能量与物质交换

关于能量与物质交换第1页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六第3章能量和物质交换3.1生物的营养3.1.1绿色植物的营养二氧化碳的摄取主要通过气孔来完成，气孔特点如下：1、下表皮气孔多，与海绵组织连通。2、保卫细胞的渗透压大：吸水膨胀→气孔张开；失水收缩→气孔闭合。3、叶肉二氧化碳浓度高时→气孔闭合。4、昼开夜合。第2页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.1.1.2水和矿物质的摄取主要依靠根从土壤中吸收水分和溶于水中的矿物质，功能部位——根毛区。1、矿物质摄取矿物质在土壤水溶液中是以离子状态存在

1）如果土壤离子浓度高，阳阴离子均可依靠离子浓度差渗透而入，阳离子更容易。

2）若土壤离子浓度低，依靠主动运输进入(主要方式)。2、水分摄取

1）依靠渗透压/根压，主动吸水。

2）依靠蒸腾作用，被动吸水。第3页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.1.1.3植物必需的矿质元素及缺素造成的危害必需元素16种，分为大量元素和微量元素。1、大量元素1）氮（N）重要性：蛋白质、核酸、磷脂、叶绿素、植物激素、维生素等组成元素。吸收形式：铵态氮（NH4+），硝态氮（NO3-）。缺素症状：植株矮小；叶小色淡；花少；籽粒不饱满。老叶症状明显。第4页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六1、大量元素2）磷（P）重要性：磷脂、核酸、辅酶、ATP的组组成分。吸收形式：磷酸根离子（H2PO4-，HPO42-）缺素症状：细胞分裂减慢；植株矮小；叶色暗绿/呈红色；花果少并延迟。老叶症状明显。第5页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3）钾（K）重要性：60多种酶的活化剂，调节渗透压和气孔开闭，促进有机物的合成和积累。吸收形式：离子态缺素症状：叶具褐色斑点，叶缘和叶尖枯焦坏死；叶片卷曲皱缩；茎弱易倒伏。老叶症状明显。1、大量元素第6页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六1、大量元素4）镁（Mg）重要性：叶绿素的组成分；多种酶的活化剂；稳定核糖体的结构。吸收形式：离子态缺素症状：叶片失绿；叶片中心出现黄斑，叶片呈红紫色，但叶脉仍为绿色。老叶症状明显。第7页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六5）钙（Ca）重要性：果胶酸钙（细胞壁成分）；钙调蛋白（激活多种酶）；消减草酸和其他过量离子的毒害。吸收形式：离子态缺素症状：顶芽死亡,

幼叶呈钩状，色淡；叶缘和叶尖干枯坏死；叶脉间出现红褐斑。1、大量元素第8页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六1、大量元素6）硫（S）重要性：几乎所有的蛋白质都含硫；辅酶A的组成分。吸收形式：硫酸根(SO42-)缺素症状：幼叶叶脉缺绿加上碳、氢、氧共计9种。第9页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六2、微量元素包括：铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、钼(Mo)、硼(B)、氯(Cl)等7种元素。第10页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.1.2动物的营养3.1.2.1食物和营养物1、碳水化合物(carbohydrate)提供能量身体结构组成物2、脂肪(fat)能量来源身体结构组成物；保持体型，绝缘保温等。3、蛋白质(protein)原生质中除水之外的主要成分。必需氨基酸8种：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸。可转化为碳水化合物和脂肪。4、水(water)5、矿物质(mineral)结构物质；代谢调节物6、维生素(vitamin)必需通过食物获得。第11页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.1.2.2哺乳动物的消化与吸收消化（digestion）：动物把摄入的食物经过机械作用和化学作用，以形成易于被吸收的简单化合物的过程称为消化。细胞内消化（intracellulardigestion）：简单有机分子通过细胞膜进入细胞内供细胞新陈代谢之用。细胞外消化（extracellulardigestion）：对多细胞生物来说，食物的消化过程是在细胞外的消化腔或消化管内进行的，叫细胞外消化。消化后的产物经消化道的上皮细胞进入血液和淋巴的过程，称为吸收。1、食物消化过程1）机械消化食物在消化道内被磨碎，并与消化液混合，不断向消化道下方运行的过程。第12页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六营养物质在消化酶的作用下被化学分解的过程:食物→口腔（机械消化为主）→胃[机械+化学消化（胃蛋白酶和胃酸）]→多肽食糜→小肠（重要消化场所，机械消化+化学消化）多肽（蛋白酶+胰凝乳蛋白酶）→氨基酸淀粉（淀粉酶）→麦芽糖（麦芽糖酶消化）→葡萄糖脂肪（胆汁乳化）→小油粒（脂肪酶）→脂肪酸和甘油→小肠末端

消化过程基本完成，残渣进入大肠2）化学消化第13页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六2）化学消化脂肪球胆汁盐乳化滴甘油单脂分子团甘油三脂乳糜微粒胆汁管第14页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六2、营养物质的吸收小肠是主要场所水和无机盐直接被小肠吸收大肠吸收残留的水和无机盐运输途径：1）进入毛细血管2）进入毛细淋巴管→淋巴系统→血液第15页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.2生物的呼吸3.2.1植物的气体交换主要通过气孔来进行，辅佐以皮孔、根毛、幼根表皮、气生根（沼生植物等）3.2.2动物的呼吸3.2.2.1呼吸概述1）外呼吸：外界环境和内环境（血液）之间气体交换的过程。2）内呼吸：内环境与组织细胞之间的气体交换。寄生动物，无呼吸器官，依靠分解糖原完成呼吸作用。单细胞生物，以细胞膜扩散进行呼吸。蚯蚓等，皮肤呼吸。鱼等，鳃呼吸。陆生动物，气管。第16页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六由鼻腔、气管、支气管和肺共同完成，肺部进行CO2和O2的交换。O2和CO2以化学结合为主。O2和血红蛋白形成可逆性结合Hb(O2)4。CO2有两种结合形式：HCO3-和Hb(CO2)3.2.2.2人和哺乳动物的呼吸第17页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.3物质运输3.3.1植物的物质运输3.3.1.1水和无机盐的运输体内整体途径：根毛→皮层→内皮层→中柱鞘→导管→茎、叶导管→叶肉细胞→气孔（茎内横向运输：射线）组织间途径：

1）共质体(symplast)途径：胞间连丝，顺浓度梯度

2）质外体(apoplast)途径：细胞壁和细胞间隙运输动力：

1）细胞间：水势差

2）导管内：根压和蒸腾拉力第18页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.3.1.2有机物质的运输有机物来源于叶片，通过韧皮部的筛管向生长点（根尖，茎、叶生长锥等）和贮存器官（根，茎，果实等）运输。1、运输特点：1）有机物有优先运向生长中心运输的特性。2）在多个生长中心之间，有机物会向竞争力强的生长点转移。3）有机物的运输具有“就近供应”的特点。4)有机物纵向运输以同侧运输为主。第19页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.3.1.2有机物质的运输2、运输机制压力流动力学说(pressure-flowhypothesis)

同化物从源向库的运输是沿着由细胞渗透作用建立起来的压力梯度进行的。源端(光合作用)→蔗糖(主动运输)→叶脉末梢筛管→水势下降(渗透压增大)→水进入筛管→压力势增加→库端.库端(呼吸作用/贮藏物)→筛管水势增高→水入导管→筛管压力势降低.结果源端压力势>库端压力势

光合产物:源端→库端

水(蒸腾拉力):

库端→源端.第20页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3、影响有机物运输是因素1）温度:20—30℃最适宜2）水分:缺水时，光合作用和运输受抑制，呼吸作用增强3）激素:有助于运输3.3.1.3蒸腾作用(transpiration)及其意义植物体内的水分以气体状态向外界散失的过程。3.3.1.2有机物质的运输1）水分及矿物质和有机物运输的主要动力。2）降低植物体温，维持生命活动的正常进行。3）调节气孔的开闭.第21页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.3.2动物的物质运输血液运输单细胞生物：渗透和扩散原体腔动物（蛔虫），靠体腔液具血管和心脏动物，靠血液高等动物,血液循环系统更加发达,是主要的运输系统.1）运输O2和CO2,以便完成气体交换。2）运输经消化器官消化的营养物到全身各处，并将代谢废物及多余的水分和无机盐运到肾脏排除。3）运输内分泌腺产生的激素到相关组织。第22页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.3.2动物的物质运输3.3.2.2淋巴系统运输是血液循环的辅助系统，辅助组织液流入血液。组织液：是血浆滤过毛细血管壁而形成的。淋巴液回流的生理意义1）回收蛋白质.2）运输脂肪及其他营养物质.3）调节血浆和组织液之间的液体平衡.4）清除组织中的红细胞、细菌及其他微粒.第23页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.4生物的调控3.4.1植物生命活动的调节3.4.1.1水分平衡调节植物体内水分的吸收和消耗之间的平衡关系，称为植物的水分平衡。1、气孔调节表皮角质层防止水分散失，而以气孔加以协调。包括：保卫细胞膨压变化，昼开夜合的节律性及脱落酸等激素调节2、叶片脱落3、变态调节3.4.1.2植物体温度及其对温度的调节1、植物对低温的适应与调节

1）形态适应：芽鳞片，表面蜡质，密毛，树干木栓层等

2）生理适应：★细胞质浓度增加，降低冰点。★转入休眠，减轻质壁分离。★形成抗冻蛋白第24页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六1）形态适应：密被绒毛、鳞片，叶片垂直排列或对折，木栓层隔热。2）生理适应：★糖或盐浓度增加，增强抗凝结力。★蒸腾作用增强。★反射红外线能力。3、植物生长的积温

★生物学零度：植物需要在一定的温度以上才能开始生长发育，这一温度称为生物学零度。温带：5/6℃亚热带：10℃

★有效积温：整个生长发育期或某一阶段内，高于生物学零度的昼夜温度的总和。

★活动积温：高于0℃以上的昼夜温度的总和。不同植物要求不同的积温总量。起源和栽培于高纬度、低温地区的植物要求的积温总量少；反之则高。2、植物对高温的适应与调节第25页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.4.1.3植物激素

在植物体内产生,并能从合成部位转移到其他部位,在很低的浓度下对植物的生长发育产生显著作用的有机化合物就称为植物激素。1、生长激素（auxin,IAA）功能：刺激营养体生长和果实发育；顶端优势；向光性。2、赤霉素（gibberellin,GA）功能：促进种子萌发、茎伸长和叶片生长；刺激开花和果实发育。3、细胞分裂素（cytokinin,CK）功能：促进细胞分裂和生长；刺激开花；延缓衰老；破除顶端优势，促进侧芽生长。4、脱落酸（abscisicacid,ABA）功能：抑制生长（>10-7mol/L）；维持芽和种子休眠；促进果实和叶的脱落；导致气孔关闭。5、乙烯（ethylene,气体）功能：促进果实成熟；抑制根、茎、叶及花的生长发育。第26页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.4.2动物生命活动的调控3.4.2.1神经调节1、神经系统的演化

无神经系统（单细胞动物）→网状神经系统（腔肠动物）→梯形神经系统（扁形动物）→链状神经系统（环节动物）→具脑的背神经管系统（头索动物）→具发达脑的神经系统（脊椎动物）第27页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六2、哺乳动物的神经调节1）反射弧(reflexarc)及反射作用哺乳动物的行为都是通过“①感受器→②传入神经→③反射中枢→④传出神经→⑤效应器”这样的顺序引起的,这样的解剖学通路,或者说机能单位就称为反射弧.第28页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六感受器：分为外感受器和内感受器接受外界环境变化的感受器为外感受器/感觉器官。感受体内环境变化，存在于肌肉、血管、内脏和关节等处的感受器，称为内感受器。效应器:则指肌肉和腺体。由感受器感受刺激，经中枢神经系统调节后，再引起效应器发生反应的过程，就称为反射作用，是神经活动的基本形式。1）反射弧(reflexarc)及反射作用第29页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六a）非条件反射(unconditionedreflex)生物生来固有的反射，是由直接刺激引起的反射。亦称“先天性反射”。第30页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六b）条件反射(conditionedreflex)由直接刺激与间接刺激相结合反复使用后，再由间接刺激所引起的反射。亦称“获得性反射”。第31页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六条件反射形成的原理：任何反射在中枢都存在有其特定的反射弧。反射弧不但存在还要具有相应的功能联系。条件反射的形成就是在一定的条件下，中枢神经系统中有关神经元之间建立了新的功能联系。巴甫洛夫认为：这是一种暂时性的功能联系，只有在建立这种新的功能性联系后，神经冲动才能沿着这条反射弧进行传导，表现出某些新的条件反射。例如:◆非条件刺激(食物)→嗅觉→中枢→唾液腺.

条件刺激(铃声)+非条件刺激(食物)→在中枢神经系统

中建立了听觉和嗅觉间的暂时神经联系→唾液腺.

◆条件刺激(铃声)→听觉→中枢→唾液腺.第32页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六非条件反射与条件反射的区别:非条件反射是先天具有的反射；条件反射是后天建立的。非条件反射中枢在皮层下；条件反射中枢在大脑皮层。非条件反射固定不变；条件反射可建立、可改变、可消失。条件反射必须在非条件反射的基础上建立.第33页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六2）感受器2、按感受器感受适宜刺激分：光感受器、声音感受器、化学性感受器、温度感受器、痛觉感受器、机械性感受器(触觉、压觉)等。1、

按分布的位置分：外感受器—浅表感受器：内感受器—深层感受器：分布于肌肉、肌腱、关节、韧带深部结构的本体感受器和内脏感受器。分布于皮肤、粘膜的痛、温触压感受器第34页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六2）感受器温度感受器痛觉感受器机械性感受器(触觉、压觉)痛觉感受器触觉感受器压觉感受器第35页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六2）感受器光感受器——眼睛☆视网膜(retina)由脑外侧的突起膨大并内凹发育而来.视锥细胞，视杆细胞☆巩膜(sclera)包在视网膜之外.☆角膜(cornea)由眼球前方的巩膜形成.☆晶状体(lens)☆虹膜(iris)巩膜视网膜脉络膜角膜虹膜晶状体（玻璃体液）（盲点）视杆细胞视锥细胞瞳孔韧带视杆细胞视神经第36页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六外耳(aurisexterna)：耳廓(auricula)

外耳道(meatusacusticusexternus)

鼓膜(eardrum)中耳(aurismedia)：锤骨(hammer)

砧骨(anvil)

镫骨(stirrup)内耳(aurisinterna)：耳蜗(cochlea)

前庭器(vestibularapparatus)听觉的产生:鼓膜振动→锤骨→砧骨→镫骨→耳蜗→产生压力波→基膜振动→激活毛细胞→细胞膜电位变化→产生冲动→听神经→大脑声音感受器盖膜基膜（前庭器半规管）第37页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六前庭器——平衡觉第38页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六化学感受器味觉感受器：感受溶解的离子或分子的刺激嗅觉感受器：感受气味变化的，但本质和味觉感受器一样第39页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六脑的高级活动——学习和记忆（1）、短时记忆，数秒到数十分钟神经冲动在神经回路中循环传导的结果，之后迅速衰减。神经元传来的信号到达大脑皮层后所构成短时反射振荡，当反射回路在短时间内因疲劳而停止振荡时，短时记忆就消失。（2）、长时记忆，数年甚至终身神经突触发生了结构变化/数目变化等，并以硬布线的形式长期存在于脑中。巴甫洛夫的观点：学习和记忆的过程就是建立条件反射的过程。（3）、记忆的分子基础记忆与细胞中RNA含量存在一定的相关性。第40页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.4.2.2激素调节1、内分泌腺与激素有管腺/外分泌腺：分泌物通过导管排出。无管腺/内分泌腺：无导管，分泌物直接进入血液或淋巴液随循环系统运转全身。激素按化学特性分为两大类含氮化合物：多数激素属于此类，易被分解破坏，如肾上腺素、甲状腺素、胰岛素等。类固醇激素：不易被酶解，如性激素、肾上腺皮质激素。第41页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.4.2.2激素调节2、激素调节的一般特点

1）调节蛋白质、糖和脂肪等物质的代谢。

2）调节细胞外液的量和组成成分。

3）调节机体的生长发育和生殖机能。

4）配合神经系统对有害刺激和环境变化产生抵抗和适应能力。

5）具有特异性，只作用于能够识别该激素的细胞，这种细胞称为靶细胞。

6）激素在体内被不断被形成和灭活/排出体外，血液中的激素浓度处于动态平衡之中。第42页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3、激素的作用原理1）含氮激素的作用原理通过与细胞膜表面的受体结合来传递信息，有3种方式：a）结合后改变离子通道的活性。b）受体本身就是酶，激素作为激活剂可改变其活性。c）激素与受体结合后，可促使与受体耦联的蛋白释放活性因子，并发挥作用。如：肾上腺素受体激活腺苷酸环化酶催化ATP环腺苷一磷酸cAMP激活蛋白激酶生理效应第一信使第二信使2）类固醇激素的作用原理激素→扩散→靶细胞→“激素-受体复合物”→细胞核→作用于基因→产生相应蛋白质→生理效应第43页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六4、激素分泌的调节1）反馈调节当激素作用引起的特定生理效应达到相对平衡后,反过来抑制该种激素的分泌：否则,激素分泌量加大.2）中枢神经调节内外环境急剧变化时,脑可大幅度地调节激素的分泌水平.▲注意：绝大多数内分泌腺都直接或间接地受神经系统的支配.如：机体受刺激→兴奋→中枢神经→脑垂体→激素→随血液→某内分泌腺→激素→随血液→相应组织→生理效应第44页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.5免疫(immunity)动物体抵御感染而使自己免患疾病的应答反应称为免疫。分为：固有性免疫和获得性免疫第45页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六3.5.1固有性免疫(innateimmunity)/非特异性免疫(nonspecificimmunity)机体天生的、固有的、经遗传获得的免疫。特点：具广泛免疫能力，包括两道防线。第一道防线，皮肤和粘膜第二道防线，吞噬细胞和杀菌物质3.5.1.1吞噬细胞1）巨噬细胞单核细胞受伤组织巨噬细胞吞噬细菌第46页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六2）自然杀伤细胞（naturalkiller,NK）淋巴细胞，杀死受感染的机体组织细胞，特别是病毒感染细胞。3.5.1.2杀菌物质补体(complement)，血浆中具有酶活性的球蛋白。有约20种蛋白质组成，故称为补体系统。3.5.1.3炎症反应(inflammatoryresponse)机体对感染的局部产生的非特异性反应。细菌入侵→组织→组织胺和前列腺素→血管舒张、通透性增加→吞噬细胞穿过→组织→吞噬细菌。3.5.1.4温度反应(temperatureresponse)是白细胞介素和细菌外毒素进入血液循环刺激下丘脑导致的发热反应。发热可促进吞噬作用，减少血液铁含量。3.5.1.1吞噬细胞第47页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六

获得性免疫(acquiredimmunity)/特异性免疫(specificimmunity)可以特异性地识别和消除外来病原体和分子，是受病原体感染或接种疫苗而获得的免疫。特点：①特异性，②记忆性，③识别自我

和非我,④放大性。抗原:入侵物通常含有一种或几种特异性的化学物质,可引起机体产生对这些物质的特异性免疫反应,这些物质就称为抗原.免疫应答(immuneresponse)：抗原刺激免疫细胞发挥免疫效应,并将抗原破坏、清除的这个过程就叫免疫应答.特异性免疫分为细胞免疫(cellularimmunity)和体液免疫(humoralimmunity).第48页，共53页，2022年，5月20日，6点24分，星期六1、体液免疫是在淋巴细胞B细胞主导下完成的。B细胞为骨髓依赖淋巴细胞，来自人和哺乳动物的骨髓或鸟类的腔上囊。免疫过程如下：抗原B细胞记忆细胞浆细胞抗体结合抗原抗体反应·T细胞辅助刺激抗原刺激定义：机体在B细胞主导下,