第二章 生物的新陈代谢

第二章 生物的新陈代谢
生物体与外界环境之间物质和能量的交换，以及生物体内物质和能量的转变过程，叫做新陈代谢。新陈代谢过程就是生物体的自我更新过程。只有在这种不断地自我更新中，生命才得以维持。新陈代谢一旦停止，生命也就结束。所以，新陈代谢是生物的最重要，也是最基本的特征。
第一节 绿色植物的新陈代谢
在地球上，最高等的植物是绿色开花植物，也就是被子植物，下面以被子植物为例来介绍植物的新陈代谢。
一、根的结构与功能
(一)根的形态结构
每株植物根的总和叫做根系。根系可分为两大类，就是直根系和须根系。
从根的顶端到生长根毛的一段，叫做根尖。根尖由四部分构成。
(1)根冠 位于根尖的顶端，有一群体积较大的细胞，排列不整齐，就像一顶帽子套在生长点的外面，它具有保护根尖的作用。
(2)生长点 被根冠包围着的一群体积很小，近似方形，细胞壁薄，细胞核大，见不到液泡，排列紧密，具有很强分裂能力的细胞。
(3)伸长区 生长点上部的细胞，逐渐停止分裂，开始迅速伸长，这部分细胞构成伸长区。伸长区是根生长最快的地方，对水和无机盐有一定的吸收能力。
(4)根毛区 在伸长区的上部，细胞已经停止生长，表皮细胞的一部分向外突出呈细毛状，叫做根毛。这部分为根毛区，是根吸收水和无机盐的主要部位。
根毛区的上部，直到茎的基部，这部分根的细胞有了明显的分化。其中有些细胞的细胞质和细胞核都消失了，这些细胞上下连接，中间的横壁消失，形成了中空的长管，叫做导管。根中的导管与茎的导管是相通连的。根吸收的水和无机盐就是通过导管输送到茎、叶等器官。
据统计，玉米根毛区的表皮，每平方毫米大约有400多条根毛，这就使表皮细胞的吸收面积大大增加。在移植植物时，纤细的根毛和幼根最易损伤或折断，使吸收功能大大降低，所以新移栽的幼苗往往出现萎蔫现象，要等生出新根和根毛才会逐渐复原。因此，要尽量多带些土进行移栽，保留更多的幼根和根毛，幼苗才易成活。
根尖的各部分不是固定不变的，而是按着原来的顺序向前推进生长的。根冠外部的细胞受到磨损破坏以后，由靠近生长点的根冠细胞进行分裂来补充。生长点的细胞不停地分裂，其上部的细胞先停止分裂，再不断伸长，形成伸长区，于是把生长点和根冠向土壤的深层推进。原来的伸长区表皮细胞长出根毛、内部细胞分化出导管，就发展变化成了根毛区。原来的根毛区，或者说现在的根毛区以上部分，根毛脱落，失去吸水功能，但

加强了输导作用。随着根的生长，根系不停地扩展，植物的地下部分往往比地上部分占有更大的空间。
(二)根的功能
根具有固着作用，但最重要的还是从土壤中吸收水和无机盐。
1．根对水的吸收
根毛吸收水的过程为一种渗透作用，它是扩散作用的一种特殊形式，即溶剂分子通过半透膜的扩散。

如图1-2-1所示，是用长颈漏斗所做的一个简单的渗透计。装置做好后，用不了多少时间就可以看到漏斗内液面开始上升，并且升到一定高度就不再上升了。产生这种现象的原因是由于半透膜只能让水分子自由通过，而蔗糖分子不能通过，单位时间内经过半透膜进入漏斗内的水分子多于由漏斗内向外渗出的水分子，漏斗内水柱上升，当上升到一定高度，漏斗内液柱向下的静水压刚好等于水分子向内扩散而产生的压力时，水柱就停止上升。
水分子之所以能从杯中向漏斗内渗透，主要是由于半透膜的两Δψ中(水势ψ即是每摩尔水分子的自由能，在这里表现为它能通过半透膜移动做功的能力)。因为膜的一侧是清水，另一侧是溶液，溶液的水势比清水的水势低。在一个大气压下，清水的水势为零，溶液的水势为负，所以水分子就沿着这一水势陡度扩散到溶液中去，结果在渗透计中产生一种压力。随着水分子不断向渗透计内扩散，这种压力也逐渐增加，水势也不断增大，直到半透膜两侧水势相等时为止。当半透膜两侧水势相等时，水势差为零，水分子出入半透膜的数量达到动态平衡，渗透计的水柱不再上升。
上述装置的实验表明，溶液的水势可因压力的增大而增加，也可因加入溶质(如蔗糖)而下降。由于压力的存在而增加的水势称为压力势ψp(为正)，由于溶质的存在，比纯水降低的水势称做渗透势ψπ(为负)。对于一个溶液来说，水势是压力势和渗透势共同作用的结果。
ψ=ψp＋ψπ
一般成熟的植物细胞中央都有大型液泡，液泡膜与细胞膜以及其间的细胞质共同称做原生质层，相当于一个半透膜，外面的细胞壁是全透性膜。液泡内由于溶解有糖、有机酸、无机盐等，具有一定的渗透势。如果将植物细胞放在清水中，水分子就会不断进入液泡，引起细胞膨胀，对作为半透膜作用的原生质层和细胞壁产生一定的压力，使细胞的压力势不断增大，当细胞的压力势等于渗透势的时候，细胞的水势为零，水分子进出细胞的数量达到了动态平衡。
ψ细=ψp＋ψπ
若将此细胞放入浓溶液中，由于细胞液的渗透势低于外部溶液的渗透势，从液泡中出来的水分子多于进入液泡的水分子，液泡逐渐缩小，进而出现质壁分离现象。若

细胞外部溶液浓度还不致损伤细胞，再把这个发生了质壁分离的细胞移入清水中，此时细胞液的渗透势高于清水，水分子大量进入液泡，就可使质壁分离复原。
在通常情况下，土壤溶液的水势总是高于细胞液的水势，根毛吸水膨胀，使压力势增大，当细胞液的水势与土壤溶液的水势相等时，细胞停止吸水。而根内的细胞之间又存在一个水势的梯度，根毛的水势大于皮层细胞的水势，皮层细胞的水势又大于中柱细胞的水势，于是水总是经过皮层细胞进入木质部的导管。
2．根对矿质元素的吸收
矿质元素又叫灰分元素，是指植物燃烧后氧化物中的元素。主要是指除C、H、O以外，主要由根系从土壤中吸取的元素。其中最重要的是N、P、K等。这些矿质元素中，有些是组成植物体的成分，有些则具有调节植物生命活动的功能。如N是蛋白质和核酸的重要成分；P在能量转换、呼吸作用、光合作用等过程中起重要作用。ATP中的P是很重要的，高等植物新陈代谢旺盛的部位如芽、幼叶、根尖等都会有大量的K；S除了是一些蛋白质的成分外，还直接参与含S维生素、多种酶和辅酶的合成；Mg是叶绿素分子的重要成分；Fe、Zn、Mo、Cu都是酶的成分；Mn在酶系统中是一种活化剂等等。
这些重要的元素都是根从土壤中吸收的。根对矿质元素的吸收与对水的吸收没有直接关系，这是两个相对独立的过程。土壤中各种矿质元素的离子，大部分以吸附状态被土壤颗粒吸附，小部分以溶解状态存在于土壤溶液中。以上两种状态的离子可以互相转化，均可被根吸收。当根细胞紧紧地贴近土壤颗粒表面时，根细胞表面的H＋离子和HCO3-离子就可以分别与土壤颗粒表面的阳离子和阴离子直接进行交换吸附，叫做接触交换。但是更重要的还是根对土壤溶液中的离子的吸收。土壤溶液中相应离子大大减少时，就会有大量的土壤颗粒上的离子溶解到土壤溶液中来给与补充。根细胞通过有氧呼吸产生的CO2溶于水中形成H2CO3，再解离为H＋和HCO3-离子，吸附在根细胞表面。这些H＋离子和HCO3-离子可以分别与土壤溶液中的阳离子(如K＋、NH4＋)和阴离子(如NO3-)发生交换。这样，H＋离子和HCO3-离子就进入到土壤溶液中，而土壤溶液中的一些阳离子和阴离子则被吸附在根细胞的细胞表面上来，这就是交换吸附。
根细胞表面上的离子还要进一步通过主动运输，把所需要的离子转移到根细胞的内部。正因为主动运输过程中载体的不同，所以根对矿质元素离子才具有选择吸收作用。不同的植物或同一植物的不同发育时期对矿质元素离子都有不同的选择。
影响根对矿质元素吸收

的外界因素分述如下：
(1)氧气和水通过有氧呼吸，产生CO2，形成H2CO3，才有可能为交换吸附提供H＋离子和HCO3-离子；主动运输过程所需要的ATP也是来自呼吸作用。为作物中耕松土，可以促进矿质元素的吸收，就是这个道理。
无机盐必须溶解在水里才利于大量吸收，土壤干旱时施肥的效果不佳。人们通常用增加或降低土壤含水量来控制作物对矿质元素的吸收，从而达到控制植物生长的目的。大量施肥后，不及时浇水，无机盐浓度过高，土壤的水势大大降低，根细胞就会大量失水，影响植物的正常代谢。
(2)土壤温度土壤温度低，呼吸强度弱，不能提供足够的CO2和ATP，吸收效率就会下降；土壤温度低，根系生长缓慢，也会降低根的有效吸收面积。
(3)土壤pH值土壤pH值对细胞膜上载体的选择作用影响较大。一般在酸性条件下吸收阴离子较多，在碱性条件下吸收阳离子较多。土壤的pH值还能改变土壤中无机盐的溶解度，在碱性土壤里，Fe、P、Ca、Mg、Mo、Zn等易形成不溶性化合物，使植物降低了对这些元素的吸收。盐碱地的植物常因缺Mg和Fe而使植物叶片失绿。土壤pH值太低，Fe和Al等溶解过多而使植物中毒。一般作物如水稻、大豆、小麦、玉米等要求pH值在6～7。适于在酸性环境中生长的马铃薯、茶树要求pH值在5～5.4。而甜菜、甘蔗喜欢生长在碱性土壤。尤其是在温室用培养液栽培蔬菜时，不仅要考虑配制矿质元素齐全的培养液，而且要把培养液的pH值调到最适值。
二、茎的结构与功能
(一)双子叶植物茎的结构
把杨树枝横切成极薄的薄片，制成装片放在显微镜下观察，由外向内依次可看到：表皮、皮层、木栓层、韧皮部、形成层、木质部、髓和髓射线几部分。
韧皮部主要由筛管和韧皮纤维组成。筛管(图1-2-2)由许多管状细胞上下连接而成，其横壁上生有许多象筛孔一样的小孔，细胞质通过小孔彼此相通。根、茎、叶的筛管互相连接，是植物体输送有机养料的管道。


树皮以内的白色木质化部分，就是木质部。它主要由导管(图1-2-3)和木纤维构成，导管是输导水和无机盐的管道。
在韧皮部和木质部之间有一层具有分裂能力的细胞，叫做形成层。它向外分裂出新细胞形成新的韧皮部；向内分裂出新细胞形成新的木质部。因此，双子叶植物的茎可随植物年龄的增长而不断增粗。
韧皮部、形成层和木质部合起来构成植物的维管束，是茎的主要结构。
(二)单子叶植物茎的结构
在显微镜下观察玉米茎横切的装片，可以看到茎的表面有一层表皮，表皮里面有一圈机械组织，其内充满薄壁细胞，在薄

壁细胞之间分散分布着许多维管束，维管束由韧皮部和木质部构成，韧皮部与木质部之间没有形成层，所以单子叶植物茎长到一定程度后，就不再加粗，单子叶植物茎不可能随植物年龄的增长而无限加粗，这与双子叶植物不一样。
(三)茎的功能
(1)支撑 茎把叶片等展开在空中。
(2)输导 根吸收的水和无机盐通过导管向上输送；叶所制造的有机养料通过筛管向其他器官输送。
三、叶的结构与功能
(一)叶的结构
叶生长在茎的节上，正常叶一般是由叶片、叶柄和托叶组成。叶片是叶的主要部分。
把蚕豆叶片横切成极薄的薄片，制成装片在显微镜下观察，可见到叶是由表皮、叶肉和叶脉三部分构成。叶的上面和下面都有表皮，表皮细胞向外一面的细胞壁上都生有透明而不透水的角质层。表皮上生有由保卫细胞围成的气孔。气孔是空气和水进出叶片的门户，保卫细胞控制着气孔的开闭。
叶肉是上下表皮之间的组织。由于组胞的排列不同，可分为栅栏组织和海绵组织。叶肉细胞的壁很薄，细胞质中含有叶绿体。
在叶肉的组织中，可以看到许多成束的、不含叶绿体的组织，这就是叶脉。叶脉里有导管和筛管，它们是和根、茎的导管及筛管相通连着的，也起着输导作用。
(二)叶的功能
1．光合作用
地球上只有绿色植物，蓝藻和某些细菌才能捕获光能，用于自身的同化作用。地球上生物的生命活动中能量的根本来源是太阳光能，大部分生物没有直接利用光能的本领，只能利用绿色植物光合作用制造的有机物中储藏的能量。人类和动物的食物也都是直接或间接地来自光合作用所制造的有机物。所以，从物质转变和能量转化的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。另外，在光合作用过程中，吸收二氧化碳和放出氧气，使得大气中的氧气和二氧化碳的含量基本上保持恒定，对生物圈的生态平衡非常重要。
光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水合成储藏能量的有机物，并且释放出氧气的过程。总反应式如下：

光合作用是一系列十分复杂的氧化-还原反应。在这个过程中水被氧化，二氧化碳被还原，前者需要光，称为光反应，后者不需要光(或者说与光无直接关系)，称为暗反应。
人类对光合作用的认识也是有一个过程的。1771年，英国化学家普利斯特列(Joseph Priestley)发现，把薄荷枝条和燃着的蜡烛放在同一钟罩里，蜡烛不容易熄灭；把小鼠和植物放在同一钟罩里，小鼠也不易窒息死亡。因此他提出植物可以净化空气。1779年，荷兰人英格豪

茨(Jan Ingenhousz)进一步证实，绿色植物只有在日光下才能“净化”空气。1782年，瑞士的森尼别(Jean Senebier)用化学分析证明二氧化碳是光合作用所必需的，氧气是这个过程的产物。1804年，索苏尔(Saussare)证实了光合作用以二氧化碳和水为原料。1864年，萨克斯(Julius Sachs)发现只有在光照时，叶绿体中的淀粉粒才会增大，指出光合作用的产物是氧气和有机物，并写出公式：

1939年，英国人希尔(R．Hill)从磨碎的叶子中提取叶绿体，加上氧化剂铁离子等，照光后放出大量氧气：

这就是著名的希尔反应，其中B代表氧化剂。
1945年，美国人卡尔文(M．Calrin)用同位素示踪，并用纸层析法，经十多年推论出从二氧化碳被还原到蔗糖生成的中间步骤，确立了同化二氧化碳的碳循环途径，也就是人们常说的卡尔文循环。在1954年，美国人阿龙(D．L．Arnon)用叶绿体加上ADP和磷酸，照光后得到ATP，发现了光合磷酸化过程。六十年代后，由于固体物理和光化学迅速发展和渗透，对光合作用机理的探讨提出了许多新观点，使光合作用的研究深入到了量子水平。
高等植物的光合作用在叶绿体中进行，其中的类囊体的片层结构膜上含有多种色素和与光反应有关的酶，光反应就在这里发生，而叶绿体的基质是进行暗反应的地方。
叶绿体中所含色素有几十种之多，可分为两大类，叶绿素类和类胡萝卜素类。叶绿素类中最重要的是叶绿素a，它是一种卟啉化合物，其分子包括一个由四个吡咯环组成的大环中有一个Mg原子为“头部”，后面拖着一条20个碳原子的叶醇基的长“尾巴”，很像是一个蝌蚪。叶绿素b的分子结构与叶绿素a很相似，只是分子中的一个—CH3被—CHO所取代。类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，它们都是含有40个碳原子的化合物。叶绿素a能最有效地利用红光和蓝光，是光合作用中起主要作用的色素；叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素能吸收叶绿素a所不吸收的那部分光，从而提高了对光的利用率，所以也叫它们为辅助色素。
光是一种电磁波，并携带着一定的能量。光的能量辐射不是连续性的，是以光量子的形式进行辐射，光波的能量集中在光量子的内部，而且每种波长的光量子的能量是固定的。当叶绿素分子吸收光量子时，叶绿素分子中的一个电子从原来稳定状态的能级跳到一个较高的能级。这种现象称为激发，处于激发后状态的电子即称为激发态的电子，含有激发态电子的分子称为激发态分子。叶绿体的色素能吸收光，就是因为光可以使它们的分子处于激发态。只有那些量子能量等于某种色素上电子的激发态与稳定状态时的能量差的

波长的光才能被这种色素吸收。所以一种色素分子往往只能吸收某几种波长的光。这样就形成了各种色素分子特有的吸收光谱。
在测定某些生活状态下植物叶子的吸收光谱时，发现在长波区域内，叶绿素a有好几个吸收高峰。也就是说叶绿素a在叶绿体中有几中存在状态，而叶绿素b在活植物体内只有一种状态。实验证明，叶绿素a的各种状态并不都直接参加光化学反应，只有吸收光谱在波长700nm和680nm(P700和P680)的叶绿素才是光化学反应的作用中心分子。而其它叶绿素a和叶绿素b以及类胡萝卜素被称做“天线”色素。它们吸收光能后，将能量以共振方式传递给作用中心分子，P700的色素分子被光激发后，使一个电子的能量提高，这一高能电子经一系列的传递，一部分能量用于辅酶Ⅱ(NADP)，使它生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH2)；另一部分能量通过光合磷酸化作用，形成了ATP。P680的色素分子也被相应波长的光量子激发，释放出高能电子，它经过一系列电子传递体产生两个ATP分子，电子再传递到P700，填补了P700电子空位。而P680的电子空位，由水光解产生的电子填补，同时，水光解时还产生氧气和〔H〕。这一过程就是光合作用的光反应，光反应产生的氧气被释放，而另外两种产物ATP和NADPH2为光合作用的暗反应提供了物质基础。
空气中的CO2通过叶子的气孔进入气腔，然后沿着细胞间隙到达各个叶肉细胞。高等植物光合作用同化CO2的生化途径有C3途径(卡尔文循环)、C4途径等。其中最普遍的是C3途径：
(1)CO2的固定CO2一般是以HCO3-的形式进入叶绿体，在叶绿体的基质中，CO2在二磷酸核酮糖羧化酶的催化下，与二磷酸核酮糖(RUDP)结合，并立刻分解形成两分子磷酸甘油酸。水稻、大豆、小麦、烟草等均属这类C3植物。
(2)CO2的还原磷酸甘油酸依靠光反应产生的还原型辅酶Ⅱ(NADPH2)和ATP，把含能量较低的磷酸甘油酸还原为磷酸甘油醛(三碳糖)。在暗反应的此阶段就把光能转变成稳定的化学能了。两个磷酸甘油醛缩合成双磷酸果糖(六碳糖)，这些双磷酸果糖再经过一系列酶促反应，既可再生出二磷酸核酮糖，使CO2的固定和还原有可能继续下去。另一部分又可能参与葡萄糖的形成，转化成淀粉等。
光反应与暗反应的关系可概括为以下的图解：

C4途径是指CO2被固定后形成一个四碳化合物——草酰乙酸，CO2的接受体是磷酸烯醇式丙酮酸，催化这一反应的酶是磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶。羧化反应所产生的草酰乙酸则被NADPH2还原为苹果酸。玉米、高粱、甘蔗等都是C4植物。C4植物在CO2浓度很低的情况下，也能把CO2固定下来。
光、温度、二氧化

碳和水等环境因素都能影响光合作用。光照弱时光合作用减慢，光照逐步增强时光合作用随着加快。但是光照增加到一定程度，光合作用速度就不再增加。光的波长也影响光合作用速度，红光下光合作用最快，蓝光和紫光其次，绿光最差。光合作用需要多种酶的催化，特别是暗反应过程，为一系列酶促反应，受温度的影响最大，一般植物的光合作用的最适温度为25～30℃之间。CO2是光合作用的原料，大气中的CO2含量是0.03％，如果浓度提高到0.1％，产量可提高一倍左右，若浓度再提高，产量不会继续提高，如果浓度降低到0.005％，光合作用就不能正常进行。水既是光合作用的原料，又是体内各种生物化学过程的溶剂，水还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入叶片，所以水对光合作用也有很大影响。矿质元素对光合作用也有相当的影响，如缺少磷元素就会影响光合磷酸化的进行，缺少氮元素影响蛋白质的合成等。一般情况下，高等植物的光能利用率是0.5％～1％，采取合理的农业措施，有可能使作物的光能利用率提高到2％。
2．呼吸作用
呼吸作用是所有生物都具有的一项重要生命活动。在细胞内通过氧化分解有机物，释放能量以维持各种生理活动对能量的需求。
细胞呼吸作用的整个酶促反应途径可以分三个阶段，酵解、三羧酸循环和电子传递链。酵解是在细胞质的基质中进行，不需要氧气，将葡萄糖氧化成丙酮酸。在这个过程中，首先消耗2分子ATP，而后产生出4分子ATP，净得2分子ATP。另外，在有氧情况下，酵解中产生的2分子NADPH2通过电子传递系，与O2的反应中还可生成6分子ATP。这样就可以得到8分子ATP。在无氧条件下(在无氧呼吸过程中)，酵解中产生的2分子NADPH2将电子传递给丙酮酸(丙酮酸是氢的受体)，无论是产生乳酸还是乙醇，都不会再生成6分子ATP。所以在无氧呼吸中，每氧化1分子葡萄糖，只能得到2分子ATP。
在有氧条件下(在有氧呼吸过程中)，酵解产生的丙酮酸进入线粒体，在线粒体内加入到三羧酸循环(柠檬酸循环、TCA循环)和电子传递链，被彻底氧化成水和二氧化碳。所以准确地说，有氧呼吸是从丙酮酸加入三羧酸循环开始的。丙酮酸经三羧酸循环，由于脱氢作用共形成4分子NADPH2和1分子FADH2，当它们通过电子传递链，每个NADPH2可使3分子ADP转变为ATP，每个FADH2可使2分子ADP转变为ATP，加上1分子GTP相当于1分子ATP，所以总共得到15分子ATP。而每个葡萄糖分子产生2分子丙酮酸。所以在有氧呼吸过程中，每个葡萄糖分子，被彻底氧化为CO2和H2O后，共得到的ATP数应是酵解部分的8个加上三羧酸循环中的30个(15×2)，共计38个ATP

。在无氧呼吸过程中每个葡萄糖分子被氧化只能得到2分子ATP，相当于前者的1/19。
三羧酸循环也是脂肪、蛋白质和核酸等代谢最终氧化成CO2和H2O的重要途径。三羧酸循环过程中的中间产物又是细胞内物质转化的重要材料，可以合成细胞所需要的各种各样的有机物。细胞内的有氧呼吸过程可用图1-2-4表示。

氧化磷酸化是指在电子传递链上所发生的磷酸化作用。图中的〔H〕实际上就是NADPH2或FADH2，其中的电子被传递到氧时，同时发生ADP被磷酸化为ATP。
第二节 动物和人体的新陈代谢
动物必须直接或间接地以绿色植物为食，这是动物在新陈代谢方面不同于植物的一个显著特点。
单细胞原生动物生活在水中，可以直接与外界环境进行物质交换。高等多细胞动物，它们的身体是由亿万个细胞构成的，这样多的细胞又不能各自独立地与外界环境进行物质交换。高等多细胞动物，包括人类在内，它们的体内细胞只有通过内环境，才能与外界环境进行物质交换。

细胞与内环境间可以进行物质交换。组织液与血浆之间只隔着毛细血管壁，水和一切能够透过毛细管壁的物质，可以在两者之间互相交换，组织液还可以渗入毛细淋巴管，形成淋巴。这样，通过内环境，高等多细胞动物体内的细胞与外界环境之间就可以间接地进行物质交换了。消化系统、呼吸系统、循环系统和排泄系统是与新陈代谢有直接关系的四种系统。
一、消化系统及其功能
动物所摄取的食物中，除了水、无机盐和维生素以外，大都需要经过消化，把大分子的有机物水解为简单的小分子物质，才能被吸收。
如常见的淀粉、脂肪和蛋白质的消化：

(一)消化的方式
原生动物和海绵动物是先把食物吞入细胞内，再借助于酶，把食物消化。这种消化方式称做细胞内消化。草履虫口沟里的纤毛不停地摆动，使水里的食物(主要是细菌和单细胞藻类)由胞口和胞咽而进入细胞质，形成食物泡，食物泡外面虽然有膜结构包着，但也能很快与附近的溶酶体融合，其中的食物被溶酶体的各种水解酶消化，不能消化的食物残渣，由身体后侧的肛门点排出体外。可见全部消化过程是在细胞内完成的。人体的白细胞吞噬细菌，从实质上看，也相当于细胞内消化。
腔肠动物，如水螅的内胚层细胞，能进行细胞内消化，又能分泌消化酶到消化腔中去消化食物。后一种消化，因为是在细胞外进行的，所以叫做细胞外消化。扁形动物的涡虫，口内有一个肌肉质的咽，咽可以伸出口外吸住食物，并且分泌消化液将食物进行体外消化。然后，初步消化了的食物再由咽

吸到肠内，在肠内主要进行细胞内消化。涡虫的消化方式还是比较低等的。不能消化的食物残渣，仍由口排出体外，涡虫没有肛门。从线形动物开始，消化作用完全在消化管内进行，完全实行细胞外消化。消化管末端向外开口为肛门，不能消化的食物残渣由此排出。环节动物，如蚯蚓的消化管已具备肌肉层，加强了消化作用，提高了消化的效率。节肢动物出现了管外消化腺，分泌更多的消化酶，进一步提高了消化能力。
从消化方式的进化趋势上看，细胞外消化属高级形式，它不仅是可以利用大量的较大体积的食物，而且更重要的是扩大了食物的种类范围。但如果认为低等动物只进行细胞内消化，高等动物只进行细胞外消化，也是有些片面和绝对化。如蜘蛛和苍蝇就可以通过口器，把化酶送到食物内部或表面使之消化，再进行吸食或舐食。这应属消化管外的细胞外消化。当然它们主要进行消化管内的细胞外消化。而根霉这样的低等生物，也可以分泌淀粉酶，使淀粉水解(消化)，再被吸收。这多么类似涡虫的细胞外消化。就是人类也还有白细胞进行着类似细胞内消化的防御功能。
(二)脊椎动物的消化系统
脊椎动物的消化系统分化程度很高，可分为消化管和消化腺两大部分。
1．消化管
消化管一般分为口腔，咽、食道、胃、肠和肛门。
绝大多数的脊椎动物，口都具有活动的上下颌，可以灵活捕捉食物。鱼类、两栖类和爬行类具有小而尖锐的牙齿，牙齿的结构比较简单，其作用仅限于咬住食物不至脱落，并把食物囫囵吞下，牙齿无咀嚼作用。哺乳动物的牙齿，无论形态还是结构都最为复杂，其特点是具有异形齿的分化，通常分为门齿、犬齿和臼齿。功能上各有不同的分工，门齿切断食物，犬齿具有撕裂功能、臼齿能把食物磨碎等。脊椎动物的牙齿，就其形成的过程和结构来说，同软骨鱼类，如鲨鱼的瞭鳞基本上一样，在胚胎发育过程中来自上皮组织。所以牙齿也是皮肤的一种衍生物。
口腔的后端是咽，咽是食物进入食道、空气入气管或水流入鳃的共同通道。
咽后是食道，食物经此入胃。鸟类的食道有一膨大部分叫做嗉囊，有储存和湿润软化食物的作用。鸽在育雏时，嗉囊中能分泌鸽乳，用以喂饲幼鸽。
胃是消化道最膨大的部分，前端与食道相接处叫贲门，后端以幽门与肠相接。胃不仅贮存食物，并能对食物进行初步的消化。如人的胃可以使部分蛋白质水解为多肽，还能吸收部分的水、无机盐和酒精等。鸟类的胃分为两部分，肌肉组织集中在后部，形成肌胃。而前部胃壁软而薄，有发达的

消化腺，叫腺胃。食物在腺胃内受到了消化液的作用，然后进入肌胃，肌胃中常有砂粒等硬物，能将较坚硬的食物磨碎，尤其谷食性鸟类的肌胃特别发达。
哺乳类中，肉食性与杂食性动物的胃呈简单的囊状，叫做单胃。草食性动物中反刍类的胃不仅容积大，而且又分为几个部分，叫做复胃。牛具有典型的复胃，可依次分为瘤胃，蜂巢胃、重瓣胃和皱胃四部。皱胃是真正的胃，有丰富的腺体，其余三部是食道下端膨大所形成的。牛能吞下大量草料，不经细嚼而暂时贮存于瘤胃中，在瘤胃中有许多与牛成共生关系的细菌和纤毛虫，它们可以通过发酵分解纤维素，而哺乳动物本身没有消化水解纤维素的酶。这部分草料发酵后又逐渐分批返回口中细细的咀嚼，并掺入唾液，这就是反刍。马、兔等是没有反刍胃的草食性动物，往往以粗大的盲肠利用共生的微生物消化分解纤维素，产生大量葡萄糖。
胃后为肠，一般包括小肠(十二指肠、空肠和回肠)、大肠(盲肠、结肠和直肠)，最后是肛门。
小肠是消化和吸收的主要场所(图1-2-5)，成人的小肠约5～6米，是消化道中最长的部分，为食物的消化吸收提供充足的时间和空间。十二指肠部分有胆总管和胰管的共同开口，肝和胰分泌的消化液由此进入小肠。小肠的肠腺分泌肠液，含多种消化酶。小肠的蠕动，对食糜起着搅拌和推动的作用，又可以使酶和食物充分接触，这些都是与消化功能相适应的。小肠具有很大的吸收面积。这不仅是因为小肠长，而且在小肠的内壁(特别是空肠部分)有许多环形皱襞，皱襞上还有许多指状突起，叫小肠绒毛。在电子显微镜下又可见到小肠绒毛的柱状上皮细胞朝向肠腔一面的细胞膜上长有一千多条微绒毛。因此，人的小肠腔内的总吸收面积可达200米2，接近一个篮球场的大小。小肠绒毛内又有丰富的毛细血管和毛细淋巴管。

小肠绒毛上皮细胞吸收营养物质中的一部分，如水、甘油和胆固醇等，是通过自由扩散作用吸收的；另一部分，如K＋、Na＋、葡萄糖和氨基酸等，是通过主动运输来吸收的。吸收的物质中，除一部分脂类物质被吸收到小肠绒毛的毛细淋巴管内，由淋巴循环再进入血液循环外，其余的营养物质全部被吸收到小肠绒毛内的毛细血管中，直接进入血液循环。
小肠通向大肠的部位有回盲瓣控制着物质流动的方向，大肠基本上无消化作用，只吸收水、无机盐，部分维生素和少量剩余营养物质。大肠中的食物残渣内有庞大的细菌种群在繁殖着，主要是无害的大肠杆菌，其数量之多可达粪便干重的15％左右。这些细菌可以为人类合成一些有益的

维生素，又可抑制有害细菌的滋生。有人由于大量使用广谱抗菌素，造成菌群失调，大肠杆菌被消灭，使有害细菌在大肠内繁殖起来，就会长期发烧，甚至出现中毒症状。
2．消化腺
在消化道内除了无数散在腺细胞和相当于组织水平的小消化腺(仅由腺上皮细胞组成)外，还有器官水平的腺体，如口腔的三对大唾液腺(腮腺、颌下腺和舌下腺)结构比较复杂，腺体表面有结缔组织膜，腺实质又分成许多小叶，小叶间结缔组织中含有血管、神经、淋巴管及导管等，分泌部也叫腺泡，由单层上皮细胞组成；排泄部由各级分支的导管组成，是分泌物排出的通道。唾液主要有湿润和清洁口腔，稀释有害物质，抑制细菌繁殖，并含有少量淀粉酶可水解一部分淀粉为麦芽糖等作用。
在脊椎动物体内还有两个最大的管外消化腺——肝脏和胰腺。
肝脏对于动物体内蛋白质、糖类、脂类等的代谢有重要意义。它分泌的胆汁可乳化脂肪，利于脂肪的消化。肝脏有病常会引起胆汁分泌减少，影响脂肪的消化，因而病人怕吃油腻食物。体内的物质转化大部分在肝脏内进行，如葡萄糖转化为肝糖元在此贮存；由肠道吸收进入血液的氨是有毒的，在肝脏内可通过鸟氨酸循环的特殊酶系合成毒性较小的尿素以解氨毒；肝细胞中有大量谷丙转氨酶，在它的催化下，可将谷氨酸上的氨基转移给丙酮酸生成动物所需要的丙氨酸；肝脏还能贮存维生素A、D、K、B12等；由于肝脏的代谢活动非常旺盛，人体在安静时约有三分之一的热量产自肝脏。由以上几个例子中，足以说明肝脏的重要性，它的功能不可能由其它组织器官全部代偿。
胰腺的外分泌部可分泌多种消化酶，是重要的消化腺。胰腺的内分泌部是胰岛，可分泌胰岛素和胰高血糖素，调节糖类的代谢。
3．糖类、脂肪和蛋白质的代谢过程


二、循环系统及其功能
高等动物通过循环系统对营养物质、氧气和代谢废物的运输，维持内环境的稳定；血液中的白细胞和抗体，在抵抗疾病方面有重要作用；在调节新陈代谢方面起重要作用的激素也要通过血液运输；此外，循环系统在调节体温等方面也有着重要作用。
在单细胞原生动物和低等的无脊椎动物如水螅、涡虫等，由于机体结构简单，消化后的营养物质可经渗透和扩散等作用送到身体各处，氧的吸收以及代谢废物的排除可由体表直接与外界环境来进行，所以它们没有专门的循环器官。
纽形动物具有了原始的循环系统，纽虫的循环系统是“闭管式”的，通常包括背血管和两侧血管，这三条血管前后都是相连的，它们又分枝构成“微

血管”网。血液只在血管内流动，除少数种类有血红素外，一般纽虫的血液是无色的，借体表与周围的水交换气体。血液流动的动力依赖于身体的运动。环节动物如蚯蚓，循环系统就复杂多了，这与环节动物产生了真体腔有密切关系。蚯蚓的主要血管有背血管，腹血管和神经下血管。在身体前部有成对的动脉弧(“心脏”)连接着背血管和腹血管。每条大血管都分出许多小血管，小血管再多次分枝，成为毛细血管分布于体壁、肠壁和全身各部。背血管和动脉弧的收缩和扩张是血液流动的主要动力。环节动物是比较典型的“闭管式循环”。血液始终在血管内流动，没有离开血管到组织间的空隙中去。环节动物的血浆中具有血色素，能携带氧，而血细胞是无色的，通过体表与外界进行气体交换。
软体动物的河蚌，由于真体腔不发达，微血管和一部分动脉及静脉扩大，且没有了管壁包围，便形成了组织之间不规则的空隙，叫做血窦。血流的途径可概括为：
心脏→动脉→血窦→静脉→心脏
这种循环方式叫“开管式循环”。另外，节肢动物也是开管式循环。开管式循环的效率比闭管式循环效率低，对于体大而行动敏捷的动物是不合适的，像软体动物中的头足类如乌贼、柔鱼等的循环系统又是闭管式。
脊椎动物的循环系统中都具的明显的心脏，成为更高级的闭管式循环。由于心脏的存在，加强了血液循环，新陈代谢旺盛，提高了动物的适应机能。鱼类的心脏只有一个心房和一个心室。心脏内的血液完全是静脉血，心室把这种血液向前送到鳃进行气体交换变成动脉血，再经背部的大动脉及其分枝把动脉血送到身体各处，经过气体交换，动脉血变成静脉血，由静脉再流回心脏。这种血液循环只有一条途径，所以叫做单循环。
从两栖类开始，两栖类的成体和陆生脊椎动物的血液循环具有肺循环和体循环两条途径，叫做双循环。两栖类和爬行类的血液循环，属于不完全的双循环类型，是单循环到双循环的过渡类型。两栖类的心脏，心房虽已分为两个，右心房接纳静脉血，左心房接纳动脉血。但心室仍只有一个。爬行类的心室只是具有一个不完整的隔膜。所以这两类动物心室射出的血液为混合血，运输氧的效率不高。它们的代谢水平也较低。
鸟类和哺乳类动物以及人类，血液循环属于完全的双循环类型。心脏分为四腔，进入右心房和右心室的是静脉血，经肺动脉到肺部进行气体交换，变成动脉血流回左心房和左心室，再经主动脉及其分支流到全身各部，在组织内经气体交换变成静脉血，再由静脉流回右心房。两种血液不在心室

混合，输送氧气的效率大大提高。新陈代谢旺盛，这是鸟类和哺乳类具有较高而恒定体温的重要条件。
淋巴系统一般包括淋巴、淋巴管、淋巴结和其他淋巴器官(如扁桃体和脾等)。最大的淋巴器官是脾，是重要的造血器官；脾内还含有大量的巨噬细胞，能吞噬衰老的血细胞，也能吞噬异物；牌也有一定的贮血功能。毛细淋巴管是最小的淋巴管，分布于各组织间，其末梢为盲端，可收集组织液渗入管内，形成淋巴液。毛细淋巴管汇集成较大的淋巴管。在羊膜动物(爬行类、鸟类和哺乳类)，最后汇合成胸导管和右淋巴导管，与颈部或锁骨下面的大静脉相连，淋巴从这里入血液。
淋巴结大都集中于颈部、肠系膜、腋窝和腹股沟等处，与淋巴管连接。除能产生淋巴细胞以外，还具有吞噬体内细菌和异物的作用，并能产生抗体和中和毒素等。
三、呼吸系统及其功能
高等多细胞动物，如哺乳动物等，必须通过呼吸系统和循环系统才能进行气体交换。
通过呼吸运动和血液循环，肺泡内的空气与肺泡壁上的毛细血管内的静脉血之间进行气体交换，把静脉血变成动脉血。肺泡内的气体交换，实际上就是机体从外界环境吸入氧和向外界排出二氧化碳的过程，这个过程叫做外呼吸。肺部血管中的动脉血通过血液循环，把氧输送到各种组织，组织内的细胞与组织液之间就可以不断地进行气体交换。组织细胞吸入氧，排出二氧化碳。组织里的气体交换实际上就是机体内的全部细胞从内环境吸入氧和排出二氧化碳以及氧在细胞内的利用的过程，这个过程叫做内呼吸。绝大多数动物都生活在有氧气的环境中，进行有氧呼吸，少数营体内寄生的种类，如蛔虫等，生活于缺氧环境中，只能进行无氧呼吸。
从原生动物到线形动物，身体结构简单，可以直接用体表的细胞与外界环境进行气体交换，没有专门呼吸器官。
较高等的无脊椎动物已具有呼吸器官，往往是表皮的一部分转变而来。这部分表皮的面积必须扩大，或向外突出，如水生甲壳动物和软体动物的鳃；或向内凹陷，如陆生昆虫的气管。这些气管将空气直接带到组织中去进行气体交换，因此无须循环系统来携带。气管是外胚层内陷而成的，其陷入处形成了气门。气门有活瓣，可以自由开闭。基本上昆虫的每个体节有气门一对(一般都少于体节数)。与气门相连的是气管，其内壁的外骨胳加厚形成螺旋状，借以支撑气管。气管一再分枝，最后形成许许多多的微气管，分散在各部分组织中。此外，昆虫的气管还可以连接成气囊，气囊壁很薄，容易张缩，可以储藏较多的空气，以增加飞

行时对氧的补给，并能增加其在空气中的浮力。有肌肉控制气囊的张缩，调节空气进出气管。水生昆虫，体壁上有薄片状或丝状突起，内含气管，以便在水中进行气体交换，这就是气管鳃。脊椎动物的呼吸结构都是由消化管的前端发展变化而成，如水生脊椎动物的鳃，陆生脊椎动物的肺。水生的哺乳动物如白鳍豚、鲸等。虽终生在水中生活，但仍保留了陆生祖先的肺，用肺呼吸。
鳃位于咽部，发生于咽部的鳃裂。鳃裂的前后壁表皮形成许多水平皱褶，称为鳃丝，组成鳃瓣，里面充满毛细血管，当水流过鳃时，进行气体交换，将毛细血管中的静脉血变成动脉血。低等两栖类的鳗螈和蛙的幼体蝌蚪也用鳃呼吸。
羊膜动物只在胚胎时期出现鳃裂，以后鳃裂逐渐消失，肺不断发育，出生后用肺呼吸。肺是消化管的咽部腹面延伸的囊状结构，位于身体内部。可见鳃和肺均是起源于消化管的前端。
两栖类的肺构造简单，仅仅是一对薄壁的囊，或者囊中稍有隔膜。由于换气效率低，所以两栖类裸露湿润而富有毛细血管的皮肤也能辅助呼吸。
爬行类的肺比较发达，肺内分隔成许多的小腔，从而增大了气体交换的面积。它们皮肤外面被有鳞甲，不再像两栖类那样有呼吸作用了。
鸟类的肺十分致密，是一种没有弹性的海绵状结构，和薄膜状的气囊相连通。鸟类所特有的气囊共有九个，容积很大，位于内脏之间，能贮存大量空气。鸟类呼吸的时候，吸入的空气先到达肺内，其中的一部分空气还来不及和毛细血管中的血液进行气体交换，便进入气囊。在呼气时，气囊中的空气被压出，但在通过肺时，再次补行一次气体交换。可见鸟类每作一次呼吸运动，肺内就会发生两次气体交换，这是鸟类所特有的“双重呼吸”，对于提高鸟类的氧气供应，满足鸟类飞翔生活的需要，有重要意义。由于飞翔运动剧烈，产热很多，而鸟类的羽毛又不利于皮肤散热，分散于内脏之间的气囊可以起到调节体温的作用。
哺乳类的呼吸系统最为完善。呼吸道由鼻、咽、喉、气管和支气管组成。为了保证气体的畅通，许多部位都有软骨支持，如鼻软骨、喉部的多块软骨、气管和支气管的“C”形软骨环等，呼吸道上皮细胞上有纤毛，粘膜可分泌粘液、粘膜内又有丰富的毛细血管。气体通过时可使之变得清洁温暖和湿润。左右支气管通入两肺后一再分支，形成许多非常小的细支气管，最后形成呼吸性细支气管和很小的肺泡管。每一肺泡管都附有很多肺泡。肺泡是由单层上皮细胞构成的半球状囊泡，相邻肺泡之间的组织称肺泡隔，由丰富的毛细血管、弹性

纤维等构成，具有良好的弹性和扩张性。毛细血管网与肺泡上皮紧紧贴在一起，结构很薄，有利于气体交换。当肺吸气时，肺泡被动扩张；呼气时，由于弹性纤维的回缩，使肺泡缩小，利于排气。
从爬行类开始出现了胸廓，它的运动可改变胸腔容积，由于内外气压差的不断变化，肺泡被动地扩张和收缩，实现与外界的换气。鸟类由于胸廓结构的特殊，在飞行时胸廓不能活动，利用两翼的上举下垂来使胸腔扩大和缩小，借此以气囊作唧筒式的动作进行呼吸。哺乳动物具有肌肉质的隔，以及肋间肌和肋骨的配合动作，改变胸腔容积进行呼吸。两栖类没有胸廓，借助口腔底壁的升降，使肺的换气得以进行。动物细胞内的糖类、脂类、蛋白质和核酸等有机物，在细胞内被氧化分解时，终产物都生成二氧化碳和水，只是蛋白质和核酸的终产物中还有含氮废物如尿素、尿酸等；同时把它们所贮存的能量释放出来。为生命活动所利用。
主要的能源物质是糖类。人体在一般情况下，所需能量大约有70％来自糖类的氧化。
动物细胞内葡萄糖的氧化分解过程也是逐步进行，特别是在线粒体的有氧呼吸过程中，能量被大量释放。释放出的能量中，约56％的能量以热能的形式散失，约44％的能量可能转移到ATP或磷酸肌酸等高能化合物中。在高能化合物中，与动物的能量转移、利用关系最密切的是ATP，它是动物体内各项生命活动所能利用的最重要的直接能量来源。如肌肉的收缩、神经兴奋的传导、合成代谢、吸收和分泌等等所需要的能量都是由ATP水解成ADP时释放出来的。ATP虽然在动物和人体的细胞中普遍存在，但数量不大，当能量由于大量消耗而使细胞中ATP含量明显减少时，就要通过多种途径来恢复ATP的含量，以维持正常的生命活动。

比如运动员在百米比赛中，首先消耗肌细胞中ATP的能量。当ATP大量减少时，磷酸肌酸就释放出所储存的能量，使ADP合成ATP。若磷酸肌酸也消耗完之后，一般用无氧呼吸的方式把葡萄糖中的化学能释放出来用于ATP的再生。当然，在长距离赛跑中(如马拉松)，则主要以有氧呼吸的方式，氧化分解葡萄糖，释放出大量能量，使细胞中的ADP转化为ATP。据测定运动员在马拉松长跑比赛中，有氧呼吸与无氧呼吸的比例约为98比2。
高等动物和人类不仅是在剧烈运动时可以以无氧呼吸的方式，尽快满足能量的需要，还有些细胞，如部分皮肤细胞，由于得不到充足的氧，也能用无氧呼吸维持生理活动。哺乳动物的红细胞，因没有线粒体，也只能进行无氧呼吸。人们从平原地区进入高原的初期，由于尚未适应高原空气稀薄

的环境，有些组织细胞也往往通过无氧呼吸来获得能量。
四、排泄系统及其功能
在动物的代谢过程中，例如糖类和脂肪氧化产生的CO2，蛋白质和核酸分解产生的氨、尿素、尿酸等废物，都是对机体有害的物质，不能在细胞和内环境中累积过多，只有不断地把它们排出，才能维持内环境的稳定，使细胞正常生活。这些废物都是代谢终产物，把它们排出体外的过程叫排泄。消化道所排出的粪便，虽然也有少量代谢终产物，如胆汁中的色素以及肝脏把有毒物质转化成的不溶性物质等，但粪便的主要成分还是不能消化的食物残渣，所以粪便不应叫排泄物，应称为排遗物。
内环境中水和无机盐的平衡也与排泄系统有密切关系。内环境中的Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl-、HPO42-、HCO3-、SO42-和H2O对调节渗透压和酸碱度等都很重要。
原生动物通过体表直接排出代谢废物。细胞中多余的水分往往用伸缩泡排出体外。海绵动物、腔肠动物大都也是通过细胞直接往外界环境中排出代谢废物。
扁形动物开始出现原肾管，以焰细胞为基本单位。它通过细胞膜的渗透收集代谢废物及多余的水分送入排泄管经原肾孔排出体外。含氮废物主要通过体表和肠管渗出。
环节动物出现了分节排列的后肾管。它不像原肾管，是只有一个开口于体外的盲管。而是两端开口，在体外的开口叫排泄孔(肾孔)，在体腔中还有一个由多细胞组成的漏斗状的开口叫肾口。这种后肾管有司排泄或兼司生殖的两种功能。
昆虫的排泄器官是一种被称做马氏管的结构。管子的盲端伸入体腔，另一端与肠管通连。代谢废物经渗透进入马氏管，再由马氏管排到肠管内与消化后的残渣一起排出体外。
脊椎动物的排泄作用主要是通过泌尿系统来实现的。两栖类的皮肤及哺乳类动物皮肤中的汗腺也有排泄作用。
由于进化水平的不同，脊椎动物的肾脏有三种主要类型：前肾、中肾和后肾。
脊椎动物在胚胎时期都有前肾，但只有鱼类和两栖类的胚胎时期前肾才有作用。前肾的位置靠近体腔的前段，由许多肾小管组成。肾小管的一端开口于体腔，开口处膨大成漏斗状，这就是肾口，可以直接从体腔内收集代谢废物。在肾口附近还有由毛细血管形成的血管球，它们利用滤过血液的方式把血液中的废物送入肾小管，肾小管的另一端与一个总的管道相连，这就是前肾导管，末端通到体外。
鱼类和两栖类成体以中肾执行排泄功能。中肾位于前肾的后方，其肾小管一般不能与体腔相通，靠近肾口附近的肾小管外凸成为小支，小支末端膨大内陷成为双层的囊状结构，叫肾

小囊(包曼氏囊)，把毛细血管球包入其中，形成肾小体，它与肾小管一起形成肾单位。尿液由中肾管排出。
爬行类、鸟类和哺乳类成体的后肾位于体腔后段。后肾的肾小管末端形成典型的肾小体，肾口已完全消失。肾单位的功能进一步完善，当血液流过肾小球时，除血液中的血细胞和大分子的蛋白质外，血浆中的部分水、无机盐、葡萄糖、尿素。尿酸等物质，都可以由肾小球过滤到肾小囊腔内，形成原尿。原尿流过肾小管时，其中对机体有用的物质，如大部分水、全部葡萄糖、部分无机盐等，被肾小管重新吸收回血液；而剩下的废物，如尿素、尿酸以及一部分无机盐和水等，由肾小管流出，形成尿液。尿液汇入肾盂，通过输尿管进入膀胱(有的脊椎动物如鸟类无膀胱)，再排出体外。
脊椎动物中，膀胱的类型也不一样。一般鱼类，由输尿管末管膨大而形成管状膀胱；两栖类为泄殖膀胱，是泄殖腔的一个突起，与输尿管并不直接相连；爬行类和一般哺乳类，是由胚胎时期尿囊柄基部膨大而成的尿囊膀胱。
第三节 新陈代谢的基本类型
生物在长期的进化发展过程中，通过自然选择，形成了不同的代谢类型。
一、按照生物同化作用方式的不同，
可分为自养型和异养型
(一)自养型
生物体在同化作用过程中，能够直接把从外界摄取的无机物转变成自身的组成物质，并储存能量的代谢类型。
(1)光合作用型利用光能，通过光合作用同化CO2形成有机物，储存能量。如绿色植物。
(2)化能合成作用型利用体外环境中物质氧化释放出的能量，同化CO2形成有机物，储存能量。如硝化细菌：

此外，硫酸菌把还原态硫化物氧化成硫酸，利用这部分能量同化CO2形成有机物，储存能量。

(二)异养型
生物体在同化作用过程中，不能直接利用无机物合成有机物，只能把摄取的现成有机物转变成自身的组成物质，这种新陈代谢类型叫做异养型。如动物和营寄生、腐生生活的种类。
二、按照生物异化作用方式的不同，
可分为需氧型和厌氧型
(一)需氧型(有氧呼吸型)
生物体在异化作用的过程中，必须不断地从外界环境中摄取氧来氧化分解自身的组成物质，以释放能量，并排出二氧化碳，这种新陈代谢类型叫做需氧型。如绿色植物、人类和大多数的动物等。
(二)厌氧型(无氧呼吸型)
生物体在异化作用的过程中，在缺氧的条件下，依靠酶的作用使有机物分解，以获得进行生命活动所需要的能量，这种新陈代谢类型叫做厌氧型。如动物体内的寄生虫、乳酸菌等。
酵母菌在有氧条件下进行有氧

呼吸，能量充足，繁殖很快；在缺氧条件下进行无氧呼吸，使葡萄糖分解为酒精，称为酒精发酵。酒精发酵广泛用于酿造业。酵母菌的异化作用类型属需氧、厌氧兼营型。
外伤引起较深伤口感染者，破伤风的发病率较高，而面积虽大，伤口浅的情况下很少患破伤风。可见破伤风杆菌的异化作用类型属厌氧型。
三、没有独立代谢能力的病毒
无论是DNA病毒、RNA病毒，还是没有蛋白质外壳只有小分子核酸的类病毒，它们都不能在寄生细胞外实现生命活动，它们必须侵染到寄主的细胞里，借助寄主细胞的结构、有关酶系统和能源等，来复制它的核酸和合成它的蛋白质，然后装配成新一代的病毒，实现它们的侵染周期和繁殖过程。历史上曾经认为病毒可能是地球上最原始的生命类型。本世纪以来对病毒的研究发现：目前了解比较清楚的近800种病毒都只能在寄主细胞里实现生命活动和繁殖，一旦离开寄主，就不能表现任何生命。有些DNA病毒的DNA，或RNA病毒的RNA通过逆转录为DNA，这两者都有可能整合到寄主细胞染色体的DNA
之中，成为寄主DNA分子的一个片段，并随同寄主DNA一起进行复制传递到子细胞中，甚至在寄主细胞中以这种状态保存几个月到几十年。病毒很可能是一种倒退演化的结果。
学习提要
1．生物体与外界环境之间物质和能量的交换，以及生物体内物质和能量的转变过程，叫做新陈代谢。新陈代谢包括同化作用和异化作用，既有物质代谢又有能量代谢。
2．根对水和矿质元素的吸收既有联系，又有本质区别，是两个相对独立的过程。渗透吸水与原生质层内外的水势差有密切关系；根对矿质元素的吸收主要是通过离子交换吸附和主动运输两个过程来进行的。
3．茎除支撑作用之外，主要的作用就是输导，通过筛管把有机养料从叶片运输到其他器官；通过导管把根吸收来的水和矿质元素向上输送。
4．绿色植物的光合作用是地球上的生物赖以生存发展的最基本物质代谢与能量代谢。叶绿体是进行光合作用的场所，在其基粒及片层结构的膜上具有与光反应有关的色素和酶。在光反应中除产生O2外，还产生了ATP和NADPH2为暗反应提供了物质基础。暗反应是在叶绿体基质中多种酶的催化下进行的，CO2被固定后生成磷酸甘油酸，磷酸甘油酸接受NNDPH2提供的氢、ATP提供的能量，被还原为磷酸甘油醛(三碳糖)。这些磷酸甘油醛再进一步生成二磷酸核酮糖和葡萄糖等。
光合作用合成的有机物，不仅供绿色植物本身利用，同时也是地球上绝大多数生物体原生质中有机物的来源；光合作用合成的有机物中包含着由光能转

化来的化学能，它不仅供绿色植物生命活动的需要，而且将随着有机物在生态系统的营养结构中的传递，使其他生物也获得了生命活动所需的能量；光合作用吸收O2和放出CO2，使大气中的O2和CO2含量可以基本上保持稳定，有利于其他生物的生存。
5．呼吸作用是所有生物都具有的重要生命活动。在细胞内通过有机物的氧化分解，释放能量以维持各种生理活动对能量的需要。呼吸作用过程可分为三个阶段：酵解、三羧酸循环和电子传递链。酵解在细胞质的基质中进行，不需要氧气，将葡萄糖氧化成丙酮酸。丙酮酸在线粒体内加入到三羧酸循环和电子传递链中，被彻底氧化成HO2和CO2，释放出大量能量。
呼吸作用释放出的能量，一部分转移到ATP中，为生命活动的直接能源，另一部分以热能的形式散失。呼吸作用的中间产物为生物体内的物质转化提供原料，所以呼吸作用也是生物体内物质转化的枢纽。
6．单细胞原生动物生活在水中，可以直接与外界环境进行物质交换。高等多细胞动物的身体是由亿万个细胞构成，这样多的细胞大都不能直接与外界环境进行物质交换，它们的体内细胞只有通过内环境才能与外界环境进行物质交换。
7．脊椎动物的消化系统是由消化管和消化腺构成的。消化管一般分化为口腔、咽、食道、胃、肠和肛门；在消化管中除了无数散在的腺细胞和相当于组织水平的小腺体外，还有结构复杂的唾液腺；在消化管外还有两个大型消化腺——肝脏和胰脏。肝脏除分泌胆汁以外，对体内蛋白质、糖类、脂肪等的中间代谢过程有重要意义。
8．单细胞原生动物和低等的无脊椎动物如水螅、涡虫等无循环系统，从纽形动物开始具有了原始的循环系统。在无脊椎动物中循环系统可分为闭管式和开管式两种，而脊椎动物才是更高级的闭管式循环，具有明显的心脏。鱼类的心脏只有一心房一心室，单循环；两栖类具有两心房一心室，双循环；爬行动物具有两心房一心室，但在心室中出现了一个不完整的隔膜，减少了动脉血和静脉血的混合，但仍是不完整的双循环；鸟类和哺乳类动物具有两心房两心室，动脉血和静脉血完全分开流动，属于完全的双循环类型。
9．从原生动物到线形动物，身体结构简单，没有专门的呼吸器官。较高等的无脊椎动物已具有呼吸器官，往往都是表皮的一部分演变而来，如水生甲壳动物和软体动物的鳃、陆生昆虫的气管等。水生脊椎动物的鳃和陆生脊椎动物的肺都是由消化管的前端发展演化而成。羊膜动物只在胚胎时期出现鳃裂，以后鳃裂逐渐消失，肺不断发育，出生后用肺呼吸。