稳态与激素.ppt

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1、稳态和激素稳态和激素 褚建君褚建君上海交通大学生命科学技术学院上海交通大学生命科学技术学院 Homeostasis(steady state)Transport in plantPlant nutritionAnimals:physiology,homeostasis,and temperature regulationAnimal hormanes 一、稳态一、稳态 Homeostasisn地理学地理学：系统的均衡状态。而且系统在受到小的干：系统的均衡状态。而且系统在受到小的干扰后可以自发恢复到这个状态。扰后可以自发恢复到这个状态。n电力电力：在所有瞬态影响消失后，当所有输入量保持：在所有瞬

2、态影响消失后，当所有输入量保持恒定时系统所维持的状态。恒定时系统所维持的状态。n昆虫学昆虫学：(1)生态系统通过内部调节抗御外界干扰、保持相生态系统通过内部调节抗御外界干扰、保持相对稳定状态的趋向。对稳定状态的趋向。(2)昆虫体内环境维持恒定的状态。昆虫体内环境维持恒定的状态。稳态稳态 Homeostasisn生态学生态学：生态系统在面对变化着的外部条件下，：生态系统在面对变化着的外部条件下，能保持稳定的内部状态。能保持稳定的内部状态。n生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学：在一定的时间范围内，：在一定的时间范围内，酶与底物形成酶酶与底物形成酶-底物复合物的速度与产物生成的底物复合物的速度

3、与产物生成的速度相等的状态，此时随时间的增加酶速度相等的状态，此时随时间的增加酶-底物复合底物复合物的浓度不变。物的浓度不变。n稳态稳态：机体通过调节作用，使各个系统、器官协：机体通过调节作用，使各个系统、器官协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态。调活动，共同维持内环境的相对稳定状态。1 生物学上稳态思想的由来生物学上稳态思想的由来n内环境恒定的概念内环境恒定的概念：19世纪法国世纪法国生理学生理学家贝尔纳家贝尔纳（Claud Bernard）所提出。）所提出。n他认为机体生存在两个环境中：一个是不断变化的外他认为机体生存在两个环境中：一个是不断变化的外环境，一个是比较稳定的内环境。环境，一

4、个是比较稳定的内环境。n内环境是围绕在多细胞动物的细胞周围的细胞外液。内环境是围绕在多细胞动物的细胞周围的细胞外液。特点是其理化特性及其组成分的数量和性质，处于相特点是其理化特性及其组成分的数量和性质，处于相对恒定状态，为细胞提供一适宜的生活环境，也是维对恒定状态，为细胞提供一适宜的生活环境，也是维持生命的必要条件。持生命的必要条件。n“内环境恒定是（机体）自由和独立生存的首要条件。内环境恒定是（机体）自由和独立生存的首要条件。”生物学上稳态思想的由来生物学上稳态思想的由来n稳态：稳态：是美国生理学家坎农（是美国生理学家坎农（W.B.Cannon）于本世）于本世纪纪20年代末提出的。是内环境恒

5、定概念的引伸和发展。年代末提出的。是内环境恒定概念的引伸和发展。n在坎农时期，稳态主要指内环境是可变的又是相对稳在坎农时期，稳态主要指内环境是可变的又是相对稳定的状态。定的状态。n稳态是在不断运动中所达到的一种动态平衡；即是在稳态是在不断运动中所达到的一种动态平衡；即是在遭受着许多外界干扰因素的条件下，经过体内复杂的遭受着许多外界干扰因素的条件下，经过体内复杂的调节机制，使各器官、系统协调活动的结果。调节机制，使各器官、系统协调活动的结果。n这种稳定是相对的，不是绝对的，一旦稳态遭破坏，这种稳定是相对的，不是绝对的，一旦稳态遭破坏，就导致机体死亡。就导致机体死亡。二二 植物的水分代谢与有机物的

6、转运植物的水分代谢与有机物的转运1 植物细胞的水势植物细胞的水势 water ptentialn水势水势：水分运动需要能量做功。热力学上把物质所含能量：水分运动需要能量做功。热力学上把物质所含能量中，可在恒温、恒压下做功的部分叫做中，可在恒温、恒压下做功的部分叫做自由能自由能。每。每1mol物物质的自由能称做质的自由能称做化学势化学势。18g水中的自由能，成为水势。水中的自由能，成为水势。n纯水的水势最高，人为地定其为纯水的水势最高，人为地定其为0；溶质使水溶液中的水自；溶质使水溶液中的水自由能降低，所以，水溶液的水势为负值。由能降低，所以，水溶液的水势为负值。n，单位位MPa（兆帕），（兆帕

7、），1 MPa=9.87大气大气压n海水的水海水的水势-0.25 MPa;1mol氯化化钾溶液的水溶液的水势-0.46。n在一个系在一个系统中，水从水中，水从水势高的地方向水高的地方向水势低的地方运低的地方运动。植物细胞的水势植物细胞的水势n溶质势：溶质势：由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值数值,又称渗透势。用又称渗透势。用s s表示。表示。n压力势压力势：是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水：是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的数值，用势增加的数值，用p p表示。表示。n衬质势衬质势：亲水胶体能够具有吸附水分子的力量，能使：亲水胶体能

8、够具有吸附水分子的力量，能使水势降低，用水势降低，用m m表示。表示。nw w=s s+p p+m m 渗渗透透装装置置一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置细胞壁原原生生质质层层（全透性）原生质层具有选择透过性，近似于半透膜原生质层具有选择透过性，近似于半透膜细胞膜液泡膜细胞质细胞液细胞核细胞壁原生质层原生质层细胞液空腔原生质层和细胞壁分离的现象。原生质层和细胞壁分离的现象。细胞膜液泡膜细胞质 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时当外界溶液浓度大于细胞液浓度时(高渗溶高渗溶液），细胞发生质壁分离。液），细胞发生质壁分离。2 根系对水分的吸收根系对水分的吸收

9、n蒸腾拉力：蒸腾拉力：n根压：根系生理活动导致的。根压：根系生理活动导致的。根压与伤流。根压与伤流。吐水蒸腾作用 蒸蒸腾腾作作用用指指水水分分从从植植物物地地上上部部分分以以水水蒸蒸汽汽状状态态向外散失的过程。向外散失的过程。蒸蒸腾腾作作用用与与蒸蒸发发不不同同，它它是是一一个个生生理理过过程程，受受植植物物体体结结构构和和气气孔孔行行为为的的调调节。节。3 蒸腾作用蒸腾作用 淀淀粉粉-糖糖转转化化学学说说。在在光光下下，光光合合作作用用消消耗耗了了CO2CO2，于于是是保保卫卫细细胞胞细细胞胞质质pHpH增增高高到到7 7，淀淀粉粉磷磷酸酸化化酶酶催催化化正正向向反反应应，使使淀淀粉粉水水解

10、解为为葡葡萄萄糖糖-1-1-磷磷酸酸，引引起起保保卫卫细细胞胞渗渗透透势势下下降降，水水势势降降低低，从从周周围围细细胞胞吸吸取取水水分分，保保卫卫细细胞胞膨膨大大，气气孔孔张开。反之，即在黑暗中，气孔关闭。张开。反之，即在黑暗中，气孔关闭。气孔开闭的机理气孔开闭的机理离子泵学说离子泵学说土壤水分土壤水分根毛根毛皮层皮层内皮层木质部薄壁细胞茎的导管叶脉导管叶肉细胞气孔下腔气孔大气4 植物体内水分的运输途径植物体内水分的运输途径EvaporationCohesionUptakeWater molecules are“sticky”n短距离：细胞内、细胞间。微米短距离：细胞内、细胞间。微米-毫米。

11、毫米。n长距离：器官之间、库（长距离：器官之间、库（sink）源（）源（source）之间，经）之间，经疏导组织，厘米疏导组织，厘米-百米。百米。n共质体共质体symplast与质外体与质外体apoplast（胞间）（胞间）n维管束维管束vascular bundle（长距离）（长距离）导管为中心的木质部导管为中心的木质部 筛管为中心的韧皮部筛管为中心的韧皮部 其他细胞其他细胞 维管束鞘维管束鞘5 植物体内有机物的转运植物体内有机物的转运环割试验环割试验girdling experiment 早在早在1675年意大利的年意大利的M.马尔皮基就已经环割树皮的试马尔皮基就已经环割树皮的试验确定，当

12、剥去一圈树皮后，由于其内的韧皮部通道受验确定，当剥去一圈树皮后，由于其内的韧皮部通道受到破坏，叶子制造的有机物下运受到碍，到破坏，叶子制造的有机物下运受到碍，营养物质营养物质停留停留在环割切口上方，因而形成树瘤。在环割切口上方，因而形成树瘤。三、植物营养三、植物营养1 植物的必需元素植物的必需元素n大量元素大量元素：在植物体内含量较多，占植物体干重达万在植物体内含量较多，占植物体干重达万分之一以上的元素。包括分之一以上的元素。包括C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Si等等10种元素。种元素。n微量元素微量元素：植物体内含量甚微，稍多即会发生毒害的植物体内含量甚微，稍多即会发生毒害的元素包

13、括：元素包括：Cl、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni、Na等等9种元素。种元素。植物吸收矿质元素的特点植物吸收矿质元素的特点 1 1）对水分和盐分的相对吸收；）对水分和盐分的相对吸收；相互联系相互联系：离子必须溶于水才能被吸收；离子的吸收：离子必须溶于水才能被吸收；离子的吸收又有利于水分的吸收又有利于水分的吸收 相互独立相互独立：根部吸水以被动吸水为主，而对离子的吸：根部吸水以被动吸水为主，而对离子的吸收则以主动吸收为主。收则以主动吸收为主。2 2）选择性吸收；）选择性吸收；3 3）单盐毒害。）单盐毒害。2 植物对矿质元素的吸收植物对矿质元素的吸收离子离子胞外胞外浓度浓度molmol/L

14、/L胞内胞内浓度浓度molmol/L/L积累率（膜内浓度积累率（膜内浓度/膜膜外浓度）外浓度）K K+0.140.1416016011421142NaNa+0.510.510.60.61.181.18NONO3 3-0.130.133838292292SOSO4 42-2-0.610.6114142323例：玉米根对离子的选择性吸收例：玉米根对离子的选择性吸收生理酸性盐：铵盐生理酸性盐：铵盐生理碱性盐：硝酸盐生理碱性盐：硝酸盐生理中性盐：硝酸铵生理中性盐：硝酸铵 根部对溶液中矿质元素的吸收过程根部对溶液中矿质元素的吸收过程 1 1）离子吸附在根部细胞表面；）离子吸附在根部细胞表面；2 2）离子

15、进入根部内部。）离子进入根部内部。根毛区吸收的离子经共质体和质外体到达输导组织 3.1 矿物质运输的形式矿物质运输的形式 金属离子：金属离子：以离子状态运输以离子状态运输 P：主要以正磷酸根离子向上运输主要以正磷酸根离子向上运输 N：主要以氨基酸和酰胺形式向上运输，少量以硝酸根离子主要以氨基酸和酰胺形式向上运输，少量以硝酸根离子 运输运输 S：主要以硫酸根离子向上运输主要以硫酸根离子向上运输 3 矿质元素在植物体内的运输矿质元素在植物体内的运输3.2 运输途径和速度运输途径和速度 运输途径:根部吸收的离子可沿木质部上运，也可横向运至韧皮部。叶片吸收的离子向下和向上是通过韧皮部进行的，也可横向运

16、至木质部。运输速度：30100cm/h 4 矿物质在植物体内的分布矿物质在植物体内的分布 可再利用元素可再利用元素可再利用元素可再利用元素 以离子或不稳定化合物形式存在，可转移至其他以离子或不稳定化合物形式存在，可转移至其他部位循环利用，如部位循环利用，如N、P、Mg、K、Zn等，其中以等，其中以NN、P P最为典型。当植物缺乏这类元素时，它们就从衰老组最为典型。当植物缺乏这类元素时，它们就从衰老组织转移到新生的幼嫩部位，从代谢水平低的部位转移织转移到新生的幼嫩部位，从代谢水平低的部位转移到代谢旺盛部位，所以衰老的叶片出现相应的缺素症。到代谢旺盛部位，所以衰老的叶片出现相应的缺素症。不可再利用

17、元素不可再利用元素不可再利用元素不可再利用元素 以难溶解的稳定化合物形式存在，难以循环利用，以难溶解的稳定化合物形式存在，难以循环利用，如如CaCa、B B、CuCu、MnMn、S S、FeFe，其中以其中以CaCa最为典型。这最为典型。这些元素在老叶中的含量高于幼叶中的含量，缺乏这些元些元素在老叶中的含量高于幼叶中的含量，缺乏这些元素，幼叶或新生组织会表现出相应的缺素症。素，幼叶或新生组织会表现出相应的缺素症。矿物质在植物体内的分布矿物质在植物体内的分布5 生物固氮生物固氮n每年生物固氮（将每年生物固氮（将N2还原为还原为NH3）的总量占）的总量占地球上固氮总量的地球上固氮总量的90%左右。

18、左右。n根瘤根瘤（root nodule）是豆科植物与根瘤细）是豆科植物与根瘤细菌的共生结构。近年来，对于非豆科植物固菌的共生结构。近年来，对于非豆科植物固氮的研究，也引起了人们重视，有的非豆科氮的研究，也引起了人们重视，有的非豆科植物已被用于造林固沙、改良土壤。植物已被用于造林固沙、改良土壤。地球氮循环：地球氮循环：固氮作用；生物体内有机氮的合成；氨化作用；硝化作用；反硝化作用。侵入线侵入线表皮木质部内皮层根瘤根12345合理施肥与无土栽培合理施肥与无土栽培n齐民要术齐民要术“美田之法美田之法”；n撂荒；化肥；功能肥料；无土栽培。撂荒；化肥；功能肥料；无土栽培。四、体温调节与内环境的稳态四、

19、体温调节与内环境的稳态nThe internal environment:is the extracellular fluid,or ECF.ECF,which accounts for about one-third of total body water,is made of the blood plasma and the interstitial fluid.the physiological composition of the ECF must remain stable within narrow limits,and maintaining that stability is

20、the job of the bodys organ systems.体温调节体温调节temperature regulation n是指温度感受器接受体内、外环境温度的刺激，通过体温是指温度感受器接受体内、外环境温度的刺激，通过体温调节中枢的活动，相应地引起内分泌腺、骨骼肌、皮肤血调节中枢的活动，相应地引起内分泌腺、骨骼肌、皮肤血管和汗腺等组织器官活动的改变，从而调整机体的产热和管和汗腺等组织器官活动的改变，从而调整机体的产热和散热过程，使体温保持在相对恒定的水平。散热过程，使体温保持在相对恒定的水平。变温动物与恒温动物变温动物与恒温动物n恒温动物恒温动物homeotherma：鸟类和哺乳类

21、。也叫内热动物：鸟类和哺乳类。也叫内热动物endothermas，依靠本身代谢的能量调节体温。它们摄取，依靠本身代谢的能量调节体温。它们摄取的食物的食物90%以上，是供生命活动和维持体温的，供生长用的以上，是供生命活动和维持体温的，供生长用的不足不足10%。n变温动物变温动物poikilothermas：也叫外热动物。：也叫外热动物。ectotherms。依靠外界的热，如日光，来维持体温。当外界温度太低时，依靠外界的热，如日光，来维持体温。当外界温度太低时，可以减少活动，乃至休眠。摄取的食物能量低。可以减少活动，乃至休眠。摄取的食物能量低。n变温动物与恒温动物的适应性？它们的体温调节行为如何？

22、变温动物与恒温动物的适应性？它们的体温调节行为如何？五、动物激素五、动物激素 1891年，有人提出体内有些器官经常向血液释放某种物年，有人提出体内有些器官经常向血液释放某种物质质，为身体其他部分的发育和活动所需。，为身体其他部分的发育和活动所需。1902年，年，Bayliss和和Starling发现促胰液素，很快，他们认识到：发现促胰液素，很快，他们认识到：NS之有另外一种调节机体活动的方式。之有另外一种调节机体活动的方式。动物激素相对于植物激素的特点：动物激素相对于植物激素的特点：有专门产生激素的器官有专门产生激素的器官内分泌腺；种类多；内分泌腺；种类多；特异性高。特异性高。瘦肉精是一类药物

23、，能够促进瘦肉生长。常见的是一类叫做-兴奋剂（-agonist）的药物，如在中国造成中毒的克伦特罗（clenbuterol）和美国允许使用的雷托巴胺（Ractopamine）。琼斯1 内分泌腺内分泌腺n内分泌腺内分泌腺endocrine glands，是没有分，是没有分泌管的腺体称为内分泌腺。激素直接进入泌管的腺体称为内分泌腺。激素直接进入周围的血管或淋巴管中，由血液和淋巴液周围的血管或淋巴管中，由血液和淋巴液将激素输送到全身。将激素输送到全身。n甲状腺甲状腺thyroid glandn甲状旁腺甲状旁腺parathyroid glandsn胰岛胰岛islets of langerhansn肾上

24、腺肾上腺adrenal glandsn垂体垂体pituitary bodyn下丘脑下丘脑hypothalamusn松果体松果体pineal bodyn性腺性腺n（前列腺素（前列腺素prostaglandins）n在在血液血液中，激素大部分与中，激素大部分与血浆蛋白血浆蛋白相结合，小部分游离于相结合，小部分游离于血血浆浆之中，两者形成平衡的关系。之中，两者形成平衡的关系。n游离的激素分子在循环过程中，一部分与靶细胞结合发挥作游离的激素分子在循环过程中，一部分与靶细胞结合发挥作用，一部分入肝后为用，一部分入肝后为肝肝所破坏而失去活性，还有一部分则随所破坏而失去活性，还有一部分则随尿排出。尿排出。n

25、与血浆蛋白结合的激素分子，可随时与血浆蛋白分离，以补与血浆蛋白结合的激素分子，可随时与血浆蛋白分离，以补充失去的游离激素分子。充失去的游离激素分子。n固醇类激素，如固醇类激素，如肾上腺皮质激素肾上腺皮质激素和和甲状腺素甲状腺素很难溶于水，它很难溶于水，它们不能游离于血浆中，必须以蛋白质分子为载体运行。们不能游离于血浆中，必须以蛋白质分子为载体运行。2 激素的作用机制激素的作用机制激素的作用机制激素的作用机制n根据受体在靶细胞的表面还根据受体在靶细胞的表面还是内部，机制有所不同。是内部，机制有所不同。GsACATPcAMP细胞膜细胞膜G蛋白偶联产生的第二信使类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节生

26、理过程3 关于激素的分类关于激素的分类（专一性、穿透性）（专一性、穿透性）n蛋白质激素蛋白质激素 糖蛋白糖蛋白：促甲状腺素、卵泡刺激素、黄体生成素、抑制素 蛋白质蛋白质：促生长素、催乳素、家长旁腺激素、胰岛素 肽类肽类：促甲状腺素释放激素、促性腺激素释放激素、生长素释放抑制激素、促黑激素释放因子、催乳素释放因子、催产素、促肾上腺皮质激素、促黑激素、降钙素、胰多肽、促胰液素n非蛋白质激素非蛋白质激素 类固醇类固醇：糖皮质激素、盐皮质激素、雌二醇、孕酮 胺类胺类：催产素释放抑制因子、肾上腺素4 与人类的关系与人类的关系n美国美国我们被偷走的未来我们被偷走的未来 人啊人，你血管里流淌的血液，你神经里

27、的每一次冲动，人啊人，你血管里流淌的血液，你神经里的每一次冲动，你体液中激素的每一次作用，其实与活跃在田野山林、你体液中激素的每一次作用，其实与活跃在田野山林、大洋深处的动物的躯体里的情况毫无二致。尤其是激素大洋深处的动物的躯体里的情况毫无二致。尤其是激素的结构和作用机制，在你是身体里几乎与亿万年前的动的结构和作用机制，在你是身体里几乎与亿万年前的动物一模一样，甚至没有变化。物一模一样，甚至没有变化。n正是激素控制着我们的生殖和发育，当人类生产出具有正是激素控制着我们的生殖和发育，当人类生产出具有类激素效用的化学物质的时候，人类就开始了自己悲惨类激素效用的化学物质的时候，人类就开始了自己悲惨的

28、旅程。的旅程。几个典型的化学物质几个典型的化学物质n己烯雌酚己烯雌酚 30年代发明，预防流产。像维生素片一样服用。年代发明，预防流产。像维生素片一样服用。还用于处方、控制产奶量、避孕药。会导致后还用于处方、控制产奶量、避孕药。会导致后代生殖系统癌症、先天畸形、终身不育。代生殖系统癌症、先天畸形、终身不育。n“反应停反应停”安定，抑制孕妇恶心。会导致后代手足全无或安定，抑制孕妇恶心。会导致后代手足全无或缺陷、手掌长在肩膀上、脑障碍等。缺陷、手掌长在肩膀上、脑障碍等。nDDT 具有拟雌激素作用。影响生殖功能。具有拟雌激素作用。影响生殖功能。（“雄性雄性50年后还有吗？年后还有吗？”美国美国70%的的男性精子不足。）男性精子不足。）戈尔：戈尔：n我们被偷走的未来我们被偷走的未来具有极为重要的意具有极为重要的意义，它迫使我们队曾经在全世界范围内散义，它迫使我们队曾经在全世界范围内散布的合成化学物质质疑。为了子孙后代，布的合成化学物质质疑。为了子孙后代，我们必须尽快找出答案。对于这一切，我我们必须尽快找出答案。对于这一切，我们人人都有知晓的权力，人人都有了解和们人人都有知晓的权力，人人都有了解和学习的义务。学习的义务。