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.doc

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题十四 内环境的控制竞赛要求1系统组成2肾脏系统的结构 3尿的产生4体液平衡（内稳定） 知识梳理一、内环境和稳态概述 1内环境：是指体液（细胞外液），由 血液、淋巴液、脑脊髓液、组织液（器官组织间液体）构成。2稳态：生物要求内环境保持稳定，这种内稳态的性质是在神经和体液的调节下，各器官系统协调活动，维持内环境相对稳定的状态。 内稳态是靠负反馈调节的。 3现代广义的稳态：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 -NH2转移到一种酮酸上。结果形成新的氨基酸。 天冬氨酸 + a-酮戊二酸 草酰乙酸 + 谷氨酸 脱氨（氧化脱氨）：谷氨酸 + H2O a-酮戊二酸 + NH3，结果产生氨。 2氨的排除 NH3的特点： 剧毒物质，必须排除；NH3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：NH3 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，2NH3 + CO2 CO（NH2）2 + H2O； 优点是毒性较小，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；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（尿浓）； 排泄物为尿酸（昆虫、爬行类、鸟类）和尿素（哺乳类）（浓度高）；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 排泄、调节体温； 汗液成分 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：昆虫的排泄器官称为马氏管。6脊椎动物的排泄器官： 泄殖腔：是两栖、爬行、鸟类的排泄器官，由直肠末端膨大，输尿管、输精（卵）管、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）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（12 /min）、 血流速度缓慢、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 15-2 /天。原尿的成分与尿不同，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（NH3、肌酐等）则完全不吸收。但当有限度：高血糖 160mg/100 m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 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=180:152（/天），浓缩100倍。（3） 排尿 尿的成分：水占96%；含N废物占25%，有尿素、少量尿酸、肌酐酸等；盐类占15%，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减少，使尿量增加，同时排出过多盐分，使体液渗透压下降。（4） 糖尿病正常情况：原尿中葡萄糖在近曲小管处被全部重吸收回血液；而糖尿病患者的重吸收能力有限度，当血糖 肾阈限（1.5 g/ ），即糖尿。二、体温调节 （一）体温与代谢的关系 1体温稳定的重要性：过低使代谢减慢、停止；过高使代谢减慢、停止，甚至 蛋白质变性、酶活性丧失，生命停止。2代谢率与温度的关系：在生命活动范围内，温度每上升10，代谢率增加2-3倍。温度对动物的代谢影响极大。（二）变温动物与恒温动物 1变温动物：亦称为外热动物、冷血动物，其 特点是对外界温度依赖性很强，体温随外界温度变化。温度过低时，进入冬眠，此时代谢率、一般不能利用代谢热来维持体温、皮肤无保温覆盖物（毛、羽）、无汗腺等调节体温能力。2恒温动物：亦称内热动物、热血动物。 特点与变温动物相反。保持恒温要耗费大量能量，实验证明 同一地区的蝾螈（变温动物）和鸟类、小型哺乳类（恒温动物）在增长相同生物量时， 变温动物耗能仅为恒温动物的20%。变温动物改变活动量、栖息地等，在一定程度上保持体温。而恒温动物的体温在一度范围内波动，也具有一定的相对性。 （三）动物形态结构和生理特点 1隔离和缓冲： 隔离将刺激阻挡于体外；缓冲将刺激的效应降低至耐受范围。 （1）甲虫：生活于日照强烈的荒地、沙漠时， 体色淡，吸收的日光下降、翅下空气产生隔热层，都具有隔离作用。生理最适温度高达49，起到缓冲作用。生活于高山、雪地时，体色深黑，吸收的热量增加。（2） 骆驼 “沙漠之舟”其面临的两大问题是降温和节水。降温：一方面 减少热量的吸收（形态结构上的隔离），如骆驼个体大，相对表面积（吸热面积）小，体背面光照最强，但皮下脂肪厚（驼峰）；分散热量（形态结构上的缓冲）个体大，故体温升幅小。另一方面增大散热作用（形态结构上的缓冲）：体腹面下方气温低；体腹面皮下脂肪很薄，利于散热；夜间体温下降（生理上的缓冲），略低于正常体温（预留量），为第二天接受日晒作好了准备；耐受幅度大（生理上的缓冲），暴晒体温上升 6 仍在耐受限度以内。节水（缓冲）：极耐旱，在炎热夏季可一周不饮水，这是因为身体具有储水（形态结构缓冲）作用，瘤胃周围20-30个小储水囊（特化的瓣胃）；另一方面，骆驼生理上很节水（生理缓冲），不出汗（5/天）、尿极浓，耐受力强（生理），可忍耐失水 25%的范围，而人失水10%就会昏迷、耳聋、痛觉丧失。2 体表热量损失的控制 恒温动物当体温大于环境温度时，体表热量就会损失。热量损失主要发生在附肢（足、鳍、尾），这些部分温度小于躯干部温度，使热量损失。水鸟、海兽等具有逆流交换血管网可减少热量损失，其足、鳍、尾基部大片小血管网，动脉血（温度高）与静脉血（温度低）两者互相平行，交换热量， 动脉血温下降，减少了附肢热量损失；静脉血温升高，躯干部回收热量。3体积大小与体温的调节 体小动物相对表面积大，散热快。主要通过代谢率来调节体温：代谢率高，产热多，弥补损失。代谢率高低与体积大小成反比。（四）体温的行为调节 1爬行动物 行为调节：主要通过改变栖息地、活动时间，如早晨、冷天会在避风处、晒太阳，中午则在荫凉、通风处；还可通过改变身体姿势、方向，如早晨、冷天，身体与日光垂直；中午则身体与日光平行，抬起身体让冷风吹过体腹面。生理调节：通过血管舒张、收缩调节体温，如早晨，体背面皮肤血管舒张，中午则体腹面皮肤血管舒张。 2松鼠：主要通过行为调节体温。早晨晒太阳、觅食；中午入穴；下午荫凉处避暑、后觅食；夜间入穴过夜。3昆虫：主要通过行为调节体温：早晨翅张开正对阳光；中午翅合拢、调整方向。在某种程度上利用代谢热调节体温： 起飞前扇翅，加温飞行肌（蝶、蛾、蜂等）。蜂巢内温度的调节：夏季蜂巢入口处扇翅，使其通风降温；冬季奔跑、拥挤，发热升温。 外界为 - 4时，通过调节，1小时内上升10。蜂巢外围温度为2 - 3，中央为14 - 30；中央、外围的工蜂不断交换位置。（五）恒温动物体温的反馈机制 1环境温度感受器：皮肤中有冷觉感受器和温觉感受器。 冷（热）刺激 皮肤 下丘脑 血管收缩（舒张） 保温（散热）2体内温度感受器：下丘脑是体温调节中枢 体温升高，刺激下丘脑 交感神经系统 出汗、喘息、肌肉松弛、立毛肌松弛、外周血管舒张等 体温下降； 体温降低，刺激下丘脑 肌肉紧张颤抖、立毛肌收缩、外周血管收缩等 体温升高。（七）迁徙 1性质：进化产物，是先天性（遗传性、本能）行为，由生物钟控制。 2候鸟：在南方越冬，在北方繁殖； 3鱼类回游：有越冬回游、觅食回游、生殖回游。典型例题例1构成血浆渗透压的主要成分是（ ）A白蛋白 B球蛋白 C晶体物质 D血红蛋白 E纤维蛋白原解析 血浆的渗透压一部分是由溶解于血浆中的低分子物质（如无机离子、尿素、葡萄糖等）所形成，称为晶体渗透压。晶体物质容易通过毛细血管壁，因此血浆和组织液两者之间的晶体渗透 压介质动态平衡，以利于维护细胞的正常形态和机能；另一部分是由血浆蛋白这类高分子物质所形成的，称为胶体渗透压，血浆胶体渗透压较小，但对保持血浆水分方面起重要作用。故选C。例2葡萄糖的重吸收，常与哪种离子相伴随？（ ）AK BNa CMg2 D Ca2 E Cl解析 滤液中的葡萄糖全部在近曲小管重吸收。葡萄糖由肾小管细胞膜的载体主动转运，这一主动转运过程与Na的转运有密切关系，Na不足时，常导致葡萄糖的重吸收减少。一般认为，葡萄糖要和载体及Na的结合，形成三者的复合物，才能穿过细胞膜而被重吸收。故选B。例3各段肾小管比较，重吸收量最多的部位是（ ）A近曲小管 B髓袢细降支 C髓袢细升支 D远曲小管 E集合管解析 重吸收主要发生在近曲小管。葡萄糖、氨基酸、维生素和大量（75%）的氯化钠都被肾小管的上皮细胞重吸收，并转移到附近血管中。故选A。例4指出下列动物和其特征的正确关系（ ）A鲤鱼不喝水、排泄尿素 B鸽主动排盐、排泄氨C鲸不喝水、排泄尿素 D鼠主动排盐、排泄氨解析 水生动物氮代谢的主要废物是氨，易溶于水，易透过细胞溶于水中。鸟类排泄物主要为尿酸；哺乳类主要为尿素。故选C。例5对初诊为急性阑尾炎、蛔虫病和急性肾小球肾炎的病人，应分别化验他们的（ ）A血液、粪便、血液 B血液、粪便、尿液C尿液、粪便、血液 D粪便、血液、尿液解析 急性阑尾炎时应化验血液，看血相是否正常，如在正常范围内，则为病毒感染色，如血相较高，则为细菌感染。蛔虫病则应化验粪便，看是否有蛔虫卵。肾小球肾炎需化验尿液，看是否尿蛋白。故选B。例6合成尿素的器官是（ ）A肾脏 B肝脏 C肌肉 D胰脏 E脾脏解析 脱氨基作用发生于肝脏，脱下的氨有剧毒，经肝脏转化为几乎无毒的尿素。故选B。例7尿酸是以下哪些动物的主要排泄物（ ）A哺乳类、鸟类、甲壳类 B爬行类、昆虫、哺乳类C鸟类、寡毛类、昆虫 D爬行类、昆虫、鸟类解析 排泄尿酸是卵生动物的特点，排泄尿酸对卵生动物最有利。这是由于卵生动物的胚胎在卵壳内发育，如果代谢废物是氨或尿素，胚胎都将中毒而死，而尿酸是固体沉淀的，不影响体液的渗透平衡。D选项的生物均为卵生，故选D。例8下表是被测试者血浆、肾小球、输尿管中P和Q两种物质的浓度。据此分析表中P和Q各是什么物质（ ）血浆肾小球输尿管P0.030.032Q0.10.10AP是葡萄糖，Q是蛋白质 BP是葡萄糖，Q是尿素CP是尿素，Q是蛋白质 DP是尿素，Q是葡萄糖解析 由数据分析，P物质在尿液形成过程中被浓缩，而Q物质被完全重吸收。故选D。智能训练1水生动物体液的渗透压高于环境时称之为高渗压。关于鱼类水盐代谢和渗透压调节途径有（l）肾小球退化，排少量的尿。（2）肾小球发达，排大量的尿。（3）经常吞海水。（4）排低渗压的尿。（5）将尿素等代谢产物贮存于血液中提高渗透压。上述途径中鳖鱼所具有的是（ ）A（l）和（3）B（2）和（4）C（5） D（l）（3）和（5）2如果将狗的肾上腺皮质切除，可出现（ ）A血容量减少，尿钠减少，血钾降低 B血容量增加，尿钠增加，血钾升高C血容量增加，尿钠增加，血钾降低 D血容量减少，尿钠增加，血钾升高3节肢动物的下列各纲中同时含有2套呼吸器官和排泄器官的是（ ） A蛛形纲 B甲壳纲 C多足纲 D昆虫纲4第3题中，这2套呼吸器官和排泄器官分别是（ ） A鳃、书肺、马氏管、绿腺 B书鳃、书肺、绿腺、基节腺 C气管、书肺、马氏管、基节腺 D书肺、气管、马氏管、绿腺5在肾单位中，葡萄糖重吸收部位是（ ）A肾小管各段 B远曲小管 C肾小球 D近曲小管6维持红细胞正常形态和调节细胞内外水平衡的因素（ ）A血浆胶体渗透压 B组织液胶体渗透压C血浆晶体渗透压 D组织液静水压 E血浆白蛋白浓度7各段肾小管比较，重吸收量最多的部位是（ ）A近曲小管 B髓袢细降支 C髓袢细升支D远曲小管 E集合管8终尿中的K主要是由（ ）A肾小球滤过 B近曲小管分泌的C髓袢粗降支分泌的D远曲小管和集合管分泌的 E髓袢粗升支分泌的9酸中毒时，常伴有高血钾，主要是（ ）A细胞破裂，释放K增加 B肾小管重吸收K增加 CH一Na交换增强 DHK交换增强 EKNa交换增强10抗利尿激素对肾脏最明显的作用是（ ）A增加近曲小管对水的通透性 B