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第2節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交換1.水分子通過半透膜的擴(kuò)散稱為滲透作用,滲透作用的產(chǎn)生必須具備半透膜和半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差。2細(xì)胞膜對(duì)細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)具有選擇透過性,是細(xì)胞這個(gè)開放生命系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保證。3植物細(xì)胞通過滲透失水,可發(fā)生質(zhì)壁分離;通過滲透吸水,可發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。4物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞接凶杂蓴U(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸,其中自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散,又統(tǒng)稱為被動(dòng)運(yùn)輸。5胞吞作用和胞吐作用,是某些大分子物質(zhì)和顆粒性物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式,不屬于跨膜運(yùn)輸,但需要消耗能量。細(xì)胞膜的選擇透過性自讀教材夯基礎(chǔ)1擴(kuò)散與滲透作用(1)擴(kuò)散:物質(zhì)從高濃度的地方向低濃度的地方移動(dòng)的過程。(2)半透膜:某些物質(zhì)可以透過,另一些物質(zhì)不能透過的多孔性膜,不同半透膜的半透性不同。(3)滲透作用:水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴(kuò)散。2產(chǎn)生滲透作用的條件(1)要具有半透膜。(2)半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差。3細(xì)胞膜具有選擇透過性細(xì)胞膜具有半透膜的特點(diǎn),對(duì)細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)具有選擇透過性,細(xì)胞中的其他生物膜也都是選擇透過性膜。跟隨名師解疑難模擬膜的通透性(1)擴(kuò)散作用裝置圖示:硫酸銅分子和水分子均可以自由通過半透膜。硫酸銅分子從高濃度向低濃度方向擴(kuò)散最后濃度均等。水分子從半透膜兩側(cè)進(jìn)出數(shù)量相等,因此漏斗內(nèi)液面不變。(2)滲透作用裝置圖示:蔗糖分子不能自由通過半透膜而水分子可以。兩側(cè)的水分子都在運(yùn)動(dòng)。由于單位體積內(nèi),清水中的水分子數(shù)量多,蔗糖溶液中的水分子數(shù)量少,所以在單位時(shí)間內(nèi),由燒杯通過半透膜進(jìn)入漏斗的水分子數(shù)量多于由漏斗通過半透膜進(jìn)入燒杯的水分子數(shù)量。總體的擴(kuò)散方向?yàn)樗肿佑蔁ㄟ^半透膜進(jìn)入漏斗,因此漏斗管內(nèi)的液面上升。(3)滲透作用發(fā)生的條件:具有半透膜。半透膜兩側(cè)的溶液存在著濃度差。即一個(gè)完整的滲透系統(tǒng)由兩個(gè)溶液體系,以及隔在二者之間的半透膜構(gòu)成。關(guān)鍵一點(diǎn)(1)滲透系統(tǒng)適用于比較溶質(zhì)不能透過半透膜的溶液的濃度大小。(2)兩溶液間的水分子進(jìn)行雙向運(yùn)動(dòng),我們只能觀測(cè)出由水分子雙向運(yùn)動(dòng)的差所導(dǎo)致的液面改變。(3)溶液濃度指物質(zhì)的量濃度而非質(zhì)量濃度,如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的質(zhì)量濃度相同,但10%葡萄糖溶液的物質(zhì)的量濃度比10%蔗糖溶液的大,故水由蔗糖向葡萄糖溶液移動(dòng)。1下列現(xiàn)象中屬于滲透作用的是()a水分子通過細(xì)胞壁b葡萄糖分子通過細(xì)胞膜ck通過原生質(zhì)層d水分子通過原生質(zhì)層解析:滲透作用是指水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴(kuò)散。答案:d被 動(dòng) 運(yùn) 輸自讀教材夯基礎(chǔ)1概念物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞,順濃度梯度不消耗能量的擴(kuò)散。2類型方式自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散特點(diǎn)物質(zhì)通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)借助載體蛋白來進(jìn)行實(shí)例水、o2、co2、甘油、乙醇、苯等葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞跟隨名師解疑難1自由擴(kuò)散(1)概念:物質(zhì)通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞的方式。(2)特點(diǎn):順濃度梯度擴(kuò)散;不消耗能量;不需要載體蛋白的協(xié)助。(3)舉例:水、氣體(如o2、co2等)、脂溶性物質(zhì)(如甘油、酒精等)進(jìn)出細(xì)胞膜的方式。2協(xié)助擴(kuò)散(1)概念:進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)借助載體蛋白的擴(kuò)散方式。(2)特點(diǎn):順濃度梯度擴(kuò)散;不消耗能量;需要載體蛋白的協(xié)助。同時(shí),還具有比自由擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)速度快、存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速度等特點(diǎn)。(3)舉例:血液中的葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞。關(guān)鍵一點(diǎn)滲透與擴(kuò)散的比較擴(kuò)散是指某些物質(zhì)分子從高濃度向低濃度的運(yùn)動(dòng),可以是氣體、溶劑分子,也可以是溶質(zhì)分子;而滲透是水分子或其他溶劑分子通過半透膜的擴(kuò)散。滲透需要半透膜,是擴(kuò)散的一種特殊形式。其關(guān)系如右圖所示。3質(zhì)壁分離現(xiàn)象的分析(1)原因:(2)表現(xiàn):4質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用(1)鑒定植物細(xì)胞的死活。(2)證明原生質(zhì)層具有選擇透過性以及觀察植物細(xì)胞的細(xì)胞膜。(3)測(cè)定細(xì)胞液的濃度大小。關(guān)鍵一點(diǎn) 判斷細(xì)胞是否發(fā)生質(zhì)壁分離及其復(fù)原的方法(1)從細(xì)胞角度分析:死細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞及未成熟的植物細(xì)胞不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。具有中央大液泡的成熟植物細(xì)胞才可發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。(2)從溶液角度分析:在一定濃度的、溶質(zhì)不能穿膜的溶液中細(xì)胞只會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象,不能自動(dòng)復(fù)原。在一定濃度的、溶質(zhì)可穿膜的溶液中,細(xì)胞先發(fā)生質(zhì)壁分離,后自動(dòng)復(fù)原。在高濃度溶液中細(xì)胞可發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象,但會(huì)因過度失水而死亡,不再?gòu)?fù)原。2下列物質(zhì)除哪一項(xiàng)外,均以自由擴(kuò)散方式通過細(xì)胞膜()ao2和co2bh2oc甘油 dk解析:o2、co2、苯、氮?dú)?、h2o、乙醇、甘油等物質(zhì)以自由擴(kuò)散方式跨膜運(yùn)輸。答案:d3人體組織細(xì)胞從組織液中吸收甘油的量主要取決于()a組織液中甘油的濃度b細(xì)胞膜上的載體數(shù)量c細(xì)胞提供的能量多少d液泡中物質(zhì)的濃度解析:甘油以自由擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞,自由擴(kuò)散快慢取決于組織液中甘油的濃度。答案:a4下列是植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原必要條件的是()細(xì)胞液具有一定濃度細(xì)胞壁的伸縮性比較小細(xì)胞質(zhì)有一定的濃度有一定濃度的外界溶液原生質(zhì)層可看做一層半透膜核液具有一定的濃度a bc d解析:發(fā)生滲透作用需具備兩個(gè)條件:具有半透膜;具有濃度差。又由于細(xì)胞壁的伸縮性較小,才會(huì)現(xiàn)出細(xì)胞壁與原生質(zhì)層分離的現(xiàn)象。答案:c5觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原,常用紫色洋蔥表皮作為實(shí)驗(yàn)材料,實(shí)驗(yàn)效果比較好,這是因?yàn)?)a只有紫色洋蔥表皮才會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離b液泡呈紫色便于觀察c細(xì)胞內(nèi)液泡較大d細(xì)胞膜呈紫色便于觀察解析:洋蔥表皮細(xì)胞的紫色是液泡中的色素呈現(xiàn)出來的。答案:b6所謂質(zhì)壁分離中的“質(zhì)壁”分別是指()a細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞壁 b細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、細(xì)胞壁c原生質(zhì)層、細(xì)胞壁 d原生質(zhì)、細(xì)胞壁解析:植物細(xì)胞的吸水和失水應(yīng)該是在液泡內(nèi)的細(xì)胞液和外界溶液之間發(fā)生的,而細(xì)胞膜和液泡膜都具有選擇透過性,兩者之間是細(xì)胞質(zhì)。所以此處的半透膜是指這三者組成的部分,也就是原生質(zhì)層。答案:c主 動(dòng) 運(yùn) 輸自讀教材夯基礎(chǔ)(1)運(yùn)輸方向:從低濃度一側(cè)運(yùn)輸?shù)礁邼舛纫粋?cè)。(2)基本條件:細(xì)胞膜上相應(yīng)載體蛋白的協(xié)助。消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量。(3)生理意義:保證活細(xì)胞按照生命活動(dòng)的需要,主動(dòng)選擇吸收所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),排出代謝廢物和對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)。跟隨名師解疑難1影響主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊蛩?1)載體:細(xì)胞膜上的一類蛋白質(zhì),載體具有特異性:載體具有飽和性:當(dāng)細(xì)胞膜上的載體已達(dá)飽和時(shí),細(xì)胞吸收該載體運(yùn)載的物質(zhì)的速度不再隨物質(zhì)濃度的增大而增大。(2)能量:凡是能夠影響能量供應(yīng)的因素都影響主動(dòng)運(yùn)輸?shù)乃俣?,如溫度、氧氣濃度等?自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)谋容^運(yùn)輸方式自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸跨膜方向高低高低一般:低高載體協(xié)助不需要需要需要消耗能量不消耗不消耗消耗物質(zhì)舉例氧氣、二氧化碳、氮?dú)狻⒈降刃》肿?苯還是脂溶性的),水、甘油、乙醇等較小的分子葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞氨基酸、葡萄糖、k、mg2、na、cl等各種被選擇的離子圖例坐標(biāo)圖關(guān)鍵一點(diǎn)(1)表中“高濃度”、“低濃度”是指被運(yùn)輸?shù)碾x子或小分子本身的濃度,而不是它們所處溶液的濃度。(2)被動(dòng)運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力來自于細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的濃度差,主動(dòng)運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力來自atp。7已知某種物質(zhì)通過細(xì)胞膜的方向如右圖所示,則下列哪種物質(zhì)的運(yùn)輸方式與其相同()akbh2oc甘油 d脂肪酸解析:從圖中看出,該物質(zhì)是逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸?shù)?,并且需要載體和能量,所以該物質(zhì)的運(yùn)輸方式為主動(dòng)運(yùn)輸。選項(xiàng)中僅k通過細(xì)胞膜的方式是主動(dòng)運(yùn)輸,其他如h2o、甘油、脂肪酸通過細(xì)胞膜的方式都是自由擴(kuò)散。答案:a8能夠保證細(xì)胞按照生命活動(dòng)的需要吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方式是()a自由擴(kuò)散 b主動(dòng)運(yùn)輸c外排作用 d內(nèi)吞作用解析:主動(dòng)運(yùn)輸保證活細(xì)胞能夠按照生命活動(dòng)的需要,主動(dòng)選擇吸收所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),排出代謝廢物和對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)。答案:b胞吞和胞吐自讀教材夯基礎(chǔ)(1)作用:使細(xì)胞攝入或排出大分子或顆粒。(2)方式:胞吞:大分子附著在細(xì)胞膜表面,這部分細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊,包圍著大分子。然后小囊從細(xì)胞膜上分離下來,形成囊泡,進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。胞吐:細(xì)胞需要外排的大分子,先在細(xì)胞內(nèi)形成囊泡,然后移動(dòng)到細(xì)胞膜處,并與之融合將大分子排出細(xì)胞。跟隨名師解疑難1胞吞作用大分子物質(zhì)和顆粒性物質(zhì)主要通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞。這些物質(zhì)附著在細(xì)胞膜上,由細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊,這些物質(zhì)就包圍在小囊內(nèi)。然后,小囊從細(xì)胞膜上分離下來形成小泡,并且進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,這種現(xiàn)象叫做胞吞作用。如圖1所示。變形蟲、草履蟲等吞噬細(xì)菌或其他食物顆粒,人體內(nèi)巨噬細(xì)胞吞噬侵入的細(xì)菌、細(xì)胞碎片及衰老細(xì)胞等都是通過胞吞作用實(shí)現(xiàn)的。2胞吐作用與胞吞作用相反,有些物質(zhì)顆?;虼蠓肿?,先在細(xì)胞內(nèi)被膜包圍形成囊泡,囊泡逐漸向外移動(dòng)到細(xì)胞膜處,與細(xì)胞膜融合在一起,把囊泡內(nèi)的物質(zhì)排出細(xì)胞,這種現(xiàn)象叫胞吐。如圖2所示。單細(xì)胞原生動(dòng)物吞入食物消化后的殘?jiān)鼜募?xì)胞表面的排出,胰腺細(xì)胞合成的酶原顆粒從細(xì)胞表面排出等都是通過胞吐作用實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵一點(diǎn)(1)胞吞和胞吐進(jìn)行的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是細(xì)胞膜的流動(dòng)性。胞吞和胞吐與主動(dòng)運(yùn)輸一樣也需要能量供應(yīng),如果分泌細(xì)胞中的atp合成受阻,則胞吐不能繼續(xù)進(jìn)行。(2)胞吞和胞吐作用是一些不能穿過細(xì)胞膜的物質(zhì)、顆粒、大分子等進(jìn)出細(xì)胞的方式,胞吞進(jìn)入的物質(zhì)有的能利用,不能利用的又通過胞吐排出細(xì)胞,這樣既能防止疾病的發(fā)生,又能維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。9下列各種物質(zhì)分子不能以跨膜運(yùn)輸方式進(jìn)入細(xì)胞的是()a水分子和脂質(zhì)分子 b不帶電荷的小分子c帶電荷的小分子或離子 d大分子或顆粒性物質(zhì)解析:大分子或顆粒性物質(zhì)不能通過被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)出細(xì)胞,而是通過胞吞和胞吐的方式進(jìn)出細(xì)胞。答案:d10右圖所示為細(xì)胞對(duì)大分子物質(zhì)“胞吞”和“胞吐”的過程,下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()aa過程和b過程均以膜的流動(dòng)性為基礎(chǔ)ba過程存在細(xì)胞識(shí)別并需要內(nèi)部供能cb過程存在膜成分的更新db過程是細(xì)胞排泄廢物的基本方式解析:主動(dòng)運(yùn)輸是細(xì)胞排泄廢物的基本方式。答案:d滲透作用的原理和應(yīng)用例1已知魚鰾是一種半透膜。若向魚鰾內(nèi)注入適量的20%蔗糖溶液、排出魚鰾內(nèi)的空氣,扎緊開口,將其浸沒在盛有10%蔗糖溶液的燒杯中,下列能正確表示燒杯內(nèi)蔗糖溶液濃度隨時(shí)間變化趨勢(shì)的示意圖是()解析本題考查滲透系統(tǒng),魚鰾是一種半透膜,魚鰾內(nèi)的蔗糖溶液濃度高于外邊,所以會(huì)從燒杯中吸水使其體積增大,使燒杯內(nèi)液體濃度升高,當(dāng)魚鰾內(nèi)外滲透壓相等時(shí),水進(jìn)出達(dá)到平衡,燒杯液體和魚鰾內(nèi)液體濃度相同。答案b1實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示,一段時(shí)間后,含液體3的半透膜袋萎縮,而含液體1的半透膜袋堅(jiān)挺硬實(shí),請(qǐng)推斷在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)3種液體的濃度是(下表中的“高”表示高濃度蔗糖溶液;“低”表示低濃度蔗糖溶液)()選項(xiàng)液體1液體2液體3a高低水b水高低c低水高d水低高解析:含液體3的半透膜袋萎縮,說明液體濃度23;含液體1的半透膜袋堅(jiān)挺硬實(shí),說明液體濃度12,所以3種液體的濃度大小順序?yàn)?23。答案:a物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的判斷例2撕取紫色洋蔥外表皮,分為兩份,假定兩份外表皮細(xì)胞的大小、數(shù)目和生理狀態(tài)一致,一份在完全營(yíng)養(yǎng)液中浸泡一段時(shí)間,浸泡后的外表皮稱為甲組;另一份在蒸餾水中浸泡相同的時(shí)間,浸泡后的外表皮稱為乙組。然后,兩組外表皮都用濃度為0.3 g/ml 的蔗糖溶液處理,一段時(shí)間后表皮細(xì)胞中的水分不再減少。此時(shí)甲、乙兩組細(xì)胞水分滲出量的大小()a甲組細(xì)胞的水分滲出量與乙組細(xì)胞的相等b甲組細(xì)胞的水分滲出量比乙組細(xì)胞的高c甲組細(xì)胞的水分滲出量比乙組細(xì)胞的低d甲組細(xì)胞的水分滲出量與乙組細(xì)胞無法比較解析將兩份完全相同的紫色洋蔥外表皮細(xì)胞分別放入完全營(yíng)養(yǎng)液和蒸餾水中浸泡相同時(shí)間,放入蒸餾水中的外表皮細(xì)胞因吸水較多,而使甲組細(xì)胞的細(xì)胞液濃度大于乙組細(xì)胞的細(xì)胞液濃度,由于甲組細(xì)胞的細(xì)胞液與 0.3 g/ml 蔗糖溶液的濃度差小于乙組細(xì)胞的細(xì)胞液與0.3 g/ml 蔗糖溶液的濃度差,所以乙組細(xì)胞水分滲出量多。答案c2甲、乙兩種物質(zhì)分別依賴自由擴(kuò)散(簡(jiǎn)單擴(kuò)散)和協(xié)助擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞,如果以人工合成的無蛋白磷脂雙分子膜代替細(xì)胞膜,并維持其他條件不變,則()a甲運(yùn)輸被促進(jìn) b乙運(yùn)輸被促進(jìn)c甲運(yùn)輸被抑制 d乙運(yùn)輸被抑制解析:協(xié)助擴(kuò)散是物質(zhì)借助載體蛋白進(jìn)出細(xì)胞的方式。由題干中“以人工合成的無蛋白磷脂雙分子膜代替細(xì)胞膜”可知,膜上無載體蛋白,故協(xié)助擴(kuò)散受到抑制,即乙運(yùn)輸被抑制。答案:d胞吞和胞吐作用例3新生兒小腸上皮細(xì)胞通過消耗atp,可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白(大分子物質(zhì))和半乳糖。這兩種物質(zhì)被吸收到血液中的方式是()a主動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸 b胞吞、主動(dòng)運(yùn)輸c主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞 d被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸解析新生兒可直接吸收免疫球蛋白,免疫球蛋白是大分子物質(zhì),不能正常通過細(xì)胞膜,必須先與膜融合,然后內(nèi)陷形成小泡與細(xì)胞膜分離,這樣才能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,該運(yùn)輸方式為胞吞;半乳糖為小分子物質(zhì),進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞消耗atp,為主動(dòng)運(yùn)輸。答案b規(guī)律方法 要確定某種物質(zhì)的運(yùn)輸方式,必須抓三個(gè)關(guān)鍵(1)分析被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)是否通過細(xì)胞膜;(2)明確被運(yùn)輸物質(zhì)微粒的性質(zhì)(大分子、小分子、離子);(3)分析物質(zhì)通過細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)方向(高濃度低濃度,低濃度高濃度),是否需要載體協(xié)助,是否需要消耗能量。3右圖所示不能夠表達(dá)的生理過程是()a變形蟲排出食物殘?jiān)黚胰島b細(xì)胞分泌胰島素c效應(yīng)b細(xì)胞分泌抗體d腎小管上皮細(xì)胞分泌腸液答案:d植物細(xì)胞質(zhì)壁分離及復(fù)原例4將同一植物細(xì)胞依次浸于蒸餾水、0.3 mol/l蔗糖和0.5 mol/l尿素溶液中,觀察原生質(zhì)體的體積隨時(shí)間的變化,結(jié)果如右圖所示:(1)a、b、c中,表示細(xì)胞在蒸餾水中的是;表示在0.3 mol/l蔗糖溶液中的是。(2)ef段的細(xì)胞液濃度變化為_。(3)試簡(jiǎn)要分析b、c曲線差異的原因:_。解析植物細(xì)胞在發(fā)生質(zhì)壁分離時(shí),細(xì)胞液的濃度會(huì)逐漸上升,以使其滲透壓和外界溶液滲透壓平衡,此時(shí)細(xì)胞體積縮小。但有些小分子的物質(zhì)如尿素等開始時(shí)會(huì)使植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象,隨著它逐漸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,細(xì)胞內(nèi)的滲透壓會(huì)逐漸升高,細(xì)胞又會(huì)吸水而開始復(fù)原的過程。答案(1)ac(2)細(xì)胞液濃度逐漸升高,最后與外界溶液濃度持平而進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)(3)b曲線表示處于0.5 mol/l尿素溶液中的植物細(xì)胞
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