实验发现激动素对固定于碳纳米管/nafion复合膜修饰电极上的吡啶钌弱电化学发光信号有强的增敏作用，基于此建立了一种高灵敏的电化学发光直接测定激动素的新方法。在优化的实验条件下，本方法测定激动素的线性范围为5.0×10－8～4.0×10－5g/l；检出限为2.0×10－8 g/l；相对标准偏差（rsd）为5.8% (n=11, c=5×10－6 g/l)；方法操作简单方便，灵敏度高。
【关键词】 激动素 电化学发光 修饰电极 吡啶钌
1 引言
植物激素是一类对植物生长有显著作用的微量有机分子。它们虽然分子量较小，结构较简单，但其生理效应却复杂多样。从影响细胞的分裂、伸长、分化到影响植物的发芽、生根、开花、结果、性别决定、休眠和脱落等[1]。所以，植物激素对植物的生长发育有重要的调控作用。目前植物激素主要包括九类[2]，分别是生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯、油菜素内酯、茉莉酸类、水杨酸及多胺类。这些激素各自有着独特的生理效应，或协调植物的生长发育，或调控植物应对各种逆境，而且九类激素还可以通过增效或拮抗的方式组成复杂的调控体系，使得对于植物生长发育或者应对外界环境的调控机制更加复杂和精细。激动素(又叫动力精)，是第一个被发现的细胞分裂素[3]。在20世纪50年代初期，很多科学家开始从生物组织中获取化学物质并研究其各种性质。1954年，米勒发现青鱼dna中有一种微量物质，可以促进细胞浆的移动[4]，这种物质被称为激动素。1955年，人们确定这种物质为6?呋喃甲基腺嘌呤(分子式为c10h9n5o)。尽管激动素不是一种天然的细胞分裂素，但后来人们发现它和天然的细胞分裂素有类似的结构[5]，即在c6位置都有一个取代的嘌呤环，改变该结构可以减弱或消除其细胞动力学活性。激动素的主要作用是促进细胞分裂，同时 还具有延缓离体叶片衰老、诱导花芽分化和增加气孔开度等作用[1,6]。此外，激动素对离体小麦叶片中蛋白质含量的下降有延缓作用[7]；对的花期具有延迟作用[8]；对鼠的实验表明，它具有逆转肝纤维化的作用[9]。由此可见，激动素在农业及生物研究方面具有广阔的应用前景。目前，已报道的测定激动素的方法主要有离子交换法[10]、高效液相色谱法、气相色谱?质谱法[11]、荧光[12]、电化学[13～15]等方法。这些方法存在一些不足，如仪器昂贵、操作复杂、灵敏度较低等。
电化学发光(ecl)是指通过电化学的方法在电极表面产生一些特殊的物质，这些物质之间或与体系中其它组分之间通过电子传递形成激发态，由激发态返回到基态产生发光现象，是电化学与化学发光方法相结合的产物。用光电倍增管等光学仪器测量电化学发光过程中发光光谱和强度，从而对痕量物质进行分析 [16]。该分析方法具有灵敏度高、线性范围宽、发光信号易于检测、易于控制和装置简单等特点。吡啶钌[ru(bpy)3]2+是发光效率较高的电化学发光活性物质，近年来它被广泛应用于有机酸，氨基酸和药物的测定[17]。但由于吡啶钌用于溶液相电化学发光体系时，昂贵试剂吡啶钌的不断消耗带来成本高、环境污染和实验装置复杂等问题，使它的应用受到限制。基于电化学发光反应中[ru(bpy)3]2+在电极表面循环使用的特点，把[ru(bpy)3]2+固定在电极表面不仅可以克服上述问题，还可以提高电化学发光强度[18]。 因此，人们提出了许多方法和材料，以将吡啶钌固定在电极表面。在所有的固定化方法中，nafion 是最常用的一种材料，基于nafion的离子交换特性，[ru(bpy)3]2+ 可以通过离子交换作用被固定于纯的nafion膜中[19]。而将[ru(bpy)3]2+固定在碳纳米管/nafion复合物膜修饰电极表面可以使[ru(bpy)3]2+在nafion膜上的电化学发光特性有较大的改善[20]。在这种固定化方法中，nafion充当膜材料、离子交换剂和碳纳米管的溶剂；而碳纳米管在nafion膜中起到吸附吡啶钌、改善膜结构及作为膜中的导电通道等作用。实验发现，激动素对碳纳米管/nafion?[ru(bpy)3]2+修饰电极的电化学发光信号有强的增敏作用，基于此建立了一种高灵敏度测定激动素的电化学发光新方法。
2 实验部分
2.1 仪器和试剂
rec?100型电化学分析工作站，rfl?1型超微弱化学发光/生物发光检测仪，iffs?a型多功能化学发光检测器(以上仪器均为西安瑞迈分析仪器有限公司生产)；采用三电极体系：碳纳米管/nafion修饰的石墨电极为工作电极，缠绕铂丝为对电极，ag/agcl电极作参比电极。
1.0 g/l的激动素储备液：称取激动素(北京鼎国生物技术有限公司)25 mg，用0.1mol/l naoh溶解并用二次蒸馏水定容至25 ml棕色容量瓶中，于冰箱中4 ℃避光保存；吡啶钌(sigma 公司)储备溶液（浓度约为1.0×10－3mol/l）： 量取适量吡啶钌，用二次蒸馏水溶解后，储于棕色瓶中避光保存；nafion(aldrich公司)，用乙醇稀释成5.0g/l备用；多壁碳纳米管(深圳纳米技术进出口有限责任公司)；水为二次蒸馏水，其余试剂均为分析纯试剂。
2.2 修饰电极的制备方法
将适量碳纳米管粉末超声分散在一定浓度的nafion溶液中，形成较稳定的悬浊液。移取10 μl上述悬浊液均匀滴涂在处理过的洗净石墨电极表面，在室温环境中放置电极至溶剂蒸发电极表面干燥，然后把该电极浸在1.0×10－4 mol/l吡啶钌溶液中约0．5 h，电极取出后用蒸馏水充分冲洗其表面，再在0.1 mol/l磷酸盐缓冲溶液中循环伏安扫描至电流稳定。
以上述准备好的修饰电极为工作电极进行相关电化学及电化学发光测试。
3 结果与讨论
3.1 吡啶钌的固定化
采用循环伏安法研究了固定在碳纳米管/nafion复合物膜修饰电极表面的吡啶钌的电化学行为。分别测定了裸石墨电极、纯nafion修饰电极和碳纳米管/nafion复合物膜修饰电极在含有1.0×10－4mol/l吡啶钌的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安行为。实验表明，吡啶钌在此3种电极上的循环伏安响应在形状上相似，这说明通过简单的复合物膜修饰电极浸入吡啶钌溶液中可以有效固定吡啶钌，并且固定在电极上的吡啶钌能保持其良好的电化学行为。但吡啶钌在此3种电极上的氧化还原峰电流值明显不同，裸电极上的电流强度最小，纯nafion修饰电极次之，复合物修饰电极的电流强度最大。另外，固定吡啶钌的修饰电极在磷酸盐缓冲溶液中连续多次扫描对吡啶钌的氧化还原电流值没有明显的影响，此结果表明，此修饰电极具有较高的稳定性。这些结果和文献[18]报道一致。
3.2 激动素的电化学行为
实验时，把裸石墨电极先后分别放入ph=9.0的磷酸盐缓冲溶液和含有一定浓度激动素的相同ph的磷酸盐缓冲溶液中，其循环伏安曲线如图1所示。结果说明，在不含激动素的缓冲溶液中得到的循环伏安图（a）上没有出现氧化还原峰，而含有激动素时所得的循环伏安图（b）在0.8～0.9 v位置处出现了明显的氧化峰。这表明在适当条件下激动素可以发生电化学氧化反应。同时，激动素的循环伏安图上只有氧化峰而无相应的还原峰，这说明激动素在石墨电极上的氧化反应为不可逆反应。此结果与文献[15]报道类似。
3.3 激动素对吡啶钌氧化过程的催化作用
实验考察了激动素对固定于碳纳米管/nafion复合物膜中的吡啶钌电化学行为的催化作用。图2表示碳纳米管/nafion?吡啶钌修饰电极分别在0.1 mol/l磷酸盐缓冲溶液（ph=9）中的循环伏安曲线（b）和在含有一定浓度激动素的0.1 mol/l磷酸盐缓冲溶液（ph=9）中的循环伏安曲线（a）。由图2可以看出：加入激动素后所得的循环伏安曲线与没加激动素所得曲线相比，吡啶钌的氧化峰电流大大增强，而还原峰电流明显减小。这表明吡啶钌对激动素的电化学氧化反应有催化作用。此现象与三丙胺对吡啶钌电化学行为的催化作用类似，由此可知激动素对吡啶钌的电化学发光增敏作用与三丙胺一致。
图1 裸石墨电极分别在ph=9的磷酸盐缓冲溶液(a)和含有激动素的ph=9的磷酸盐缓冲溶液（b）中的循环伏安曲线.(扫速为0.05 v/s)（略）
fig.1 cyclic voltammograms of bare graphite electrode in phosphate buffer solution (ph=9) with (b) and without kinetin（a）(scan rate: 0.05 v/s)
图2 碳纳米管/nafion?吡啶钌修饰电极在含有激动素的磷酸盐缓冲溶液(a)和空白缓冲溶液(b)中的循环伏安曲线(ph=9)（略）
fig.2 cyclic voltammograms of carbon nanotube/nafion?ru(bpy)2＋3 in phosphate buffer solution with (a) and without kinetin (b)(ph=9)
3.4 激动素对吡啶钌电化学发光的增敏作用
实验分别测定了吡啶钌修饰电极在ph=9的磷酸盐缓冲溶液和含有5×10－6g/l激动素的相同磷酸盐缓冲溶液中的电化学发光信号。结果表明：激动素的加入使吡啶钌弱的电化学发光信号大大增强，而且随着激动素加入量的增加，电化学发光信号持续增大，说明了激动素对吡啶钌的弱电化学发光具有明显的增敏作用。
3.5 实验条件的优化
3.5.1 ph的选择 本实验以0.1 mol/l k2hpo4/nah2po4缓冲溶液为介质，分别用裸石墨电极和固定有吡啶钌的修饰石墨电极考查了在各种ph时激动素自身的电化学行为、激动素对吡啶钌的电化学反应的催化程度、以及对吡啶钌电化学发光增敏程度的影响。结果发现，在酸性介质中时，几乎看不出激动素的氧化峰，而在偏碱性介质中时，激动素有明显的氧化峰(图3)。这表明激动素在碱性介质中才易于被氧化，这与文献 [15]报道一致。而此时吡啶钌的氧化峰电位也比酸性介质中的偏负，峰电流比酸性介质中大(图4)，即碱性介质中激动素对吡啶钌的催化效果也更好。
图3 裸石墨电极在含相同浓度激动素的不同ph的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线（略）
fig.3 cyclic voltammograms of kinetin at bare graphite electrode in phosphate buffer solutions with different ph
扫速（scan rate）: 0.05 v/s。
实验中同时考察了不同ph的介质对激动素增敏的吡啶钌电化学发光信号的影响。结果发现，当ph较小时，随着ph的增大，增敏的电化学发光信号逐渐增大；当ph＝9.2时，激动素增敏的吡啶钌电化学发光信号达到最大；而随后随着ph的增大增敏的电化学信号开始下降(图5)。上述实验现象说明激动素对吡啶钌的电化学发光信号的增敏作用与其脱质子过程有关，这与文献[21]报道的三丙胺和吲哚乙酸对吡啶钌电化学发光信号的增敏作用类似。本实验选择ph 9.2的0.1 mol/l k2hpo4/nah2po4缓冲溶液为介质。
图4 碳纳米管/nafion?吡啶钌修饰的石墨电极在含相同浓度激动素的不同ph的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线（略）
fig.4 cyclic voltammograms of kinetin at carbon nanotube/nafion? ru(bpy)2＋3 modified graphite electrode in phosphate buffer solution with different ph
扫速（scan rate）: 0.05 v/s. 1. ph 9.1; 2. ph 8.7; 3. ph 6.7; 4. ph 4.7.
图5 缓冲溶液质ph对电化学发光信噪比的影响(激动素: 5 ×10－6 g/l)（略）
fig.5 effect of ph on ecl signal/noise (kinetin: 5 ×10－6 g/l)
3.5.2 电解方式的选择 电化学发光的分析特性与激发信号的施加方式关系极为密切，其主要原因是电化学发光物质的产生速度在扩散层中的动态分布以及电化学反应与电化学发光反应相匹配的程度等步骤受电化学激发方式的调控[22]。本实验主要考察了循环伏安、线性扫描、恒电位和阶跃脉冲等电解方式对激动素增敏的吡啶钌电化学发光行为，结果发现循环伏安法呈现出更好的电化学发光分析特性，稳定性好，且信噪比较高，所以实验中采用循环伏安作为最佳电化学激发信号。
3.5.3 扫描速度的选择及电极反应过程 将碳纳米管/nafion?吡啶钌修饰电极放入含5.0×10－6 g/l激动素的磷酸盐缓冲溶液(ph=9.2)中，记录不同扫描速率时的循环伏安曲线(图6a)。实验发现，随着扫描速率的增加，吡啶钌峰电位正移，峰电流增大，并且峰电流与扫描速率的平方根成正比。这些实验结果表明：吡啶钌体系的电极反应为扩散控制过程。实验同时考察了扫描速率分别为0.25、0.16、0.1、0.05和0.025 v/s时的电化学发光信号稳定性及信噪比(图6b)，发现扫描速率较小时电化学发光信号更稳定，信噪比也更高。所以本实验选择的扫描速率为0.05 v/s。
图6 扫描速度对循环伏安曲线(a)和电化学发光信噪比(b)的影响（略）
fig.6 effect of scan rate on cyclic voltammograms at carbon nanotube/nafion?ru(bpy)2+3 (a) and signal/noise of ecl(b)
1. 0.09 v/s; 2. 0.04 v/s.
3.6 分析特性
在上述的最佳实验条件下，激动素增敏的吡啶钌电化学发光强度值与激动素的浓度在5.0×10－8～4.0×10－5 g/l范围内呈线性关系，线性回归方程为i=28+0.142c(10－8 g/l)，相关系数为0.9992，检出限为2.0×10－8 g/l，对5.0 ×10－6 g/l的激动素平行测定11次，相对标准偏差rsd为5.8 %。此结果说明：本实验所建立的电化学发光法测定激动素的方法具有高的灵敏度和稳定性。
3.7 干扰实验
在最佳实验条件下，考察了一些易与激动素共存的植物激素对激动素检测的干扰。以1.0×10－6g/l激动素溶液为空白溶液，与加有不同浓度的可能干扰物 (如赤霉素，吲哚乙酸等)的溶液进行对比测定，记录相应的发光信号和数据。如果加入某浓度干扰物质后，溶液的发光信号的改变程度大于或等于这种方法所允许的误差（5%），就认为所加入的物质已经产生了干扰。
相关数据如表1所示。实验表明：对于1.0×10－6 g/l激动素，10倍的吲哚乙酸，100倍的6?苄基腺嘌和等量的赤霉素，均不干扰其测定。结果表明，所建立的方法测定激动素有较高的选择性。本方法灵敏度高，线性范围宽，操作简便，有望帮助进一步了解激动素等植物激素在植物体内各个部分的作用方式，进而更好地利用它们。
表1 干扰实验（略）
table 1 reference experiments
【参考文献】
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实验发现激动素对固定于碳纳米管/nafion复合膜修饰电极上的吡啶钌弱电化学发光信号有强的增敏作用，基于此建立了一种高灵敏的电化学发光直接测定激动素的新方法。在优化的实验条件下，本方法测定激动素的线性范围为5.0×10－8～4.0×10－5g/l；检出限为2.0×10－8 g/l；相对标准偏差（rsd）为5.8% (n=11, c=5×10－6 g/l)；方法操作简单方便，灵敏度高。
【关键词】 激动素 电化学发光 修饰电极 吡啶钌
1 引言
植物激素是一类对植物生长有显著作用的微量有机分子。它们虽然分子量较小，结构较简单，但其生理效应却复杂多样。从影响细胞的分裂、伸长、分化到影响植物的发芽、生根、开花、结果、性别决定、休眠和脱落等[1]。所以，植物激素对植物的生长发育有重要的调控作用。目前植物激素主要包括九类[2]，分别是生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯、油菜素内酯、茉莉酸类、水杨酸及多胺类。这些激素各自有着独特的生理效应，或协调植物的生长发育，或调控植物应对各种逆境，而且九类激素还可以通过增效或拮抗的方式组成复杂的调控体系，使得对于植物生长发育或者应对外界环境的调控机制更加复杂和精细。激动素(又叫动力精)，是第一个被发现的细胞分裂素[3]。WWw.133229.CoM在20世纪50年代初期，很多科学家开始从生物组织中获取化学物质并研究其各种性质。1954年，米勒发现青鱼精液dna中有一种微量物质，可以促进细胞浆的移动[4]，这种物质被称为激动素。1955年，人们确定这种物质为6呋喃甲基腺嘌呤(分子式为c10h9n5o)。尽管激动素不是一种天然的细胞分裂素，但后来人们发现它和天然的细胞分裂素有类似的结构[5]，即在c6位置都有一个取代的嘌呤环，改变该结构可以减弱或消除其细胞动力学活性。激动素的主要作用是促进细胞分裂，同时 还具有延缓离体叶片衰老、诱导花芽分化和增加气孔开度等作用[1,6]。此外，激动素对离体小麦叶片中蛋白质含量的下降有延缓作用[7]；对菊花的花期具有延迟作用[8]；对鼠的实验表明，它具有逆转肝纤维化的作用[9]。由此可见，激动素在农业及生物研究方面具有广阔的应用前景。目前，已报道的测定激动素的方法主要有离子交换法[10]、高效液相色谱法、气相色谱质谱法[11]、荧光[12]、电化学[13～15]等方法。这些方法存在一些不足，如仪器昂贵、操作复杂、灵敏度较低等。
电化学发光(ecl)是指通过电化学的方法在电极表面产生一些特殊的物质，这些物质之间或与体系中其它组分之间通过电子传递形成激发态，由激发态返回到基态产生发光现象，是电化学与化学发光方法相结合的产物。用光电倍增管等光学仪器测量电化学发光过程中发光光谱和强度，从而对痕量物质进行分析 [16]。该分析方法具有灵敏度高、线性范围宽、发光信号易于检测、易于控制和装置简单等特点。吡啶钌[ru(bpy)3]2+是发光效率较高的电化学发光活性物质，近年来它被广泛应用于有机酸，氨基酸和药物的测定[17]。但由于吡啶钌用于溶液相电化学发光体系时，昂贵试剂吡啶钌的不断消耗带来成本高、环境污染和实验装置复杂等问题，使它的应用受到限制。基于电化学发光反应中[ru(bpy)3]2+在电极表面循环使用的特点，把[ru(bpy)3]2+固定在电极表面不仅可以克服上述问题，还可以提高电化学发光强度[18]。 因此，人们提出了许多方法和材料，以将吡啶钌固定在电极表面。在所有的固定化方法中，nafion 是最常用的一种材料，基于nafion的离子交换特性，[ru(bpy)3]2+ 可以通过离子交换作用被固定于纯的nafion膜中[19]。而将[ru(bpy)3]2+固定在碳纳米管/nafion复合物膜修饰电极表面可以使[ru(bpy)3]2+在nafion膜上的电化学发光特性有较大的改善[20]。在这种固定化方法中，nafion充当膜材料、离子交换剂和碳纳米管的溶剂；而碳纳米管在nafion膜中起到吸附吡啶钌、改善膜结构及作为膜中的导电通道等作用。实验发现，激动素对碳纳米管/nafion[ru(bpy)3]2+修饰电极的电化学发光信号有强的增敏作用，基于此建立了一种高灵敏度测定激动素的电化学发光新方法。
2 实验部分
2.1 仪器和试剂
rec100型电化学分析工作站，rfl1型超微弱化学发光/生物发光检测仪，iffsa型多功能化学发光检测器(以上仪器均为西安瑞迈分析仪器有限公司生产)；采用三电极体系：碳纳米管/nafion修饰的石墨电极为工作电极，缠绕铂丝为对电极，ag/agcl电极作参比电极。
1.0 g/l的激动素储备液：称取激动素(北京鼎国生物技术有限公司)25 mg，用0.1mol/l naoh溶解并用二次蒸馏水定容至25 ml棕色容量瓶中，于冰箱中4 ℃避光保存；吡啶钌(sigma 公司)储备溶液（浓度约为1.0×10－3mol/l）： 量取适量吡啶钌，用二次蒸馏水溶解后，储于棕色瓶中避光保存；nafion(aldrich公司)，用乙醇稀释成5.0g/l备用；多壁碳纳米管(深圳纳米技术进出口有限责任公司)；水为二次蒸馏水，其余试剂均为分析纯试剂。
2.2 修饰电极的制备方法
将适量碳纳米管粉末超声分散在一定浓度的nafion溶液中，形成较稳定的悬浊液。移取10 μl上述悬浊液均匀滴涂在处理过的洗净石墨电极表面，在室温环境中放置电极至溶剂蒸发电极表面干燥，然后把该电极浸在1.0×10－4 mol/l吡啶钌溶液中约0．5 h，电极取出后用蒸馏水充分冲洗其表面，再在0.1 mol/l磷酸盐缓冲溶液中循环伏安扫描至电流稳定。
以上述准备好的修饰电极为工作电极进行相关电化学及电化学发光测试。
3 结果与讨论
3.1 吡啶钌的固定化
采用循环伏安法研究了固定在碳纳米管/nafion复合物膜修饰电极表面的吡啶钌的电化学行为。分别测定了裸石墨电极、纯nafion修饰电极和碳纳米管/nafion复合物膜修饰电极在含有1.0×10－4mol/l吡啶钌的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安行为。实验表明，吡啶钌在此3种电极上的循环伏安响应在形状上相似，这说明通过简单的复合物膜修饰电极浸入吡啶钌溶液中可以有效固定吡啶钌，并且固定在电极上的吡啶钌能保持其良好的电化学行为。但吡啶钌在此3种电极上的氧化还原峰电流值明显不同，裸电极上的电流强度最小，纯nafion修饰电极次之，复合物修饰电极的电流强度最大。另外，固定吡啶钌的修饰电极在磷酸盐缓冲溶液中连续多次扫描对吡啶钌的氧化还原电流值没有明显的影响，此结果表明，此修饰电极具有较高的稳定性。这些结果和文献[18]报道一致。
3.2 激动素的电化学行为
实验时，把裸石墨电极先后分别放入ph=9.0的磷酸盐缓冲溶液和含有一定浓度激动素的相同ph的磷酸盐缓冲溶液中，其循环伏安曲线如图1所示。结果说明，在不含激动素的缓冲溶液中得到的循环伏安图（a）上没有出现氧化还原峰，而含有激动素时所得的循环伏安图（b）在0.8～0.9 v位置处出现了明显的氧化峰。这表明在适当条件下激动素可以发生电化学氧化反应。同时，激动素的循环伏安图上只有氧化峰而无相应的还原峰，这说明激动素在石墨电极上的氧化反应为不可逆反应。此结果与文献[15]报道类似。
3.3 激动素对吡啶钌氧化过程的催化作用
实验考察了激动素对固定于碳纳米管/nafion复合物膜中的吡啶钌电化学行为的催化作用。图2表示碳纳米管/nafion吡啶钌修饰电极分别在0.1 mol/l磷酸盐缓冲溶液（ph=9）中的循环伏安曲线（b）和在含有一定浓度激动素的0.1 mol/l磷酸盐缓冲溶液（ph=9）中的循环伏安曲线（a）。由图2可以看出：加入激动素后所得的循环伏安曲线与没加激动素所得曲线相比，吡啶钌的氧化峰电流大大增强，而还原峰电流明显减小。这表明吡啶钌对激动素的电化学氧化反应有催化作用。此现象与三丙胺对吡啶钌电化学行为的催化作用类似，由此可知激动素对吡啶钌的电化学发光增敏作用与三丙胺一致。
图1 裸石墨电极分别在ph=9的磷酸盐缓冲溶液(a)和含有激动素的ph=9的磷酸盐缓冲溶液（b）中的循环伏安曲线.(扫速为0.05 v/s)（略）
fig.1 cyclic voltammograms of bare graphite electrode in phosphate buffer solution (ph=9) with (b) and without kinetin（a）(scan rate: 0.05 v/s)
图2 碳纳米管/nafion吡啶钌修饰电极在含有激动素的磷酸盐缓冲溶液(a)和空白缓冲溶液(b)中的循环伏安曲线(ph=9)（略）
fig.2 cyclic voltammograms of carbon nanotube/nafionru(bpy)2＋3 in phosphate buffer solution with (a) and without kinetin (b)(ph=9)
3.4 激动素对吡啶钌电化学发光的增敏作用
实验分别测定了吡啶钌修饰电极在ph=9的磷酸盐缓冲溶液和含有5×10－6g/l激动素的相同磷酸盐缓冲溶液中的电化学发光信号。结果表明：激动素的加入使吡啶钌弱的电化学发光信号大大增强，而且随着激动素加入量的增加，电化学发光信号持续增大，说明了激动素对吡啶钌的弱电化学发光具有明显的增敏作用。
3.5 实验条件的优化
3.5.1 ph的选择 本实验以0.1 mol/l k2hpo4/nah2po4缓冲溶液为介质，分别用裸石墨电极和固定有吡啶钌的修饰石墨电极考查了在各种ph时激动素自身的电化学行为、激动素对吡啶钌的电化学反应的催化程度、以及对吡啶钌电化学发光增敏程度的影响。结果发现，在酸性介质中时，几乎看不出激动素的氧化峰，而在偏碱性介质中时，激动素有明显的氧化峰(图3)。这表明激动素在碱性介质中才易于被氧化，这与文献 [15]报道一致。而此时吡啶钌的氧化峰电位也比酸性介质中的偏负，峰电流比酸性介质中大(图4)，即碱性介质中激动素对吡啶钌的催化效果也更好。
图3 裸石墨电极在含相同浓度激动素的不同ph的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线（略）
fig.3 cyclic voltammograms of kinetin at bare graphite electrode in phosphate buffer solutions with different ph
扫速（scan rate）: 0.05 v/s。
实验中同时考察了不同ph的介质对激动素增敏的吡啶钌电化学发光信号的影响。结果发现，当ph较小时，随着ph的增大，增敏的电化学发光信号逐渐增大；当ph＝9.2时，激动素增敏的吡啶钌电化学发光信号达到最大；而随后随着ph的增大增敏的电化学信号开始下降(图5)。上述实验现象说明激动素对吡啶钌的电化学发光信号的增敏作用与其脱质子过程有关，这与文献[21]报道的三丙胺和吲哚乙酸对吡啶钌电化学发光信号的增敏作用类似。本实验选择ph 9.2的0.1 mol/l k2hpo4/nah2po4缓冲溶液为介质。
图4 碳纳米管/nafion吡啶钌修饰的石墨电极在含相同浓度激动素的不同ph的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线（略）
fig.4 cyclic voltammograms of kinetin at carbon nanotube/nafion ru(bpy)2＋3 modified graphite electrode in phosphate buffer solution with different ph
扫速（scan rate）: 0.05 v/s. 1. ph 9.1; 2. ph 8.7; 3. ph 6.7; 4. ph 4.7.
图5 缓冲溶液质ph对电化学发光信噪比的影响(激动素: 5 ×10－6 g/l)（略）
fig.5 effect of ph on ecl signal/noise (kinetin: 5 ×10－6 g/l)
3.5.2 电解方式的选择 电化学发光的分析特性与激发信号的施加方式关系极为密切，其主要原因是电化学发光物质的产生速度在扩散层中的动态分布以及电化学反应与电化学发光反应相匹配的程度等步骤受电化学激发方式的调控[22]。本实验主要考察了循环伏安、线性扫描、恒电位和阶跃脉冲等电解方式对激动素增敏的吡啶钌电化学发光行为，结果发现循环伏安法呈现出更好的电化学发光分析特性，稳定性好，且信噪比较高，所以实验中采用循环伏安作为最佳电化学激发信号。
3.5.3 扫描速度的选择及电极反应过程 将碳纳米管/nafion吡啶钌修饰电极放入含5.0×10－6 g/l激动素的磷酸盐缓冲溶液(ph=9.2)中，记录不同扫描速率时的循环伏安曲线(图6a)。实验发现，随着扫描速率的增加，吡啶钌峰电位正移，峰电流增大，并且峰电流与扫描速率的平方根成正比。这些实验结果表明：吡啶钌体系的电极反应为扩散控制过程。实验同时考察了扫描速率分别为0.25、0.16、0.1、0.05和0.025 v/s时的电化学发光信号稳定性及信噪比(图6b)，发现扫描速率较小时电化学发光信号更稳定，信噪比也更高。所以本实验选择的扫描速率为0.05 v/s。
图6 扫描速度对循环伏安曲线(a)和电化学发光信噪比(b)的影响（略）
fig.6 effect of scan rate on cyclic voltammograms at carbon nanotube/nafionru(bpy)2+3 (a) and signal/noise of ecl(b)
1. 0.09 v/s; 2. 0.04 v/s.
3.6 分析特性
在上述的最佳实验条件下，激动素增敏的吡啶钌电化学发光强度值与激动素的浓度在5.0×10－8～4.0×10－5 g/l范围内呈线性关系，线性回归方程为i=28+0.142c(10－8 g/l)，相关系数为0.9992，检出限为2.0×10－8 g/l，对5.0 ×10－6 g/l的激动素平行测定11次，相对标准偏差rsd为5.8 %。此结果说明：本实验所建立的电化学发光法测定激动素的方法具有高的灵敏度和稳定性。
3.7 干扰实验
在最佳实验条件下，考察了一些易与激动素共存的植物激素对激动素检测的干扰。以1.0×10－6g/l激动素溶液为空白溶液，与加有不同浓度的可能干扰物 (如赤霉素，吲哚乙酸等)的溶液进行对比测定，记录相应的发光信号和数据。如果加入某浓度干扰物质后，溶液的发光信号的改变程度大于或等于这种方法所允许的误差（5%），就认为所加入的物质已经产生了干扰。
相关数据如表1所示。实验表明：对于1.0×10－6 g/l激动素，10倍的吲哚乙酸，100倍的6苄基腺嘌和等量的赤霉素，均不干扰其测定。结果表明，所建立的方法测定激动素有较高的选择性。本方法灵敏度高，线性范围宽，操作简便，有望帮助进一步了解激动素等植物激素在植物体内各个部分的作用方式，进而更好地利用它们。
表1 干扰实验（略）
table 1 reference experiments
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植物化学物包括很多种类，其中有植物激素，与其相对应的是动物食品化学物中的动物激素。不过，人们习惯上所称的植物激素并非严格意义上的激素，只是与动物激素相对应的一种通俗和习惯说法。
什么是动物激素、植物激素
动物激素主要是由动物分泌细胞或内分泌腺分泌的一类信息传递物质，大部分是蛋白质，少部分是核糖核酸（RNA）和固醇类物质。
动物激素按化学结构大体分为四类。一是固醇和类固醇，如肾上腺皮质激素（皮质醇、醛固酮等）、性激素（雌激素、孕激素及雄激素等）；二是氨基酸衍生物，如甲状腺素、肾上腺髓质激素、松果体激素等；三是肽类与蛋白质，如下丘脑激素、垂体激素、胃肠激素、胰岛素、降钙素等；四是脂肪酸衍生物，如前列腺素。
植物激素又称植物生长调节剂，是植物体内合成的对植物生长发育有重要调控作用的几类微量简单的小分子活性有机物质，也被称为植物天然激素或植物内源激素。已知的植物激素主要有六类：生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯和近来普遍认可的油菜素甾醇。除了植物中的天然激素外，一些植物激素也可以人工合成。
此外，现在人们所说的植物激素还包括植物化学物中另外一些物质，如大豆异黄酮这类物质，由于它与人体中的某种激素结构相似，因而具有类似的激素功能，所以也被称为植物激素，但严格意义上讲，由于它们对植物本身生长不具有调节作用，不能算作植物激素，但习惯上已经这样称呼，因此谈到植物激素应区分为两种，一是对植物自身有调节作用的植物激素，一是对人体或动物有生理调节作用的植物激素。
食物中的动物激素
食物中的动物激素主要来源于动物食品，如各种动物的肉类和脂肪中含有的激素。其中，人们比较熟悉的是牛奶和牛肉中的生长激素。动物如同人一样，在其生长和生存的时间内会分泌种种激素，如生长激素、雄激素、雌激素。如果仅仅是食用动物自身分泌的包含在肉类和脂肪中的种种激素，对人的危害是微乎其微的，否则，人类就不可能通过吃动物食品而进化和维持自身的功能。
让人们担心的是，在现代科技和工业发展的引领下，现代养殖业成为一种集约化的工业作坊，人类用尽了各种方式刺激所饲养的动物生长，以求它们多出肉、多下蛋和多产奶。于是，人们怀疑这种催生的动物食品中的种种激素可能对人类有害。对于这种怀疑，可以通过了解对养殖的肉牛和奶牛使用生长激素的过程来解释。
生长激素是动物大脑中分泌的一种蛋白质，用于促进动物的生长。牛也会产生生长激素，即牛生长激素（bGH），牛自身的这种激素对人的健康并不产生影响。但是，在上世纪80年代，生物工程技术的发展产生了重组牛生长激素（rbGH，也称牛奶激素）。为了让奶牛多产奶和肉牛多长肉，养殖者对奶牛和肉牛注射rbGH，就会增加产奶量和产肉量。以产奶而言，对牛使用牛奶激素之后，产奶量可以增加百分之十几。显然，人们担心对奶牛使用了rbGH之后是否会对人的健康有影响。
对于这种情况，美国食品与药品管理局（FDA）要求相关部门进行大剂量的短期动物试验。在连续28天的试验中，老鼠被喂的rbGH剂量高达奶牛注射的rbGH剂量的100倍，但是没有发现老鼠各项生理指标有异常。据此，FDA认为，食物中的rbGH不会被吸收，因而不必进行长期的安全性试验就可以得出安全的结论。
原因在于，无论是牛身上天然的bGH还是注射进重组的rbGH，这些激素的本质都是蛋白质。蛋白质被吃之后，都会被消化成氨基酸碎片才能被吸收，因而不会产生副作用。但是现在不能排除蛋白质整体或者大片段被人体吸收的可能，如此就有可能对人体产生其他影响，因而需要进行长期的检测来确定其是否对人有害。
尽管对牛使用rbGH不会让牛奶和牛肉中的rbGH含量增加，也不会对人体造成危害，但是加拿大的研究人员发现，rbGH的使用会增加牛奶中另一种激素――胰岛素样生长因子I（IGF-1）的含量。胰岛素样生长因子I也被称作促生长因子，是一种在分子结构上与胰岛素类似的多肽蛋白质。IGF-1在婴儿的生长和在成人体内持续进行合成代谢具有重要意义。一些流行病学调查显示，IGF-1似乎与前列腺癌等癌症有一定关系。如果是这样，饮用含rbGH的牛奶就有潜在健康风险。
对此，FDA也作了回应。根据研究，rbGH固然可以导致IGF-1增加，但幅度很小，小于牛奶中IGF-1的正常波动。对一头奶牛使用rbGH之后，所产的奶中IGF-1的含量会有微弱上升，但是上升之后的含量可能还是会低于许多不使用rbGH的牛奶。此外，人体内本身含有IGF-1，不管所喝的牛奶是否使用过rbGH，所获得的IGF-1跟人体内本身含有的IGF-1相比都微不足道。
此外，经过加热、消化、吸收之后，IGF-1在人体内也不再具有生物学活性。所以，FDA认为IGF-1与癌症的关系只是一种多因素的相关性，迄今并没有证据说明IGF-1是致癌的原因。联合国粮农组织和世界卫生组织下的食品添加剂联合专家委员会（JECFA）也与FDA的观点一致，认为牛奶中的IGF-1对人的健康不构成隐患。因此，美国并没有禁止养牛业使用rbGH。
不过，美国禁止的是对牛使用其他激素，如己烯雌酚，要求在牛屠宰前10天停止喂含己烯雌酚的饲料。世界卫生组织也早就从1981年开始禁止对养殖的动物使用己烯雌酚和己烷雌酚。这些激素加入动物饲料可促进动物生长。后来，陆陆续续有研究发现，残留于肉食品中的激素一旦通过食物进入人体会明显影响肌体的激素平衡，有的甚至致癌、致畸；有的引起肌体水、电解质、蛋白质、脂肪和糖的代谢紊乱，还可能引起儿童性早熟等。
如果严格按照动物饲料添加剂法规和畜牧业养殖法的规定，动物食品中包含的激素是难以对人的健康造成危害的。中华人民共和国农业部根据《饲料和饲料添加剂管理条例》公布的《饲料添加剂品种目录》（2014年2月1日实施）共有二百二十多种饲料添加剂产品，只要养殖者能严格执行，我国的肉类食品是安全的。
食物中的植物激素
植物激素分两类，一是对植物有作用的激素，如刺激作物生长，二是植物中的一些化学物质与人体中的激素结构相似，有类似人的激素的功能，如异黄酮。从饮食营养角度指称的植物激素其实是植物化学物的一部分。
植物化学物包括萜类化合物、有机硫化合物（如异硫氰酸盐）、类黄酮、异黄酮、植物多糖等。植物化学物质具有多种生理功能，主要表现在几个方面：抗氧化作用、调节人体免疫力、抑制肿瘤、抗感染、降低胆固醇、延缓衰老等。它们的总体功能是，维护人体健康，预防许多慢性病，如心脑血管病和各种各样的癌症等。
人们比较熟悉的植物激素是大豆异黄酮，是大豆生长中形成的一类次级代谢产物，具有生物活性。由于是从植物中提取，与雌激素有相似结构，因此大豆异黄酮又称植物雌激素。然而，大豆异黄酮广泛存在于豆类、谷类、水果、蔬菜等三百多种植物中，日常饮食中除大豆及其制品外，小麦、黑米、扁豆、洋葱、苹果、石榴、银杏、葵花子和橙汁等食物中含量也相对较高。
异黄酮能发挥人体雌激素的功能或作用是因为大豆异黄酮既能代替雌激素与雌激素受体结合发挥雌激素样作用，又能干扰雌激素与雌激素受体结合，表现为抗雌激素样作用。大豆异黄酮显示雌激素活性或抗雌激素活性主要取决于人体本身的激素代谢状态。对高雌激素水平者，如年轻动物和雌激素化的动物及年轻女性，可显示抗雌激素活性；对雌激素水平较低者，如幼小动物、去卵巢动物、绝经女性，则显示雌激素活性。
大豆异黄酮的雌激素样作用对老年女性和许多与雌激素水平较低而诱发的疾病，如血脂升高、动脉粥样硬化和骨质疏松等，有一定的预防和治疗作用。此外，由于大豆异黄酮物质结构和雌性激素相似，能结合到细胞表面的雌激素受体，激活其抗癌症机制，能减少女性患子宫内膜癌、乳腺癌的危险。另外，大豆异黄酮还可以使癌细胞转化为具有正常功能的细胞，并抑制不良肿块结构，因而能防止肿瘤增生和癌细胞扩散。
另外，从饮食营养的角度看，类黄酮也是一种植物激素，主要存在于柑橘类、苹果、梨、红葡萄、樱桃、黑莓、桃、杏等水果和胡萝卜、芹菜、西红柿、波菜、洋葱、西兰花、莴苣、黄瓜等蔬菜中，而谷物、豆类、红薯、茶叶、葡萄酒、咖啡豆和可可豆中也含量丰富。大量研究表明，类黄酮类化合物有抗氧化、抗过敏、消炎等作用，有利于防治高血压等心血管疾病。
二、教学目的
1.组成生物体的水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质、核酸这几种化合物的化学元素组成、在细胞内的存在形式和重要的功能(C：理解)。
2.组成生物体的无机化合物和有机化合物是生命活动的基础(C：理解)。
3.各种化合物只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象(A：知道)。
三、重点和难点
1.教学重点
组成生物体的无机化合物和有机化合物的化学元素组成，各种化合物在细胞中的存在形式和重要功能。
2.教学难点
(1)蛋白质的化学元素组成、相对分子质量、基本组成单位、分子结构和主要功能。
(2)核酸的化学元素组成、相对分子质量、基本组成单位和重要功能。
四、教学建议
本节的教学内容较多而时间又较紧，教师要注意合理分配时间，突出重点和难点。建议教师对水、无机盐、糖类和脂质的内容安排1课时，蛋白质和核酸的内容安排1课时，学生实验用1课时。
在本节教学的开始，教师可以利用教材中讲到的细胞内各种化合物的含量表，从整体上概括出构成细胞的化合物；指出生命的物质基础，是以蛋白质和核酸为主体的多分子体系。，全国公务员共同天地
在讲授无机化合物水时，可以从水在细胞、组织中两种存在形式的分析入手，引出水的作用。引导学生理解水的含量与生命活动的状态密切相关。在讲述水时，要注意渗透出两种形式的水存在着动态转化，不能截然分开。如果能恰当地运用生活常识，说明水的存在状态和作用，将会更吸引学生，使学生加深对水的认识。
关于无机盐的教学，可以从学生已知的知识中提出问题，通过简明的分析，使学生懂得无机盐的存在形式和作用。例如，为什么在观察动物和人的细胞时，要用一定浓度的生理盐水?为什么长期缺乏铁会出现缺铁性贫血?从这些问题的分析过程中，归纳出无机盐对维持细胞形态、参与重要的物质组成等作用。
关于糖类的教学，应该尽量联系学生生活中经常接触的糖类物质，提高学生的学习兴趣，增加感性认识。在本节教学中，要注意适当突出后边将要应用的糖类知识，这样可以为进一步的学习打下知识基础。通过讲述糖类的水解作用，使学生理解单糖、二糖、多糖三者的区别和联系。关于糖类的作用，既要突出它是生命系统赖以维持的主要能源物质，又要点出它是细胞许多结构中不可缺少的成分。
关于脂质的教学，似乎可以渗透储存脂质(脂肪)、结构脂质(磷脂等类脂)、功能脂质(固醇)的提法，这样有利于学生对不同脂质的作用特点的理解。在学生条件较好的学校，可以分析一下磷脂分子的特点，为学习细胞膜的结构打下基础。
蛋白质的内容是本节教学的重点和难点。教师在讲述蛋白质的组成和结构时，可以按照以下教学思路来设计教学过程：①通过列举水、葡萄糖、几种蛋白质的相对分子量，使学生认识到蛋白质属于生物大分子；②指出对生物大分子结构的研究，常采取分层次认识的方法；③对蛋白质的组成和结构的教学，可从有关元素、基本单位──氨基酸、肽、肽链间的结合和卷曲、折叠而成的空间结构等几个层次逐步深入。
在讲述氨基酸时，可以从甲烷、乙酸、甘氨酸渐渐引入。随着羧基(－COOH)、氨基(－NH2)的出现，指出它们的化学特性。在认识了甘氨酸的基础上，再进一步变换R基，认识几种其他氨基酸。最后，归纳总结出氨基酸的共同点和区别。
在讲述肽时，要注意讲清缩合、肽键、二肽、多肽和肽链的概念。要指出每种多肽都具有特定的氨基酸种类、数目和排列顺序，这种特点决定着肽链的空间结构，从而为学生理解多肽间的区别和蛋白质的多样性打下基础。
对于蛋白质的空间结构，教师不必详细讲述，可以让学生通过对教材中某种胰岛素空间结构示意图的观察，了解蛋白质具有一定的空间结构就可以了。但是应该对学生指出，蛋白质的生理作用依赖于自身特定的空间结构。
在讲述蛋白质的功能时，应该注意从列举典型的、易于理解的例子中，概括出蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要成分和在生命活动中发挥的重要作用。
另外，关于蛋白质结构内容的教学，要充分利用剪贴图、投影片和教材中的示意图，来帮助学生理解动态的、抽象的知识内容。
关于核酸的教学，要注意处理好与《遗传与变异》一章有关内容的联系。本节对核酸化学元素的组成和基本组成单位的认识，可以从介绍分析生物大分子的方法入手，使学生初步了解核酸分子的元素组成、基本单位──核苷酸和多核苷酸链。应指出DNA和RNA两类核酸在组成上的区别和DNA的主要作用。
在本章的最后，教师要强调说明，任何一种化合物或几种化合物的混合都不能完成生命活动。细胞内的各种化合物必须按照一定的方式组成特定的结构，才能在生命活动中发挥作用。
五、参考答案
复习题一、③，①，④，②。
二、1.(A)；2.(A)；3.(D)。
三、1.因为这两种蛋白质的分子结构不同(即氨基酸的种类不同，排列次序不同，空间结构不同)，所以它们的功能也不相同。
2.细胞内的各种化合物必须按照一定方式组成特定的结构，才能在生命活动中发挥作用。
旁栏思考题老年人容易发生骨折是因为随着年龄的增长，机体代谢发生变化而导致骨质疏松造成的。骨质疏松主要是缺少了骨的重要成分碳酸钙。
临床上医生给病人点滴输入葡萄糖液，可以起到给病人提供水、营养和增加能量的作用。因为葡萄糖氧化分解时释放大量的能量，可以供给病人生命活动的需要，有利于早日康复。此外，细胞中水的含量最多。病人维持各项生命活动，绝对不能缺少水。
实验讨论题实验一1.某些化学试剂与生物组织中的有关有机化合物发生一定的化学作用后，能够生成新的化学物质，而这种化学物质是有固定的颜色的。根据实验中所产生的特定的颜色反应，如砖红色、橘黄（或红）色、紫色，可以分别鉴定生物组织中有糖、脂肪、蛋白质的存在。
六、参考资料
细胞的化学组成细胞中各种化合物的平均值如下表(表1-1)：
表1-1细胞中各种化合物的平均值
化合物
质量分数%
平均相对
分子质量
种类
水
85.0
1.8×10
游离形式的水和结合形式的水
蛋白质
10.0
3.6×104
清蛋白、球蛋白、组蛋白、白等
DNA
0.4
1.0×106
RNA
0.7
4.0×105
脂质
2.0
7.0×102
脂肪、磷脂等
糖类及其
他有机物
0.4
2.5×102
单糖、二糖、多糖等
其他
无机物
1.5
5.5×10
Na+、K+、Ca2+、Mg2+、
Cl-、SO42-、PO43-等
在组成细胞的各种化合物中，水是含量最多的物质，是生命活动的最重要的介质。地球表面出现了液态水时，才具备了生命发生的条件。但是，只有当原始地球的物质经过漫长的演变，出现了原始的核酸和蛋白质并且组合在一起，表现出原始的新陈代谢时，才开始出现原始的生命现象，产生了原始的生命。恩格斯早在一百多年前就已提出“生命是蛋白体的存在方式”。现代生物科学认为，承担生命的“蛋白体”主要是核酸和蛋白质的整合体系。因此说，细胞的主要成分是蛋白质和核酸。
水在生物体和细胞内的存在状态
1.结合水吸附和结合在有机固体物质上的水，主要依靠氢键与蛋白质的极性基(羧基和氨基)相结合形成亲水胶体。多糖、磷脂也以亲水胶体形式存在。这部分水不能蒸发、不能析离，失去了流动性和溶解性，是生物体的构成物。
2.自由水填充在有机固体颗粒之间的水分，可流动、易蒸发，加压力后可析离，是可以参与物质代谢过程的水。
水在生物体内的作用水是生命存在的环境条件，同时也是生活物质本身化学反应所必需的成分。水对于维持生物体的正常生理活动有着重要的意义，因此水是生物体内不能缺少的物质。
1.水是细胞内的良好溶剂生物体内的大部分无机物及一些有机物，都能溶解于水。水是物质扩散的介质，也是酶活动的介质。细胞内的各种代谢过程，如营养物质的吸收，代谢废物的排出，以及一切生物化学反应等，都必须在水溶液中进行。
2.水的其他作用①由于水分子的极性强，能使溶解于其中的许多种物质解离成离子，这样也就有利于体内化学反应的进行。②由于水溶液的流动性大，水在生物体内还起到运输物质的作用，将吸收来的营养物质运输到各个组织中去，并将组织中产生的废物运输到排泄器官，排出体外。③水的热容大，1g水从15℃上升到16℃时需要4.18J热量，比同量其他液体所需要的热量多，因而水能吸收较多的热而本身温度的升高并不多。水的蒸发热较大，1g水在37℃时完全蒸发需要吸热2.40kJ，所以人蒸发少量的汗就能散发大量的热。再加上水的流动性大，能随血液循环迅速分布全身，因此水对于维持生物体温度的稳定起很大作用。④水还有作用。⑤对植物来说，水能保持植物的固有姿态。由于植物的液泡里含有大量的水分，因而可以维持植物细胞的形态而使枝叶挺立，便于接受阳光和交换气体，保证正常的生长发育。⑥对生物体的生命活动起重要的调控作用。生物体内水含量的多少以及水的存在状态的改变，都影响着新陈代谢的进行。一般情况下，生物体内的含水量在70%以上时代谢活跃；含水量降低，则代谢不活跃或进入休眠状态。当自由水比例增加时，生物体的代谢活跃，生长迅速；而当自由水向结合水转化较多时，代谢强度就会下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。
无机盐无机盐在细胞中的含量虽然不多，却是生命活动所必需的。如果将一块组织放在蒸馏水中，从细胞中去掉盐类，该组织就会死亡。许多无机盐在细胞中呈离子状态存在。无机盐在生物体和细胞中的作用主要有以下几点。
1.是构成细胞或构成生物体某些结构的重要成分。
2.参与并调节生物体的代谢活动。有些无机离子是酶、激素或维生素的重要成分。例如，含锌的酶最多，已知有70多种酶的活性与锌有关；钴(Co)是维生素B12的必要成分，参与核酸的合成过程；铁(Fe)参与组成血红蛋白、细胞色素等，参与氧的运输和呼吸作用中的电子传递过程等。
3.维持生物体内的平衡。体内平衡是使细胞具有稳定的结构和功能，使生物能维持正常的代谢和生理活动的必要条件。有关体内平衡的内容很复杂，情况多变。其中的3个主要方面与无机盐含量的稳定密切相关。
(1)渗透压平衡：细胞内外的无机盐的含量是维持细胞渗透压的重要因素。
(2)酸度平衡(即pH平衡)：pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着细胞组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应。例如，各种蛋白质对于pH的改变非常敏感，人体血浆pH降低0.5时，人就立即发生酸中毒。无机离子如HPO42-／H2PO4-和H2CO3／HCO3-等，组成重要的缓冲体系来调节并维持pH平衡。
(3)离子平衡：动物细胞内外的Na+／K+／Ca2+的比例是相对稳定的。细胞膜外Na+高、K+低，细胞膜内K+高、Na+低。K+、Na+这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞保持反应性能的重要条件。此外，在细胞膜外Na+多、Ca2+少时，神经细胞就会失去稳定性，对于外来刺激就会过于敏感。
糖类的分布和功能糖类是生物体的主要能源物质和重要的组成成分，在自然界中分布极广，几乎所有的动物、植物、微生物的体内都有它，尤以存在于植物体内的为最多，约占植物体干重的80%。在植物体内，构成根、茎、叶骨架的主要成分是纤维素多糖。在植物种子或果实里的主要储存物质，如淀粉、蔗糖、葡萄糖、果糖等都属于糖类。在动物血液中的血细胞内，也有葡萄糖或由葡萄糖等单糖缩合成的多糖存在，在肝脏、肌肉里的多糖是糖元。人和动物的组织器官中所含的糖类，不超过身体干重的2%。微生物体内的含糖量约占身体干重的10%～13%，其中有的呈游离状态，有的与蛋白质、脂肪结合成复杂的物质，这些物质一般存在于细胞壁、黏液或荚膜中，也有的形成糖元或类似淀粉的多糖存在于细胞质中。
糖类的功能有以下几点。(1)糖类是生物体的主要能源和碳源物质：糖类物质可以通过分解而放出能量，这是生命活动所必需的。糖类还可以在生物体内转化成其他化合物(如某些氨基酸、核苷酸、脂肪酸等)，并提供碳原子和碳链骨架，是构成组织和细胞的成分。(2)糖类与生物体的结构有关：纤维素和壳多糖都不溶于水，有平坦伸展的带状构象，并且堆砌得很紧密，所以它们彼此之间的作用力很强，适于作强韧的结构材料。纤维素是植物细胞壁的主要成分。壳多糖是昆虫等生物体外壳的主要成分。细菌的细胞壁由刚性的肽聚糖组成，它们保护着细胞膜免受机械力和渗透作用的损伤。细菌的细胞壁还使细菌具有特定的形状。(3)糖类是储藏的养料：糖类以颗粒状态储存于细胞质中，如植物的淀粉、动物肝脏和肌肉中的糖元。(4)糖类是细胞通讯识别作用的基础：细胞表面可以识别其他细胞或分子，并接受它们携带的信息，同时细胞也通过表面上的一些大分子来表现其本身的活性。细胞与细胞之间的相互作用，是通过一些细胞表面复合糖类中的糖和与其互补的大分子来完成的。(5)糖类具有保护作用：黏膜分泌的黏液中有黏稠的黏多糖，可以保护的表面。关节腔的滑液就是透明质酸经过大量水化而形成的黏液。
磷脂和糖脂磷脂是构成生物膜的主要成分。它广泛分布在动植物组织中。磷脂在动物体内多存在于脑和神经组织中，在心脏和肝脏中的含量也不少；植物的种子中含磷脂也比较多，如大豆种子的磷脂达2%。磷脂大多不溶于丙酮，不溶于水，但像亲水胶体一样，能在水中膨胀并形成乳状液或胶体溶液。磷脂的种类很多，有卵磷脂、脑磷脂、神经磷脂等。
卵磷脂又称蛋黄素，大量存在于各种动物的组织和器官中，尤其在蛋黄、脑、肾上腺、红细胞中的含量较多。蛋黄中卵磷脂的含量可达8%～10%。许多种种子，如大豆、向日葵的种子也含有卵磷脂。
糖脂是一类具有一般脂质溶解性质的含糖脂质，包括脑糖脂、神经节糖脂、甘油醇糖脂等。
磷脂和糖脂都是构成生物膜的磷脂双分子层结构的基本物质，也是某些生物大分子化合物(如脂蛋白和脂多糖)的组成成分。
类固醇和固醇类固醇又称“甾族化合物”，是环戊烷多氢菲类化合物的总称，一般具有重要的生理作用，在自然界广泛分布，也有人工合成的。类固醇的主要种类和分布情况如下。
1.自然界存在的
(1)固醇类。固醇又称“甾醇”，是含羟基的环戊烷骈全氢菲类化合物的总称，以游离状态或同脂肪酸结合成酯的状态存在于生物体内，最重要的有胆固醇、豆固醇和麦角固醇(表1-2)。
表1-2固醇的主要种类和分布情况
类别
固醇名称
分布
动物固醇
胆固醇
脊椎动物体内
7-脱氢胆固醇
皮肤和毛发内
粪固醇
动物粪便中
植物固醇
麦固醇
麦芽中
豆固醇
大豆中
谷固醇
高等植物中分布很广
酵母固醇
麦角固醇
麦角、酵母菌和毒菌内
(2)固醇衍生物。常见的有：强心苷，如洋地黄毒素，存在于洋地黄植物的叶中，是一种强心药；蟾毒素，是蟾蜍分泌的毒素，可作药用；胆酸、胆汁酸组成的胆汁；肾上腺皮质激素、昆虫的蜕皮激素、性激素(包括雌激素、孕激素和雄激素等)，能调节动物和人体的新陈代谢及生殖、发育等生理活动。此外，维生素D有利于机体对钙、磷的吸收。肾上腺皮质激素、胆酸、性激素、维生素D等物质，在人体内都可以由胆固醇转化而来。
2.人工合成的类固醇药物如抗炎剂、促蛋白合成类固醇、口服避孕药等。
氨基酸的R基团每个氨基酸都有一个R基，R基也叫侧链基团，不同氨基酸的R基是不同的。例如，甘氨酸的R基只是一个氢原子；有些氨基酸的R基属于烃基；有些则含有某种官能团，如羟基(—OH)、巯基(—SH)、氨基(—NH2)、羧基(—COOH)等。
根据氨基酸所连接的R基化学结构的不同，可以将氨基酸分成脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸、杂环亚氨基酸四大类。
甘氨酸惟一不含有不对称碳原子的最简单的非必需氨基酸。广泛存在于蛋白质中。
丙氨酸即L-α-氨基丙酸。一种属于丙酮酸代谢体系的非必需氨基酸。
蛋白质分子的结构通常将蛋白质的结构分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构(图1-1)。
图1-1蛋白质分子的一、二、三、四级结构示意图
1.蛋白质的一级结构：又称为初级结构或化学结构，是指蛋白质分子中，由肽键连接起来的各种氨基酸的排列顺序。目前可以运用氨基酸自动分析仪和氨基酸顺序自动分析仪，对蛋白质的一级结构进行测定。
2.蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。近些年来，通过研究知道，蛋白质分子的多肽链本身一般不是全部以松散的线形分子状态存在于生物体内的，而是部分卷曲、盘旋成螺旋状(一般呈所谓α螺旋)，或折叠成片层状(又称β折叠)，或呈β回折(发夹回折、U形转折)，或呈无规则卷曲。蛋白质的二级结构主要依靠氢键来维持结构的稳定性。
3.蛋白质的三级结构：具有二级结构的肽链，按照一定方式进一步卷曲、盘绕、折叠成一种看来很不规则，而实际上有一定规律性的三维空间结构，叫做三级结构。这些肽链所以会卷曲、盘绕、折叠，主要是因为肽链的侧链之间的相互作用。
4.蛋白质的四级结构：具有三级结构的蛋白质分子，通过一些非共价键结合起来，而成为具有生物功能的蛋白质大分子，就是蛋白质的四级结构。构成蛋白质功能单位的每条肽链，称为亚基。亚基虽然只具有二、三级结构，但是在单独存在时并没有生物活力，只有完整的四级结构才具有生物活力。例如，磷酸化酶是由2个亚基构成的，马血红蛋白是由4个不同的亚基(2个α肽链，2个β肽链)构成的，谷氨酸脱氢酶是由6个相同的亚基构成的。
有些蛋白质分子只有一、二、三级结构，并无四级结构，如肌红蛋白、细胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶等。另一些蛋白质则一、二、三、四级结构同时存在，如血红蛋白、谷氨酸脱氢酶等。
调节生理活动的许多激素是蛋白质从化学本质上看，人和动物的激素可以分为4类：①氨基酸衍生物激素(如甲状腺激素、肾上腺素、血清血管收缩素)；②肽和蛋白质类激素(如脑垂体激素、胰岛素、甲状旁腺素、生长素和促肾上腺皮质激素)；③类固醇激素(如肾上腺皮质激素、性激素)；④脂肪酸衍生物激素(如前列腺素)。
肽和蛋白质类激素，包括许多种激素。下面重点介绍胰岛素、生长素和促肾上腺皮质激素。
1.胰岛素：胰岛素是胰腺内的胰岛β细胞，全国公务员共同天地所产生的一种激素。胰岛素是一种相对分子质量较小的蛋白质，在有锌和其他金属离子存在时，胰岛素分子可以围绕这些离子形成聚合体。在调节糖类、脂肪和蛋白质的代谢中具有十分重要的作用。
课程编号：
学时：60 学分：
适应对象：继教院实验班
先修课程：普通动物学、动物生物化学、家畜解剖学、家畜组织学
考核要求：考试
使用教材及主要参考书：
杨秀平 主编．动物生理学，高等教育出版社，第三版，2016．
姚 泰 等．生理学，人民卫生出版社，2002．
W. J. Germann, C.L. Stanfield, Principles of Human Physiology, Pearson Benjamin Cummings, Second Edition. 2005
一、课程性质和任务
动物生理学是动物医学卓越专业的一门重要专业基础课，是专业核心课程。动物生理学是数学、物理学、化学与生物学相结合的产物，是生理学的一个分支。它运用数、理、化、生物学的实验方法和科学原理，来研究健康家畜在正常条件下所表现的各种生命现象或生理活动及其规律。动物生理学的理论来源于科学实际和生产实践，它的任务，一方面为学习后续课程和将来从事畜牧业科学研究打下坚实的基础；另一方面它的最终任务是为发展畜牧业生产服务。
二、课程的教学目的与教学要求
动物生理学是一门理论性较强的课程，其基本概念、基本理论、各器官系统的基本生理活动及其规律必须认真掌握，在理解的基础上加以牢记，以达到基本概念清楚、基本理论知识扎实的要求。同时动物生理学也是一门实践性课程，要求学生通过课程实验，进一步巩固和加强所学的理论知识，按照理论联系实际的方针，提高分析问题和解决问题的能力，以便在日后畜牧生产实践及兽医临床实践中能够加以运用。
三、学时与学分
学时分配表
章次
教学内容
学时
1
绪论
6
2
化学信使与内分泌
8
3
神经系统
10
4
肌肉生理
3
5
血液生理
3
6
心血管系统
8
7
呼吸系统
4
8
消化系统
6
9
泌尿系统
6
10
能量代谢与体温调节
3
11
生殖系统
3
总学时
60
四、课程内容
第一章：绪论
1．教学内容
⑴机体生命活动的基本特征：新陈代谢，包括同化作用和异化作用；兴奋性、刺激和反应、阈刺激、兴奋和抑制等概念；适应性；生殖。
⑵内环境稳态及其维持方式：内环境、内环境稳态、负反馈与正反馈。
⑶机体机能的基本调节方式：神经调节及其方式和作用特点；体液调节及其方式和作用特点；细胞内源性调节。
⑷生物膜的结构与物质转运功能：生物膜的成分，生物膜的结构模型；被动运输，分为单纯扩散和易化扩散，水的转运，主动运输，膜泡运输（入胞作用和出胞作用）。
2．教学基本要求
识记：新陈代谢，兴奋性，刺激和反应，阈刺激，兴奋和抑制，适应性，生殖，内环境、内环境稳态、正反馈与负反馈，神经调节，体液调节，单纯扩散，易化扩散，主动运输，入胞作用和出胞作用，静息电位，极化状态，动作电位，去极化，反极化，复极化，受体，化学信使的分类，第二信使系统。
理解：神经调节的方式及作用特点；生物膜的物质转运功能及其特点。
掌握：机体生命活动的基本特征；内环境稳态的生理意义；机体机能的基本调节方式；生物膜的结构与物质转运功能。
3．教学重点和难点
重点：新陈代谢，兴奋性，神经调节的方式及其作用特点，生物膜的物质转运功能。
难点：生物膜的物质转运功能。
4.教学方法
多媒体教学为主。
第二章：化学信使与内分泌
1．教学内容
⑴细胞间通讯的机制：直接通讯与间接通讯。
⑵化学信使的分类：①功能分类：旁分泌物、自分泌物、神经递质、激素、神经激素、细胞因子；②化学分类：氨基酸、胺类、肽/蛋白质、类固醇、类二十烷酸。
⑶信号转导机制：受体的特征；①膜结合受体介导的反应：离子通道偶联的反应、G蛋白偶联的反应、酶偶联的反应；②胞内受体接到的反应。
⑷主要内分泌器官：下丘脑和垂体及其分泌的激素、甲状腺及其分泌的激素、甲状旁腺及其分泌的激素、松果腺及其分泌的激素、胸腺及其分泌的激素、肾上腺皮质及其分泌的激素、肾上腺髓质及其分泌的激素、胰腺及其分泌的激素、性腺及其分泌的激素。
⑸其他内分泌器官：心脏及其分泌的激素、肝脏及其分泌的激素、肾脏及其分泌的激素、胃肠道及其分泌的激素。
⑹血液中激素水平的调节：激素分泌水平的控制、激素在血液中的运输、激素代谢的速度。
⑺激素分泌的异常：高分泌和低分泌。
⑻激素的相互作用：拮抗作用、加性作用和协同作用、允许作用。
2．教学基本要求
识记：化学信使的分类、各内分泌器官及其分泌的激素。
理解：细胞信号转导的机制、血液中激素水平的调节机制、激素的相互作用。
掌握：化学信使的分类及其实例、细胞信号转导的机制、各内分泌腺分泌的激素的化学本质、功能及其分泌调节、激素的相互作用。
3．教学重点和难点
重点：化学信使的分类、细胞信号转导的机制、各内分泌腺分泌的激素的化学本质、功能及其分泌调节、激素的相互作用。
难点：细胞信号转导的机制
4.教学方法
多媒体教学为主。
第三章：神经系统
1.教学内容
⑴神经系统的细胞及其点活动：神经元的结构；神经纤维的分类；静息电位及其产生原理、动作电位及其产生原理、动作电位的传导方式。
⑵突触：突触的类型和结构及传递机理；神经的整合作用；突触的调节作用；神经递质。
⑶神经系统的运动功能：反射的基本概念；反射的分类；肌紧张和牵张反射；随意运动的调节；高位脑中枢对躯体运动的调节。
⑷神经系统的感觉功能：感觉生理学的一般原理；感觉的传导途径；感觉区；视觉、听觉。
⑸神经系统对内脏活动的调节：自主神经系统的基本概念；交感和副交感神经系统；自主神经末梢的兴奋传递。
2.教学基本要求
识记：神经元的结构；神经纤维的功能和分类；神经纤维传递兴奋的方式和特征；突触的结构与传递机理、传导特征；EPSP、IPSP；反射活动的特征；反射协调的方式；突触前抑制和突触后抑制；特异性投射系统和非特异性投射系统及其功能；皮层感觉区；皮层运动区；锥体系统和锥体外系统；自主神经系统的结构、功能与兴奋传递。
理解：静息电位的产生原理、动作电位的产生原理、神经纤维传递兴奋的方式；突触的传递机理；EPSP、IPSP的形成机理；反射活动的特征；突触前抑制和突触后抑制的形成机理；植物性神经系统的功能。
掌握：神经纤维的结构、功能、分类与兴奋传导；静息电位及其动作电位的产生原理；突触的分类与传递机理；主要神经递质；反射活动的基本特征；中枢神经的感觉功能；中枢神经的运动功能；自主神经的结构与功能。
3.教学重点和难点
重点：静息电位及其动作电位的产生原理；神经纤维的结构、功能和分类；神经纤维的兴奋传导；突触的传递机理，兴奋性突触和抑制性突触的传递机理；突触传递的特性；突触传递的化学递质；反射活动的基本特征；反射活动的协调；交感和副交感神经系统；植物性神经末梢的兴奋传递。
难点：静息电位及其动作电位的产生原理；突触传递的机理；突触后抑制与突触前调节。
4.教学方法
多媒体教学为主。
第四章：肌肉生理
1.教学内容
⑴肌肉的特性：平滑肌的特点及其分类；骨骼肌由肌纤维组成，肌纤维由肌原纤维组成，肌原纤维由肌动蛋白和肌球蛋白构成。
⑵骨骼肌的收缩及神经肌肉的兴奋传递：横桥循环；神经肌肉的兴奋传递；兴奋和收缩的偶联；骨骼肌的代谢。
⑶骨骼肌收缩的特点：单收缩；等长收缩和等张收缩；刺激强度对骨骼肌收缩的影响；刺激频率对骨骼肌收缩的影响；影响骨骼肌收缩的因素。
⑷骨骼肌的类型：快肌和慢肌
2.教学基本要求
识记：肌原纤维的组成；肌小节的组成；横管与肌浆网的功能；单收缩、等长收缩、等张收缩、强直收缩、临界融合频率。运动终板、运动单位。
理解：骨骼肌收缩的机制；骨骼肌的代谢；神经肌肉的兴奋传递。
掌握：骨骼肌的组成及其功能；横桥循环，兴奋与收缩偶联；骨骼肌收缩的特点，影响骨骼肌收缩的因素。
3.教学重点和难点
⑴重点：骨骼肌的组成；骨骼肌的收缩的特点；神经肌肉的兴奋传递。
⑵难点：横桥循环；兴奋收缩的偶联；骨骼肌的收缩的特点。
4.教学方法
多媒体教学为主。
第五章：血液
1．教学内容
⑴体液和血液：血液的功能及其血液的组成。
⑵血浆：化学成分及其功能，包括血浆蛋白、血脂、血糖、无机离子、非蛋白氮；理化性质，包括血浆晶体渗透压和血浆胶体渗透压两部分组成的渗透压及其功能，酸碱度。
⑶血细胞：红细胞的特性、功能、生成与破坏；自细胞的特性、分类、功能；血小板。
⑷血液凝固和纤维蛋白的溶解：血液凝固的概念、本质和基本过程；纤维蛋白溶解的过程。
⑸血型：红细胞凝集的概念；血型及不同的血型系统。
2．教学基本要求
识记：非蛋白氮，血浆晶体渗透压、胶体渗透压，碱储，最大脆性和最小脆性，红细胞沉降率，白细胞的分类，细胞免疫和体液免疫，血液凝固，红细胞凝集。
理解：血浆的理化特性及其功能，红细胞的生成和破坏，白细胞的功能，血液凝固的过程。
掌握：血液的成分及理化特点；红细胞的形态特点及功能；白细胞的分类及生理功能；血小板的生理功能；血液凝固的机理；ABO血型系统 。
3．教学重点和难点
重点：血液的功能，血浆的化学组成及理化特性，红细胞的特性、生成和破坏，白细胞的分类及功能，血液凝固的本质和过程。
难点：血浆的化学组成及理化特性，红细胞的特性、生成和破坏，白细胞的分类及功能，血液凝固的过程。
4.教学方法
多媒体教学为主，课堂专题讨论1学时。
第六章：血液循环
1．教学内容
⑴概述：血液循环的概念、功能及组成。
⑵心脏的泵血功能：心动周期的概念及组成；心脏泵血过程；泵功能的评价，包括每搏输出量、每分输出量和心脏指数；心音。
⑶心肌的生物电现象和生理特性：心肌细胞的类型分为普通心肌细胞和特殊传导组织；普通心肌细胞的动作电位的产生原理，窦房结细胞静息电位和动作电位；心肌细胞的生理特性及其特点，包括兴奋性、自律性、传导性和收缩性；心电图及其各波的意义。
⑷血管生理：各类血管的特点；血流动力学，包括血流量、血流速度、血流阻力、血压；动脉血压和动脉脉搏；微循环的组成及其功能；组织液的生成；淋巴液的生成和回流。
⑸心血管活动的调节：心脏和血管的神经支配，心血管反射；全身性体液因素和局部性体液因素。
2．教学基本要求
识记：血液循环，心动周期，搏出量、每分输出量、心脏储备力、心脏指数，正常起搏点，窦性节律，潜在起搏点：异位节律，最大复极期电位，期前收缩，代偿间歇，心电图及各波的意义，收缩压，舒张压，脉搏压，平均压，有效滤过压，动脉脉搏，血流量，血流速度，微循环及其组成和功能，减压反射。
理解：心动周期心室的压力和容积的变化；心脏泵功能的评价；普通心肌细胞的动作电位的产生原理，起搏细胞的动作电位产生原理；心肌细胞的生理特性；影响动脉血压的因素；心血管功能的调节。
掌握：血液循环的概念、功能及组成；心动周期及泵功能的评价；心肌细胞的动作电位；心肌细胞的生理特性；心电图各波及其生理意义；各类血管的生理特点及功能；血流动力学；微循环的组成、组织液生成和淋巴回流；心血管活动的神经调节和体液调节机理。
3．教学的重点和难点
重点：血液循环的概念、组成，心动周期，心输出量，心脏指数，心音，普通心肌细胞及窦房结细胞的动作电位的产生原理，心肌细胞的生理特性，心电图及其各波的意义，血流阻力的来源，血压的成因，动脉血压的组成及含义，微循环的组成及功能，组织液的生成，心血管活动的神经调节和体液调节。
难点：心输出量的调节，心肌细胞的动作电位及生理特性，心电图及各波的含义，血压的成因，影响动脉血压的因素，微循环的组成及功能，心血管功能的调节。
4.教学方法
多媒体教学为主，1学时的课堂专题讨论。
第七章 呼吸
1．教学内容
⑴肺的通气：呼吸器官包括呼吸道和肺；肺通气的概念，动力与阻力；呼吸类型；胸内负压的成因及意义；肺容量；无效腔的概念。
⑵气体交换：肺泡与血液的气体交换；影响气体交换的因素。
⑶气体在血液中的运输：O2的运输；CO2的结合和运输。
⑷呼吸运动的神经调节和体液调节：呼吸中枢和化学感受器；体液因素对呼吸运动的调节。
2．教学基本要求
识记：呼吸器官的结构特点，呼吸运动及其呼吸类型，肺通气、肺内压和胸内压的变化，肺容量，潮气量，肺活量，无效腔，肺泡通气量，影响气体的交换的因素，氧分压，氧容量，氧含量，血氧饱和度，氧解离曲线，CO2的运输及其影响因素，呼吸运动的神经和体液调节。
理解：影响气体的交换的因素，氧解离曲线，CO2的运输及其影响因素，呼吸运动的神经和体液调节。
掌握：呼吸系统的组成；肺通气原理及其动力与阻力；气体交换的动力与阻力；O2的运输及其影响因素；CO2的运输及其影响因素；呼吸运动的调节。
3．教学重点和难点
重点：肺通气的概念、动力与阻力；呼吸类型；胸内负压的成因及意义；肺容量；影响气体交换的因素；O2的运输及其影响因素；CO2的结合和运输及其影响因素；呼吸运动的神经调节和体液调节。
难点：胸内负压的成因及意义；影响气体交换的因素；O2的运输；CO2的结合和运输；呼吸运动的神经调节和体液调节。
4.教学方法
多媒体教学为主。
第八章：消化系统
1．教学内容
⑴概述：消化的概念和方式；消化道平滑肌的特性及神经支配。
⑵单胃消化：胃粘膜的结构及胃液分泌；非反刍动物的粘膜可分为贲门腺区、胃底腺区、幽门腺区；胃液的特性、组成及分泌调节；胃的运动及其排空。
⑶复胃消化：瘤胃微生物；瘤胃和网胃的消化；瓣胃和皱胃的消化。
⑷小肠消化：胰液的性质、成分、消化作用及分泌调节；胆汁的性质、成分、消化作用及分泌调节；小肠液的性质、成分及消化作用；小肠运动的形式及其调节。
⑸吸收：营养物质吸收的部位、吸收机理。
2．教学基本要求
识记：消化的概念和方式；消化道平滑肌的特性及神经支配；胃粘膜的结构；胃液的特性、组成及分泌；胃的运动及其排空；瘤胃微生物的消化作用；尿素再循环；反刍；胰液的成分、作用及分泌的调节；胆汁的成分、作用及分泌的调节；小肠液的成分及作用；小肠的运动形式及调节和吸收。
理解：胃液分泌的调节，胰液分泌的调节，胆汁分泌的调节；小肠的运动形式的调节，不同营养物质吸收机理。
掌握：消化道的组成及其生理特点；单胃消化及其调节；复胃消化；小肠消化及其调节。
3．教学重点和难点
重点：消化的概念和方式；消化道平滑肌的特性及神经支配；胃粘膜的结构及胃液分泌；胃液的特性、组成及分泌；胃的运动及其排空；胰液的性质、成分、消化作用及分泌调节；胆汁的性质、成分、消化作用及分泌调节；小肠运动的形式、神经和体液调节。营养物质吸收的机理。
难点：消化道平滑肌的特性及神经支配；胃液的特性、组成及分泌；胰液的性质、消化作用及分泌调节；胆汁的性质、消化作用及分泌调节；小肠液的性质及消化作用；小肠运动的形式、神经和体液调节。营养物质吸收的机理。
4.教学方法
多媒体教学为主，1学时的课堂专题讨论。
第九章：泌尿
1．教学内容
⑴尿的理化性质、组成：排泄、排泄物及排泄途径；尿液的理化性质和组成；
⑵尿的生成：肾脏的结构特点；肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收、分泌、排泄作用。
⑶尿生成的调节：肾血流量的调节；肾小管活动的体液调节（抗利尿素、醛固酮的作用）；
⑷肾脏的其它功能：调节血液的酸碱平衡；活化维生素D3；促进红细胞的生成；调节动脉血压。
2.教学基本要求
识记：排泄、排泄途径、尿液的组成；肾单位、肾单位的分类；肾小球旁器的结构特点；有效滤过压、肾小球滤过率、滤过分数、被动重吸收和主动重吸收；肾糖阈，渗透性利尿，水利尿；抗利尿激素的作用机理、醛固酮的合成部位、作用及引起其分泌的有效刺激；肾脏的其它功能。
理解：肾脏血液循环的特点，两类肾单位功能；不同物质的重吸收机理；尿液浓缩与稀释的机理；肾血流量的调节；抗利尿激素分泌的调节；醛固酮分泌的调节；H+-Na+交换、K+-Na+交换。
掌握：排泄的概念和途径；肾单位的组成及分类；肾小球旁器的结构与功能；肾小球滤过及其调节；重吸收及其调节；不同激素对尿液生成的调节作用。
3．教学的重点和难点
重点：肾单位的结构、分类；肾脏血液循环的特点；尿液生成的基本过程；肾血流量的调节；肾小管活动的调节。
难点：肾脏血液循环的特点；尿液生成的过程；尿液的浓缩与稀释；肾血流量的调节；肾小管活动的调节。
4.教学方法
多媒体教学为主。
第十章：能量代谢及体温
1.教学内容
⑴能量代谢：能量代谢的概念；能量来源及去向；测定能量代谢的方法；基础代谢。
⑵体温：产热和散热；体温调节。
2.教学基本要求
了解：能量代谢；呼吸商，氧热价，物理热价，生理热价，基础代谢率，等热范围，散热方式。
理解：能量来源及去向；测定能量代谢的方法；基础代谢；体温调节的方式。
掌握：能量来源及去向；测定能量代谢的方法；机体产热和散热的方式；体温调节的方式。
3.教学重点和难点
重点：能量来源及去向；测定能量代谢的方法；体温调节的机理。
难点：体温调节的机理。
4.教学方法
多媒体教学为主。
第十章：能量代谢及体温
1.教学内容
⑴生殖生理概述：配子在生殖中的作用、减数分裂、生殖系统的组成。
⑵雄性和雌性生殖系统：雄性生殖系统结构、精子的生成；雌性生殖系统的结构、卵子的生成。
⑶受精、着床和妊娠：受精、着床、妊娠。
2.教学基本要求
识记：生殖系统的组成、两性生殖系统的结构
理解：精子生成、卵子生成、受精。
掌握：精子生成、卵子生成、受精。
3.教学重点和难点
重点：精子和卵子的生成
难点：精子和卵子的生成
4.教学方法
多媒体教学为主。
五、 考核方式与成绩评定
（一）考核方式：考试
（二）课程考核成绩组成：
课程总评成绩=平时考核成绩×30％ + 课程结课考核×70％。
执笔人：
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关键词：环境荷尔蒙；研究现状；检测方法
中图分类号：F124.5 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2013）03-0332-03
环境荷尔蒙，一类能进入人体内部、具有类似雌性激素的作用、危害人类正常激素分泌的化学物质，多数是人工合成并随着人类生产和生活排放到环境中的污染物[1]。因为此类物质能减少生物体量、导致生殖器官异常，所以对人类乃至全球的生物来说，它是一种致命的危险物质。这一问题引起了很多国家的高度重视，中国也不例外，国家自然科学基金委员会已于1997 年设立了有关环境荷尔蒙方面的基金项目。本文在对近年来国内外环境荷尔蒙研究的热点问题进行分析讨论的基础上，系统概述环境荷尔蒙的定义、种类和检测方法等方面的研究前沿工作并对未来的研究趋势进行展望。
一、环境荷尔蒙的种类和研究现状
1.环境荷尔蒙的定义和种类
那些干扰人体正常激素功能的外因性化学物质，具有与人和生物内分泌激素类似的作用，有时能引起生物内分泌紊乱，这一类物质即称环境荷尔蒙，又称内分泌扰乱物物质。这些物质能减少数量，降低质量，削弱生物免疫力，破坏生物神经系统等。
目前，人类使用了8万余种化学物质，其中仅有一小部分具有环境荷尔蒙效应。研究表明，具有雌激素作用的物质约有70种，农药类占60%左右，包括镉、铅、汞三种重金属离子，另有可疑性很高的化学物质如染料、涂料、香料、洗涤剂，去污剂、表面活性剂、塑料制品、药品和化妆品等等[2]，近年来的研究表明，某些塑料添加剂具有一定的雌激素活性，而广泛使用的表面活性剂本身虽然没有雌激素活性，但其降解产物如4-壬基苯酚、4-辛基苯酚等则具有雌激素生物效应。这类物质广泛分布于环境水体中（见表1）。
2.环境荷尔蒙的研究现状
1972年，WHO（世界卫生组织）对“有激素作用的化学物质”进行了研究总结，指出了化学物质的激素作用，这次会议上发表的文斯普雷德宣言使激素问题引起了全球的关注，目前对环境激素的研究已经成为国际环境科学的热点问题之一。
美国、英国和日本等发达国家正在调查某些环境激素的影响，尤其是在地表水、地下水、海水、底泥、土壤、大气和食品中的污染现状，调查内容还包括环境激素的测定方法、环境激素污染控制标准以及野生动物和人类被污染的情况等。1995 年，美国政府设立了由环保局领导的14个部门组成的环境激素工作组，并于1996 年建立了食品中内环境激素的筛选方法。美国环保署根据这个方法开发调查农药和其他化学物质是否具有环境刺激作用。1998 年美国环保署分4 组对86 000种物质进行筛选，以进行影响分析[3]。1996年7月，日本通产省成立“外因性物质的激素作用的调查研究委员会”，接着厚生省着手研究环境激素问题，并对已有的化学物质进行筛选毒性测试[4]。
1998 年OECD（经济合作开发组织）提出今后工作的主要目的之一是开发检测环境激素物质的新的检测技术并协调各国的行动。主要将进行子宫增重重复实验、雄性性腺增重反应实验、28天投毒实验和鱼类、两栖类、鸟类的生态毒理实验。
总的来说，环境激素对生物影响的研究经历了一个由整体水平上判断在一定剂量条件下某种化学物质的毒性大小以及毒性的快慢等一个过程。此后，初期的毒理学研究从整体水平深入到系统和器官水平，对该化学物质的多个器官或系统终点如呼吸、神经、肝脏等进行毒性作用研究。20世纪末，相关学科的发展和科研技术工具的进步使环境激素研究进入了细胞分子水平，对化学物质的作用机制也提高到在分子水平进行研究。然而，生物体是一个复杂的、多层次的有机体，仅从一个水平上是不能够进行透彻全面的阐述的[5]。环境激素对动物和人类的影响是多方面的，可以肯定还有很多潜在的影响没有被发现。环境激素研究在中国仅是刚刚起步，对本领域的研究基础还很薄弱，尤其是污染现状的调查几乎没有开展。所以，这个问题应引起更多的关注并开始对其进行一系列相关的研究，同时根据国外研究进展采取有效的减少和防止污染的措施。
二、环境荷尔蒙的检测方法
环境荷尔蒙物质含量极微但却具有超常的显性内分泌效应，严重地危害到了人类和其他生物的健康和安全，要想把握环境质量现状并预测污染发展趋势，环境监测是唯一手段。而环境荷尔蒙类污染物种类繁多，数量庞大，含量较小（在环境中往往以ppb浓度级甚至ppt浓度级存在），因此对它们的检测就显得尤为重要。目前主要有以下几种检测方法。
1.化学分析方法
化学分析方法指的是使用色谱仪器分析相关物质的方法，主要包括气相色谱（GC）、液相色谱（LC）、电感耦合等离子发射光谱（ICP）及其相关的质谱（MS）联用分析方法。色谱分析技术对样品的预处理过程要求非常高，样品预处理有提取、净化、浓缩和衍生化等步骤，可以起到富集痕量组分、消除基体干扰、提高方法灵敏度的作用[6]。
环境样品中有机氯农药的检测，主要以GC法为主[7]，GS-MS联用法则常用于多成分物质同时段的定性和定量检测，因为大部分的环境荷尔蒙物质是水溶性或具有水溶性官能团的化合物，这些物质需要高灵敏度检测仪器，在萃取过程中的高倍浓缩及净化必不可少，衍生化程序有时也极为重要。美国EPA和日本JIS系列标准分析方法中规定，检测来自自来水、废水中的绝大部分有机污染物，均采用GC或GC-MS联用法。
曾有学者用LC-API-MS法测定了环境中的荷尔蒙物质，因为使用LC-API-MS法无需衍生化处理，可直接用固相萃取法浓缩测定河水中的相关物质。这位学者报导了该方法的特性，在有机污染分析中以GC-MS法为首选[8]，但用GC-MS法测定双酚A、2，4-4、2，4，5-T等氯化苯氧基乙酸类除草剂则十分困难，因为衍生经会使试样前处理复杂化。而使用LC-MS法则既可定性又可定量，已成为检测农药、除草剂等物质的首要方法，目前，LC-MS法的灵敏度约达1ug/L。高效液相色谱（HPLC）法则是针对不易挥发、热稳定性差的离子型化合物，在环境荷尔蒙物质的检测分析中也得到了较为广泛的应用，中国GB 13198-91早已公布了用HPLC荧光或紫外检测器测定六种多环芳烃的方法。
ICP-MS是目前最好的痕量无机污染物监测分析手段，其灵敏度高，检测限低。美国、日本等发达国家已把ICP-MS列为Cu，Pb，Cd测定标准方法，但因为该种检测方法需要一些在中国尚未普及的超大型仪器，所以中国在环境荷尔蒙的研究方面一直存在着定性和定量的困难。
2.生物监测方法
生物检测方法，是一种建立在环境荷尔蒙物质在体内的作用机制以及产生的生物效应的基础之上的方法，具体操作是把生物活性材料以薄膜状固定在离子选择电极的敏感膜上，插入待测溶液，随着反应的逐步进行，生物分子和反应生成物的浓度发生变化，在转换件的作用下变为可测定的电信号，经过处理，得出反应物量的变化。该方法无需复杂的前处理过程，操作便捷、快速，已成为一种新兴的检测分析方法。
生物检测方法中的第一种是细胞增殖实验，它的基本原理是基于人体血清中存在着的一种能特异性抑制雌激素敏感细胞增殖的物质，雌激素可以通过中和此类物质，特异地清除其抑制效应，从而诱导细胞增殖，而不具有雌激素活性的类固醇激素和生长因子不能中和人血清中存在的抑制性物质[9]，敏感细胞株中最为常见的有T47D细胞、人乳腺癌细胞MCF7、大鼠子宫原代细胞和大鼠垂体原代细胞等。实验的评价指标主要有两个，一是相对细胞增殖效应（PRE），即类雌激素能引起最大细胞增殖占雌二醇引起的最大细胞增殖百分比[10]，二是相对细胞增殖力（RDP），即引起细胞最大增殖时的雌二醇浓度与产生相同增殖效应时外来雌激素的浓度的比值。
生物检测方法中的第二种是免疫分析方法，它的基本原理是基于抗原体特异性反应来测定环境荷尔蒙物质，具体可分为三种，即放射免疫分析（RIA）、免疫酶技术（ELISA）和发光免疫测定（CLIA）。因为环境荷尔蒙多为小分子物质，没有免疫原性，可以先将被测物偶联到大分子载体上，得到全抗原，再用全抗原免疫动物获得特异性很强的抗体、发光探针、鲁米诺标记等标记抗体，然后使其与环境中荷尔蒙进行抗体抗原反应，用高灵敏度的荧光仪和化学发光仪检测荷尔蒙抗体—抗原结合物，从而定量检测环境中的微量荷尔蒙；或者将酶化学的敏感性与免疫反应的特异性结合起来，把免疫酶交联在抗体上，利用酶标与底物反应并显色，然后定量测定[11]。
三、结语
环境荷尔蒙对人类和其他动物的影响是多方面的，肯定还有很多潜在的影响没有被发现。环境荷尔蒙的研究在中国刚刚起步，理论基础还很薄弱，对污染现状的调查也几乎没有开展。因此，这一问题应该引起更多的关注和一系列的相关研究，同时借鉴国外研究进展并采取有效的防范措施。
参考文献：
[1] 齐文启，孙宗光，汪志国，等.环境荷尔蒙研究的现状及其现状分析[J].现代科学仪器，2002，（4）：32-39.
[2] 任仁.环境激素的种类和污染途径[J].大学化学，2001，（5）：1.
[3] 李金花，庄惠生.环境荷尔蒙概述[J].云南环境科学，2003，（4）.
[4] 詹秀环，王子云.环境激素的种类与危害[J].周口师范学院学报，2004，（2）.
[5] 郭艳英，段昌群，杨良.环境激素研究进展探讨.云南环境科学，2004，（3）：12-15.
[6] 戴树桂，张东梅，张仁江，等.固相萃取技术预富集环境水样中邻苯二甲酸酯[J].环境科学，2000，（2）：66-69.
[7] 王正萍，周雯.环境有机污染物监测分析[M].北京：化学工业出版社，2002.
[8] U.S.EPA，Standard Methods of for the Examination of Water and Wastewater，19th Edition （1995）.
[9] 魏慧斌，林金明.环境雌激素检测方法研究进展生命[J].生命科学仪器，2005，（5）：3-10.
关键词：环境激素
一、环境激素分类及主要来源
环境激素是指由于人类的生产和生活活动而释放到环境中的、对人体内和动物体内原本的正常激素功能施加影响，从而影响内分泌系统的化学物质作用的物质，通称“外源性干扰内分泌的化学物质”。这些化学物质影响本来身体内激素的量，以及使身体产生对体内激素的过度作用，使内分泌系统失调，进而阻碍生殖、发育等机能，甚至有引发恶性肿瘤与生物绝种的危害。
A、环境激素按用途的种类：
1.有机化合物：苯并［a］芘、双酚A(2，2-双酚基丙烷)、二苯酮、邻苯二甲酸酯、苯乙烯、二噁英等。
2.杀真菌剂：福美锌、六氯(化)苯、代森锰锌等。
3.杀虫剂：六六六、对硫磷、艾氏剂等。
4.防腐剂：五氯酚、三苯基锡等。
5.重金属：镉、铅、汞等。
6.天然和合成的激素药物：雌三醇、雌酮、己烯雌酚等。
7.植物性激素：豆科植物及白菜、芹菜等植物的植物性激素。
8、其他用途的化合物：甲基苯、氟利昂、食品添加剂等。
B、环境激素主要来源：
1.空气中的环境激素：①焚烧垃圾废物产生的二噁英类物质；②化学产品生产过程中某些物质的泄漏；③建筑材料、家具、日用品中污染成分(甲醛、增塑剂、防腐剂、杀虫剂、除污剂、洗涤剂等)的挥发。
2.水源中的环境激素：①降水，雨水带走了空气中的污染物，其中包括二噁英等激素类化学物质，这些物质随着与水流向大地，进入各种水系；②工厂排出的污水，垃圾填埋场的渗滤液的渗出，医院医务用水的排放；③防止自来水管生锈的保护膜，塑料水管的添加剂。
3.食品中的环境激素：①蔬菜、水果、谷物生产中使用的农药，人工养殖鱼类、禽畜使用的生长激素；②食品包装(塑料薄膜、涂了防锈树脂的罐头等)中的环境激素；③食品加工过程中的各种添加剂。
二、环境激素对人类和动物的影响
一是由于食物、饮水中大量存在环境激素物质，正在造成男人的减少，雄性退化，乃至男性不育症的高发。
二是导致怀孕胎儿的致畸。经科学家研究发现，育龄妇女长期受环境激素的污染，会使受孕胎儿畸形的可能性大大增加，使胎儿的五官、肢体或性器官的局部畸形。
致畸、致癌作用主要是一些环境激素作用于细胞的染色体，使染色体的数目或结构发生变化，从而改变携带遗传信息的某些基因，产生遗传性疾病或肿瘤。
影响神经系统的正常功能，引起人神经系统的功能障碍、智力低下。青少年犯罪率增加是否与环境激素的浓度增高有关 ，如今也倍受有关方面的关注。
对动物的影响，环境激素对野生动物的生殖影响已被广泛证实 ，如 DDT等使鸟类的卵壳变薄从而影 响鸟类的孵化率；水中的类雌激素类物质导致了雌性 化鱼类 、雌雄同体鱼的出现。
三、 预防与对策
环境激素污染问题已成为国际性热点问题，为了有效保护人类与动物的正常繁衍，必须有效的控制环境激素的扩散。因此，我们必须研究环境激素的种类、污染途径、污染源、作用机理、生态危害、预防和对策。为控制环境激素对人类健康造成日益严重的危害，应从以下几方面做起：
1、 全面监控环境激素
对明显有激素作用的化合物都要进行全面的检测。在这些化合物中，犹以氯化物最为引人注目，因此必须降低和消除持久性有机氯化合物。同时，对流入市场的化学物质尽可能的登记监控，便于回顾性追溯。这样可以有效地控制环境激素的传播，将危险降至最小限度。
2、 检测受污染状况
当发现激素污染后，必须马上组织调查各环境要素，了解何种激素过量及其浓度，并分析其毒性毒理。在此基础上追溯激素来源，从而从根源上解决污染源。
3、加强宣传提高个人意识
多食用糙米、荞麦、小米等粗杂粮和菠菜、萝卜、卷心菜等蔬菜，因为这些食物有助于环境激素物质从体内排出。少服用人工合成的雌激素类物质；少食生海鱼，因为海鱼会摄取海水中的化学物质，在富集后，种类多、含量高。不用苯乙烯发泡材料制作的容器盛装食物；不用聚苯乙烯材料制作的容器置于微波炉内加热，因为其内含的双酚A成分，在加热或热的食品中极易析出而被人摄入，应以玻璃或陶瓷容器取代；不用塑料婴儿奶瓶和塑料玩具，因为这些产品中的双酚A和某些添加剂，是典型的环境激素物质。少吃反季节蔬菜(可能使用了激素)。注意饮食多样化，也能减少环境激素的危害性。
4、全球范围全方位监管
治理环境激素必须面向现实、面向世界、面向公众，应冲全球角度对各类不同的环境激素类化学污染物实行全方位监管，并制定相应的法律法规。
5、加强环境激素的相关研究
现已发现的化学物质已多达千万种并在不断增加，并向微观结构发展。对化学物质的组成、结构、性质的研究，能大大加速治理环境激素的过程，便于研究环境激素的活性、毒性、以及环境行为，为环境激素类化学污染物的防止提供科学依据。
参考文献：
