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绝大多数水以游离的形式存在,可以自由流动,称为自由水。
小部分水与细胞内的其他物质结合,称为结合水,约占细胞全部水分的4.5%。
结合水是人体及其生物体组织结构的重要组成成分。
2)无机盐:
大多数无机盐以离子状态存在,在生物体内含量很少,但对生命活动起着重要作用。
生物体需要适量的无机盐。
i.有些无机盐参与组成生物体内的重要化合物,如Fe是血红蛋白的重要成分;
Ca是构成骨骼、牙齿的重要成分;
Mg是叶绿素分子必要的成分。
ii.有些无机离子参与生物体的代谢活动和调节内环境稳定,如成人血液中Ca2+含量为45~55mg/L,低于该数值是会导致肌肉抽搐等症状;
血液中的HCO3-等参与组成缓冲系统,使血液的酸碱度稳定能够在合适的范围内,细胞膜内外的K+、Na+在维持细胞膜生物功能中起重要作用。
2.有机化合物包括糖类、脂质、蛋白质和核酸等,是组成生物体结构的主要成分。
糖类和脂质还是生物体的主要能源物质。
1)糖类:
符合化学通式(CH2O)n的物质,俗称碳水化合物。
i.生理功能:
维持生命活动所需能量的主要来源,是组成生物体机构的基本原料。
ii.种类:
单糖、双糖和多糖。
●单糖:
不能水解的最简单的糖,如葡萄糖、果糖、核糖等。
葡萄糖和果糖都是含6个碳原子的单糖(己糖),分子式都是C6H12O6,葡萄糖分子中的5个C上都连有相同的化学基团——羟基(—OH)。
葡萄糖广泛存在于动植物的细胞中,是细胞中主要能源物质。
核糖是含5个碳原子的单糖,也成戊糖,是构成核酸的重要成分。
每克葡萄糖氧化分解可产生16.4kJ能量。
●双糖:
是指两个单糖经脱水缩合连在一起的糖类。
常见的双糖有蔗糖、乳糖和麦芽糖,它们的通式是C12H22O11。
在特定的酶的作用下可水解为各自组成的单糖。
●多糖:
指由血多葡萄糖分子经脱水缩合连在一起形成的结构复杂的糖类。
如植物中的淀粉、纤维素以及动物肝脏和肌肉中的糖原都是多糖。
淀粉是植物体内糖的储存形式,是人类的主要的糖类来源。
糖原存在于动物体内,不溶于水,是动物体内糖类物质的储存形式。
纤维素是组成植物细胞壁的主要成分。
●有一些多糖与脂质或蛋白质结合在一起组成细胞的结构物质,前者称为糖脂,后者称为糖蛋白。
2)脂质:
俗称脂类物质,不溶于水,而易溶于乙醚、氯仿、苯等有机溶剂。
脂肪、磷脂和胆固醇是最常见的脂质。
i.脂肪:
甘油和脂肪酸是构成脂肪的基本成分。
脂肪酸主要是由碳和氢组成的长链。
饱和脂肪酸:
长链中碳和碳之间都是以单键(C-C)相连。
不饱和脂肪酸:
碳原子之间存在双键(C=C)。
脂肪是很好的储能物质。
每克脂肪在人体氧化分解可产生37.6kJ能量。
ii.磷脂:
组成细胞膜的结构大分子。
在磷脂分子中,磷酸和含氮碱基一端为亲水的头部,两个脂肪酸一端为疏水(亲脂)的尾部。
iii.胆固醇:
广泛分布于全身各组织中,大约有四分之一的胆固醇分布在脑及神经组织中,肝、肾、肠等内脏及皮肤脂肪内也含有较多的胆固醇。
胆固醇是组成细胞膜结构的重要成分,也是机体合成某些激素(性激素和肾上腺皮质激素)及维生素D等物质的原料,对胆固醇有调节人体生长发育和代谢的重要功能。
血液胆固醇含量偏高与心血管疾病发生有密切的关系。
3)蛋白质:
是由氨基酸为单体组成的大分子化合物,天然氨基酸约有20种。
i.氨基酸的结构的共同特点是在与羧基(—COOH)相连的C上都有一个氨基(—NH2),不同之处在于侧链所连接的基团(R)各不相同。
ii.肽键:
一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基脱去一分子水缩合形成肽链,氨基酸通过肽键连接成肽键,每条肽链的一端有一个自由的氨基,另一端有一个自由的羧基。
把由3个以上的氨基酸连成的肽链称为多肽。
20种氨基酸以不同数目、不同种类、不同排列顺序组成不同的肽链。
肽链构成一定的空间结构决定了蛋白质的功能。
iii.蛋白质的生理功能:
是细胞膜、细胞质、肌肉、皮肤、毛发等机体构造的主要成分,也是形成酶、抗体、激素、血红蛋白等必需的原料。
蛋白质还能作为能量供机体利用。
每克蛋白质在体内氧化分解可产生16.7kJ能量。
4)核酸:
是细胞内携带遗传信息的物质。
核算可分为两类,为脱氧核苷酸和核糖核酸,都是由核苷酸分子组成,每个核苷酸是由一个磷酸、一个五碳糖、一个含氮碱基组成。
i.脱氧核苷酸(DNA):
主要存在与细胞核内,五碳糖是脱氧核糖。
ii.核糖核酸(RNA):
主要存在于细胞质中,五碳糖是核糖。
5)维生素:
是生物的生长和代谢所必需的微量有机化合物。
脚气病是由于缺乏维生素B1所引起的;
坏血病与缺乏维生素C有关。
维生素分为两类:
i.脂溶性维生素:
溶解于脂肪,不溶于水,其吸收与脂肪的存在有关,被吸收后可在体内储存,如维生素A、维生素D、维生素E、维生素K。
ii.水溶性维生素:
溶解于水而不溶解于脂肪,吸收后在人体内储存很少,过量的水溶性维生素多由尿排出体外。
如B族维生素、维生素C、维生素PP、叶酸等。
第三章生命的结构基础
1.细胞膜:
又称质膜,是细胞的边界,使每个细胞与周围环境隔离开来,维持着相对稳定的细胞内部环境,并且具有保护细胞的作用,能完成细胞与周围环境的物质交换和信息交流。
1)细胞膜的结构:
由磷脂分子和蛋白质分子构成,膜的外侧有少量多糖。
细胞膜的磷脂双分子层,磷脂分子的亲水性头部伸向细胞膜的内外两侧表面,两条疏水性的脂肪酸尾部排列在内侧。
蛋白质分子附着在磷脂双分子层的内外两侧,有的以不同深度镶嵌或者贯穿在磷脂双分子层中。
你是膜上的蛋白质和磷脂可与多糖结合形成糖蛋白和糖脂,糖蛋白是细胞识别外界的“信号天线”。
细胞膜具有流动性。
2)物质通过细胞膜的方式:
i.被动运输:
离子、分子和微小的颗粒一般都是趋于由浓度较高的趋于向浓度较低的区域运动,这种运动叫做扩散。
被动运输是细胞内外的物质从高浓度一侧通过膜扩散到低浓度一侧的现象,此过程不消耗能量。
如:
脂溶性物质。
●O2、CO2等小分子穿过细胞膜的运输方式叫做自由扩散。
●而一般溶解于水的无机离子和有机小分子,例如Na+、Cl-、葡萄糖、氨基酸和核苷酸等,必须与细胞膜上称为载体的蛋白质结合,由载体蛋白帮助穿越细胞膜的运输方式叫做协助扩散。
由于细胞膜上载体蛋白的数量是有限的,因此协助扩散的运输速度是有限的。
ii.主动运输:
逆浓度梯度输送特定分子和离子的运输方式,需要消耗能量,也需要细胞膜中的载体蛋白协助作用。
主动运输是物质进出活细胞的主要方式。
iii.胞吞和胞吐:
●胞吞:
细胞摄取颗粒性物质的过程,如白细胞接触到细菌、蛋白质这样的大分子或者颗粒性物质进入细胞。
●胞吐:
细胞内的小囊泡被运输到细胞膜内侧,与细胞膜融合在一起,并且向细胞外张开,释放内含物。
3)细胞的吸水和失水:
水分子通过细胞膜的扩散称为渗透。
细胞膜、液泡膜和两者之间的细胞质合称为原生质层,是一层选择性透过膜。
这类膜的性质类同于半透膜,即水分子能自由通过,而溶质大分子不能通过的一种薄膜。
i.当细胞液浓度小于外界时,水分就由细胞渗出,细胞内的原生质层因液泡失水而不断地随之收缩。
ii.当细胞液浓度大于外界时,水分就由外界渗入细胞,细胞吸水使液泡逐渐变大。
4)细胞膜对信息的接受:
细胞膜上有各种各样的受体(一种特殊的蛋白质),可接受不同的信息。
2.细胞核:
细胞核由核仁、核基质和染色质组成。
是储存遗传物质的场所,是细胞生长、发育、分裂增殖的调控中心。
1)核膜由两层膜构成。
2)核膜上有许多小孔,称为核孔,是细胞核和细胞质之间进行物质交换的孔道。
3)在光学显微镜下可见核内有一个或数个圆球形结构,称为核仁,核仁与核糖体形成有关。
4)核基质中含有丰富的蛋白质、酶、无机盐、水等营养物质,是细胞核内进行各种代谢活动的场所。
5)细胞核内的细丝状物质可被碱性染料染上较深的颜色,称为染色质。
由DNA和蛋白质组成。
3.细胞质:
细胞膜以外、细胞核以外的整个区域的一切结构和物质。
为细胞代谢提供各种原料和反应场所。
4.细胞器:
在细胞质基质中分布着许多具有特定功能的结构。
1)线粒体:
由双层膜包被,外膜光滑,内膜向内折叠形成嵴,是细胞有氧呼吸的主要场所。
2)内质网:
由彼此相同的网状膜系统组成,将细胞分成许多小空间,并与蛋白质的加工、运输以及脂质代谢有关。
3)高尔基体:
由数层扁平囊和泡状结构组成,常与内质网密切联系,起储存、加工和转运物质的作用。
4)核糖体:
由RNA和蛋白质构成的微小颗粒,是合成蛋白质的场所。
5)中心体:
存在于动物与低等植物中,由两个中心粒互相垂直排列而成,与细胞有丝分裂和染色体分离密切相关。
6)溶酶体:
在动物细胞中,由膜围成的小球体,含有多种水解酶,可消化进入细胞内的异物及衰老无用的细胞器碎片。
7)叶绿体:
植物细胞特有,有双层膜包被,内有基粒,是进行光合作用的场所。
8)细胞壁:
植物细胞特有的结构,由纤维素、果胶等物质组成,对维持细胞的形状、保护细胞内部结构有重要作用。
9)液泡:
植物细胞特有。
5.原核细胞:
结构简单,体积较小,没有成形的细胞核,即没有由膜包被的细胞核,遗传物质集中在细胞的中央,这个区域称为拟核。
原核细胞除了有核糖体之外,没有其他细胞器。
由原核细胞构成的生物称为原核生物,如细菌、蓝藻、放线菌、古细菌、支原体、衣原体、立克次氏体等。
6.真核细胞:
由细胞核和各种细胞器。
由真核细胞构成的生物称为真核生物。
7.病毒:
是一类非细胞结构的生物体,很小。
主要成分是核酸和蛋白质。
一种病毒只含有一种核酸,即DNA或RNA。
核算位于病毒的中心,构成他的核心,蛋白质包围在核心周围,构成病毒的衣壳。
病毒只能寄生在某种特定的活细胞内才能生活,并在宿主细胞内利用宿主细胞的代谢“装备”和“原料”快速复制繁殖。
在非寄生时,呈结晶形态,不能进行独立的代谢活动。
病毒可分为动物病毒、植物病毒和细菌病毒。
细菌病毒又称噬菌体,它侵染细菌后,一般引起细菌裂解。
由病毒引起的疾病:
病毒性感冒、狂犬病、水痘、腮腺炎、脊髓灰质炎、乙型肝炎、艾滋病等。
第四章生命的物质变化和能量转换
1.新陈代谢:
由同化作用和异化作用组成。
1)同化作用:
在自我更新过程中,生物体不断地从外界摄取营养物质,将它们转变为自身的物质,并储存能量的过程。
2)异化作用:
生物体也不断地将自身的物质分解以释放能量,并将代谢终产物排出体外的过程。
2.合成反应:
由小分子形成大分子的化学反应,如单糖合成多糖,核苷酸合成核酸等。
3.分解反应:
糖原、淀粉、脂肪、蛋白质等生物大分子中储存着大量的能量,细胞在利用这些物质前,先将大分子分解成小分子。
如淀粉和糖原分解为葡萄糖(释放能量,属于氧化分解反应),脂肪分解成甘油和脂肪酸,蛋白质分解成氨基酸(需要消耗一个水分子,称为水解反应)。
4.酶:
由活细胞产生的具有催化能力的生物大分子。
绝大多数是蛋白质,少数是RNA,也称为生物催化剂。
1)酶的活性:
酶的催化效率
2)酶的特点:
专一性和高效性。
i.专一性:
酶分子有特定的活性部位,该部位只有与其所催化的物质(底物)在结构和形状上完全契合时才能期催化作用,每种酶只能催化一种或一类物质的合成反应或分解反应。
ii.高效性:
酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。
3)辅酶:
有些酶只有在与辅助因子结合时才显示活性,这些辅助因子有的是金属离子,有的是小分子有机化合物,而这些小分子有机化合物被称为辅酶。
5.腺苷三磷酸:
ATP,A表示腺苷,T表示其数量为三个,P表示磷酸基,结构简式可表示为A-P~P~P,其相邻的两个磷酸基之间的化学键非常活跃,水解时可释放约30.5kJ/mol的能量,称为高能磷酸键,以用“~”表示。
在生命活动过程中,ATP的一个高能磷酸键断裂,释放出一个磷酸和能量后成为腺苷二磷酸(ADP)。
ATP能携带和转运能量;
在有机物氧化分解或光合作用的过程中,ADP可获取能量,与磷酸结合形成ATP。
6.光合作用:
叶绿体吸收并利用光能,将CO2和H2O合成有机物质并释放O2,将光能转换成化学能的过程。
1)光合作用的研究历史:
i.1642年,赫尔蒙特实验:
认为柳树获得的物质只是来源于水。
ii.1771年,普里斯特利实验:
认为薄荷能够改善动物呼吸、蜡烛燃烧而变得污浊的空气。
iii.1779年,英格豪斯实验:
光照是普里斯特利实验成功的必要条件。
iv.1785年发现空气的组成之后,认为绿叶在光照下放出的氧气,吸收的是二氧化碳。
v.1939年,鲁宾和卡门利用同位素标记法说明光合作用释放的氧气来自于水。
vi.20世纪40年代,卡尔文14C标记的CO2供给小球藻进行光合作用,探明了CO2转化为有机物的途径。
2)叶绿体:
i.结构:
由双层膜包围,内含有基质和十几个基粒。
每个基粒由多个类囊体重叠而成,与光合作用有关的各种色素分布在类囊体的膜上。
ii.叶绿体中的色素:
具有选择吸收光谱的特性。
●一类是叶绿素,包括叶绿素a(呈蓝绿色)和叶绿素b(呈黄绿色),主要吸收红橙光和蓝紫光。
叶绿素的含量通常是类胡萝卜素的4倍。
●另一类是类胡萝卜素,包括胡萝卜素(呈橙黄色)和叶黄素(呈黄色),主要吸收蓝紫光。
3)
光能
光合作用的过程:
i.
叶绿体
总反应式:
CO2+2H2O*→(CH2O)+H2O+O2*↑
ii.能量的传递:
●类囊体膜上的色素吸收的光能→传递至叶绿素a,活化叶绿素a,释放出高能电子(e)→NADP+(氧化型辅酶
)→与叶绿体基质中的质子(H+)结合形成NADPH(还原型辅酶
)。
●失去电子的叶绿素a具有强氧化性,从类囊体内H2O分子中夺取e,促使H2O光解为e和H+,同时释放O2。
●类囊体中的H+达到一定浓度→类囊体膜上的ATP合成酶符合体穿过膜进入基质,传递给ADP→ADP和Pi合成ATP
iii.卡尔文循环:
●CO2的固定:
CO2和叶绿体基质中的一个五碳化合物在酶的催化下生成两个三碳化合物。
●CO2的还原:
其中一部分三碳化合物由ATP供给能量,在酶的催化下被NADPH还原形成糖;
●五碳化合物的形成:
另外一部分三碳化合物还原后,在多种酶的催化下重新形成五碳化合物,参与的固定CO2
4)光合作用的两个阶段:
i.光反应:
在类囊体进行,同时需要光,吸收光能,光解水,释放O2并形成高能量的ATP和NADPH,即将光能转化为活跃的化学能。
ii.暗反应:
在叶绿体基质中,可在无光条件下进行,利用第一阶段产生的ATP和NADPH,固定CO2,合成糖,以稳定的化学能储存在糖中。
5)影响光合作用的因素:
i.光合作用的强度,又称光合速率,以用一定量的植物在单位时间内进行光合作用释放O2或消耗CO2的量来表示
ii.影响因素:
包括内在因素和外在因素。
●光:
能量的来源,弱光条件下,光合作用速率较慢;
光照强度增加,光合作用速率随之增加;
担当光合速率达到饱和时,提高光照强度不会使光合速率加快。
●CO2:
原料,光照充分但CO2浓度低时,光合速率也很慢。
●温度
●水和一些无机离子等
7.细胞呼吸:
有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成CO2或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程。
1)
酶
糖的有氧分解:
i.反应式:
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量
ii.葡萄糖分解的两个阶段:
●糖酵解,在细胞质基质中进行,产生丙酮酸和少量的ATP。
●在线粒体中进行,需要O2的参与,丙酮酸彻底氧化分解成CO2和H2O,同时释放大量的能量。
2)糖的无氧分解:
通常将微生物在无氧条件下的呼吸成为发酵。
i.酒精发酵:
C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量
乙醇
葡萄糖
ii.
乳酸
乳酸发酵:
C6H12O6→2C3H6O3+能量
8.糖类代谢:
食物中的淀粉经唾液淀粉酶初步水解后,在小肠内进一步水解成单糖并由小肠上皮细胞吸收。
1)氧化分解:
糖彻底氧化,生成CO2和H2O,并产生大量的能量。
2)合成多糖物质:
单糖脱水缩合成多糖,如植物的淀粉、动物的糖原等。
3)转变成高能量的营养物质——脂肪:
糖分解过程中生成的二碳化合物在酶的作用下,两两连接,形成长短不一的脂肪酸。
三碳化合物可以转化成甘油,甘油与脂肪酸缩合形成脂肪。
4)转变形成氨基酸:
大部分氨基酸的R基团可以来自糖类合成或分解过程中的中间产物。
在转氨酶的作用下,R基团与氨基酸连接形成相应的氨基酸。
9.脂肪的代谢:
食物中的脂肪在小肠中首先被肝脏分泌的胆汁所乳化,然后被胰脂肪酶水解成甘油和脂肪酸,由小肠上皮细胞吸收。
其中一部分重新合成为脂肪,经淋巴系统进入血液循环,运送至脂肪组织中积累。
另一部分脂肪酸和甘油经血液循环进入肝脏进一步代谢。
1)甘油的代谢:
甘油在肝脏中转变成丙酮酸后加入糖代谢途径。
2)脂肪酸代谢:
脂肪酸被血液运送到需要能量的组织或细胞中进行氧化分解。
脂肪酸的氧化分解发生在线粒体的基质中,长链的脂肪酸在酶的作用下被分解为二碳化合物,进入三羧酸循环,彻底氧化分解放出大量的能量。
3)脂肪的生物合成和分解:
在脊椎动物的脂肪细胞和肝细胞内,糖代谢过程中的二碳化合物在酶的作用下逐个连接形成长链的脂肪酸,并与甘油结合形成脂肪。
当机体需要能量时,在脂肪酶的作用下,可逐步水解为甘油和脂肪酸供氧化分解。
10.蛋白质代谢:
来自食物的蛋白质在消化管内被分解为氨基酸后才能被小肠吸收,被吸收后的氨基酸由血液运送到身体各组织。
人体自身的组织蛋白质也在不断地更新,旧的蛋白质分解产生的氨基酸也能被重新利用。
1)合成新的蛋白质:
人体蛋白质的合成与分解处于动态平衡,新摄入的氨基酸和原有的氨基酸都可以作为合成新蛋白质的原料。
2)脱氨基加入糖代谢:
体内糖类供应不足时,氨基酸也可作为能源物质。
在酶的作用下脱去氨基,剩下的碳链加入到三羧酸循环中,氧化放出能量。
脱去的氨基被转化成尿素排出体外。
高中第二册
第五章生物体对信息的传递和调节
1.感受器:
是指分布在体表或组织内部的一些专门感受机体内外环境变化的特殊结构。
可分为物理感受器和化学感受器。
2.物理感受器:
动物体获取物理信息
1)皮肤感受器:
痛感受器、温度感受器、压力感受器、接触感受器(将各种刺激→神经冲动)
2)光感受器:
眼。
i.眼球:
●巩膜(最外层):
保持眼球形状
●视网膜(最内层):
视细胞(光感受细胞),一类感受细胞(视杆细胞),一类感受色彩(视锥细胞)。
光能→神经冲动
ii.折光装置:
角膜、房水、晶状体和玻璃体。
3)声波感受器:
声波→神经冲动
i.外耳:
外耳道、鼓膜
ii.中耳:
听小骨
iii.内耳:
耳蜗(声音感受器)、前庭器(包括3个半规管和前庭组成,是身体平衡的感受器)
4)特殊感受器:
i.鱼类侧线:
感受水流定方位
ii.蛇类颊窝(红外感受器):
感受周边动物散发出的热能
5)化学感受器:
动物体对化学信息的获取。
分布:
人和其他脊椎动物:
鼻腔的嗅黏膜(嗅细胞)和口腔的舌上(味细胞)。
昆虫:
足的末端和口气(味觉毛)以及触角上(嗅毛)。
化学分子→神经冲动
3.反射:
动物体通过神经系统对外界和体内的各种刺激(信息)发生反应。
发射是神经系统调节各种活动的基本方式。
4.反射弧:
发射是通过反射弧来完成的。
发射弧的结构:
感受器→传入神经→神经中枢→传出神经→效应器。
5.神经元:
组成神经系统的基本结构和功能单位,也称神经细胞,由细胞体、轴突和树突组成
1)细胞体:
神经元的营养和代谢中心,内含细胞核和细胞器,主要集中于脑和脊髓。
2)树突:
通常较短,分支较多,神经元接受信息的部分。
3)轴突:
较长,分支少,神经元传出信息的部分。
4)神经纤维:
神经元的轴突或长的树突以及套在外面的髓鞘。
6.神经元传递信息的方式:
1)在神经元上的传递:
神经冲动传导,信息在神经元上是以生物电形式传导,双向传导。
膜电位:
在神经细胞质膜的内外两侧之间存在电位差。
i.静息电位:
内负外正;
由膜内的K+和膜外的Na+维持的
ii.动作电位:
外正内负。
受到刺激时,兴奋区Na+流入细胞内,电位反转为内正外负,产生兴奋。
2)在神经元之间的传递:
突触传导,信息在神经元之间是通过化学物质传递的,单向传导。
i.突触:
神经元以轴突末端膨大与其他神经元的细胞体或树突相接触,两个神经元相接触部分的细胞膜合成为突触。
突触由:
突触前膜、突触间隙、突触后膜组成。
ii.神经递质:
突触小泡内含有的化学物质。
iii.传递过程:
兴奋(神经冲动)→轴突末梢→突触小泡→神经递质排入突触间隙→神经递质与突触后膜上的受体结合→膜电位发生改变
7.人和高等动物神经中枢:
脑和脊髓
1)脊髓:
正常情况下,脊髓的反射活动总是受脑控制。
i.白质:
神经纤维,传递神经冲动
ii.灰质:
细胞体密集,含低级神经中枢,完成一些基本反射。
2)脑:
由大脑、小脑、间脑、中脑、脑桥和延髓组成,其中大脑最发达。
大脑皮质:
大脑半球表面覆盖着的一层灰质,是调节生理功能的高级神经中枢。
i.非条件反射:
生来就具有的先天性反射。
大脑皮层以下的神经中枢
ii.条件反射:
出生后,在生活过程中一定条件下形成的后天性反射,是脑的一项高级调节功能,它提高了动物和人适应环境的能力。
●条件发射建立的基础:
非条件反射
●条件发射建立的基本条件:
强化(无关刺激和非条件刺激在时间上的结合)
●条件发射建立的巩固:
非条件刺激
●人类条件反射的对象:
具体信号、抽象信
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