DNA生物膜范文

DNA生物膜范文（精选4篇）

DNA生物膜 第1篇

生物DNA图谱的拍摄容易受到视角、背景等各种因素的干扰,传统方法不能采集有效的特征用于DNA图谱的识别,无法达到旋转、尺度和多类型形变的场景要求,生物DNA图谱识别效果不佳[7—10]。一般来讲,指纹图谱分析系统由图像的预处理、图像识别以及数据分析三大部分组成,其中,图像的预处理包括旋转、黑白反转、去噪声、灰度增强、锐化等可选择的操作; 图像识别包括泳道分割( lane division) 、标记谱带( marker lane) 分析、数据谱带( data lane) 分析、手工调整等操作; 数据分析则根据用户的不同要求有较大变化。

现提出一种卷积优化神经网络的DNA图谱特征定位识别方法,力图解决识别中的图像粘连问题。

1 生物DNA图谱识别方法

1. 1 层层迭代完成DNA图谱特征采集

在对DNA图谱进行特征采集的过程中,主要由前向图谱特征采集与反向图谱特征采集构成,负责对图谱特征进行分类的卷积层与DNA图谱特征采样层交替进行。卷积层后存在一个下采样层,分类后对其进行采样,可以避免一些不必要的DNA图谱特征像素相似性的干扰,其主要用于提高后期的图谱识别效率,保持DNA图谱空间和结构上的逻辑不变性。

图谱特征的采集中,前向传播将上一层的DNA图谱特征输出作为分类过程的初始输入,再利用激活函数,作为对DNA图谱特征分类最优信号,使得分类后的DNA图谱特征作为该层的输出,逐层传递下去,因此,当前层的DNA图谱特征的输出可描述成

式( 1) 中,l用于描述进行DNA图谱特征识别中的迭代层数; W用于描述权值; b用于描述一个偏置,用于约束特征识别的精细过程; f用于描述激活函数,也是DNA图谱完成最优分类后的信号释放函数。

通过对求得的DNA图谱特征采集函数进行反向分类,即依据DNA图谱特征的采集结果与前一次计算的DNA图谱特征采集的结果进行误差运算,分析平方差损失函数针对含有c个DNA图像特征类别,N个DNA图谱训练样本的多分类问题,误差函数可描述如下

式( 2) 中,tkn用于描述和第n个DNA图谱特征相应的标签的第k维; ykn用于描述和第n个DNA图谱特征相应的输出的第k个输出。

通过DNA图谱特征分类函数对分类后对新的迭代层进行更新,对上一层的DNA图谱特征映射与一个固定DNA图谱特征进行卷积运算,得到的结果经分类最优信号函数后的输出,产生该层的DNA图谱特征映射。所有输出映射均可能受到上一层DNA图谱特征分类结果的影响,卷积层通常可描述成

式( 3) 中,l用于描述模型中分类的层数; k用于描述卷积核; Mj用于描述输入特征的一个选择; b用于描述一个偏置。

对得到的的卷积函数进行DNA图谱采样处理,但是,DNA图谱特征映射的个数发生改变,改变的只是DNA图谱特征映射的尺寸。若DNA图谱像素特征采样算子的尺寸是n × n,则经一次下采样处理后,特征映射的尺寸将变成原来特征的1 /n,DNA图谱特征采样公式如下

式( 4) 中,down ( ·) 用于描述DNA图谱特征采样函数。

1. 2 DNA图谱中黏连干扰的排除

在DNA图谱特征提取的过程中,很多特征出于黏连状态。图1 描述的是一个6 层DNA图谱结构,生物DNA图谱从输入层输入,经抽样层( S) 、卷积层( C) 及全连接层( F) 后,在输出层得到网络输出。但是,一旦特征经过上一章节的迭代分类后,还不能形成完整的分离,就会出现黏连,对后期的定位识别过程带来干扰。

为了去除这种干扰,现提出一种利用卷积多层分析的DNA图谱抗黏连干扰识别定位方法。利用卷积的小差异分类能力,进行DNA图谱的定位识别。在上一节的特征采集过程中,加入卷积层,在卷积层中,将前一层的特征图和一个固定特征进行卷积,利用分类最优通知函数的输出将卷积后的DNA图谱特征检测的结果构成该层的神经元,从而实现该层特征的定位识别。

用于排除DNA黏连干扰的卷积层是独立的,卷积层中所有输出的特征DNA图均可能和前一层特征图的卷积建立关系,公式描述如下

式( 5) 中,l用于描述新的模型的层数; Kernel用于描述用于去除DNA黏连干扰的卷积核,所有DNA特征图谱均可含有不同的卷积核,Mj用于描述输入DNA特征图谱的一个选择,各层均只含有一个偏移B。卷积层主要负责从不同的方面选择前一层DNA图谱各角度的特征,从而使其位移保持不变,并完成特征的进一步细化。

图2 描述的是经过卷积处理后的DNA含粘连干扰的图谱特征,其大小为58 × 64,对其进行归一化和灰度处理后,即可获取抽样层S1层的图像,然后完成卷积去粘连操作,用一个大小为5 × 5 的窗口从不同方向对DNA图谱特征进行采集,从而获取输出层的幅特征图。

卷积操作实质上就是对前一层的DNA图谱特征图进行去黏连干扰处理,从而获取该层的完整的DNA可分割特征图。具体方法如下。

为了获取第l层DNA图谱特征图中某个神经元Xjl,需通过卷积核Kij对与其前一层Xjl - 1相邻的DNA图谱输出特征层进行卷积操作。迭代层通过减少像素一致性干扰对偏移及DNA图像扭曲现象,完成粘连过滤,抽样层S上的神经元X可通过下式求出

式( 6) 中,n用于描述从卷积层到迭代层的窗口尺寸; 抽样窗口是1,也就是n = 1; S3的抽样窗口是2 × 2,特征图可通过C2抽样成S3。

1. 3 DNA图谱特征的定位识别过程

在完成DNA图谱黏连干扰后,在特征提取阶段,输入一个生物DNA图谱后,对卷积核进行有监督训练,即可获取Ci层的去除黏连干扰后的DNA图谱定位,方法如下。

式( 7) 中,X用于描述输入的生物DNA图谱; 用于描述卷积运算; i用于描述第i个卷积核。sigmoid运算公式可描述如下

考虑到生物DNA图谱的特性,在一个局部提取特征可能在图中的另一部分仍然有效,所以卷积层选用权重共享的形式,通过共享权重保持图像的旋转不变性,从而在多变的识别检测领域中达到很好的效果。针对生物DNA图谱识别问题,首先对输入生物DNA图谱的局部特征进行采集,然后对采集到的特征进行层层迭代处理,从而得到更高级特征,将最终获取的特征转成卷积运输,去除黏连干扰,即为输入生物DNA图谱的表征,依据该特征进行分类,即可实现生物DNA图谱定位识别。

2 算法的应用实验分析

为了验证提出的基于卷积神经网络算法改进的生物DNA图谱识别方法的有效性,需要进行相关的实验分析。现采用图3 描述的指纹DNA图谱作为研究对象,将传统SVM-BP神经网络方法作为对比进行实验。

指纹DNA图谱中的泳道往往存在黏合的问题,如图4 所示。

针对产生黏合的泳道,分别采用本文方法和传统方法对指纹DNA图谱进行分割,分割效果如图5所示。

通过图5 可以看出,本文的分割效果更为优秀,可以为后期的识别打下较好的基础。将根据分割的结果转换为1 维的数据,数据结果如图6 所示。

经过数据转换后,运用本文的方法完成识别定位,如图7 所示。

对两种方法的识别准确率进行统计,得到的结果如图8 所示。

分析图8 可以看出,采用本文方法对生物DNA图谱进行识别的准确率明显高于传统方法,这是因为本文方法能够有效避免拍摄设备、周围环境等各种因素的干扰,大大提高了识别准确率,验证了本文方法的有效性。为了进一步验证本文方法的有效性,分别采用本文方法和传统方法,在上述实验的基础上,对两种方法的效率进行比较分析,得到的结果用图9 进行描述。

分析图9 可以看出,和传统方法相比,针对同一次实验,本文方法所需的时间明显低于传统方法,说明本文方法具有更高的迭代效率,进一步验证了本文方法的有效性。

综上所述,可以获取下述实验结论: 本文方法的提出是非常有必要的,实验结果也验证本文方法的可行性。和传统方法相比,本文方法不仅具有较高的识别准确率,而且,更加重要的是,本文方法提高了识别效率,说明本文方法针对生物DNA图谱识别问题具有较高的性能,扩展了应用的范围。

3 结论

针对传统方法的弊端,提出一种基于卷积神经网络算法改进的生物DNA图谱识别方法,将生物DNA图谱输入卷积神经网络中,采集输入生物DNA图谱的局部特征,对采集到的特征进行层层迭代处理,得到更高级特征,将最终获取的特征转换成卷积运输,将该结果看作是输入生物DNA图谱的表征,依据该特征进行分类,实现生物DNA图谱识别。仿真实验结果表明,采用所提方法对生物DNA图谱进行识别,能够在很大程度上提高生物特征识别的准确性,扩展了应用的范围。

参考文献

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高中生物DNA的复制教案设计 第2篇

(1) 理解DNA复制的含义和方式。

(2) 掌握DNA的复制过程。

(3) 概述DNA复制的生物学意义。

二、教学重难点

重点： DNA分子复制的方式及过程

难点：DNA分子复制方式;DNA分子复制的过程

三、教学用具

多媒体课件

四、教学方法：讲授法、问题引导法、课件演示法等

五、课时安排：1课时

六、教学过程：

(一)导入

刚刚结束的咱们学校第一届校运动会，想必大家还记忆犹新，那大家还记得这幅图片吗?

展示图片：校运动会会徽

因为需要，现在还要几张跟这相同的图片，如何快速获得?(学生：复印)

对，复印，也可以叫复制。对于复制，大家并不陌生，生活中很多时候都能用到。那么，在生物体中有没有这种过程呢?引入今天课题。

进行新课

教师：在前面的学习中我们提到过DNA的复制，那么关于DNA的复制我们已经知道了哪些?

学生：发生在有丝分裂和减数第一次分裂的间期，在细胞核中进行

教师：那么DNA究竟是如何进行自我复制的呢?我们首先来了解一下DNA的复制方式。

对DNA复制的推测

教师：DNA有两条链，当时科学家猜想可能有以下两种复制方式：全保留复制和半保留复制。

投影图解这两种DNA复制方式。

教师：科学家认为DNA的复制方式是半保留复制，并设计了实验证明。

思考：实验设计的关键是什么?

学生：能够区分亲代与子代的DNA。

DNA半保留复制的实验证据

教师：(投影)阅读教材P52-P53页，结合图3-12了解实验方法、过程和结果。思考问题：

实验方法是?用哪种元素进行标记?

如何将碱基组成相同但质量不同的DNA区分开?

如何区分亲代与子代的DNA分子?

学生：(1)同位素标记法 N

(2)密度梯度离心法

(3)根据试管中DNA所在的位置

教师：投影实验过程，并进行讲解。

教师：通过这个实验得出的结论是什么?

学生：DNA的复制方式是半保留复制。

教师：我们已经知道了DNA的复制方式是半保留复制，下面就来学习一下DNA分子复制的过程。

DNA分子复制的过程

教师：(投影)阅读教材P54页，结合图3-13，从以下几个方面进行理解：

概念：指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。实质是遗传信息的复制。

混合生物物证DNA检验鉴定2例 第3篇

一、案件资料

(一) 案件

2014年5月8日, XX城区派出所接到报案, 一名环卫工人在西郊的一片废弃厂房发现一名死尸。公安人员到达案发现场发现, 这是一名女性尸体, 年龄在20-25岁之间, 尸体衣物凌乱, 被遗弃的背包中未发现其他重要资料。经鉴定, 死者死因为颈部强力扼压致使的机械性窒息死亡。现场有死者与嫌疑人搏斗的痕迹, 且现场很像强奸杀人案。法医的进一步检测发现, 死者阴道外侧有残留精液, 且指甲内检测出不属于死者的皮屑物和血迹。死者指甲内提取的生物物证需要进行多类型体液的确证试验, 因为血迹与皮屑尚不能确定属于个体。皮屑物与血液经进一步检测, 结果显示部分属于死者本人, 部分与精液和血液属于同一男性。检验结果确定后, 公安人员立即进行下一步嫌疑人搜查活动, 并于案发后两天抓捕犯罪嫌疑人。在对死者身上混合物物证的分析与嫌疑人进行对比, 通过相同的DNA分型最终确定罪犯。

(二) DNA检验

两起案件均出现混合物物证:一是死者指甲内部残留皮屑物和血迹, 且阴道提取出男性精液。DNA的提取主要采用棉签类易于沾取或附着证物且不会致使其遭到破坏的工具进行。在证物提取过将其放置在密封的材料袋或材料盒中, 并禁止不关人等的随意触碰。证物带至研究所后小心取出, 将棉签沾取物证的部分棉纤维取出, 加入200μL的骨骼孵育液、15μL的蛋白酶K在56度的环境下进行孵育。随后, 用硅珠法进行DNA的提取, 提取模板浓缩成10μl的DNA溶液。接下来, 扩增和电泳检测方面, 国内常规方式是通过Identifile试剂盒, 来扩增各提取模板的DNA。随后, 用3130基因分析仪进行扩增物的检测。当扩增物的检测结果出现时, 将检测结果放置到Gene Mspper ID V3.2软件中, 进行分型结果的比对。

二、讨论

上述案件中, 提取的死者指甲内混合血液、皮脂屑这类生物检材, 不能简单将其是为死者个体, 相关检案人员必须对存在可以性的载体进行取样, 尽可能将死者的贴身衣服、指甲附着皮屑、用过的卫生纸团等容易沾染罪犯精斑或皮脂的载体进行逐一排查, 并进行多类型体液确证试验。另外, DNA工作者在样本提取前应根据实际情况设计实验方案。强奸案件中, 当嫌疑人射精量偏少或本身为少精患者时, 就会出现女子上皮细胞远远超过男子精子细胞的状态, 此时应采用差异裂解法且两步均涂片镜检, 再经精子数量与上皮细胞数量的对比, 来选取合适的检材用量、酶用量以及消化时间和需要洗涤的次数。其中, 热循环参数和模板DNA量等因素都将影响PCR反映的结果。另外, 混合生物物证的结果扩增还应重视每一个个体DNA在检材中的实际比例, 当混合DNA分型男性成分偏多时应进一步稀释、浓缩DNA提取液, 及成梯度扩增等方法。

混合DNA结果分析:第一, 仔细观察案发现场, 并积极询问受害者或知情者, 通过现场侦查和信息提示, 推断案件中作案人数;第二, 混合DNA的提取时应尽可能纯洁, 排除污染物。检测时更要注意污染物、牵涉锋、Stutter锋、非特异性扩增或染色体畸变等特殊情况的发生。第三, 判断样本是否为混合物物证, 通过等位基因的基因数目较多的基因座来判断, 原理是个体间的重复率偏小。一般来说, 两个体混合斑图谱中, Amelegen基因座中X、Y等位基因锋面积表现出不同的平衡关系和峰值高低, 能够提示样本的性别成分。另外, 单一男性DNA分型结果与多部位提取、梯度扩增获取的混合DNA分型对比分析, 能够进行另一DNA分型结果的获取。

当前, 越来越多的刑事案件加入对混合物物证中DNA检验定检的使用。要求相关法医人员在受害者身上, 仔细寻找相关易于检测且易于解释单一检材的样本。因此, 混合物物证DNA检验鉴定的发展任重而道远, 需要相关人员进一步提高认识并加以重视。硅珠法提取DNA, 能够有效地去除PCR, 从而得到更加纯净的样本信息。纯净样本后通过Microcon100浓缩提高模板的质量水平, 确保擦拭物的混合物物证获取清晰的DNA分型谱带。基础研究上, 医务人员应进行深入探析, 不断探索新型区分不同个体的排他性片段, 以研发更新颖的选择性提取试剂盒。当前, 我国进行单细胞DNA检测所使用的技术, 在之前的面别混合检材领域取得不小的进步, 并即将在不远的将来实现轻松进行混合生物物证DNA检验的鉴定。

参考文献

[1]袁丽.DNA鉴定人出庭作证现状、问题及对策[J].证据科学, 2013, 05:574-586.

[2]谷建立, 杨军, 曹和招.碎尸案中混合生物物证的DNA检验1例[J].中国法医学杂志, 2013, 01:86-87.

[3]张璐.微量DNA检验技术及展望[J].警察技术, 2012, 02:4-6.

DNA是生物遗传物质教案设计 第4篇

计思路和原理，正确把握“DNA是主要遗传物质”的含义。教学重点：T2噬菌体侵染细菌实验的思路。

教学方式：主要采用问答式和启发式。

教学过程

一、导入：(教师)我们上一节课谈了证明DNA是遗传物质的经典实验之一肺炎双球菌转化实验;在结尾，我们提到，那个实验并没有使人们普遍接受“DNA是遗传物质”。而是等到Hershey和Chase(同时板书)做了另一个经典实验T2噬菌体侵染细菌实验(同时板书)之后，这一事实才被最终接受。那么，今天，我们就来学习这个实验。

二、(教师)在介绍实验过程前的工作：我们先来认识一下这个实验的两个主角T2噬菌体和大肠杆菌。

1.(教师)大肠杆菌(板书)，我们是否听说过呢?它是一种什么样的生命呢，是否有细胞结构?是原核生物还是真核生物?

(学生)生活在人体大肠中的一种细菌，应该是原核生物，有细胞结构。(教师)你认为它新陈代谢的同化作用类型应该是怎样的呢?为什么?(学生)应该是异养的。因为它生活在人的大肠中。

2.(教师)那么病毒呢?病毒是是原核生物还是真核生物?

(学生)病毒既不是原核生物也不是真核生物，因为它没有细胞结构。(这里学生可能会答错，教师则发问提示：病毒是细胞生命吗?)

(教师)病毒不仅没有细胞结构，而且不能自己产生能量和ATP，因此，我们说它是一种绝对寄生的生命，并且只有寄生在活细胞内才会表现为生命;一旦离开活细胞，不仅不能繁殖，而且很快就会死亡。按照其宿主的不同，我们将其分为植物病毒、动物病外壳

毒和细菌病毒。其中，噬菌体就是细

菌病毒，是专门寄生在细菌体内的蛋白质

一种病毒。T2噬菌体(板书)则是可

以侵染大肠杆菌的一种噬菌体，其尾丝

结构如图(板书画图，同时对之进行说明)

三、介绍实验过程

(教师)该实验采用的是同位素标记法或叫同位素示踪法。我记得我们以前好象用过这种方法，在哪儿呢?

(学生)在光合作用鉴定水的来源是来自于HO2还是CO2。

(教师)我们这儿的实验目的是什么?

(学生)鉴定遗传物质是DNA还是蛋白质?

(教师)那么这两种物质的组成元素分别是什么?

(学生)DNA的组成元素是C、H、O、N、P;蛋白质的组成元素是C、H、O、N，大多含S。

(教师)那么我们用什么元素对这两种物质进行标记呢?为什么?

(学生)用P标记DNA，用S标记蛋白质。因为DNA含P但不含S，而蛋白3235

质含有S却不含P。

(教师)那我们是否可以直接把它们分别注射到噬菌体体内呢?为什么?(学生)不能。噬菌体太小了。

(教师)那么，我们用如下方法来给它们作标记。(边说边板书画图如下①②)配制这两种培养基之后，分别在上面接种大肠杆菌。(发问)结果如何?为什么会这样?

(学生)两组培养基上的大肠杆菌分别被P和S标记上了。因为它是异养3235

的，必须从培养基中获取物质。

(教师)是的。(同时板书画图③)但我是不是说错了?不是要标记噬菌体吗?怎么去标记大肠杆菌了?

(学生)没错。因为噬菌体必须寄生在细菌细胞内，不能直接生活在培养基上。所以，要首先标记细菌，然后才能去标记噬菌体。(如果学生一时不能答出，教师提示性发问：噬菌体的生活方式怎样?)

(教师)对。所以，接下来我们用噬菌体分别去侵染这两组已经作上标记的大肠杆菌。(同时板书画图④)结果会怎样?

(学生)子代噬菌体分别被P和S标记上了。

(教师)以上4步就是给噬菌体作标记的过程。(同时板书画图⑤)

(教师)然后我们用这些噬菌体去侵染普通大肠杆菌。(同时板书画图⑥⑦)之3235后，我们要用离心的分离方法。这种方法是利用不同物质的密度不同，在高速旋转过程中，密度大的沉到下层，密度小的浮在上清夜中。那么，我们进行离心后(同时板书画图⑧)大肠杆菌和没有进入细菌的噬菌体，何者在上?何者位于沉淀中?为什么?

(学生)大肠杆菌在沉淀中，因为它有细胞结构，密度较大。

(教师)那么，进行分离后，我们选择什么指标观察，以鉴定噬菌体的哪种物质进入了细菌?

(学生)放射性。因为用了放射性元素。

(教师)你们思考一下可能的结果(同时板书预期结果及A、B、A′、B′如⑨，然后提问)

(教师)(预计学生完全可以回答出正确的可能的结果学生)根据学生回答板书填空“有”或“无”。然后请学生分析结果。(教师此时可以进行适当提示)

(学生)若为A，则意味着DNA未进入细菌，当然应该不会是遗传物质;若为B，则意味着DNA进入了细菌，就可能是遗传物质。类似地若为A′，则意味着蛋白质未进入细菌，当然应该不会是遗传物质;若为B′，则意味着蛋白质进入了细菌，就可能是遗传物质。

(教师)请同学将A、B与A′、B′进行组合，分析全部可能的结果和结论。

预期结果(有无放射性)⑨⑩32P标记的大肠杆菌AB

获得P标记的上清夜有无

噬菌体侵染⑥沉淀无有

离心⑧

子代噬菌体有放射性

3232P培养基①

用噬菌体侵染④

接种大肠杆菌③

⑤未标记的大肠杆菌

获得35

S标记的A′B′

噬菌体侵染⑦

上清夜有无

沉淀无有

离心⑧

35S培养基②35S标记的大肠杆菌子代噬菌体无放射性

(学生)①A+B′：表明DNA没有进入细胞而蛋白质进入了，因此蛋白质可能是遗传物质而DNA不是;②B+A′：表明蛋白质没有进入细胞而DNA进入了，因此DNA可能是遗传物质而蛋白质不是;③B+B′：表明DNA和蛋白质均进入细胞，因此此种方法还无法判断DNA和蛋白质谁是遗传物质，需要另外设计实验。

(可能还会有学生答出A+A′，则：教师)那么这种情况会否发生呢?若是这样，噬菌体怎么遗传呢?

(教师，待学生稍作理解)该实验的实际结果如何?说明什么?

(学生看书)是②B+A′。表明蛋白质没有进入细胞而DNA进入了，因此DNA可能是遗传物质而蛋白质不是。

(教师)但是这样有无缺陷呢?水也会进入细菌，但是否也是遗传物质呢?因此，我们还要进一步验证，检测看细菌裂解后，子代噬菌体有无放射性(板书画图⑩)。结果是什么?

(学生)用DNA标记的子代噬菌体有放射性而标记蛋白质的没有。

(教师)对，这就最终证明DNA是T2噬菌体的遗传物质。

四、解释实验结果

(教师)事实上，若干年以后，随着人类技术手段的进步，我们已经知道了T2噬菌体侵染大肠杆菌的详细过程。原来，它首先是附着于细菌表面，而后将其

DNA注射进细菌，蛋白质外壳却留在外面。DNA进去后，一方面进行复制，另一方面利用细菌指导合成病毒自己的蛋白质外壳，然后装配成子代噬菌体。这就是为什么我们的实验会出现上述的结果。

五、总结结论和说明

(教师)但后来，人们发现某些病毒不含DNA，只有RNA，并且通过实验证明它们的遗传物质就是RNA。因此，我们将生物的遗传物质归结：DNA是主要的遗传物质(同时大字板书)。

(教师)对这句话，应该正确理解。这里的“主要”指的是生物的种类，即“绝大多数生物，其遗传物质是DNA;但不排除少数生物的遗传物质是其他物质如RNA。而不是说，某种生物，其主要遗传物质是DNA，RNA则是它的次要遗传物质。”实际上，只有在DNA不存在时，RNA才会作为遗传物质。那么，什么样的生命会以RNA作为遗传物质呢?为什么?

(学生)病毒，因为它没有细胞结构，并且只有一种核酸。而细胞里头，既有DNA又有RNA。所以，细胞生命的遗传物质就是DNA，只有某些病毒的遗传物质才是RNA。

(教师总结)完全正确。我们这两节课，通过两个经典实验，证明了DNA是遗传物质。我们下去要继续领会它们的设计思路，并且完整理解“DNA是主要的遗传物质”这个结论。下课。

课后反思