高考试题中的负反馈调节例析.pdf

摘要从细胞 个体和群体等三个水平结合近几年的高考典题对高中生物学中常见的负反馈调节 作了简要分析 关键词高中生物学反馈调节负反馈系统 中图分类号G633 91文献标识码B 第27卷第1期 2011年 中学生物学 Middle School Biology Vol 27 No 1 2011 文件编号 1003 7586 2011 01 0050 03 高考试题中的负反馈调节例析 李希明 河南省滑县第六高级中学河南安阳456400 人教版高中生物新课标教材必修三中对反馈调 节进行了定义 即在一个系统中 系统本身工作的效 果 反过来又作为信息调节该系统的工作 这种调节 方式叫做反馈调节 反馈分为负反馈和正反馈两种方 式 生命活动中大部分为负反馈调节 其结果是抑制 或减弱最初所发生的变化 使生命系统趋于稳态 而 正反馈调节的结果却恰恰相反 常见的例子有血液凝 固 排尿反射 分娩过程等 作为一种重要的生命活动 调节方式 反馈调节存在于生物的各个层次和各项生 命活动之中 现结合实例主要对负反馈调节加以分 析 以供参考 1细胞水平的反馈调节 细胞是生物体结构和功能的基本单位 是最基本 的生命系统 细胞代谢过程中物质和能量输入和输出 的动态平衡 需要反馈调节来实现 1 1酶促反应的调节 微生物代谢过程中 会产生大量的代谢产物 而 这些产物的积累势必对微生物的正常生命活动造成 影响 甚至危及生命 在长期的进化过程中 微生物形 成了一整套完善的代谢的调节机制 在某个代谢途径 的末端产物 即最终产物 过量时 这个产物会反过来 与直接或间接催化该产物生成的酶发生结合 致使酶 的分子结构发生改变 从而抑制酶的活性 促使整个 反应过程减慢或停止 避免了末端产物的过多累积 当代谢产物因消耗浓度下降时 产物与酶分子脱离 酶又会恢复原来的活性 已完成正常的代谢活动 例1 2009 年全国卷 图 1 是某种微生物体 内某一物质代谢过程的示意图 下列有关酶活性调节 的叙述 错误的是 A 丁物质既是酶 催化生成的产物 又是酶 的反馈抑制物 B 戊物质通过与酶 结合导致酶 结构变化而 使其活性下降 C 当丁物质和戊物质中任意一种过量时 酶 的活性都将受到抑制 D 若此代谢途径的终产物不断排出菌体外 则 可消除丙物质对酶 的抑制作用 解析 丙物质在酶 的催化下生成丁物质 丁物 质过量时 可负反馈抑制酶 的活性 丙物质还可在 酶 的催化下生成戊物质 当戊物质过量时 可负反 馈抑制酶 的活性 酶 酶 的活性下降 会导致丙 物质积累 当丙物质过量时 可负反馈抑制酶 的活 性 如果此代谢途径的最终产物丁或者戊物质不断地 排出菌体 酶 酶 的活性恢复 丙物质不再积累 从而消除了丙物质对酶 的抑制作用 戊物质过量 时 反馈抑制酶 的活性 其原因是戊物质通过与酶 结合导致得酶 结构的变化 以致活性下降 参考答案 C 1 2细胞呼吸的调节 在细胞呼吸的过程中 负反馈调节体现的非常显 著 例如 由于骨骼肌细胞剧烈运动 产生大量 CO2 当血液中 CO2含量增多时 就会刺激控制呼吸活动的 神经中枢 促使呼吸活动增强 增加通气量 从而将 CO2排出体外 以维持肺泡和动脉血中的 CO2的正常 水平 再如 剧烈运动会导致供氧不足 从而使肌细胞 图 1微生物酶活性的调节示意 甲 酶 酶 抑制 抑制 抑制 乙丙 丁 戊 酶 酶 50 因无氧呼吸产生大量乳酸 乳酸在肌肉中的积累 最 终会减弱肌肉纤维的收缩力 并导致肌肉疲劳 例2 2000 年上海卷 一运动员正在进行长 跑锻炼 从他的大腿肌细胞中检测到 3 种化学物质 其浓度变化如图 2 所示 图中 P Q R 三曲线依次代 表 A O2 CO2 乳酸B 乳酸 CO2 O 2 C CO2 O 2 乳酸 D CO2 乳酸 O2 解析 人体在剧烈运动时 尽管呼吸运动和血液 循环都大大加强了 但是仍然不能满足骨骼肌对能量 的需求 这时骨骼肌内就会出现无氧呼吸 但仍以有 氧呼吸为主 在有氧呼吸过程中 消耗氧气 产生二氧 化碳 这样肌细胞内 氧的含量会逐渐下降 二氧化碳 的量会逐渐上升 作为调节呼吸的有效的生理刺激 二氧化碳可通过呼吸运动及时排出 上升到一定程度 就不再上升 在无氧呼吸过程中 人体内会产生乳酸 在肌细胞内短时间无法排出 最终乳酸在细胞内的含 量就会逐渐上升 参考答案 B 2个体水平的反馈调节 生物体生命活动的正常进行离不开内环境的稳 态 它是在神经 体液 免疫的调节下 各种器官 系 统协调活动的结果 而反馈调节机制在体液调节中体 现的最为明显 尤其是激素的调节过程 2 1甲状腺激素的分泌调节 在大脑皮层的影响下 下丘脑可以产生促激素释 放激素 如促甲状腺激素释放激素 通过垂体分泌促 激素 如促甲状腺激素 来调节和控制某些内分泌腺 如甲状腺 中某激素 如甲状腺激素 的合成和分泌 而该激素进入血液后 其浓度的高低又可以反过来调 节下丘脑和垂体中相关激素的合成和分泌 通过反馈 调节作用 血液中的激素能够经常维持在正常的相对 稳定的水平 例3 2008 年江苏卷 图 3 为人体甲状腺激 素分泌调节的示意图 下列叙述中正确的是 A 甲状腺机能亢进患者激素 分泌过多 B 缺碘时激素 和 浓度都高于正常水平 C 图中共有 3 处箭头表示负反馈调节 D 垂体还能分泌与激素 有相似生理效应的激素 解析 依据图解及选项分析 是促甲状腺激素 释放激素 是促甲状腺激素 是甲状腺激素 碘是 合成甲状腺激素的原料 甲状腺机能亢进患者分泌 过多 缺碘则 的合成受阻 通过反馈调节使 和 浓度都高于正常水平 图中有两处箭头表示负反馈调 节 即 下丘脑和 垂体 垂体分泌的生长激素 同甲状腺激素通过协同作用来促进动物的生长发育 参考答案 A 2 2血糖平衡的调节 血糖平衡的调节是典型的神经 体液液调节 但 同时血糖浓度又对激素与神经的调节起到反馈的作 用 一方面 血糖升高 刺激 B 细胞 胰岛素分泌增 加 血糖回降至正常 其间 当血糖降到一定水平时 就通过反馈调节抑制胰岛素的分泌 从而使血糖浓度 相对恒定 血糖降低 刺激 A 细胞 胰高血糖素分泌 增加 血糖升高 则使胰高血糖素分泌减少 另一方 面 血糖升高 下丘脑的某一区域会通过神经的作用 使胰岛素分泌增加 而血糖降低时 下丘脑会通过神 经的作用 使胰高血糖素和肾上腺素分泌增加 从而 使血糖升高 例4 2007 年上海卷 图 4 表示人体血糖以 反馈调节方式保持平衡模式图 虚线表示神经调节 请据图回答 1 写出 A E 组织器官名称 A B C D E 图 2锻炼与大腿细胞中化学物质变化关系曲线 图 4人体血糖反馈调节 图 3甲状腺激素分泌调节 51 2 a是糖皮质激素 则 b是 c 是 d 是 3 当血糖浓度上升时 试据图说明通过反馈调 节使血糖浓度降低的主要途径 解析 依据题中模型图结合问题可知 A E 为组 织器官 a d 是激素 d 的作用是降低血糖 降低血糖 的激素只有胰岛素 据此可判断 d 是胰岛素 D 是胰 腺 c 是胰高血糖素 升高血糖的激素还有肾上腺素 等 因此 b 是肾上腺素 C 是肾上腺 血糖的神经调节 与下丘脑有关 据此推断 A 是下丘脑 B 是垂体 肝 脏的作用是糖多储存 糖少释放 故为 E 当血糖浓度 上升时 通过下丘脑的相关神经反馈性地使胰岛分泌 胰岛素 通过促进血糖合成糖元 以加速血糖分解 参考答案 1 A下丘脑B脑垂体C肾上腺 D胰脏E肝脏 2 肾上腺素胰高血糖素胰 岛素 3 通过神经调节使胰岛分泌胰岛素 促进血 糖合成糖元 加速血糖分解 2 3体温平衡的调节 体温的稳定决定于产热过程和散热过程的平衡 动物具有保持体温相对恒定的能力 是在长期进化过 程中获得的较高级的调节功能 而负反馈调节在其中 起着非常重要作用 例如 当体温升高时 通过温度感 受器将信息传到体温调节中枢 通过抑制产热 促进 散热来恢复体温 而当体温下降时 又可增加产热 抑 制散热来使体温回升 当然 这种调节总是要等体温 有所变化后才开始调节 具有滞后性 例 5 有关人体体温调节的描述 正确的是 A 当体温低于正常值时机体产热加强 散热停止 B 机体是以反馈调控方式维持体温稳定的 C 低温环境中激素参与体温调节 神经不参与 D 高温环境中神经参与体温调节 激素也参与 解析 人体体温的是相对恒定的 当体温低于正 常值时机体产热加强 散热停止也依然进行 寒冷环 境中 一方面机体散热减少 另一方面机体产热增加 在此过程中 有关的神经兴奋还可以促进肾上腺的分 泌活动 使肾上腺的分泌增加 导致体内代谢活动增 加 因此 寒冷环境中的体温调节是神经体液调节 而 在高温环境中 机体一方面通过神经调节以增加散 热 一方面通过减少甲状腺激素等激素的分泌量以减 少产热 二者共同维持体温的相对平衡 参考答案 B 3群体水平的反馈调节 负反馈调节是生态系统维持稳态的主要作用 是 生态系统自我调节能力的基础 种群具有一定的自我 调节机能 是物种生存的一种适应性反应 是维持种 群数量相对稳定的重要方式 主要体现在密度制约因 素的反馈调节上 3 1种内关系与种群密度的反馈调节 如在蝌蚪密度大的水中 个体较大的蝌蚪能从肠 道分泌有毒物质 限制其他蝌蚪的生长 或使幼小蝌 蚪死亡率增加 在植物中 桉树有自毒现象 密度高时 能自行减少其数量 细菌也有类似的情况 繁殖过多 时它们的代谢物就将限制数量的再增加 密度降低 时 这些代谢产物少 就不足以起抑制作用 因而数量 又能上升 例 6 2007 年江苏卷 海洋渔业生产中 合理 使用网眼尺寸较大的网具进行捕捞 有利于资源的可 持续利用 下列不正确的解释是 A 更多幼小的个体逃脱 得到生长和繁殖的机会 B 减少捕捞强度 保持足够的种群基数 C 维持良好的年龄结构 有利于种群数量的恢复 D 改变性别比例 提高种群出生率 解析 生物资源的可持续利用 并不是不让利用 生物资源 但一定要合理利用 保证有足量的出生率 为了避免在海洋鱼类资源的急剧减少 可以通过限制 网眼尺寸或适当停止捕捞 制定 休渔期 等方法 使 之繁殖增多 当然 还可投放人工繁育的鱼苗 加快种 群数量的增长速度 网眼尺寸的大小对性别没有选择 作用 因而不能改变性别比例 参考答案 D 3 2种间关系与种群密度的反馈调节 如一片草原上 牧草繁茂 食草动物就多 动物数 量的增加 引起牧草衰减 由于牧草衰减 又引起动物 数量减少 继而牧草又恢复正常 若过度放牧 则会引 起草场退化 进而引起动物种群数量下降 所以要确 定草场的合理载畜量 不能超载放牧 例 7 2008 年海南卷 某池塘中 早期藻类大 量繁殖 食藻浮游动物水蚤大量繁殖 藻类减少 接着 又引起水蚤减少 后期排入污水 引起部分水蚤死亡 加重