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1 普通高中课程标准实验教科书 生物学 必 修 稳态与环境 主编吴相钰刘恩山 浙江科学技术出版社

2 主 吴相钰 编 编写人员 刘恩山 吴相钰陈守良尚玉昌 王薇肖乐和王惠弟 责任编辑 施 忆 责任美编 金 晖 责任校对 顾 均 责任印务 田 书 文 出版发行 排 印 经 名 版 刷 销 普通高中课程标准实验教科书 生物学必修 3 稳态与环境 浙江科学技术出版社 杭州市体育场路 347 号邮政编码 : 联系电话 : 杭州大漠照排印刷有限公司 河南省华彩印务有限公司 全国各地新华书店 开字版书 本数次号 /16 印 张 年 8 月第 1 版 2009 年 6 月第 4 次印刷 ISBN 定 价 8.40 元 版权所有 翻印必究 渊图书出现倒装尧缺页等印装质量问题袁本社负责调换冤

3 目录 Contents 第一章植物生命活动的调节 /1 第一节 植物激素调节 /2 第二节 其他调节 /9 本章小结 /13 第三章免疫系统与免疫功能 /47 第二章动物生命活动的调节 /14 第一节内环境与稳态 /15 第二节神经系统的结构与功能 /17 第三节高等动物的内分泌系统与体液调节 /33 本章小结 /46 第一节 人体对抗病原体感染的非特异性防卫 /48 第二节 特异性反应渊免疫应答冤 / 50 第三节 免疫系统的功能异常 /58 本章小结 /62 第四章种群 /63 第一节 种群的特征 /64 第二节 种群的增长方式 /71 第三节 种群的数量波动及调节 /78 本章小结 /81

4 第五章群落 /82 第一节 群落的物种组成和优势种 /83 第二节 植物的生长型和群落结构 /84 第三节 物种在群落中的生态位 /88 第四节 群落的主要类型 /91 第五节 群落演替 /95 本章小结 /98 第七章人类与环境 / 120 第六章生态系统 /99 第一节生态系统的营养结构 /100 第二节生态系统中的生产量和生物量 /106 第三节能量流动和物质循环 /109 第四节生态系统的稳态及其调节 /116 本章小结 / 119 第一节生物圈 /121 第二节全球人口动态 /123 第三节人类对全球环境的影响 /125 本章小结 /133

5 植物的生命活动受到多种因素的调节袁这些因素中最重要的是植物激素的化学调节遥这一章主要研究植物激素的作用遥除激素外袁植物还有多种调节机制遥本章学习要点 1. 解释生长素发现过程中的相关实验遥 2. 说出植物激素的种类以及它们的含量比例对植物生长的意义遥 3. 说出温度及光周期对植物生命活动的影响遥

6 第一节 植物激素调节 生长素的发现 本节要点生长素的发现应该追溯到达尔文父子 (Charles 生长素的发现 五类植物激素 光 Darwin 与 Francis Darwin) 他们于 1880 年研究植物的 向光性 (phototropism) 时, 发现禾本科植物的幼苗能 够向光弯曲 他们所做的实验 ( 图 1-1) 还表明, 如果 切去苗尖端或用不透明的罩子将苗尖端罩住, 幼苗 就不会向光弯曲 ; 如果用透明的罩子将苗尖端罩住 或用不透明的薄膜将苗的基部包起来, 幼苗照样向 光弯曲 由此他们得出结论 : 苗尖端是感光部位 他们还注意到, 弯曲的部位在苗尖端下面, 由此推 测, 有某种化学物质从苗尖端传递到了下面 对照 ( 幼苗 ) 去顶 顶上加 不透明的帽 顶上加 透明的帽 用不透明薄膜 将基部包起 图 1-1 达尔文父子的实验 2 稳态与环境

7 显微镜观察表明, 在弯曲的苗中, 背光面的细胞要长得多, 说明这些细胞伸长得快, 也就是生长得快 ( 图 1-2) 苗的尖端是否真的有化学物质向下传递? 这种化学物质又是什么呢? 1913 年, 丹麦植物学家波森和詹森 (Peter Boysen,Jensen) 进行了实验, 以检验达尔文的化学物质假说 他将一片明胶或云母 ( 化学物质能够透过明胶却不能透过云母 ) 分别插在苗尖端和其下部之间 ( 图 1-3), 观察幼苗 的向光运动 结果发现, 插有明胶片的苗发生向光弯曲现象, 插有云母片的苗则不弯曲 由此证明, 的确有一种化学物质由苗尖端向下传递 图 1-2 苗的背光面细胞生长较快 光 光 背光面 向光面 用明胶块将幼苗 顶端隔开 用云母片将幼苗 顶端隔开 图 1-3 波森和詹森的实验 第一章植物生命活动的调节 3

8 1926 年, 荷兰植物学家温特 (Fritz Went) 对波森和詹森的技术做了改进, 终 于分离出了这种化学物质, 从而开辟了植物生长物质研究的新领域 温特首先将苗尖端切下, 放在琼脂块上, 他设想苗尖中的化学物质会扩散到琼脂块中, 于是就可以用这种琼脂块代替苗尖 用这种方法, 他获得了许多重要的结果 ( 图 1-4) 用他设想中已有苗尖化学物质扩散进去的琼脂块代替苗尖, 放在去顶的幼 苗上, 在黑暗中就可促进这些幼苗的生长 若将琼脂块放在切面正上方, 则去顶 幼苗的垂直生长加快 ; 若放在切面一侧, 则幼苗弯曲, 其方向正好是背着放置琼脂块的一侧 所有的对照 ( 不放琼脂块的 琼脂块中无任何化学物质的 ) 均无生长反应 这一系列实验充分说明, 苗尖中确实存在一种能够促进生长的化学物质 这种物质后来被命名为生长素 (auxin) 20 世纪 30 年代, 生物化学家和化学家们确定了生长素的化学本质, 它是一种小分子有机物 吲哚乙酸, 是在细胞内由色氨酸合成的 暗 对照 去顶幼苗 琼脂 琼脂块 促进生长 琼脂块放在 切面的一侧 苗尖端中的生长素 扩散至琼脂块中 放上无生长素 的琼脂块 图 1-4 温特的实验渊红色表示含有生长素冤 4 稳态与环境

9 活 探究圆袁源原阅对插枝生根的作用生长素能够促进植物的生长, 不同浓度的生长素促进生长的效果不同 在生产及实验中经常使用 2,4-D 它是一种植物生长调节剂, 是生长素 的类似物 因目的要求 1. 探究 2,4-D 对插枝生根的作用 2. 学会设计实验, 收集和处理数据 因材料用具 2,4-D, 盆栽植株,500mL 的烧杯 3 只 因方法步骤 1. 取 3 只烧杯, 分别编成 号 2. 3 只烧杯内分别装不同的液体 :1 号和 2 号烧杯内分别装不同浓度的 2,4-D 溶液 ( 浓度由自己设计 ),3 号烧杯内装蒸馏水 3. 将 3 组从同一植株上剪下的长势相同的枝条, 分别插入 3 只烧杯中 4. 每天测量这些枝条上根的总长度, 即将几条根的长度加在一起, 单位为 mm 5. 记录测量数据 天 1 号 2 号 3 号 第 1 天 第 2 天 第 3 天 第 4 天第 5 天 动 6. 根据测量数据, 绘出 号烧杯中各插枝上根的生长曲线 横坐标 为时间 ( 天 ), 纵坐标为长度 (mm) 第一章植物生命活动的调节 5

10 因讨 论 1. 为什么要用两种浓度的 2,4 D 溶液? 2. 3 号烧杯的作用是什么? 3. 将 2 号烧杯与 3 号烧杯进行对比, 可以得出什么结论? 4. 将 1 号烧杯与 2 号烧杯进行对比, 可以得出什么结论? 5. 设计一个实验, 研究赤霉素对扦插枝条生根是否有作用, 与 2,4-D 的作用有什么不同 调节植物生长发育的五大类激素 已经肯定有五大类植物激素调节植物的生长和发育, 它们是生长素类 (auxins) 细胞分裂素类 (cytokinins) 赤霉素类(gibberellins) 脱落酸(abscisic acid,aba) 和乙烯 (ethylene, 气体 ) 其中, 前三种主要是促进植物生长的, 后两种与植物的衰老 成熟 对不良环境发生响应有关 它们的主要作用以及存在或产生部位见表 1 表 1 五大类植物激素 名称作用存在或产生部位 生长素类细胞分裂素类 赤霉素类 促进茎伸长 ; 影响根的生长 ; 抑制侧芽生长 ; 使植 物产生向光性等 影响根的生长和分化 ; 促进细胞分裂 ; 促进萌发 ; 延迟衰老 促进种子萌发 茎伸长和叶的生长 ; 促进开花和果 实发育 ; 影响根的生长和分化 顶芽 ; 幼叶 ; 胚 在根 胚 果实中形成, 由 根运至其他器官 顶芽和根的分生组织 ; 幼 叶 ; 胚 脱落酸抑制生长 ; 失水时使气孔关闭 ; 保持休眠叶 ; 茎 ; 根 ; 绿色果实 乙烯 促进果实成熟 ; 对抗生长素的作用 ; 因物种而异, 成熟中的果实 ; 茎的节 ; 促进或抑制根 叶 花的生长和发育 衰老的叶子 激素往往是在植物体的某一部位产生, 然后运输到另一部位起作用的 所以植物激素是植物体内信息的化学载体, 起着信息传递的作用 当植物的特定部位感受到外界的刺激 ( 信息变化 ) 时, 会引起该部位激素浓度或比例的改变, 从而引起植物发生相应的响应 每种激素的作用决定于植物的种类 激素的作用部位 激素的浓度等 6 稳态与环境

11 植物激素的作用与浓度有关, 例如生长素, 低浓度起促进作用, 高浓度起抑 制作用, 而且往往与发生作用的器官有密切关系 生长素是促进生长的植物激素, 在生产及实验中经常使用, 但生长素促进生长的效应按其浓度和影响的部位不同而有所不同 图 1-5 表明生长素对促进茎和根生长的效应 从此图我们可以得到什么结论? 生长素对于根和茎的生长, 都是低浓度 ( 百万分之几 ) 促进生长, 高浓度抑制 生长 但促进茎细胞生长的浓度却抑制根细胞的生长, 而促进根细胞生长的浓度则对茎细胞毫无作用 这说明植物的不同部位对同样浓度的生长素有不一样的反应 ( 图 1-5) 图 1-5 生长素浓度对根和茎细胞生长的影响大多数情况下, 不是单独一种激素起作用, 而是多种激素的平衡协调作用 ( 它们的相对浓度 ) 控制着植物的生长和发育 例如用烟草的愈伤组织 (callus) 所做的实验 ( 图 1-6) 愈伤组织是由一团未分化的细胞组成的, 在组织培养中, 条件适宜就会分化成各种组织 在这一实验中, 如果培养基中细胞分裂素和生长素的比例合适, 愈伤组织就会分化出根和茎叶 细胞分裂素太多, 只长茎叶不长根 ; 生 愈伤 组织 促进生长 抑制生长 根 茎 生长素浓度 (g/l) 仍为愈伤组织 对照 细胞分裂素多, 生长素少 细胞分裂素少, 生长素多 细胞分裂素和生 长素比例合适 细胞分裂素中 等量, 生长素少 图 1-6 生长素和细胞分裂素在植物组织培养中的相互作用 第一章植物生命活动的调节 7

12 长素太多, 只长根不长茎叶 ; 而当生长素少, 细胞分裂素也不多时, 则愈伤组织继 续生长, 不发生分化 两种激素相互作用的另一个例子是赤霉素和脱落酸 赤霉素促进种子萌发, 脱落酸则抑制种子萌发, 两者的作用是互相对抗的 当水分供应良好时, 禾本科 植物种子中的胚就会释放赤霉素, 以动员贮藏的养分, 从而促进种子萌发, 这时 脱落酸的作用就显示不出来了 乙烯是由成熟的果实和植物的其他部分产生的激素, 乙烯在花 叶和果实的脱落方面起着重要作用 植物激素的应用 自从天然植物激素的化学结构被确定以后, 已经合成了许多种人工合成的替代物, 并在生产上获得了应用 人们常常把天然的植物激素和人工合成的类似化学物质合称为植物生长物质或植物生长调节剂 表 1 表明植物生长物质有许多种用途, 如促进种子萌发 促进生根 ( 特别是用于林木的扦插繁殖 ) 加速生长( 表 1 中的前三类激素及其类似物 ) 抑制生长( 特别是一些人工合成的对抗生长素的物质 ) 引起无籽果实的形成( 例如生长素引起无籽番茄的形成和赤霉素引起无籽葡萄的形成 ) 果实的催熟( 乙烯 ) 收获后农产品的储藏保鲜( 细胞分裂素 ) 等等 这些调节作用, 统称为化学调控 除草剂的合成和应用是植物化学调控方面的另一重大成就 生长素的结构被阐明以后, 人工合成了许多种类似的化合物, 其中应用最广的是 2,4-D 2,4-D 用于种植禾谷类的田间, 以杀除双子叶植物类杂草 现代耕作制度的一项改革是免耕法, 就是用除草剂处理表土, 抑制杂草的滋生, 免去耕作程序 ; 同时可以使作物收获后的残茬留在土壤表层, 这样可以维护地力, 防止水 肥流失 小资料二和 2,4-D 属于同一类的除草剂种类很多, 其中有一种 2,4,5-T 是落叶剂 在越南战争时美国曾用该药剂使树木落叶 这种物质在合成时会产生一种副产物二 (dioxin) 二对人有剧毒和致癌作用, 是一种环境公害, 当时曾给越南人民带来灾难 8 稳态与环境

13 本节要点向性运动光周期现象 第二节其他调节 环境中各种因素 ( 如光 温度等 ) 的变化对生 物都是一种信号 植物对这些信号会产生各种响 应, 原因就是植物体内有各种调节机制 不过, 对 激素以外的调节机制, 人们了解得还很少, 下面 将要提到的植物光敏素 (phytochrom) 就是这些机制 中的一种 向性运动 向性运动是植物的生长对环境信号所产生的一种响应 我们在本章开始时就讲到的向光性就是最常见的植物的向性运动 另一种最常见也最重要的向性运动是向重力性 (gravitropism) 运动, 就是植物朝向或背离地心引力而发生的生长运动 ( 图 1-7) 茎和花柄总是背离地心引力而向上生长, 具有负向地性 ; 反之, 根生长具有正向地性 把一株植物放平后, 新生的根向下弯曲, 新生的茎向上弯曲 一般认为, 在向性运动中起决定作用的是生长素 根对重力的敏感部位在根冠内或根冠附近, 那里的细胞内有一些充满淀粉粒的质体, 它们因重力而移到细胞底部, 于是引起根向下生长 至于质体的运动与生长素的关系, 目前尚不明了 图 1-7 植物生长的正向地性渊根冤和负向地性渊茎冤 第一章植物生命活动的调节 9

14 植物对温度及光周期的响应 对于所有的陆生生物, 季节的变化是重要的环境信号 季节变化中最重要的是温度的变化和光周期的变化 一年四季, 寒来暑往, 不同的植物对季节性的温度变化有各种不同的响应 有许多种两年生植物必须经过冬季的低温, 来年春天才能开花 例如, 冬小麦要经过一段时期的低温, 次年才能抽穗结实, 这种现象称为春化作用 (vernaliza 原 tion) 有些树木的种子, 也要经过一段时期的低温处理, 才能顺利发芽 这些变化的内在原因, 尚有待研究, 但在生产上已有应用 将植物放在人为的适宜温度条件下, 以满足其生长发育的要求, 就可以使植物的发育进度符合人的意愿 光周期是所有陆生生物都要遇到的环境刺激 冬季来临, 鸟类迁飞 阔叶树落叶等等, 都与昼夜长短的变化有关 生物体内有使它们响应 24 小时周期内光 暗长度变化的机制, 称为光周期现象 (photoperiodism) 很多植物的开花有光周期现象 有些植物, 只有当白昼的时间超过一定的小时数后才能开花, 这样的植物称为长日植物 冬小麦是长日植物, 只有初夏白昼超过一定小时数 ( 例如 14 小时 ) 若干天后, 才能开花结果 短日植物只有在白昼短于一定小时数若干天后, 才能开花 菊花 大豆等就是短日植物 有些植物只要温度合适, 成熟了就能开花, 与日照长短无关, 这类植物称为日中性植物 利用光周期的知识, 可以人为地控制植物的花期 例如, 将培养成形的菊花植株每天遮光数小时, 就能使之提前开花 事实上, 控制植物开花和植物产生其他光周期效应的是暗期的长度而不是光期的长度 实验表明, 用黑暗打断光期对长日植物开花毫无影响, 但用照光打 断暗期就能阻止短日植物开花, 甚至几分钟的弱光照就有作用 所以, 光周期的 响应决定于持续不断的夜长 夜长短于临界长度时, 长日植物开花 ; 夜长长于临 界长度时, 短日植物开花 ( 图 1-8) 因此, 短日植物应定义为长夜植物, 长日植物 应定义为短夜植物 植物感受光周期变化的部位不是花芽或茎的顶端, 而是叶子 叶细胞中有一种色素 ( 光敏素 ) 能够感受光周期中黑暗的长度, 从一种形式转变为另一种形式 这种转变起着开关的作用, 不仅控制着开花, 还控制着其他方面, 如叶绿素形成 种子萌发等 10 稳态与环境

15 15.5h 日 不开花 图 1-8 思考与练习 1. 将豌豆的幼苗水平放置, 它的根会向下弯曲 若将根冠全部或部分切去, 如右图 : 甲. 根冠不切除 ( 对照 ) 乙. 根冠全切除丙. 根冠下半部分切除 丁. 根冠上半部分切除 一定时间后, 弯曲的情况如下 : 甲. 向下弯曲 63 毅 乙. 向上弯曲 1 毅丙. 向上弯曲 4 毅丁. 向下弯曲 31 毅请回答下列问题 : (1) 决定根的向重力性的组织是什么? 开花 8.5h 超过 9h 夜 日 光周期影响短日植物烟草开花的实验 甲乙丙丁 夜 第一章植物生命活动的调节 11

16 (2) 根冠产生的物质是生长促进剂, 还是生长抑制剂? (3) 比较甲和丙 甲和丁的结果, 你能得出什么结论? 再将一小片金属薄片插入根中, 如右下图 : 戊. 不去根冠 ( 金属薄片插入根下部 ) 己. 不去根冠 ( 金属薄片插入根上部 ) 庚. 去掉全部根冠试推测结果会如何? 请回答下列问题 : (4) 在此实验中, 必须保持什么条件不变? (5) 一般认为, 根冠中的造粉体 ( 一种质体, 其中有淀粉粒 ) 与重力响应有关, 因为它们比较重, 会在细胞中下沉 根冠也会产生生长素 试提出根向重力方向弯曲的可能解释 2. 在果树扦插繁殖时, 容易成活的枝条是 ( ) A. 带有叶片的枝条 B. 带有侧枝的枝条 C. 下部带有侧芽的枝条 D. 上部有顶芽的枝条 3. 某一品种的菊花通常在秋季开花, 若要使其在夏季开花, 应当采取的关键措施是在适当时期 ( ) A. 补充光照, 使光照时间延长 B. 适当提高温度 C. 遮光, 使光照时间缩短 D. 适当多浇水 4. 植物开花受光周期的影响, 那么植物接受光周期刺激的部位是在植物体的顶端吗? 研究人员用短日植物 菊花做了如下一系列实验 先将植物顶端的叶片去掉, 留下顶端和下部的叶片以及顶部的花芽, 再分别进行四种不同的处理 : 组号 处理实验结果下部叶片顶端 粤长日照长日照不开花 B 短日照长日照开花 C 长日照短日照不开花 D 短日照短日照开花 戊 己 庚 金属薄片 金属薄片 12 稳态与环境

17 回答 : (1) 研究人员将植物顶部的叶子去掉, 直接用下部的叶片进行实验, 主要是基于下列哪项事实?( ) A. 植物顶端的叶片面积小 B. 植物长到一定程度后, 才能接受光周期的诱导 C. 顶端的叶片长出的时间晚 D. 顶端的叶片颜色浅 (2) 比较 A C 或 B D 可以说明 (3) 比较 A B 或 C D 可以说明 (4) 由此实验可以得出的结论是 : 感受光周期刺激的部位在植物体 的 ( ) A. 生长点 B. 顶端 C. 下部的叶片 D. 顶部的花芽 本章小结 植物的生命活动受到植物激素的调节和环境信号的影响 植物激素有五大类, 各有不同的作用 生长素是最早被发现的植物激素 各类激素相互作用, 共同调节植物的生长发育 环境中的一些因素作为信号, 对植物的生命活动有多种影响 季节性 的温度变化和光周期的长短影响植物的生长发育, 因为环境信号使植物 体内产生某种响应, 如光敏素状态的变化就是一种响应的结果 第一章植物生命活动的调节 13

18 动物生活在不断变化的环境中袁有些变化来自体外袁包括环境温度的升降尧天敌的出现等等曰有些变化来自动物体内袁如体内代谢废物增多尧病原体侵入体内等等遥动物要维持生存袁必须对内尧外环境的变化作出适当的反应遥动物的这些反应都是依靠神经系统和内分泌系统的活动来实现的遥本章学习要点 1. 概述维持内环境稳定的必要性遥 2. 简述神经冲动的产生与传导袁解释突触的信号传递遥 3. 描述大脑机能定位及经典实验遥 4. 说明激素调节对人体的作用遥

19 本节要点内环境 第一节 稳 态 杂得多, 绝大多数细胞并不能直接 与外部环境接触, 它们周围的环境 就是动物体内细胞外面的液体, 叫做细胞外液 (extracellular fluid) 细胞外液包括血浆 组织液和淋巴等 组织液充满了细胞与细胞之间的间 隙 细胞通过细胞膜直接与组织液进行物质交换 ; 同时, 组织液又通过毛细血管壁与血浆进行物质交换 血浆在全身血管中不断流动, 再通过胃 肠 肾 肺 皮肤等器官与外界 进行物质交换 ( 图 2-1) 细胞外液是多细胞动物体内细 胞直接接触的生活环境, 然而对于多细胞动物而言, 细胞外液则是身体的内部环境, 称为内环境 (internal environment) 虽然机体的外部环境经常变化, 但内环境基本不变, 这给 内环境与稳态 动物必须维持内部环境的稳定 单细胞的原生动物 ( 如变形虫 ) 和简单的多细 胞动物 ( 如水螅 ) 的细胞能直接与外部环境接触, 所 需的食物和氧直接取自外部环境, 而代谢产生的废 物也直接排到外部环境中 多细胞动物的结构要复 消化系统 营养素 食物 CO 2 O 2 心脏 循环系统 呼吸系统 细胞 细胞外液排泄系统粪液体废物 ( 尿素 尿酸等 ) 图圆原员多细胞动物的细胞与外部环境之间的物质交换示意图 第二章动物生命活动的调节 15

20 细胞提供了一个物理 化学因素都比较稳定的环境 内环境相对稳定是细胞正常 生存的必要条件 因为细胞的代谢活动基本上是由多种多样的酶所促成的反应, 这些反应要求有最合适的温度 ph, 要求有一定的离子浓度 底物浓度等 失去了这些条件, 代谢活动就不能正常进行, 细胞的生存就会出现危机 稳 只有通过细致的生理协调过程, 才能维持动物机体内环境的稳定 内环境的任何变化, 都会引起机体自动调节组织和器官的活动, 使它们产生一些反应来减少内环境的变化 由这种通过调节反应形成的动物机体内部环境相对稳定的状态叫做稳态 (homeostasis) 稳态并不意味着固定不变, 而是指一种可变的却又相对稳定的状态 这种状态是靠完善的调节机制来维持的 例如, 当血液中葡萄糖的浓度下降时, 肝就释放葡萄糖进入血液以维持一定的血糖浓度 肝的活动维持着血糖浓度以及整个组织液中糖浓度的稳定 不仅是血糖, 体液中氧和二氧化碳的浓度 营养物以至代谢废物的浓度 温度等都必须维持相对的稳定, 而机体的各种活动都在维持着这种相对的稳定 肝脏像一个代谢车间, 根据体内的需要增加或减少释放进入血液的葡萄糖等有机物质 ; 肺按照一定的速率吸入氧排出二氧化碳, 以维持动脉血中氧和二氧化碳分压的稳定 ; 消化管将营养素 ( 包括水和无机盐等 ) 摄入体内 ; 肾脏则把代谢废物 水和无机盐按一定的速率排出体外 总之, 动物体的各部分都以它自己的方式参与维护机体内环境的稳定 要维持内环境的稳定, 动物体就必须能及时感知内环境的变化, 并及时作出反应加以调整 这些活动都依靠神经系统和内分泌系统的活动来完成 思考与练习 态 一尧选择题 1. 属于动物体内环境的是 ( ) A. 细胞内液 B. 细胞外液 C. 体液 D. 消化液 16 稳态与环境

21 正确的是 2. 下列关于稳态的叙述 A. 内环境中的各种因素是一成不变的 B. 内环境与外界环境的物质和能量构成动态平衡 C. 稳态的维持需要神经系统和内分泌系统的调节 D. 稳态是指体内氧和二氧化碳的浓度维持相对的稳定 二尧 简答题 社 说说肝脏在维持体内正常的血糖浓度中的作用 三尧 思考与讨论 出 版 为什么必须维持动物内环境的相对稳定 怎样维持内环境的稳定 何谓稳态 技 术 第二节 神经系统的结构与功能 人和动物有两种调节机制 神经调节和体液调 本节要点 而体液调节往往是在神经系统 调节更迅速 更准确 科 神经冲动 节 又称内分泌调节或激素调节 神经调节比体液 学 人神经系统的结构 的影响下进行的 神经系统一方面通过感觉器官接 受体内 外的刺激 作出反应 直接调节或控制身体 大脑的功能 另一方面又通过调节或控制内 各器官 系统的活动 浙 江 突触的信号传递 调节机体各部分的活动 分泌系统的活动来影响 更准确呢 为什么神经调节比体液调节更迅速 这是由于神经调节的信息是神经细胞发放的神经冲动 神经冲动沿着神经系统 并使效应器作出准确的反应 内的路径快速传递到特定的效应器 神经系统的重要作用 一群小鸟在草地上觅食 当有人经过时 小鸟 轰 的一声飞走了 这是我们 在草原上觅食的植食动物必须时时察觉肉食动物的光顾 经常见到的现象 同样 第二章 动物生命活动的调节 17

22 并及时逃跑, 否则便会变成肉食动物的食物 人和动物要在周围环境中生存与发 展, 就必须对周围环境的变化作出迅速的反应 这些都要依靠神经系统的活动来 完成 人和动物对体内环境的各种变化也必须及时作出反应, 才能维持内环境的 稳定 这同样也要依靠神经系统的活动 人和动物的神经系统能感受体内 外环境的变化, 并相应地调节人和动物多 方面的活动, 对内能协调各器官 各系统的活动, 使它们相互配合形成一个整体, 对外使人和动物能适应外部环境的各种变化 人的神经系统 人的神经系统分为中枢神经系统和周 围神经系统两部分 中枢神经系统包括脑和 脊髓 周围神经系统包括与脑相连的脑神经 和与脊髓相连的脊神经 若从功能上划分, 周围神经系统分为传入神经 ( 感觉神经 ) 和传 出神经 ( 运动神经 ) 传出神经又可分为支配 骨骼肌的躯体运动神经和支配内脏器官的 内脏神经 内脏神经还可再分为交感神经和 副交感神经 ( 图 2-2) 神经系统 中枢神经系统 周围神经系统 脑院延髓尧脑桥尧小脑尧中脑尧间脑尧大脑 脊髓 传入神经渊感觉神经冤 传出神经渊运动神经冤 躯体运动神经 内脏神经 交感神经链 大脑半球 中脑脑桥延髓小脑 脊神经 交感神经 副交感神经 图 2-2 人的神经系统 18 稳态与环境

23 神经元是构成人神经系统的基本单位 人的神经系统是由几百亿到上千亿个神经细胞 ( 神经元,neuron) 以及为数更多的支持细胞 ( 胶质细胞,glial cell) 构成的 神经元的大小 形态有很大的差异 神经元一般包含胞体 树突 轴突三部分 树突是胞体发出的短突起, 轴突是胞体发出的长突起, 又称神经纤维 多数神经元有一个轴突和多个树突 现在以运动神经元为例来说明神经元各部分的功 能 运动神经元的胞体位于脊髓, 它发出轴突支 配骨骼肌纤维 轴突的外周有髓鞘 神经元的树突和胞体的表面膜受到其他神经元轴突末梢 ( 又称神经末梢 ) 的支配 ( 图 2-3) 神经元是一种可兴奋细胞 可兴奋细胞的特性就是在受到刺激后能迅速发生反应 神经元的基本特性是受到刺激后会产生神经冲动并沿轴突传送出去 我们可以用蛙的坐骨神经腓肠肌标本 ( 图 2-4) 来说明 神经是由许多神经纤维被结缔组织包围而成的 在蛙的坐骨神经上给一个适当强度的电刺激, 腓肠肌便会产生收缩 这说明, 在刺激部位产生了神经冲动, 冲动是可以传播图 2-3 的, 当神经冲动传播到神经末梢后, 再从神经末 运动神经元 梢传到肌肉, 才能引起肌肉的收缩 在坐骨神经上放置两个电极 (b,c), 并且将这 两个电极连接到一个电表上, 静息时, 电表上没有电位差 ( 图 2-5,1), 说明坐骨神 经表面各处电位相等 当在坐骨神经一端 (a) 给予刺激时 ( 图 2-5,2), 可以看到, 胞体 轴突 树突 郎飞氏结 髓鞘 神经末梢 突触前 末梢 图 2-4 蛙坐骨神经腓肠肌标本 第二章动物生命活动的调节 19

24 靠近刺激端电极处 (b) 先变为负电位 ( 图 2-5,3), 接着恢复 ( 图 2-5,4) 然后, 另一 电极处 (c) 又变为负电位 ( 图 2-5,5), 接着又恢复 ( 图 2-5,6) 可见刺激坐骨神经时, 产生一个负电波, 它沿着神经传导, 这个负电波叫做动作电位 ( 图 2-5,7), 此图表示电位的双向变化 因此, 神经冲动就是动作电位, 神经冲动的传导就是动作电位的传播 b g a - + b b b + 小资料 图 2-5 c c c c 蛙坐骨神经的动作电位示意图 神经冲动的传导速度 神经冲动在神经上传导的速度有多大呢? 有人曾设想神经冲动的传导 速度与电流在金属导线上的传导速度相同 1844 年, 德国著名的生理学家 弥勒 (J.Muller,1801 耀 1858) 宣称, 神经冲动传导速度非常快, 是测量不出来 的 但 6 年之后, 他的学生亥姆霍兹 (Hermamn von Helmholtz,1821 耀 1894), 运用他设计的方法准确地测定了神经冲动传导的速度 蛙坐骨神经冲动的传导速度只有 27 米 / 秒 这表明神经冲动的传导不同于电流在金属导线中的传导 b + + b c c d 20 稳态与环境

25 神经冲动的产生与传导 为什么刺激神经会产生动作电位呢生理学家进行了约半个世纪的探索, 最终找到了为什么刺激神经会产生动作电位的答案 他们发现, 在静息状态时 ( 即没有神经冲动传播的时候 ) 神经纤维膜内的电位低于膜外的电位, 即静息膜 电位是膜外为正电位, 膜内为负电位 也就是说, 膜处于极化状态 ( 有极性的状态 )( 图 2-6) 在膜上某处给予刺激后, 该处极化状态被破坏, 叫做去极化 在极短时期内, 膜内电位会高于膜外电位, 即膜内为正电位, 膜外为负电位, 形成反极化状态 接着, 在短时间内, 神经纤维膜又恢复到原来的外正内负状态 极化状态 去极化 反极化和复极化的过程, 也就是动作电位 负电位的形成和恢复的过程, 全部过程只需数毫秒的时间 为什么在神经细胞膜上会出现极化状态呢这是由于神经细胞膜内外各种电解质的离子浓度不同, 膜外钠离子浓度高, 膜内钾离子浓度高, 而神经细胞膜对不同离子的通透性各不相同 神经细胞膜在静息时对钾离子的通透性大, 对钠 离子的通透性小, 膜内的钾离子扩散到膜外, 而膜内的负离子却不能扩散出去, 膜外的钠离子也不能扩散进来, 因而出现极化状态, 即膜外为正电位, 膜内为负 电位 图 2-6 神经细胞的极化状态 动作电位是怎样产生的呢在神经纤维膜上有两种离子通道, 一种是钠离子通道, 一种是钾离子通道 当神经某处受到刺激时会使钠通道开放, 于是膜外钠离子在短期内大量涌入膜内, 造成了内正外负的反极化现象 但在很短的时期内钠通道又重新关闭, 钾通道随即开放, 钾离子又很快涌出膜外, 使得膜电位又恢复到原来外正内负的状态 第二章动物生命活动的调节 21

26 动作电位又是怎样传导的呢当刺激部位处于内正外负的反极化状态时, 邻近未受刺激的部位仍处于外正内负的极化状态, 两者之间会形成局部的电流 这个局部电流又会刺激没有去极化的细胞膜, 使之去极化, 也形成动作电位 这样, 不断地以局部电流向前传导, 将动作电位传播出去, 一直传到神经末梢 ( 图 2-7) +40 膜 电 -20 位 -40 (mv) 轴突 +40 膜 +20 电 0-20 位 -40 (mv) 轴突 图 2-7 动作电位 静息电位 Na K Na + Na Na + 动作电位传导的示意图 动作电位沿着神经纤维传导时, 其电位变化总是一样的, 不会随传导距离的增加而衰减 此外, 一条神经中包含很多根神经纤维, 一根神经纤维传导神经冲 动时不影响其他神经纤维, 也就是说, 各神经纤维元间具有绝缘性 这正像在一 条电缆中有很多根电话线, 但通话时彼此相互不干扰 K + 突触的信号传递 神经和肌肉是两种不同的组织, 神经冲动传到神经末梢后又如何从神经末梢传到肌肉, 引起肌肉收缩呢? 神经末梢与肌肉接触处叫做神经肌肉接点, 又称突触 (synapse, 图 2-8) 在突触处, 神经末梢的细胞膜称为突触前膜, 与之相对的 22 稳态与环境

27 肌膜较厚, 有皱褶, 称为突触后膜 突触前膜与突触后膜之间有一间隙, 称突触间 隙 神经末梢内部有许多突触小泡, 每个小泡里面含有几万个乙酰胆碱分子 当神经冲动传到末梢后, 突触小泡中的乙酰胆碱释放到突触间隙中, 并扩散到突触后膜处 乙酰胆碱可以和突触后膜上的乙酰胆碱受体结合, 这种受体是一种通道蛋白, 结合后通道开放, 改变突触后膜对离子的通透性, 引起突触后膜去极化, 形 成一个小电位 这种电位并不能传播, 但随着乙酰胆碱与受体结合的增加, 开放 的通道增多, 电位可加大 当电位达到一定阈值时, 可在肌膜上引起一个动作电位 肌膜的动作电位传播到肌纤维内部时, 引起肌肉收缩 神经元与神经元之间也是通过突触相联系的 第一个神经元的轴突末梢在第二个神经元的胞体 树突或轴突处组成突触 轴突 髓鞘 轴突分支肌细胞的细胞膜肌细胞的细胞质肌细胞的细胞核突触小泡突触前膜突触间隙突触后膜 图 2-8 神经肌肉接点的结构示意图 第二章动物生命活动的调节 23

28 小资料突触的种类不同神经元的轴突末梢可以释放不同的化学递质 现已发现的化学递质有乙酰胆碱 去甲肾上腺素等等 有的化学递质与突触后膜上的受体结合后, 引起后膜去极化 当去极化达到阈值时, 便可在第二个神经元的 神经膜上引起一个动作电位, 神经冲动便这样传播下去 有的化学递质与 突触后膜上的受体结合后, 使后膜极化作用反而加大, 即引起超极化 这类神经元称为抑制性神经元, 因为通过它释放递质后, 使得第二个神经元更不容易发放神经冲动了 通过释放化学递质传递信号的突触叫做化学突触 神经元之间还有另一种联系方式, 即通过电流联系 在突触前膜与突触后膜间有缝隙连接, 前一个神经元的神经冲动产生的电流可以通过这种缝隙连接流到后一个神经元, 使神经冲动传递下去 这种突触叫做电突触 神经系统活动的基本形式要要反射 反射 (reflex) 是神经系统最基本的活动形式 反射的概念是指在中枢神经系统参与下, 机体对刺激感受器所发生的规律性反应 例如, 敲击膝盖下方的肌腱, 引起膝反射 ( 图 2-9) 我们分析膝反射的过程: 敲击使股四头肌受到牵拉, 刺激了其中的感受器 ( 肌梭 ), 使传入神经元的末梢产生动作电位 动作电位传到脊 髓, 经过突触引起传出神经元的兴奋, 动作电位沿传出神经传到效应器 ( 股四头 肌 ), 引起股四头肌 ( 伸肌 ) 收缩, 发生膝反射 这个反射是在一定的神经结构中进 行的, 这种结构就是反射弧 反射弧包括感受器 传入神经元 反射中枢 传出神 经元和效应器 在膝反射中, 反射中枢就是传入神经元与传出神经元之间的突触 反射弧中任何一个环节受损伤, 反射活动都不能实现 全身每一块骨骼肌和内脏器官都有反射活动 这些反射活动是多种多样的, 有些反射活动比较简单, 有些反射活动很复杂 简单的反射包括瞬目反射 瞳孔反射 膝反射 屈反射 咀嚼反射 吞咽反射等等 ; 复杂的反射有跨步反射 直立反 24 稳态与环境

29 射 性反射等等 这些反射活动的结果都有利于人和动物的生存和繁衍 有的运动只涉及最简单的反射弧 二元反射弧 例如, 膝反射只经过由一个感觉神经元和一个脊髓的运动神经元所组成的二元反射弧, 就可引起股四头肌收缩 有的运动涉及三个以上神经元所组成的反射弧, 如同侧屈反射 抑制性中 间神经元 活 动 因目的要求 图 2-9 接受刺激袁发生反应 1. 体验人体接受刺激 发生反应的过程 2. 分析参与反应的器官 屈肌 反射中枢 传出神经元 膝反射示意图 3. 理解捏住的尺子刻度与反应速度的关系 因材料用具直尺 笔和记录纸 传入神经元 伸肌 肌梭 第二章动物生命活动的调节 25

30 因方法步骤 1. 把你的胳膊放在书桌上, 手伸到桌面以外, 大拇指和食指伸开, 两指尖相距 3 耀 4cm, 并与地面平行, 其余几指握起 2. 请你的同学用手指捏着一把 30cm 的直尺, 零刻度端朝下, 直尺的下端在你的两指之间 在不通知你的情况下, 松开直尺 3. 你见到直尺下落时, 要立即用两指捏住直尺, 记录手捏住直尺的刻 度 ( 即下落的距离 ) 4. 重复多次, 记录数据, 并求出平均值 5. 建议你在一天中的不同时间分别重复上述实验, 看看结果有什么不同 因讨 论 1. 假设同学甲在 18cm 处捏住直尺, 同学乙在 23cm 处捏住直尺, 你认为哪位同学的反应比较快? 2. 在这个实验中, 为了能够捏住直尺, 在你的身体内发生了什么变化? 3. 身体的哪些器官参与了这个反应? 4. 如果在一天当中选取不同的时间做了上述实验, 结果确实不同, 那么, 你将得出什么结论? 5. 你能否设计一个实验, 证明在一天中的某一段时间, 能快速地记忆英语单词? 人大脑的结构 人的大脑主要包括左 右大脑半球, 是中枢神经系统的最高级部分 左 右大 脑半球由胼胝体相连 大脑半球表面布满深浅不同的沟, 沟之间的隆起部位称为脑回 大脑半球可分为四个叶 : 额叶 ( 位于中央沟之前, 外侧沟以上 ), 颞叶 ( 位于外侧沟以下 ), 顶叶 ( 位于外侧沟以上, 中央沟和枕顶沟之间 ), 枕叶 ( 位于枕顶沟后方 ) 见图 稳态与环境

31 胼胝体 顶枕沟 松果体小脑 延髓 顶枕沟 中央后回 图 2-10 中央沟中央前回 中央后回中央沟中央前回 枕叶 顶叶 脑桥下丘脑垂体视交叉 左半球内侧面 颞叶 右半球外侧面 人大脑的两个半球 覆盖在大脑半球表面的一层灰质称为大脑皮层, 是神经元细胞体集中的区 域 大脑皮层之下为白质, 由大量神经纤维组成, 其中包括大脑的回与回之间 叶与叶之间 大脑两半球之间以及大脑皮层与脑干 脊髓之间联系的神经纤维 大脑大约有几百亿个神经元, 而且神经元与神经元之间又有很复杂的联系 数量如此庞大的神经元以及它们之间的极为复杂的联系是神经系统高级功能的物质基础 额叶 丘脑 嗅球 外侧沟 第二章动物生命活动的调节 27

32 大脑皮层的功能 人的大脑皮层有很多沟 回, 大大增加了皮层的面积 不同区域的皮层功能是有所分工的 图 2-11 表示大脑皮层的一些重要中枢 1860 年, 法国外科医生白 洛嘉 (Paul Broca,1824 耀 1880) 发现, 人大脑左半球额叶后部有一鸡蛋大的区域如 果受到损伤, 则病人可以理解语言, 但不能说完整的句子, 也不能通过书写表达他的思想 现在把这个区叫做白洛嘉表达性失语症区, 或白洛嘉区 后来, 韦尼克 (Carl Wernicke,1848 耀 1905) 又发现人大脑左半球颞叶的后部与顶叶和枕叶相连接处是另一个与语言能力有关的皮层区, 现在叫做韦尼克区 这个区受损伤的病人可以说话, 但不能理解语言, 即可以听到声音, 却不能理解它的意义 中央沟 额叶 白洛嘉区 外侧沟 运动区 ( 中央前回 ) 体觉区 ( 中央后回 ) 颞叶 面 臂 足 听皮层 韦尼克区 图 2-11 摇人大脑左半球外侧面的功能定位 20 世纪 30 年代, 加拿大潘菲尔德 (Wild Penfield) 等对人的大脑皮层功能定位进行了大量的研究 他们在进行神经外科手术时, 在局部麻醉的条件下用电流刺激病人的大脑皮层, 观察病人的运动反应, 询问病人的主观感觉 潘菲尔德用电流刺激一侧中央前回顶部, 引起对侧下肢运动 ; 刺激中央前回底部引起面部运动, 所得的结果总结在他们所设计的示意图中 ( 图 2-12B) 顶叶 枕叶 视皮层 28 稳态与环境

33 齿 龈和颌 舌 图 2-12 A 体觉区 ( 中央后回 ) 脚 趾生殖器 B 运动区 ( 中央前回 ) 大脑皮层运动区和体觉区与躯体各部分的关系示意图 中央前回旁边的中央后回是躯体感觉区, 用电流刺激体觉区顶部引起对侧下肢电麻样感觉 ; 刺激体觉区底部引起唇 舌 咽电麻样感觉 ( 图 2-12 A) 主要的视区在大脑皮层枕叶的后部 主要的听区在颞叶的上部 小资料左尧右大脑半球的功能特点 20 世纪 60 年代以后, 斯佩里 (Roger Wolcott Sperry,1913 耀 1994) 对一些因控制癫痫病的扩散而切断胼胝体的 裂脑人 进行了观测, 发现左 右两个大脑半球是有分工的, 而且各有优势 通过对 裂脑人 两个半球的研究表明, 一个分离半球所拥有的经验 学习和记忆的事物不能传送给另一个半球 每一个半球有自己的意识 思 想和概念, 一个半球的经验和记忆不可能由另一个半球回忆出来 这些研 究还发现了两个半球功能上的差别 ( 图 2-13) 如右半球对语言的理解较差, 但右半球在理解和处理三维图像 识别形象和记忆音调等方面的能力比左半球强 左半球在判别语言和非语言的声音刺激上比右半球的能力强, 在语言能力上左半球占优势 踝 趾 咀嚼 流涎 发音 唇 颌 第二章动物生命活动的调节 29

34 双耳 ( 右耳占优势 ) 左视野 语言 计算 图 2-13 左 右视野 来自 嗅觉 两个大脑半球的功能差别 体温调节 右视野 恒温动物在低温环境中要及时减少散热, 增加产热, 而在高温环境中要减少产热, 增加散热, 这样才能维持体温相对稳定 人是恒温动物, 体温是相当稳定的 人体在安静时主要由内脏 肌肉 脑等组 织的代谢过程释放热量 人体主要是依靠增加肌肉活动来增加热量的, 因为骨骼 肌收缩时能释放大量的热 在寒冷环境中, 寒冷刺激皮肤冷感受器引起骨骼肌不 由自主地反射性收缩, 这便是战栗 温度越低, 战栗越强, 释放热量越多, 因而可保持体温不变 同时, 全身脂肪代谢的酶系统也被激活起来, 脂肪被分解 氧化, 释放热量 人体也和无机物一样, 通过传导 辐射 对流 蒸发等物理方式散热 蒸发是非常有效的散热方式 每蒸发 1g 水可从体内吸去 580cal(1cal 抑 4.18J) 右 左视野 绘画 音乐 空间感觉 双耳 ( 左耳占优势 ) 30 稳态与环境

35 热 当气温和周围物体温度接近体温时, 辐射和对流都失去散热的作用, 只能靠 蒸发散热 所以蒸发是重要的散热方式 平常情况下, 人体每小时大约蒸发 37g 的水, 其中 1/3 是通过呼吸排出的,2/3 是从皮肤蒸发的 物理散热过程都发生在体表, 所以皮肤是主要的散热器官 在寒冷的刺激下, 皮肤温度感受器产生反射性的血管收缩反应, 皮肤温度下降, 散热量减少 在 温热的刺激下, 刺激皮肤中另一种温度感受器产生反射性的血管舒张反应, 血流 量增加 由于身体内部的温度高于皮肤的温度, 来自身体内部的血液使皮肤温度上升, 从而增加辐射 对流 蒸发的散热量 当通过辐射 对流以及蒸发等都不能阻止体温继续上升时 ( 如在高温环境中或从事体力劳动时 ), 人体便会反射性地出汗 汗腺受到神经的刺激后开始分泌汗水, 汗水在皮肤上蒸发, 带走大量的热 一般情况下, 当环境温度为 29 益时人开始出汗,35 益以上出汗成了唯一有效的散热机制 有些哺乳动物和所有的鸟类都没有汗腺, 这些动物 ( 如狗与猫 ) 在高温时会张口喘气, 通过呼吸道增加蒸发量以加快散热 思考与练习一尧选择题 1. 兴奋在突触处只能单向传递, 其原因是 ( ) A. 构成突触的两个神经元之间是有间隙的 B. 构成突触的两个神经元的兴奋是同时发生的 C. 递质 ( 如乙酰胆碱 ) 只能从突触前膜释放 D. 神经纤维膜经过去极化 反极化 复极化的过程 2. 已知突触前神经元释放的某种递质可使突触后神经元兴奋, 当完成一次兴 奋传递后, 该种递质立即被分解 某种药物可以阻止该种递质的分解, 这种 药物的即时效应是 ( ) A. 突触前神经元持续性兴奋 B. 突触后神经元持续性兴奋 C. 突触前神经元持续性抑制 D. 突触后神经元持续性抑制 第二章动物生命活动的调节 31

36 3. 聋哑人之间用手语交谈, 要依靠 ( ) A. 语言中枢 躯体感觉中枢 B. 躯体感觉中枢 语言中枢 视觉中枢 C. 视觉中枢 躯体感觉中枢 D. 视觉中枢 语言中枢 躯体运动中枢 4. 当神经纤维上的某一点受到刺激时, 将会出现 ( ) A. 产生的冲动只向轴突末梢方向传导 B. 该点附近神经细胞内的正离子比细胞外的正离子少 C. 产生的冲动只向树突末梢方向传导 D. 该点附近神经细胞内的正离子比细胞外的正离子多二尧简答题 1. 以狗为实验对象, 研究心脏的神经支配及作用 实验过程中, 先测定正常情况下的心率, 然后分别测定阻断 A 神经 ( 副交感神经 ) 和 B 神经 ( 交感神经 ) 后的心率 结果如下表所示 : 实验处理心率 ( 次 / 分 ) 正常时 90 仅阻断 A 神经 180 仅阻断 B 神经 70 据表回答 : (1)A 神经的作用是,B 神经的作用是 (2) 这一实验结果表明, 心脏受 支配 (3) 在正常情况下, 对心脏作用占优势的神经是 2. 在做脊蛙 ( 无头蛙 ) 反射的实验时, 用稀硫酸刺激趾尖, 将产生 将蘸有稀硫酸的纸片贴在腹部, 将产生 (1) 如果剥去趾尖的皮肤, 再将趾尖触及稀硫酸, 将 ( 有或无 ) 反应, 因为 (2) 如果将含有一定浓度的可使神经麻醉的可卡因棉球放在坐骨神经处, 过一会刺激皮肤完好的趾尖, 将无反应 这时, 用蘸有稀硫酸的纸片放 32 稳态与环境

37 到背部 脊蛙出现搔扒反射 这说明 淤 从背部的感受器到脊髓的 功能完好 于 支配后肢的 没有被麻 醉 再过一会 搔扒反射消失 这说明 被麻醉 可见坐 骨神经属于 趾尖 将传出神经纤维剪断 再刺激趾尖 3 如果有可能 冲动 有或无 反应 能或否 向神经中枢传导 社 将 有或无 再刺激趾尖和背部 4 如果将脊髓全部毁坏 出 版 反应 因为 技 术 第三节 高等动物的内分泌系统 与体液调节 人体的内分泌系统 下丘脑与垂体 科 甲状腺激素 学 本节要点 调节血糖浓度的激素 江 肾上腺髓质皮质激素 浙 性激素 高等动物通过内分泌系统分泌的激素来调节 机体多方面的功能 人的内分泌系统包括分散在体内的一些无管 腺和细胞 这些腺体或细胞在一定的刺激 神经的 或体液的刺激 作用下分泌某种特异性物质到体液 中 这些物质叫做激素 hormone 激素作用于某些 调节它们的活动 激素是由细胞分泌 特定的器官 这类 到体液中的 不同于另外一些腺体通过管道将某些物质分泌到体外 因此 所 分泌叫做内分泌 endocrine 由于激素是通过体液的传送而发挥调节作用的 以这种调节又称体液调节 形成 其中有的内分泌细胞比较集中 人体内分泌系统包括多种腺体和组织 如 甲状腺 甲状旁腺 肾上腺和性腺 图2-14 内分泌腺 如垂体 有的比较分散 有的是兼有内分泌的作用 如下丘脑的神经细胞等 与神 胃 肠中的内分泌细胞 第二章 动物生命活动的调节 33

38 经调节相比较, 体液调节反应比较缓慢, 作用持续的时间比较长, 作用的范围比 较广泛 下丘脑与垂体 垂体位于脑的下部, 因此又叫脑下垂体 ( 图 2-15) 成人的垂体大小如豌豆, 由腺垂体和神经垂体两部分组成 垂体在内分泌系统中占有重要的位置, 是人和脊椎动物的主要内分泌腺, 因为它不仅有重要的独立作用, 而且还分泌几种激素分别支配性腺 肾上腺皮质和甲状腺的活动 垂体的活动又受下丘脑的调节, 下丘脑通过对垂体活动的调节来影响其他内 分泌腺的活动 胸腺 图 2-14 下丘脑的神经细胞分泌多种下丘脑调 节激素 ( 表 2-1) 这些调节激素经下丘脑通 到垂体的门脉达到腺垂体, 调节 控制腺垂体的激素分泌 ( 图 2-16) 这些腺垂体激素又调节 控制有关内分泌腺体的激素分泌 由此可见, 下丘脑与垂体的功能上的联系是神经系统与内分泌系统联系的重要环节 胃 肾 小肠 垂体 甲状旁腺甲状腺 肾上腺胰腺 卵巢 ( 女 ) 睾丸 ( 男 ) 人体内分泌系统示意图 下丘脑垂体延髓图 2-15 垂体的位置渊图中的垂体被放大了冤 34 稳态与环境

39 神经分泌细胞 调节激素 前部 下丘脑 ( 腺垂体, 垂体前叶 ) 表 2-1 图 2-16 下丘脑与垂体 下面分别讨论神经垂体与腺垂体的作用 下丘脑垂体束 ( 神经分泌束 ) 下丘脑释放的调节激素 神经部 ( 神经垂体, 垂体后叶 ) 激 素 靶组织 主要作用 促肾上腺皮质激素释放激素 腺垂体 刺激促肾上腺皮质激素释放 促甲状腺激素释放激素 腺垂体 刺激促甲状腺激素释放 促性腺激素释放激素 腺垂体 刺激促卵泡激素 黄体生成素释放 生长激素释放激素 腺垂体 刺激生长激素释放 生长激素释放抑制激素 腺垂体 抑制生长激素释放 催乳素释放抑制激素 腺垂体 抑制催乳素释放 黑色细胞刺激素释放抑制激素 腺垂体 抑制黑色细胞刺激素释放 神经垂体的作用神经垂体分泌两种激素 : 抗利尿激素 ( 又称血管升压素 ) 和催产素 抗利尿激素的主要作用是调节人体内的水平衡, 它促进水在肾集合管的重吸收, 使尿量减少, 这就是抗利尿激素的作用 催产素有强大的促进子宫收缩的作用 腺垂体的作用腺垂体的作用比较广泛, 至少产生下列七种激素 : 促肾上 第二章动物生命活动的调节 35

40 腺皮质激素, 促甲状腺激素, 促卵泡激素, 黄体生成素, 催乳素, 生长激素, 黑色细 胞刺激素 上述的前四种激素 ( 促肾上腺皮质激素 促甲状腺激素 促卵泡激素 黄体生成素 ) 作用于其他的内分泌腺, 产生广泛的影响, 因此这四种激素又叫促激素 促卵泡激素 黄体生成素又统称为促性腺激素 这些促激素是它们所作用的靶腺体 的形态发育和维持正常功能所必需的, 而且还刺激这些腺体的激素形成和分泌 ( 表 2-2) 表 2-2 腺垂体分泌的激素 激 素 靶组织 主要作用 促肾上腺皮质激素 肾上腺皮质 促进肾上腺皮质生成和分泌激素 促甲状腺激素 甲状腺 促进甲状腺激素的生成和分泌 促卵泡激素黄体生成素生长激素 生长激素促进蛋白质合成, 刺激细胞生长, 包括细胞增大与数量增多 它对 肌肉的增生和软骨的形成与钙化有特别重要的作用 人幼年时缺乏生长激素将 患侏儒症, 生长激素分泌过多则会患巨人症 侏儒症患者身材矮小, 但智力发育 正常 曲细精管 ( 男 ) 卵泡 ( 女 ) 卵巢间隙细胞 ( 女 ) 睾丸间隙细胞 ( 男 ) 全部组织 促进精子生成 ( 男 ) 刺激卵泡成熟 ( 女 ) 甲状腺调节发育与代谢 促使卵泡成熟, 分泌雌激素, 排卵, 黄 体形成和分泌孕激素 促进雄激素的合成与分泌 刺激蛋白质合成和组织生长 ; 减少糖的 利用, 增加糖元生成 ; 促进脂肪分解 催乳素 乳腺 促进乳腺生长和乳汁形成 黑色细胞刺激素 上皮色素细胞 增加黑色素的合成与扩散 ( 皮肤变黑 ) 人的甲状腺分为两叶, 紧贴在气管上端的甲状软骨两侧 ( 图 2-17) 甲状腺分泌两种甲状腺激素 : 甲状腺素 (thyroxine,t 4 ) 和三碘甲腺原氨酸 36 稳态与环境

41 (3,5,3 -triiodo-thyronine,t 3 ) 人体内只有这两种激素含碘,T 3 比 T 4 少一个碘原子 饮食中缺碘可引起甲状腺功能减退症 甲状腺激素 (T 3 T 4 ) 的作用遍及全身所有的器官 甲状腺激素的主要作用是促进物质代谢与能量转换, 促进生长发育 促进骨骼成熟是甲状腺激素的重要作用 新生儿先天性甲状腺功能低下会使生长受到阻碍 气管甲状腺激素也是中枢神经系统正常发育所不可缺少的, 而且必须在关键图 2-17 甲状腺时期得到必要的甲状腺激素才能保证大脑正常发育 婴儿出生后到一岁左右是大脑发育的关键时期, 如果不能得到必要的甲状腺激素, 过了这个时期再补给甲状腺激素, 大脑也不能恢复正常 呆小病是一种婴幼儿时期缺碘造成甲状腺激素分泌不足所引发的病症 得病后, 病人的骨骼停止生长, 到二三十岁还像小孩一样矮小 ; 智力也停止发育, 只有四五岁小孩的智力水平 活 动 甲状腺素促进蝌蚪变态 舌骨 甲状软骨 甲状腺 因目的要求了解甲状腺激素对生长发育的影响 因材料用具体长 2 耀 3cm 的蝌蚪 20 耀 30 尾, 甲状腺素片, 直径 10 耀 15cm 的玻璃培养缸 2 个, 米尺, 研钵 第二章动物生命活动的调节 37

42 因 方法步骤 缸内放入清水 如用自来水则应先 1. 将蝌蚪分在两个玻璃培养缸中 存放1日 以除去水中的氯 2. 其中一缸的水中加入适量甲状腺素片 使浓度达到每1L水中含甲 状腺素40mg 另一缸中不加甲状腺素作为对照 3. 每两天换水一次 同时用米尺测量蝌蚪体长的变化并记录其变态 社 的情况 连续测量15耀20天 比较两组体长缩短的百分数 肢体出现和鳃 4. 根据实验结果作出相应的结论 技 术 小资料 出 版 尾消失的情况 要地方性甲状腺肿 瘿要要 早在2000多年以前的中医文献中已有关于瘿的记录 瘿就是现在所 说的地方性甲状腺肿 地方性甲状腺肿是由于饮食中缺少碘 甲状腺激素 学 分泌不足 引起促甲状腺激素分泌过多 刺激甲状腺过度生长而引起的 中医文献中说 山居多瘿 又说 海藻治瘿 这是对地方性甲状腺肿的正 科 确描述和有效防治方法的记载 因为山区土壤和水中缺碘 而海藻又含碘 丰富 多食海藻可以治疗地方性甲状腺肿 现在 我国已在食盐中加碘 可 浙 江 以有效地预防地方性甲状腺肿 胰岛素与胰高血糖素要要 要调节血糖浓度的激素 分散 一类是腺泡组织 分泌消化酶 另一类是胰岛组织 胰腺中有两类组织 像小岛一样 在腺泡组织之中 其中的琢细胞约占细 胰腺中有几十万个胰岛 胰岛细胞至少可以分成五种 胞总数的15豫耀25豫 分泌胰高血糖素 茁细胞约占细胞总数的70豫耀80豫 分泌胰岛 素 图 稳态与 环 境

43 胰高血糖素肝胰高血糖素引起糖元分解和葡萄糖释放进血液胰岛素抑制糖元分解 图圆原员愿 低血糖 肌肉 胰岛素引起 糖元合成 高血糖 胰岛素 胰岛素的作用胰岛素是由 51 个氨基酸形成的两条肽链所组成的蛋白质, 是已知的唯一能降低血糖浓度的激素 胰岛素降低血糖的作用可归结为 : (1) 胰岛素促进肝细胞 肌肉细胞 脂肪细胞摄取 贮存和利用葡萄糖 (2) 胰岛素还抑制氨基酸转化成葡萄糖 胰岛素是调节机体各种营养物质代谢的重要激素之一, 对于维持正常代谢和生长是不可缺少的 胰岛素分泌的调节决定于血糖的浓度 血糖直接作用于胰岛以调节胰岛素 的分泌 当血糖升高时, 如进食后血糖浓度超过 120mg/100mL 血液, 血糖作用于 胰岛, 使其中的茁细胞释放的胰岛素增加, 胰岛素增加则直接降低血糖浓度 ; 当血 糖浓度下降后, 刺激胰岛素分泌的因素减少, 血中胰岛素浓度也随之下降 胰高血糖素的作用胰岛中琢细胞分泌的胰高血糖素是由 29 个氨基酸组成的多肽 它的主要作用与胰岛素相反, 可促进肝糖元的分解, 使血糖升高, 作用强烈 ; 它还促使脂肪分解 血糖浓度下降 ( 低于 80mg/100mL 血液 ) 可以作用于胰岛琢细胞引起胰高血糖素的分泌, 血糖浓度上升则使琢细胞的分泌减少 胰 胰岛 琢 - 细胞 ( 胰高血糖素 ) 茁 - 细胞 ( 胰岛素 ) 肾小管 胰岛素促进过滤液 中葡萄糖的吸收 胰岛素与胰高血糖素在调节葡萄糖代谢中的相互关系 全部组织 胰岛素促进葡萄糖 和氨基酸运进细胞 第二章动物生命活动的调节 39

44 活 因目的要求 学会用葡萄糖试纸检测尿液中是否存在葡萄糖的方法 因材料用具试管 5 支, 试管架, 滴管, 清水, 葡萄糖溶液, 蛋白质溶液, 葡萄糖试纸, 模拟的尿液样本两份 因方法步骤 1. 取 5 支试管, 分别编号为 , 并放在试管架上 2. 在 5 支试管中分别加入 4mL 不同的液体 1 号 : 清水 ;2 号 : 葡萄糖溶液 ;3 号 : 蛋白质溶液 ;4 号 : 甲尿液 ;5 号 : 乙尿液 3. 将葡萄糖试纸放到干净的纸巾上 然后用一支干净的滴管, 从 1 号试管中吸取液体, 滴 2 滴在葡萄糖试纸上 在记录表上记下葡萄糖试纸的颜色变化 如果颜色没有变化, 就写无反应 4. 重复步骤 3, 用葡萄糖试纸测试另外 4 种溶液, 在记录表中记录每次测试的颜色变化情况 因讨 动 试管 1 号 2 号 3 号 4 号 5 号 装入液体 清水 葡萄糖溶液 蛋白质溶液 甲尿液 乙尿液 测试情况 论 模拟尿糖的检测 1. 两份尿液中哪一份测试结果显示正常, 理由是什么? 2. 哪一份尿液样本显示出病人是糖尿病患者, 理由是什么? 3. 1 号与 2 号试管的作用是什么? 4. 3 号试管的作用是什么? 5. 葡萄糖是人体主要的能源物质, 健康人体是怎样保持尿液中不含葡萄糖的? 40 稳态与环境

45 6. 医生仅凭一份尿液样本就能断定某人患糖尿病吗? 为什么? 因进一步的探索 假设糖尿病患者可以通过改变饮食结构来减轻病症 请你设计一个实 验来证明这一假设是否成立 建议活动 人体内血糖浓度与胰岛素 1. 试绘图说明人体内血糖浓度与胰岛素的关系遥 2. 根据图 2-19 讨论下列问题院 渊 1 冤横坐标为 0.5h 时袁糖尿病人的血糖量比正常人高的原因是什么钥 渊 2 冤横坐标为 1h 时袁正常人的血糖量升高的原因是什么钥 渊 3 冤横坐标为 1.5h 时袁正常人的血糖量恢复正常水平的原因是什么钥 渊 4 冤横坐标为 3h 时袁糖尿病人的血糖量有什么变化袁其原因是什么钥 血 180 糖 170 量 160 ( ) mg/100ml 3 注射胰岛素 若不注射胰岛素, 血糖 量便会极缓慢地下降 注射胰岛素后 血糖迅速下降 时间 (h) 摄取葡萄糖溶液 正常水平 糖尿病患者正常人 图 2-19 正常人和糖尿病患者血糖量的变化 第二章动物生命活动的调节 41

46 课外读 血糖浓度的控制及其异常 维持人体内一定的血糖浓度是保持内环境稳定的重要内容之一 正常情况下, 血糖浓度一般维持在 100mg/100mL 上下 如果由于某些原因 ( 如延迟用餐或不用餐, 食用糖类不足 ) 使血糖浓度降低, 便会出现饥 饿感 乏力 发抖 头晕, 甚至昏迷 如果由于某些原因致使血糖浓度过高, 便会出现口渴 尿多 恶心 呕吐等症状 维持血糖浓度的正常水平需要神经系统和内分泌系统的协同作用 在内分泌系统中胰岛素是现在已知的唯一能降低血糖浓度的激素, 能提高血糖浓度的激素则有胰高血糖素 肾上腺髓质激素等几种激素 在一般情况下, 主要由于胰岛素和胰高血糖素等两类激素的作用维持正常的血糖浓度水平 正常人在清晨空腹血糖浓度为 80~120mg/100mL 空腹血糖浓度超过 130mg/100mL 称为高血糖, 如果血糖浓度超过 160~180mg/100mL, 就有一部分葡萄糖随尿排出, 这就是糖尿 糖尿病是由于胰岛素分泌不足以及靶组织细胞对胰岛素敏感性降低所引起的一系列代谢紊乱综合征, 其中以高血糖为主要标志 临床典型病例可出现多尿 多饮 多食 消瘦等症状 糖尿病可分玉型和域型两种 玉型糖尿病人的免疫系统攻击和破坏了胰岛细胞, 因此玉型糖尿病的治疗依赖胰岛素 域型糖尿病的病因尚未完全了解清楚, 但对此病的治疗已见成效 患者应严格控制饮食以减少糖类的摄入, 进行适量的运动以促进血糖的肌糖原转化, 同时服用医生指定的药物 肾上腺髓质的内分泌动员应急反应 人的肾上腺由皮质与髓质两部分组成, 皮质包在髓质的外面 ( 图 2-20) 肾上腺的髓质细胞主要分泌肾上腺素 ( 约 80 豫 ), 同时还分泌去甲肾上腺素 ( 约 20 豫 ) 这两种激素的作用在许多方面相同, 但也有不同之处 在人体中, 肾上腺素起主要作用 42 稳态与环境

47 图 2-20 肾上腺髓质激素的作用非常广泛 肾上腺素引起皮肤血管收缩, 骨骼肌血管舒张 肾上腺素只使收缩压上升, 舒张压不变或下降 ; 使呼吸加深, 支气管舒张而减少呼吸阻力 ; 引起胃肠道平滑肌舒张, 却使括约肌收缩, 竖毛肌 瞳孔散大肌收缩 肾上腺素加速肝和肌肉中糖元的分解, 提高血糖浓度和血液中乳酸的含量 在肾上腺素的作用下, 成人的代谢率可提高 30 豫 疼痛 寒冷 缺氧 情绪激动 低血糖等刺激可以使肾上腺素的分泌大为增加 运动 ( 甚至中速步行 ) 焦虑 恐惧 出血 低血压 许多药物也能引起肾上腺髓质的活动增强 肾上腺髓质的功能是一种适应 一种有助于动物准备好逃避或争斗或其他 活动以应付紧急情况的机制 伤害性刺激增加肾上腺素的分泌, 引起心脏活动加 强, 流经肌肉的血量增加, 糖元分解增加, 通气改善, 等等 这些反应都是针对伤 害性刺激的有益于机体的反应 肾上腺的皮质与髓质 肾上腺皮质的内分泌是维持生命所必需的 被膜 皮质 髓质 肾上腺皮质能分泌多种激素, 是一个多功能的内分泌器官 肾上腺皮质是极 第二章动物生命活动的调节 43

48 其重要的内分泌器官, 因为它所分泌的盐皮质激素和糖皮质激素是维持生命所 必需的 盐皮质激素的作用盐皮质激素的主要作用是调节体内的电解质和水分, 以维持其稳态 糖皮质激素的作用淤促进肝细胞将氨基酸转变为糖元, 以增加肝糖元, 保持血糖浓度的相对稳定, 维持体内糖代谢的正常进行 于促进脂肪的分解代 谢 服用糖皮质激素过多, 会引起体内脂肪的重新分布, 使躯干 颈部 面部的脂肪增加, 四肢脂肪减少 盂机体在多种有害刺激, 如感染 中毒 疼痛 寒冷以及精神紧张等因素的作用下, 糖皮质激素释放的水平升高, 使机体对这些有害刺激的耐受力大为增加 临床上用大剂量的糖皮质激素 ( 氢化可的松 ) 抗炎症 抗过敏 抗毒 抗休克等 榆糖皮质激素调节体内的电解质和水分, 以维持其稳定, 但作用比盐皮质激素弱得多 体内水分和钾尧钠离子浓度的激素调节 本章第一节已经讨论了内环境稳定对人和动物体的重要意义 维持内环境的稳定首先要保证体内有适量的水分, 还要保证在体液中含有适量的盐类和营养物质 生活中有许多因素影响人和动物体内的水分和盐类的含量, 如吃进的食物中包含水和盐, 代谢过程产生水, 而运动和呼吸等过程又排出一定量的水分, 这些因素都会使体内的水分和盐类的含量发生变化 因此, 人体必须有相应的机制来保证体内水分和盐类的稳定, 这种稳定也是整个体内环境稳定的重要组成部分 如果体内水分和盐类不能维持稳定, 整个内环境也不能保持稳定, 这就会危及生命 体内水和盐类含量的调节, 也就是体液浓度的调节, 所以又叫渗 透调节 激素在体液的渗透调节中起重要的作用 神经垂体分泌的抗利尿激素对调节体内的水分起重要的作用 抗利尿激素 增强肾对水分的吸收 人和动物缺水时, 血液中的水分减少, 血量减少和血浆浓度增加, 便会促使神经垂体分泌的抗利尿激素增加 抗利尿激素促使肾吸收水分, 使排出的尿中水分减少 当人和动物大量饮水时, 血液中的水分增加, 促使血浆浓度降低和血量增加, 这两种因素都会抑制神经垂体分泌抗利尿激素, 使肾吸收的水分减少, 大量排出稀释的尿 44 稳态与环境

49 肾上腺皮质分泌的盐皮质激素促进肾对钠离子的重吸收和对钾离子的排 泄 血浆中钾离子浓度的升高或钠离子浓度的降低都会刺激盐皮质激素的分泌, 促使肾增加对钠离子的重吸收和对钾离子的排泄 性腺分泌性激素 人的性腺是指男性的睾丸和女性的卵巢 它们除了分别产生精子和卵子外, 还分泌性激素 睾酮的作用睾丸分泌雄激素, 其主要成分是睾酮 当青春期启动时, 睾酮不仅促进精子发生, 对全身还有多方面的作用 它促使全部附属生殖器官 导管 腺体和阴茎的生长, 以利于发挥其成年后的功能 男性的第二性征也依靠睾酮的刺激 男性第二性征包括阴阜 腋下和面部长出毛发, 喉部长大, 出现喉结, 声音低沉, 皮肤增厚和出油, 骨骼生长和骨密度增加, 骨骼肌发育增强 睾酮也增强代谢率, 并影响人的行为 雌激素和孕激素的子宫外效应卵巢分泌雌激素和孕激素 雌激素对女性的作用相当于睾酮对男性的作用 当青春期雌激素浓度升高时, 它促进卵巢中的卵子成熟和卵泡生长, 以及输卵管 子宫和阴道长大, 准备支持妊娠活动 ; 输卵管和子宫的活动开始增强 ; 外生殖器成熟 雌激素也支持青春期的突发性快速增长, 使女孩在 12 耀 13 岁时比男孩长得快得多 女性在 15 耀 17 岁之间就达到了她们身高的最大值 男性的青春期较迟, 生长持续到 19 耀 20 岁 雌激素引发女性的第二性征, 包括乳腺的生长 皮下脂肪的积聚 ( 特别是在臀部和乳房 ) 骨盆变宽( 适应于生育 ) 腋下和阴阜长出毛发 孕激素与雌激素一起建立和调节月经周期 孕激素的主要作用表现在妊娠 时抑制子宫的运动, 并刺激乳房准备哺乳 思考与练习 一尧选择题 1. 一只成年狗仍然保持幼年的体态, 且精神委靡 反应迟钝 行动呆笨, 无求 第二章动物生命活动的调节 45

50 偶行为, 其原因是 ( ) A. 睾丸发育不全 B. 甲状腺功能低下 C. 生长激素分泌不足 D. 生长激素分泌不足, 睾丸发育不全 2. 垂体在内分泌系统中占有主导地位, 但垂体的内分泌活动还要受 ( ) A. 下丘脑的直接控制 B. 大脑皮层的直接控制 C. 延髓的直接控制 D. 中脑的直接控制 3. 给小白鼠注射一定剂量的胰岛素后, 小白鼠进入休克状态 要使其苏醒, 可适量注射 ( ) A. 生理盐水 B. 甲状腺激素 C. ATP 溶液 D. 葡萄糖液二尧简答题请你思考并回答 : 内分泌系统是怎样调节甲状腺素的分泌的? 并将你的回答绘成示意图 本章小结 动物必须适应外部环境的变化, 同时也必须维持内部环境的相对稳定 动物的神经系统与内分泌系统负责调节动物的生命活动, 使之能适应外部环境的变化, 并维持内部环境的相对稳定 人的神经系统是由亿万个神经元构成的, 可分为中枢神经系统和周围神经系统两部分 周围神经系统还可分出负责调节内脏活动的内脏神经系统 神经元是可兴奋的细胞, 受到刺激后可产生动作电位 动作电位 可以在神经元之间传导, 以传递调节生命活动的信息 神经活动的基本形式是反射 中枢神经系统的最高级部分是大脑 大 脑具有高级功能 大脑皮层可区分为若干个功能区, 大脑两半球的功能也 有所区分 内分泌系统包括能分泌不同激素的腺体和细胞 这些腺体和细胞分泌的激素调节身体的生长发育和多种活动 内分泌系统也受神经系统的调节控制 46 稳态与环境

51 什么是免疫钥一般说来袁免疫渊 immunity 冤是指身体对抗病原体引起的疾病的能力遥人体有三道防线保护自身免受外来病原体的侵袭遥第一道防线是体表的屏障曰第二道防线是体内的非特异性保护作用曰第三道防线是免疫系统的特异性免疫反应遥本章学习要点 1. 说出人体防御外来病原体侵袭的防线遥 2. 说明淋巴系统在人体免疫过程中的作用遥 3. 分别概述细胞免疫应答和体液免疫应答过程袁并说明两种免疫方式的特点遥 4. 关注艾滋病袁预防艾滋病遥

52 第一节人体对抗病原体感染的非特异性防卫 本节要点体表屏障非特异性防卫 人体对抗病原体的第一道防线是体表屏障 人体对抗病原体的第一道防线包括身体表面 的物理屏障和化学防御 通常病原体不能穿过皮肤 和消化 呼吸 泌尿 生殖等管道的黏膜 皮肤的表 面有一层死细胞 ( 角质细胞 ), 病原体不能在这种环 境中生存, 而且皮肤中的油脂腺分泌的油脂也能抑 制真菌和某些细菌 体内的非特异性反应是人体对抗病原体的第二道防线 如果病原体突破体表屏障, 某些白细胞和血浆蛋白便会产生反应, 以对付任何侵犯人体的病原体 由于这种反应不是专门针对某种特定的病原体的, 因此被 称为非特异性反应, 它是人体抵御病原体的第二道防线 当人的皮肤破损后, 往往会引起局部炎症反应, 受损伤的部位出现疼痛 发 红 肿胀 发热的现象 这是因为当皮肤破损时, 毛细血管和细胞被破坏, 人体会 释放一种多肽类的物质, 引发神经冲动, 使人产生痛觉 ; 还会使受损伤部位的微动脉和毛细血管舒张 扩大, 皮肤变红 ; 使毛细血管的通透性升高, 蛋白质和液体逸出, 形成局部肿胀, 同时局部体温升高 这样可以增强白细胞吞噬侵入病原微生物的作用 皮肤的任何破损都可能使病原微生物进入体内, 引起中性粒细胞和单核细 48 稳态与环境

53 胞从毛细血管中钻出, 进入受损伤部位的组织间隙 一个中性粒细胞可吞噬几个 细菌 单核细胞则分化成巨噬细胞, 可以吞噬上百个细菌和病毒 在克服感染时, 一些白细胞死亡 这些白细胞及一些坏死组织 坏死细胞 死细菌和活的白细胞结合在一起形成一种黄色黏稠的液体, 叫做脓液 脓液的出现, 表示身体正在克 服感染 此外, 一些血浆蛋白也会产生反应, 破坏病原微生物 正常成年人血液中白细胞数量约为渊 0.5 耀 1 冤伊 个 /L 遥血液中的白细胞可以分为多种类型袁不同类型的白细胞具有不同功能遥按照细胞质中有无颗粒袁可以将白细胞分为颗粒细胞和无颗粒细胞遥颗粒细胞又可以根据其颗粒对染料的反应袁分为中性粒细胞尧嗜酸粒细胞尧嗜碱粒细胞遥无颗粒细胞可以分为淋巴细胞和单核细胞遥不同的白细胞具有不同的功能遥如中性粒细胞具有很强的吞噬作用袁可以吞噬细菌尧真菌以及其他异物遥吞入细胞的异物被细胞中溶酶体释放的各种酶杀伤并分解袁这种吞噬作用属于非特异性免疫遥血液中不同类型的白细胞数量是不同的袁各种白细胞数量的变化可以反映人体的健康状况遥思考与练习 一尧选择题 小资料 白细胞 人体皮肤大面积烧伤后容易发生感染, 这是由于 ( ) A. 体液大量损失 B. 特异性免疫能力减弱 C. 营养物质不能及时补充 D. 非特异性免疫能力减弱二尧简答题说说人体的第一道防线和第二道防线是怎样抵御病原体侵入人体的 第三章免疫系统与免疫功能 49

54 第二节 特异性反应渊免疫应答冤 特异性免疫的作用 本节要点特异性免疫反应如果入侵者突破了身体的第一 第二道防线, 细胞免疫 体液免疫 主动免疫 被动免疫 第三道防线就会发挥作用 这道防线是针对特定 病原体发生的特异性反应, 即免疫应答 (immune response) 当病原体进入体内后, 由于它们含有特异性化 学物质 ( 蛋白质 大分子多糖 黏多糖等 ), 引起体内 产生针对这些特异性化学物质的特异性免疫应答 这些可以引起机体产生特异性免疫应答的物质叫做抗原 (antigen) 特异性免疫应答分为两大类 : 细胞免疫应答 细胞免疫 (cellular immu 原 nity) 和抗体免疫应答 体液免疫 (humoral immunity) 白细胞中的淋巴细胞在特异性免疫应答中起着重要的作用 淋巴细胞从功能上又分为 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞 T 淋巴细胞与细胞免疫有关 ;B 淋巴细胞与体液免疫有关 这两类淋巴细胞都起源于骨髓中的淋巴干细胞 一部分淋巴干细胞在发育过程中先进入胸腺 (thymus), 在此分化增殖, 发育成熟 这种淋巴细胞叫做 T 淋巴细胞 (T-lymphocyte) 另一部分淋巴干细胞, 在鸟类中是先在腔上囊 (bursa of Fabricius) 发育成熟 因此, 这类淋巴细胞叫做 B 淋巴细胞 (B-lympho 原 cyte) 哺乳动物 B 淋巴细胞发育场所可能在骨髓 淋巴细胞如何识别入侵者 人体所有细胞的细胞膜上都有一种叫做主要组织相容性复合体 (major his 原 tocompatibility complex,mhc) 的分子标志, 这是一种特异的糖蛋白分子 这种主要组织相容性复合体在胚胎发育中产生, 所有的身体细胞上都存在 除了同卵双 50 稳态与环境

55 胞胎以外, 不同的人有不同的 MHC, 没有两个人有相同的 MHC 分子, 如同人的指 纹各不相同一样 这个标志是每一个人特有的身份标签 每一个人的白细胞都认 识这些自身的身份标签, 在正常情况下不会攻击带有这些标签的自身的细胞 病 毒 细菌和其他的致病因子在它们的表面也带有表明它们特殊身份的分子标志 当一个入侵者所携带的 非己 标志被识别后,B 淋巴细胞和 T 淋巴细胞受到刺 激, 开始反复分裂, 形成巨大的数量 同时分化成不同的群体, 以不同的方式对入 侵者作出反应 一部分成为效应细胞 (effector cell) 与入侵者作战并歼灭之 另一 部分分化成为记忆细胞进入静止期, 留待以后对同一类型病原体的再次入侵作 出快速而猛烈的反应 ( 图 3-1) B 淋巴细胞表面不同的受体 抗原 只与适合的受体结合 激活的 B 淋巴细胞增大 分化 分裂 记忆 B 细胞群, 一旦遇到同一类型抗原便快速增殖分泌抗体效应 B 细胞群分泌抗体进入血液 图 3-1 免疫应答的特殊性与记忆 第三章免疫系统与免疫功能 51

56 任何一个能引发产生大量淋巴细胞的 非己 标志就是抗原 当病原体侵入体内发生感染时, 巨噬细胞便会吞噬入侵的病原体, 将它们消 化 病原体 ( 如细菌 ) 被消化, 其上的抗原分子被降解成肽, 然后与巨噬细胞的 MHC 蛋白结合, 形成抗原 MHC 复合体 这种复合体移动到细胞的表面呈递出 来 这些巨噬细胞细胞膜上的抗原 MHC 复合体, 一旦与人体中已经存在的淋 巴细胞上的相应的受体结合, 便会在其他因素的辅助下, 促使淋巴细胞分裂, 产 生大量的淋巴细胞, 启动免疫应答 细胞免疫 如前所述, 免疫应答分两类 : 细胞免疫和体液免疫 细胞免疫直接对抗 病原体酝匀悦标志 巨噬细胞 辅助性 T 细胞上的抗原酝匀悦受体 被感染的体细胞 抗原 - 酝匀悦复合体 分裂和分化 细胞毒性栽细胞 效应细胞毒性栽细胞 图猿原圆 细胞免疫示意图 52 稳态与环境

57 被病原体感染的细胞和癌细胞, 此外也对抗移植器官的异体细胞 成熟的 T 淋巴细胞分成不同的群体, 其中有成熟的辅助性 T 淋巴细胞, 还有成熟的细胞毒性 T 淋巴细胞 这些细胞成熟后离开胸腺进入血液循环中 每一个成熟的 T 淋巴细胞只带有对应于一种抗原的受体 如果没有遇到这种抗原, 这个 T 淋巴细胞就处于不活动状态 T 细胞对自身细胞上的 MHC 标志不发生反应 当 一个细胞毒性 T 细胞遇到与它的受体相适应的抗原, 而且是呈递在抗原 -MHC 复 合体上时, 这个 T 细胞便会受到刺激 但是还必须有一个辅助性 T 淋巴细胞也被同样的呈递在抗原 -MHC 复合体上的抗原所激活, 这个辅助性 T 淋巴细胞分泌多种蛋白质促进这个细胞毒性 T 淋巴细胞开始分裂, 形成一个克隆 ( 基因型相同的细胞群体 ) 这个细胞毒性 T 细胞的后代分化为效应细胞群和记忆细胞群, 每一个细胞都具有相对应于这种抗原的受体 ( 图 3-2) 活化的细胞毒性 T 淋巴细胞识别嵌有抗原 MHC 复合体的细胞 ( 已被感染的体细胞或癌细胞 ) 并消灭之 体液免疫 成熟的 B 淋巴细胞合成能与特定抗原结合的受体分子, 也就是相对应的抗体分子 (antibody) 所有的抗体分子都是蛋白质, 但每一种抗体分子的结合位点只能与一种抗原匹配 抗体分子基本结构是 Y 形的, 两臂上有同样的结合位点 成熟的 B 淋巴细胞的受体分子在合成后便移到细胞膜上 成熟的 B 淋巴细胞在血液中循环流动 当它的受体分子两臂遇到相应的抗原并将它锁定在结合位点后, 这个 B 淋巴细胞便被致敏了, 并准备开始分裂 但 B 细胞分裂的启动还需要 另外一个适当的信号, 这个信号来自一个已经被抗原 MHC 复合体活化了的辅 助性 T 淋巴细胞 活化的辅助性 T 细胞分泌白细胞介素 -2, 以促进致敏 B 淋巴细胞 分裂 反复分裂形成的 B 细胞克隆分化为效应 B 细胞和记忆 B 细胞 效应 B 细胞 ( 又 称浆细胞 ) 产生和分泌大量的抗体分子, 分布到血液和体液中 抗体免疫的主要目标是细胞外的病原体和毒素 当这些病原体和毒素在组织和体液中自由地循环流动时, 抗体与这类细胞外的病原体和毒素结合, 致使病毒一类的抗原失去进入寄主细胞的能力, 使一些细菌产生的毒素被中和而失效, 还可使一些抗原 ( 如可溶的蛋白质 ) 凝聚而被巨噬细胞吞噬 ( 图 3-3) 第三章免疫系统与免疫功能 53

58 MHC 标志 循环中的抗体 巨噬细胞 图 3-3 抗原 - 酝匀悦复合体 体液免疫示意图 在一次免疫应答中产生的抗体不会全部用完, 各种各样的抗体在血液中循 环流动 因此检查血液中的某一种抗体便可确定一个人是否曾经受到某种特定 抗原 辅助性栽细胞 效应月细胞 月细胞 分裂和分化 大量的效应和记忆月细胞 记忆月细胞 的病原体的侵袭, 例如, 引发肝炎或艾滋病的病毒的侵袭 小资料 单克隆抗体 1975 年研制成功的单克隆抗体技术, 是免疫技术发展中的里程碑 在 此之前, 研究者虽然能激活 B 淋巴细胞产生特异性的抗体, 但无法对这些 B 54 稳态与环境

59 淋巴细胞进行人工培养 以前也知道, 从多发性骨髓瘤中分离出的 B 淋巴 细胞可以人工培养并传代, 却不能选定它产生的抗体类型 后来, 用细胞杂交技术将两者结合, 才可以人工培养出能产生特异性抗体的 B 淋巴细胞 在人工培养的条件下, 促使鼠的骨髓瘤细胞与同系动物的经过用特定抗原免疫的 B 淋巴细胞融合成一种杂交瘤细胞 这种杂交瘤细胞不仅能无 限制地分裂生长, 还能产生出人们所需要的特定的抗体 ( 图 3-4) 用杂交 瘤细胞生产单克隆抗体的方法特异性强, 产量高, 在医学中可以广泛应用 单克隆抗体可以用来做家庭妊娠检查, 也可检查前列腺癌和某些性传播疾病 单克隆抗体也可用于癌症治疗, 因为它能区分癌细胞与正常细胞, 让它与放射性元素或药剂结合后直接破坏癌细胞 还可以用单克隆抗体技术大量生产所需要的抗体 未激活的月淋巴细胞 激活的月淋巴细胞 抗原 肿瘤细胞 杂交瘤细胞 抗体 图猿原源 单克隆技术示意图 第三章免疫系统与免疫功能 55

60 免疫接种可以战胜许多传染性疾病 免疫接种或预防接种是以诱发机体免疫应答为目的, 预防某种传染性疾病的方法 在历史上, 最早可以追溯到我国古代发明的为预防天花而接种人痘 18 世纪, 詹纳用接种牛痘来预防天花 牛痘病毒能在人体内诱发出抵抗天花病毒的 免疫力 19 世纪, 巴斯德发明了灭活和减毒的疫苗 现有的疫苗有三种类型 : 淤灭活的微生物 ; 于分离的微生物成分或其产物 ; 盂减毒的微生物 这三类疫苗通过注射或口服进入体内, 使体内产生初次免疫应答, 再次接种则引发二次免疫应答 两次或更多次数的接种可以使机体产生更多的效应细胞和记忆细胞, 提供对相关疾病的长期保护 这种免疫方式称为主动免疫 另一种免疫方式是被动免疫, 就是通过接种针对某种病原体的抗体 ( 抗血清 ) 而获得免疫力 例如, 马匹多次接种破伤风菌后, 其血清内产生大量的抗破伤风抗体, 可以用来医治破伤风菌感染者 思考与练习一尧选择题 1. 人接种卡介苗后, 经过一段时间, 血液中就会出现抗结核杆菌的抗体 产生抗体的细胞和抗体的化学性质分别是 ( ) A. 效应 B 细胞 多糖 B. 效应 B 细胞 蛋白质 C. 效应 T 细胞 多糖 D. 效应 T 细胞 蛋白质 2. 下列有关抗体的叙述, 不正确的是 ( ) A. 抗体的化学本质是球蛋白 B. 抗体存在于体液 ( 主要是血浆 ) 中 C. 抗体是由 B 淋巴细胞游离于细胞质基质中的核糖体合成的 D. 抗体不能消灭已经进入宿主细胞内的病原体 3. 流感是一种由流感病毒引起的常见病 流感病毒有不同亚型, 现有多种流感疫苗 有人注射了一种流感疫苗, 在流感期间未患流感 但流感再次流行时, 却患了流感, 可能的原因是 ( ) A. 流感病毒发生了改变 B. 抗体在体内存留时间短 56 稳态与环境

61 C. 流行的流感病毒与注射的流感疫苗不是同种类型 D. 流感病毒使人的免疫系统受损 4. 儿童受脊髓灰质炎病毒感染后, 有的不表现明显的症状, 却获得了对小儿麻痹症的抵抗力, 这种免疫是 ( ) A. 非特异性自然免疫 B. 非特异性人工免疫 C. 特异性自然免疫 D. 特异性人工免疫二尧简答题 1. 根据图示回答以下问题 : (1) 这是免疫过程示意图 (2) 图中虞表示 细胞 (3) 图中盂表示过程 (4) 图中榆表示过程 淤病毒攻击 宿主细胞 2. 某人得了细菌性疾病, 下表显示了该患者在生病期间体温和抗体水平的变化情况 请根据下表的数据回答问题 : 虞 病毒 宿主细胞 星期体温 ( 益 ) 抗体水平 日猿苑低 一猿怨. 愿低 二 39 中 三 37 高 四 37 中 五 37 低 盂 于被病毒感染 榆 的宿主细胞 (1) 将表中的这些温度数据画成曲线图 横坐标代表 时间, 纵坐标代表 体温 (2) 这个人的体温在哪一天恢复正常? (3) 抗体的水平从什么时候开始升高? 第三章免疫系统与免疫功能 57

62 第三节 免疫系统的功能异常 本节要点 社 免疫系统的过度反应 过敏反应 免疫缺乏病 出 版 免疫应答的作用是清除那些突破身体屏障侵 艾滋病 对外来抗原的异常免疫应 入体内的病原体 然而 答和在特殊情况下对某些自身组织发生的免疫应 答都可以产生疾病 技 术 某些食物 某些药物 螨虫 蘑菇孢子 昆 例如 一些人对某种物质 如花粉 虫的毒液 灰尘 化妆品等产生强烈的免疫应答 这种情况就叫做过敏反应或变 态反应 allergy 能引发过敏反应的物质叫做致敏原 allergen 过敏反应分速发 如青霉素 蜂 型与迟发型两类 速发型过敏反应可在接触致敏原几分钟后开始 科 学 如不及时治疗可以导致死亡 毒等引起的过敏反应 这种反应强烈 自身免疫病 江 小资料 自己 和 非己 的能力 对入侵机体的病原微生物 免疫系统具有区分 浙 却不攻击自身的细胞 但在某种情况 及其他外来抗原能够引起免疫应答 这便是自身免疫病 自身 下 病人的抗体和T淋巴细胞却攻击自身的组织 免疫病可分为两类 器官特异性自身免疫病和系统性自身免疫病 器官特 如胰岛素依赖性糖尿病中的 异性自身免疫病的自身抗体只攻击某一器官 表现为原因 如系统性红斑狼疮 胰岛细胞 系统性自身免疫病则波及全身 不明的全身性血管炎 面部有蝴蝶样红斑并因日照而加重 多见于年轻妇 女 15耀35岁 又如类风湿性关节炎 表现为指关节 腕关节疼痛 红肿 僵 膝 肘关节 女性的发病率为男性的3倍 直 还可波及踝 58 稳态与 环 境

63 免疫系统功能减退 先天性的免疫缺乏病 (immune deficiency) 是与生俱来的 婴儿缺乏 B 淋巴细胞或 T 淋巴细胞, 对异物缺乏免疫应答能力, 很容易因感染病原体而致病, 甚 至死亡 还有后天获得的免疫缺乏病 艾滋病就是由人类免疫缺陷病毒 (human immunodeficiency virus,hiv) 感染所引起的严重的免疫缺乏病 艾滋病 艾滋病是英文 AIDS 的译名 AIDS 是获得性免疫缺陷综合征 (acquired im 原 mune deficiency syndrome) 一词的英文缩写 这是一种新发现的通过体液传播的疾病,1981 年才被确诊 它是由感染 HIV 所引起的 ( 图 3-5) 艾滋病是一种削弱人体免疫系统功能的疾病 免疫功能受到削弱, 就削弱了身体保卫自身免受许多致命的感染和恶性疾病侵袭的能力, 造成严重后果 艾滋 外层脂类膜 ( 来自宿主细胞, 内掺有病毒蛋白质 ) 核心蛋白质 逆转录酶 两条病毒 砸晕 A 图猿原缘 引发艾滋病的匀陨灾模型 第三章免疫系统与免疫功能 59

64 病至今还无法治愈 艾滋病的传播途径有三种 : 淤性接触 HIV 可通过性交在男女之间 同性恋者之间传播 于血液传播 HIV 通过输血 血液制品或共用注射器针头而传播 盂母婴传播 感染了 HIV 的妇女通过妊娠 分娩或哺乳将病毒传给婴儿 HIV 不会通过一般的身体接触或空气途径 ( 如打喷嚏 咳嗽 ) 传播 HIV 不能 经昆虫传播, 也不会通过食物 握手或马桶座传播 感染 HIV 以后, 一般要经过很长的潜伏期 (8 耀 10 年 ) 才发病 HIV 是一种逆转录酶病毒 它侵入人体后能识别并结合辅助性 T 淋巴细胞表面的受体, 进入细胞 HIV 的遗传物质是 RNA, 在辅助性 T 淋巴细胞中由于逆转录酶的作用形成互补的 DNA, 并整合到辅助性 T 淋巴细胞的 DNA 中 经过长时间的潜伏后, 辅助性 T 淋巴细胞被激活, 前病毒复制出新的 HIV, 并破坏辅助性 T 淋巴细胞 如此循环往复, 从而导致大量的辅助性 T 淋巴细胞被破坏 由于辅助性 T 淋巴细胞在免疫系统中起着调节作用, 因此大量的辅助性 T 淋巴细胞被 HIV 破坏便会严重削弱免疫功能 HIV 还可以感染体内其他类型的细胞, 如脑细胞 巨噬细胞 由于 HIV 的破坏作用, 艾滋病人的免疫功能严重衰退, 便会招致一些平时对免疫功能正常的人无害的感染 其中许多感染在平时可用抗生素治愈, 但是艾滋病人却无法控制, 以致产生致命的后果 艾滋病人往往很消瘦, 也可能出现痴呆 从症状出现起, 艾滋病人的预期寿命只有 1 耀 3 年 全球自 1981 年首次发现艾滋病人以来, 已有 2000 万人死于该病 目前有 HIV 感染者 4000 万人 我国自 1985 年发现首例艾滋病人以来,HIV 感染者可能已超过百万 这是一个严峻的形势, 必须引起高度重视, 采取有力措施预防和控制艾滋病 针对艾滋病感染的三个途径, 预防艾滋病感染应注意洁身自爱, 避免不正当 的性关系, 使用避孕套 ; 输血要严格检查, 严格消毒 ; 远离毒品 ; 对已感染 HIV 的 孕妇应用药物控制, 实施剖腹产, 并对其婴儿采用人工哺乳 活 动 调查青少年中常见的免疫异常 青少年中有些疾病与免疫异常有关, 这些疾病影响着青少年的生活 和学习 青少年中有哪些常见的免疫异常疾病? 通过调查活动, 可以让我 60 稳态与环境

65 们了解相关情况 因目的要求 1. 通过社会调查, 获得有关青少年常见免疫异常的资料 2. 设计和发放调查问卷, 初步了解社会调查的方法 3. 撰写调查报告, 交流调查结果, 全班共享调查结果 因方法步骤 1. 以小组为单位, 讨论 设计调查问卷, 确定调查问卷发放对象 发放与回收的方式 2. 发放调查问卷, 回收调查问卷 3. 对调查问卷的数据进行统计 分析 4. 在分析的基础上撰写调查报告, 并在班级中进行口头交流 因讨 论 1. 青少年中有哪些常见的免疫异常疾病? 2. 引起这些疾病的原因是什么? 这些疾病与一般常见病相比, 有什么特点? 思考与练习一尧选择题 1. 下面由人体免疫缺损病毒引起的疾病是 ( ) A. 糖尿病 B. 流行性感冒 C. 艾滋病 D. 破伤风 2. 艾滋病的主要传播媒介是 ( ) A. 血液和精液 B. 握手和拥抱 C. 衣物和卧具 D. 空气和食物 3. 下列与艾滋病有关的表述, 不正确的是 ( ) A. 病毒 (HIV) 主要攻击 T 淋巴细胞, 致使患者丧失免疫功能 第三章免疫系统与免疫功能 61

66 B. 从感染 HIV 到发展为艾滋病患者, 一般经过 2 耀 10 年的潜伏期 C. 患者 ( 或携带者 ) 的血液 精液 唾液 乳汁等均可能有 HIV D. HIV 不仅可以通过血液或血液制品传播, 也可通过皮肤接触传播 二尧简答题我们怎样才能远离艾滋病? 网络漫游如果你想了解更多的有关免疫的知识, 可以点击下面的网址 : immuneweb.xxmc.edu.cn( 免疫学信息网 ) 本章小结 免疫是身体对抗病原体引起疾病的能力 人体通过体表屏障 非特异性反应和特异性免疫三道防线, 保护自身使自己免受外界病原体的侵袭 人体的淋巴系统在人体免疫中具有重要作用 特异性免疫分为细胞免疫应答和体液免疫应答两类 T 淋巴细胞与细胞免疫应答有关,B 淋巴细胞与体液免疫应答有关 T 淋巴细胞可以直接对抗被病原体感染的细胞和癌细胞 ;B 淋巴细胞通过合成 分泌抗体与特定抗原结合, 消灭体液中的病原体 无论是细胞免疫应答还是体液免疫应 答, 其过程都包括了三个事件 : 机体对病原体的特异性识别 ; 细胞分裂产 生淋巴细胞群 ; 淋巴细胞经过分化, 特化为效应细胞群和记忆细胞群 人类可以通过免疫接种获得对病原体的免疫力 免疫系统反应过度 与功能减退都会导致人体免疫力下降而引起疾病 艾滋病是一种削弱人体免疫系统功能的疾病 HIV 侵入人体, 破坏 T 淋巴细胞, 使人体免疫功能严重衰退 目前, 艾滋病还没有有效的治愈方法, 只能采取措施预防该病的感染 62 稳态与环境

67 什么是种群渊 population 冤钥种群用于人类又称人口袁是指占有一定空间和时间的同一物种个体的集合体遥它由不同性别和不同年龄的个体组成遥通常一个物种包含很多种群袁种群和种群之间存在地理隔离袁只有同一种群内的个体才能互配繁殖遥种群长期隔离会导致亚种和新种的形成遥可见袁种群是物种的具体存在单位尧繁殖单位和进化单位遥本章学习要点 1. 列举种群的特征袁说出种群密度的调查方法袁辨别种群的存活曲线遥 2. 尝试建立数学模型袁并据此解释种群的数量变动曰区别种群的指数增长和逻辑斯谛增长遥 3. 简述种群数量波动的类型和原因曰指出能够调节种群数量的因素遥

68 第一节 种群的特征 本节要点种群的很多特征是种群内个体特征的统计值, 如出生率 死亡率 年龄结构和性比率等, 而密度和出生率和死亡率分布型则是种群所特有的 年龄结构 种群密度 种群分布型 存活曲线 出生率和死亡率 出生率 (natality) 和死亡率 (mortality) 是决定种 群兴衰的晴雨表 在一定时期内, 只要种群的出生率大于死亡率, 种群的数量就会增加 ; 出生率小于死亡率, 种群数量就会减少 出生率一般用单位时间出生个体数占种群总个体数的百分数或千分数表示, 如每年每 1000 人出生了 20 个人, 其出生率就是 2 豫或 20 译 不同种类的动物, 出生率相差很大, 主要是由动物性成熟的早晚 每次产仔数和每年生殖次数决定的 如猿猴 鲸和蝙蝠通常每胎只产 1 仔, 而雉鸡每窝可孵出 10 耀 20 只幼雏 ; 大象和鲸每 2 耀 3 年才繁殖 1 次, 而田鼠 1 年就可产 4 耀 5 窝 ; 类人猿需要发育 10 多年才会达到性成熟, 而田鼠只需要 2 个月就会达到性成熟 与出生率相反的是死亡率 死亡对种群来说未必是坏事, 只有老的个体不断离去, 新的个体不断产生, 才能保持种群的遗传多样性, 使种群不断适应变化着的环境 死亡率和出生率一样也是用单位时间死亡个体数占种群总个体数的百 分数或千分数表示 如果在一个有 100 万人口的城市中一年死亡 1.2 万人, 其死亡 率就是 1.2 豫或 12 译 出生率减去死亡率就是种群的自然增长率 年龄结构 任何种群都是由不同年龄的个体组成的 种群的年龄结构是指各个年龄组 个体数量在种群中所占的比例关系, 并常用年龄金字塔图形来表示 年龄金字塔 64 稳态与环境

69 底部代表最年轻的年龄组, 顶部代表最老的年龄组, 宽度则代表该年龄组个体数 量在整个种群中所占的比例 年龄金字塔还有一条中线, 它把每一个年龄组都分为左右两半, 左边代表雄性, 右边代表雌性, 因此可以知道在每个年龄组中雌雄个体各占多少 生态学家通常把种群分成三个年龄组, 即生殖前期 生殖期和生殖后期 ( 图 4-1) 有些昆虫, 生殖前期特别长, 生殖期极短, 生殖后期等于零 最典型的例子 就是蜉蝣和蝉, 蝉的若虫要在地下生活多年, 而羽化出土后的成年蝉只能生活一个夏季 年龄结构还可以区分为三种不同的类型, 即增长型 稳定型和衰退型 ( 图 4-1), 它们可带给我们关于种群未来数量动态的信息 就人类人口来讲, 增长型因年轻人口所占比例太大, 预示着人口将有一个很大的发展, 目前我国和大多数亚 非 拉国家都属于这一年龄结构类型 ; 稳定型预示着只要保持替补出生率 ( 即 1 个家庭生 2 个孩子 ), 人口就会保持零增长, 如多数发达国家 ; 衰退型因老年人口比例过大而预示着未来人口数量的衰减, 如少数发达国家 生殖后期 生殖期 生殖前期 图源原员 性比率 种群性比率是指种群内两性个体数量的相对比例, 大多数物种的种群, 其性 比率基本保持 1 颐 1, 人类也是一样 增长型稳定型衰退型 种群的三个年龄期和年龄结构的三种类型 种群密度及调查方法 种群密度是指某个种群在单位空间或面积内的个体数量 种群密度大小是 决定生物的益或害 狩猎或禁猎 防治或不防治的依据, 也是检查保护效果和防 第四章种群 65

70 治效果 进行害虫预测预报及研究种群动态的基础 种群密度的调查方法很多, 对动物种群密度的调查常采用标志重捕法 例如, 有人在一个池塘中第一次捕捞鲈鱼 286 条, 在背鳍上做标记后全部放回池塘, 两天后重捕 1392 条, 其中已被标记的 86 条, 由于 N/n 越 M/m, 所以 N( 种群总个体数 ) M n 286 伊 1392 = = =4629( 条 ) m 86 上式中的 M 越标志个体数 (286),n 越重捕个体数 (1392),m 越重捕中被标记的个体数 (86) 这说明用标志重捕法调查池塘中有鲈鱼 4629 条 为了验证调查的准确性而把池水全部放掉, 发现池塘中实际有鲈鱼 4123 条, 这说明调查准确性约为 90 豫 种群分布型 分布型是指种群中个体的空间配置格局, 包括集群分布 均匀分布和随机分布 ( 图 4-2) 在密度相同的情况下, 种群可以有不同的分布型 集群分布是最常见的分布型, 如橡树和雪松的种子常落在母株附近而形成集群 ; 蛾类因趋光性 蚯蚓因趋湿性和藤壶附着在同一块岩石上而形成集群 ; 动物因彼此密切交往而形成社会集群 人类在地球表面也呈集群分布 集群分布均匀分布随机分布 图源原圆 种群中个体的三种分布型 均匀分布是种内竞争的结果, 如动物的领域行为 树木争夺树冠空间和根部 空间所进行的竞争, 以及沙漠植物争夺水分所进行的竞争, 都能导致均匀分布 随机分布是介于集群分布和均匀分布之间的一种分布型, 如果种群成员间 66 稳态与环境

71 既不互相吸引也不互相排斥就会出现随机分布, 如狼蛛在森林底层和玉米螟卵 块在玉米田中的分布 种群的存活曲线 存活曲线是表示种群中全部个体死亡过程和死亡情况的曲线 绘制存活曲 线的数据可通过下列方法收集 : 从至少观察 1000 个新孵化幼虫或新出生个体开始, 跟踪记录每个个体的死亡年龄, 直至全部个体死亡为止 存活曲线二维平面图的横坐标是年龄, 自左至右年龄增加, 纵坐标是存活个体数的对数值, 自上而下逐渐减少 不同种群的存活曲线具有不同的特点, 目前已发现有三种不同类型的存活曲线 ( 图 4-3): 1000 存活数量对数值 图源原猿 芋 ( 牡蛎 ) O 年龄 域 ( 水螅 ) 种群的三种存活曲线 玉 ( 人 ) 最大寿命 类型玉 ( 凸形 ): 大多数个体都能活到平均生理年龄, 但达到这一年龄后, 短期内几乎全部死亡, 人类和很多高等动物都十分接近这一类型 类型域 ( 对角线形 ): 各年龄组死亡率相同 水螅 一些鸟类和小型哺乳类动 物比较接近这一类型 类型芋 ( 凹形 ): 低龄死亡率极高, 但是一旦活到了某一年龄, 死亡率就变得很低而且稳定, 牡蛎和树蛙属于这一类型 种群存活曲线反映了各物种的死亡年龄分布状况, 有助于了解种群的特性及其与环境的适应关系 第四章种群 67

72 活 动 因目的要求 模拟用标志重捕法进行种群密度的调查 模拟标志重捕法, 估测广口瓶中每种豆的数目, 从而体验运用该方法 进行种群密度调查的过程 因材料用具 4 种豆科植物的种子 ( 黄豆 绿豆 红豆 豌豆 ) 各若干, 大广口瓶, 解剖盘, 小勺, 红色标记笔或解剖针 因方法步骤 1. 将 4 种豆科植物的种子混装在大广口瓶中 2. 从瓶中随机取出 1 勺各种豆, 分别统计其中每种豆的数量, 记录在表格中 ; 用红色标记笔或解剖针扎孔为取出的豆做好标记, 放回瓶中震荡摇匀 3. 再次从瓶中随机取出 1 勺各种豆, 分别统计其中每种豆的数量及被标记的豆的数量, 记录在表格中 4. 代入公式计算每种豆的数目, 该数目即为该豆的估测数目 N = M n m 式中各字母的含义如下 : N 某种群的个体数 ( 该豆的估测数目 ); M 标志个体数 ( 第一次取样并标记的数目 ); 豆的类型 黄豆绿豆红豆豌豆 第一次取样 第二次取样 并标记的数目 数目 第二次取样被该豆的估测数目标记的数目 68 稳态与环境

73 n 重捕个体数 ( 第二次取样数目 ); m 重捕个体中被标记的个体数 ( 第二次取样被标记的数目 ) 因讨 论 1. 本模拟实验中, 瓶中所有的豆和各种豆代表什么? 2. 为什么第一步取豆标记后, 放回瓶中要震荡摇匀? 3. 在进行统计的时候, 不可将瓶中的豆粒全部倒出, 取出量最多不应超过总数的 1/5 这是为什么? 4. 与其他组同学作比较, 各组得到的数据是否有差异 造成本模拟实验出现误差的原因可能是什么? 怎样做可以减小误差? 5. 野外真正统计一个生态群落中的动物种群数量时, 有一些原因会造成统计误差 造成统计误差的原因可能有哪些? 课外读种群生命表种群所具有的特征通常是生物个体特征的统计值 将种群个体的生死过程用图表描绘出来就是种群生命表 (life table) 种群生命表通常包括以下各项 : x 院年龄或年龄组 ; n x 院本年龄组开始时的存活个体数 ; l x 院本年龄组开始时存活个体数的百分数 ; d x 院本年龄组的死亡个体数,n x 原 n x 垣 1 曰 q x 院本年龄组期间的死亡率,d x / n x 曰 L x 院本年龄组期间个体的寿命和, 渊 n x 垣 n x 垣 1 冤 /2 曰 T x 院种群全部个体的寿命和, 生命表中各个 L x 自下而上的累加值 ; e x 院本年龄组个体的平均寿命期望,T x /n x 遥例如, 在某一时刻对一个稳定的赤鹿种群作剖面调查, 根据各年龄的分布估算各年龄的死亡率, 并依据这些数据编制成 1~10 岁的赤鹿种群生命表 ( 表 4) 第四章种群 69

74 表 4 某赤鹿种群中雌鹿的静态生命表 x n x l x d x 1000q x L x T x e x 由于这个生命表是根据在某一特定时刻取样获取的资料所编制的, 所以叫静态生命表 它记载着该种群每个年龄组的死亡数量 死亡率 寿命和以及寿命期望 例如, 英国某生态学家研究一个湖泊中的青蛙种群, 他通过取样 计算 统计, 得出以下数据 : 该湖泊中每年春天约有 30 万只蝌蚪从卵中孵化出来 3 耀 4 个星期后, 蝌蚪的数目减少到 7.5 万只 蝌蚪开始变成小蛙时, 只剩下约 1.5 万只 最后, 只有 1200 只蝌蚪能够渡过重重险关演变为成蛙 将这些数据列表统计, 就能绘制成青蛙种群的动态生命表 对同时出生的所有个体进行存活数的动态观察, 用所获得的资料编制成的生命表就是动 态生命表 它记载着同时出生的一批动物的死亡过程 再如, 野生动物学家连续多年在每年同一时间标记一批新出生的松 鼠, 并对每一批松鼠都进行跟踪观察和记录, 然后将不同年份同一时期标 记的动物作为一组数据处理, 由此编制的生命表就是动态混合生命表 因为它既是动态跟踪的结果, 又是多年观察资料的总结 种群生命表是研究种群动态的有力工具 70 稳态与环境

75 思考与练习一尧选择题 1. 下列可以称为种群的是 ( ) A. 一个池塘中的全部鱼 B. 一个校园中的全部树 C. 一个乡镇的人口 D. 一个公园里的全部细菌 2. 下列可以称为种群密度的是 ( ) A. 全国人口数量 B. 一个池塘中各种鱼的总数 C. 一个森林中的全部生物 D. 稳定型生物种群的个体数量二尧简答题 1. 种群的存活曲线是以种群存活数量为纵坐标 以时间为横坐标绘出的种群动态曲线吗? 2. 下列三种年龄组合各属于什么年龄结构类型? (1) 幼体 60 豫, 成体 35 豫, 老体 5 豫 (2) 幼体 44 豫, 成体 46 豫, 老体 10 豫 (3) 幼体 30 豫, 成体 50 豫, 老体 20 豫 第二节 活 动 种群的增长方式 探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化 因目的要求本节要点 1. 探究酵母菌种群数量随时间发生的变指数增长化, 从而了解在封闭环境中酵母菌种群数量的逻辑斯谛增长动态变化规律 环境容纳量 2. 学习用血细胞计数板进行酵母菌细胞 第四章种群 71

76 计数的操作方法, 学习比浊计 ( 或比色计 ) 的使用方法, 找出酵母菌细胞数 量变化与其浑浊度之间的关系 3. 初步尝试依据测量数据建立数学模型 因材料用具 酵母菌贮用培养液, 无菌葡萄糖溶液, 血细胞计数板, 盖玻片, 移液管, 滴管, 有螺旋盖的试管, 试管架, 记号笔, 直尺, 坐标纸, 比浊计 ( 或比色计 ), 显微镜 因方法步骤 1. 仔细阅读本实验的方法步骤, 预测酵母菌种群数量的变化趋势 表 计数试管 样品员 样品 2 总 数 平均数 稀释倍数 平均数伊稀释倍数比浊计 ( 或比色计 ) 读数估算数 第园天第 1 天第 2 天第 3 天第 4 天 A B A B A B A B A B 2. 2 耀 4 人组成一个实验小组 参考上表, 设计你们组的实验数据记录 每组做两个样品 : 分别标记为样品 1 和样品 2 配制样品 1: 用记号笔标记有螺旋盖的试管 A B, 在试管 A 和试管 B 中 分别加入 10mL 无菌葡萄糖溶液, 在试管 A 中加入 0.1mL 酵母菌贮用培养液, 试管 B 不加 用同样方法配制样品 2 3. 对试管 A 进行细胞计数 72 稳态与环境

77 拧紧试管盖将试管 A 倒转数次, 使酵母细胞分布均匀 用滴管从试管 A 中取 1 滴培养液到血细胞计数板的方格区, 盖上盖玻片 在显微镜高倍镜下镜检计数 镜检计数方法 : 淤方格内细胞的计数顺序为左上寅右上寅右下寅左下 于压在方格线上的细胞只计左线和上线上的细胞数 盂酵母细胞若有粘连, 要数出团块中的每一个细胞 榆出芽酵母的芽体体积若超 过细胞体积的 1/2, 则算独立个体 虞计数总数不少于 300 个细胞 算出试管内细胞总数 计算方法 : 细胞数除以方格数为每方格内的细胞数 每方格内的细胞数乘以 2500 便是每毫升体积内的细胞数 [ 每方格面积为 2mm 伊 2mm, 盖玻片下的液体厚度为 0.1mm, 则每方格的体积是 2 伊 2 伊 0.1 越 0.4(mm 3 ),1mL 越 1cm 3 越 1000mm 3, 所以,( 细胞数衣 0.4mm 3 ) 伊 (1000mm 3 衣 1cm 3 ) 越 2500 伊细胞数 /cm 3 ] 每毫升体积内的细胞数乘以 10 为试管内的细胞总数 4. 对试管 B 重复步骤 3, 进行细胞计数 5. 对样品 2 进行步骤 3 和 4 6. 用比浊计测定各试管的浑浊度 7. 将两位同学实验所得数据填入记录表, 并计算两次计数的平均值 在坐标纸上开始绘种群数量变化曲线 横坐标 (x 轴 ) 代表浑浊度 (0 耀 100), 纵坐标 (y 轴 ) 代表酵母细胞数 (10 5 耀 10 9 ) 在坐标纸上标记浑浊度读数和试管 A 中的酵母数 将样品放回试管架, 洗手, 离开实验室 8. 第二天, 重复步骤 3 耀 7, 在坐标纸上标记当天样品的浑浊度读数与酵母数 用直尺连接两个标记点, 依据此线的延长线估算此后两天的酵母数量 9. 以后的两周内 ( 双休日除外 ), 每天重复步骤 6, 对试管 A 和 B 的浑浊 度进行测定, 填写记录表, 在坐标纸上做出标记 10. 第四天和第七天, 重复步骤 3 和 4, 对试管 A 和 B 进行细胞计数 如果种群数量增长很快, 方格内细胞数目多于 300 个或数不过来, 可以用稀释的方法进行细胞计数 用移液管将 0.9mL 水移到一清洁试管中, 与试管 A 中的液体混合均匀后, 用移液管取 0.1mL 培养液加入该试管中, 混合均匀后在显微镜下观察计数 如有必要, 可以再稀释一次 即 0.1mL 培养液加 1.9mL 第四章种群 73

78 水混合后计数 稀释后如何计算细胞数? 把计算结果填在记录表上, 在坐 标纸上作浑浊度读数的曲线和试管 A 酵母数曲线, 并根据标记修正你估算的曲线 因讨 论 1. 本实验通过对显微镜下样品的细胞计数, 估算试管中酵母细胞的 数量 怎样操作可以提高读数的准确性和估算数的准确性? 2. 试管 B 的作用是什么? 如何解释试管 B 中样品的浑浊度变化? 3. 为什么整个实验过程中只选择这 4 天进行细胞计数? 4. 在一张新的坐标纸上画直角坐标, 以培养天数为横坐标, 以每次测得的酵母数为纵坐标, 依据实验所得的 A 和 B 的数据, 用两种不同颜色的笔分别画出两个样品的曲线图 试说明图中各线的相似之处和不同之处, 分析样品种群的增长是否有共同的趋势 5. 影响酵母种群增长的因素可能是什么? 6. 你收集的实验数据与你在实验前所做的预测结果一致吗? 7. 如果你想研究温度对酵母种群增长的影响, 如何设计实验? 你还想研究哪些与种群增长有关的问题? 指数增长 在资源无限 空间无限和不受其他生物制约的理想条件下, 种群就会呈指数增长 (exponential growth) 指数增长的特点是: 起始增长很慢, 但随着种群基数 的加大, 增长会越来越快, 每单位时间都按种群的一定百分数或倍数增长, 其增 长势头强大 指数增长曲线很像英文字母 J, 又称 J 形增长曲线 例如, 细菌每 20min 分裂一次, 每小时就可繁殖三代 如果从一个细菌开始, 那它就会按以下数列倍增 : 照这样下去, 36h 以后, 它将完成 108 个世代, 细菌总数将达到 个 ( 图 4-4) 这么多细菌, 足可给地球表面铺上 33cm 厚的 细菌毯 再以繁殖较慢的鸟类来说, 一对野鸭一年能繁殖 8 只雏鸭, 假如其后代发育成熟后都能按这个繁殖率繁殖后代, 那么,16 年以后这一对野鸭的后代就会超过 74 稳态与环境

79 图源原源 细菌 700 个体数 O 时间 (min) 细菌每 20min 分裂一次时的指数增长曲线渊野 J 冶形曲线冤 3000 亿只, 约相当现今地球上所有鸟类数量的 3 倍 不难想象, 地球上哪怕只有一种生物按指数增长无限增长下去, 这种生物最终就会把其他生物从地球上排挤掉, 同时它自己也会走向毁灭 即使在有限时间内实现指数增长也常常会造成种群 爆炸 或 害虫猖獗 的毁灭性后果 逻辑斯谛增长 逻辑斯谛增长 (logistic growth) 是指在资源有限 空间有限和受到其他生物 制约条件下的种群增长方式, 其增长曲线很像英文字母 S, 又称 S 形增长曲线 ( 图 4-5) 种群的逻辑斯谛增长总是会受到环境容纳量 (K) 的限制 环境容纳量 是指在长时期内环境所能维持的种群最大数量 由于种群数量高于 K 时便下降, 低于 K 时便上升, 所以 K 值就是种群在该环境中的稳定平衡密度 逻辑斯谛增长的特点是 : 种群起始呈加速增长,K/2 时增长最快, 此后便开始减速增长, 到 K 值时便停止增长或在 K 值上下波动 例如, 大约在 1800 年, 人们把绵羊种群引入到塔斯马尼亚岛, 在此后的 60 年间, 绵羊种群的确是按照 S 形曲线增长的, 直到 1860 年才稳定在 170 万头左右, 这就是塔斯马尼亚岛长期所能养 第四章种群 75

80 活的绵羊的最大数量 从 1860 年以后, 岛上绵羊的数量基本上保持在环境容纳量 的水平上, 只因气候的改变发生过一些小的波动 图源原缘 种群的逻辑斯谛增长曲线渊野杂冶形曲线冤 在实验室内把黄猩猩果蝇 (Drosophila melanogaster) 饲养在瓶内并喂食酵母菌, 其种群增长也表现出一种典型的逻辑斯谛曲线 ( 图 4-6) 果蝇数量 动物头 300 数 K K 2 O 年 K= 月 11 月日期 图源原 6 黄猩猩果蝇在人工饲养条件下的逻辑斯谛增长 76 稳态与环境

81 小资料 海洋鱼类的最大捕获量 要想既保证海洋鱼类资源的更新能力不受到 根据逻辑斯谛增长曲线 破坏 又能获得最大捕鱼量 应让捕捞鱼类的数量保持在K/2值 此时种群 出 版 社 的增长量最大 思考与练习 一尧 选择题 死亡数量与种群 研究了下图 该图表示了生殖数量 1. 在决定鲸的捕捞量时 技 术 大小的关系 图中哪条线表示生殖的数量 P点代表什么 A. 曲线1表示生殖数量 P代表各种群的 最大数量 最大数量 速 率 学 B. 曲线2代表生殖数量 P代表各种群的 1 2 量 科 C. 曲线1代表生殖数量 P代表环境容纳 D. 曲线2代表生殖数量 P代表环境容纳量 种群数量 江 哪个是错误的 2. 下列有关一个地域的环境容纳量的各个说法 P A. 一个地域的环境容纳量是由其有效资源决定的 浙 B. 当一个种群数量超过了其生存地域的环境容纳量时 种群数量会下 降 C. 环境容纳量会根据环境条件的改变而变化 每部分的环境容纳量都是一样的 D. 在该地域中 二尧 简答题 大约每天能增长1.47豫 所以当家鼠在住房 由于家鼠种群的增长率高 内活动猖獗时 安放捕鼠夹的捕杀方法不能从根本上解决问题 试用本节 所学的知识分析这种观点 最好的方法是什么 第四 章 种 群 77

82 第三节种群的数量波动及调节 本节要点种群数量波动外源性调节因素内源性调节因素 种群的非周期波动与周期波动 种群是一个动态系统, 种群中的个体数量是随 时间而变化的, 这就是所谓的种群数量波动, 它是 由出生率和死亡率的变动以及环境条件的改变引 起的 环境容纳量只代表种群数量的一个平均值, 实际的种群数量在这个平均值的上下波动, 波动幅度有大有小, 可以是周期波动, 也可以是非周期波动 大多数种群的数量波动, 是非周期波动, 如欧洲灰鹭在 1928 耀 1977 年的 50 年间, 因气候原因而表现为非周期波动 ( 图 4-7) 东亚飞蝗在我国有上千年的数量变动记录, 也随气候变化而表现为非周期波动 生殖鸟对数 寒冬 寒冬寒冬连续暖冬 1928 耀 1977 但有少数物种的种群数量波动表现出明显的周期性 严格说来, 任何波动只要在两个波峰之间相隔的时间相等就可称之为周期波动 周期波动的典型代表 平均 年份图源原 ~1977 年欧洲灰鹭种群的数量波动 78 稳态与环境

83 每公顷旅鼠数 O 年份 图源原愿 旅鼠种群的数量波动渊每猿耀源年一个周期冤 是北极旅鼠, 每隔 3 耀 4 年出现一次数量高峰 ( 图 4-8), 波动原因主要是由于食料植 物因旅鼠取食而发生周期性短缺 我国伊春林区的棕背 也是每三年出现一次 种群数量高峰, 这种三年周期与通常所说的 四年两头熟 的红松球果产量有关 另一个典型代表是雪兔和猞猁, 从 1840 耀 1940 年的 100 年间, 这两种动物极明显地 表现为每隔 9 耀 10 年出现一次数量高峰 ( 图 4-9), 原因涉及食料植物 植食动物和 肉食动物三者之间的数量互动关系 种群的周期波动现象主要发生在比较单调 的高纬度环境中, 如北方针叶林和苔原地带 猞猁数量( 伊 1000 ) 猞猁 雪兔 雪 140 兔 120 数 100 量( ) 20 年份 伊 1000 图源原 9 雪兔和猞猁在员园园年间的种群数量波动渊每 9 耀员园年一个周期冤 自然界任何生物的种群数量都不可能永远上升, 也不可能永远下降, 总是围 绕着种群的平衡密度上下波动 那么, 是什么因素使种群数量达到高峰时下降, 第四章种群 79

84 又是什么因素使种群数量落入低谷时回升呢? 总的来说, 能够调节种群数量的有 外源性因素和内源性因素两大类 前者包括气候 食物 疾病 寄生和捕食等, 后者则包括行为调节和内分泌调节 种群数量的外源性调节因素 气候是对种群影响最强烈的外源性因素, 特别是极端的温度和湿度 例如, 连续几天的 38 益高温, 常可以引起蚜虫种群数量的急剧下降, 沙漠地区啮齿动物和鸟类的种群数量总是与降雨量有着直接的关系 此外, 食物也是调节种群数量的重要因素, 在食物不足时, 种群内部必然会发生激烈竞争, 使很多个体不能存活或不能生殖 如在雪兔数量很少的年份, 长耳只有 20 豫的孵窝率, 但在雪兔数量最多的年份,100 豫的长耳都能孵窝 病源物和寄生物的致病力和传播速度是随着种群密度的增加而增加的, 种群密度越大, 抑制增长的作用力也就越强, 因此对种群数量调节起着重要作用 捕食也能把种群密度压制在一个低水平上 在生物防治上, 曾有很多利用捕食动物控制害虫的成功事例, 如我国用七星瓢虫防治蚜虫和用灰喜鹊防治松毛虫等 种群数量的内源性调节因素 领域行为 (territory behavior) 对种群密度具有明显的调节作用 如鸟类在生殖季节常常独占并保卫一块领域, 在种群密度高的年份, 只有优势雄鸟才能占有领域, 而竞争力较弱的雄鸟则无领域可占, 因而失去繁殖后代的机会, 这样就可保证鸟类种群不致因繁殖过剩而过度消耗资源 但是, 在种群密度较小的年份, 全部雄鸟都能占有领域并繁殖后代, 使种群数量得以增长 啮齿动物在种群密度过大时, 会引起雌鼠排卵功能减退, 容易流产, 母鼠泌 乳过程受到抑制, 对仔鼠照顾不良, 行为反常, 好斗等 这些生理变化会使生殖力 下降 死亡率增加和迁出率上升, 因而导致种群数量迅速下降 这一切变化都是由于社会压力加大, 刺激中枢神经系统引发内分泌失调的结果, 所以就叫内分泌调节 80 稳态与环境

85 思考与练习一尧选择题 1. 下列各备选项目中, 哪项与种群数量的变化不直接相关?( ) A. 气候 B. 出生率 C. 分布型 D. 食物 2. 下面哪种因素对种群数量的调节有影响?( ) A. 捕食 B. 领域行为 C. 寄生 D. 气候 E. 以上均有影响 二尧简答题举例说明种群的非周期波动与周期波动 本章小结 种群是指一定空间内同种生物个体的总和 种群的很多特征是个体特征的统计值, 如出生率与死亡率 性比率 年龄结构等, 还有一些特征是种群所特有的, 如密度 分布型和数量动态等 对动物种群密度的调查常用标志重捕法 指数增长曲线一般描述了理想状态下种群的数量变动特 点 逻辑斯谛增长曲线描述了在受资源 空间限制和其他生物制约条件下 种群数量变动的规律 种群数量通常在环境容纳量附近上下波动 大多数 种群呈非周期波动, 少数种群呈周期波动 能够调节种群数量的因素包括 气候 食物等外源性因素和领域行为 内分泌调节等内源性因素 第四章种群 81

86 群落渊 Community 冤是指在一定空间内所有生物种群的集合体袁它具有一定的结构尧一定的种类构成和一定的种间相互关系袁并在环境条件相似的地段可以重复出现遥组成群落的物种不是一种随意组合袁而是通过长期发展和自然选择保存下来的遥实际上袁群落就是各个物种适应环境和彼此相互适应过程的产物遥本章学习要点 1. 举例说出优势种的主要识别特征遥 2. 描述群落的结构特征遥 3. 阐明生态位和竞争排除原理遥 4. 举例说出群落的主要类型遥 5. 举例说明群落的演替遥

87 第一节群落的物种组成和优势种 本节要点物种丰度优势种 一个群落总是包括很多种动物 植物和微生 物, 因此我们在研究群落的时候, 首先应该识别组 成群落的各种生物并列出它们的名录, 这是测定群 落中物种丰度 (richness) 的最简单方法, 也是群落 调查的基本内容 群落中物种数目的多少称为物种丰度 群落中各种生物的数量是不一样的, 因此必须计算各种生物数量之间的比例, 也就是各个物种的相对数量 测定物种的相对数量和相对重要性可以采用多度 盖度和频度指标 多度是指调查者凭直觉把个体数量分为很多 多 尚多 少和稀少五个级别 盖度是指植物枝叶垂直投影所覆盖样方面积的百分数 频度是指含有某种生物的样方占样方总数的百分比 另外, 当观察一个群落的时候就会发现, 并不是组成群落的所有物种对决定群落的性质都起同等重要的作用 在几百种生物中可能只有很少的种类能够凭借自己的大小 数量和生产力对群落产生重大影响, 这些种类常被称为群落的优势种 (dominant species) 优势种具有高度的生态适应性, 它常常在很大程度上决定着群落内部的环境条件, 因而对其他种类的生存和生长有很大影响 优势种的主要识别特征是它们的个体数量多, 通常都会占有竞争优势, 并能 通过竞争来取得资源的优先占有地位 优势种也常在群落中占有持久不变的优 势, 例如, 在一个以山毛榉和槭树占优势的落叶林中, 不可能发生稀有物种转化 为优势种的事件 湖泊富营养化常常会改变浮游植物群落的优势状况, 湖泊的这种人为 施肥 对湖泊中的常见种一般不会产生太大影响, 却能使原来的稀有种数量很快增加, 直到发展为优势浮游植物为止 第五章群落 83

88 思考与练习 一尧 选择题 1. 描述群落中物种多样性的主要指标是 A. 物种的丰度 B. 物种的盖度 D. 物种所在的海拔高度和经纬度 社 C. 物种的频度 哪些是以一年生植物占优势的群落类型 2. 在下列四种群落类型中 B. 热带雨林 C. 荒漠半荒漠 出 版 A. 极地苔原 D. 常绿阔叶林 二尧 简答题 技 术 怎样识别一个群落中的优势种 学 第二节 植物的生长型和群落结构 植物的生长型与群落的结构有着密切的关系 科 本节要点 植物的生长型 才能更好地了解群 只有认识了植物的各种生长型 落的垂直结构 所以本节将从植物的生长型谈起 江 群落的垂直结构 植物的生长型 群落的水平结构 浙 群落的时间结构 任何陆地群落都是由几种不同生长型的植物 构成的 根据植物的外貌和形态结构可以把陆生植 物区分为下面六种主要的生长型 包括各种树木 乔木 3m以上的木本植物 灌木 3m以下的木本植物 藤本植物 木本攀缘植物 包括禾叶草本 阔叶草本和蕨类植物 草本植物 没有多年生的木质茎 84 稳态与 环 境

89 附生植物 : 完全依附在其他植物体上的植物 地表植物 : 包括地衣 苔藓等低等植物 不同生长型反映着植物所处的不同环境条件, 而相似的环境条件通过生物的趋同进化, 又能产生相似的生长型, 如在各大洲许多不同科的植物中, 都能看到沙漠植物的形态适应 群落的垂直结构 苔藓 草本植物 灌木和乔木等不同生长型的植物, 自下而上分别配置在群落的不同高度上, 形成了群落的层次性或垂直结构 在一个发育良好的森林中, 从树冠到地面可以看到有树冠层 下木层 ( 矮树 ) 灌木层 草本层和地表层( 苔藓 地衣 )( 图 5-1), 其中树冠层对群落影响最大 如果树冠层比较稀疏, 就会有更多的阳光照射到森林的下层, 因此下木层和灌木层就会发育得更好 一般说来, 群落的层次性越明显 分层越多, 群落中的动物种类也就越多 在群落垂直结构的每一个层次上, 都有各自所特有的动物栖息, 大多数动物都只限于在 1 耀 2 个层次上活动 图 5 原 1 一个热带雨林群落的垂直结构示意图 第五章群落 85