Question

【题目】为研究焦虑症的机理，科研人员利用四组小鼠为材料进行实验。

(1)科研人员敲除野生型小鼠(WT鼠)的焦虑抑制基因-N基因，得到(N-KO鼠)。N-KO鼠进入图1所示高架十字迷宫的开放臂时，视网膜感光细胞接受刺激，产生__________，沿__________神经传至相关脑区的神经中枢，引起恐惧和焦虑行为，因而更多地躲避进封闭区。WT鼠在探索新奇环境的冲动下，会重复进入开放臂玩耍。

(2)科研人员推测，I基因与N基因有相似的功能；为验证该推测，科研人员用相同方法得到I基因敲除风(I-KO鼠)和N基因、I基因双敲除小鼠(NI-KO鼠)。若推测正确，则I-KO鼠在图1所示迷官上的预制行为表现是_______________________________________________________；实验结果显示，I-KO鼠、NI-KO鼠与WT鼠的行为表现一致，这一实验结果与上述推测___________(选填“相符”或“不相符”)。由此推测I基因对小鼠产生焦虑情绪的作用是____________________________________________。

(3)研究发现，B区和C区是处理焦虑等情绪的两个关键脑区(如图2)；科研人员将上述四种小鼠置于阁1所示迷宫上一段时间后，检测小鼠两个脑区中神经元的活跃度。得到图3所示结果。

①据图2、3可知，N-KO_____________，C区输出的抑制信号增强，导致出现焦虑行为。

②请对实验结果进行分析，解释NI-KO鼠与WT鼠行为一致的原因___________________________________。

(4)科研人员再选取上述小鼠进行实验，进一步验证I基因的功能，图4为实验方案。

①请在图4中正确选择a、b、c或物质d、e填人I-IV处。Ⅰ__________；Ⅱ________；Ⅲ________；Ⅳ______________。

②预期1-4：组小鼠在高架十字迷宫实验中的运动轨迹依次为图5中的_________、_________、________、________。

Answer 1

【答案】兴奋(或“神经冲动”) 传入 更多在封闭区活动，较少进入开放臂 不相符 I基因单独不引起焦虑，N基因缺失引起焦虑需要有1基因 B、C两个脑区中的神经元活跃度增强 敲除I基因降低C区神经元活跃度，NI-KO鼠C区的神经元活跃度恢复正常，输出的抑制信号正常 a a 物质e 物质d 甲 甲 乙 甲

【解析】

神经调节过程中，生物受到外界刺激时，感受器兴奋，经过传入神经传至神经中枢，经神经中枢做出综合与分析后，通过传出神经将兴奋传至效应器，对刺激做出相应的反应。根据题意分析可知，N-KO鼠进入图1所示高架十字迷宫的开放臂时，会引起恐阻和焦虑行为，因而更多地躲进封闭区；而WT鼠在探索新奇环境的冲动下，会重复进入开放臂玩耍。

（1）根据神经调节的过程可知，N-KO鼠进入图1所示高架十字迷宫的开放臂时，视网膜感光细胞接受刺激，产生兴奋，兴奋沿着传入神经传至神经中枢，神经中枢综合分析后发出指令，引起恐阻和焦虑行为，因而更多地躲进封闭区。

（2）根据题意，I基因与N基因如果有相似的功能，则I基因敲除鼠（I-KO鼠）与N基因敲除鼠（N-KO鼠）在图1所示迷宫上的行为表现相同，即由于引起恐阻和焦虑行为，因而更多地躲进封闭区，较少进入开放臂；而根据实验结果：I-KO鼠、NI-KO鼠与WT鼠的行为表现一致，这一实验结果与上述推测不相符，由此推测I基因单独不会引起小鼠的焦虑，N基因缺失且同时有I基因存在时才会引起小鼠焦虑行为。

（3）①分析图2、3可知，N-KO鼠B、C两个脑区中的神经元活跃度增强，尤其C区输出的抑制信号增强，导致出现焦虑行为。

②根据图2、3可知，NI-KO鼠敲除I基因降低C区神经元活跃度，NI-KO鼠C区的神经元活跃度恢复正常，输出的抑制信号正常，无焦虑行为发生，因此与WT鼠行为一致。

（4）①该实验的目的是进一步验证I基因的功能，即研究I基因单独不会引起小鼠的焦虑，N基因缺失且同时有I基因存在时才会引起小鼠焦虑行为，因此实验的自变量是N基因是否存在，则分析图4可知，1、2组为WT鼠，即I基因与N基因都存在作为对照，那么3、4组作为实验组应该选择N基因缺失的小鼠，其中1组与3组又构成对照关系，故1组应该注射物质e，2组与4组构成对照，故4组注射物质d。

②分析图4中的实验可知，1组中WT鼠由于注射了物质e，物质e不会与I基因的mRNA互补，那么不会影响I基因的功能，故WT鼠仍然保持正常的行为，即进入高架十字迷宫的开放臂玩耍，运动轨迹为甲；2组WT鼠由于注射了物质d，由于物质d与I基因的mRNA互补，而影响I基因的功能，从而使小鼠表现为类似I-KO鼠，即运动轨迹仍然为甲；3组为N-KO鼠，注射了物质e，物质e不会与I基因的mRNA互补，那么不会影响I基因的功能，即小鼠敲除了N基因，且有I基因的作用，则类似N-KO鼠的行为，即运动轨迹为乙；4组为N-KO鼠，注射了物质d，由于物质d与I基因的mRNA互补，而影响I基因的功能，则该组小鼠类似于NI-KO鼠的行为，即运动轨迹为甲。