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1、稳态和激素 Homeostasis steadystate TransportinplantPlantnutritionAnimals physiology homeostasis andtemperatureregulationAnimalhormanes 1 一 稳态Homeostasis 地理学 系统的均衡状态 而且系统在受到小的干扰后可以自发恢复到这个状态 电力 在所有瞬态影响消失后 当所有输入量保持恒定时系统所维持的状态 昆虫学 1 生态系统通过内部调节抗御外界干扰 保持相对稳定状态的趋向 2 昆虫体内环境维持恒定的状态 2 稳态Homeostasis 生态学 生态系统在面对变化着的
2、外部条件下 能保持稳定的内部状态 生物化学与分子生物学 在一定的时间范围内 酶与底物形成酶 底物复合物的速度与产物生成的速度相等的状态 此时随时间的增加酶 底物复合物的浓度不变 稳态 机体通过调节作用 使各个系统 器官协调活动 共同维持内环境的相对稳定状态 3 生物学上稳态思想的由来 内环境恒定的概念 19世纪法国生理学家贝尔纳 ClaudBernard 所提出 他认为机体生存在两个环境中 一个是不断变化的外环境 一个是比较稳定的内环境 内环境是围绕在多细胞动物的细胞周围的细胞外液 特点是其理化特性及其组成分的数量和性质 处于相对恒定状态 为细胞提供一适宜的生活环境 也是维持生命的必要条件 内
3、环境恒定是 机体 自由和独立生存的首要条件 4 生物学上稳态思想的由来 稳态 是美国生理学家坎农 W B Cannon 于上世纪20年代末提出的 是内环境恒定概念的引伸和发展 在坎农时期 稳态主要指内环境是可变的又是相对稳定的状态 稳态是在不断运动中所达到的一种动态平衡 即是在遭受着许多外界干扰因素的条件下 经过体内复杂的调节机制 使各器官 系统协调活动的结果 这种稳定是相对的 不是绝对的 一旦稳态遭破坏 就导致机体死亡 西医与中医 5 二 植物的水分代谢 6 1植物细胞的水势waterptential 水势 水分运动需要能量做功 热力学上把物质所含能量中 可在恒温 恒压下做功的部分叫做自由能
4、 每1mol物质的自由能称做化学势 18g水中的自由能 称为水势 纯水的水势最高 人为地定其为0 溶质使水溶液中的水自由能降低 所以 水溶液的水势为负值 单位MPa 兆帕 1MPa 9 87大气压海水的水势 0 25MPa 1mol氯化钾溶液的水势 0 46 在一个系统中 水从水势高的地方向水势低的地方运动 7 植物细胞的水势 溶质势 由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值 又称渗透势 用 s表示 压力势 是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的数值 用 p表示 衬质势 亲水胶体能够具有吸附水分子的力量 能使水势降低 用 m表示 w s p m 8 渗透装置 9 一个成熟的植物细胞就
5、是一个完整的渗透装置 细胞壁 原生质层 全透性 原生质层具有选择透过性 近似于半透膜 细胞膜 液泡膜 细胞质 细胞液 细胞核 10 细胞壁 原生质层 细胞液 空腔 原生质层和细胞壁分离的现象 细胞膜 液泡膜 细胞质 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时 高渗溶液 细胞发生质壁分离 11 2根系对水分的吸收 蒸腾拉力 根压 根系生理活动导致的 吐水与伤流 吐水 蒸腾作用 12 蒸腾作用指水分从植物地上部分以水蒸汽状态向外散失的过程 蒸腾作用与蒸发不同 它是一个生理过程 受植物体结构和气孔行为的调节 3蒸腾作用 13 14 淀粉 糖转化学说 在光下 光合作用消耗了CO2 于是保卫细胞细胞质pH增高到7
6、淀粉磷酸化酶催化正向反应 使淀粉水解为葡萄糖 1 磷酸 引起保卫细胞渗透势下降 水势降低 从周围细胞吸取水分 保卫细胞膨大 气孔张开 反之 即在黑暗中 气孔关闭 气孔开闭的机理 15 离子泵学说 16 土壤水分 根毛 皮层 内皮层 木质部薄壁细胞 茎的导管 叶脉导管 叶肉细胞 气孔下腔 气孔 大气 4植物体内水分的运输途径 17 Evaporation Cohesion Uptake Watermoleculesare sticky 18 短距离 细胞内 细胞间 微米 毫米 长距离 器官之间 库 sink 源 source 之间 经疏导组织 厘米 百米 共质体symplast与质外体apopl
7、ast 胞间 维管束vascularbundle 长距离 导管为中心的木质部筛管为中心的韧皮部其他细胞维管束鞘 5植物体内有机物的转运 19 环割试验girdlingexperiment 早在1675年意大利的M 马尔皮基就已经环割树皮的试验确定 当剥去一圈树皮后 由于其内的韧皮部通道受到破坏 叶子制造的有机物下运受到碍 营养物质停留在环割切口上方 因而形成树瘤 20 三 植物营养 21 1植物的必需元素 大量元素 在植物体内含量较多 占植物体干重达万分之一以上的元素 包括C H O N P K Ca Mg S Si等10种元素 微量元素 植物体内含量甚微 稍多即会发生毒害的元素包括 Cl F
8、e Mn B Zn Cu Mo Ni Na等9种元素 灰分元素与矿质元素 22 植物吸收矿质元素的特点1 对水分和盐分的相对吸收 相互联系 离子必须溶于水才能被吸收 离子的吸收又有利于水分的吸收相互独立 根部吸水以被动吸水为主 而对离子的吸收则以主动吸收为主 2 选择性吸收 3 单盐毒害 2植物对矿质元素的吸收 23 例 玉米根对离子的选择性吸收 生理酸性盐 铵盐生理碱性盐 硝酸盐生理中性盐 硝酸铵 24 25 根部对溶液中矿质元素的吸收过程1 离子吸附在根部细胞表面 2 离子进入根部内部 26 3 1矿物质运输的形式金属离子 以离子状态运输P 主要以正磷酸根离子向上运输N 主要以氨基酸和酰胺
9、形式向上运输 少量以硝酸根离子运输S 主要以硫酸根离子向上运输 3矿质元素在植物体内的运输 27 3 2运输途径和速度 运输途径 根部吸收的离子可沿木质部上运 也可横向运至韧皮部 叶片吸收的离子向下和向上是通过韧皮部进行的 也可横向运至木质部 运输速度 30 100cm h 28 4矿物质在植物体内的分布可再利用元素以离子或不稳定化合物形式存在 可转移至其他部位循环利用 如N P Mg K Zn等 其中以N P最为典型 当植物缺乏这类元素时 它们就从衰老组织转移到新生的幼嫩部位 从代谢水平低的部位转移到代谢旺盛部位 所以衰老的叶片出现相应的缺素症 29 30 31 不可再利用元素以难溶解的稳定
10、化合物形式存在 难以循环利用 如Ca B Cu Mn S Fe 其中以Ca最为典型 这些元素在老叶中的含量高于幼叶中的含量 缺乏这些元素 幼叶或新生组织会表现出相应的缺素症 矿物质在植物体内的分布 32 5生物固氮 每年生物固氮 将N2还原为NH3 的总量占地球上固氮总量的90 左右 根瘤 rootnodule 是豆科植物与根瘤细菌的共生结构 近年来 对于非豆科植物固氮的研究 也引起了人们重视 有的非豆科植物已被用于造林固沙 改良土壤 地球氮循环 固氮作用 生物体内有机氮的合成 氨化作用 硝化作用 反硝化作用 33 合理施肥与无土栽培 齐民要术 美田之法 撂荒 化肥 功能肥料 无土栽培 34
11、四 体温调节与内环境的稳态 Theinternalenvironment istheextracellularfluid orECF ECF whichaccountsforaboutone thirdoftotalbodywater ismadeofthebloodplasmaandtheinterstitialfluid thephysiologicalcompositionoftheECFmustremainstablewithinnarrowlimits andmaintainingthatstabilityisthejobofthebody sorgansystems 35 体温调节
12、temperatureregulation 是指温度感受器接受体内 外环境温度的刺激 通过体温调节中枢的活动 相应地引起内分泌腺 骨骼肌 皮肤血管和汗腺等组织器官活动的改变 从而调整机体的产热和散热过程 使体温保持在相对恒定的水平 36 变温动物与恒温动物 恒温动物homeotherma 鸟类和哺乳类 也叫内热动物endothermas 依靠本身代谢的能量调节体温 它们摄取的食物90 以上 是供生命活动和维持体温的 供生长用的不足10 变温动物poikilothermas 也叫外热动物 ectotherms 依靠外界的热 如日光 来维持体温 当外界温度太低时 可以减少活动 乃至休眠 摄取的食物
13、能量低 变温动物与恒温动物的适应性 它们的体温调节行为如何 37 五 动物激素 1891年 有人提出体内有些器官经常向血液释放某种物质 为身体其他部分的发育和活动所需 1902年 Bayliss和Starling发现促胰液素 很快 他们认识到 NS之有另外一种调节机体活动的方式 动物激素相对于植物激素的特点 有专门产生激素的器官 内分泌腺 种类多 特异性高 瘦肉精是一类药物 能够促进瘦肉生长 常见的是一类叫做 兴奋剂 agonist 的药物 如在中国造成中毒的克伦特罗 clenbuterol 和美国允许使用的雷托巴胺 Ractopamine 琼斯 38 1内分泌腺 内分泌腺endocrineg
14、lands 是没有分泌管的腺体称为内分泌腺 激素直接进入周围的血管或淋巴管中 由血液和淋巴液将激素输送到全身 甲状腺thyroidgland甲状旁腺parathyroidglands胰岛isletsoflangerhans肾上腺adrenalglands垂体pituitarybody下丘脑hypothalamus松果体pinealbody性腺 前列腺素prostaglandins 39 在血液中 激素大部分与血浆蛋白相结合 小部分游离于血浆之中 两者形成平衡的关系 游离的激素分子在循环过程中 一部分与靶细胞结合发挥作用 一部分入肝后为肝所破坏而失去活性 还有一部分则随尿排出 与血浆蛋白结合的激
15、素分子 可随时与血浆蛋白分离 以补充失去的游离激素分子 固醇类激素 如肾上腺皮质激素和甲状腺素很难溶于水 它们不能游离于血浆中 必须以蛋白质分子为载体运行 2激素的作用机制 40 激素的作用机制 根据受体在靶细胞的表面还是内部 机制有所不同 G蛋白偶联产生的第二信使 类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节生理过程 41 3关于激素的分类 专一性 穿透性 蛋白质激素糖蛋白 促甲状腺素 卵泡刺激素 黄体生成素 抑制素蛋白质 促生长素 催乳素 家长旁腺激素 胰岛素肽类 促甲状腺素释放激素 促性腺激素释放激素 生长素释放抑制激素 促黑激素释放因子 催乳素释放因子 催产素 促肾上腺皮质激素 促黑激素 降钙
16、素 胰多肽 促胰液素非蛋白质激素类固醇 糖皮质激素 盐皮质激素 雌二醇 孕酮胺类 催产素释放抑制因子 肾上腺素抗生素 42 几个典型的化学物质 己烯雌酚30年代发明 预防流产 像维生素片一样服用 还用于处方 控制产奶量 避孕药 会导致后代生殖系统癌症 先天畸形 终身不育 反应停 安定 抑制孕妇恶心 会导致后代手足全无或缺陷 手掌长在肩膀上 脑障碍等 DDT具有拟雌激素作用 影响生殖功能 雄性50年后还有吗 美国70 的男性精子不足 43 4与人类的关系 美国 我们被偷走的未来 人啊人 你血管里流淌的血液 你神经里的每一次冲动 你体液中激素的每一次作用 其实与活跃在田野山林 大洋深处的动物的躯体里的情况毫无二致 尤其是激素的结构和作用机制 在你是身体里几乎与亿万年前的动物一模一样 甚至没有变化 正是激素控制着我们的生殖和发育 当人类生产出具有类激素效用的化学物质的时候 人类就开始了自己悲惨的旅程 44 戈尔 我们被偷走的未来 具有极为重要的意义 它迫使我们对曾经在全世界范围内散布的合成化学物质质疑 为了子孙后代 我们必须尽快找出答案 对于这一切 我们人人都有知晓的权力 人人都有了解和学习
