2024年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

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）组成。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整下，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整的。3．当代广义的稳态：是指在同一层次上的稳态，从细胞到生态系统。4．影响内稳态的原因：（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、体液调整—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；内环境重要指体液。内环境的特性：海洋生物的体液成份似海水；淡水、陆生生物体液与海水很不相同。体液调整重要机制有二个：（1）排泄：排出代谢废物；（2）水盐平衡：调整水量、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分：植物：能利用无机氮；可重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，多出蛋白质、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）。排泄的物质重要包括：多出的水、多出的盐分、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转移到一个酮酸上。成果形成新的氨基酸。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，成果产生氨。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；排除措施与生活方式有关。（1）水生动物的排泄排泄物的重要形式是NH3，缺陷是消耗大量的水。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重要为尿素、尿酸，优点是耗水少，这是对陆地生活的适应性。①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）；缺陷是仍耗水、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。②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。③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，这是生物在生理特性上生物有趋同进化（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，阐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。④多个其他形式的含氮废物蜘蛛的含氮废物为鸟嘌呤；多个鱼类是三甲基胺等。（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，这是因为其鳃有调整体液盐分浓度的作用。鳃将半咸水中的盐分逆浓度梯度吸取，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）不停饮入海水，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。鲨和硬骨鱼同样，祖先生活于淡水，其体内盐类与硬骨鱼相同，但血中尿素含量很高，使体液渗透压高于海水；鲨血中还含在另一个含氮废物三早基胺，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，其调整体液平衡的机制是：（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，从水中积极吸取盐分。3．陆生动物的水盐平衡陆生动物面临的重要问题是缺水、失水，相对应的处理措施是饮水、节水（保水）。（1）未完全适应陆生的种类如蚯蚓、蛙等，未能完全挣脱对水的依赖，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）。保水重要通过：体表无呼吸功效，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。多个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、调整体温；汗液成份—水、NaC、乳酸、尿素等（四）排泄和水盐平衡器官1．伸缩泡：是原生动物调整水盐平衡的器官，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，展现管状，有纤毛伸入排泄管中。3．后肾管：步骤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（尤其是干旱地区的爬行、鸟类）。肾脏：其特点是高度集中的器官，不再形成份支深入器官组织间；循环系统参加排泄物的运输，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）肾脏的结构由皮质、髓质、肾盂组成。肾脏生理特点是过滤作用强、血流量大（1．2/min）、血流速度迟缓、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（尤其是肾小管）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。试验证明，滤液形成与血压正有关、滤液形成与耗氧量无关。这阐明。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，天天约180（150-200），而排尿量约为1．5-2/天。原尿的成份与尿不一样，与血液相同、与组织液相称，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，肾小管的重吸取功效丧失。终尿的形成—肾小管、集合管的加工作用重吸取作用滤液中物质再进入血液为重吸取，发生在近曲小管。特点是：（1）积极运输，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、维生素等被所有回收；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）则完全不吸取。但当有程度：高血糖>160mg/100m血液时，不能所有重吸取，出现糖尿。分泌和排泄作用部位在远曲小管，重要作用是：（1）调整血液酸碱度：如血液中H+（或HCO3-）进入滤液；（2）调整血液离子平衡：血液中NH4+、K+、H+进入滤液，协助Na+的重吸取；（3）排泄：代谢废物和产物、药物、毒物。浓缩作用重要在集合管。髓袢的生理特点、作用为集合小管营造高效逆流互换环境。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+。成果管内滤液中Na+浓度逐渐减少，管外组织液中Na+浓度升高。降支：管外组织液浓度一直不小于管内滤液，成果：Na+渗透管内，使管内Na+浓度升高。Na+环流的形成总结如下：降支：Na+渗透®Na+浓度升高，在U形转弯处Na+浓度最高；升支：Na+泵出®Na+浓度减少，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成最低；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：因为管内滤液浓度低、管外组织液浓度高，水分顺浓度梯度进行扩散，成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=180:1．5~2（/天），浓缩100倍。（3）排尿尿的成份：水占96%；含N废物占2．5%，有尿素、少许尿酸、肌酐酸等；盐类占1．5%，如NaC；少许K+、NH3、PO43-、SO42-等。肾结石引起的原因是因为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。尿量的调整：①水分对尿量的调整血液水分减少时，刺激下丘脑，下丘脑首先分泌抗利尿激素增多，作用于集合管，使其通透性增大，重吸取水能力增强，使尿量减少；另首先，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。②盐分对尿量的调整食入盐分过多，刺激下丘脑，首先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，盐分浓度减少，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所有重吸取回血液；而糖尿病患者的重吸取能力有程度，当血糖>肾阈限（1.5g/），即糖尿。二、体温调整（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）、无汗腺等调整体温能力。2．恒温动物：亦称内热动物、热血动物。特点与变温动物相反。保持恒温要花费大量能量，试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）在增加相同生物量时，变温动物耗能仅为恒温动物的20%。变温动物变化活动量、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，也具备一定的相对性。（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；缓冲将刺激的效应减少至耐受范围。（1）甲虫：生活于日照强烈的荒地、沙漠时，体色淡，吸取的日光下降、翅下空气产生隔热层，都具备隔离作用。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，吸取的热量增加。（2）骆驼—“沙漠之舟”其面临的两大问题是降温和节水。降温：首先减少热量的吸取（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。另首先增大散热作用（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），为第二天接收日晒作好了准备；耐受幅度大（生理上的缓冲），暴晒体温上升£6℃仍在耐受程度以内。节水（缓冲）：极耐旱，在炎热夏季可一周不饮水，这是因为身体具备储水（形态结构缓冲）作用，瘤胃周围20-30个小储水囊（特化的瓣胃）；另首先，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不小于环境温度时，体表热量就会损失。热量损失重要发生在附肢（足、鳍、尾），这些部分温度小于躯干部温度，使热量损失。水鸟、海兽等具备逆流互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）二者相互平行，互换热量，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整体小动物相对表面积大，散热快。重要通过代谢率来调整体温：代谢率高，产热多，填补损失。代谢率高低与体积大小成反比。（四）体温的行为调整1．爬行动物行为调整：重要通过变化栖息地、活动时间，如上午、冷天会在避风处、晒太阳，中午则在荫凉、通风处；还可通过变化身体姿势、方向，如上午、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。生理调整：通过血管舒张、收缩调整体温，如上午，体背面皮肤血管舒张，中午则体腹面皮肤血管舒张。2．松鼠：重要通过行为调整体温。上午晒太阳、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：重要通过行为调整体温：上午翅张开正对阳光；中午翅合拢、调整方向。在某种程度上利用代谢热调整体温：起飞前扇翅，加温飞行肌（蝶、蛾、蜂等）。蜂巢内温度的调整：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，通过调整，1小时内上升10℃。蜂巢外围温度为2-3℃，中央为14-30℃（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：下丘脑是体温调整中枢体温升高，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；体温减少，刺激下丘脑→肌肉担心颤动、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。[经典例题]例1．组成血浆渗透压的重要成份是（）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。晶体物质轻易通过毛细血管壁，因此血浆和组织液二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此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．葡萄糖的重吸取，常与哪种离子相伴随？（）A．K＋B．Na＋C．Mg2＋D．Ca2＋E．Cl－解析滤液中的葡萄糖所有在近曲小管重吸取。葡萄糖由肾小管细胞膜的载体积极转运，这一积极转运过程与Na＋的转运有亲密关系，Na＋不足时，常导致葡萄糖的重吸取减少。一般以为，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取。故选B。例3．各段肾小管比较，重吸取量最多的部位是（）A．近曲小管 B．髓袢细降支C．髓袢细升支 D．远曲小管 E．集合管解析重吸取重要发生在近曲小管。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取，并转移到附近血管中。故选A。例4．指出下列动物和其特性的正确关系（） A．鲤鱼——不喝水、排泄尿素 B．鸽——积极排盐、排泄氨C．鲸——不喝水、排泄尿素 D．鼠——积极排盐、排泄氨解析水生动物氮代谢的重要废物是氨，易溶于水，易透过细胞溶于水中。鸟类排泄物重要为尿酸；哺乳类重要为尿素。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．尿酸是如下哪些动物的重要排泄物（） 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。这是因为卵生动物的胚胎在卵壳内发育，假如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P0.03％0.03％2％Q0.1％0.1％0 A．P是葡萄糖，Q是蛋白质 B．P是葡萄糖，Q是尿素 C．P是尿素，Q是蛋白质 D．P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物质被完全重吸取。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。有关鱼类水盐代谢和渗透压调整途径有（l）肾小球退化，排少许的尿。（2）肾小球发达，排大量的尿。（3）常常吞海水。（4）排低渗压的尿。（5）将尿素等代谢产物贮存于血液中提升渗透压。上述途径中鳖鱼所具备的是 （） A．（l）和（3） B．（2）和（4） C．（5） D．（l）（3）和（5）2．假如将狗的肾上腺皮质切除，可出现 （）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，葡萄糖重吸取部位是 （） 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整细胞内外水平衡的原因 （） 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，重吸取量最多的部位是 （） 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＋重要是由 （） 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，重要是 （） A．细胞破裂，释放K＋增加 B．肾小管重吸取K＋增加 C．H＋一Na＋互换增强 D．H＋—K＋互换增强 E．K＋－Na＋互换增强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．增加髓袢开支对水的通透性 C．增加远曲小管和集合管对水的通透性 D．增加髓袢降支对水的通透性 E．使入球小动脉收缩11．下列哪项称为排泄 （） A．部分无机盐和水分由汗腺排出 B．粪便由肛门排出 C．有毒物质经肝脏解毒后随胆汁排出 D．痰液的排出12．人体粪便中对什么成份的排出属于排泄 （） A．大肠杆菌 B．食物残渣 C．胆色素 D．蛔虫卵13．对原尿和终尿的形成起作用的结构称作 （） A．肾单位 B．肾 C．肾小球 D．肾小