生物实验中的阳性对照与阴性对照

李润洁

对照性原则是实验设计的重要原则之一。在生物实验的设计过程中，科学设置对照组是实验成功的前提。常见的实验除了有空白对照、自身对照等，在有的实验中还需要再设置阳性对照和阴性对照。阳性对照和阴性对照相对于空白组来说，一般是对实验对象进行了某种处理，如构建糖尿病模型动物等。阳性对照和阴性对照在很多实验中都是必不可少的，下面笔者通过对几道例题进行分析，以期使同学们明白阳性对照与阴性对照如何设置及其在实验中的作用。

一、真题再现

【例1】（2021年广东省普通高中学业水平选择性考试）人体缺乏尿酸氧化酶，导致体内嘌呤分解代谢的终产物是尿酸（存在形式为尿酸盐）。尿酸盐经肾小球滤过后，部分被肾小管细胞膜上具有尿酸盐转运功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收，最终回到血液。尿酸盐重吸收过量会导致高尿酸血症或痛风。目前，E是针对上述蛋白治疗高尿酸血症或痛风的常用临床药物。为研发新的药物，研究人员对天然化合物F的降尿酸作用进行了研究。

给正常实验大鼠（有尿酸氧化酶）灌服尿酸氧化酶抑制剂，获得了若干只高尿酸血症大鼠，并将其随机分成数量相等的两组，一组设为模型组，另一组灌服F设为治疗组，一段时间后检测相关指标，结果见图1。回答下列问题：

（1）与分泌蛋白相似，URAT1和GLUT9在细胞内的合成、加工和转运过程需要及线粒体等细胞器（答出两种即可）共同参与。肾小管细胞通过上述蛋白重吸收尿酸盐，体现了细胞膜具有的功能特性。原尿中還有许多物质也需借助载体蛋白通过肾小管的细胞膜，这类跨膜运输的具体方式有 。

（2）URAT1分布于肾小管细胞刷状缘（如图2），该结构有利于尿酸盐的重吸收，原因是。

（3）与空白对照组（灌服生理盐水的正常实验大鼠）相比，模型组的自变量是  。与其他两组比较，设置模型组的目的是。

（4）根据尿酸盐转运蛋白检测结果，推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是，减少尿酸盐重吸收。为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，具体为。

【答案】（1）核糖体、内质网、高尔基体（答出两种即可）    选择透过性    协助扩散、主动运输    （2）肾小管细胞的刷状缘能明显增大细胞膜的膜面积，有利于URAT1的附着，提高了物质转运效率    （3）是否灌服尿酸氧化酶抑制剂      通过灌服尿酸氧化酶抑制剂，与空白对照组形成对照，可说明尿酸氧化酶受抑制后大鼠患高尿酸血症;与治疗组形成对照，可说明F能降低血清尿酸盐含量及蛋白URAT1和GLUT9的相对含量 （4）F能减少转运蛋白URAT1和GLUT9的相对含量    取与模型组生理状态和数量等相同的大鼠灌服与F等量的药物E，一段时间后测量血清中尿酸盐含量和蛋白URAT1和GLUT9的相对含量，并将所得结果与治疗组对照

【解析】（1）（2）略

（3）模型组灌服尿酸氧化酶抑制剂，与空白对照组灌服生理盐水的正常实验大鼠相比，模型组的自变量是是否灌服尿酸氧化酶抑制剂。

设置模型组与对照组相比可说明尿酸氧化酶受抑制后能使大鼠形成高尿酸血症。设置模型组作为对照，治疗组与之相比可说明F具有降低血清尿酸盐含量和降低URAT1和GLUT9蛋白相对含量的功能。

（4）根据尿酸盐转运蛋白检测结果，模型组灌服尿酸氧化酶抑制剂后转运蛋白增加，灌服F的治疗组转运蛋白和空白组相同，可推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是F抑制转运蛋白URAT1和GLUT9的相对含量，从而减少尿酸盐重吸收。

为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，将高尿酸血症大鼠灌服E与F进行对比，得出两者降尿酸的作用效果。

【思考】1.本题中通过对大鼠灌服尿酸氧化酶抑制剂，从而获得高尿酸血症大鼠，这种动物称为高尿酸血症模型动物。在科学研究中通常利用某种方法使动物患上某种病症，这些模型动物可以作为实验材料，用于探究治疗这类疾病的新药物的疗效。

2.本实验中的模型组相比于空白组来说，实验对象灌服了尿酸氧化酶抑制剂，从而形成了高尿酸血症大鼠动物模型。与治疗组灌服F相比，模型组则灌服生理盐水或配制药物F的溶剂，因此可预测模型组其结果一定是血清尿酸盐含量较高，URAT1和GLUT9两种蛋白质的含量也较高。它作为治疗组的参照物，能说明F对高尿酸血症的治疗效果，因此模型组属于阴性对照组。

3.由于E是已知针对治疗高尿酸血症或痛风的常用临床药物，因此需要比较F与E的治疗效果，设置（4）中所要求的阳性对照。通常在探究某种新药对某种疾病的治疗效果时，阳性对照和阴性对照都是必须设置的。

二、如何设置阳性对照和阴性对照

【例2】类风湿性关节炎（RA）是因免疫炎症反应引起的关节受损进而导致关节功能障碍和残疾的一种疾病，严重影响患者的生活质量。

（1）糖皮质激素（GC）属于肾上腺皮质激素，正常机体通过图3所示的途径调节GC的分泌。GC具有免疫抑制作用，是治疗RA的药物之一，RA患者长期大剂量使用GC，会导致患者肾上腺皮质分泌功能，因此最好在治疗过程中间断补充，以防止肾上腺皮质萎缩，引起严重后果。

（2）GC具有较强的毒副作用且临床效果并不理想。研究人员为探索中药姜黄提取物姜黄素对RA的干预作用做了如下研究。将体重相同的大鼠随机分为正常对照组、造模组，分别进行如下处理，造模组前期需完成RA动物模型的制备，前期处理完成后再分别进行后期处理。请完成实验方案，①②③④分别对应（填字母）。

组别 前期处理 前期处理后关节情况 后期处理

注：弗氏完全佐剂为细胞免疫刺激剂。

a.注射弗氏完全佐剂b.注射生理盐水

c.注射姜黄素d.关节肿胀e.关节不肿胀

【答案】（1）减退    促肾上腺皮质激素（或ACTH）    （2）bdbb

【解析】（1）略

（2）探索中药姜黄提取物姜黄素对RA的干预作用，实验的自变量是是否注射姜黄素。实验需要遵循单一变量和对照性原则。根据题意可知，“造模组前期需完成RA动物模型的制备”，因此正常对照组注射生理盐水，而造模组注射等量的弗氏完全佐剂。

前期处理后正常对照组关节不肿胀，而造模组则会出现关节肿胀。后期处理仍然遵循单一变量原则，即正常对照组仍注射生理盐水，模型组同样注射等量的生理盐水，而姜黄素组需要注射等量的姜黄素。故①②③④分别对应bdbb。

【思考】本题中正常对照组未对实验对象施加处理，属于正常的大鼠，姜黄素组是给模型动物注射姜黄素，属于实验组。模型组④属于阴性对照，阴性对照是作为姜黄素组的对照，从而说明姜黄提取物姜黄素对RA有无影响，因此模型组④的实验操作是对模型动物注射生理盐水。此外，本题实验为了探究姜黄素对RA的影响效果，还可以再设置一个阳性对照，即用一定量的GC注射给模型动物。