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关于中学生物学新教材《选择性选修1·稳态与调节》第二章第三节中的“兴奋在神经纤维上的传导”内容，教材中有如下介绍：“在蛙的坐骨神经上放置两个微电极，并将它们联接到一个水表上……”。对于“兴奋在神经纤维上的传导”，教材从实验剖析开始，通过静息状态与遭到剌激的情况下水表测得电位的变化，说明神经系统中传导的激动本质上是联通号。通过对实验现象的观察和剖析，班主任可进一步训练中学生从实验现象中得出推论的理智思维。据悉，相关试题方式变化多样，班主任引导中学生对此进行剖析有利于培养理智思维和关键能力。下文对神经膜电位的检测及变化曲线等方面进行剖析。
1神经膜电位的检测方式
若果在蛙的坐骨神经上放置两个电极，并将这两个电极联接到一个灵敏电压计（下称“电表”）上，主要有以下三种方式可检测神经膜电位。
（1）方式一：水表两电极分别放在神经纤维膜的外侧和两侧，两电极分别坐落细胞膜外侧相同位置，如图1所示，测得的是静息电位。
图1中甲和乙的区别在于连极分别是神经纤维膜的外侧、外侧与两侧、内侧，致使水表表针的偏转方向不同，水表表针的偏转方向代表电压的流向。当用水表检查到电路中存在强电流时，可以直接在被测电路中串联，水表表针是否偏转，决定电路中的电压是否通过。假如表针往右偏转，则表示电路有电压从“+”端口流向“-”端口；假如表针向左偏转，则表示电路中有电压从“-”端口流向“+”端口。所以依照化学学原理：在图1中，电压从“+”端口进去，表针往右偏；电压从“-”端口进去，表针向左偏。
电压从水表的那个端口进去，水表表针就向该端口右侧偏转。当在图1甲的A处给与一个适合的剌激时，水表测得的膜电位变化如图1丙所示。从神经纤维受剌激到恢复静息状态过程中，水表表针两次通过0电位（丙曲线中的b、d两点）。
（2）方式二：水表两电极均放在神经纤维膜的两侧（或外侧），水表表针不发生偏转，如图2甲（或丙）所示，此时膜外（或膜内）两电极间电位差为零。
当两电极均放在神经纤维膜的内侧时，水表表针读数仅仅是膜外两电极间的电位差情况，此时膜外的两电极间电位差为零，水表表针不发生偏转。当在图2中甲的A处给与一个适合的剌激时，形成的激动（外负内正）从A往右传导时，电压从水表的“-”端流入，水表表针先向左偏转之后再往右偏转，水表测得的电位变化如图2乙所示。假如水表两电极均放在神经纤维膜的外侧，此时的表针读数仅仅是膜内两电极间的电位差情况，此时膜内的两电极间电位差为零，水表表针不发生偏转，如图2丙所示；当在丙的A处给与一个适合的剌激时，形成的激动（外负内正）从A往右传导时，电压从水表的“+”端流入，水表表针先往右偏转之后再向左偏转细胞膜选择性通透，水表测得的电位变化如图2丁所示。
水表两电极均放在神经纤维膜的内侧（或外侧）时，神经纤维受剌激后激动依次传导至两电极过程中，水表表针均发生两次方向相反的偏转。
（3）方式三：水表两电极分别放在神经纤维膜的外侧和两侧，两电极分别坐落细胞膜外侧不同位置（a、b两点），测得的是静息电位，如图3所示。
在如图3甲所示的膜电位检测中，若减少两电极位置a、b两点间的距离，则所测的膜电位变化曲线中d（图3乙）也急剧降低，当ab＝0时，两个波峰重叠，电压表表针偏转一次。
2两种电位形成的离子基础
大量实验表明，当细胞外的K+含量增加时，静息电位减小；相反，膜外K+含量增高，则静息电位降低，而改变Na+的含量则不影响静息电位值。神经元膜内的K+通过K+通道向外扩散并最终达到膜内外动态平衡的水平，这是产生静息电位的主要离子基础。
动作电位是短暂的、快速的膜电位变化过程。动作电位期间的离子流动主要与两种离子通道有关：电流门控Na+通道和电流门控K+通道，这种通道蛋白对膜电流的变化具有高度的特殊敏感性。当一个剌激造成膜电位上升至-55mV的阈电位时，Na+通道开放，导致Na+内流，促使膜内电位为正、膜外为负；当电位达到峰值时，Na+通道开始关掉，K+通道开放，使Na+停止内流，K+开始外流；K+的持续外流，使膜内电位再度变负，膜外变正，再经过一些变化过程，最终使神经细胞质膜恢复到静息电位水平。
3神经膜电位变化的曲线剖析
神经元细胞质膜内、外各类离子的含量不同。细胞在静息状态时，膜外Na+含量低于膜内，膜内K+含量低于膜外，细胞内带负电的大分子有机物的浓度比细胞外丰富。在神经细胞质膜上有Na+和K+的通道蛋白，Na+通道打开时，Na+迅速步入细胞；K+通道打开时细胞膜选择性通透，K+迅速流出细胞；神经细胞质膜上动作电位的形成过程如图4所示。
（1）图中①处表示静息电位，神经细胞膜对K+的私密性大，对Na+的私密性小，主要表现为K+外流，使膜电位表现为外正内负；此时细胞质膜的状态称为“极化”。
（2）图中②处表示受剌激后，Na+通道打开，细胞质膜开始去极化。③处表示更多Na+内流，造成膜电位迅速逆转，表现为外负内正；细胞质膜进一步去极化。
（3）图中④处表示去极化抵达膜电位最大值（峰值），此时Na通道关掉。图中⑤处Na+通道关掉，因为K+通过K+通道大量外流，最终造成膜右侧电位又转变为“外正内负”状态，即“复极化”。
（4）膜的去极化和复极化构成了动作电位的主要部份，而细胞质膜在恢复到静息电位之前，会发生一个高于静息电位的“超极化”过程。在此过程中，钠钾泵借助ATP供能逆含量梯度把Na+从细胞内转运到细胞外，把K+从细胞外转运入细胞内，因而维持细胞质膜内外的K+、Na+离子的含量差。图中⑥表示细胞质膜由超极化恢复至静息状态。
4中考及模考典型例题剖析
【例1】（2018年·江苏卷·11）图5是某神经纤维动作电位的模式图，下述表述正确的是（）
A.K＋的大量内流是神经纤维产生静息电位的主要诱因
B.b~c段Na＋大量内流，须要载体蛋白的协助，并消耗能量
C.c~d段Na＋通道多处于关掉状态，K＋通道多处于开放状态
D.动作电位大小随有效剌激的提高而不断加强
试卷解析：K＋的大量外流是神经纤维产生静息电位的主要诱因，A错误；b~c段Na经过Na＋通道大量内流的方法是协助扩散，不须要载体蛋白的协助，不消耗能量，B错误；c~d段为静息电位的恢复，K＋外流，Na＋通道多处于关掉状态，K＋通道多处于开放状态，C正确；动作电位大小与有效剌激硬度无关，D错误。
故本题答案为C。
【例2】如图6所示，在某神经纤维上安装两个完全相同的灵敏水表，水表1两电极分别在a、b处膜外，水表2两电极分别在d处膜的内两侧。在b、d中点c给与适合剌激，相关的电位变化曲线如图6乙、丙所示。据图剖析，下述说法正确的是（）
A.表1记录得到图丙所示的曲线图
B.图乙曲线处于③点时，说明d点处于未激动状态
C.图乙曲线处于③点时，丙图曲线正处于④点
D.图丙曲线处于⑤点时，甲图a处电位表现为“外正内负”
试卷解析：图丙表示先后产生两个方向相反的动作电位，由图可知，水表1可记录得到如图丙所示的单向电位变化曲线，A正确；图乙曲线为水表2记录得到的电位变化，处于③点时，动作电位达到最大值，说明d点处于亢奋状态，B错误；图乙曲线处于③点时，动作电位达到最大值，此时图丙曲线正处于④点，C正确；图丙曲线处于⑤点时，图中超处处于静息状态，电位表现为“外正内负”，D正确。故本题答案为ACD。
【例3】利用某海洋植物离体神经为实验材料，进行实验得到如图7所示结果。甲表示动作电位形成过程，乙、丙表示动作电位传导过程，下述表述不正确的是（）
A.若将离体神经纤维放到低于正常海水Na＋含量的氨水中，图甲的a、e处实线将下移
B.图甲、乙、丙中发生Na＋内流的过程分别是b、②、⑦
C.图甲、乙、丙中c、③、⑧点时细胞膜内侧钠离子含量低于细胞膜外侧
D.d、②、⑨过程中K＋外流不须要消耗能量
试卷解析：图甲中a、e点表示形成的静息电位，静息电位与Na含量无关，若将离体神经纤维放到低于正常海水Na＋含量的氨水中，图甲的a、e处不会增长，A错误；神经纤维受剌激时，Na＋内流，所以图甲、乙、丙中发生Na＋内流的过程分别是a～c、③～⑤，⑧～⑥，B错误；图甲、乙、丙中c、③、⑧点时，膜电位为外负内正，但整个细胞质膜两侧钠离子含量仍低于细胞质膜外侧，C正确；静息电位恢复过程中K＋经过K＋通道外流属于协助扩散，不消耗能量，D正确。故本题答案为AB。
对神经膜电位检测及变化曲线进行剖析可培养和提高中学生的理智思维和关键能力。实验测定中使用的水表是数学学中的常用工具，通过实验情景也可以使中学生明晰数学学的工具与方式在生物学研究中的作用，因而进一步认识到跨学科知识与技术在生物学研究与学习中的重要价值。
本文献来自《中学生物学》2022年第38卷第12期，8-10.作者：左延柏.
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