生物實驗中的陽性對照與陰性對照

李潤潔

對照性原則是實驗設計的重要原則之一。在生物實驗的設計過程中，科學設置對照組是實驗成功的前提。常見的實驗除了有空白對照、自身對照等，在有的實驗中還需要再設置陽性對照和陰性對照。陽性對照和陰性對照相對于空白組來說，一般是對實驗對象進行了某種處理，如構建糖尿病模型動物等。陽性對照和陰性對照在很多實驗中都是必不可少的，下面筆者通過對幾道例題進行分析，以期使同學們明白陽性對照與陰性對照如何設置及其在實驗中的作用。

一、真題再現(xiàn)

【例1】（2021年廣東省普通高中學業(yè)水平選擇性考試）人體缺乏尿酸氧化酶，導致體內嘌呤分解代謝的終產(chǎn)物是尿酸（存在形式為尿酸鹽）。尿酸鹽經(jīng)腎小球濾過后，部分被腎小管細胞膜上具有尿酸鹽轉運功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收，最終回到血液。尿酸鹽重吸收過量會導致高尿酸血癥或痛風。目前，E是針對上述蛋白治療高尿酸血癥或痛風的常用臨床藥物。為研發(fā)新的藥物，研究人員對天然化合物F的降尿酸作用進行了研究。

給正常實驗大鼠（有尿酸氧化酶）灌服尿酸氧化酶抑制劑，獲得了若干只高尿酸血癥大鼠，并將其隨機分成數(shù)量相等的兩組，一組設為模型組，另一組灌服F設為治療組，一段時間后檢測相關指標，結果見圖1?；卮鹣铝袉栴}：

（1）與分泌蛋白相似，URAT1和GLUT9在細胞內的合成、加工和轉運過程需要及線粒體等細胞器（答出兩種即可）共同參與。腎小管細胞通過上述蛋白重吸收尿酸鹽，體現(xiàn)了細胞膜具有的功能特性。原尿中還有許多物質也需借助載體蛋白通過腎小管的細胞膜，這類跨膜運輸?shù)木唧w方式有 。

（2）URAT1分布于腎小管細胞刷狀緣（如圖2），該結構有利于尿酸鹽的重吸收，原因是。

（3）與空白對照組（灌服生理鹽水的正常實驗大鼠）相比，模型組的自變量是 ?。與其他兩組比較，設置模型組的目的是。

（4）根據(jù)尿酸鹽轉運蛋白檢測結果，推測F降低治療組大鼠血清尿酸鹽含量的原因可能是，減少尿酸鹽重吸收。為進一步評價F的作用效果，本實驗需要增設對照組，具體為。

【答案】（1）核糖體、內質網(wǎng)、高爾基體（答出兩種即可）? ? 選擇透過性? ? 協(xié)助擴散、主動運輸? ? （2）腎小管細胞的刷狀緣能明顯增大細胞膜的膜面積，有利于URAT1的附著，提高了物質轉運效率? ? （3）是否灌服尿酸氧化酶抑制劑? ? ? 通過灌服尿酸氧化酶抑制劑，與空白對照組形成對照，可說明尿酸氧化酶受抑制后大鼠患高尿酸血癥;與治療組形成對照，可說明F能降低血清尿酸鹽含量及蛋白URAT1和GLUT9的相對含量 （4）F能減少轉運蛋白URAT1和GLUT9的相對含量? ? 取與模型組生理狀態(tài)和數(shù)量等相同的大鼠灌服與F等量的藥物E，一段時間后測量血清中尿酸鹽含量和蛋白URAT1和GLUT9的相對含量，并將所得結果與治療組對照

【解析】（1）（2）略

（3）模型組灌服尿酸氧化酶抑制劑，與空白對照組灌服生理鹽水的正常實驗大鼠相比，模型組的自變量是是否灌服尿酸氧化酶抑制劑。

設置模型組與對照組相比可說明尿酸氧化酶受抑制后能使大鼠形成高尿酸血癥。設置模型組作為對照，治療組與之相比可說明F具有降低血清尿酸鹽含量和降低URAT1和GLUT9蛋白相對含量的功能。

（4）根據(jù)尿酸鹽轉運蛋白檢測結果，模型組灌服尿酸氧化酶抑制劑后轉運蛋白增加，灌服F的治療組轉運蛋白和空白組相同，可推測F降低治療組大鼠血清尿酸鹽含量的原因可能是F抑制轉運蛋白URAT1和GLUT9的相對含量，從而減少尿酸鹽重吸收。

為進一步評價F的作用效果，本實驗需要增設對照組，將高尿酸血癥大鼠灌服E與F進行對比，得出兩者降尿酸的作用效果。

【思考】1.本題中通過對大鼠灌服尿酸氧化酶抑制劑，從而獲得高尿酸血癥大鼠，這種動物稱為高尿酸血癥模型動物。在科學研究中通常利用某種方法使動物患上某種病癥，這些模型動物可以作為實驗材料，用于探究治療這類疾病的新藥物的療效。

2.本實驗中的模型組相比于空白組來說，實驗對象灌服了尿酸氧化酶抑制劑，從而形成了高尿酸血癥大鼠動物模型。與治療組灌服F相比，模型組則灌服生理鹽水或配制藥物F的溶劑，因此可預測模型組其結果一定是血清尿酸鹽含量較高，URAT1和GLUT9兩種蛋白質的含量也較高。它作為治療組的參照物，能說明F對高尿酸血癥的治療效果，因此模型組屬于陰性對照組。

3.由于E是已知針對治療高尿酸血癥或痛風的常用臨床藥物，因此需要比較F與E的治療效果，設置（4）中所要求的陽性對照。通常在探究某種新藥對某種疾病的治療效果時，陽性對照和陰性對照都是必須設置的。

二、如何設置陽性對照和陰性對照

【例2】類風濕性關節(jié)炎（RA）是因免疫炎癥反應引起的關節(jié)受損進而導致關節(jié)功能障礙和殘疾的一種疾病，嚴重影響患者的生活質量。

（1）糖皮質激素（GC）屬于腎上腺皮質激素，正常機體通過圖3所示的途徑調節(jié)GC的分泌。GC具有免疫抑制作用，是治療RA的藥物之一，RA患者長期大劑量使用GC，會導致患者腎上腺皮質分泌功能，因此最好在治療過程中間斷補充，以防止腎上腺皮質萎縮，引起嚴重后果。

（2）GC具有較強的毒副作用且臨床效果并不理想。研究人員為探索中藥姜黃提取物姜黃素對RA的干預作用做了如下研究。將體重相同的大鼠隨機分為正常對照組、造模組，分別進行如下處理，造模組前期需完成RA動物模型的制備，前期處理完成后再分別進行后期處理。請完成實驗方案，①②③④分別對應（填字母）。

組別 前期處理 前期處理后關節(jié)情況 后期處理

注：弗氏完全佐劑為細胞免疫刺激劑。

a.注射弗氏完全佐劑b.注射生理鹽水

c.注射姜黃素d.關節(jié)腫脹e.關節(jié)不腫脹

【答案】（1）減退? ? 促腎上腺皮質激素（或ACTH）? ? （2）bdbb

【解析】（1）略

（2）探索中藥姜黃提取物姜黃素對RA的干預作用，實驗的自變量是是否注射姜黃素。實驗需要遵循單一變量和對照性原則。根據(jù)題意可知，“造模組前期需完成RA動物模型的制備”，因此正常對照組注射生理鹽水，而造模組注射等量的弗氏完全佐劑。

前期處理后正常對照組關節(jié)不腫脹，而造模組則會出現(xiàn)關節(jié)腫脹。后期處理仍然遵循單一變量原則，即正常對照組仍注射生理鹽水，模型組同樣注射等量的生理鹽水，而姜黃素組需要注射等量的姜黃素。故①②③④分別對應bdbb。

【思考】本題中正常對照組未對實驗對象施加處理，屬于正常的大鼠，姜黃素組是給模型動物注射姜黃素，屬于實驗組。模型組④屬于陰性對照，陰性對照是作為姜黃素組的對照，從而說明姜黃提取物姜黃素對RA有無影響，因此模型組④的實驗操作是對模型動物注射生理鹽水。此外，本題實驗為了探究姜黃素對RA的影響效果，還可以再設置一個陽性對照，即用一定量的GC注射給模型動物。