(共29张PPT)
选择性必修1 稳态与调节
素养加强课7 兴奋传导与传递的相关实验探究
提升点1 膜电位的测量
膜电位测量及变化曲线分析
测量装置 电位变化曲线
两电极分别位于细胞膜两侧相同位置
测量装置 电位变化曲线
1．下图表示受刺激后，某时刻神经纤维上①～⑨连续9个位置的膜电位，已知静息电位为－70 mV。下列叙述正确的是( )
A．兴奋沿神经纤维由①向⑨传导
B．测膜电位时，电表的电极应放
在细胞膜外侧
C．⑨处K＋外流，膜外为正电位，
膜内为负电位
D．③⑧处Na＋的运输均需要消耗
能量
√
C [通过分析可知①②⑨均为－70 mV，为静息电位，③膜电位绝对值变小，④膜电位为0，⑤为动作电位，⑥⑦正恢复静息电位，⑧为超极化，⑨为静息电位，这样我们可以认为兴奋沿神经纤维由⑨向①传导，这样⑨已经恢复静息电位的时候⑧处于超极化状态，而⑦⑥处于恢复静息电位的不同时刻，①②是兴奋还未传到的区域，A错误；测膜电位时，电表的两极放在膜的内外两侧，B错误；⑨处为静息电位，与K＋的外流有关，膜内外电位为外正内负，C正确；③处Na＋进入细胞膜靠离子通道，运输方式为协助扩散，不消耗能量，⑧处要恢复到静息电位，靠钠钾泵，运输方式是主动运输，需要消耗能量，D错误。]
2．兴奋在神经纤维上具有双向传导的特点，某同学将两个电流表的电极置于神经纤维上相应的位置，如图甲所示，其中表1两电极分别在a、b处膜外，表2两电极分别在d处膜的内外侧。在b、d中点c处给予适宜刺激，相关的电位变化曲线如图乙、图丙所示。下列叙述错误的是( )
A．图丙表示刺激c点时表1测到的电位变化
B．未刺激c点时，表2指针的读数对应图乙中的①
C．图乙中①～③的变化是Na＋以主动运输的方式进入细胞引起的
D．刺激图甲中的c点时，产生的兴奋沿神经纤维双向传导
√
C [未受刺激时，表1指针的读数等于0，表2指针读数不等于0，据此可以推断图丙表示刺激c点时表1测到的电位变化，图乙表示刺激c点时表2测到的电位变化，A正确；静息电位为细胞膜内、外的电位差，故未刺激c点时，表2指针对应的读数表示神经纤维的静息电位，对应图乙的①，B正确；图乙中①～③的变化是Na＋以协助扩散的方式进入细胞引起的，C错误；刺激图甲中的c点，使其产生兴奋后，兴奋部位会和未兴奋部位形成局部电流，从而使兴奋沿神经纤维双向传导，D正确。]
提升点2 电流计指针的偏转问题
1．指针偏转原理
图中a点受刺激产生动作电位“ ”，后面为该动作电位沿神经纤维传导依次通过“a→b→c→c右侧”时灵敏电流计的指针变化细化图：
2．电流计指针偏转问题分析
(1)兴奋在神经纤维上传导时(双向传导)
①刺激a点，b点先兴奋，d点后兴奋，电流计指针发生两次方向相反的偏转。
②刺激c点(bc＝cd)，b点和d点同时兴奋，电流计指针不发生偏转。
(2)兴奋在神经元之间传递时(单向传递)
①刺激b点(ab＝bd)，由于兴奋在突触间的传递速度小于在神经纤维上的传导速度，所以a点先兴奋，d点后兴奋，电流计指针发生两次方向相反的偏转。
②刺激c点，兴奋不能传至a点，a点不兴奋，d点可以兴奋，电流计指针只发生一次偏转。
1．在青蛙的离体神经纤维上安装一个灵敏电流计，如图甲所示，c点为刺激部位，图乙为c点受刺激后的膜电位变化情况。下列叙述错误的是( )
A．图甲中神经纤维未受刺激时B侧为负电位
B．图甲中c点接受刺激后，电流计指针有方向相反的两次偏转
C．将神经纤维置于高Na＋的溶液中，③高度下移
D．图乙中④点时K＋大量外流，处于静息电位恢复状态
√
C [图甲中神经纤维未受刺激时处于静息电位，K＋外流，B侧为负电位，A正确；图甲中c点接受刺激后，兴奋先传到b点，b点为动作电位，外侧带负电荷，电流计指针向右偏转，当兴奋传导至a点时，a点外侧带负电荷，b点恢复为静息电位，带正电荷，指针向左偏转，B正确；将神经纤维置于高Na＋的溶液中，Na＋内流增多，③高度上移，C错误；图乙中④点时K＋大量外流，处于静息电位恢复状态，D正确。]
2．电表Ⅰ、Ⅱ的两极分别位于神经纤维膜内、 外两侧(如图所示)，P、Q、R为三个刺激点。结合下图分析正确的是( )
A．未接受刺激时，电表Ⅰ的偏转可表示静息电位
B．刺激Q点，电表Ⅰ偏转1次，电表Ⅱ偏转2次
C．刺激R点仅电表Ⅱ发生偏转
D．分别刺激P、Q点，电表Ⅰ的偏转方向相反
√
A [电表Ⅰ的两极分别位于同一位置的神经纤维膜内外两侧，因此电表Ⅰ的偏转可以表示静息电位，A正确。刺激Q点，兴奋向左传到电表Ⅰ时，膜内外电位发生翻转，指针发生一次偏转；兴奋向右传到电表Ⅱ的左侧电极时，膜外电位由正变为负，指针发生一次偏转，由于兴奋不能逆向通过突触，所以不能继续传导到电表Ⅱ的右侧电极，所以电表Ⅱ也只发生一次偏转，B错误。刺激R点兴奋能通过突触传递到左侧的神经元，因此电表Ⅰ、Ⅱ均能发生偏转，C错误。分别刺激P、Q点，由于电表Ⅰ所测为同一位置的神经纤维膜内外电位差，此处产生的电位变化相同，因此可见偏转方向相同，D错误。]
提升点3 兴奋传导和传递的实验探究
1．“药物阻断”实验
探究某药物(如麻醉药)是阻断兴奋在神经纤维上传导，还是阻断在突触处传递，可分别将药物置于神经纤维上或置于突触处，依据其能否产生“阻断”效果作出合理推断。
2．电刺激法探究反射弧中兴奋传导、传递的特点
(1)探究兴奋在神经纤维上的传导
方法设计：电刺激图①处，观察A的变化，同时测量②处的电位有无变化。
结果分析：若A有反应，且②处电位改变，则说明兴奋在神经纤维上的传导是双向的；若A有反应而②处无电位变化，则说明兴奋在神经纤维上的传导是单向的。
(2)探究兴奋在神经元间的传递
方法设计：先电刺激图①处，测量③处的电位变化；再电刺激③处，测量①处的电位变化。
结果分析：若两次实验的检测部位均发生电位变化，说明兴奋在神经元之间的传递是双向的；若只有①处电位改变，则说明兴奋在神经元之间的传递是单向的。
1．突触后电位是神经递质作用于突触后神经元所产生的电位变化，具有时间总和与空间总和现象。时间总和是指连续阈下刺激突触前神经元同一位点引起突触后神经元电位叠加的现象；空间总和是指同时阈下刺激不同神经元引起突触后神经元电位叠加的现象。图1为神经元A、B、C、D之间的联系，图2表示神经元A、B、C受刺激后突触后神经元D上膜电位的变化。下列有关说法错误的是( )
A．图1中，①②③共同组成了突触，②中的蛋白质含量低于血浆
B．图2中实验一、二对比表明时间总和与刺激时突触后膜上的电位有关
C．图2中实验二、三分别呈现的是时间总和和空间总和现象
D．图2中实验三、四表明A、B释放的是抑制性神经递质，C释放的是兴奋性神经递质
√
D [据图可知，A和D可以形成突触，则①突触前膜、②突触间隙和③突触后膜共同组成了突触，②的本质是组织液，其中的蛋白质含量低于血浆，A正确。分析题意可知，时间总和是指连续阈下刺激突触前神经元同一位点引起突触后神经元电位叠加的现象，结合图2可知，实验一和实验二神经元A连续受刺激的时间间隔不同，所引起的膜电位幅度也有差异，故实验结果表明时间总和与刺激时突触后膜上的电位有关，B正确。空间总和是指同时阈下刺激不同神经元引起突触后神经元电位叠加的现象，实验二中是A神经元连续受刺激，实验三中是单次刺激神经元B及同时刺激神经元A和B，分
别呈现的是时间总和和空间总和现象，C正确。据实验三分析可知，单独刺激B，能引起膜电位变化，静息电位差值变小，且A和B同时刺激时，膜电位变化更大，说明A和B释放的均为兴奋性神经递质；而实验四中同时刺激A和C，膜电位表现为静息电位，说明C释放的是抑制性神经递质，D错误。]
2．无脊椎动物枪乌贼的星状神经节具有巨大的化学突触结构，可用微电极来检测突触前动作电位和突触后电位的变化。以下表示神经递质释放机制的相关研究。请回答下列问题：
(1)在突触结构中，突触前神经元兴奋后，由突触前膜释放的___________作用于突触后膜的________，导致突触后神经元兴奋。
(2)河豚毒素(TTX)是一种钠离子通道阻断剂。用TTX处理突触前神经纤维，然后每隔5 min施加一次刺激，分别测量突触前和突触后神经元的电位变化，结果如上图所示。推测TTX导致突触前和突触后神经元电位发生变化的原因是TTX作用于钠离子通道，阻断了钠离子内流，导致_______________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)在上述实验过程中，研究者检测到，在使用TTX后，突触前膜处的钙离子内流逐渐减弱，由此推测“突触前动作电位通过提高突触小体内钙离子浓度来促进神经递质的释放”。研究者利用枪乌贼星状神经节进行如下实验，获得了支持上述推测的实验结果。
实验材料：BAPTA(能够快速与钙离子发生结合，从而阻断钙离子与相应分子的结合)、“笼锁钙”(一种缓冲液，暴露在强紫外线下会释放钙离子；强紫外线不影响正常神经纤维兴奋)。
实验过程及结果：
第一组：对突触前神经纤维施加适宜电刺激。
实验结果：先检测到突触前动作电位的发生，之后检测到突触后电位的变化。
第二组：先向突触小体注射适量BAPTA，接着在突触前神经纤维施加适宜电刺激。
实验结果：_________________________________________________ _________________________________________________________。
第三组：___________________________________________________ _______________________________________(写出实验过程)。
实验结果：检测不到突触前动作电位的发生，但能检测到突触后电位的变化。
解析：(1)突触前神经元兴奋后，突触小泡移动到突触前膜并与之融合，在突触前膜处释放神经递质，神经递质与突触后膜的特异性受体识别、结合，导致突触后神经元兴奋。(2)神经纤维兴奋的原因是钠离子大量内流形成动作电位，与相邻区域形成局部电流，TTX是一种钠离子通道阻断剂，能作用于钠离子通道，阻断了钠离子内流，导致突触前动作电位变化明显减弱，进而导致突触前膜释放神经递质减少或不能释放，使得突触后膜难以兴奋。(3)第二组中，BAPTA能够快速与钙离子发生结合，从而抑制神经递质的释放，因此注射BAPTA，接着在突触前神经纤维施加适宜电刺激，能检测到
突触前动作电位的发生，但是由于神经递质无法释放，因此不能检测到突触后电位的变化；第三组中，向突触小体注射适量“笼锁钙”，然后用强紫外线照射标本，由于没有在突触前神经纤维施加适宜电刺激，因此检测不到突触前动作电位的发生，“笼锁钙”暴露在强紫外线下会释放钙离子，促进神经递质释放，故能检测到突触后电位的变化。
答案：(1)神经递质 受体 (2)突触前动作电位变化明显减弱，进而导致突触前膜释放神经递质减少或不能释放，使得突触后膜难以兴奋 (3)能检测到突触前动作电位的发生，但不能检测到突触后电位的变化 先向突触小体注射适量“笼锁钙”，然后用强紫外线照射标本提升点1 膜电位的测量
膜电位测量及变化曲线分析
测量装置 电位变化曲线
两电极分别位于细胞膜两侧相同位置
1．下图表示受刺激后，某时刻神经纤维上①～⑨连续9个位置的膜电位，已知静息电位为－70 mV。下列叙述正确的是( )
A．兴奋沿神经纤维由①向⑨传导
B．测膜电位时，电表的电极应放在细胞膜外侧
C．⑨处K＋外流，膜外为正电位，膜内为负电位
D．③⑧处Na＋的运输均需要消耗能量
C [通过分析可知①②⑨均为－70 mV，为静息电位，③膜电位绝对值变小，④膜电位为0，⑤为动作电位，⑥⑦正恢复静息电位，⑧为超极化，⑨为静息电位，这样我们可以认为兴奋沿神经纤维由⑨向①传导，这样⑨已经恢复静息电位的时候⑧处于超极化状态，而⑦⑥处于恢复静息电位的不同时刻，①②是兴奋还未传到的区域，A错误；测膜电位时，电表的两极放在膜的内外两侧，B错误；⑨处为静息电位，与K＋的外流有关，膜内外电位为外正内负，C正确；③处Na＋进入细胞膜靠离子通道，运输方式为协助扩散，不消耗能量，⑧处要恢复到静息电位，靠钠钾泵，运输方式是主动运输，需要消耗能量，D错误。]
2．兴奋在神经纤维上具有双向传导的特点，某同学将两个电流表的电极置于神经纤维上相应的位置，如图甲所示，其中表1两电极分别在a、b处膜外，表2两电极分别在d处膜的内外侧。在b、d中点c处给予适宜刺激，相关的电位变化曲线如图乙、图丙所示。下列叙述错误的是( )
A．图丙表示刺激c点时表1测到的电位变化
B．未刺激c点时，表2指针的读数对应图乙中的①
C．图乙中①～③的变化是Na＋以主动运输的方式进入细胞引起的
D．刺激图甲中的c点时，产生的兴奋沿神经纤维双向传导
C [未受刺激时，表1指针的读数等于0，表2指针读数不等于0，据此可以推断图丙表示刺激c点时表1测到的电位变化，图乙表示刺激c点时表2测到的电位变化，A正确；静息电位为细胞膜内、外的电位差，故未刺激c点时，表2指针对应的读数表示神经纤维的静息电位，对应图乙的①，B正确；图乙中①～③的变化是Na＋以协助扩散的方式进入细胞引起的，C错误；刺激图甲中的c点，使其产生兴奋后，兴奋部位会和未兴奋部位形成局部电流，从而使兴奋沿神经纤维双向传导，D正确。]
提升点2 电流计指针的偏转问题
1．指针偏转原理
图中a点受刺激产生动作电位“”，后面为该动作电位沿神经纤维传导依次通过“a→b→c→c右侧”时灵敏电流计的指针变化细化图：
2．电流计指针偏转问题分析
(1)兴奋在神经纤维上传导时(双向传导)
①刺激a点，b点先兴奋，d点后兴奋，电流计指针发生两次方向相反的偏转。
②刺激c点(bc＝cd)，b点和d点同时兴奋，电流计指针不发生偏转。
(2)兴奋在神经元之间传递时(单向传递)
①刺激b点(ab＝bd)，由于兴奋在突触间的传递速度小于在神经纤维上的传导速度，所以a点先兴奋，d点后兴奋，电流计指针发生两次方向相反的偏转。
②刺激c点，兴奋不能传至a点，a点不兴奋，d点可以兴奋，电流计指针只发生一次偏转。
1．在青蛙的离体神经纤维上安装一个灵敏电流计，如图甲所示，c点为刺激部位，图乙为c点受刺激后的膜电位变化情况。下列叙述错误的是( )
A．图甲中神经纤维未受刺激时B侧为负电位
B．图甲中c点接受刺激后，电流计指针有方向相反的两次偏转
C．将神经纤维置于高Na＋的溶液中，③高度下移
D．图乙中④点时K＋大量外流，处于静息电位恢复状态
C [图甲中神经纤维未受刺激时处于静息电位，K＋外流，B侧为负电位，A正确；图甲中c点接受刺激后，兴奋先传到b点，b点为动作电位，外侧带负电荷，电流计指针向右偏转，当兴奋传导至a点时，a点外侧带负电荷，b点恢复为静息电位，带正电荷，指针向左偏转，B正确；将神经纤维置于高Na＋的溶液中，Na＋内流增多，③高度上移，C错误；图乙中④点时K＋大量外流，处于静息电位恢复状态，D正确。]
2．电表Ⅰ、Ⅱ的两极分别位于神经纤维膜内、 外两侧(如图所示)，P、Q、R为三个刺激点。结合下图分析正确的是( )
A．未接受刺激时，电表Ⅰ的偏转可表示静息电位
B．刺激Q点，电表Ⅰ偏转1次，电表Ⅱ偏转2次
C．刺激R点仅电表Ⅱ发生偏转
D．分别刺激P、Q点，电表Ⅰ的偏转方向相反
A [电表Ⅰ的两极分别位于同一位置的神经纤维膜内外两侧，因此电表Ⅰ的偏转可以表示静息电位，A正确。刺激Q点，兴奋向左传到电表Ⅰ时，膜内外电位发生翻转，指针发生一次偏转；兴奋向右传到电表Ⅱ的左侧电极时，膜外电位由正变为负，指针发生一次偏转，由于兴奋不能逆向通过突触，所以不能继续传导到电表Ⅱ的右侧电极，所以电表Ⅱ也只发生一次偏转，B错误。刺激R点兴奋能通过突触传递到左侧的神经元，因此电表Ⅰ、Ⅱ均能发生偏转，C错误。分别刺激P、Q点，由于电表Ⅰ所测为同一位置的神经纤维膜内外电位差，此处产生的电位变化相同，因此可见偏转方向相同，D错误。]
提升点3 兴奋传导和传递的实验探究
1．“药物阻断”实验
探究某药物(如麻醉药)是阻断兴奋在神经纤维上传导，还是阻断在突触处传递，可分别将药物置于神经纤维上或置于突触处，依据其能否产生“阻断”效果作出合理推断。
2．电刺激法探究反射弧中兴奋传导、传递的特点
(1)探究兴奋在神经纤维上的传导
方法设计：电刺激图①处，观察A的变化，同时测量②处的电位有无变化。
结果分析：若A有反应，且②处电位改变，则说明兴奋在神经纤维上的传导是双向的；若A有反应而②处无电位变化，则说明兴奋在神经纤维上的传导是单向的。
(2)探究兴奋在神经元间的传递
方法设计：先电刺激图①处，测量③处的电位变化；再电刺激③处，测量①处的电位变化。
结果分析：若两次实验的检测部位均发生电位变化，说明兴奋在神经元之间的传递是双向的；若只有①处电位改变，则说明兴奋在神经元之间的传递是单向的。
1．突触后电位是神经递质作用于突触后神经元所产生的电位变化，具有时间总和与空间总和现象。时间总和是指连续阈下刺激突触前神经元同一位点引起突触后神经元电位叠加的现象；空间总和是指同时阈下刺激不同神经元引起突触后神经元电位叠加的现象。图1为神经元A、B、C、D之间的联系，图2表示神经元A、B、C受刺激后突触后神经元D上膜电位的变化。下列有关说法错误的是( )
A．图1中，①②③共同组成了突触，②中的蛋白质含量低于血浆
B．图2中实验一、二对比表明时间总和与刺激时突触后膜上的电位有关
C．图2中实验二、三分别呈现的是时间总和和空间总和现象
D．图2中实验三、四表明A、B释放的是抑制性神经递质，C释放的是兴奋性神经递质
D [据图可知，A和D可以形成突触，则①突触前膜、②突触间隙和③突触后膜共同组成了突触，②的本质是组织液，其中的蛋白质含量低于血浆，A正确。分析题意可知，时间总和是指连续阈下刺激突触前神经元同一位点引起突触后神经元电位叠加的现象，结合图2可知，实验一和实验二神经元A连续受刺激的时间间隔不同，所引起的膜电位幅度也有差异，故实验结果表明时间总和与刺激时突触后膜上的电位有关，B正确。空间总和是指同时阈下刺激不同神经元引起突触后神经元电位叠加的现象，实验二中是A神经元连续受刺激，实验三中是单次刺激神经元B及同时刺激神经元A和B，分别呈现的是时间总和和空间总和现象，C正确。据实验三分析可知，单独刺激B，能引起膜电位变化，静息电位差值变小，且A和B同时刺激时，膜电位变化更大，说明A和B释放的均为兴奋性神经递质；而实验四中同时刺激A和C，膜电位表现为静息电位，说明C释放的是抑制性神经递质，D错误。]
2．无脊椎动物枪乌贼的星状神经节具有巨大的化学突触结构，可用微电极来检测突触前动作电位和突触后电位的变化。以下表示神经递质释放机制的相关研究。请回答下列问题：
(1)在突触结构中，突触前神经元兴奋后，由突触前膜释放的_______________作用于突触后膜的___________，导致突触后神经元兴奋。
(2)河豚毒素(TTX)是一种钠离子通道阻断剂。用TTX处理突触前神经纤维，然后每隔5 min施加一次刺激，分别测量突触前和突触后神经元的电位变化，结果如上图所示。推测TTX导致突触前和突触后神经元电位发生变化的原因是TTX作用于钠离子通道，阻断了钠离子内流，导致_____________________________
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(3)在上述实验过程中，研究者检测到，在使用TTX后，突触前膜处的钙离子内流逐渐减弱，由此推测“突触前动作电位通过提高突触小体内钙离子浓度来促进神经递质的释放”。研究者利用枪乌贼星状神经节进行如下实验，获得了支持上述推测的实验结果。
实验材料：BAPTA(能够快速与钙离子发生结合，从而阻断钙离子与相应分子的结合)、“笼锁钙”(一种缓冲液，暴露在强紫外线下会释放钙离子；强紫外线不影响正常神经纤维兴奋)。
实验过程及结果：
第一组：对突触前神经纤维施加适宜电刺激。
实验结果：先检测到突触前动作电位的发生，之后检测到突触后电位的变化。
第二组：先向突触小体注射适量BAPTA，接着在突触前神经纤维施加适宜电刺激。
实验结果：___________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
第三组：_____________________________________________________________
_____________________(写出实验过程)。
实验结果：检测不到突触前动作电位的发生，但能检测到突触后电位的变化。
解析：(1)突触前神经元兴奋后，突触小泡移动到突触前膜并与之融合，在突触前膜处释放神经递质，神经递质与突触后膜的特异性受体识别、结合，导致突触后神经元兴奋。(2)神经纤维兴奋的原因是钠离子大量内流形成动作电位，与相邻区域形成局部电流，TTX是一种钠离子通道阻断剂，能作用于钠离子通道，阻断了钠离子内流，导致突触前动作电位变化明显减弱，进而导致突触前膜释放神经递质减少或不能释放，使得突触后膜难以兴奋。(3)第二组中，BAPTA能够快速与钙离子发生结合，从而抑制神经递质的释放，因此注射BAPTA，接着在突触前神经纤维施加适宜电刺激，能检测到突触前动作电位的发生，但是由于神经递质无法释放，因此不能检测到突触后电位的变化；第三组中，向突触小体注射适量“笼锁钙”，然后用强紫外线照射标本，由于没有在突触前神经纤维施加适宜电刺激，因此检测不到突触前动作电位的发生，“笼锁钙”暴露在强紫外线下会释放钙离子，促进神经递质释放，故能检测到突触后电位的变化。
答案：(1)神经递质 受体 (2)突触前动作电位变化明显减弱，进而导致突触前膜释放神经递质减少或不能释放，使得突触后膜难以兴奋 (3)能检测到突触前动作电位的发生，但不能检测到突触后电位的变化 先向突触小体注射适量“笼锁钙”，然后用强紫外线照射标本
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