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，視網膜感光細胞接受刺激，產生__________，沿__________神經傳至相關腦區的神經中樞，引起恐懼和焦慮行為，因而更多地躲避進封閉區。WT鼠在探索新奇環境的沖動下，會重復進入開放臂玩耍。

(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(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所示迷官上的預制行為表現是_______________________________________________________；實驗結果顯示，I-KO鼠、NI-KO鼠與WT鼠的行為表現一致，這一實驗結果與上述推測___________(選填“相符”或“不相符”)。由此推測I基因對小鼠產生焦慮情緒的作用是____________________________________________。

(3)研究發現，B區和C區是處理焦慮等情緒的兩個關鍵腦區(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，檢測小鼠兩個腦區中神經元的活躍度。得到圖3所示結果。

①據圖2、3可知，N-KO_____________，C區輸出的抑制信號增強，導致出現焦慮行為。

②請對實驗結果進行分析，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d、e填人I-IV處。Ⅰ__________；Ⅱ________；Ⅲ________；Ⅳ______________。

②預期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“神經沖動”) 傳入 更多在封閉區活動，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兩個腦區中的神經元活躍度增強 敲除I基因降低C區神經元活躍度，NI-KO鼠C區的神經元活躍度恢復正常，輸出的抑制信號正常 a a 物質e 物質d 甲 甲 乙 甲

【解析】

神經調節過程中，生物受到外界刺激時，感受器興奮，經過傳入神經傳至神經中樞，經神經中樞做出綜合與分析后，通過傳出神經將興奮傳至效應器，對刺激做出相應的反應。根據題意分析可知，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；而WT鼠在探索新奇環境的沖動下，會重復進入開放臂玩耍。

（1）根據神經調節的過程可知，N-KO鼠進入圖1所示高架十字迷宮的開放臂時，視網膜感光細胞接受刺激，產生興奮，興奮沿著傳入神經傳至神經中樞，神經中樞綜合分析后發出指令，引起恐阻和焦慮行為，因而更多地躲進封閉區。

（2）根據題意，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相同，即由于引起恐阻和焦慮行為，因而更多地躲進封閉區，較少進入開放臂；而根據實驗結果：I-KO鼠、NI-KO鼠與WT鼠的行為表現一致，這一實驗結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兩個腦區中的神經元活躍度增強，尤其C區輸出的抑制信號增強，導致出現焦慮行為。

②根據圖2、3可知，NI-KO鼠敲除I基因降低C區神經元活躍度，NI-KO鼠C區的神經元活躍度恢復正常，輸出的抑制信號正常，無焦慮行為發生，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組作為實驗組應該選擇N基因缺失的小鼠，其中1組與3組又構成對照關系，故1組應該注射物質e，2組與4組構成對照，故4組注射物質d。

②分析圖4中的實驗可知，1組中WT鼠由于注射了物質e，物質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d，由于物質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e，物質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d，由于物質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。