例析陰性對照與陽性對照在高中生物實驗教學中的應用

丁德成

摘要：本文比較了陰性對照、陽性對照與空白對照的控制方法與意義，例析了浙科版高中生物教材中的陰性對照實驗和陽性對照實驗，并舉例說明如何在實驗設計中運用陰性對照實驗和陽性對照實驗的方法去解決問題。本文有助于學生科學思維和科學探究等核心素養能力的培養，掌握研究生命科學最基本的方法，能夠客觀地、理性地理解、判斷和推理。

關鍵詞：陰性對照;陽性對照;空白對照;實驗設計

一、什么是陰性對照實驗與陽性對照實驗

對照原則是實驗設計中的基本原則之一，對照的方法與分類標準有多種，常常分為空白對照、自身對照、相互對照、條件對照、配對對照、標準對照、陽性對照、陰性對照、安慰劑對照（雙盲實驗）等[1]。

陽性對照實驗和陰性對照試驗是生物學實驗中常用的兩種對照方法。其中陽性對照實驗是對對照組施以能發生陽性反應的處理，其目的是顯示陽性反應結果;而陰性對照實驗是對對照組施以發生陰性反應的處理，目的是排除假陽性反應的干擾。陰性對照實驗與空白對照試驗并不完全相同，陽性對照實驗和陰性對照試驗是針對“預期結果”而言，其預期結果分別為陽性反應與陰性反應，其中陰性對照實驗可采用安慰劑處理，也可采用空白對照處理。而空白對照實驗是針對“處理變量”而言，其未對實驗變量進行處理，很多實驗中經常用蒸餾水或生理鹽水或假手術處理對實驗材料進行替代處理。

二、浙科版高中生物教材中陽性對照與陰性對照實驗例舉

浙科版高中生物教材中有許多實驗與活動涉及多種對照方法，現就有關陽性對照與陰性對照實驗進行部分例舉。

（一）必修一活動“檢測生物組織中的糖類和蛋白質”在各種食物所含成分的檢測中，樣本上清液+檢測試劑組為實驗組，而未加檢測試劑的樣本上清液作為陰性對照組（也是空白對照組）。

（二）必修一活動“驗證活細胞吸收物質的選擇性”中，未煮沸的種子為實驗組，煮過的種子為陽性對照組。

（三）必修一活動“探究酶的專一性”實驗中，分組如下：

上表中，1、2作為空白對照，3與4、5與6、3與5、4與6可構成四種配對對照，并由此判斷出酶的專一性。其中，3和6可作為陽性對照實驗，4和5可作為陰性對照實驗。

陰性對照實驗可能會出現假陽性反應，比如5號試管若出現輕度陽性反應，則可能有多種原因：①淀粉不純，混入了少量蔗糖;②蔗糖酶不純，混入了少量淀粉酶;③蔗糖酶不純，混入了少量還原糖;④可能蔗糖酶能催化淀粉分解，只是效率不高而已。

（四）必修三活動“模擬尿糖的檢測”實驗中，分組如下：

其中，1號試管（清水）為空白對照組，2號試管（葡萄糖溶液）為陽性對照組，3號試管（蛋白質溶液）為陰性對照組，4號試管（甲尿液）和5號試管（乙尿液）為實驗組。

陰性對照、陽性對照與空白對照、標準對照、配對對照這些方法并不是截然分開的，在某些情況下，某一對照組別可以同時兼有兩種或多種對照方法，甚至有時實驗組與對照組也是相對而言的。

三、陰性對照實驗與陽性對照實驗在生物實驗分組設計中的應用

在實驗設計中往往需要設計分組實驗，其中對照組的選擇經常需要設計陰性對照組和陽性對照組，這尤其在動物藥理實驗、免疫學診斷等動物生理實驗中比較常見，下面將例舉一些實驗題進行說明。

例1：（節選自三釘試卷）已知藥物X廣泛應用于缺血性心腦血管疾病的治療。隨著臨床的廣泛應用，發現該藥有溶血反應（紅細胞破裂）。請利用以下實驗材料研究藥物X注射給藥劑量引起溶血的風險評價。

實驗材料：小鼠紅細胞懸液、50mg/ml藥物X、CO2培養箱、生理鹽水注射液、蒸餾水、注射器、試管、紫外分光光度計。

（說明：紫外分光光度計于波長54Onm下測定吸光度（OD值），溶血率計算公式為：溶血率（%）=（樣品管OD值-陰性對照管OD值）/（陽性對照管OD值-陰性對照管OD值）×100%。

本實驗中當紅細胞破裂（即發生溶血反應）后可引起離心后的溶液中OD值變大，其變化量可用紫外分光光度計測定。由于正常情況下紅細胞也會輕度陽性反應，因此需要設置加入等量的生理鹽水注射液而不含藥物X的陰性實驗組;同時為判斷紅細胞溶血程度的大小，需設置加入等量的蒸餾水而不含藥物X的陽性實驗組（紅細胞全部吸水漲破）。

例2：（節選自嘉興模擬·33）冬蟲夏草提取液和對應的益生菌可用于治療肥胖，研究發現主要是冬蟲夏草提取液中的蟲草多糖起作用。為確定治療肥胖的具體蟲草多糖類型，某科研小組從冬蟲夏草提取液中分離獲得四種蟲草多糖（H1、H2、H3、H4），并利用小鼠進行了相關研究，實驗結果如圖所示。

材料與用具：生理鹽水，高脂飼料（HFD），普通飼料，正常小鼠140只，冬蟲夏草提取液（HSM）、H1、H2、H3、H4、體重測量儀。

說明：小鼠培養、飼喂的具體操作不做要求;小鼠體重的具體測量不作要求;不考慮添加物質后的體積變化;整個實驗過程實驗條件適宜。

（1）完善實驗思路：

①取小鼠 只，每天飼喂高脂飼料，12周后成為肥胖小鼠。其余小鼠飼喂普通飼料，為正常小鼠。

②……

由于本實驗中分離出了四種蟲草多糖（H1、H2、H3、H4），可分別設置為4組相互對照的實驗組;而冬蟲夏草提取液（HSM）含有上述成分，可設置為陽性對照實驗，以判斷四種蟲草多糖的作用效果;正常小鼠每天飼喂含有生理鹽水的正常飼料，作為空白對照組;還需設置一組肥胖小鼠每天繼續飼喂含有生理鹽水的高脂飼料作為陰性對照組。因此，總共需要分為7組實驗，每組20只小鼠。

綜上所述，在設置實驗組別時不僅要考慮實驗組的設置，更需要根據題目中提供的材料和試劑選擇合適的對照方法，設置空白對照、陰性對照或陽性對照，甚至在有些實驗中還需設置安慰劑對照實驗（雙盲實驗）。一般情況下，如需要排除假陽性反應的干擾就要設置陰性對照，如需要排除假陰性反應或判斷某種效果的強弱，則需要設置陽性對照。

參考文獻：

[1]曾鵬光.淺談生物學實驗中對照實驗的類型