例談動物激素的實驗研究

余玖銀

19世紀末期，科學家們注意到某些物質可能在生物體內發揮調節生長、發育、代謝等生理功能的作用，然而，這些物質究竟是什么，以及它們如何發揮作用，卻一直是個謎。直到20世紀初，英國科學家貝利斯和斯他林首次明確提出了“激素”這個概念。他們在研究消化過程中胃酸分泌的問題時，發現一種叫做促胰液素的物質可使胰腺分泌胰液。隨后，科學家們又陸續發現了許多其他的激素，如甲狀腺激素、腎上腺素、胰島素等。這些激素的發現極大地推動了生物學的發展，并為臨床醫學提供了新的治療方法。

一、激素研究中加法和減法原理

激素研究中的減法原理和加法原理是兩個重要的概念，可幫助學生理解激素如何影響生物體的生理過程。

激素研究中減法原理常見實驗操作：①手術但不摘除內分泌腺（假手術）；②手術摘除內分泌腺出現癥狀。

激素研究中的加法原理常見實驗操作：①手術摘除內分泌腺出現癥狀；②手術摘除內分泌腺出現癥狀+向摘除內分泌腺的個體植入被摘除的腺體或注入被摘除腺體的提取物；③手術摘除內分泌腺出現癥狀+從被摘除內分泌腺中分離純化得到物質X，物質X經靜脈注入被摘除腺體的個體內。如正常狗摘除胰腺（胰島）變成糖尿狗，注入胰島提取物，狗被治愈，正常公雞摘除睪丸后變成第二性征消失的閹雞，植入睪丸，變成表現公雞性征的閹雞。

例1 生長抑素（SS）能抑制生長激素（CH）的分泌，半胱胺可以降低動物體內SS水平，導致CH水平提高。某研究小組將若干健康且生理狀態相同的大鼠平均分成甲、乙、丙三組，對各組的實驗處理如表1所示。在適宜條件下正常飼喂一段時間后，測定三組大鼠的體重變化。下列分析不合理的是（ ）。

A.本實驗在控制變量中采用了“加法原理”

B.甲組是對照組，①處的操作是不做任何處理

C.乙組的預期結果X可能為“+”

D.本實驗能驗證生長抑素對大鼠生長發育的作用

解析 與常態比較，人為增加某種影響因素稱為“加法原理”，在本實驗中，人為的注射生長抑素、灌服半胱胺，屬于“加法原理”，A正確；甲組是對照組，在實驗過程中應遵循單一變量原則，因此①處的操作是注射適量生理鹽水，B錯誤；乙組注射生長抑素，生長抑素能抑制生長激素的分泌，因此乙組的預期結果X可能為“+”，C正確；本實驗通過控制生長抑素含量這一單一變量，驗證了生長抑素對大鼠的生長發育有影響，D正確。答案：B

加法原理是指通過增加某種激素的量來觀察對生物體的影響，減法原理則是指通過減少或抑制某種激素的產生或作用來觀察對生物體的影響。

二、研究動物激素生理功能的常用方法

1.飼喂法和注射法

下丘腦、垂體和胰島分泌的激素都是多肽類或蛋白質類激素，這類激素只能通過注射方式給藥，而不能口服，因為它們會在消化道中被分解失去活性。相反，甲狀腺激素、性激素等非蛋白質類、非多肽類激素則可以通過飼喂法進行給藥，在進行注射實驗時，空白對照組應注射等量的生理鹽水，而不能使用蒸餾水；在進行飼喂實驗時，空白對照組可以飼喂蒸餾水。

2.摘除法和移植法

摘除法是指通過手術或其他方式去除動物體內的某個器官或組織，以觀察其對動物生理功能的影響。如探究甲狀腺激素缺乏對其生長發育和新陳代謝的影響，實驗組：摘除小鼠的甲狀腺，對照組：手術但不摘除甲狀腺。移植法往往和摘除法一起使用，如甲狀腺激素缺乏對其生長發育和新陳代謝的影響，實驗組：手術摘除小鼠的甲狀腺+“植入被摘除的甲狀腺”或“注入被摘除甲狀腺的提取物”或“從被摘除甲狀腺中分離純化得到甲狀腺激素，甲狀腺激素經靜脈注入被摘除腺體的小鼠體內”，對照組：摘除小鼠的甲狀腺。

例2 某科學家為了研究性激素在胚胎生殖系統中的作用，設計了如下實驗：在家兔胚胎生殖系統分化之前，通過手術摘除即將發育為卵巢或睪丸的組織。當幼兔出生后，觀察它們的性染色體組成及外生殖器表現。實驗結果如表2：

據此可知，以下錯誤的是（ ）。

A.發育出雄性器官需要來自睪丸提供的激素信號，當這一信號缺失時，胚胎發育為雌性

B.可增設實驗：摘除即將發育為卵巢或睪丸的組織，給予一定量睪酮，觀察胚胎發育的性別

C.從實驗設計的角度來看，本實驗和增設實驗應用了“減法原理”和“加法原理”

D.從實驗結果來看，本實驗同時證明了生物的性狀可由遺傳因素和環境因素共同控制

解析 由題意知，生殖系統形成之前摘除睪丸，性染色體組成為XY的個體發育成雌性，說明發育成雄性的個體需要睪丸提供的激素信號，缺乏該信號時，發育為雌性，A正確；摘除即將發育為卵巢或睪丸的組織，會缺乏相應信號，提供睪酮（雄性激素）會使個體發育為雄性，B正確；本實驗和B項的補充實驗分別進行了生殖器官的摘除和額外提供性激素的操作，即應用了“減法原理”和“加法原理”，C正確；題干中未涉及環境因素對性別發育的影響，D錯誤。答案：D

三、激素研究的實驗對象和觀測指標

為了確保實驗結果的準確性和可比性，在對動物進行分組時應遵循以下基本要求：選擇性別、年齡、體重相同，生理狀況相似的動物，并將它們隨機平均分配到各個實驗組中，每組應包含數量相等的多只動物。

測量指標：甲狀腺激素，可以通過觀察新陳代謝速度的變化（如動物耗氧量的變化等）以及生長發育情況（如蝌蚪變態發育的情況等）來衡量其作用，胰島素，可以通過觀察低血糖癥狀（如昏迷等）來評估其效果。胰高血糖素，可以通過檢測血糖或尿糖含量來評價其作用，同時，實驗中需要根據實驗動物的具體情況，合理控制激素的用量，以確保實驗的有效性和安全性。

（收稿日期：2024-02-13）