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动作电位疑难例题勘误评析

2017-05-31 18:26阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1213016541

动作电位是高中生物学中一个非常重要的概念，也是高考的高频考点。各地模拟卷中针对该考点的试题层出不穷，有许多试题材料和角度新颖，思考性强，对于教师和学生理解掌握相关内容大有裨益。但也有的试题存在语言表述及科学性方面的不严谨之处，反而给广大师生带来困扰。现收集部分个人觉得有疑义的典型例题，进行评析释疑，勘正错误，厘清概念，并归纳解题方法，以期对准确理解动作电位概念有所帮助。
1 动作电位的检测
例题1.（宁波市 2017 年3月新高考选考适应性考试27题） 若在如图甲所示神经纤维的右侧给予一适当的刺激 (电表指针偏转方向与电流进表方向一致)，图①②③是神经冲动在纤维上传导过程中可能出现的电表指针偏转示意图，下列叙述正确的是（ ） 动作电位疑难例题勘误评析
A．图中电表偏转的顺序依次是：②→①→②→③→②
B．图①中
b 电极处钠离子通道大量开放，钠离子内流
C．图②中 a 电极处神经纤维膜呈外正内负，钾离子通道开放，钠离子通道关闭
D．图③中 a 电极处神经纤维处于极化状态，钾离子扩散到膜外，而负离子不能扩散出去
解释：本题参考答案为D。a、b电极分别置于膜内和膜外，静息时电位分布是外正内负，因此电表起始偏转情况如图③所示，而不可能是图②，A错误。图①表示a 电极电位高于b电极，可能是a电极处处于极化状态而b电极处处于下图1中bd阶段（不含b、d 点，即反极化状态），也可能是b电极处处于极化状态而a电极处处于下图2中bd阶段（不含b、d 点，即反极化状态）。因此不能确定图①中 b 电极处钠离子通道是否大量开放，B 错误。图②表示a 电极电位等于b电极，可能是b电极处处于下图1中b点或d 点，也可能是a电极处处于下图2中b点或d 点。同样不能确定a 电极处神经纤维膜的状态，C错误。
图1 动作电位疑难例题勘误评析

图2 动作电位疑难例题勘误评析

勘误：综上所述，A、B、C选项确实错误。问题是该题D选项也不正确。图③表示a 电极电位低于b电极，a 电极处处于上图2中 ab或df阶段（不含b、d 点）均可以，不能确定a 电极处神经纤维处于极化状态，D错误。因此该题是个错题。此外，题干中“电表指针偏转方向与电流进表方向一致”一句表述也不合规范，表述为“a电极电位较低时电表指针往左偏转”更清晰明了。
评析：本题考查静息电位与动作电位的检测。将电流表的两个电极分别置于神经纤维的膜内和膜外，静息时测得的电位分布称为静息电位，受刺激后产生的电位波动称为动作电位。电流表偏转情况与两电极处电位分布情况关系可结合图1与图2进行分析，这也是解决这一类问题的有效解题方法。图1与图2的区别在于参考电极不同。图1是以膜内电极作为参考电极（设为零电位），记录膜外某点的电位变化情况。图2则相反，是以膜外电极作为参考电极（设为零电位），记录膜内某点的电位变化情况。在各种参考资料中图2更为常见。
2 动作电位的产生机理
例题2.（杭州市2017届高三上学期期末教学质量检测27题）以新鲜的蛙坐骨神经腓肠肌标本为材料，适宜条件下坐骨神经纤维产生动作电位的过程中，由于钠钾离子的流动造成的跨膜电流如图所示（内向电流是指正离子由细胞膜外向膜内流动，外向电流则相反）。下列说法正确的是（ ） 动作电位疑难例题勘误评析
A.ab段正离子内流需要消耗ATP
B.cd段正离子与Na+通道蛋白结合排出细胞
C.c点时坐骨神经纤维的膜电位大于0mV
D.f点后，腓肠肌的细胞膜不一定去极化
解释：本题参考答案为C。ab段是正向电流，由正离子（钠离子）内流导致，钠离子内流为易化扩散不需要消耗ATP。A错误。cd段是外向电流，由正离子（钾离子）外流导致，钾离子外流不与Na通道蛋白结合，而是经钾离子通道流出。B错误。ab段与bc 段均是内向电流，表示的过程是钠离子从缓慢内流（开始去极化）、快速内流（钠离子通道全部打开，快速去极化）、内流减慢至平衡（达到反极化）因此C点表示动作电位的最高点，此时膜内电位大于0。f点后，当兴奋传递到腓肠肌细胞，腓肠肌细胞膜发生去极化过程。
勘误：本题的C、D选项的表述均不确切。c点时表示达到动作电位的最高点，膜内电位大于0，相应的，膜外电位则小于0，即外负内正，因此C选项应准确表述为“c点时坐骨神经纤维的膜内电位大于0mV”。去极化可以表示过程，也可以表示状态，“不一定去极化”这个说法可以有2种理解，一种理解为不一定发生去极化过程，则该说法错误；一种理解为不一定处于去极化状态，则该说法正确，因为腓肠肌细胞膜不可能在f点后一直处于去极化状态。因此D选项应该改为“f点后，腓肠肌的细胞膜不一定会发生去极化”。
评析：本题考查动作电位产生机理。解决这类题目仍然需要结合上文的图2进行分析。题中ac段相当于图2的ac段，即正离子（钠离子）内流，导致去极化，膜内电位上升。题中b点相当于图2中ac的中点，此时钠离子内流最快，去极化速度最快。题中ce段相当于图2的cf段，即钾离子外流导致复极化（图2中ce段），乃至更多正离子往外转运导致超极化（图2中ef段，关于超极化形成原因有两种说法，高中阶段不作要求，在此不赘述）。题中ef段相当于图2中fg段，即通过小幅度内向电流使膜内从超极化恢复到极化状态。
3 动作电位的传导
例题3.（2014届浙江省高考模拟冲刺卷第6题）研究人员为了研究动作电位的传导过程，用适宜强度的刺激去刺激离体的神经纤维，并测定神经纤维上甲、乙、丙、丁四处某时刻的电位情况（如图）。下列叙述正确是（ ） 动作电位疑难例题勘误评析
A．该神经细胞的静息电位为－60mV
B．该神经细胞的动作电位为+10mV
C．乙处神经纤维膜处于去极化过程
D．丙处膜上的钾离子通道处于开放状态
解析：本题参考答案是C。由于该题是一个明显错题，所以不在此解释，直接在下文中说明。
图3 动作电位疑难例题勘误评析
勘误：在神经纤维上给予适宜强度刺激，将会产生一个动作电位并沿甲至丁方向传导下去，之后某时刻的电位分布如图3。甲、乙处于①—②阶段，即复极化阶段，丙处于②—③阶段或③—④阶段，即复极化或去极化阶段，丁处于④—⑤阶段，即去极化阶段或激化状态。因此该神经细胞的静息电位低于或等于-70 mV，动作电位高于或等于+10mV，乙处神经纤维 膜处于复极化过程，丙处膜上的钾离子通道处于开放状态或钠离子通道处于开放状态。之所以乙必定处于复极化过程，原因在于乙比丙更接近刺激点，必然已经比丙更早产生动作电位。因此四个选项说法均错误。
评析：该题考查动作电位的传导。可结合图3进行分析。图3也叫动作电位传导图或动作电位分布图，要区别于图2的动作电位变化图。图2是神经纤维上某一点在受到刺激后不同时刻的膜内电位变化图，横坐标是时间，超极化区段(图2efg）画在右侧，即动作电位发生后才产生超极化现象。图3表示神经纤维受到刺激后某一时刻不同部位的膜内电位分布情况，横坐标表示神经纤维的位置，超极化区段（图3①）画在接近刺激点的一侧，表示该点已经兴奋过了，而较远的点正在产生或即将产生动作电位。可以据此判断动作电位传导方向，动作电位是由超极化一侧向另一侧传导。

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