例談以“穩(wěn)態(tài)”為前提的生命活動調(diào)節(jié)

安徽

對于多細(xì)胞生物而言，生命活動調(diào)節(jié)是一個緊密協(xié)調(diào)合作的過程。例如，神經(jīng)-體液-免疫調(diào)節(jié)機制保障了生物體動態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)，保障了生命活動有條不紊地進行；生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞和反饋調(diào)節(jié)，使得生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)能力?？梢哉f生物體具備相對穩(wěn)定的狀態(tài)，才有了今天絢麗多彩的世界，“穩(wěn)態(tài)”是生命活動的前提。在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》（簡稱“新課標(biāo)”）中的學(xué)科核心素養(yǎng)生命觀念里提出了“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”，由此可見，這一部分內(nèi)容在考查形式上將會受到更多的重視?！靶抡n標(biāo)”除了有新提法，也體現(xiàn)了過渡性。在復(fù)習(xí)中，教師應(yīng)該明確培養(yǎng)核心素養(yǎng)的指導(dǎo)意義，在《考試大綱》的引領(lǐng)下，認(rèn)清生命活動的“統(tǒng)一性”尤其重要。通過對例題的分析，筆者換一個角度思考生命活動調(diào)節(jié)的過程和意義，讓學(xué)生更好地理解“穩(wěn)態(tài)”對生命活動的重要意義。

1.細(xì)胞與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)

以人體為例，人體內(nèi)絕大多數(shù)細(xì)胞并不與外界相接觸，而是浸潤于機體內(nèi)部的血漿、組織液、淋巴等細(xì)胞外液（即內(nèi)環(huán)境）中，內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)指的是內(nèi)環(huán)境的各種組成成分和理化性質(zhì)在一定范圍內(nèi)維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。如果內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失調(diào)，將會影響細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能，主要表現(xiàn)在兩個方面：第一、滲透壓是維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的重要因素，滲透壓升高或降低都會引起細(xì)胞形態(tài)與功能的異常；第二、適宜的體溫和pH是酶正常發(fā)揮作用的必要條件，體溫過高或過低、pH過酸或過堿，都會使細(xì)胞代謝失調(diào)。

2.個體層次上的“穩(wěn)態(tài)”

2.1 植物的激素調(diào)節(jié)

植物生命活動的正常進行依賴于多種激素相互作用、共同調(diào)節(jié)，激素就是通過影響細(xì)胞內(nèi)相關(guān)基因的表達來對植物的生命活動進行調(diào)節(jié)，這就要求各種激素的量維持在一定的水平，即處于穩(wěn)態(tài)，否則，植物正常的生命活動將受到影響。

【例1】矮化栽培是現(xiàn)代蘋果生產(chǎn)的趨勢，為研究矮化蘋果（M9）砧木致矮機理，研究者進行了系列實驗。研究者將富士蘋果（非矮化）、M9和八棱海棠（非矮化）三種植物進行嫁接，如圖1所示。一段時間后，檢測富士-M9-八棱海棠不同部位PIN基因（IAA運輸載體基因）的表達情況，結(jié)果如圖2所示。下列敘述錯誤的是（ ）

圖1

圖2

A.在富士-M9-八棱海棠中，表達量較高的兩種PIN基因為PIN8和PIN10

B.PIN1、PIN2的表達相對量可能與M9致矮密切相關(guān)，而PIN10與其無關(guān)

C.細(xì)胞分裂素主要在植物體的根尖合成并運至地上部分，促進細(xì)胞分裂進而促進植物生長

D.環(huán)境因子會引起植物體內(nèi)包括激素合成在內(nèi)的多種變化，對基因組的表達進行調(diào)節(jié)

【答案】B

【分析】據(jù)題可以從三個層面理解植物的生長。一、植物的正常生長與基因有關(guān)，IAA的運輸載體基因的表達情況與矮化性狀的關(guān)系；二、與激素的種類有關(guān)，生長素與細(xì)胞分裂素等各種激素對植物的調(diào)節(jié)不是孤立的，而是相互作用、共同調(diào)節(jié)的；三、與激素的合成量有關(guān)，植物生長的各個時期含有的多種激素，所表現(xiàn)出來的生理狀態(tài)與激素含量相關(guān)。當(dāng)植物受到外界環(huán)境的影響時，只有植物體激素的合成、細(xì)胞的代謝等達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，植物才能正常生長。當(dāng)然，本題還從實驗設(shè)計的角度，考查了學(xué)生的獲取信息能力與實驗探究能力。除此之外，動物的生命活動調(diào)節(jié)與穩(wěn)態(tài)的關(guān)系也有理可循。

2.2 動物的生命活動調(diào)節(jié)

2.2.1 動物的神經(jīng)調(diào)節(jié)

神經(jīng)調(diào)節(jié)對動物生命活動的調(diào)節(jié)至關(guān)重要，所以神經(jīng)調(diào)節(jié)如果偏離正常的“穩(wěn)態(tài)”水平，生命活動也會出現(xiàn)異常。

【例2】（2016年，全國卷Ⅱ，第30題節(jié)選）乙酰膽堿可作為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其合成與釋放見示意圖。據(jù)圖3回答問題：

圖3

（3）若由于某種原因使D酶失活，則突觸后神經(jīng)元會表現(xiàn)為持續(xù)_________ 。

【答案】興奮

【分析】依題分析，神經(jīng)調(diào)節(jié)具有準(zhǔn)確、迅速和短暫等特點，精確的突觸釋放遞質(zhì)和受體接受信息過程與神經(jīng)纖維上的電信號傳遞，才能保證生物體做出精準(zhǔn)的應(yīng)答。當(dāng)在信息傳遞過程中，出現(xiàn)了A-C不能及時水解，受體不能接受信息等情況，比如興奮性遞質(zhì)不能被及時分解，突觸后膜神經(jīng)元就會持續(xù)興奮，如果上一個神經(jīng)元釋放的是抑制性遞質(zhì)，突觸后膜神經(jīng)元就會持續(xù)抑制，這種“穩(wěn)態(tài)”就會被打破，神經(jīng)調(diào)節(jié)偏離“穩(wěn)態(tài)”，使得突觸后膜持續(xù)性興奮，生命活動就會受到影響。本題以“乙酰膽堿的合成與釋放示意圖”為情境，考查突觸結(jié)構(gòu)及其神經(jīng)調(diào)節(jié)中的相關(guān)知識和學(xué)生獲取信息能力和綜合運用能力。

2.2.2 動物的激素調(diào)節(jié)

動物正常的生命活動還要借助于激素調(diào)節(jié)，機體往往通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)使一些激素的含量維持在穩(wěn)態(tài)水平。通過正反饋調(diào)節(jié)可以加強有關(guān)行為活動，使其順利完成該生命活動。

【例3】一般認(rèn)為母體的分娩是由機械性擴張、神經(jīng)及激素等多種因素相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)而促成的。圖4是下丘腦與垂體之間的關(guān)系示意圖，圖5是哺乳動物分娩過程的部分調(diào)節(jié)示意圖（“+”表示促進，“-”表示抑制）。

請據(jù)圖回答下列問題：

圖4

圖5

（1）妊娠最后階段，胎兒下丘腦中的細(xì)胞B分泌的促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素增加，促進腺垂體中的細(xì)胞C分泌___________ 。該激素作用于腎上腺，促進腎上腺分泌腎上腺皮質(zhì)激素。腎上腺皮質(zhì)激素進入胎盤，促進胎盤細(xì)胞分泌___________ ，引起子宮肌肉收縮，發(fā)動分娩。

（2）催產(chǎn)素是由孕婦下丘腦中的細(xì)胞A產(chǎn)生，在垂體部位釋放的多肽類激素。當(dāng)胎兒先露部位壓迫宮頸之后，宮頸內(nèi)壓力感受器興奮，產(chǎn)生的神經(jīng)沖動通過___________ （填信息分子）傳遞給下丘腦細(xì)胞A的細(xì)胞體。在細(xì)胞A的胞體部位產(chǎn)生的催產(chǎn)素以____________ 的形式運輸?shù)轿挥诖贵w內(nèi)的細(xì)胞A軸突末梢。

（3）圖5中催產(chǎn)素分泌的調(diào)節(jié)方式是____________ 。可用于保胎的激素是___________ 。

（4）催產(chǎn)素可使子宮收縮，而子宮收縮和胎兒對產(chǎn)道的刺激又進一步加強催產(chǎn)素分泌，這是一種__________（填“正反饋”或“負(fù)反饋”）調(diào)節(jié)，意義是___________________________。

【答案】（1）促腎上腺皮質(zhì)激素 前列腺素（2）神經(jīng)遞質(zhì) 囊泡 （3）神經(jīng)-體液調(diào)節(jié) 孕激素 （4）正反饋 加快分娩的進程

【分析】動物激素調(diào)節(jié)最能體現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機制，包括正反饋調(diào)節(jié)和負(fù)反饋調(diào)節(jié)。動物的激素調(diào)節(jié)也是非常復(fù)雜的，除了激素本身的分級調(diào)節(jié)，還會受到神經(jīng)調(diào)節(jié)的支配。圖中正反饋調(diào)節(jié)的加強作用為胎兒分娩的順利進行提供了保障，此外還有排尿反射等也是正反饋調(diào)節(jié)；負(fù)反饋調(diào)節(jié)會使身體的一些生命活動保持相對穩(wěn)定，是一種非常普遍的調(diào)節(jié)機制，比如血糖調(diào)節(jié)、水鹽平衡調(diào)節(jié)和體溫調(diào)節(jié)等?？梢哉f，正反饋調(diào)節(jié)的過程將使系統(tǒng)的變化得到強化，負(fù)反饋調(diào)節(jié)的結(jié)果是使系統(tǒng)維持穩(wěn)定。

2.2.3 免疫調(diào)節(jié)

人體生活在一定的外界環(huán)境中，環(huán)境中有各種各樣的細(xì)菌、病毒，免疫系統(tǒng)可以抵御這些病原體，使身體保持相對健康狀態(tài)。而一旦病原體在機體內(nèi)肆虐，穩(wěn)態(tài)則會失衡，人體就會患病。

【例4】（2018年，北京卷，第29題）癌癥是當(dāng)前嚴(yán)重危害人類健康的重大疾病。研究人員利用與癌細(xì)胞在某些方面具有相似性的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）進行了抗腫瘤的免疫學(xué)研究。

（1）癌細(xì)胞具有無限_________ 的特點。當(dāng)體內(nèi)出現(xiàn)癌細(xì)胞時，可激發(fā)機體的_________ 系統(tǒng)發(fā)揮清除作用。

（2）研究人員進行的系列實驗如下：

免疫組小鼠：每周注射1次含失去增殖活性的iPSC懸液，連續(xù)4周；

空白組小鼠：每周注射1次不含失去增殖活性的iPSC的緩沖液，連續(xù)4周。

實驗一：取免疫組和空白組小鼠的血清分別與iPSC、DB7（一種癌細(xì)胞）和MEF（一種正常體細(xì)胞）混合，檢測三種細(xì)胞與血清中抗體的結(jié)合率，結(jié)果見表1。

表1

①比較表1中iPSC與兩組小鼠血清作用的結(jié)果可知，免疫組的數(shù)值明顯________ 空白組的數(shù)值，說明 iPSC 刺激小鼠產(chǎn)生了特異性抗體。

②表1中DB7和iPSC與免疫組小鼠血清作用后的檢測數(shù)據(jù)無明顯差異，說明 DB7 有____________ 。

③綜合表1中全部數(shù)據(jù)，實驗結(jié)果表明____________________ 。

實驗二：給免疫組和空白組小鼠皮下注射DB7，一周后皮下形成腫瘤。隨后空白組小鼠腫瘤體積逐漸增大，免疫組小鼠腫瘤體積逐漸縮小。由此推測：iPSC還能刺激機體產(chǎn)生特異性抗腫瘤的___________免疫。

（3）研究人員另取小鼠進行實驗，驗證了上述推測。如圖6為實驗組的實驗過程及結(jié)果示意圖。請在圖6中選擇A或B填入④處，從C～F中選擇字母填入①～③處。

圖6

（4）該系列研究潛在的應(yīng)用前景是iPSC可以用于__________________________。

【答案】（1）分裂/增殖 免疫 （2）實驗一：①高于 ②可以與抗iPSC的抗體結(jié)合的抗原 ③抗iPSC的抗體可以與DB7上的抗原特異性結(jié)合，而不能與MEF上的抗原結(jié)合/ iPSC與DB7有共同的抗原，與MEF無共同的抗原 實驗二：細(xì)胞 （3）①F②D ③C ④B （4）預(yù)防和治療癌癥

【分析】本題通過實驗較全面地考查動物的免疫調(diào)節(jié)，包括體液免疫、細(xì)胞免疫等相關(guān)知識，以及利用近年來對多能干細(xì)胞（iPSC）的研究，還分析了機體細(xì)胞抑制腫瘤細(xì)胞生長等原理。而針對癌細(xì)胞發(fā)起的一系列免疫反應(yīng)還是基于保護機體，使其處在一個動態(tài)平衡的環(huán)境，只有在機體處在穩(wěn)態(tài)中，才能夠正常地生長、發(fā)育和繁殖，所以說，機體通過免疫調(diào)節(jié)，令其生命活動處于一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這是生存和發(fā)展的必然。

3.生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)

生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性包括抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性，二者的基礎(chǔ)均是生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，當(dāng)外來干擾超過自身的調(diào)節(jié)能力時，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)就可能遭到破壞。

【例5】（2018年，天津卷，第8題）為研究森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)，對西黃松老齡（未砍伐50～250年）和幼齡（砍伐后22年）生態(tài)系統(tǒng)的有機碳庫及年碳收支進行測定，結(jié)果見表2，據(jù)表回答：

表2

（1）西黃松群落被砍伐后，可逐漸形成自然幼齡群落，體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的________ 穩(wěn)定性。

（2）大氣中的碳主要在葉綠體_________ 部位被固定，進入生物群落。幼齡西黃松群落每平方米有________ 克碳用于生產(chǎn)者當(dāng)年的生長、發(fā)育、繁殖，儲存在生產(chǎn)者活生物量中；其中，部分通過生態(tài)系統(tǒng)中_________ 的呼吸作用，部分轉(zhuǎn)變?yōu)樗烙袡C質(zhì)和土壤有機碳后通過_________ 的分解作用，返回大氣中的CO2庫。

（3）西黃松幼齡群落中每克生產(chǎn)者活生物量的凈初級生產(chǎn)力________ （填“大于”“等于”或“小于”）老齡群落。根據(jù)年碳收支分析，幼齡西黃松群落________（填“能”或“不能”）降低大氣碳總量。

【答案】（1）恢復(fù)力 （2）基質(zhì) 360消費者 分解者 （3）大于 不能

【解析】在不同版本的教材中關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的說法可能不一樣。人教版必修3中強調(diào)的是動物和人體生命活動的調(diào)節(jié)，在人教版教材中給出的術(shù)語是“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”，在蘇教版中給出的是“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)”，也叫生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。蘇教版必修3“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”中關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)的概念（生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性）描述為生態(tài)系統(tǒng)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)是生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能協(xié)調(diào)發(fā)展的重要標(biāo)志，其自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)是負(fù)反饋調(diào)節(jié)。這種負(fù)反饋調(diào)節(jié)也是基于生態(tài)系統(tǒng)的各個成分等構(gòu)成的模式，以及能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞等生態(tài)系統(tǒng)的功能，才使得生態(tài)系統(tǒng)維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。例如，信息傳遞能夠調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的各個組成成分之間的關(guān)系，強化生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機制，發(fā)揮維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的作用。

綜上所述，小到細(xì)胞、組織、器官正常的生命活動，大到生態(tài)系統(tǒng)各種生物的生存與繁衍，都離不開其相對穩(wěn)定的狀態(tài)，即穩(wěn)態(tài)。在復(fù)習(xí)中針對生物體或生態(tài)系統(tǒng)的一系列生命活動，依此可以：一是建立以“穩(wěn)態(tài)”為結(jié)構(gòu)脈絡(luò)的包括細(xì)胞學(xué)、生理學(xué)和生態(tài)學(xué)等知識網(wǎng)絡(luò)；二是建立以“穩(wěn)態(tài)”為生命活動基礎(chǔ)的生物生存和發(fā)展的認(rèn)識體系。當(dāng)然，還可以從“結(jié)構(gòu)和功能的聯(lián)系”等角度進行梳理，構(gòu)建自己的知識網(wǎng)絡(luò)，提高認(rèn)知能力，提升生物學(xué)科的核心素養(yǎng)。