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1、高级动物生理学高级动物生理学沈阳农业大学畜牧兽医学院沈阳农业大学畜牧兽医学院 一、动物生理学的基本概念一、动物生理学的基本概念二、动物生理学与其他学科的联系二、动物生理学与其他学科的联系三、动物生理学的发展现状三、动物生理学的发展现状四、动物生理学的发展趋势四、动物生理学的发展趋势动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 一、动物生理学的基本概念一、动物生理学的基本概念动物生理学（动物生理学（Animal Physiology）是研究动物从细胞到整是研究动物从细胞到整体的各个生物结构层次的正常功能及其调节的科学。体的各个生物结构层次的正常功能及其调节的科学。 二、动物生理学与其他学
2、科的联系二、动物生理学与其他学科的联系 （一）与动物解剖学和组胚学的关系（一）与动物解剖学和组胚学的关系依靠人体形态学基础来推断或分析生理功能是生理学初始依靠人体形态学基础来推断或分析生理功能是生理学初始阶段的特点，故在早期的动物生理学中形态学内容占较大阶段的特点，故在早期的动物生理学中形态学内容占较大比重。比重。 动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 二、动物生理学与其他学科的联系二、动物生理学与其他学科的联系 （二）与生物化学的关系（二）与生物化学的关系随着化学理论知识和分析手段的增强，化学对生理学的渗透逐渐增加，随着化
3、学理论知识和分析手段的增强，化学对生理学的渗透逐渐增加，形成生理生化这一分支学科，对动物体的化学组成、物质转化、能量代形成生理生化这一分支学科，对动物体的化学组成、物质转化、能量代谢、酶和激素等有了深入的认识。谢、酶和激素等有了深入的认识。 （三）与物理学的关系（三）与物理学的关系现代的生理学和物理学联系渐趋紧密，一些现代的物理学技术方法已经现代的生理学和物理学联系渐趋紧密，一些现代的物理学技术方法已经广泛运用于生理学的研究中，如分析与检测动物的能量传递和转化，生广泛运用于生理学的研究中，如分析与检测动物的能量传递和转化，生物电产生和传播的机理，物质运动和力学规律，动物对各种物理因素产物电产生
4、和传播的机理，物质运动和力学规律，动物对各种物理因素产生的反应，激光的物理效应等等。生的反应，激光的物理效应等等。动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 （四）与分子生物学的关系（四）与分子生物学的关系随随着着分分子子生生物物学学的的发发展展和和分分子子生生物物学学技技术术的的运运用用，已已经经建建立立各各种种蛋蛋白白质质的的分子结构，如受体、激素、膜蛋白质等；分子结构，如受体、激素、膜蛋白质等；现现代代分分子子生生物物学学技技术术克克隆隆基基因因比比较较容容易易，但但却却常常常常难难以以确确定定这这个个基基因因的的功功能能，而这正是生理学所要研究解决的。而这正是生理学所要研究解
5、决的。在在分分子子水水平平上上阐阐明明生生理理功功能能和和作作用用机机理理，研研究究蛋蛋白白质质的的基基因因DNA顺顺序序，能能进一步掌握它们调控的有关功能的遗传学信息。进一步掌握它们调控的有关功能的遗传学信息。分子生物学技术必将为现代生理学研究开辟新的境界。分子生物学技术必将为现代生理学研究开辟新的境界。生生理理学学将将会会进进入入发发展展的的黄黄金金时时期期，运运用用分分子子生生物物学学建建立立起起来来的的大大量量新新技技术术，将将使使传传统统的的器器官官系系统统生生理理学学和和分分子子生生物物学学紧紧密密联联系系，从从以以往往的的器器官官、组组织织和和细细胞胞水水平平深深入入到到分分子子
6、水水平平，交交叉叉渗渗透透，融融会会贯贯通通，使使生生理理学学的的发发展展进进入入一个崭新的时期。一个崭新的时期。动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 三、动物生理学的发展现状三、动物生理学的发展现状 （一）发展的现状（一）发展的现状 1. 横向方面横向方面 与主要器官系统的功能相联系的有与主要器官系统的功能相联系的有：呼吸生理学、血液生理学、循环：呼吸生理学、血液生理学、循环生理学、消化生理学、内分泌生理学、神经与行为生理学、感官生理生理学、消化生理学、内分泌生理学、神经与行为生理学、感官生理学、生殖生理学、排泄生理学、免疫生理学、发育生理学等；学、生殖生理学、排泄生理学、免
7、疫生理学、发育生理学等；在不同的层次研究功能与调控机理的有在不同的层次研究功能与调控机理的有：器官系统生理学、细胞生理：器官系统生理学、细胞生理学、组织生理学、环境生理学、生态生理学等。学、组织生理学、环境生理学、生态生理学等。2. 纵向方面纵向方面 动物生理学所研究的动物类群已经由最初的哺乳动物逐渐扩展到低等动物生理学所研究的动物类群已经由最初的哺乳动物逐渐扩展到低等脊椎动物和无脊椎动物，出现了脊椎动物和无脊椎动物，出现了昆虫生理学昆虫生理学、鱼类生理学鱼类生理学、鸟类生理学鸟类生理学等等。等等。 动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 （二）对基本生理功能及其作用机理的阐明（
8、二）对基本生理功能及其作用机理的阐明 1. 酶和能量代谢酶和能量代谢 动物体耗费的能量是由食物在能量代谢过程中产生，而酶动物体耗费的能量是由食物在能量代谢过程中产生，而酶在代谢的化学反应中起重要的生物催化作用。在代谢的化学反应中起重要的生物催化作用。 2. 生物膜的结构和功能生物膜的结构和功能 生物膜的结构与功能是细胞生理学的主要研究内容。生物膜的结构与功能是细胞生理学的主要研究内容。 （1）细胞和亚细胞结构的划分；细胞和亚细胞结构的划分； （2）通过选择性渗透和转运作用保持细胞内环境的稳定性；通过选择性渗透和转运作用保持细胞内环境的稳定性； （3）通过确定细胞内酶辅因子和底物的浓度而调控细胞
9、内的代谢活动；）通过确定细胞内酶辅因子和底物的浓度而调控细胞内的代谢活动； （4）埋藏在膜内的酶参与各种代谢活动；）埋藏在膜内的酶参与各种代谢活动；（5）通过膜表面的受体分子和调节分子感受或转导细胞外的化学信息；）通过膜表面的受体分子和调节分子感受或转导细胞外的化学信息； （6）将环境刺激转导为电信号，并传送生物电脉冲；）将环境刺激转导为电信号，并传送生物电脉冲； （7）释放突触的递质；（）释放突触的递质；（8）内吞和胞吐作用。）内吞和胞吐作用。 动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 （二）对基本生理功能及其作用机理的阐明（二）对基本生理功能及其作用机理的阐明 3. 信号的传播
10、和传递信号的传播和传递 动物神经系统的结构单位动物神经系统的结构单位神经元通过突触的电传递或化学传神经元通过突触的电传递或化学传递和其他的神经元或效应器细胞联系，阐明电突触的传递和化学突触递和其他的神经元或效应器细胞联系，阐明电突触的传递和化学突触的传递是神经生理学研究的基本内容。的传递是神经生理学研究的基本内容。 4. 感觉的作用机理感觉的作用机理 受体细胞对刺激能量的特异性感觉通道（如听觉通道、视觉通道）受体细胞对刺激能量的特异性感觉通道（如听觉通道、视觉通道）是异常敏感的，通常通过去极化作用将刺激转导为电信号。是异常敏感的，通常通过去极化作用将刺激转导为电信号。 5. 化学信息素和调节素
11、（激素）化学信息素和调节素（激素） 动物体内细胞组织和器官的生理和生化过程大部分都是由内分泌动物体内细胞组织和器官的生理和生化过程大部分都是由内分泌细胞产生的信息素分子即激素来控制和协调的，包括胺类、类固醇、细胞产生的信息素分子即激素来控制和协调的，包括胺类、类固醇、前列腺素、肽类和蛋白质。前列腺素、肽类和蛋白质。 动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 6. 细胞运动形式细胞运动形式 （1）细胞质的收缩和流动）细胞质的收缩和流动（如变形虫运动）（如变形虫运动）运动性功能蛋白：肌浆球蛋白、纤毛蛋白和动力球蛋白；运动性功能蛋白：肌浆球蛋白、纤毛蛋白和动力球蛋白；调节性蛋白：调节性蛋
12、白：-辅肌动蛋白、原肌球蛋白和钙调蛋白等；辅肌动蛋白、原肌球蛋白和钙调蛋白等； 细胞骨架蛋白质进行变形虫运动和其他形式的细胞质运动，包括形成细胞骨架蛋白质进行变形虫运动和其他形式的细胞质运动，包括形成聚合微管和微丝的肌动球蛋白和管蛋白。聚合微管和微丝的肌动球蛋白和管蛋白。 （2）纤毛和鞭毛运动）纤毛和鞭毛运动真核生物细胞的纤毛和鞭毛来自和中心粒同源的基体并具有基本的真核生物细胞的纤毛和鞭毛来自和中心粒同源的基体并具有基本的“9+2”微管结构；纤毛和鞭毛运动的基础是由微管结构；纤毛和鞭毛运动的基础是由ATPATP提供能量的微管滑提供能量的微管滑动；动；通过膜电位和钙离子流动的变化可以研究纤毛节奏
13、运动的机理，如利用微针通过膜电位和钙离子流动的变化可以研究纤毛节奏运动的机理，如利用微针刺激草履虫的前后端，记录到运动时纤毛前后端膜电位的变化。刺激草履虫的前后端，记录到运动时纤毛前后端膜电位的变化。 9+2型鞭毛结构 ：指鞭毛的微观细胞生物结构，由外圈9组二联微管，内包有一对中央微管的结构，所以叫做9+2 关于单独的中央微管，是由13根原纤维组成“（）”的形状，而二联管则是两条微管共用3根原纤维形成“（|）”的形状。动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 7渗透和排泄渗透和排泄 渗透压调节需要在动物的外部环境和细胞外环境之间交换盐分和水分渗透压调节需要在动物的外部环境和细胞外环
14、境之间交换盐分和水分以补偿它们不能控制的盐分和水分的获得或者损失。以补偿它们不能控制的盐分和水分的获得或者损失。 所有渗透压调节活动的基础：溶质和水分通过上皮层的转运。所有渗透压调节活动的基础：溶质和水分通过上皮层的转运。 水分交换取决于：（水分交换取决于：（1）体内和体外环境之间的渗透压梯度；（）体内和体外环境之间的渗透压梯度；（2）动）动物的表面积对体积的比率；（物的表面积对体积的比率；（3）表皮的可渗透性；（）表皮的可渗透性；（4）食物和水分）食物和水分的摄入；（的摄入；（5）热调节所需要的蒸发水分的消耗；（）热调节所需要的蒸发水分的消耗；（6）经尿和粪便排）经尿和粪便排出的代谢废水。出
15、的代谢废水。大多数脊椎动物、甲壳动物和软体动物通过超滤作用形成原尿；昆虫大多数脊椎动物、甲壳动物和软体动物通过超滤作用形成原尿；昆虫类则由马氏管表皮的分泌活动形成。海洋动物和陆生动物必须防止失类则由马氏管表皮的分泌活动形成。海洋动物和陆生动物必须防止失水，而水生动物要排出不可控制的由渗透作用不断摄入体内的水分。水，而水生动物要排出不可控制的由渗透作用不断摄入体内的水分。 动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 7渗透和排泄渗透和排泄 海洋鸟类、爬行类和硬骨鱼类以饮海水补偿失去的水分，并由分泌上皮主动海洋鸟类、爬行类和硬骨鱼类以饮海水补偿失去的水分，并由分泌上皮主动排出盐分。淡水鱼
16、类不喝水，主动摄入盐分以补偿随尿液排出的盐分。鸟类排出盐分。淡水鱼类不喝水，主动摄入盐分以补偿随尿液排出的盐分。鸟类和哺乳类排出低渗性的尿液。无脊椎动物和鱼类：淡水鱼类把盐分转运到体和哺乳类排出低渗性的尿液。无脊椎动物和鱼类：淡水鱼类把盐分转运到体内，而海水鱼类把盐分排出体外。海洋鸟类和爬行类通过鼻部盐腺的上皮微内，而海水鱼类把盐分排出体外。海洋鸟类和爬行类通过鼻部盐腺的上皮微管把浓缩的盐分排出体外，而盐腺的分泌活动由心脏和脑的渗透压感觉末梢管把浓缩的盐分排出体外，而盐腺的分泌活动由心脏和脑的渗透压感觉末梢通过神经内分泌通道调控。通过神经内分泌通道调控。氨基酸和蛋白质分解代谢所产生的氮，依不同
17、动物类群的渗透压调节特点而氨基酸和蛋白质分解代谢所产生的氮，依不同动物类群的渗透压调节特点而浓缩为几种不同的氮废物。浓缩为几种不同的氮废物。硬骨鱼类排出的氨毒性很强，是可溶性的，需大硬骨鱼类排出的氨毒性很强，是可溶性的，需大量水来稀释。鸟类和爬行类以半固体悬浮液排出的尿酸毒性小，不易溶解。量水来稀释。鸟类和爬行类以半固体悬浮液排出的尿酸毒性小，不易溶解。尿素毒性最小，哺乳类将氮废物转变为尿素，通过尿液排出体外。而板鳃鱼尿素毒性最小，哺乳类将氮废物转变为尿素，通过尿液排出体外。而板鳃鱼类将尿素保存在血液内以调节体内外的渗透压平衡。类将尿素保存在血液内以调节体内外的渗透压平衡。 动物生理学的发展状
18、况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 8. 气体交换和营养物质摄入气体交换和营养物质摄入 在微小的动物中，气体在体表面和线粒体之间只通过扩散作用进行交在微小的动物中，气体在体表面和线粒体之间只通过扩散作用进行交换：大动物必须通过循环系统在呼吸表皮和组织之间进行大量气体交换。换：大动物必须通过循环系统在呼吸表皮和组织之间进行大量气体交换。所有的异养动物必须从其他生物中摄取各种含碳化合物作为它的碳素所有的异养动物必须从其他生物中摄取各种含碳化合物作为它的碳素来源，并且从这些化合物和小的无机分子合成它所有的复杂的碳水化合来源，并且从这些化合物和小的无机分子合成它所有的复杂的碳水化合物、脂肪和蛋白质。物
19、、脂肪和蛋白质。 9. 能量代谢和体温调节能量代谢和体温调节 恒温动物能产生它们自己的热能使体温稳定地保持高于外界环境的温度。恒温动物能产生它们自己的热能使体温稳定地保持高于外界环境的温度。变温动物主要从外界环境获得热能，使体温和环境温度相近。变温动物主要从外界环境获得热能，使体温和环境温度相近。 动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 四、动物生理学的发展趋势四、动物生理学的发展趋势 （一）从器官、组织和细胞水平到分子水平（一）从器官、组织和细胞水平到分子水平 由分子生物学和动物生理学以及其他一些相关学科互相交叉、渗透由分子生物学和动物生理学以及其他一些相关学科互相交叉、渗透和
20、结合起来的分子生理学及其分支学科，如分子比较内分泌学，将成为和结合起来的分子生理学及其分支学科，如分子比较内分泌学，将成为本世纪动物生理学的前沿学科和研究热点。本世纪动物生理学的前沿学科和研究热点。（二）整合生理学将是主流之一（二）整合生理学将是主流之一 动物生理学的目的是要阐明动物生理学的目的是要阐明“动物体中稳定的环境如何调节各种动物体中稳定的环境如何调节各种细胞和分子的基本活动过程细胞和分子的基本活动过程”，必须把诸如膜、膜通道、转运系统、酶、，必须把诸如膜、膜通道、转运系统、酶、代谢过程、代谢过程、mRNA、DNA等各方面的研究成果结合起来，分析说明各等各方面的研究成果结合起来，分析说
21、明各个器官以及动物体的功能及其调节的作用机理，个器官以及动物体的功能及其调节的作用机理，器官系统生理学或整合器官系统生理学或整合生理学（生理学（Integrative Physiology）仍将是动物生理学发展的主流之一。仍将是动物生理学发展的主流之一。 动物生理学的发展状况及趋势动物生理学的发展状况及趋势 四、动物生理学的发展趋势四、动物生理学的发展趋势 （三）多种动物生理学将得到深入发展（三）多种动物生理学将得到深入发展 动物生理学不仅和医学、病理学、药理学、免疫学等有密切联系，动物生理学不仅和医学、病理学、药理学、免疫学等有密切联系，而且也为农业、各种经济动物的养殖和环境保护等方面提供重要资料。而且也为农业、各种经济动物的养殖和环境保护等方面提供重要资料。 进化生理学、比较生理学、昆虫生理学、甲壳动物生理学、寄生虫进化生理学、比较生理学、昆虫生理学、甲壳动物生理学、寄生虫生理学、原生动物生理学、贝类生理学，鱼类生理学、鸟类生理学、哺生理学、原生动物生理学、贝类生理学，鱼类生理学、鸟类生理学、哺乳类生理学等和医学、环境保护以及生产实际关系密切的动物生理学的乳类生理学等和医学、环境保护以及生产实际关系密切的动物生理学的分支学科将会进入崭新的发展阶段。分支学科将会进入崭新的发展阶段。
