三方入手，有效突破膜電位圖像分析題

朱長(zhǎng)偉

神經(jīng)調(diào)節(jié)的相關(guān)知識(shí)是高中生物知識(shí)體系中的主干、核心內(nèi)容。其中關(guān)于靜息電位、動(dòng)作電位圖像的分析，既是學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，又是高考中的熱點(diǎn)。不少學(xué)生對(duì)于此類問(wèn)題感到無(wú)從下手，不能準(zhǔn)確找到解題的突破口。

下面就該類問(wèn)題的解題策略進(jìn)行分析總結(jié)。

一、明確膜電位的記錄方式是解題的切入點(diǎn)

膜電位的記錄分為細(xì)胞內(nèi)記錄和細(xì)胞外記錄兩種方式。細(xì)胞內(nèi)記錄（圖1中的A）是用微電極（尖端直徑小于1μm的玻璃管微電極，管內(nèi)充以KCl溶液）插入細(xì)胞內(nèi)記錄生物電變化，能夠反映細(xì)胞處于靜息狀態(tài)或活動(dòng)狀態(tài)時(shí)電位變化的絕對(duì)值。

細(xì)胞外記錄（圖2）是兩個(gè)記錄電極均位于細(xì)胞外，記錄到的是兩個(gè)電極之間的電位差，僅反映兩個(gè)電極下電位變化的相對(duì)值。

選擇的記錄方式不同，得到的膜電位變化曲線就有差異。所以，在解題時(shí)，首先要明確膜電位的記錄方式，這是正確解答該類問(wèn)題的突破口和切入點(diǎn)。

問(wèn)題1：當(dāng)神經(jīng)纖維處于靜息狀態(tài)時(shí)，要測(cè)量靜息電位，應(yīng)采取哪種記錄方式？

答案：細(xì)胞內(nèi)記錄。

二、理解膜電位的變化過(guò)程和產(chǎn)生機(jī)制是解題的基礎(chǔ)

明確膜電位的記錄方式僅是邁出了正確解題的第一步，還需全面深刻地理解膜電位的變化過(guò)程和產(chǎn)生機(jī)制，這是正確解答該類問(wèn)題的基礎(chǔ)。靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制如圖3。

問(wèn)題2：人工改變細(xì)胞膜外K+的濃度，對(duì)靜息電位的大小有何影響？

答案：靜息電位主要是由K+向膜外擴(kuò)散而造成的。如果人工改變細(xì)胞膜外K+的濃度，當(dāng)細(xì)胞膜外K+的濃度增高時(shí)，膜內(nèi)外K+的濃度差減小，靜息電位幅值（靜息電位絕對(duì)值）將減小。反之，當(dāng)細(xì)胞膜外K+的濃度降低時(shí)，測(cè)得的靜息電位值增大。

動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制如圖4。

相關(guān)名詞術(shù)語(yǔ)（圖1中的B）：膜內(nèi)電位向負(fù)值減小的方向變化，稱為去極化；去極化至零電位后膜電位進(jìn)一步變?yōu)檎?，稱為反極化；膜電位去極化后逐步恢復(fù)極化狀態(tài)的過(guò)程，稱作復(fù)極化；膜內(nèi)外電位差的數(shù)值向膜內(nèi)負(fù)值加大的方向變化時(shí)，稱為膜的超極化。

問(wèn)題3：人工改變細(xì)胞膜外Na+的濃度，對(duì)動(dòng)作電位的大小有何影響？

答案：動(dòng)作電位的幅度決定于細(xì)胞內(nèi)外的Na+濃度差，細(xì)胞外液Na+濃度降低則動(dòng)作電位幅度也相應(yīng)降低，而阻斷Na+通道（河豚毒）則能阻礙動(dòng)作電位的產(chǎn)生。反之，細(xì)胞外液Na+濃度升高，則動(dòng)作電位幅度也相應(yīng)升高。

問(wèn)題4：靜息電位形成時(shí)的K+的外流和動(dòng)作電位形成時(shí)的Na+的內(nèi)流是否消耗能量？

答案：K+的外流和Na+的內(nèi)流均是由通道蛋白介導(dǎo)的順濃度梯度的被動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，不消耗細(xì)胞代謝產(chǎn)生的能量。

應(yīng)該指出的是，動(dòng)作電位的產(chǎn)生并不消耗能量，而恢復(fù)到正常的靜息電位卻要消耗能量。

三、做好文圖信息轉(zhuǎn)換、圖文信息轉(zhuǎn)換和圖圖信息轉(zhuǎn)換是解題的關(guān)鍵

“對(duì)生物學(xué)圖表的閱讀和分析能力，運(yùn)用圖表準(zhǔn)確描述生物學(xué)現(xiàn)象、生物學(xué)過(guò)程和構(gòu)建生物學(xué)模型的能力，是考查考生生物科學(xué)素養(yǎng)的最好方式。”因此，在熟練掌握生物膜電位的變化過(guò)程和產(chǎn)生機(jī)制的基礎(chǔ)上，靈活進(jìn)行“文→圖”、“圖→文”、“圖→圖”的信息轉(zhuǎn)換，提高理解能力、信息處理能力和知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，是解答該類問(wèn)題的關(guān)鍵。

1. 文→圖

圖4描述了動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，將其轉(zhuǎn)換成膜電位隨時(shí)間的變化曲線圖即是圖1中的B。

2. 圖→文

圖2是用一對(duì)記錄電極置于神經(jīng)干的完好表面，在示波器上記錄到的 雙向動(dòng)作電位。神經(jīng)是由許多粗細(xì)不等的有髓和無(wú)髓神經(jīng)纖維組成的，故神經(jīng)干動(dòng)作電位是由許多神經(jīng)纖維的動(dòng)作電位合成的一種復(fù)合電位。采用細(xì)胞外記錄時(shí)，測(cè)得的波形實(shí)際上是兩個(gè)記錄電極的電位差。對(duì)于某一點(diǎn)，負(fù)電位的產(chǎn)生和終止不是突然的，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到最高點(diǎn)，故記錄曲線的上升和下降都具有一定的斜率。當(dāng)神經(jīng)未受刺激時(shí)，左右兩電極之間無(wú)電位差，示波器掃描光點(diǎn)為一水平基線。當(dāng)神經(jīng)左端受刺激興奮后，興奮會(huì)向未興奮處傳導(dǎo)，動(dòng)作電位傳到左電極下方時(shí)，左右兩電極間出現(xiàn)電位差，示波器上掃描光點(diǎn)向上偏轉(zhuǎn)（電生理實(shí)驗(yàn)中，習(xí)慣規(guī)定負(fù)波向上），當(dāng)動(dòng)作電位移到左右兩電極之間時(shí)，兩電極間無(wú)電位差。動(dòng)作電位繼續(xù)右移到右電極時(shí)，兩電極間又有電位差出現(xiàn)，且倒置，引起示波器光點(diǎn)向下偏轉(zhuǎn)。所以示波器上顯示了一個(gè)雙相動(dòng)作電位。

3. 圖→圖

問(wèn)題5：圖5為神經(jīng)電位的測(cè)量裝置，其中箭頭表示施加適宜刺激，陰影表示興奮區(qū)域。用記錄儀記錄a、b兩電極之間的電位差，結(jié)果如曲線圖。若將記錄儀記錄的a、b兩電極均置于膜外，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，則測(cè)量結(jié)果如何用曲線圖表示？若a、b之間的距離與興奮區(qū)域的長(zhǎng)度相等，結(jié)果如何？若在c點(diǎn)夾傷或者用藥物阻滯興奮的傳導(dǎo)，結(jié)果又將如何？

該問(wèn)題可訓(xùn)練學(xué)生的圖→圖的信息轉(zhuǎn)換能力。注意由于膜電位記錄方式的改變，得到的曲線圖會(huì)與原題稍有不同。答案如圖6。

四、 例題分析

例1 圖7中Ⅰ是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中A、B、C為神經(jīng)元。和神經(jīng)元一樣，肌肉細(xì)胞在受到適宜的刺激后，也能引起細(xì)胞膜電位的變化。圖中③為神經(jīng)肌肉接頭，其結(jié)構(gòu)、功能類似于突觸。

（1）假如A、B、C都是興奮性神經(jīng)元，給神經(jīng)元A一個(gè)適宜的刺激，在①②③④處能記錄到圖Ⅱ膜電位的是__________。

（2）a、b、c、d中電位差為0mV的是__________。圖中PX線段表示_______電位；XY段時(shí)Na+向___________（內(nèi)/外）流。Y點(diǎn)時(shí)，神經(jīng)纖維膜內(nèi)外兩側(cè)間存在電位差，膜內(nèi)為_(kāi)__________（正/負(fù)）電位。

（3）如果C是一個(gè)抑制性神經(jīng)元，在②處給予一個(gè)適宜刺激，在①處能否記錄到膜電位的變化？___________。原因是______________________。

解析：圖Ⅱ膜電位表示的是興奮時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作電位，因興奮在突觸中是單向傳遞，給神經(jīng)元A一個(gè)適宜的刺激，在①②③④處都能記錄到圖Ⅱ膜電位。圖Ⅱ中PX線段為受刺激之前的電位，故為靜息電位。X→Y→Z為受到刺激后產(chǎn)生的動(dòng)作電位，XY段發(fā)生去極化，由于Na+的內(nèi)流，膜電位由內(nèi)負(fù)外正變?yōu)閮?nèi)正外負(fù)，故a、b、c、d中電位差為0mV的是b。如果C是一個(gè)抑制性神經(jīng)元，在②處給予一個(gè)適宜刺激，由于興奮在突觸中是單向傳遞，興奮可由B神經(jīng)元傳導(dǎo)到C神經(jīng)元，而C神經(jīng)元對(duì)A神經(jīng)元起抑制作用，故在①處不能測(cè)到膜電位的變化。

答案：（1）b （2）靜息內(nèi)正 （3）不能 興奮在突觸中是單向傳遞的，因此，不能由B神經(jīng)元直接傳遞到A神經(jīng)元，而是由B神經(jīng)元傳遞到C神經(jīng)元，而C神經(jīng)元對(duì)A神經(jīng)元起抑制作用，故在①處不能測(cè)到膜電位的變化。

例2 動(dòng)作電位的產(chǎn)生與細(xì)胞膜離子通透性的變化直接相關(guān)。細(xì)胞膜對(duì)離子通透性的高低可以用電導(dǎo)（g）表示，電導(dǎo)大，離子通透性高，電導(dǎo)小，離子通透性低。圖8表示神經(jīng)細(xì)胞接受刺激產(chǎn)生動(dòng)作電位過(guò)程中，細(xì)胞膜對(duì)Na+和K+的通透性及膜電位的變化分別是（gNa+、gK+分別表示Na+、K+的電導(dǎo)）

A.①④ B.①③ C.②③ D.②④

解析：受到刺激后，膜電位由內(nèi)負(fù)外正到內(nèi)正外負(fù)再到內(nèi)負(fù)外正的變化過(guò)程稱為動(dòng)作電位，故①正確。去極化的形成，是由于細(xì)胞膜對(duì)Na+的通透性增大（gNa+升高），Na+的內(nèi)流導(dǎo)致的，故③正確。

答案：B。

神經(jīng)調(diào)節(jié)的相關(guān)知識(shí)是高中生物知識(shí)體系中的主干、核心內(nèi)容。其中關(guān)于靜息電位、動(dòng)作電位圖像的分析，既是學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，又是高考中的熱點(diǎn)。不少學(xué)生對(duì)于此類問(wèn)題感到無(wú)從下手，不能準(zhǔn)確找到解題的突破口。

下面就該類問(wèn)題的解題策略進(jìn)行分析總結(jié)。

一、明確膜電位的記錄方式是解題的切入點(diǎn)

膜電位的記錄分為細(xì)胞內(nèi)記錄和細(xì)胞外記錄兩種方式。細(xì)胞內(nèi)記錄（圖1中的A）是用微電極（尖端直徑小于1μm的玻璃管微電極，管內(nèi)充以KCl溶液）插入細(xì)胞內(nèi)記錄生物電變化，能夠反映細(xì)胞處于靜息狀態(tài)或活動(dòng)狀態(tài)時(shí)電位變化的絕對(duì)值。

細(xì)胞外記錄（圖2）是兩個(gè)記錄電極均位于細(xì)胞外，記錄到的是兩個(gè)電極之間的電位差，僅反映兩個(gè)電極下電位變化的相對(duì)值。

選擇的記錄方式不同，得到的膜電位變化曲線就有差異。所以，在解題時(shí)，首先要明確膜電位的記錄方式，這是正確解答該類問(wèn)題的突破口和切入點(diǎn)。

問(wèn)題1：當(dāng)神經(jīng)纖維處于靜息狀態(tài)時(shí)，要測(cè)量靜息電位，應(yīng)采取哪種記錄方式？

答案：細(xì)胞內(nèi)記錄。

二、理解膜電位的變化過(guò)程和產(chǎn)生機(jī)制是解題的基礎(chǔ)

明確膜電位的記錄方式僅是邁出了正確解題的第一步，還需全面深刻地理解膜電位的變化過(guò)程和產(chǎn)生機(jī)制，這是正確解答該類問(wèn)題的基礎(chǔ)。靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制如圖3。

問(wèn)題2：人工改變細(xì)胞膜外K+的濃度，對(duì)靜息電位的大小有何影響？

答案：靜息電位主要是由K+向膜外擴(kuò)散而造成的。如果人工改變細(xì)胞膜外K+的濃度，當(dāng)細(xì)胞膜外K+的濃度增高時(shí)，膜內(nèi)外K+的濃度差減小，靜息電位幅值（靜息電位絕對(duì)值）將減小。反之，當(dāng)細(xì)胞膜外K+的濃度降低時(shí)，測(cè)得的靜息電位值增大。

動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制如圖4。

相關(guān)名詞術(shù)語(yǔ)（圖1中的B）：膜內(nèi)電位向負(fù)值減小的方向變化，稱為去極化；去極化至零電位后膜電位進(jìn)一步變?yōu)檎?，稱為反極化；膜電位去極化后逐步恢復(fù)極化狀態(tài)的過(guò)程，稱作復(fù)極化；膜內(nèi)外電位差的數(shù)值向膜內(nèi)負(fù)值加大的方向變化時(shí)，稱為膜的超極化。

問(wèn)題3：人工改變細(xì)胞膜外Na+的濃度，對(duì)動(dòng)作電位的大小有何影響？

答案：動(dòng)作電位的幅度決定于細(xì)胞內(nèi)外的Na+濃度差，細(xì)胞外液Na+濃度降低則動(dòng)作電位幅度也相應(yīng)降低，而阻斷Na+通道（河豚毒）則能阻礙動(dòng)作電位的產(chǎn)生。反之，細(xì)胞外液Na+濃度升高，則動(dòng)作電位幅度也相應(yīng)升高。

問(wèn)題4：靜息電位形成時(shí)的K+的外流和動(dòng)作電位形成時(shí)的Na+的內(nèi)流是否消耗能量？

答案：K+的外流和Na+的內(nèi)流均是由通道蛋白介導(dǎo)的順濃度梯度的被動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，不消耗細(xì)胞代謝產(chǎn)生的能量。

應(yīng)該指出的是，動(dòng)作電位的產(chǎn)生并不消耗能量，而恢復(fù)到正常的靜息電位卻要消耗能量。

三、做好文圖信息轉(zhuǎn)換、圖文信息轉(zhuǎn)換和圖圖信息轉(zhuǎn)換是解題的關(guān)鍵

“對(duì)生物學(xué)圖表的閱讀和分析能力，運(yùn)用圖表準(zhǔn)確描述生物學(xué)現(xiàn)象、生物學(xué)過(guò)程和構(gòu)建生物學(xué)模型的能力，是考查考生生物科學(xué)素養(yǎng)的最好方式?！币虼耍谑炀氄莆丈锬る娢坏淖兓^(guò)程和產(chǎn)生機(jī)制的基礎(chǔ)上，靈活進(jìn)行“文→圖”、“圖→文”、“圖→圖”的信息轉(zhuǎn)換，提高理解能力、信息處理能力和知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，是解答該類問(wèn)題的關(guān)鍵。

1. 文→圖

圖4描述了動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，將其轉(zhuǎn)換成膜電位隨時(shí)間的變化曲線圖即是圖1中的B。

2. 圖→文

圖2是用一對(duì)記錄電極置于神經(jīng)干的完好表面，在示波器上記錄到的 雙向動(dòng)作電位。神經(jīng)是由許多粗細(xì)不等的有髓和無(wú)髓神經(jīng)纖維組成的，故神經(jīng)干動(dòng)作電位是由許多神經(jīng)纖維的動(dòng)作電位合成的一種復(fù)合電位。采用細(xì)胞外記錄時(shí)，測(cè)得的波形實(shí)際上是兩個(gè)記錄電極的電位差。對(duì)于某一點(diǎn)，負(fù)電位的產(chǎn)生和終止不是突然的，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到最高點(diǎn)，故記錄曲線的上升和下降都具有一定的斜率。當(dāng)神經(jīng)未受刺激時(shí)，左右兩電極之間無(wú)電位差，示波器掃描光點(diǎn)為一水平基線。當(dāng)神經(jīng)左端受刺激興奮后，興奮會(huì)向未興奮處傳導(dǎo)，動(dòng)作電位傳到左電極下方時(shí)，左右兩電極間出現(xiàn)電位差，示波器上掃描光點(diǎn)向上偏轉(zhuǎn)（電生理實(shí)驗(yàn)中，習(xí)慣規(guī)定負(fù)波向上），當(dāng)動(dòng)作電位移到左右兩電極之間時(shí)，兩電極間無(wú)電位差。動(dòng)作電位繼續(xù)右移到右電極時(shí)，兩電極間又有電位差出現(xiàn)，且倒置，引起示波器光點(diǎn)向下偏轉(zhuǎn)。所以示波器上顯示了一個(gè)雙相動(dòng)作電位。

3. 圖→圖

問(wèn)題5：圖5為神經(jīng)電位的測(cè)量裝置，其中箭頭表示施加適宜刺激，陰影表示興奮區(qū)域。用記錄儀記錄a、b兩電極之間的電位差，結(jié)果如曲線圖。若將記錄儀記錄的a、b兩電極均置于膜外，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，則測(cè)量結(jié)果如何用曲線圖表示？若a、b之間的距離與興奮區(qū)域的長(zhǎng)度相等，結(jié)果如何？若在c點(diǎn)夾傷或者用藥物阻滯興奮的傳導(dǎo)，結(jié)果又將如何？

該問(wèn)題可訓(xùn)練學(xué)生的圖→圖的信息轉(zhuǎn)換能力。注意由于膜電位記錄方式的改變，得到的曲線圖會(huì)與原題稍有不同。答案如圖6。

四、 例題分析

例1 圖7中Ⅰ是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中A、B、C為神經(jīng)元。和神經(jīng)元一樣，肌肉細(xì)胞在受到適宜的刺激后，也能引起細(xì)胞膜電位的變化。圖中③為神經(jīng)肌肉接頭，其結(jié)構(gòu)、功能類似于突觸。

（1）假如A、B、C都是興奮性神經(jīng)元，給神經(jīng)元A一個(gè)適宜的刺激，在①②③④處能記錄到圖Ⅱ膜電位的是__________。

（2）a、b、c、d中電位差為0mV的是__________。圖中PX線段表示_______電位；XY段時(shí)Na+向___________（內(nèi)/外）流。Y點(diǎn)時(shí)，神經(jīng)纖維膜內(nèi)外兩側(cè)間存在電位差，膜內(nèi)為_(kāi)__________（正/負(fù)）電位。

（3）如果C是一個(gè)抑制性神經(jīng)元，在②處給予一個(gè)適宜刺激，在①處能否記錄到膜電位的變化？___________。原因是______________________。

解析：圖Ⅱ膜電位表示的是興奮時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作電位，因興奮在突觸中是單向傳遞，給神經(jīng)元A一個(gè)適宜的刺激，在①②③④處都能記錄到圖Ⅱ膜電位。圖Ⅱ中PX線段為受刺激之前的電位，故為靜息電位。X→Y→Z為受到刺激后產(chǎn)生的動(dòng)作電位，XY段發(fā)生去極化，由于Na+的內(nèi)流，膜電位由內(nèi)負(fù)外正變?yōu)閮?nèi)正外負(fù)，故a、b、c、d中電位差為0mV的是b。如果C是一個(gè)抑制性神經(jīng)元，在②處給予一個(gè)適宜刺激，由于興奮在突觸中是單向傳遞，興奮可由B神經(jīng)元傳導(dǎo)到C神經(jīng)元，而C神經(jīng)元對(duì)A神經(jīng)元起抑制作用，故在①處不能測(cè)到膜電位的變化。

答案：（1）b （2）靜息內(nèi)正 （3）不能 興奮在突觸中是單向傳遞的，因此，不能由B神經(jīng)元直接傳遞到A神經(jīng)元，而是由B神經(jīng)元傳遞到C神經(jīng)元，而C神經(jīng)元對(duì)A神經(jīng)元起抑制作用，故在①處不能測(cè)到膜電位的變化。

例2 動(dòng)作電位的產(chǎn)生與細(xì)胞膜離子通透性的變化直接相關(guān)。細(xì)胞膜對(duì)離子通透性的高低可以用電導(dǎo)（g）表示，電導(dǎo)大，離子通透性高，電導(dǎo)小，離子通透性低。圖8表示神經(jīng)細(xì)胞接受刺激產(chǎn)生動(dòng)作電位過(guò)程中，細(xì)胞膜對(duì)Na+和K+的通透性及膜電位的變化分別是（gNa+、gK+分別表示Na+、K+的電導(dǎo)）

A.①④ B.①③ C.②③ D.②④

解析：受到刺激后，膜電位由內(nèi)負(fù)外正到內(nèi)正外負(fù)再到內(nèi)負(fù)外正的變化過(guò)程稱為動(dòng)作電位，故①正確。去極化的形成，是由于細(xì)胞膜對(duì)Na+的通透性增大（gNa+升高），Na+的內(nèi)流導(dǎo)致的，故③正確。

答案：B。

神經(jīng)調(diào)節(jié)的相關(guān)知識(shí)是高中生物知識(shí)體系中的主干、核心內(nèi)容。其中關(guān)于靜息電位、動(dòng)作電位圖像的分析，既是學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，又是高考中的熱點(diǎn)。不少學(xué)生對(duì)于此類問(wèn)題感到無(wú)從下手，不能準(zhǔn)確找到解題的突破口。

下面就該類問(wèn)題的解題策略進(jìn)行分析總結(jié)。

一、明確膜電位的記錄方式是解題的切入點(diǎn)

膜電位的記錄分為細(xì)胞內(nèi)記錄和細(xì)胞外記錄兩種方式。細(xì)胞內(nèi)記錄（圖1中的A）是用微電極（尖端直徑小于1μm的玻璃管微電極，管內(nèi)充以KCl溶液）插入細(xì)胞內(nèi)記錄生物電變化，能夠反映細(xì)胞處于靜息狀態(tài)或活動(dòng)狀態(tài)時(shí)電位變化的絕對(duì)值。

細(xì)胞外記錄（圖2）是兩個(gè)記錄電極均位于細(xì)胞外，記錄到的是兩個(gè)電極之間的電位差，僅反映兩個(gè)電極下電位變化的相對(duì)值。

選擇的記錄方式不同，得到的膜電位變化曲線就有差異。所以，在解題時(shí)，首先要明確膜電位的記錄方式，這是正確解答該類問(wèn)題的突破口和切入點(diǎn)。

問(wèn)題1：當(dāng)神經(jīng)纖維處于靜息狀態(tài)時(shí)，要測(cè)量靜息電位，應(yīng)采取哪種記錄方式？

答案：細(xì)胞內(nèi)記錄。

二、理解膜電位的變化過(guò)程和產(chǎn)生機(jī)制是解題的基礎(chǔ)

明確膜電位的記錄方式僅是邁出了正確解題的第一步，還需全面深刻地理解膜電位的變化過(guò)程和產(chǎn)生機(jī)制，這是正確解答該類問(wèn)題的基礎(chǔ)。靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制如圖3。

問(wèn)題2：人工改變細(xì)胞膜外K+的濃度，對(duì)靜息電位的大小有何影響？

答案：靜息電位主要是由K+向膜外擴(kuò)散而造成的。如果人工改變細(xì)胞膜外K+的濃度，當(dāng)細(xì)胞膜外K+的濃度增高時(shí)，膜內(nèi)外K+的濃度差減小，靜息電位幅值（靜息電位絕對(duì)值）將減小。反之，當(dāng)細(xì)胞膜外K+的濃度降低時(shí)，測(cè)得的靜息電位值增大。

動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制如圖4。

相關(guān)名詞術(shù)語(yǔ)（圖1中的B）：膜內(nèi)電位向負(fù)值減小的方向變化，稱為去極化；去極化至零電位后膜電位進(jìn)一步變?yōu)檎担Q為反極化；膜電位去極化后逐步恢復(fù)極化狀態(tài)的過(guò)程，稱作復(fù)極化；膜內(nèi)外電位差的數(shù)值向膜內(nèi)負(fù)值加大的方向變化時(shí)，稱為膜的超極化。

問(wèn)題3：人工改變細(xì)胞膜外Na+的濃度，對(duì)動(dòng)作電位的大小有何影響？

答案：動(dòng)作電位的幅度決定于細(xì)胞內(nèi)外的Na+濃度差，細(xì)胞外液Na+濃度降低則動(dòng)作電位幅度也相應(yīng)降低，而阻斷Na+通道（河豚毒）則能阻礙動(dòng)作電位的產(chǎn)生。反之，細(xì)胞外液Na+濃度升高，則動(dòng)作電位幅度也相應(yīng)升高。

問(wèn)題4：靜息電位形成時(shí)的K+的外流和動(dòng)作電位形成時(shí)的Na+的內(nèi)流是否消耗能量？

答案：K+的外流和Na+的內(nèi)流均是由通道蛋白介導(dǎo)的順濃度梯度的被動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，不消耗細(xì)胞代謝產(chǎn)生的能量。

應(yīng)該指出的是，動(dòng)作電位的產(chǎn)生并不消耗能量，而恢復(fù)到正常的靜息電位卻要消耗能量。

三、做好文圖信息轉(zhuǎn)換、圖文信息轉(zhuǎn)換和圖圖信息轉(zhuǎn)換是解題的關(guān)鍵

“對(duì)生物學(xué)圖表的閱讀和分析能力，運(yùn)用圖表準(zhǔn)確描述生物學(xué)現(xiàn)象、生物學(xué)過(guò)程和構(gòu)建生物學(xué)模型的能力，是考查考生生物科學(xué)素養(yǎng)的最好方式。”因此，在熟練掌握生物膜電位的變化過(guò)程和產(chǎn)生機(jī)制的基礎(chǔ)上，靈活進(jìn)行“文→圖”、“圖→文”、“圖→圖”的信息轉(zhuǎn)換，提高理解能力、信息處理能力和知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，是解答該類問(wèn)題的關(guān)鍵。

1. 文→圖

圖4描述了動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，將其轉(zhuǎn)換成膜電位隨時(shí)間的變化曲線圖即是圖1中的B。

2. 圖→文

圖2是用一對(duì)記錄電極置于神經(jīng)干的完好表面，在示波器上記錄到的 雙向動(dòng)作電位。神經(jīng)是由許多粗細(xì)不等的有髓和無(wú)髓神經(jīng)纖維組成的，故神經(jīng)干動(dòng)作電位是由許多神經(jīng)纖維的動(dòng)作電位合成的一種復(fù)合電位。采用細(xì)胞外記錄時(shí)，測(cè)得的波形實(shí)際上是兩個(gè)記錄電極的電位差。對(duì)于某一點(diǎn)，負(fù)電位的產(chǎn)生和終止不是突然的，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到最高點(diǎn)，故記錄曲線的上升和下降都具有一定的斜率。當(dāng)神經(jīng)未受刺激時(shí)，左右兩電極之間無(wú)電位差，示波器掃描光點(diǎn)為一水平基線。當(dāng)神經(jīng)左端受刺激興奮后，興奮會(huì)向未興奮處傳導(dǎo)，動(dòng)作電位傳到左電極下方時(shí)，左右兩電極間出現(xiàn)電位差，示波器上掃描光點(diǎn)向上偏轉(zhuǎn)（電生理實(shí)驗(yàn)中，習(xí)慣規(guī)定負(fù)波向上），當(dāng)動(dòng)作電位移到左右兩電極之間時(shí)，兩電極間無(wú)電位差。動(dòng)作電位繼續(xù)右移到右電極時(shí)，兩電極間又有電位差出現(xiàn)，且倒置，引起示波器光點(diǎn)向下偏轉(zhuǎn)。所以示波器上顯示了一個(gè)雙相動(dòng)作電位。

3. 圖→圖

問(wèn)題5：圖5為神經(jīng)電位的測(cè)量裝置，其中箭頭表示施加適宜刺激，陰影表示興奮區(qū)域。用記錄儀記錄a、b兩電極之間的電位差，結(jié)果如曲線圖。若將記錄儀記錄的a、b兩電極均置于膜外，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，則測(cè)量結(jié)果如何用曲線圖表示？若a、b之間的距離與興奮區(qū)域的長(zhǎng)度相等，結(jié)果如何？若在c點(diǎn)夾傷或者用藥物阻滯興奮的傳導(dǎo)，結(jié)果又將如何？

該問(wèn)題可訓(xùn)練學(xué)生的圖→圖的信息轉(zhuǎn)換能力。注意由于膜電位記錄方式的改變，得到的曲線圖會(huì)與原題稍有不同。答案如圖6。

四、 例題分析

例1 圖7中Ⅰ是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中A、B、C為神經(jīng)元。和神經(jīng)元一樣，肌肉細(xì)胞在受到適宜的刺激后，也能引起細(xì)胞膜電位的變化。圖中③為神經(jīng)肌肉接頭，其結(jié)構(gòu)、功能類似于突觸。

（1）假如A、B、C都是興奮性神經(jīng)元，給神經(jīng)元A一個(gè)適宜的刺激，在①②③④處能記錄到圖Ⅱ膜電位的是__________。

（2）a、b、c、d中電位差為0mV的是__________。圖中PX線段表示_______電位；XY段時(shí)Na+向___________（內(nèi)/外）流。Y點(diǎn)時(shí)，神經(jīng)纖維膜內(nèi)外兩側(cè)間存在電位差，膜內(nèi)為_(kāi)__________（正/負(fù)）電位。

（3）如果C是一個(gè)抑制性神經(jīng)元，在②處給予一個(gè)適宜刺激，在①處能否記錄到膜電位的變化？___________。原因是______________________。

解析：圖Ⅱ膜電位表示的是興奮時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作電位，因興奮在突觸中是單向傳遞，給神經(jīng)元A一個(gè)適宜的刺激，在①②③④處都能記錄到圖Ⅱ膜電位。圖Ⅱ中PX線段為受刺激之前的電位，故為靜息電位。X→Y→Z為受到刺激后產(chǎn)生的動(dòng)作電位，XY段發(fā)生去極化，由于Na+的內(nèi)流，膜電位由內(nèi)負(fù)外正變?yōu)閮?nèi)正外負(fù)，故a、b、c、d中電位差為0mV的是b。如果C是一個(gè)抑制性神經(jīng)元，在②處給予一個(gè)適宜刺激，由于興奮在突觸中是單向傳遞，興奮可由B神經(jīng)元傳導(dǎo)到C神經(jīng)元，而C神經(jīng)元對(duì)A神經(jīng)元起抑制作用，故在①處不能測(cè)到膜電位的變化。

答案：（1）b （2）靜息內(nèi)正 （3）不能 興奮在突觸中是單向傳遞的，因此，不能由B神經(jīng)元直接傳遞到A神經(jīng)元，而是由B神經(jīng)元傳遞到C神經(jīng)元，而C神經(jīng)元對(duì)A神經(jīng)元起抑制作用，故在①處不能測(cè)到膜電位的變化。

例2 動(dòng)作電位的產(chǎn)生與細(xì)胞膜離子通透性的變化直接相關(guān)。細(xì)胞膜對(duì)離子通透性的高低可以用電導(dǎo)（g）表示，電導(dǎo)大，離子通透性高，電導(dǎo)小，離子通透性低。圖8表示神經(jīng)細(xì)胞接受刺激產(chǎn)生動(dòng)作電位過(guò)程中，細(xì)胞膜對(duì)Na+和K+的通透性及膜電位的變化分別是（gNa+、gK+分別表示Na+、K+的電導(dǎo)）

A.①④ B.①③ C.②③ D.②④

解析：受到刺激后，膜電位由內(nèi)負(fù)外正到內(nèi)正外負(fù)再到內(nèi)負(fù)外正的變化過(guò)程稱為動(dòng)作電位，故①正確。去極化的形成，是由于細(xì)胞膜對(duì)Na+的通透性增大（gNa+升高），Na+的內(nèi)流導(dǎo)致的，故③正確。

答案：B。