例析陰性對照與陽性對照在高中生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用

丁德成

摘要：本文比較了陰性對照、陽性對照與空白對照的控制方法與意義，例析了浙科版高中生物教材中的陰性對照實驗和陽性對照實驗，并舉例說明如何在實驗設(shè)計中運用陰性對照實驗和陽性對照實驗的方法去解決問題。本文有助于學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究等核心素養(yǎng)能力的培養(yǎng)，掌握研究生命科學(xué)最基本的方法，能夠客觀地、理性地理解、判斷和推理。

關(guān)鍵詞：陰性對照;陽性對照;空白對照;實驗設(shè)計

一、什么是陰性對照實驗與陽性對照實驗

對照原則是實驗設(shè)計中的基本原則之一，對照的方法與分類標準有多種，常常分為空白對照、自身對照、相互對照、條件對照、配對對照、標準對照、陽性對照、陰性對照、安慰劑對照（雙盲實驗）等[1]。

陽性對照實驗和陰性對照試驗是生物學(xué)實驗中常用的兩種對照方法。其中陽性對照實驗是對對照組施以能發(fā)生陽性反應(yīng)的處理，其目的是顯示陽性反應(yīng)結(jié)果;而陰性對照實驗是對對照組施以發(fā)生陰性反應(yīng)的處理，目的是排除假陽性反應(yīng)的干擾。陰性對照實驗與空白對照試驗并不完全相同，陽性對照實驗和陰性對照試驗是針對“預(yù)期結(jié)果”而言，其預(yù)期結(jié)果分別為陽性反應(yīng)與陰性反應(yīng)，其中陰性對照實驗可采用安慰劑處理，也可采用空白對照處理。而空白對照實驗是針對“處理變量”而言，其未對實驗變量進行處理，很多實驗中經(jīng)常用蒸餾水或生理鹽水或假手術(shù)處理對實驗材料進行替代處理。

二、浙科版高中生物教材中陽性對照與陰性對照實驗例舉

浙科版高中生物教材中有許多實驗與活動涉及多種對照方法，現(xiàn)就有關(guān)陽性對照與陰性對照實驗進行部分例舉。

（一）必修一活動“檢測生物組織中的糖類和蛋白質(zhì)”在各種食物所含成分的檢測中，樣本上清液+檢測試劑組為實驗組，而未加檢測試劑的樣本上清液作為陰性對照組（也是空白對照組）。

（二）必修一活動“驗證活細胞吸收物質(zhì)的選擇性”中，未煮沸的種子為實驗組，煮過的種子為陽性對照組。

（三）必修一活動“探究酶的專一性”實驗中，分組如下：

上表中，1、2作為空白對照，3與4、5與6、3與5、4與6可構(gòu)成四種配對對照，并由此判斷出酶的專一性。其中，3和6可作為陽性對照實驗，4和5可作為陰性對照實驗。

陰性對照實驗可能會出現(xiàn)假陽性反應(yīng)，比如5號試管若出現(xiàn)輕度陽性反應(yīng)，則可能有多種原因：①淀粉不純，混入了少量蔗糖;②蔗糖酶不純，混入了少量淀粉酶;③蔗糖酶不純，混入了少量還原糖;④可能蔗糖酶能催化淀粉分解，只是效率不高而已。

（四）必修三活動“模擬尿糖的檢測”實驗中，分組如下：

其中，1號試管（清水）為空白對照組，2號試管（葡萄糖溶液）為陽性對照組，3號試管（蛋白質(zhì)溶液）為陰性對照組，4號試管（甲尿液）和5號試管（乙尿液）為實驗組。

陰性對照、陽性對照與空白對照、標準對照、配對對照這些方法并不是截然分開的，在某些情況下，某一對照組別可以同時兼有兩種或多種對照方法，甚至有時實驗組與對照組也是相對而言的。

三、陰性對照實驗與陽性對照實驗在生物實驗分組設(shè)計中的應(yīng)用

在實驗設(shè)計中往往需要設(shè)計分組實驗，其中對照組的選擇經(jīng)常需要設(shè)計陰性對照組和陽性對照組，這尤其在動物藥理實驗、免疫學(xué)診斷等動物生理實驗中比較常見，下面將例舉一些實驗題進行說明。

例1：（節(jié)選自三釘試卷）已知藥物X廣泛應(yīng)用于缺血性心腦血管疾病的治療。隨著臨床的廣泛應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該藥有溶血反應(yīng)（紅細胞破裂）。請利用以下實驗材料研究藥物X注射給藥劑量引起溶血的風(fēng)險評價。

實驗材料：小鼠紅細胞懸液、50mg/ml藥物X、CO2培養(yǎng)箱、生理鹽水注射液、蒸餾水、注射器、試管、紫外分光光度計。

（說明：紫外分光光度計于波長54Onm下測定吸光度（OD值），溶血率計算公式為：溶血率（%）=（樣品管OD值-陰性對照管OD值）/（陽性對照管OD值-陰性對照管OD值）×100%。

本實驗中當(dāng)紅細胞破裂（即發(fā)生溶血反應(yīng)）后可引起離心后的溶液中OD值變大，其變化量可用紫外分光光度計測定。由于正常情況下紅細胞也會輕度陽性反應(yīng)，因此需要設(shè)置加入等量的生理鹽水注射液而不含藥物X的陰性實驗組;同時為判斷紅細胞溶血程度的大小，需設(shè)置加入等量的蒸餾水而不含藥物X的陽性實驗組（紅細胞全部吸水漲破）。

例2：（節(jié)選自嘉興模擬·33）冬蟲夏草提取液和對應(yīng)的益生菌可用于治療肥胖，研究發(fā)現(xiàn)主要是冬蟲夏草提取液中的蟲草多糖起作用。為確定治療肥胖的具體蟲草多糖類型，某科研小組從冬蟲夏草提取液中分離獲得四種蟲草多糖（H1、H2、H3、H4），并利用小鼠進行了相關(guān)研究，實驗結(jié)果如圖所示。

材料與用具：生理鹽水，高脂飼料（HFD），普通飼料，正常小鼠140只，冬蟲夏草提取液（HSM）、H1、H2、H3、H4、體重測量儀。

說明：小鼠培養(yǎng)、飼喂的具體操作不做要求;小鼠體重的具體測量不作要求;不考慮添加物質(zhì)后的體積變化;整個實驗過程實驗條件適宜。

（1）完善實驗思路：

①取小鼠 只，每天飼喂高脂飼料，12周后成為肥胖小鼠。其余小鼠飼喂普通飼料，為正常小鼠。

②……

由于本實驗中分離出了四種蟲草多糖（H1、H2、H3、H4），可分別設(shè)置為4組相互對照的實驗組;而冬蟲夏草提取液（HSM）含有上述成分，可設(shè)置為陽性對照實驗，以判斷四種蟲草多糖的作用效果;正常小鼠每天飼喂含有生理鹽水的正常飼料，作為空白對照組;還需設(shè)置一組肥胖小鼠每天繼續(xù)飼喂含有生理鹽水的高脂飼料作為陰性對照組。因此，總共需要分為7組實驗，每組20只小鼠。

綜上所述，在設(shè)置實驗組別時不僅要考慮實驗組的設(shè)置，更需要根據(jù)題目中提供的材料和試劑選擇合適的對照方法，設(shè)置空白對照、陰性對照或陽性對照，甚至在有些實驗中還需設(shè)置安慰劑對照實驗（雙盲實驗）。一般情況下，如需要排除假陽性反應(yīng)的干擾就要設(shè)置陰性對照，如需要排除假陰性反應(yīng)或判斷某種效果的強弱，則需要設(shè)置陽性對照。

參考文獻：

[1]曾鵬光.淺談生物學(xué)實驗中對照實驗的類型