渗透调节(渗透调节)
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更新时间:2023-05-23
渗透调节
基本信息
中文名 | 渗透调节 |
外文名 | osmotic adjustment或osmoregulation |
影响 | 维持无机离子的适当浓度 |
渗透调节物质 | 无机离子,有机溶质 |
性状特征
意义
维持无机离子的适当浓度,维持适当的水含量,维持一定的渗透浓度,清除代谢终产物,清除异物及其代谢产物。
渗透调节(osmoregulation, osmotic regulation )
动物体内的渗透浓度,通过调节总是或多或少保持着一定的值。淡水原生动物的收缩胞能进行渗透调节;但在多细胞动物,其体内的介质体液可直接参与渗透调节。一般地说淡水动物,其外部渗透压(△e)要比内部渗透压(△i)低,水通过渗透作用而进入,而盐则相反地渗出外部。
(1)体表时渗透性最大限度地变小,以限制水的渗入;
(3)从体表的一部分(例如蝲蛄和淡水鱼的鳃、蛙的皮肤)自动摄取盐类,使内部介质的渗透压保持正常值(冰点下降度△=0.2—0.8℃)。
此时生物体内有
(1)与脱水相反,饮入海水时,一价离子与水同时被肠壁所吸收;
(2)尿量少,渗透浓度与血液的接近,由肠吸收的部分二价离子由尿排出;
以空气为外部介质的陆生动物(△i=0.5—0.8),其防止因蒸发而失水的机构很发达。脊椎动物和昆虫,都具有防水的皮肤,同时,排泄器官(肾小管、马耳皮基氏管)对水和盐的再吸收可减少水、盐的排出。脊椎动物,抗利尿素(ADH)促进体内保水,而盐皮质类固醇(醛固酮)促进体内保Na+。
一般在作为变渗透动物的海产无脊椎动物中,有的沿岸性的甲壳类,由于可从鳃吸收盐而获得等渗透性,耐受稀释海水中的生活,成为广盐性生物。在植物,当水分吸收困难时,其细胞液变浓,增加渗透价,提高吸水力。另外,在淀粉酵解成糖时,出现水溶性物质的极速增加(增张现象)。相反,细胞吸收多量水分时,具有渗透性作用的物质,通过化学变化而有减少(减张现象)的倾向。
水生动物调节
鱼类调节
海洋动物
海洋无脊椎动物的体液大多和海水等渗,因此,一般说来,它们不存在水盐平衡的问题。海生的变形虫没有伸缩泡,淡水变形虫有伸缩泡,就是因为海生变形虫是生活在等渗液中,其代谢废物可从体表排出,不需要伸缩泡来调节细胞的含水量。
如果海洋的无脊椎动物进入盐分较低的水域如河口地区或淡水河流、湖泊中。很多海洋无脊椎动物不可能生活在这样的环境中,如果进入这种环境,体液中的盐分逐渐减少,直至体液和体外液体达到平衡,但其细胞不能适应如此大变的液体环境,会很快死亡。一种蜘蛛蟹就是如此。这样的例子是不胜枚举的。
有些海洋动物能生活在低渗溶液中,即盐度为0.5‰~30‰的溶液中(海水为35‰)。如生活在近海沿岸的一种蟹,在海水中,体液和海水等渗、进入沿岸盐分较低的半咸水区域,体液仍能保持较高的渗透压,这是由于其鳃有调节体液盐分浓度的作用。在半咸水环境中,它们的排泄器官(触角腺,又称绿腺)将渗入的过多的水排出体外。
但由于排泄器官的机能还没有发生适应于半咸水环境的变化,因而排泄的尿总是和血液等渗。因此,排泄的结果,过剩的水被排除了,同时却失去了体液中的盐分。这就需要另外的机制来保持渗透压的平衡。鳃将半咸水中的盐分逆浓度梯度地(主动转运)吸收,转移到血液中,使体液盐分得到补偿,渗透压不致大降。
与此同时,蟹细胞内的渗透压也适应于半咸水环境而有所下降;细胞中Na+和Cl-的浓度都在降低;一些氨基酸,如甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸和丙氨酸等的浓度也都降低,而含氮废物的排泄量却有所增加,这说明在低渗溶液中,氨基酸的分解加快了。
由此可见,蟹适应低盐分水域的方法是“双管齐下”,一方面通过盐分的回收而使体液渗透压提高,另一方面通过Na+、Cl-等离子的排出和氨基酸的分解而使细胞内的渗透压适当降低,从而使体液和细胞的渗透压达到平衡。淡水动物大多起源于海洋动物,所以海洋动物对半咸水和淡水环境的适应可以说是进入淡水的基础。
有些海洋动物,如牡蛎、蛤等,当海水变为低渗时,如河口地区,只是被动地关闭外壳,使外界的水不能流入。这虽也是一种适应,不涉及动物结构和生理机能上的变化,和潜水时闭气很相似,是一时权宜的方法,在进化上没有什么意义。
海洋鱼类和海洋无脊椎动物不同。海洋的硬骨鱼来自生活于淡水中的祖先,它们还保留着祖先的一些特征。它们的体液和海水比起来是低渗的,但在海水中生活,随时都在失水,因而随时都在增加体液中盐分的浓度。对于这些困难,它们是如何克服的呢?
第一,全身都盖有鳞片,可减少水从体表渗出;
第二,不断饮入海水,同时鳃上有一些特化的细胞,能主动排出高浓度的盐分;
鲨和硬骨鱼一样,可能也是从淡水祖先发展来的,它们的水盐平衡机制也很特殊。血液中盐类的含量和海洋硬骨鱼相似,但血中尿素含量高。它们把没有什么毒性的尿素保存在血液中,这样就使体液的渗透浓度稍稍高于海水,因而不存在失水的问题。鲨血中还有另一种含氮废物,即三甲基胺(TMAO),有减少尿素毒性的作用。此外,它们的直肠还有排除过多盐类的功能。
淡水动物
淡水鱼来自海洋生活的祖先。它们的体液浓度低于海水,高于淡水,和细胞内的渗透压相同(表),在淡水中生活必须有阻止淡水大量渗入体内和体内盐分大量散失的机制。淡水鱼的体表有鳞片,可以部分地防止水从体表渗入。和海鱼相反,淡水鱼从不饮水,水只是从口流入,从鳃流出,而不进入消化管,这就有效地防止了过多的水渗入体液。淡水鱼的尿是高度稀释的,其含盐量远低于血液。此外,淡水鱼的鳃上有特化的细胞,它们的功能是通过主动转运从水中吸收盐类。有了这些机制,淡水鱼就完全能适应淡水环境了。海水和淡水动物血液中离子浓度/(mmol·L-1)