Question

【題目】為研究焦慮癥的機理，科研人員利用四組小鼠為材料進行實驗。

(1)科研人員敲除野生型小鼠(WT鼠)的焦慮抑制基因-N基因，得到(N-KO鼠)。N-KO鼠進入圖1所示高架十字迷宮的開放臂時，視網(wǎng)膜感光細(xì)胞接受刺激，產(chǎn)生__________，沿__________神經(jīng)傳至相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)中樞，引起恐懼和焦慮行為，因而更多地躲避進封閉區(qū)。WT鼠在探索新奇環(huán)境的沖動下，會重復(fù)進入開放臂玩耍。

(2)科研人員推測，I基因與N基因有相似的功能；為驗證該推測，科研人員用相同方法得到I基因敲除風(fēng)(I-KO鼠)和N基因、I基因雙敲除小鼠(NI-KO鼠)。若推測正確，則I-KO鼠在圖1所示迷官上的預(yù)制行為表現(xiàn)是_______________________________________________________；實驗結(jié)果顯示，I-KO鼠、NI-KO鼠與WT鼠的行為表現(xiàn)一致，這一實驗結(jié)果與上述推測___________(選填“相符”或“不相符”)。由此推測I基因?qū)π∈螽a(chǎn)生焦慮情緒的作用是____________________________________________。

(3)研究發(fā)現(xiàn)，B區(qū)和C區(qū)是處理焦慮等情緒的兩個關(guān)鍵腦區(qū)(如圖2)；科研人員將上述四種小鼠置于閣1所示迷宮上一段時間后，檢測小鼠兩個腦區(qū)中神經(jīng)元的活躍度。得到圖3所示結(jié)果。

①據(jù)圖2、3可知，N-KO_____________，C區(qū)輸出的抑制信號增強，導(dǎo)致出現(xiàn)焦慮行為。

②請對實驗結(jié)果進行分析，解釋NI-KO鼠與WT鼠行為一致的原因___________________________________。

(4)科研人員再選取上述小鼠進行實驗，進一步驗證I基因的功能，圖4為實驗方案。

①請在圖4中正確選擇a、b、c或物質(zhì)d、e填人I-IV處。Ⅰ__________；Ⅱ________；Ⅲ________；Ⅳ______________。

②預(yù)期1-4：組小鼠在高架十字迷宮實驗中的運動軌跡依次為圖5中的_________、_________、________、________。

Answer 1

【答案】興奮(或“神經(jīng)沖動”) 傳入 更多在封閉區(qū)活動，較少進入開放臂 不相符 I基因單獨不引起焦慮，N基因缺失引起焦慮需要有1基因 B、C兩個腦區(qū)中的神經(jīng)元活躍度增強 敲除I基因降低C區(qū)神經(jīng)元活躍度，NI-KO鼠C區(qū)的神經(jīng)元活躍度恢復(fù)正常，輸出的抑制信號正常 a a 物質(zhì)e 物質(zhì)d 甲 甲 乙 甲

【解析】

神經(jīng)調(diào)節(jié)過程中，生物受到外界刺激時，感受器興奮，經(jīng)過傳入神經(jīng)傳至神經(jīng)中樞，經(jīng)神經(jīng)中樞做出綜合與分析后，通過傳出神經(jīng)將興奮傳至效應(yīng)器，對刺激做出相應(yīng)的反應(yīng)。根據(jù)題意分析可知，N-KO鼠進入圖1所示高架十字迷宮的開放臂時，會引起恐阻和焦慮行為，因而更多地躲進封閉區(qū)；而WT鼠在探索新奇環(huán)境的沖動下，會重復(fù)進入開放臂玩耍。

（1）根據(jù)神經(jīng)調(diào)節(jié)的過程可知，N-KO鼠進入圖1所示高架十字迷宮的開放臂時，視網(wǎng)膜感光細(xì)胞接受刺激，產(chǎn)生興奮，興奮沿著傳入神經(jīng)傳至神經(jīng)中樞，神經(jīng)中樞綜合分析后發(fā)出指令，引起恐阻和焦慮行為，因而更多地躲進封閉區(qū)。

（2）根據(jù)題意，I基因與N基因如果有相似的功能，則I基因敲除鼠（I-KO鼠）與N基因敲除鼠（N-KO鼠）在圖1所示迷宮上的行為表現(xiàn)相同，即由于引起恐阻和焦慮行為，因而更多地躲進封閉區(qū)，較少進入開放臂；而根據(jù)實驗結(jié)果：I-KO鼠、NI-KO鼠與WT鼠的行為表現(xiàn)一致，這一實驗結(jié)果與上述推測不相符，由此推測I基因單獨不會引起小鼠的焦慮，N基因缺失且同時有I基因存在時才會引起小鼠焦慮行為。

（3）①分析圖2、3可知，N-KO鼠B、C兩個腦區(qū)中的神經(jīng)元活躍度增強，尤其C區(qū)輸出的抑制信號增強，導(dǎo)致出現(xiàn)焦慮行為。

②根據(jù)圖2、3可知，NI-KO鼠敲除I基因降低C區(qū)神經(jīng)元活躍度，NI-KO鼠C區(qū)的神經(jīng)元活躍度恢復(fù)正常，輸出的抑制信號正常，無焦慮行為發(fā)生，因此與WT鼠行為一致。

（4）①該實驗的目的是進一步驗證I基因的功能，即研究I基因單獨不會引起小鼠的焦慮，N基因缺失且同時有I基因存在時才會引起小鼠焦慮行為，因此實驗的自變量是N基因是否存在，則分析圖4可知，1、2組為WT鼠，即I基因與N基因都存在作為對照，那么3、4組作為實驗組應(yīng)該選擇N基因缺失的小鼠，其中1組與3組又構(gòu)成對照關(guān)系，故1組應(yīng)該注射物質(zhì)e，2組與4組構(gòu)成對照，故4組注射物質(zhì)d。

②分析圖4中的實驗可知，1組中WT鼠由于注射了物質(zhì)e，物質(zhì)e不會與I基因的mRNA互補，那么不會影響I基因的功能，故WT鼠仍然保持正常的行為，即進入高架十字迷宮的開放臂玩耍，運動軌跡為甲；2組WT鼠由于注射了物質(zhì)d，由于物質(zhì)d與I基因的mRNA互補，而影響I基因的功能，從而使小鼠表現(xiàn)為類似I-KO鼠，即運動軌跡仍然為甲；3組為N-KO鼠，注射了物質(zhì)e，物質(zhì)e不會與I基因的mRNA互補，那么不會影響I基因的功能，即小鼠敲除了N基因，且有I基因的作用，則類似N-KO鼠的行為，即運動軌跡為乙；4組為N-KO鼠，注射了物質(zhì)d，由于物質(zhì)d與I基因的mRNA互補，而影響I基因的功能，則該組小鼠類似于NI-KO鼠的行為，即運動軌跡為甲。