高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座_专题十四_内环境的控制

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2、广义的稳态:是指在同一层次上的稳态,从细胞到生态系统。4 影响内稳态的因素: ( 1 )外界条件变化:如温、湿度等; ( 2 )生物体自身状态变化:如运动、摄食等。二、体液调节排泄和水盐平衡(一)体液细胞生活在液态环境中,低等动物生物在水环境,高等动物的细胞生活在体液中。体液是指细胞外液,包括血液、淋巴、组织液等;内环境主要指体液。内环境的特性:海洋生物的体液成分似海水;淡水、陆生生物体液与海水很不相同。体液调节主要机制有二个: ( 1 )排泄:排出代谢废物; ( 2 )水盐平衡:调节水量、保持 体液盐分浓度稳定。(二)排泄1 动、植物在利用含氮物质上的区别:植物:能利用无机氮;可反复利用蛋白

3、质分解产生的含氮基团;不存在排泄含氮废物的过程;无排泄系统。动物:不能利用无机氮;不能重复利用蛋白质分解产生的含氮基团;无氨基酸库,不能储存蛋白质、氨基酸等(在动物体内,多余蛋白质、氨基酸等转变为糖原、脂肪储存起来或脱氨基转变为 NH3 、尿素、尿酸等,排出体外) 。有排泄系统和排泄器官:排出代谢废物,保持体液稳定, 如皮肤能排出汗腺; 肝脏排出胆汁 (胆固醇、 胆色素) ; 肠道排出 Ca2+ 、 Fe2+(粪便) 。排泄的物质主要包括:多余的水、多余的盐分、蛋白质代谢废物如氨、尿素、尿酸、肌酐等。2 转氨与脱氨转氨:氨基酸的 -NH 2转移到一种酮酸上。结果形成新的氨基酸。天冬氨酸 + -

4、 酮戊二酸草酰乙酸 + 谷氨酸脱氨(氧化脱氨) :谷氨酸 +H 2O -酮戊二酸 +NH3 ,结果产生氨。3 氨的排除NH 3 的特点:剧毒物质,必须排除; NH 3 分子小,易溶于水、易透过细胞膜;排除方法与生活方式有关。( 1 )水生动物的排泄排泄物的主要形式是NH3 ,缺点是消耗大量的水。小型动物直接排泄:NH3f体表-外界水环境;或稀释后排泄:NH3 -稀释-减弱毒性-排泄系统-体外。( 2 )陆生动物排泄排泄物主要为尿素、尿酸,优点是耗水少,这是对陆地生活的适应性。尿素的排泄尿素的形成: NH3 经氧化形成尿素, 2NH 3+CO 2 CO (NH 2) 2+H 2O ;优点是毒性较

5、小,可长时留存;可积累、浓缩(节水) ;缺点是仍耗水、仍有毒性;两栖类:蝌蚪似鱼,以排NH3 为主、尿素次之;成体以排尿素为主;胎生陆生动物哺乳类(人)以排尿素为主。尿酸的排泄优点是无毒性;是结晶状态,不溶于水,节水;且不影响体液平衡(内稳态) ;适应性于软体动物、节肢动物、爬行动物、鸟类等。干旱地区生活的生物,如鸟类、爬行类等卵生陆生动物,卵外有卵壳,胚胎的代谢废物无法通过,尿酸则储存于卵内。进化上的启示趋同进化、平行进化:排泄物为尿酸的两大支陆生动物:软体、节肢等属无脊椎动物;爬行、 鸟类属脊椎动物; 二者关系很远, 这是生物在生理特征上生物有趋同进化 (平行进化)的一个例子。在排泄物方式

6、上,部分水生动物以尿酸(不是NH3 )为主,如浅滨螺、锥实螺、扁卷螺等; 这是生物的进化是从水生到陆生的过渡类型; 部分陆生动物: 以 NH3and/or 尿素为主,如鼠妇以 NH3 为主、蚯蚓以NH3 、为主,说明这些生物尚未进化到真正适应陆地上生活,只能生活在潮湿的环境中。多种其它形式的含氮废物蜘蛛的含氮废物为鸟嘌呤;多种鱼类是三甲基胺等。(三)水盐平衡1 海洋动物的水盐平衡大多和海水等渗,不存在水盐平衡的问题;有些生物 (如某种蟹) 可生活在低渗溶液中, 这是由于其鳃有调节体液盐分浓度的作用。鳃将半咸水中的盐分逆浓度梯度吸收,将过多的水(与体液等渗)排出。有些海洋动物如牡蛎、蛤等,当海水

7、变为低渗时,只是被动地关闭外壳。海洋硬骨鱼的补祖先生活于淡水中,体内与海水相比是低渗的,其适应方式为: ( 1 )全身都盖有磷片, 减少水分从体表渗出; ( 2 ) 不断饮入海水, 用鳃上的特化细胞泌出盐分; ( 3 )含氮废物质大多以 NH3 的形式从鳃排出,肾脏的排尿量减少,减少失水。鲨和硬骨鱼一样,祖先生活于淡水,其体内盐类与硬骨鱼相似,但血中尿素含量很高,使体液渗透压高于海水;鲨血中还含在另一种含氮废物三早基胺,以减少尿素的毒性。海产的或沿海生活的鸟类,如信天翁等,参盐腺泌盐。2 淡水动物的水盐平衡淡水鱼来自海洋生活的祖先,其调节体液平衡的机制是: ( 1 )体表有鳞片; ( 2 )从

8、不饮水; ( 3 )尿是高度稀释的,其含盐量远低于血液; ( 4)鳃上有特化细胞,从水中主动吸收盐分。3 陆生动物的水盐平衡陆生动物面临的主要问题是缺水、失水,相对应的解决办法是饮水、节水(保水) 。( 1 )未完全适应陆生的种类如蚯蚓、蛙等,未能完全摆脱对水的依赖,它们的皮肤可进行辅助呼吸,若皮肤裸露, 就会失水。故它们只能生活在潮湿环境中。 排泄物形式为 NH3或尿素,蚯蚓为 NH3 和尿素;蛙以尿素为主,这个过程是耗水过程。( 2 )完全适应陆生的种类如昆虫、爬行类、鸟类、哺乳类,其适应方式是饮水、保水(节水) 。保水主要通过:体表无呼吸功能,干燥、有覆盖物;有几丁质外骨骼、鳞、羽、毛等

9、;除汗腺外不再失水;呼吸器官深藏体内(气管、书肺、肺) ;排泄器官回收水能力强;排泄物为尿酸(昆虫、爬行类、鸟类)和尿素(哺乳类);利用代谢水。多种昆虫生活在干燥环境,食用干燥食物,不饮水;袋鼠生活在干燥炎热环境、几乎不 饮水;它们的粪便干燥,直肠回收水分能力很强;不出汗:袋鼠,强烈日照汗液作用一排泄、调节体温;汗液成分一水、NaC、乳酸、尿素等(四)排泄和水盐平衡器官1 .伸缩泡:是原生动物调节水盐平衡的器官,海洋生物大多没有伸缩泡。2 .原肾管:涡虫、轮虫等的排泄器官,其特点是有火焰细胞,呈现管状,有纤毛伸入 排泄管中。3 .后肾管:环节动物和软体动物的排泄器官称为肾管或后肾管,肾管按体节

10、排列。4 .触角腺:蟹等甲壳类动物的排泄器官是触角腺,又称绿腺。5.马氏管:6.泄殖腔m两瓜爬茨:叨统赢啷官,由直肠末端膨大,输尿管、输精(卵)管、pm直肠通入。末端的孔为泄殖腔孔;回收水分能力很强,粪便干(特别是干旱地区的爬行、鸟 类)。肾脏:其特点是高度集中的器官,不再形成分支深入器官组织间;循环系统参与排泄物的运输,废物进入血液后,由肾排到体外;肾脏对尿液有浓缩、加工作用。人的排泄系统:由肾、输尿管、膀胱、尿道组成。1. 2/min )、血流(1)肾脏的构造由皮质、髓质、肾盂构成。肾脏生理特点是过滤作用强、血流量大(速度缓慢、血压高。肾脏由 100 万个肾单位组成, 肾单位由肾小体和肾小

11、管组成; 肾小体又由肾小球和肾小囊组成。肾单位(特别是肾小管)各部分规律排列形成肾脏皮质和髓质。皮质部由肾小体(肾小球、肾小囊) ,髓质部由髓袢的大部分、集合管的大部分组成。( 2 )尿的形成A 肾小球滤出液(原尿)的形成:血液流到肾小球的毛细血管网时,滤过到肾小囊腔内,形成滤液,进入肾小管。实验证明,滤液形成与血压正相关、滤液形成与耗氧量无关。这说明。渗透作用是一个物理过程,是被动运输,不耗能。肾小囊(壁)的细胞称为足细胞,是单层、扁平、伪足样突起,铺在肾小球微血管壁上,间隙可容血浆透过。滤液(原尿)量大,每天约 180 ( 150-200 ) ,而排尿量约为 1 5-2/天。原尿的成分与尿

12、不同,与血液相似、与组织液相当,无血细胞、大分子蛋白质少。B 终尿(尿)的形成:滤夜(原尿)的加工终尿(尿)中无蛋白质分子,异常时(如肾炎) ,尿中含蛋白质大分子,原因是肾小球壁挡不住蛋白质大分子,肾小管的重吸收功能丧失。终尿的形成肾小管、集合管的加工作用重吸收作用滤液中物质再进入血液为重吸收, 发生在近曲小管。 特点是: ( 1 ) 主动运输, 即耗能 (管壁细胞中含有大量线粒体) 、耗氧。( 2 )选择性:回收能力因物质种类而异。葡萄糖、氨基酸、蛋白质、维生素等被全部回收; NaC 、 K+ 等被子大部回收;尿素、尿酸、 H2PO4- 、HPO42- 被部分回收,用于调解渗透压;有害物质(

13、 NH3 、肌酐等)则完全不吸收。但当有限度:高血糖160mg/100m 血液时,不能全部重吸收,出现糖尿。分泌和排泄作用部位在远曲小管,主要作用是: ( 1 )调节血液酸碱度:如血液中 H+ (或 HCO3- )进入滤液; ( 2 ) 调节血液离子平衡: 血液中 NH4+ 、 K+ 、 H+ 进入滤液, 帮助 Na+ 的重吸收; ( 3) 排泄:代谢废物和产物、药物、毒物。浓缩作用主要在集合管。髓袢的生理特点、作用为集合小管营造高效逆流交换环境。升支对水的通透性很低,管内水量保持不变,大量泵出滤液中的 Na+ 。结果管内滤液中 Na+ 浓度逐渐降低,管外组织液中 Na+ 浓度升高。降支:管外

14、组织液浓度始终大于管内滤液,结果: Na+渗入管内,使管内 Na+ 浓度升高。Na+ 环流的形成总结如下:降支: Na+ 渗入 Na+ 浓度升高,在 U 形转弯处 Na+ 浓度最高;升支:Na+泵出 Na+浓度降低,末端浓度最低w管外组织液;两个 Na+ 浓度(渗透压)梯度的形成,使髓袢内滤液渗透压在髓袢末端达到最低;髓袢外(即集合管外)组织液渗透压也在髓袢末端亦最低,这有利于集合管发挥浓缩作用。集合管的浓缩作用:由于管内滤液浓度低、管外组织液浓度高,水分顺浓度梯度进行扩散,结果管内水分大量渗出,滤液被浓缩,形成终尿。浓缩后,滤液:终尿=180:1 52 (/天) ,浓缩 100 倍。( 3

15、)排尿尿的成分: 水占 96% ; 含 N 废物占 2 5% , 有尿素、 少量尿酸、 肌酐酸等; 盐类占 1 5% , 如 NaC ;少量 K+ 、 NH3 、 PO43- 、 SO42- 等。肾结石引起的原因是由于尿酸小结晶可随尿排出,但大结晶在肾、膀胱内结石,阻塞、摩擦、疼痛、炎症。尿量的调节:水分对尿量的调节血液水分降低时,刺激下丘脑,下丘脑一方面分泌抗利尿激素增多,作用于集合管,使其通透性增大, 重吸收水能力增强, 使尿量降低; 另一方面, 下丘脑将兴奋传递到大脑皮层,引起渴觉,促进饮水。饮水过多时, 血液水分增多, 刺激下丘脑, 使其分泌的抗利尿激素减少, 致使尿量减少。盐分对尿量的调节食入盐分过多,刺激下丘脑,一方面产生抗利尿激素增多,使尿量下降,体液渗透压升高;另下方面,下丘脑将兴奋传递到大脑皮层,引起渴觉,促进饮水,使体液渗透压升高。饮水过多时,盐分浓度降低,下丘脑分泌抗利尿激素

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