例谈以“稳态”为前提的生命活动调节

安徽

对于多细胞生物而言，生命活动调节是一个紧密协调合作的过程。例如，神经-体液-免疫调节机制保障了生物体动态稳定的状态，保障了生命活动有条不紊地进行；生态系统的信息传递和反馈调节，使得生态系统具有一定的自我调节能力。可以说生物体具备相对稳定的状态，才有了今天绚丽多彩的世界，“稳态”是生命活动的前提。在《普通高中生物学课程标准（2017版）》（简称“新课标”）中的学科核心素养生命观念里提出了“稳态与平衡观”，由此可见，这一部分内容在考查形式上将会受到更多的重视。“新课标”除了有新提法，也体现了过渡性。在复习中，教师应该明确培养核心素养的指导意义，在《考试大纲》的引领下，认清生命活动的“统一性”尤其重要。通过对例题的分析，笔者换一个角度思考生命活动调节的过程和意义，让学生更好地理解“稳态”对生命活动的重要意义。

1.细胞与内环境稳态

以人体为例，人体内绝大多数细胞并不与外界相接触，而是浸润于机体内部的血浆、组织液、淋巴等细胞外液（即内环境）中，内环境稳态指的是内环境的各种组成成分和理化性质在一定范围内维持相对稳定的状态。如果内环境稳态失调，将会影响细胞的形态、结构与功能，主要表现在两个方面：第一、渗透压是维持细胞结构与功能的重要因素，渗透压升高或降低都会引起细胞形态与功能的异常；第二、适宜的体温和pH是酶正常发挥作用的必要条件，体温过高或过低、pH过酸或过碱，都会使细胞代谢失调。

2.个体层次上的“稳态”

2.1 植物的激素调节

植物生命活动的正常进行依赖于多种激素相互作用、共同调节，激素就是通过影响细胞内相关基因的表达来对植物的生命活动进行调节，这就要求各种激素的量维持在一定的水平，即处于稳态，否则，植物正常的生命活动将受到影响。

【例1】矮化栽培是现代苹果生产的趋势，为研究矮化苹果（M9）砧木致矮机理，研究者进行了系列实验。研究者将富士苹果（非矮化）、M9和八棱海棠（非矮化）三种植物进行嫁接，如图1所示。一段时间后，检测富士-M9-八棱海棠不同部位PIN基因（IAA运输载体基因）的表达情况，结果如图2所示。下列叙述错误的是（ ）

图1

图2

A.在富士-M9-八棱海棠中，表达量较高的两种PIN基因为PIN8和PIN10

B.PIN1、PIN2的表达相对量可能与M9致矮密切相关，而PIN10与其无关

C.细胞分裂素主要在植物体的根尖合成并运至地上部分，促进细胞分裂进而促进植物生长

D.环境因子会引起植物体内包括激素合成在内的多种变化，对基因组的表达进行调节

【答案】B

【分析】据题可以从三个层面理解植物的生长。一、植物的正常生长与基因有关，IAA的运输载体基因的表达情况与矮化性状的关系；二、与激素的种类有关，生长素与细胞分裂素等各种激素对植物的调节不是孤立的，而是相互作用、共同调节的；三、与激素的合成量有关，植物生长的各个时期含有的多种激素，所表现出来的生理状态与激素含量相关。当植物受到外界环境的影响时，只有植物体激素的合成、细胞的代谢等达到相对稳定的状态，植物才能正常生长。当然，本题还从实验设计的角度，考查了学生的获取信息能力与实验探究能力。除此之外，动物的生命活动调节与稳态的关系也有理可循。

2.2 动物的生命活动调节

2.2.1 动物的神经调节

神经调节对动物生命活动的调节至关重要，所以神经调节如果偏离正常的“稳态”水平，生命活动也会出现异常。

【例2】（2016年，全国卷Ⅱ，第30题节选）乙酰胆碱可作为兴奋性神经递质，其合成与释放见示意图。据图3回答问题：

图3

（3）若由于某种原因使D酶失活，则突触后神经元会表现为持续_________ 。

【答案】兴奋

【分析】依题分析，神经调节具有准确、迅速和短暂等特点，精确的突触释放递质和受体接受信息过程与神经纤维上的电信号传递，才能保证生物体做出精准的应答。当在信息传递过程中，出现了A-C不能及时水解，受体不能接受信息等情况，比如兴奋性递质不能被及时分解，突触后膜神经元就会持续兴奋，如果上一个神经元释放的是抑制性递质，突触后膜神经元就会持续抑制，这种“稳态”就会被打破，神经调节偏离“稳态”，使得突触后膜持续性兴奋，生命活动就会受到影响。本题以“乙酰胆碱的合成与释放示意图”为情境，考查突触结构及其神经调节中的相关知识和学生获取信息能力和综合运用能力。

2.2.2 动物的激素调节

动物正常的生命活动还要借助于激素调节，机体往往通过负反馈调节使一些激素的含量维持在稳态水平。通过正反馈调节可以加强有关行为活动，使其顺利完成该生命活动。

【例3】一般认为母体的分娩是由机械性扩张、神经及激素等多种因素相互联系、协调而促成的。图4是下丘脑与垂体之间的关系示意图，图5是哺乳动物分娩过程的部分调节示意图（“+”表示促进，“-”表示抑制）。

请据图回答下列问题：

图4

图5

（1）妊娠最后阶段，胎儿下丘脑中的细胞B分泌的促肾上腺皮质激素释放激素增加，促进腺垂体中的细胞C分泌___________ 。该激素作用于肾上腺，促进肾上腺分泌肾上腺皮质激素。肾上腺皮质激素进入胎盘，促进胎盘细胞分泌___________ ，引起子宫肌肉收缩，发动分娩。

（2）催产素是由孕妇下丘脑中的细胞A产生，在垂体部位释放的多肽类激素。当胎儿先露部位压迫宫颈之后，宫颈内压力感受器兴奋，产生的神经冲动通过___________ （填信息分子）传递给下丘脑细胞A的细胞体。在细胞A的胞体部位产生的催产素以____________ 的形式运输到位于垂体内的细胞A轴突末梢。

（3）图5中催产素分泌的调节方式是____________ 。可用于保胎的激素是___________ 。

（4）催产素可使子宫收缩，而子宫收缩和胎儿对产道的刺激又进一步加强催产素分泌，这是一种__________（填“正反馈”或“负反馈”）调节，意义是___________________________。

【答案】（1）促肾上腺皮质激素 前列腺素（2）神经递质 囊泡 （3）神经-体液调节 孕激素 （4）正反馈 加快分娩的进程

【分析】动物激素调节最能体现稳态的调节机制，包括正反馈调节和负反馈调节。动物的激素调节也是非常复杂的，除了激素本身的分级调节，还会受到神经调节的支配。图中正反馈调节的加强作用为胎儿分娩的顺利进行提供了保障，此外还有排尿反射等也是正反馈调节；负反馈调节会使身体的一些生命活动保持相对稳定，是一种非常普遍的调节机制，比如血糖调节、水盐平衡调节和体温调节等。可以说，正反馈调节的过程将使系统的变化得到强化，负反馈调节的结果是使系统维持稳定。

2.2.3 免疫调节

人体生活在一定的外界环境中，环境中有各种各样的细菌、病毒，免疫系统可以抵御这些病原体，使身体保持相对健康状态。而一旦病原体在机体内肆虐，稳态则会失衡，人体就会患病。

【例4】（2018年，北京卷，第29题）癌症是当前严重危害人类健康的重大疾病。研究人员利用与癌细胞在某些方面具有相似性的诱导多能干细胞（iPSC）进行了抗肿瘤的免疫学研究。

（1）癌细胞具有无限_________ 的特点。当体内出现癌细胞时，可激发机体的_________ 系统发挥清除作用。

（2）研究人员进行的系列实验如下：

免疫组小鼠：每周注射1次含失去增殖活性的iPSC悬液，连续4周；

空白组小鼠：每周注射1次不含失去增殖活性的iPSC的缓冲液，连续4周。

实验一：取免疫组和空白组小鼠的血清分别与iPSC、DB7（一种癌细胞）和MEF（一种正常体细胞）混合，检测三种细胞与血清中抗体的结合率，结果见表1。

表1

①比较表1中iPSC与两组小鼠血清作用的结果可知，免疫组的数值明显________ 空白组的数值，说明 iPSC 刺激小鼠产生了特异性抗体。

②表1中DB7和iPSC与免疫组小鼠血清作用后的检测数据无明显差异，说明 DB7 有____________ 。

③综合表1中全部数据，实验结果表明____________________ 。

实验二：给免疫组和空白组小鼠皮下注射DB7，一周后皮下形成肿瘤。随后空白组小鼠肿瘤体积逐渐增大，免疫组小鼠肿瘤体积逐渐缩小。由此推测：iPSC还能刺激机体产生特异性抗肿瘤的___________免疫。

（3）研究人员另取小鼠进行实验，验证了上述推测。如图6为实验组的实验过程及结果示意图。请在图6中选择A或B填入④处，从C～F中选择字母填入①～③处。

图6

（4）该系列研究潜在的应用前景是iPSC可以用于__________________________。

【答案】（1）分裂/增殖 免疫 （2）实验一：①高于 ②可以与抗iPSC的抗体结合的抗原 ③抗iPSC的抗体可以与DB7上的抗原特异性结合，而不能与MEF上的抗原结合/ iPSC与DB7有共同的抗原，与MEF无共同的抗原 实验二：细胞 （3）①F②D ③C ④B （4）预防和治疗癌症

【分析】本题通过实验较全面地考查动物的免疫调节，包括体液免疫、细胞免疫等相关知识，以及利用近年来对多能干细胞（iPSC）的研究，还分析了机体细胞抑制肿瘤细胞生长等原理。而针对癌细胞发起的一系列免疫反应还是基于保护机体，使其处在一个动态平衡的环境，只有在机体处在稳态中，才能够正常地生长、发育和繁殖，所以说，机体通过免疫调节，令其生命活动处于一种相对稳定的状态，这是生存和发展的必然。

3.生态系统的稳态调节

生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性，二者的基础均是生态系统的自我调节能力，当外来干扰超过自身的调节能力时，生态系统的稳态就可能遭到破坏。

【例5】（2018年，天津卷，第8题）为研究森林生态系统的碳循环，对西黄松老龄（未砍伐50～250年）和幼龄（砍伐后22年）生态系统的有机碳库及年碳收支进行测定，结果见表2，据表回答：

表2

（1）西黄松群落被砍伐后，可逐渐形成自然幼龄群落，体现了生态系统的________ 稳定性。

（2）大气中的碳主要在叶绿体_________ 部位被固定，进入生物群落。幼龄西黄松群落每平方米有________ 克碳用于生产者当年的生长、发育、繁殖，储存在生产者活生物量中；其中，部分通过生态系统中_________ 的呼吸作用，部分转变为死有机质和土壤有机碳后通过_________ 的分解作用，返回大气中的CO2库。

（3）西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力________ （填“大于”“等于”或“小于”）老龄群落。根据年碳收支分析，幼龄西黄松群落________（填“能”或“不能”）降低大气碳总量。

【答案】（1）恢复力 （2）基质 360消费者 分解者 （3）大于 不能

【解析】在不同版本的教材中关于生态系统稳态的说法可能不一样。人教版必修3中强调的是动物和人体生命活动的调节，在人教版教材中给出的术语是“生态系统的稳定性”，在苏教版中给出的是“生态系统的稳态”，也叫生态系统的稳定性。苏教版必修3“稳态与环境”中关于生态系统的稳态的概念（生态系统的稳定性）描述为生态系统保持相对稳定的状态。稳态是生态系统的结构和功能协调发展的重要标志，其自我调节能力的基础是负反馈调节。这种负反馈调节也是基于生态系统的各个成分等构成的模式，以及能量流动、物质循环和信息传递等生态系统的功能，才使得生态系统维持相对稳定的状态。例如，信息传递能够调节生态系统的各个组成成分之间的关系，强化生态系统的调节机制，发挥维持生态系统稳态的作用。

综上所述，小到细胞、组织、器官正常的生命活动，大到生态系统各种生物的生存与繁衍，都离不开其相对稳定的状态，即稳态。在复习中针对生物体或生态系统的一系列生命活动，依此可以：一是建立以“稳态”为结构脉络的包括细胞学、生理学和生态学等知识网络；二是建立以“稳态”为生命活动基础的生物生存和发展的认识体系。当然，还可以从“结构和功能的联系”等角度进行梳理，构建自己的知识网络，提高认知能力，提升生物学科的核心素养。