媒体发布了众多有关新冠肺炎的言论。
例如,①1个新冠病毒能够在空气中迅速繁殖为成百上千个;
②可以利用新冠肺炎痊愈者的血浆对患者进行治疗,倡议痊愈者积极捐献血浆。
请从生物学角度对以上言论的科学性进行评价,并说明理由。
言论①
____________________________________ 。
言论②
【解析】
(1)体温调节中枢位于下丘脑,由题意可知,SARS-CoV-2侵染人体后,会使体温调定点升高,进而导致甲状腺激素和肾上腺素等激素分泌增多,因为甲状腺激素和肾上腺素能促进新陈代谢,因此机体产热量增多。
(2)侵入人体的SARS-CoV-2的特定蛋白可作为抗原诱导机体B淋巴细胞增殖、分化形成浆细胞和记忆细胞,而浆细胞能合成并分泌抗体,抗体能够与相应的抗原发生特异性结合,进而抑制了病毒的扩散和繁殖,记忆细胞能够对病毒产生记忆,能够对二次进入的病毒发生更强的免疫反应。
(3)新型冠状肺炎患者发热、腹泻等会引起机体失水,内环境的渗透压升高,下丘脑合成并由垂体释放的抗利尿激素量会增加,从而促进肾小管和集合管对水分的重吸收,使尿量减少。
同时患者需要适量补水增加尿量,以利于将毒素排出体外。
(4)①病毒属于非细胞生物,没有独立的代谢能力,其繁殖过程必须在宿主细胞内完成,显然1个新冠病毒能够在空气中迅速繁殖为成百上千个的说法是没有科学依据的;
②新冠肺炎痊愈者的血浆中具有SARS-CoV-2抗体,该抗体可以与该病毒的抗原发生特异性结合,进而抑制病毒的繁殖和侵染,因此利用新冠肺炎痊愈者的血浆对患者进行治疗是有科学道理的。
(1)下丘脑 升高 甲状腺激素和肾上腺素
(2)抗原 浆细胞、记忆细胞
(3)垂体 肾小管和集合管
(4)①错误,病毒只有在活细胞中才能繁殖,在空气中不能繁殖 ②正确,新冠肺炎痊愈者的血浆中具有SARS-CoV-2抗体,可以与该病毒的抗原结合,抑制其繁殖和侵染细胞
2.(2020·
北京模拟)2019年诺贝尔生理学或医学奖得主的重大发现是揭示了生命中最重要适应性过程之一的内在机制,为我们理解供氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。
他们的发现也为对抗贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。
缺氧的一个关键生理反应是促红细胞生成素(EPO)水平的升高,从而刺激骨髓生成更多的红细胞。
激素控制红细胞生成的重要性在20世纪初就已为人知,但这一过程本身是如何受氧气水平控制的仍是一个谜。
丹娜法伯癌症研究所的威廉·
凯林教授、牛津大学的彼得·
拉特克利夫教授以及约翰霍普金斯大学的格雷格·
墨门扎象教授阐明了细胞感知氧的机制,并展示了整个工作原理。
如图一是人体中红细胞数量变化的调节机制示意图(“+”表示促进,“-”表示抑制,EPO为促红细胞生成素)。
研究表明,在肾脏细胞内存在某些分子(氧感受器)缺氧条件下被激活,导致促红细胞生成素的基因表达。
图二是10名登山队员(24~38岁)在中尼边境攀登过程中平均红细胞计数和血红蛋白水平与平均夜营高度的关系。
请回答下列问题:
(1)缺氧导致红细胞数量增加的调节方式属于 调节,红细胞数量的增加,导致血液中O2分压增加,肾脏分泌促红细胞生成素减少,保证了体内红细胞数量的相对稳定。
(2)从图一可以看出,尿毒症患者容易发生贫血,原因是 。
(3)成熟的红细胞是没有细胞核的。
从图二曲线可知,登山第37天之后,红细胞数量不再增加,但是红细胞中的血红蛋白仍在增加,原因是 。
登山运动员体内促红细胞生成素含量最高出现在红细胞含量最多 (填“之前”或“之后”)。
(4)在登山37天之后,登山运动员仍处于高海拔地区,体内红细胞数量不再增加的原因是 。
(5)我国在昆明建有很多体育训练基地,中长跑运动员和足球运动员在比赛前常常到这些基地训练一段时间,原因是 。
(1)氧气属于内环境的成分,缺氧导致红细胞数量增加的调节方式属于体液调节,红细胞数量的增加,导致血液中O2分压增加,肾脏分泌促红细胞生成素减少,保证了体内红细胞数量的相对稳定。
(2)尿毒症患者因为缺乏氧感受器,导致促红细胞生成素基因无法正常表达,从而无法正常促进晚期红系祖细胞分化为成熟红细胞,所以容易出现贫血。
(3)登山第37天之后,红细胞数量不再增加,但是红细胞中的血红蛋白数量仍在增加,原因是刚分化的成熟的红细胞中仍有部分mRNA在进行血红蛋白的翻译,故登山运动员体内促红细胞生成素含量最高出现在红细胞含量最多之前。
(4)由于红细胞数量多,携带的氧气多,血液中O2分压升高,抑制促红细胞生成素的合成,所以在登山37天之后,运动员已经适应了低氧,体内红细胞数量不再增加。
(5)由于昆明海拔高,空气中含氧量低,能促进运动员产生更多的促红细胞生成素,使体内产生更多的红细胞,提高血液运输氧气的能力,保证比赛时细胞得到足够的氧气。
(1)体液
(2)尿毒症患者因为缺乏氧感受器,导致促红细胞生成素基因无法正常表达,从而无法正常促进晚期红系祖细胞分化为成熟红细胞,所以容易出现贫血
(3)刚分化的成熟的红细胞中仍有部分mRNA在进行血红蛋白的翻译 之前
(4)37天后运动员已经适应了低氧
(5)使运动员在缺氧下提升体内红细胞水平,在比赛时适应运动过程中的缺氧环境
图解情境信息类题型解题模式
1.图示:
2.应对策略:
(1)采用逆向思维,即根据问题目标,从材料中提取所需要的信息,结合教科书知识作答。
对于开放性的问题,回答可能是多角度的,但要有依据,要有一定的落脚点。
(2)审读材料,提取信息,要求能从材料中的文字叙述或所提供的图、表资料中,找出关键信息,提取有价值的信息,剔除干扰信息。
(3)回归教科书,定位知识。
(4)构建解题思路,发挥联想,对发现的关键信息和已有的旧知识进行搭桥,运用比较、归纳、推理的方法,选择正确答案或运用学科语言组织好要表达的答案。
神经调节
3.(2020·
六合区模拟)如图1为人体的下丘脑与垂体调节内分泌活动的示意图;
如图2为某人不小心被针刺,随即出现抬手动作时形成的神经反射图。
(1)当人体受到寒冷刺激时,在图1相关部位的影响下,细胞①处产生兴奋,兴奋通过 (结构)传递给细胞②,使其兴奋;
比较A血管和B血管,B血管中含量明显增加的激素是 ,其最终会引起甲状腺激素分泌增加。
图1中所示的A、B和C三条血管中,能检测到甲状腺激素的血管有 。
(2)如果人体头部遭受创伤导致图1中细胞③处的细胞体大量破坏,使得E处分泌的抗利尿激素减少,人体将出现明显的 现象。
(3)下丘脑中每个活的神经细胞都能完成的生理活动有 。
①具有分泌物质的功能 ②细胞的增殖与分化
③代谢中产生水与消耗水 ④兴奋的产生与反射的完成
(4)图2中,传出神经元是 。
b1兴奋后使c1兴奋,而b2兴奋后使c2抑制,可推测其原因是b1和b2的 是不同的物质。
某人抬手之后,说:
“我手指被针刺了,有点疼”。
该过程一定有大脑皮层的 中枢以及言语区的 参与调节。
(1)由图可知细胞①②均为神经细胞,兴奋在神经细胞之间的传递是通过突触来完成的。
因此,当人体受到寒冷刺激时,在图1相关部位的影响下,细胞①处产生兴奋,兴奋通过突触传递给细胞②,使其兴奋。
当受到寒冷刺激时,下丘脑合成促甲状腺激素释放激素,经垂体门脉(A血管)转运到垂体,促进垂体合成并分泌促甲状腺激素。
促甲状腺激素经血管B流经全身,作用于甲状腺,使甲状腺激素分泌增加。
因此,与A血管相比,B血管中促甲状腺激素的含量明显增加。
由于激素是通过体液运输的,可以通过血液循环运输到全身各处,所以A、B和C三条血管中均能检测到甲状腺激素。
(2)抗利尿激素具有促进肾小管和集合管对水分重吸收,使尿量减少的作用。
若人体头部遭受创伤导致图1中细胞③处的细胞体大量破坏,使得E处分泌的抗利尿激素减少,人体肾小管和集合管对水分重吸收减弱,将出现明显的多尿现象。
(3)下丘脑的神经细胞可分泌多种激素,①正确;
神经细胞属于高度分化的细胞,无法进行增殖与分化,②错误;
神经元能够进行各种化学反应,会产生水和消耗水,如细胞呼吸,氨基酸脱水缩合等,③正确;
反射的完成依赖于完整的反射弧,④错误。
故选①③。
(4)对图2进行分析,a神经元上有神经节,故a为传入神经元,则c1和c2为传出神经元。
b1兴奋后使c1兴奋,而b2兴奋后使c2抑制,可推测其原因是b1释放的是兴奋性递质,b2释放的是抑制性递质。
痛觉在大脑皮层的感觉中枢形成,语言的表达需大脑皮层言语区的S区(运动性语言中枢)参与。
(1)突触 促甲状腺激素 A、B、C
(2)多尿 (3)①③
(4)c1和c2 突触小泡释放的神经递质 感觉
S区(运动性语言中枢)
4.研究发现河豚毒素的作用机理:
能特异性地抑制Na+通道,从而减小神经纤维上动作电位的最大值(峰值),且随着作用时间的延长,效果会越明显;
但河豚毒素对K+通道无直接影响,因此对静息电位基本无影响,为验证河豚毒素的上述作用机理,请根据以下提供的实验材料,完善实验思路,预测实验结果。
材料用具:
浸润在生理盐水中的一组新制蛙的神经组织、灵敏电位计(用于测量电位变化)、微电极(提供适宜强度刺激)、适宜浓度的河豚毒素制剂(实验时直接加在浸润神经组织的生理盐水中,施用后第6min开始起作用)、玻璃容器及相关辅助仪器。
(要求与说明:
对灵敏电位计和微电极的具体操作不做要求,室温等适宜环境)
(1)实验思路:
请完善表格中横线部分的实验流程,要求给予4次刺激并进行电位测定。
河豚毒素
处理时间
⑤
⑥ ,
测神经元的静息电位和动作电位的最大值(mV)
①
②
③
④
(2)预测实验结果:
(设正常情况下,静息电位是-70mV,动作电位的最大值是40mV。
请以坐标曲线图的形式表示实验结果,电位的大小用绝对值表示)
(3)兴奋在神经纤维上以 形式传导,当兴奋传导到轴突末端时,Ca2+通过突触前膜上的Ca2+通道内流,导致突触小泡与突触前膜融合,释放神经递质,引起肌肉收缩。
肉毒素能特异性地与突触前膜上的Ca2+通道结合。
用肉毒素除皱会导致面部表情僵化,甚至面瘫,其原因是 。
(1)因为题干信息中强调施用6min后才开始有效果,且随着时间的延长效果越明显,又因实验要求4次刺激,故设计的时间梯度为6min,分别为:
0min、6min、12min和18min;
题干中强调了河豚毒素对动作电位有影响,对静息电位没有影响,故表中应该显示对单独静息电位和刺激后的静息电位和动作电位的测量结果。
(2)根据题目信息可知:
施用河豚毒素6min后开始起作用,且随着时间的延长效果越明显,故预测实验结果为(以坐标曲线图的形式表示实验结果,电位的大小用绝对值表示)
(3)由于肉毒素能特异性地与突触前膜上Ca2+通道结合,阻止Ca2+内流,进而影响突触前膜释放乙酰胆碱,肌肉未接受神经递质而使肌肉松弛(或失去紧张),相应表情活动就会消失,导致面部表情僵化,甚至面瘫。
(1)①0min ②6min ③12min ④18min ⑤测神经元的静息电位(mV) ⑥用微电极给予神经元适宜刺激
(2)
(3)电信号(局部电流) 肉毒素阻止Ca2+内流,影响突触前膜释放乙酰胆碱,肌肉未接受神经递质而使肌肉松弛(或失去紧张),相应表情活动就消失了
图解Na+、K+与膜电位变化的关系
激素调节
5.某研究小组在动物实验中发现,如果破坏动物体内与物质输送有关的一种特定的“VNUT蛋白”,就能提高胰岛素效果,降低血糖值。
进一步研究发现,VNUT蛋白能将三磷酸腺苷搬运和储存到细胞的囊泡内,三磷酸腺苷分子可使胰岛素的分泌量减少或使胰岛素难以发挥作用;
若无VNUT蛋白,则三磷酸腺苷既不会蓄积在囊泡内,也不会释放到细胞外,胰岛素的分泌量不再受到遏制。
现有人认为某种药物X可能会影响VNUT蛋白的合成,进而影响胰岛素的产生,最终影响小鼠的血糖浓度,可能是治疗糖尿病的新药。
为确定药物X是否有此功能,某人欲进行实验探究。
请回答下列问题。
(1)对于人类而言,正常人的血糖浓度在 内波动,参与血糖调节的主要激素是 。
(2)若进行实验探究,需要检测的指标有VNUT蛋白含量、
和 。
(3)实验过程:
将60只血糖含量 (填“正常”“偏高”或“偏低”)的小鼠(雌雄各50%)进行适应性饲喂5d后,随机均分为甲、乙两组;
甲组注射 ,乙组注射 (作为对照);
在相同且适宜的条件下饲喂一段时间,定期测定并记录实验结果。
(4)若题干所述观点是正确的,则检测到的指标应该是 。
(1)正常人的血糖在0.8~1.2g/L范围内,胰岛素可以降低血糖,胰高血糖素可以升高血糖,二者是参与血糖调节的主要激素。
(2)由于VNUT蛋白能提高胰岛素效果,降低血糖值,所以可以检测的指标有VNUT蛋白含量、胰岛素分泌量和血糖浓度。
(3)由于该药物的作用是降低血糖,所以选择血糖含量偏高的小鼠,分成两组,甲组作为实验组注射药物X,乙组作为对照,注射等量的生理盐水。
(4)检测指标包括VNUT蛋白含量、胰岛素分泌量和血糖浓度,由于甲组药物X将VNUT蛋白破坏,所以VNUT蛋白含量比乙组低,同时VNUT蛋白使胰岛素的分泌量减少,所以可以检测到胰岛素分泌量比乙组高,血糖浓度比乙组低。
(1)0.8~1.2g/L 胰岛素和胰高血糖素
(2)胰岛素分泌量 血糖浓度
(3)偏高 适量的药物X 等量的生理盐水
(4)甲组比乙组VNUT蛋白含量少,胰岛素的分泌量偏高,血糖浓度偏低
“四法”解决动物生理实验设计
(1)对于动物生理学实验,通常要设置空白对照,如注射等量生理盐水,通过比较来研究实验变量对实验结果产生的影响。
(2)选取实验动物时,要选择生长发育状况相同的,且饲养时的各种条件也要一致。
(3)蛋白质类激素只能注射,不能口服。
(4)实验设计中注意实验动物的选择和处理。
如甲状腺激素、性激素的实验设计一般选幼小动物,经实验变量处理后的观察指标是幼小动物的生长发育状况;
观察胰岛素、胰高血糖素功能的实验,动物一般先饥饿处理,经实验变量处理后的观察指标是动物的生理状况。
6.(2020·
宝鸡模拟)人体在恐惧、严重焦虑、剧痛等紧急情况下,通过神经调节作用于心脏使心跳加速;
同时兴奋经过反射弧中的传出神经作用于肾上腺的髓质,使肾上腺素分泌增多,如图为肾上腺素在部分组织细胞发挥作用的机制。
(1)学生面临重要考试时,可能因焦虑、紧张而心跳加速,甚至考试结束后久久不能恢复平静,这说明造成心跳加速的调节方式除了神经调节还有 ,此调节方式具有 的特点。
(2)依据材料可知,肾上腺素的生理功能
有 (写出两点)。
依据图a可知肾上腺素与胰高血糖素、胰岛素的作用关系分别是 。
(3)在肾上腺素的作用过程中,图a和图b结果不同是由于 不同,图b和图c结果不同是由于 不同。
某些神经细胞也可以分泌肾上腺素,肾上腺素从神经细胞释放的方式是 。
(4)某人长期严重焦虑引起食欲不振、消化不良等消化功能异常,由图可知,是因为严重焦虑等心理现象会导致肾上腺素分泌量 ,进而造成小肠部位血管 ,影响小肠部位的营养供应以及食物的消化吸收,进而导致消化功能异常。
(1)肾上腺素可以促进心跳加速,所以调节心跳的还有体液调节;
体液调节的特点:
作用时间长、作用范围广等。
(2)根据题干信息“肾上腺素分泌增多可以缓解恐惧、严重焦虑、剧痛,促进心跳加速”,说明肾上腺素可以升高血糖、升高血压和加快心跳频率、提高神经系统的兴奋性、控制血管收缩和舒张等;
胰岛素可以降低血糖,而胰高血糖素升高血糖,所以肾上腺素和胰岛素之间是拮抗作用,和胰高血糖素是协同作用。
(3)图a和图b结果不同是由于激素作用的靶细胞不同;
图b和图c肾上腺素都作用于血管,但由于受体不同,造成结果不同;
肾上腺素作为神经递质从神经细胞释放,其释放方式是胞吐。
(4)严重焦虑导致肾上腺素的分泌增加,造成小肠血管收缩,影响小肠部位的营养供应以及食物的消化吸收,进而导致消化功能异常。
(1)体液调节 作用时间长、作用范围广
(2)升高血糖、升高血压和加快心跳频率、提高神经系统的兴奋性、控制血管收缩和舒张等 协同作用、拮抗作用
(3)激素作用的靶细胞 靶细胞膜上的受体 胞吐 (4)增加 收缩
免疫调节
7.(2020·
龙岩二模)炎症风暴是指机体在感染病原体等情况下,免疫系统被过度激活,引起体液中多种炎症因子迅速大量产生,造成对机体自身损害的现象。
(1)甲病毒感染人体后,B细胞受到抗原刺激,并在淋巴因子的作用下增殖、分化形成 ,参与体液免疫。
当免疫系统释放的炎症因子未能将病原体清除时,机体会持续大量地释放更多的炎症因子,这个过程 (填“属于”或“不属于”)反馈调节,最终引起发热、水肿,甚至多器官衰竭。
(2)对于被甲病毒感染的重症患者,有专家提出:
在缺乏疫苗和特效药的情形下,经病毒灭活等处理后的康复者康复期血浆是重要的治疗资源。
使用康复者血浆能达到治疗目的,其原理是 。
(3)研究发现合理地使用免疫抑制剂能缓解炎症风暴,其原因是 。
(1)B细胞在接受淋巴因子和抗原的刺激下分裂分化成浆细胞和记忆细胞;
免疫系统释放的炎症因子未能将病原体清除时,机体会持续大量地释放炎症因子,这个过程属于正反馈调节。
(2)康复者血浆能达到治疗目的是因为康复者血浆中含有该病毒的抗体,可以消灭该病毒。
(3)炎症风暴是指机体在感染病原体等情况下,免疫系统被过度激活,而免疫抑制剂可以抑制免疫系统的作用,避免免疫系统被过度激活。
(1)浆细胞和记忆细胞 属于
(2)血浆中含有该病毒的抗体
(3)免疫抑制剂可以抑制免疫系统的作用,避免免疫系统被过度激活
图解“三种”免疫功能异常
8.2018年诺贝尔生理学或医学奖授予美国免疫学家詹姆斯·
艾利森以及日本免疫学家本庶佑,以表彰他们在癌症疗法以及免疫负调控的抑制领域所做出的贡献。
肿瘤免疫治疗是通过调动机体的免疫系统,增强抗肿瘤免疫力,从而抑制和杀伤肿瘤细胞。
如图表示的肿瘤免疫治疗的代表性“PD-1/PD-L1”药物,是当前肿瘤治疗领域中最具前景的方向之一。
(1)T细胞和B细胞都是由骨髓中的造血干细胞分裂、分化产生的,T细胞与B细胞不同的外部原因是 。
(2)图中PD-1是细胞程序性死亡受体,与细胞程序性死亡配体(PD-L1)结合,可以传导免疫 信号,抑制 的增殖,从而起到免疫抑制作用。
分析图中的肿瘤细胞下一步的变化是细胞生命历程中的 过程。
(3)图中PD-1抑制剂和PD-L1的抑制剂分别是PD-1抗体和PD-
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