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生物备课用书动物的消化与吸收

动物的消化与吸收

1.消化腔与消化道的先备概念来自初中生物。

2.各消化器官的主要功能在基础生物已学过,学生较陌生的概念为消化道的构造与运动。

消化道的构造与功能

概念整理与补充

1.消化的意义:

将食物中的大分子有机化合物分解为小分子,才能通过细胞膜。

2.消化作用的类型:

(1)依方式可分为:

物理消化:

大颗粒→小颗粒,为物理变化,可增加食物与酵素的接触面积。

是指食物在消化道中被研磨、搅拌、乳化等作用,例如:

牙齿磨碎食物(机械性的消化)、胆汁乳化脂质、胃将食团磨成更细的食糜等。

化学消化:

大分子→小分子,为化学变化。

是指食物被消化酶分解的作用,例如:

淀粉→麦芽糖→葡萄糖;蛋白质→多肽→胺基酸。

(2)依位置可分为:

胞内消化:

直接将食物摄入细胞内形成食泡,再与溶体结合,将食物水解,例如:

单细胞生物的摄食、白血球分解病菌。

胞外消化:

分泌消化液到细胞外将食物分解,但必须有消化腔或消化道存放食物与消化液,例如:

水螅及所有具消化道的动物。

3.无脊椎动物的消化构造:

(1)单一开口:

刺丝胞动物(如水螅)、扁形动物(如涡虫),没有肛门。

(2)双开口:

圆形动物(如线虫)开始,消化道都具有口与肛门。

4.人体的消化系统总览:

器官

主要功能

消化道

口腔

研磨、湿润食物

食道

利用蠕动方式推进食物进入胃

(1)储存食物、分解蛋白质

(2)上以贲门接食道,下以幽门接小肠,各有括约肌控制食物进出,并防止食物逆流

小肠(十二指肠、空肠、回肠)

(1)各类食物的分解与养分的吸收

(2)小肠绒毛上皮细胞可制造多种消化酶,完成食物消化的最后一道手续

大肠(盲肠、结肠、直肠)

(1)吸收水分

(2)富含微生物,可制造多种维生素(植食性动物的盲肠较粗、较长,可聚集大量微生物作为纤维素分解及发酵的场所)

肛门

排除粪便,称为排遗

消化腺

唾腺(有3对:

腮腺、舌下腺、颌下腺)

分泌唾液,湿润食物、分解淀粉及肝糖

胃腺

分泌胃液,其中盐酸可杀菌、胃蛋白酶可分解蛋白质

肝脏

(1)分泌胆汁,乳化脂质、协助脂质的分解

(2)胆汁不含消化酶

胰脏

分泌多种消化酶,可分解醣类、蛋白质、脂质、核酸

小肠腺

分泌碱性的小肠液,中和胃酸

5.消化道的运动:

(1)消化道运动的主要肌肉:

纵肌与环肌,胃还有斜行肌。

(2)蠕动:

食团后方的环肌收缩推挤与食团前方纵肌收缩的牵引,将食物向前推进。

(3)小肠的分节运动(如下图):

环肌分段的收缩,使小肠形成许多小节,将消化液与食糜充分的混合。

▲分节运动的过程为沿着小肠形成环状收缩。

在数秒内,收缩的节段会放松,而原本放松的区域会收缩。

这种摆动式收缩可在小肠管腔内完全混合食糜。

教学思考与策略

1.概念探索:

(1)吃到你肚子里的东西真的就是你的吗?

严格地说,“消化管内”可以算是“体内”吗?

(提示没有被吸收的都会由肛门排除。

同理,消化腺是内分泌还是外分泌?

(2)胞内消化是直接将食物吞噬进入细胞内再分解,胞外消化是把消化液排出细胞外去分解食物,因此胞外消化必须具备哪些条件,才能确保消化后的养分不会流失?

(提示具消化腔或消化道,将食物与消化液保留在一个稳定的空间内,确保消化液的浓度,并避免消化后的养分流失)

(3)胃是消化道中最膨大的部分,可以容纳大量的食物,因此胃是人体最重要的消化器官吗?

(提示进食的时间很短,但是消化的时间很长,因此需要一个食物的缓存器官)

2.概念发展:

(1)由上面的问题讨论,引出消化系统的功能具有两个重要的意义:

食物中的有机化合物大多是大分子,必须分解成小分子才能进入细胞(吸收)。

食物中的大分子变成小分子的基本单位之后,可以在人体重新组合成人体所需的大分子物质。

模拟:

拆掉旧房子,用拆下来的砖头盖新房子。

(2)消化的基本历程:

大颗粒→小颗粒:

也就是物理消化,可增加酵素的作用面积。

主要为牙齿、消化管壁肌肉的作用,以及胆汁的乳化作用。

大分子→小分子:

也就是化学消化,为消化酶的作用。

大、小分子的界定为能否通过细胞膜。

(3)复习基础生物学过的消化器官名称与功能,增加:

唾腺3对、小肠分3段、大肠分3段。

(4)环肌收缩与纵肌收缩对于消化道的影响?

(提示环肌收缩—使消化道变细;纵肌收缩—使消化道变短。

同理,蚯蚓的运动也是靠环肌与纵肌的收缩)

3.概念澄清:

(1)盲肠是大肠的第一段,因此小肠的末段(回肠)与盲肠连接,再进入结肠?

其实回肠以回盲括约肌(ileocecalsphincter)与大肠连接,防止食物残渣由大肠逆流回小肠,括约肌的右侧为大肠端,下方为盲肠,上方为结肠,因此是个T字形路口。

4.概念应用:

(1)如果人类的消化是胞内消化,则整个消化系统要如何重整才能配合?

(提示食物直接由细胞吞噬进入再分解,因此不需要消化腺了;牙齿要更有效能将食物磨得更碎,或是像鸟类一样有一个能研磨食物的胃—砂囊,因为细胞无法吞噬大颗粒的食物;消化道内密布吞噬细胞,吞噬细胞需要制造大量的溶体,而且溶体内必须含有分解各种食物的消化酶)

(2)灌香肠的肠衣是猪的哪一个器官?

(提示小肠的回肠)

(3)牛的第一个胃称为瘤胃,是个大发酵槽,有许多微生物可以分解纤维素,牛在休息的时候可以将食物从瘤胃送回口中反刍,再进入第二、三个胃,这个过程中微生物持续的分解纤维素,并大量的繁殖。

牛的第四个胃称为皱胃,也称为真胃,其功能与一般哺乳动物的胃一样,可以杀菌、分解蛋白质,在此胃中,前面培养的大量微生物成为牛的食物,再送入小肠进一步的消化与吸收。

但是,同样是植食性动物的兔子,分解纤维素的微生物位于盲肠,这些细菌如何回到胃与小肠供兔子利用呢?

(提示由肛门排出后再吃回去)

从学生概念结构的改变看教学—消化液的分泌与作用

1.消化腺在基础生物已经学过,但缺乏三对唾腺的名称,以及三种胃腺细胞及其分泌物的区分。

2.食物的消化历程在基础生物也已学过,但缺乏核酸的消化历程。

3.基础生物仅提及消化液的作用,没有提到消化酶的名称(淀粉酶、胃蛋白酶除外)。

消化液的分泌与作用

概念整理与补充

1.人体消化液的主要成分与功能:

消化液

主要成分

主要功能

唾液

黏液

润滑食物

唾液淀粉酶

将淀粉与肝糖分解为麦芽糖与短链多醣

溶菌酶

杀菌

胃液

盐酸(由壁细胞分泌)

杀菌、活化胃蛋白酶原、维持酸性环境

胃蛋白酶原(由主细胞分泌)

被活化后将蛋白质分解为多肽

黏液(由黏液细胞分泌)

保护胃壁

胆汁

胆盐

中和胃酸、乳化脂质(物理消化)

胆红素

血红素的代谢废物,粪便颜色的主要来源

胰液

碳酸氢盐

中和胃酸

胰蛋白酶

将多肽分解为小多肽、少数的胺基酸

胰淀粉酶

将多醣分解为双醣

胰脂酶

将中性脂分解为单酸甘油酯、脂肪酸

胰核酸酶

将DNA、RNA分解为核苷酸

小肠液

碳酸氢盐

中和胃酸

黏液

保护肠壁、润滑食糜

水样分泌物

协助各种酵素的水解作用

2.小肠绒毛上皮细胞(不在消化液中):

(1)肠双醣酶:

将双醣分解为单醣。

(2)肠肽酶:

将小多肽分解为胺基酸。

(3)肠核苷酸酶:

将核苷酸分解为核苷、磷酸。

(4)肠核苷酶:

将核苷分解为含氮碱基、五碳醣。

3.各种消化酶大多以未活化的状态分泌出来,称为酶原,以避免消化酶分解消化腺本身的组织,尤其是与蛋白质、多肽、脂质消化有关的消化酶,都是如此。

这些未活化的酵素必须受到活化因子的作用才有活性,例如:

胃蛋白酶原需要盐酸活化为胃蛋白酶;胰蛋白酶原需要小肠绒毛上皮细胞的肠激酶(enterokinase)活化成胰蛋白酶;而胰蛋白酶又可以活化多种胰液中的消化酶(如下图)。

4.主要食物的消化过程:

(1)淀粉:

(2)蛋白质:

(3)三酸甘油酯(中性脂):

(4)核酸:

5.胆盐的乳化作用(课外补充):

(1)胆盐的构造:

胆盐的构造与构成细胞膜的磷脂相似,具有脂溶性端(来自胆固醇的环状结构)与水溶性端。

脂溶性端可以溶入脂肪滴中,让水溶性端伸出脂肪滴外(下图(a))。

(2)乳化作用:

小肠的运动使大脂肪滴变成小脂肪滴,如果没有胆盐,这些小脂肪滴会再度迅速的聚合成大脂肪滴。

胆盐可以吸附在小脂肪滴表面,形成一个带负电荷的外壳,彼此排斥而悬浮在水溶液中(下图(b))。

乳化作用与清洁剂去油污的原理相同。

(3)小脂肪滴的消化:

包围在小脂肪滴外的胆盐也会阻挡胰脂酶的作用,胰液中还有一种辅脂酶(colipase),可以同时与胰脂酶、脂肪滴结合,让胰脂酶可以直接与其作用的位置结合。

图(a)

图(b)

教学思考与策略

1.概念探索:

(1)为什么我们的大便通常是黄色的?

(提示延续第5章红血球的代谢,血红素转变成胆红素,由胆汁排入消化道)

(2)为什么我们吃猪肉,身体不会长出猪肉?

(提示依此说明食物被消化成其基本的组成分子,这些分子在各种生物体是通用的,只是组成比例不同而已)

2.概念发展:

(1)说明各消化液的成分及其作用。

(2)如果胃蛋白酶在胃腺制造出来就有活性,下场会如何?

(提示会将胃腺分解,以此说明盐酸对于胃蛋白酶原的活化作用。

模拟:

手榴弹制造出来不会立刻爆炸)

(3)依食物的种类,整理出全部的消化历程。

(4)强调小肠腺分泌的小肠液不含消化酶,小肠本身制造的消化酶位于小肠绒毛上皮细胞,负责吸收之前最后的分解作用,这样的机制有何意义?

(提示小肠腔中有胰液的作用,小肠绒毛上皮细胞可以逸代劳,把靠近绒毛、快要分解完成的食物,分解成可吸收状态,如此可节省许多酵素的分泌量。

模拟:

像是火车站的剪票员,不必到候车室去寻找即将要上月台的旅客,他只需要站在剪票口等待即可,旅客要上月台前自然会去剪票)

3.概念澄清:

(1)小肠液含消化酶?

这是常见的迷思,小肠制造的消化酶位于小肠绒毛上皮细胞,而且大多是膜蛋白,因此食物的最后分解作用经常是伴随着吸收作用。

(2)胰液的消化酶不会将蛋白质分解成胺基酸?

其实胰液中与蛋白质消化有关的酵素有很多种,其中羧肽酶是外肽酶,可以从多肽的游离端切出单独的胺基酸,不过数量不多,大部分的蛋白质经胰液消化酶分解后成为双肽、三肽,再经由小肠绒毛上皮细胞完成最后的分解与吸收。

4.概念应用:

(1)淀粉、蛋白质、三酸甘油酯等三种食物中主要的养分,哪一类养分的分解程序最简单?

(提示三酸甘油酯只需胰液中的胰脂酶分解)

(2)承上,那为何油脂类反而不容易消化?

(提示不溶于水,容易聚集成脂肪滴,无法与消化液充分的混合)

从学生概念结构的改变看教学—消化液分泌的调控

1.本单元在基础生物缺乏相关的先备概念。

2.胰泌素与胆囊收缩素多样化的功能是本单元的教学重点。

消化液分泌的调控

概念整理与补充

1.各种消化液分泌的调控来源:

(1)唾液:

神经(视觉、味觉、嗅觉、触觉的刺激,或只是想起食物)。

(2)胃液:

神经(刺激方式与唾液相同)及激素(胃泌素、胰泌素、胆囊收缩素)。

(3)胰液:

神经(食物的刺激)及激素(胰泌素、胆囊收缩素)。

(4)胆汁:

神经(食物的刺激)及激素(胰泌素、胆囊收缩素)。

(5)小肠液:

神经(食物的刺激)为主,激素(胃泌素、胰泌素、胆囊收缩素)为辅。

2.与调控消化液分泌有关的激素:

分泌来源

刺激物

功能

胃泌素

胃幽门

食物中的肽类、咖啡、酒精

刺激胃液、小肠液的分泌

胰泌素

十二指肠

酸性食糜

(1)刺激胰液(以碳酸氢盐为主)分泌

(2)刺激肝脏分泌胆汁

(3)抑制胃酸分泌

(4)促进小肠液分泌

胆囊收缩素

(CCK)

十二指肠

多肽类、脂质

(1)刺激胰液分泌

(2)刺激胆囊收缩

(3)抑制胃酸分泌

(4)促进小肠液分泌

3.肠抑胃泌素:

胰泌素、胆囊收缩素都会抑制胃酸的分泌,合称为肠抑胃泌素,并不是十二指肠分泌的第三种激素。

教学思考与策略

1.概念探索:

望梅为何可以止渴?

是本能的反射行为吗?

(提示看到东西会流口水,甚至想到好吃的食物也流口水,与大脑的记忆有关)

2.概念发展:

(1)消化液的分泌与神经有关是比较容易了解的,与内分泌有关才是本单元的教学重点。

(2)说明与消化有关的内分泌,强调其合理性:

食物刺激使消化液的分泌量大增;酸性的食糜进入十二指肠,其分泌的激素(肠抑胃泌素)可以抑制胃酸的分泌,避免胃酸过多。

(3)相对于对胃液分泌的抑制,胰液的分泌则是正向的刺激:

酸性食糜刺激胰泌素的分泌,促使胰脏分泌碱性的碳酸氢盐以中和之;富含多肽类与脂质的食糜刺激胆囊收缩素的分泌,促使胰脏分泌大量的消化酶分解之。

(4)对于胆汁的制造与排放,胰泌素与胆囊收缩素则是协力完成,前者促进其制造,后者促进其排放。

3.概念应用:

如何以动物实验证明除了神经之外,内分泌也可以控制胃液的分泌?

(提示切断通往胃部的神经再喂食,观察是否仍有胃液的分泌)

经典考题

1.在离体实验中,人的胃蛋白酶在室温(25°C)、pH7.0的溶液中活性很低,如何改变实验条件以提升胃蛋白酶的活性?

(A)降低pH值,加温(B)降低pH值,降温(C)增加pH值,加温(D)增加pH值,降温。

答:

(A)

2.下列何者不是肝脏的功能?

(A)分解死亡红血球释出的血红素(B)合成血液中的蛋白质(C)储存小肠吸收的养分(D)制造分解脂质的酵素(酶)。

答:

(D)

3.下列有关消化系统的叙述,何者正确?

(A)唾液淀粉酶最适宜作用的pH为中性(B)十二指肠的酸性食糜会间接导致胃腺分泌受抑制(C)部分分解的蛋白质使贲门部位的细胞释出胃泌素(D)草食动物的盲肠细胞可分泌分解纤维素的酵素。

答:

(B)

4.右图为细胞膜主动运输H+之示意图。

下列消化器官中,何者的上皮细胞含有相对多量的氢离子帮浦?

(A)胃(B)小肠(C)胰脏(D)大肠。

答:

(A)

5.胃液是由胃腺所分泌。

下列有关胃液的叙述,哪些正确?

(多选)(A)胃液可以消化醣类和脂肪(B)胃蛋白酶只能在酸性环境下作用(C)胃液包括有

胃泌素、胃蛋白酶及盐酸(D)胃液的分泌受到神经及激素的调控(E)十二指肠黏膜会分泌肠抑胃泌素,经由肠蠕动逆流入胃,而抑制胃液分泌。

答:

(B)(D)

6.下列有关人类消化作用及调控的叙述,哪些正确?

(多选)(A)淀粉的消化从口腔开始(B)小脑是唾液分泌的控制中枢(C)人类可消化蔬菜细胞壁的主要成分(D)肝门静脉是消化道的血液输入下大静脉前会经过的路径(E)胰泌素由十二指肠所产生,可刺激胆汁与胰液的分泌。

答:

(A)(D)(E)

从学生概念结构的改变看教学—吸收

1.基础生物主要描述的是进入绒毛腔之后的运输路径,对于养分进入绒毛上皮细胞、离开绒毛上皮细胞的方式都没有提及。

2.小肠构造的先备概念主要来自本章第一节,在基础生物则有提及环状褶皱与绒毛。

吸收

概念整理与补充

1.食物经消化后可被吸收时的状态:

(1)醣类:

葡萄糖、果糖、半乳糖等单醣。

(2)蛋白质:

胺基酸(20种)。

(3)三酸甘油酯(中性脂):

单酸甘油酯、脂肪酸。

(4)核酸:

磷酸、五碳醣(核糖、脱氧核糖)、含氮碱基(5种)。

(5)维生素、矿物质:

不必消化即可被吸收。

2.吸收的主要场所:

小肠绒毛(小肠黏膜层的指状突起)。

3.小肠绒毛的构造(由外而内):

(1)小肠绒毛上皮细胞:

单层柱状上皮细胞。

面向小肠腔的游离面,细胞膜表面还会突出,形成微绒毛,以增加吸收面积。

(2)绒毛腔:

微血管网:

细胞间隙较小。

乳糜管:

是一种微淋管,细胞间隙较大,可以让较大分子的物质进入。

4.吸收的路径:

小肠腔→小肠绒毛上皮细胞→绒毛腔→微血管或乳糜管。

5.吸收后的运输:

(1)水溶性养分:

单醣、胺基酸、矿物质、水溶性维生素(B群、C)等,进入微血管,经肝门脉循环运输(肝门静脉→肝脏→肝静脉),最后汇入下腔静脉,再进入心脏。

(2)脂溶性养分:

进入乳糜管(分子团太大,无法进入微血管),经淋巴循环,由胸管汇入锁骨下静脉(此部分需与淋巴循环配合),最后由上腔静脉进入心脏。

脂溶性维生素(A、D、E、K)也循此途径运输。

6.各养分的吸收:

(1)水溶性养分:

(2)脂溶性养分:

7.大肠的吸收:

水分、维生素与矿物质。

教学思考与策略

1.概念探索:

(1)食物经过消化变成“小分子”的养分,“小分子”的判断标准为何?

(提示可以通过细胞膜)

(2)哪些养分不必经过消化,就可以被吸收?

(提示维生素、矿物质)

(3)脂溶性养分不溶于水,进入血液后如何在血浆中运输?

(提示与蛋白质结合,形成可溶性的微粒)

2.概念发展:

(1)强调消化的最终目的是使其可以被吸收并通过细胞膜。

(2)复习第1章第3节“物质通过细胞膜的方式”。

(3)说明绒毛的构造,强调吸收的路径:

小肠腔→绒毛上皮细胞→绒毛腔→微血管或乳糜管。

(4)说明水溶性养分的吸收机制,从绒毛上皮细胞进入绒毛腔,为何是促进性扩散,而非主动运输?

(提示各水溶性养分经主动运输进入绒毛上皮细胞,此处的浓度最高)

(5)补充果糖的吸收,是唯一被动运输的单醣。

(6)说明脂溶性养分需要与蛋白质结合,成为可溶性的微粒。

(7)说明脂溶性养分经由乳糜管吸收的原因:

乳糜微粒无法通过微血管内皮细胞的间隙。

(8)复习第5章的“肝门脉循环”与“淋巴循环”,说明水溶性养分与脂溶性养分吸收后的运输途径。

3.概念应用:

(1)水溶性养分是以主动运输的方式进入绒毛上皮细胞,为何脂肪酸与单酸甘油酯可以扩散进入绒毛上皮细胞?

(提示进入绒毛上皮细胞后,脂肪酸与单酸甘油酯会结合形成三酸甘油酯,因此绒毛上皮细胞中,脂肪酸与单酸甘油酯的浓度很低,与小肠腔间形成浓度梯度,不必经过主动运输)

(2)上腔静脉与下腔静脉里面的血液,所含的养分有何不同?

(提示上腔静脉中的脂溶性养分较多,下腔静脉中的水溶性养分较多)

(3)绒毛微血管吸收的养分首先经肝门静脉进入肝脏,在肝脏会经过哪些处理?

(提示血糖→肝糖;分解酒精、农药及各种有毒物质)

经典考题

1.下列何者是葡萄糖从肠腔进入消化道上皮细胞的吸收方式?

(A)主动运输(B)简单扩散(C)胞吞作用(D)与脂肪酸共同运输。

答:

(A)

2.下列有关脂肪的叙述,何者正确?

(A)脂肪经消化分解成胺基酸及甘油(B)脂肪经胆盐乳化后可以进入上皮细胞(C)脂肪在胃进行部分消化(D)脂肪与蛋白质结合以利在血液中运送。

答:

(D)

3.下列有关于小肠消化与吸收的叙述,何者正确?

(A)小肠内壁简单且平滑,可提高养分吸收效率(B)小肠具有调节胃液分泌的功能(C)小肠消化液中的胆汁含有分解脂质的酵素(D)脂肪酸被小肠吸收到微血管后,可直接进入淋巴循环系统。

答:

(B)

4.移除大鼠的胰脏,待动物恢复后进行实验,推测下列哪些食物成分将难以消化并吸收?

(多选)(A)多醣(B)双醣(C)脂肪(D)胺基酸(E)蛋白质。

答:

(C)(E)或(A)(C)(E)

习题参考解答

一、单一选择题

1.(C)。

食物在口腔经初步咀嚼成碎块,进入胃后消化成粥状的食糜,最后在小肠消化成乳状。

2.(D)。

(A)胰脏分泌的酵素主要将大分子养分做初步分解,如胰蛋白酶、胰淀粉酶、胰脂酶、胰核酸酶。

(B)唾腺分泌淀粉酶分解淀粉。

(C)胃腺分泌胃蛋白酶分解蛋白质。

(D)小肠分泌的酵素进一步将双醣、双肽、核苷酸、核苷分解为可吸收的小分子物质。

(E)肝脏分泌的胆汁不含水解酵素。

3.(B)。

多醣

双醣

单醣

4.(A)。

(B)纤维素酶为肠道内共生的微生物所产生。

(C)狗的犬齿比较发达;植食性动物的臼齿比较发达。

(D)植食性动物的消化道比例较长。

二、多重选择题

1.(B)(C)(E)。

(A)小肠分泌肠抑胃泌素,胃幽门部的细胞分泌胃泌素。

(D)唾液分泌仅受神经控制;胰脏分泌的激素为胰岛素、升糖素,主要影响血糖恒定。

2.(A)(D)(E)。

(B)仅有一个开口。

(C)消化道两端分别有口与肛门。

3.(C)(D)。

(A)酸性物质不会刺激幽门分泌胃泌素;肽类、酒精、咖啡刺激幽门,促进胃泌素的分泌。

(B)脂质、多肽促使十二指肠分泌胆囊收缩素。

(E)胃液的分泌受神经系统或胃泌素调控。

当看到、闻到、想到美食或食物在胃,可促使胃液分泌;而肽类、酒精、咖啡促进胃泌素的分泌,进一步促使胃液分泌。

4.(A)(B)。

(C)(E)藉简单扩散进入绒毛上皮细胞。

(D)渗透。

5.全。

三、非选择题

1.

(1)甲为黏液细胞、乙为壁细胞、丙为主细胞。

(2)甲。

黏液细胞可分泌黏液保护胃壁。

(3)(A)。

甲:

黏液细胞分泌黏液;乙:

壁细胞分泌盐酸;丙:

主细胞分泌胃蛋白酶原。

2.

(1)简单扩散。

(2)蛋白质、胆固醇。

(3)(D)。

(4)乙。

(5)经由乳糜管进入淋巴循环,最后由胸管进入血液循环。

教学概念分析

从学生概念结构的改变看教学—消化道的构造与功能

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