2022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 .pdf
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1、优秀资料欢迎下载!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
2、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
3、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+ -酮戊二酸草酰乙酸+ 谷氨酸脱氨(氧化脱氨):谷氨酸+ H2O -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)水生动物的排泄精选学习资料 - - - -
4、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页优秀资料欢迎下载!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
5、。 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
6、 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
7、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
8、、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页优秀资料欢迎下载!(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
9、、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
10、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
11、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,形成精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页优秀资料欢迎下载!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 ( 15
12、0-200),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
13、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
14、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:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页优秀资料欢迎下载!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
15、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 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
16、, 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
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