1、高中生物奧林匹克競賽輔導專題講座專題十四內環境的控制競賽要求1系統組成2腎臟系統的結構 3尿的產生4體液平衡（內穩定） 知識梳理一、內環境和穩態概述1內環境：是指體液（細胞外液），由血液、淋巴液、腦脊髓液、組織液（器官組織間液體）構成。2穩態：生物要求內環境保持穩定，這種內穩態的性質是在神經和體液的調節下，各器官系統協調活動，維持內環境相對穩定的狀態。內穩態是靠負反饋調節的。3現代廣義的穩態：是指在同一層次上的穩態，從細胞到生態系統。4影響內穩態的因素：（1）外界條件變化：如溫、濕度等；（2）生物體自身狀態變化：如運動、攝食等。二、體液調節 排泄和水鹽平衡（一）體液細胞生活在液態環境中，低等動

2、物生物在水環境，高等動物的細胞生活在體液中。 體液是指細胞外液，包括血液、淋巴、組織液等；內環境主要指體液。內環境的特性：海洋生物的體液成分似海水；淡水、陸生生物體液與海水很不相同。體液調節主要機制有二個：（1）排泄：排出代謝廢物；（2）水鹽平衡：調節水量、保持體液鹽分濃度穩定。（二）排泄1動、植物在利用含氮物質上的區別：植物：能利用無機氮；可反復利用蛋白質分解產生的含氮基團；不存在排泄含氮廢物的過程；無排泄系統。動物：不能利用無機氮；不能重復利用蛋白質分解產生的含氮基團；無氨基酸庫，不能儲存蛋白質、氨基酸等（在動物體內，多余蛋白質、氨基酸等轉變為糖原、脂肪儲存起來或脫氨基轉變為NH3、尿素、

3、尿酸等，排出體外）。有排泄系統和排泄器官：排出代謝廢物，保持體液穩定，如皮膚能排出汗腺；肝臟排出膽汁（膽固醇、膽色素）；腸道排出Ca2+、Fe2+（糞便）。排泄的物質主要包括：多余的水、多余的鹽分、蛋白質代謝廢物如氨、尿素、尿酸、肌酐等。2轉氨與脫氨 轉氨：氨基酸的 -NH2轉移到一種酮酸上。結果形成新的氨基酸。天冬氨酸 + a-酮戊二酸® 草酰乙酸 + 谷氨酸脫氨（氧化脫氨）：谷氨酸 + H2O ®a-酮戊二酸 + NH3，結果產生氨。2氨的排除 NH3的特點：劇毒物質，必須排除；NH3分子小，易溶于水、易透過細胞膜；排除方法與生活方式有關。（1）水生動物的排泄 排泄物的

4、主要形式是NH3，缺點是消耗大量的水。小型動物直接排泄：NH3 體表 外界水環境；或稀釋后排泄：NH3稀釋減弱毒性排泄系統體外。（2）陸生動物排泄排泄物主要為尿素、尿酸，優點是耗水少，這是對陸地生活的適應性。尿素的排泄尿素的形成：NH3經氧化形成尿素，2NH3 + CO2 ® CO（NH2）2 + H2O； 優點是毒性較小，可長時留存；可積累、濃縮（節水）；缺點是仍耗水、仍有毒性；兩棲類：蝌蚪似魚，以排NH3為主 、尿素次之；成體以排尿素為主；胎生陸生動物哺乳類（人）以排尿素為主。尿酸的排泄優點是無毒性；是結晶狀態，不溶于水，節水；且不影響體液平衡（內穩態）；適應性于軟體動物、節肢動

5、物、爬行動物、鳥類等。干旱地區生活的生物，如鳥類、爬行類等卵生陸生動物，卵外有卵殼，胚胎的代謝廢物無法通過，尿酸則儲存于卵內。進化上的啟示 趨同進化、平行進化：排泄物為尿酸的兩大支陸生動物：軟體 、節肢等屬無脊椎動物；爬行、鳥類屬脊椎動物；二者關系很遠，這是生物在生理特征上生物有趨同進化（平行進化）的一個例子。在排泄物方式上，部分水生動物以尿酸（不是NH3）為主，如淺濱螺、錐實螺、扁卷螺等；這是生物的進化是從水生到陸生的過渡類型；部分陸生動物：以NH3and/or尿素為主，如鼠婦以NH3 為主、蚯蚓以NH3、為主，說明這些生物尚未進化到真正適應陸地上生活，只能生活在潮濕的環境中。多種其它形式的

6、含氮廢物蜘蛛的含氮廢物為鳥嘌呤；多種魚類是三甲基胺等。（三）水鹽平衡1海洋動物的水鹽平衡大多和海水等滲，不存在水鹽平衡的問題；有些生物（如某種蟹）可生活在低滲溶液中，這是由于其鰓有調節體液鹽分濃度的作用。鰓將半咸水中的鹽分逆濃度梯度吸收，將過多的水（與體液等滲）排出。有些海洋動物如牡蠣、蛤等，當海水變為低滲時，只是被動地關閉外殼。海洋硬骨魚的補祖先生活于淡水中，體內與海水相比是低滲的，其適應方式為：（1）全身都蓋有磷片，減少水分從體表滲出；（2）不斷飲入海水，用鰓上的特化細胞泌出鹽分；（3）含氮廢物質大多以NH3的形式從鰓排出，腎臟的排尿量減少，減少失水。鯊和硬骨魚一樣，祖先生活于淡水，其體內

7、鹽類與硬骨魚相似，但血中尿素含量很高，使體液滲透壓高于海水；鯊血中還含在另一種含氮廢物三早基胺，以減少尿素的毒性。海產的或沿海生活的鳥類，如信天翁等，參鹽腺泌鹽。2淡水動物的水鹽平衡淡水魚來自海洋生活的祖先，其調節體液平衡的機制是：（1）體表有鱗片；（2）從不飲水；（3）尿是高度稀釋的，其含鹽量遠低于血液；（4）鰓上有特化細胞，從水中主動吸收鹽分。3陸生動物的水鹽平衡 陸生動物面臨的主要問題是缺水、失水，相對應的解決辦法是飲水、節水（保水）。（1）未完全適應陸生的種類如蚯蚓、蛙等，未能完全擺脫對水的依賴，它們的皮膚可進行輔助呼吸，若皮膚裸露，就會失水。故它們只能生活在潮濕環境中。排泄物形式為N

8、H3或尿素，蚯蚓為NH3和尿素；蛙以尿素為主，這個過程是耗水過程。（2）完全適應陸生的種類如昆蟲、爬行類、鳥類、哺乳類，其適應方式是飲水、保水（節水）。保水主要通過：體表無呼吸功能，干燥、有覆蓋物；有幾丁質外骨骼、鱗、羽、毛等；除汗腺外不再失水；呼吸器官深藏體內（氣管、書肺、肺）；排泄器官回收水能力強（尿濃）；排泄物為尿酸（昆蟲、爬行類、鳥類）和尿素（哺乳類）（濃度高）；利用代謝水。多種昆蟲生活在干燥環境，食用干燥食物，不飲水；袋鼠生活在干燥炎熱環境、幾乎不飲水；它們的糞便干燥，直腸回收水分能力很強； 不出汗：袋鼠，強烈日照 汗液作用 排泄、調節體溫； 汗液成分 水、NaC、乳酸、尿素等（四）

9、排泄和水鹽平衡器官1伸縮泡：是原生動物調節水鹽平衡的器官，海洋生物大多沒有伸縮泡。2原腎管：渦蟲、輪蟲等的排泄器官，其特點是有火焰細胞，呈現管狀，有纖毛伸入排泄管中。3后腎管：環節動物和軟體動物的排泄器官稱為腎管或后腎管，腎管按體節排列。4觸角腺：蟹等甲殼類動物的排泄器官是觸角腺，又稱綠腺。5馬氏管：昆蟲的排泄器官稱為馬氏管。6脊椎動物的排泄器官：泄殖腔：是兩棲、爬行、鳥類的排泄器官，由直腸末端膨大，輸尿管、輸精（卵）管、直腸通入。末端的孔為泄殖腔孔；回收水分能力很強，糞便干（特別是干旱地區的爬行、鳥類）。腎臟：其特點是高度集中的器官，不再形成分支深入器官組織間；循環系統參與排泄物的運輸，廢物

10、進入血液后，由腎排到體外；腎臟對尿液有濃縮、加工作用。人的排泄系統：由腎、輸尿管、膀胱、尿道組成。（1）腎臟的構造由皮質、髓質、腎盂構成。腎臟生理特點是過濾作用強、血流量大（12 /min）、血流速度緩慢、血壓高。腎臟由100萬個腎單位組成，腎單位由腎小體和腎小管組成；腎小體又由腎小球和腎小囊組成。腎單位（特別是腎小管）各部分規律排列形成腎臟皮質和髓質。皮質部由腎小體（腎小球、腎小囊），髓質部由髓袢的大部分、集合管的大部分組成。（2）尿的形成A 腎小球濾出液（原尿）的形成：血液流到腎小球的毛細血管網時，濾過到腎小囊腔內，形成濾液，進入腎小管。實驗證明，濾液形成與血壓正相關、 濾液形成與耗氧量無

11、關。這說明。滲透作用是一個物理過程，是被動運輸，不耗能。腎小囊（壁）的細胞稱為足細胞，是單層、扁平、偽足樣突起，鋪在腎小球微血管壁上，間隙可容血漿透過。濾液（原尿）量大，每天約180 （150-200），而排尿量約為 15-2 /天。原尿的成分與尿不同，與血液相似、與組織液相當，無血細胞、大分子蛋白質少。B 終尿（尿）的形成：濾夜（原尿）的加工終尿（尿）中無蛋白質分子，異常時（如腎炎），尿中含蛋白質大分子，原因是腎小球壁擋不住蛋白質大分子，腎小管的重吸收功能喪失。終尿的形成 腎小管、集合管的加工作用 重吸收作用濾液中物質再進入血液為重吸收，發生在近曲小管。特點是：（1）主動運輸，即耗能（管壁細

12、胞中含有大量線粒體）、耗氧。（2）選擇性：回收能力因物質種類而異。葡萄糖、氨基酸、蛋白質、維生素等被全部回收；NaC、K+等被子大部回收；尿素、尿酸、H2PO4-、HPO42-被部分回收，用于調解滲透壓；有害物質（NH3、肌酐等）則完全不吸收。但當有限度：高血糖 > 160mg/100 m血液時，不能全部重吸收，出現糖尿。分泌和排泄作用 部位在遠曲小管，主要作用是：（1）調節血液酸堿度：如血液中H+（或HCO3-）進入濾液；（2）調節血液離子平衡：血液中NH4+、K+、H+ 進入濾液，幫助Na+的重吸收；（3）排泄：代謝廢物和產物、藥物、毒物。濃縮作用主要在集合管。髓袢的生理特點、作用為

13、集合小管營造高效逆流交換環境。升支對水的通透性很低，管內水量保持不變，大量泵出濾液中的Na+。結果管內濾液中Na+ 濃度逐漸降低，管外組織液中Na+ 濃度升高。降支：管外組織液濃度始終大于管內濾液，結果：Na+ 滲入管內，使管內Na+ 濃度升高。Na+ 環流的形成總結如下：降支：Na+ 滲入 ® Na+ 濃度升高，在U形轉彎處Na+ 濃度最高；升支：Na+ 泵出 ® Na+ 濃度降低，末端濃度最低 管外組織液；兩個Na+ 濃度（滲透壓）梯度的形成，使髓袢內濾液滲透壓在髓袢末端達到最低；髓袢外（即集合管外）組織液滲透壓也在髓袢末端亦最低，這有利于集合管發揮濃縮作用。集合管的濃

14、縮作用：由于管內濾液濃度低、管外組織液濃度高，水分順濃度梯度進行擴散，結果管內水分大量滲出，濾液被濃縮，形成終尿。濃縮后，濾液:終尿=180:152（/天），濃縮100倍。（3） 排尿 尿的成分：水占96%；含N廢物占25%，有尿素、少量尿酸、肌酐酸等；鹽類占15%，如NaC；少量K+、NH3、PO43-、SO42-等。腎結石引起的原因是由于尿酸小結晶可隨尿排出，但大結晶在腎、膀胱內結石，阻塞、摩擦、疼痛、炎癥。尿量的調節：水分對尿量的調節血液水分降低時，刺激下丘腦，下丘腦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，重吸收水能力增強，使尿量降低；另一方面，下丘腦將興奮傳遞到大腦皮層

15、，引起渴覺，促進飲水。飲水過多時，血液水分增多，刺激下丘腦，使其分泌的抗利尿激素減少，致使尿量減少。鹽分對尿量的調節食入鹽分過多，刺激下丘腦，一方面產生抗利尿激素增多，使尿量下降，體液滲透壓升高；另下方面，下丘腦將興奮傳遞到大腦皮層，引起渴覺，促進飲水，使體液滲透壓升高。飲水過多時，鹽分濃度降低，下丘腦分泌抗利尿激素減少，使尿量增加，同時排出過多鹽分，使體液滲透壓下降。（4） 糖尿病正常情況：原尿中葡萄糖在近曲小管處被全部重吸收回血液；而糖尿病患者的重吸收能力有限度，當血糖 >腎閾限（1.5 g/ ），即糖尿。二、體溫調節（一）體溫與代謝的關系1體溫穩定的重要性：過低使代謝減慢、停止；過

16、高使代謝減慢、停止，甚至 蛋白質變性、酶活性喪失，生命停止。2代謝率與溫度的關系：在生命活動范圍內，溫度每上升10，代謝率增加2-3倍。溫度對動物的代謝影響極大。（二）變溫動物與恒溫動物1變溫動物：亦稱為外熱動物、冷血動物，其特點是對外界溫度依賴性很強，體溫隨外界溫度變化。溫度過低時，進入冬眠，此時代謝率、一般不能利用代謝熱來維持體溫、皮膚無保溫覆蓋物（毛、羽）、無汗腺等調節體溫能力。2恒溫動物：亦稱內熱動物、熱血動物。特點與變溫動物相反。保持恒溫要耗費大量能量，實驗證明同一地區的蠑螈（變溫動物）和鳥類、小型哺乳類（恒溫動物）在增長相同生物量時，變溫動物耗能僅為恒溫動物的20%。變溫動物改變活

17、動量、棲息地等，在一定程度上保持體溫。而恒溫動物的體溫在一度范圍內波動，也具有一定的相對性。（三）動物形態結構和生理特點 1隔離和緩沖：隔離將刺激阻擋于體外；緩沖將刺激的效應降低至耐受范圍。（1）甲蟲：生活于日照強烈的荒地、沙漠時，體色淡，吸收的日光下降、翅下空氣產生隔熱層，都具有隔離作用。生理最適溫度高達49，起到緩沖作用。生活于高山、雪地時，體色深黑，吸收的熱量增加。（2） 駱駝 “沙漠之舟”其面臨的兩大問題是降溫和節水。降溫：一方面減少熱量的吸收（形態結構上的隔離），如駱駝個體大，相對表面積（吸熱面積）小，體背面光照最強，但皮下脂肪厚（駝峰）；分散熱量（形態結構上的緩沖）個體大，故體溫升

18、幅小。另一方面增大散熱作用（形態結構上的緩沖）：體腹面下方氣溫低；體腹面皮下脂肪很薄，利于散熱；夜間體溫下降（生理上的緩沖），略低于正常體溫（預留量），為第二天接受日曬作好了準備；耐受幅度大（生理上的緩沖），暴曬體溫上升£ 6仍在耐受限度以內。節水（緩沖）：極耐旱，在炎熱夏季可一周不飲水，這是因為身體具有儲水（形態結構緩沖）作用，瘤胃周圍20-30個小儲水囊（特化的瓣胃）；另一方面，駱駝生理上很節水（生理緩沖），不出汗（5/天）、尿極濃，耐受力強（生理），可忍耐失水 < 25%的范圍，而人失水10%就會昏迷、耳聾、痛覺喪失。2 體表熱量損失的控制恒溫動物當體溫大于環境溫度時，體

19、表熱量就會損失。熱量損失主要發生在附肢（足、鰭、尾），這些部分溫度小于軀干部溫度，使熱量損失。水鳥、海獸等具有逆流交換血管網可減少熱量損失，其足、鰭、尾基部大片小血管網，動脈血（溫度高）與靜脈血（溫度低）兩者互相平行，交換熱量，動脈血溫下降，減少了附肢熱量損失；靜脈血溫升高，軀干部回收熱量。3體積大小與體溫的調節體小動物相對表面積大，散熱快。主要通過代謝率來調節體溫：代謝率高，產熱多，彌補損失。代謝率高低與體積大小成反比。（四）體溫的行為調節1爬行動物 行為調節：主要通過改變棲息地、活動時間，如早晨、冷天會在避風處、曬太陽，中午則在蔭涼、通風處；還可通過改變身體姿勢、方向，如早晨、冷天，身體與

20、日光垂直；中午則身體與日光平行，抬起身體讓冷風吹過體腹面。生理調節：通過血管舒張、收縮調節體溫，如早晨，體背面皮膚血管舒張，中午則體腹面皮膚血管舒張。2松鼠：主要通過行為調節體溫。早晨曬太陽、覓食；中午入穴；下午蔭涼處避暑、后覓食；夜間入穴過夜。3昆蟲：主要通過行為調節體溫：早晨翅張開正對陽光；中午翅合攏、調整方向。在某種程度上利用代謝熱調節體溫：起飛前扇翅，加溫飛行肌（蝶、蛾、蜂等）。蜂巢內溫度的調節：夏季蜂巢入口處扇翅，使其通風降溫；冬季奔跑、擁擠，發熱升溫。外界為 - 4時，通過調節，1小時內上升10。蜂巢外圍溫度為2 - 3，中央為14 - 30；中央、外圍的工蜂不斷交換位置。（五）恒

21、溫動物體溫的反饋機制1環境溫度感受器：皮膚中有冷覺感受器和溫覺感受器。冷（熱）刺激 皮膚 下丘腦 血管收縮（舒張） 保溫（散熱）2體內溫度感受器：下丘腦是體溫調節中樞體溫升高，刺激下丘腦 交感神經系統 出汗、喘息、肌肉松弛、立毛肌松弛、外周血管舒張等 體溫下降； 體溫降低，刺激下丘腦 肌肉緊張顫抖、立毛肌收縮、外周血管收縮等 體溫升高。（七）遷徙1性質：進化產物，是先天性（遺傳性、本能）行為，由生物鐘控制。2候鳥：在南方越冬，在北方繁殖； 3魚類回游：有越冬回游、覓食回游、生殖回游。典型例題例1構成血漿滲透壓的主要成分是（ ）A白蛋白 B球蛋白 C晶體物質 D血紅蛋白 E纖維蛋白原解析 血漿的

22、滲透壓一部分是由溶解于血漿中的低分子物質（如無機離子、尿素、葡萄糖等）所形成，稱為晶體滲透壓。晶體物質容易通過毛細血管壁，因此血漿和組織液兩者之間的晶體滲透 壓介質動態平衡，以利于維護細胞的正常形態和機能；另一部分是由血漿蛋白這類高分子物質所形成的，稱為膠體滲透壓，血漿膠體滲透壓較小，但對保持血漿水分方面起重要作用。故選C。例2葡萄糖的重吸收，常與哪種離子相伴隨？（ ）AK BNa CMg2 D Ca2 E Cl解析 濾液中的葡萄糖全部在近曲小管重吸收。葡萄糖由腎小管細胞膜的載體主動轉運，這一主動轉運過程與Na的轉運有密切關系，Na不足時，常導致葡萄糖的重吸收減少。一般認為，葡萄糖要和載體及N

23、a的結合，形成三者的復合物，才能穿過細胞膜而被重吸收。故選B。例3各段腎小管比較，重吸收量最多的部位是（）A近曲小管 B髓袢細降支 C髓袢細升支D遠曲小管 E集合管解析 重吸收主要發生在近曲小管。葡萄糖、氨基酸、維生素和大量（75%）的氯化鈉都被腎小管的上皮細胞重吸收，并轉移到附近血管中。故選A。例4指出下列動物和其特征的正確關系（ ）A鯉魚不喝水、排泄尿素 B鴿主動排鹽、排泄氨C鯨不喝水、排泄尿素 D鼠主動排鹽、排泄氨解析 水生動物氮代謝的主要廢物是氨，易溶于水，易透過細胞溶于水中。鳥類排泄物主要為尿酸；哺乳類主要為尿素。故選C。例5對初診為急性闌尾炎、蛔蟲病和急性腎小球腎炎的病人，應分別化

24、驗他們的（ ）A血液、糞便、血液 B血液、糞便、尿液C尿液、糞便、血液 D糞便、血液、尿液解析 急性闌尾炎時應化驗血液，看血相是否正常，如在正常范圍內，則為病毒感染色，如血相較高，則為細菌感染。蛔蟲病則應化驗糞便，看是否有蛔蟲卵。腎小球腎炎需化驗尿液，看是否尿蛋白。故選B。例6合成尿素的器官是（ ）A腎臟 B肝臟 C肌肉 D胰臟 E脾臟解析 脫氨基作用發生于肝臟，脫下的氨有劇毒，經肝臟轉化為幾乎無毒的尿素。故選B。例7尿酸是以下哪些動物的主要排泄物（ ）A哺乳類、鳥類、甲殼類 B爬行類、昆蟲、哺乳類C鳥類、寡毛類、昆蟲 D爬行類、昆蟲、鳥類解析 排泄尿酸是卵生動物的特點，排泄尿酸對卵生動物最有

25、利。這是由于卵生動物的胚胎在卵殼內發育，如果代謝廢物是氨或尿素，胚胎都將中毒而死，而尿酸是固體沉淀的，不影響體液的滲透平衡。D選項的生物均為卵生，故選D。例8下表是被測試者血漿、腎小球、輸尿管中P和Q兩種物質的濃度。據此分析表中P和Q各是什么物質（ ）血漿腎小球輸尿管P0.030.032Q0.10.10AP是葡萄糖，Q是蛋白質 BP是葡萄糖，Q是尿素CP是尿素，Q是蛋白質 DP是尿素，Q是葡萄糖解析 由數據分析，P物質在尿液形成過程中被濃縮，而Q物質被完全重吸收。故選D。智能訓練1水生動物體液的滲透壓高于環境時稱之為高滲壓。關于魚類水鹽代謝和滲透壓調節途徑有（l）腎小球退化，排少量的尿。（2）

26、腎小球發達，排大量的尿。（3）經常吞海水。（4）排低滲壓的尿。（5）將尿素等代謝產物貯存于血液中提高滲透壓。上述途徑中鱉魚所具有的是（ ）A（l）和（3）B（2）和（4）C（5） D（l）（3）和（5）2如果將狗的腎上腺皮質切除，可出現（ ）A血容量減少，尿鈉減少，血鉀降低 B血容量增加，尿鈉增加，血鉀升高C血容量增加，尿鈉增加，血鉀降低 D血容量減少，尿鈉增加，血鉀升高3節肢動物的下列各綱中同時含有2套呼吸器官和排泄器官的是（ ） A蛛形綱 B甲殼綱 C多足綱 D昆蟲綱4第3題中，這2套呼吸器官和排泄器官分別是（ ） A鰓、書肺、馬氏管、綠腺 B書鰓、書肺、綠腺、基節腺 C氣管、書肺、馬氏管

27、、基節腺 D書肺、氣管、馬氏管、綠腺5在腎單位中，葡萄糖重吸收部位是（ ）A腎小管各段 B遠曲小管 C腎小球 D近曲小管6維持紅細胞正常形態和調節細胞內外水平衡的因素（ ）A血漿膠體滲透壓 B組織液膠體滲透壓C血漿晶體滲透壓 D組織液靜水壓 E血漿白蛋白濃度7各段腎小管比較，重吸收量最多的部位是（ ）A近曲小管 B髓袢細降支 C髓袢細升支D遠曲小管 E集合管8終尿中的K主要是由（ ）A腎小球濾過 B近曲小管分泌的C髓袢粗降支分泌的D遠曲小管和集合管分泌的 E髓袢粗升支分泌的9酸中毒時，常伴有高血鉀，主要是（ ）A細胞破裂，釋放K增加 B腎小管重吸收K增加 CH一Na交換增強 DHK交換增強 EKNa交換增強10抗利尿激素對腎臟最明顯的作用是（ ）A增加近曲小管對水的通透