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第二单元 细胞的基本结构与物质运输 第4讲 细胞膜与细胞核的结构与功能 课标要求 1.概述细胞都由细胞膜包裹,细胞膜将细胞与外界环境分隔开,能控制物质进出细胞,并进行细胞间的信息交流。 2.阐明遗传信息主要储存在细胞核中。 考情分析 本章的命题以选择题为主,试题情境常选自生命科学前沿,要求学生在对题干信息进行提取、加工的基础上,结合教材原型知识进行作答,通常考查学生已学知识在新情境中的迁移应用能力。 常见命题角度:细胞膜的结构特点和功能特点,近几年对细胞核的考查相对较少 1.细胞膜的结构和功能 2.细胞核的结构和功能 2024·湖南·T1 2024·重庆·T4 2024·贵州·T82024·甘肃·T10 2022·河北·T1 2023·山东·T1 2023·江苏·T2 2022·广东·T7 2022·海南·T4 2021·北京·T2 2021·河北·T2 2020·天津·T8 考频统计 知识点 知识点 细胞膜的结构和功能 细胞核的结构和功能 考频 考频 18 10 题型 选择题 13 8 题型 非选择题 5 2 考查难度 易 √ √ 考查难度 中 √ √ 考查难度 难 复习建议 (1)细胞膜的结构特点和功能特点是学习中的易混点,在复习中需要深刻理解并区分细胞膜的功能。 (2)深刻体会细胞的结构与功能相适应的生命观念,熟记高等真核生物 动物和植物的细胞结构和功能,还要注意特殊细胞的结构和功能,如哺乳动物成熟红细胞、低等植物细胞、植物的根细胞等。记忆细胞结构时要与各自独特的功能相配合。 (3)细胞核的结构和功能在复习时要与核酸的结构和功能、基因表达、细胞分裂等建立联系,充分理解“细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心”的内涵。 复习脉络 细胞膜的结构和功能 细胞核的结构和功能 一 二 考点一 细胞膜的结构和功能 1.细胞膜的功能 考点一 细胞膜的结构和功能 (1)将细胞和外界环境分开 在生命起源过程中至关重要,保障了细胞内部环境的相对稳定 (2)控制物质进出细胞 物质进出细胞的方式包括被动运输、主动运输、胞吞和胞吐。 普遍性: ①营养物质进入,代谢废物被排出 ②抗体、激素等被分泌到细胞外 ③胞内有用组分不能排出(DNA、转氨酶等) 相对性: ①有害的物质可能进入细胞 ②病原体可以侵入细胞使生物体患病 1.细胞膜的功能 考点一 细胞膜的结构和功能 (3)进行细胞间的信息交流 细胞间进行信息交流的方式: (1)化学物质传递: 细胞分泌化学物质(如激素、神经递质) 通过膜表面的受体传递信息 (2)接触传递: 如精子和卵细胞识别结合、细胞毒性T细胞和靶细胞接触 (3)通道传递: 如高等植物的胞间连丝(胞间连接与通讯) 2.对细胞膜成分的探索 考点一 细胞膜的结构和功能 ①1895年欧文顿: 对植物细胞通透性进行研究,发现 的物质,容易穿过细胞膜,不易溶于脂质的物质,不容易穿过细胞膜。 →推测:膜是由脂质组成的。 溶于脂质 ②用哺乳动物成熟的红细胞,制备纯净的细胞膜,进行化学分析 →结论:组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇,其中磷脂含量最多。 2.对细胞膜成分的探索 考点一 细胞膜的结构和功能 ③1925年戈特和格伦德尔: 细胞膜的张力实验:细胞膜的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。 →推测:细胞膜除含脂质分子外,可能还附着 。 ④1935年丹尼利和戴维森 →推断:细胞膜中的磷脂分子必然排列为 。 从人的红细胞中提取脂质,在空气-水界面上铺成单分子层,发现单分子层的面积恰好是红细胞表面积的 。 2倍 连续的两层 蛋白质 3.细胞膜的组成成分 考点一 细胞膜的结构和功能 成分 脂质: 蛋白质: (少量): 最丰富,此外还有少量的 。 在细胞膜行使功能方面起着重要的作用,功能越复杂的细胞膜,蛋白质的 越多 主要分布在细胞膜的 表面,和蛋白质分子结合形成 ,或与脂质结合形成 ,这些糖类分子称为 。 磷脂 胆固醇 种类和数量 糖类 外 糖蛋白 糖脂 糖被 4.对细胞膜结构的探索 考点一 细胞膜的结构和功能 ⑤1959年罗伯特森 通过电镜观察到细胞膜的 结构 →假说:细胞膜是由蛋白质—脂质—蛋白质三层静态结构。 暗-亮-暗 ⑥1970年科学家: →结论:细胞膜具有流动性 静态的三层结构模型无法解释细胞生长、变形虫变形运动等现象 荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验 4.对细胞膜结构的探索 考点一 细胞膜的结构和功能 ⑦1972年辛格和尼科尔森: →提出:流动镶嵌模型 ③糖类(糖被):分布于细胞膜 ,构成 。 ① 构成了膜的基本支架。 ②蛋白质分子 在磷脂双分子层上,呈 分布。 作用 。 磷脂双分子层 镶在,嵌入,贯穿 不对称 外表面 糖蛋白和糖脂 细胞表面识别和细胞间的信息传递 5.细胞膜的结构和功能特点 考点一 细胞膜的结构和功能 动物细胞膜上的胆固醇可以调节膜的流动性,增加膜稳定性及降低水溶性物质通透性。 原因: 实例: 细胞膜具有____________ 结构特点: 流动性 膜上的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的 温度(一定范围内,温度升高,膜流动性加快) 对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能非常重要。 ① 变形虫的变形运动。 ② 细胞融合( 如精卵结合、人鼠细胞杂交等)。 ③ 细胞的胞吞胞吐( 白细胞吞噬病菌,细胞分泌蛋白质等)。 ④ 细胞的吸水膨胀或者失水皱缩( 质壁分离)。 功能特点:细胞膜具有_________________。 表现: 原因: 选择透过性 转运蛋白的种类、数量 选择透过性。 决定 遗传 决定 水分子,被选择的离子和小分子可以通过; 大分子、不被选择的离子和小分子不能通过。 影响因素: 流动性意义: 1925年戈特和格伦德尔:从人的红细胞中提取脂质,在空气-水界面上铺成单分子层,发现单分子层的面积恰好是红细胞表面积的2倍。 考点一 细胞膜的结构和功能 拓展提升 思考:为什么选用哺乳动物成熟红细胞? ①哺乳动物成熟红细胞无细胞核和众多细胞器 ②动物细胞没有细胞壁,吸水易涨破 ③材料易取 用除哺乳动物成熟红细胞外的其他真核细胞做上述实验,若细胞表面积为S,则磷脂单分子层的表面积_______2S。用细菌细胞做上述实验,若细胞表面积为S,则磷脂单分子层的表面积______2S。 大于 等于 S2 S1 1925年戈特和格伦德尔:从人的红细胞中提取脂质,在空气-水界面上铺成单分子层,发现单分子层的面积恰好是红细胞表面积的2倍。 考点一 细胞膜的结构和功能 拓展提升 思考:为什么选用哺乳动物成熟红细胞? ①哺乳动物成熟红细胞无细胞核和众多细胞器 ②动物细胞没有细胞壁,吸水易涨破 ③材料易取 用除哺乳动物成熟红细胞外的其他真核细胞做上述实验,若细胞表面积为S,则磷脂单分子层的表面积_______2S。用细菌细胞做上述实验,若细胞表面积为S,则磷脂单分子层的表面积______2S。 大于 等于 S2 S1 1.分析磷脂分子的结构和磷脂双分子层的排布特点,我们可以制作由磷脂分子构成的脂质体作为药物的运载体,将其运送到特定的细胞发挥作用。 ②药物进入细胞的过程:由于脂质体是磷脂双分子层构成的,到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合,也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞,从而使药物在细胞内发挥作用。 ①两类药物包裹位置不同的原因:由双层磷脂分子构成的脂质体,两层磷脂分子之间的部分是疏水的,脂溶性药物能被稳定地包裹在其中;脂质体的内部是水溶性的环境,能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。 考点一 细胞膜的结构和功能 拓展提升 2.既然膜内部是疏水的,水分子为什么能跨膜运输呢?(课本P45旁思) ①水分子极小,可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙 ②膜上存在水通道蛋白,水分子可以通过通道蛋白通过膜(主要) 3.线粒体内膜的蛋白质种类和数量比外膜高, 从结构与功能观角度分析,原因是? 功能越复杂的生物膜,蛋白质的种类和数量就越多。线粒体内膜进行有氧呼吸第三阶段的场所,功能复杂,所以蛋白质的数量和种类多。 考点一 细胞膜的结构和功能 拓展提升 细胞膜的结构和功能 糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病,严重危害人体健康。胰岛B细胞合成、分泌的胰岛素是唯一能够降低血糖浓度的激素,如图1为胰岛素作用机理示意图,葡萄糖转运蛋白GLUT4是位于细胞膜上的葡萄糖载体。如图2是细胞间的三种信息交流方式。请结合图示,思考回答下列问题: 考点一 细胞膜的结构和功能 拓展提升 (1)胰岛B细胞分泌胰岛素依赖于细胞膜的 。 (2)图1中体现出细胞膜有哪些功能? 将细胞与外界环境分隔开;进行细胞间的信息交流;控制物质进出细胞。 流动性 (3)图2中能表示肝脏细胞接受胰岛素方式的是 (填字母)。 A 考点一 细胞膜的结构和功能 (4)下列有关细胞膜信息传递的说法,错误的是 (填序号,多选)。 ①高等植物细胞之间只能通过胞间连丝进行信息交流 ②性激素通过与靶细胞膜上的受体结合传递信息 ③精子和卵细胞、胰岛B细胞和肝细胞进行信息交流的方式相同 ④细胞膜上的受体是细胞间进行信息交流的必需结构 ①②③④ 考点一 细胞膜的结构和功能 (5)若用酶解法证明人体成熟红细胞膜中含有蛋白质和磷脂,请写出实验思路。 取人体成熟红细胞均分为三组,分别置于等量磷脂酶溶液、蛋白酶溶液和生理盐水中,观察细胞膜是否被破坏。 考点一 细胞膜的结构和功能 (6)如果将上述图中磷脂分子提取后置于空气—水界面上、水中和水—苯的混合溶剂中,磷脂分子将会如何分布?请绘出相关示意图。 如图所示 考点一 细胞膜的结构和功能 (7)若要证明细胞膜中的磷脂分子为双层,下列材料中:胰岛B细胞、肝细胞和哺乳动物成熟红细胞,应选择 细胞作为实验材料。选材原因:_____________________________________________________。 实验思路:__________________________ ,测得单分子层的面积,并与红细胞膜面积的大小进行比较。 哺乳动物成熟红 胰岛B细胞和肝细胞中除细胞膜外,还有核膜和各种细胞器 膜,各膜中都含有磷脂分子 将哺乳动物成熟红细胞膜结构 中的磷脂分子提取出来,在空气—水界面上 考点一 细胞膜的结构和功能 铺展成单分子层 小总结: 考点一 细胞膜的结构和功能 1.四种常考的“膜蛋白”及其功能 (1)信号分子(如激素、细胞因子、神经递质)的受体蛋白:糖蛋白。 (2)膜转运蛋白:膜上用于协助扩散的通道蛋白、载体蛋白和用于主动运输的载体蛋白。 (3)具有催化作用的酶:如好氧细菌细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶,此外,细胞膜上还可存在ATP水解酶(催化ATP水解,用于主动运输等)。 (4)识别蛋白:用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白(如精子和卵细胞间的识别,免疫细胞对抗原的特异性识别等)。 小总结: 考点一 细胞膜的结构和功能 膜上糖蛋白减少,黏着性下降,易扩散 膜通透性改变,物质运输功能下降 运输功能增强 ①癌变细胞: ②衰老细胞: ③代谢旺盛的细胞: 2.不同生理状态的细胞膜成分和功能】 1.(2024·辽宁辽阳一模)细胞外囊泡是一种从细胞膜上脱落的囊泡状小体,可定向运输至受体细胞并和受体细胞融合,将RNA、蛋白质、脂质和代谢产物从供体细胞传递到受体细胞。下列叙述错误的是( ) A.细胞外囊泡膜的组成成分和细胞膜相似,主要由磷脂和蛋白质构成 B.细胞外囊泡膜和受体细胞的膜发生融合主要体现了生物膜的选择透过性 C.细胞外囊泡包裹的某些物质可能具有细胞间的信息交流的功能 D.可利用细胞外囊泡包裹药物,将药物定向运送至病变的细胞进行治疗 B 生物膜具有流动性 2.(2024·天津滨海三模)一种聚联乙炔细胞膜识别器已问世,它是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质镶嵌到聚联乙炔囊泡中,组装成纳米尺寸的生物传感器。它在接触到细菌、病毒时可以发生颜色变化,用以检测细菌、病毒。这类被镶嵌进去的物质很可能含有( ) A.磷脂和蛋白质 B.多糖和蛋白质 C.胆固醇和磷脂 D.胆固醇和蛋白质 B 糖蛋白 3.(2024·山东统考模拟)为了检测细胞膜的结构特点,科学家做了如下实验,首先将细胞膜上的蛋白质分子偶联上荧光分子,可检测到荧光强度,再利用高能量的激光束照射使特定区域的荧光发生不可逆的 淬灭(淬灭后荧光物质不再发荧光),停止 照射一段时间后检测,发现该区域荧光强 度逐渐恢复,过程如图所示。下列相关分 析错误的是( ) A.本实验可以证明细胞膜的结构特点是具有一定的流动性 B.适当提高实验温度能够缩短检测区域荧光强度恢复所需时间 C.荧光漂白区的恢复说明激光束消失后荧光分子功能恢复 D.本实验可以为细胞膜上蛋白质移动速率提供定量的数据 C 练习巩固 细胞膜具有流动性 考点二 细胞核的结构和功能 1.细胞核的分布: 除了高等植物成熟的 和哺乳动物 等极少数细胞外,真核细胞都有细胞核。 考点二 细胞核的结构和功能 筛管细胞 成熟的红细胞 2.细胞核功能的实验探究 考点二 细胞核的结构和功能 实验1:美西螈核移植实验 结论:美西螈的肤色遗传是由 控制的。 细胞核 思考:为了实验设计的严谨性,黑白美西螈核移植实验如何设计对照? 将白色美西螈胚胎细胞的细胞核移植到黑色美西螈去核卵细胞中进行培养作为对照组,增强实验的说服力。 2.细胞核功能的实验探究 考点二 细胞核的结构和功能 实验2:蝾螈受精卵横缢实验 结论:蝾螈的细胞 受细胞核控制。 分裂、分化 思考:蝾螈受精卵横缢实验是如何设置对照实验的? 相互对照(有核与无核)和自身前后对照(对无核者重新挤入核)。 2.细胞核功能的实验探究 考点二 细胞核的结构和功能 实验3:变形虫切割与核移植实验 结论:变形虫的 受细胞核控制。 分裂、生长、再生、对刺激的反应 思考:单独的细胞核不能生存的原因? 去核后的变形虫为什么仍能生活一段时间? 没有营养物质和能量供应 已合成的蛋白质仍发挥作用 2.细胞核功能的实验探究 考点二 细胞核的结构和功能 实验4:伞藻嫁接与核移植实验 结论:伞帽的形状主要与 有关 假根 2.细胞核功能的实验探究 考点二 细胞核的结构和功能 实验4:伞藻嫁接与核移植实验 结论:伞帽的形状由 控制 细胞核 考点二 细胞核的结构和功能 3.细胞核的结构 核膜 结构: 功能: 不连续的 膜,上有 。 外膜与 相连,附有 。 双层 核孔 内质网 核糖体 ①把核内物质与细胞质分开 ② 物质进出细胞核;具有 性。 ③核膜上有多种 ,利于生化反应的进行 小分子 选择 酶 核仁 特点: 功能: 强,易辨认 折光性 与某种 的合成及 的 形成有关 RNA 核糖体 注意:核膜、核仁在细胞分裂中细胞周期中表现出周期性 。 消失和重建 3.细胞核的结构 考点二 细胞核的结构和功能 核孔: ①选择性: ②双向性: 蛋白质的入核运输,RNA等出核运输 实现核质之间频繁的物质交换和信息交流 RNA和蛋白质能通过,DNA不能通过 ③需要ATP供能 功能: 特点: 代谢旺盛的细胞,核仁大、核孔多、线粒体多 核孔复合体是核质交换的双向选择性亲水通道,是一种特殊的跨膜运输的蛋白质复合体。 的主要载体 主要成分: 染色质 功能: 特性: 。 易被 染成深色 DNA和蛋白质 遗传物质(DNA) 碱性染料 (如甲紫溶液、醋酸洋红、改良的苯酚品红染液) 染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。 显微观察时需要区分,计数时不需要区分 。 染色质有利于遗传信息的复制和表达;染色体有利于细胞分裂使遗传物质均等分配到子细胞。 3.细胞核的结构 考点二 细胞核的结构和功能 4.细胞核的功能 考点二 细胞核的结构和功能 细胞核是 ,是细胞代谢和遗传的 。 遗传信息库 控制中心 [提醒] 细胞代谢的主要场所是细胞质,细胞核是细胞代谢的控制中心。 5.细胞在生命系统中的地位 6.建构模型 模型是人们为了给某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。有物理模型、概念模型和数学模型。 如:细胞亚显微结构模式图、DNA双螺旋结构模型、流动镶嵌模型等 如:光合作用和呼吸作用图解、血糖平衡模型、体温调节模型等 如:方程式、曲线(J形曲线、S形曲线)等 要点:模型是对研究对象的抽象(即不再是研究对象本身)。 考点二 细胞核的结构和功能 细胞核的结构与功能 1型糖尿病是由胰岛B细胞分泌胰岛素不足引发的一种代谢类疾病,其发病的原因与蛋白质错误折叠有关,如图所示。请思考回答下列问题: (1)胰岛B细胞细胞核内的RNA通过 进入细胞质,与核糖体结合,指导胰岛素的合成。 (2)若胰岛B细胞细胞核内的核仁被破坏,胰岛素合成将不能正常进行的原因是什么? 考点一 细胞膜的结构和功能 拓展提升 核孔 核仁与核糖体的形成有关,核仁被破坏,不能形成核糖体,胰岛素的合成将不能正常进行。 细胞核的结构与功能 1型糖尿病是由胰岛B细胞分泌胰岛素不足引发的一种代谢类疾病,其发病的原因与蛋白质错误折叠有关,如图所示。请思考回答下列问题: (3)核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢的关系: 。 胰岛B细胞中的核孔数目 (填“多于”“等于”或“少于”)口腔上皮细胞中的。 考点一 细胞膜的结构和功能 拓展提升 代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞中,核孔数量多,核仁较大 多于 细胞核的结构与功能 1型糖尿病是由胰岛B细胞分泌胰岛素不足引发的一种代谢类疾病,其发病的原因与蛋白质错误折叠有关,如图所示。请思考回答下列问题: (4)当机体长期高糖高脂高蛋白饮食需要大量胰岛素时,胰岛素的合成超过了内质网的转运和折叠能力,继而开始出现错误折叠的蛋白质。错误折叠的蛋白质与内质网膜上的受体结合,诱导伴侣蛋白基因表达出伴侣蛋白。结合图示分析,伴侣蛋白的作用是: 。 考点一 细胞膜的结构和功能 拓展提升 与错误折叠的蛋白质结合,使其正确折叠。 细胞核的结构与功能 1型糖尿病是由胰岛B细胞分泌胰岛素不足引发的一种代谢类疾病,其发病的原因与蛋白质错误折叠有关,如图所示。请思考回答下列问题: (5)当错误折叠的蛋白质持续积累时,会诱导细胞 发生凋亡,胰岛B细胞数量减少,剩余的胰岛B细 胞则被要求产生 (填“更多”“更少”或“等量”)的 胰岛素, 继而导致产生更多错误折叠的蛋白质, 该调节机制在生物学上称之为 。结合错误折叠的蛋白质产生和胰岛B细胞减少的原因,请给出 2 条预防1型糖尿病的健康生活建议: 。 考点一 细胞膜的结构和功能 拓展提升 更多 (正)反馈 减少高糖、高脂肪食物的摄入;多运动 4.如图表示细胞核结构模式图,下列有关叙述不正确的是( ) A.①主要是由DNA和蛋白质组成,在分裂期会螺旋化 B.②与rRNA的合成以及核糖体的形成有关 C.核膜由四层磷脂分子组成,蛋白质、RNA等生物大分子可以穿过核膜 进出细胞核 D.核孔对物质的运输具有选择性 C 通过核孔 5.如图所示为细胞核结构模式图,下列叙述中正确的是( ) A.高等植物成熟筛管细胞中的细胞核,控制着该 细胞的代谢和遗传 B.①与②相连接,二者共同参与细胞内磷脂的加 工和运输 C.③为处于凝固状态的遗传物质,不参与细胞代谢,仅起遗传物质的备 份作用 D.细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心,“控制指令”可通过⑤从细胞 核到达细胞质 D 没有细胞核 ②是核膜,不参与细胞内磷脂的加工和运输 ③是核仁,与某种RNA的合成及核糖体的形成有关 重温高考 真题演练 链接真题 1.(2024湖南,1)细胞膜上的脂类具有重要的生物学功能。下列叙述错误的是 ( ) A.耐极端低温细菌的膜脂富含饱和脂肪酸 B.胆固醇可以影响动物细胞膜的流动性 C.糖脂可以参与细胞表面识别 D.磷脂是构成细胞膜的重要成分 A 饱和脂肪酸的熔点较高,容易凝固,不饱和脂肪酸的熔点较低,不容易凝固,故推知耐极端低温细菌的膜脂富含低温不容易凝固的不饱和脂肪酸, 2.(2024北京,3)胆固醇等脂质被单层磷脂包裹形成球形复合物,通过血液运输到细胞并被胞吞,形成的囊泡与溶酶体融合后,释放胆固醇。以下相关推测合理的是 ( ) A.磷脂分子尾部疏水,因而尾部位于复合物表面 B.球形复合物被胞吞的过程,需要高尔基体直接参与 C.胞吞形成的囊泡与溶酶体融合,依赖于膜的流动性 D.胆固醇通过胞吞进入细胞,因而属于生物大分子 C 胆固醇等脂质具有脂溶性,单层磷脂分子疏水的尾部位于复合物内部,与胆固醇等脂质接触,亲水的头部位于复合物表面,以便复合物通过血液运输到细胞 球形复合物被胞吞的过程是部分细胞膜包围球形复合物形成小囊,小囊从细胞膜上分离下来,形成囊泡,不需要高尔基体直接参与 通过胞吞进入细胞的不一定是生物大分子,脂质不属于生物大分子 4.(2021河北,2,)关于细胞核的叙述,错误的是 ( ) A.有丝分裂过程中,核膜和核仁周期性地消失和重现 B.蛋白质合成活跃的细胞,核仁代谢活动旺盛 C.许多对基因表达有调控作用的蛋白质在细胞质合成,经核孔进入细胞核 D.细胞质中的RNA均在细胞核合成,经核孔输出 D 转录主要发生在细胞核,也可发生在线粒体和叶绿体 5.(2022浙江6月选考,15,)下列关于细胞核结构与功能的叙述,正确的是 ( ) A.核被膜(核膜)为单层膜,有利于核内环境的相对稳定 B.核被膜(核膜)上有核孔复合体,可调控核内外的物质交换 C.核仁是核内的圆形结构,主要与mRNA的合成有关 D.染色质由RNA和蛋白质组成,是遗传物质的主要载体 B 核膜为内、外两层膜构成的双层膜 核仁是细胞核中呈球形或椭球形的结构,主要与rRNA的合成以及核糖体的形成有关 染色质由DNA、蛋白质和少量RNA组成,是遗传物质的主要载体