例談動物激素的實驗研究

余玖銀

19世紀末期，科學(xué)家們注意到某些物質(zhì)可能在生物體內(nèi)發(fā)揮調(diào)節(jié)生長、發(fā)育、代謝等生理功能的作用，然而，這些物質(zhì)究竟是什么，以及它們?nèi)绾伟l(fā)揮作用，卻一直是個謎。直到20世紀初，英國科學(xué)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(fā)現(xiàn)一種叫做促胰液素的物質(zhì)可使胰腺分泌胰液。隨后，科學(xué)家們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)極大地推動了生物學(xué)的發(fā)展，并為臨床醫(yī)學(xué)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(xué)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(shù)但不摘除內(nèi)分泌腺（假手術(shù)）；②手術(shù)摘除內(nèi)分泌腺出現(xiàn)癥狀。

激素研究中的加法原理常見實驗操作：①手術(shù)摘除內(nèi)分泌腺出現(xiàn)癥狀；②手術(shù)摘除內(nèi)分泌腺出現(xiàn)癥狀+向摘除內(nèi)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(shù)摘除內(nèi)分泌腺出現(xiàn)癥狀+從被摘除內(nèi)分泌腺中分離純化得到物質(zhì)X，物質(zhì)X經(jīng)靜脈注入被摘除腺體的個體內(nèi)。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(xiàn)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(nèi)SS水平，導(dǎo)致CH水平提高。某研究小組將若干健康且生理狀態(tài)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(yù)期結(jié)果X可能為“+”

D.本實驗?zāi)茯炞C生長抑素對大鼠生長發(fā)育的作用

解析 與常態(tài)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(yīng)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(yù)期結(jié)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(fā)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)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(yīng)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(shù)或其他方式去除動物體內(nèi)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(fā)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(shù)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(fā)育和新陳代謝的影響，實驗組：手術(shù)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(jīng)靜脈注入被摘除腺體的小鼠體內(nèi)”，對照組：摘除小鼠的甲狀腺。

例2 某科學(xué)家為了研究性激素在胚胎生殖系統(tǒng)中的作用，設(shè)計了如下實驗：在家兔胚胎生殖系統(tǒng)分化之前，通過手術(shù)摘除即將發(fā)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(xiàn)。實驗結(jié)果如表2：

據(jù)此可知，以下錯誤的是（ ）。

A.發(fā)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(fā)育為雌性

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

C.從實驗設(shè)計的角度來看，本實驗和增設(shè)實驗應(yīng)用了“減法原理”和“加法原理”

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

解析 由題意知，生殖系統(tǒng)形成之前摘除睪丸，性染色體組成為XY的個體發(fā)育成雌性，說明發(fā)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(fā)育為雌性，A正確；摘除即將發(fā)育為卵巢或睪丸的組織，會缺乏相應(yīng)信號，提供睪酮（雄性激素）會使個體發(fā)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(yīng)用了“減法原理”和“加法原理”，C正確；題干中未涉及環(huán)境因素對性別發(fā)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(jié)果的準確性和可比性，在對動物進行分組時應(yīng)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(yīng)包含數(shù)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(fā)育情況（如蝌蚪變態(tài)發(fā)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(jù)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）