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植物学考研笔记超详细
植物学笔记
一、植物界的多样性
生物多样性:
包括植物种类多样性;植物遗传的多样性;以及植物生态系统的多样性。
植物的多样性表现在为下诸方面:
1、种类繁多,50万种,七大类群
2、形态,结构各式各样,大小悬殊
3、寿命长短不一
4、营养方式和生态习性多种多样
从营养方式看:
1.自养植物
2.异养植物:
寄生植物、腐生植物
5、生活环境多种多样
按形态和生活周期:
木本植物:
乔木和灌木
草本植物:
一年生、二年生、多年生
按植物的生态环境:
陆生、水生
按植物对水分的要求:
旱生、中生、湿生植物
按植物对光照的要求:
阳地、阴地
二、植物基本特征和植物界的划分
(一)生物界的划分
(二)植物的类型
三、植物在自然界及人类生活中的重要作用
(一)参与生物圈形成,推动生物界发展
发展规律
(1)由简单到复杂
(2)由水生到陆生
(3)由低等到高等
(二)植物的光合作用
无把机物合成为有机物,是其它生物食物的来源
把光能转变成化能,是生物能量的来源
光合作用放出氧气,为所有生物的呼吸所需氧气的来源
(三)植物的矿化作用
矿化作用:
指非绿色植物,如细菌、真菌等对死的有机物的分解过程。
结果使复杂的有机物分解成简单的无机物(CO2),可以再为绿色植物所利用。
(四)植物在国民经济发展中的重要性
解决人类生存与发展所面临的一系列重大问题,在很大程度上将依赖于生命科学的发展,自然也依赖于植物生物学的发展。
植物学的发展对人类经济、科技、政治和社会发展的作用是全方位的。
植物科学的研究为利用植物和改造植物提供基础理论和基本知识
通过对植物区系、植物资源、植被和珍稀濒危植物的调查研究,为农业区划、工业发展和城市建设提供科学依据
细胞和组织培养、生物工程和分子生物学的发展,为农业上的品种改良和新品种培育开辟了新的前景
植物化学的研究,对开发药用资源、发展医药工业有重要的意义
(五)植物对环境的保护作用
(1)净化作用
植物对大气的净化
据广州市测定,在居住区墙面种有五爪金龙的地方,与没有绿化的地方比较,室内空气含尘量减少22%。
南京林业大学在南京一水泥厂测定,绿化林比无树空旷地空气中的粉尘量减少37.1~60%。
植物对水域的净化:
主要表现在对有毒物质进行分解转化和富集两个方面。
植物对土壤的净化:
主要表现在对土壤中污染物质的吸收上,如植物对化学农药、毒性除莠剂、工业废水、废渣中的有毒物质等都能进行吸收,从而减少土壤中污染物质的数量。
(2)监测作用
植物的监测作用:
有些植物对特定的气体反应敏感,如果环境中的特定气体的浓度超出一定的指标,植物则出现伤害的病征,因此可以做监测环境污染的指标植物。
(六)植物对水土保持的作用
四、植物科学的发展简史
1、植物学的发展可追溯到约2000年前的本草学时期
2、1859年达尔文的进化论
3、20世纪50年代电子显微镜等的发展,揭示了植物细胞的超微结构
4、1953年DNA双螺旋结构的发现,研究从器官细胞水平进入到分子水平,也即进入到探索生命现象本质的阶段
五、植物科学的研究内容、分科及发展趋势
1、植物学研究内容:
植物形态结构和发育规律,生长发育的基本特征,类群进化和分类,以及植物生长、分布与环境的相互关系。
2、植物学的分科
a、植物分类学
b、植物形态学:
植物解剖学、植物胚胎学、植物细胞学
c、植物生理学
d、植物遗传学
e、植物生态学和地植物学
六、学习植物学的内容、目的和方法
内容:
植物形态学、植物分类学
目的:
(1)为后继课程打好基础
(2)为生产建设服务
第一章
第一节细胞概述
一、细胞的发现及细胞学说的建立和发展
1665年RobertHooke用自制的显微镜观察了软木薄片,发现了蜂窝状的小格子“Cell”
细胞学说:
1.动物和植物组织均由细胞构成
2.所有细胞均由细胞分裂或融合而来
3.卵和精子都是细胞
4.一个细胞可以分裂形成组织
二、细胞的基本概念
细胞的概念:
细胞是生物体形态结构的基本单位,是生命活动的功能单位。
植物细胞与动物细胞的主要区别特征:
细胞壁、质体和大液泡。
三、原核细胞和真核细胞
四、真核植物细胞的基本特征
(一)细胞的大小和形状
细胞大小:
(1)一般大小:
种子植物分生组织的细胞5-25μm;分化成长的细胞15-65μm。
(2)最大的:
苎麻纤维细胞的长度可达620mm。
细胞的形状多种多样。
(二)细胞的基本结构
第二节细胞生命活动的物质基础——原生质
原生质与原生质体的概念
(1)原生质protoplasm:
构成原生质体的主要物质称为原生质。
是细胞中的生活物质。
是细胞中组成成分的名称。
(2)原生质体protoplast:
由原生质特化而来,构成生活细胞的除细胞壁以外所包含的各部分,包括细胞膜、细胞质和细胞核。
是细胞中结构的名称。
第三节细胞的外被结构——细胞壁与细胞膜
一、细胞壁
包围在原生质体外的坚韧外壳
保护、支持作用
吸收、蒸腾、运输、分泌
细胞识别
参与细胞生长调控
(一)细胞壁的分层
胞间层:
是由相邻的两个细胞向外分泌的果胶物质构成的。
处于细胞之间,主要成分果胶质。
功能:
粘连细胞。
初生壁:
是新细胞最初产生的壁层,也是细胞生长增大体积时所形成的壁层,是由邻接的细胞分别在胞间层两面沉积壁物质而成。
位于胞间层之内,主要成分纤维素、半纤维素和果胶质。
大多数生活的植物细胞的壁只有胞间层和初生壁。
功能:
是原生质体基本的保护和支撑结构
次生壁:
位于初生壁之内,细胞停止生长后形成的壁层,构成次生壁的物质以纤维素为主,但还有木质或木栓质等其他物质。
大部分具有次生壁的细胞,在成熟时原生质体已死亡,
少数细胞具有次生壁,如纤维、石细胞、导管、管胞、木栓细胞等。
功能:
细胞停止生长后形成的,较强的机械支持作用。
(二)细胞壁的化学组成和超微结构
构架:
纤维素
衬质:
多糖、水和蛋白质
(三)细胞壁的生长和特化
壁的生长:
初生壁以填充方式进行,次生壁以内填和附加方式进行。
有些细胞由于在植物体中担负的功能不同,原生质常分泌一些性质不同的物质,增加到细胞壁中,或存在于细胞壁的外表面,使细胞壁的组成物理性质和功能发生变化。
常见特化有:
木化、角化、栓化、矿化。
(1)木质化:
指木质素渗透到细胞壁中,加大细胞壁的硬度,增强细胞的支持力量。
如纤维、导管、管胞。
(2)角质化
角化:
是指细胞外壁被角质所渗透,在外表形成膜,为脂类化合物,不透水,但可透光。
如叶表皮外表的角质膜。
(3)栓质化
栓化:
为木栓质(脂类化合物)渗入细胞壁引起的变化。
栓化后,细胞失去透水,通气能力。
原生质体最终解体成为死细胞。
如植物老茎、枝和老根的外层。
(4)矿质化
细胞壁渗入矿物质而引起的变化,最常见的矿物质有CaCO3和SiO2等。
矿化能增强细胞壁的机械强度,提高抗倒伏和抗病虫能力。
如禾本科植物茎、叶表皮的硅细胞。
二、细胞膜
①狭义概念:
指与细胞壁相邻,包围于细胞质外的一层膜。
②广义概念:
包括质膜(外周膜)与细胞内膜系统(内质网、高尔基体、微体、质体、线粒体、液泡等的膜组成),也称为生物膜
(一)膜的化学组成
主要成分为蛋白质和磷脂。
(二)膜的分子结构
单位膜模型
①单位膜概念:
膜结构的一种假设模型,是根据电镜观察的结果提出来的。
用电镜观察,膜的横断面呈现“暗-明-暗”三条平行的带,即内外两层暗的带(由大的蛋白质分子组成)之间,有一层明亮的带(由脂类分子组成),这样的膜称为单位膜。
流动镶嵌模型
②流动镶嵌模型:
是膜结构的一种假说模型。
脂类物质分子的双层,形成了膜的基本结构的衬质,而膜的蛋白质则和脂类层的内外表面结合,或者嵌入脂类层,或者贯穿脂类层而部分地露在膜的内外表面。
磷脂和蛋白质都有一定的流动性,使膜结构处于不断变动状态。
(三)细胞膜的功能
选择透性、主动运输、接受和传递信息、抵御病菌的感染、参与细胞识别。
第四节细胞间的联络结构——纹孔与胞间连丝
一、纹孔
(一)初生纹孔场
初生纹孔场概念:
细胞壁在生长时并不是均匀增厚的,在细胞的初生壁上有一些明显凹陷的较薄区域称为初生纹孔场。
其上有许多小孔,细胞的原生质细丝通过这些小孔,与相邻细胞相连,这些细丝称胞间连丝。
(二)纹孔(pit)
纹孔概念:
具有初生壁的细胞进行次生加厚形成次生壁时,加厚不是均匀的,局部地方没有次生壁,只有胞间层+初生壁,细胞壁的这种比较薄的区域就叫纹孔。
纹孔可以起通水作用。
纹孔对概念:
相邻两细胞之间的纹孔多成对存在,称纹孔对。
纹孔膜概念:
将一对纹孔隔开的薄膜称纹孔膜,纹孔膜实际上就是胞间层+初生壁。
纹孔腔概念:
从纹孔到纹孔膜之间的空腔。
1.单纹孔:
纹孔腔呈圆柱形,直径大小几乎一致。
2.具缘纹孔:
纹孔周围的次生壁离开初生壁隆起成一拱形结构,使纹孔具有隆起的边缘,纹孔腔呈圆锥形。
二、胞间连丝plasmodesma
胞间连丝概念:
穿过细胞壁的细胞质细丝,它连接相邻细胞的原生质体。
电镜研究表明,胞间连丝与相邻细胞中内质网相连,从而构成了一个完整的膜系统。
胞间连丝主要起细胞间的物质运输和刺激传递的作用。
第五节细胞质
一、胞基质enchylema
1.胞基质的概念和成分
(1)胞基质概念:
胞基质是包围细胞器的细胞质部分。
即使在电镜下也看不出胞基质有什么结构存在,因此可以认为,胞基质是细胞质中没有特化的原生质部分,是细胞中的生活物质。
(2)主要成分:
同原生质的化学成分。
胞质环流:
也叫胞质运动,在生活细胞中,胞基质是处于不断的运动状态,它能带动其中的细胞器,在细胞内作有规律的持续的流动。
二、细胞器organelle
(1)细胞器的概念:
细胞器是细胞内具有特定结构和功能的亚细胞结构。
(一)双层膜结构的细胞器
1.质体plastid
分为叶绿体、有色体和白色体
(1)叶绿体chloroplast:
叶绿体主要存在于植物叶肉细胞中,其形状、数目、大小随不同植物和不同细胞而异。
叶绿体含叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素,叶片颜色与细胞中这几种色素的比例有关。
结构:
外包双层单位膜
类囊体:
由膜所围成的圆盘状或片层状的囊。
thylakoid
基粒:
由许多圆盘状(空烧饼状)的类囊体重叠而成的柱状单位。
basalgranule
基质类囊体(基质片层):
呈分枝状与基粒相连接的类囊体。
stromalamella
基质:
内部没有一定结构的部分stroma
(2)有色体chromoplast
形态:
多种颗粒状,针状等,含胡萝卜素和叶黄素。
功能:
积累淀粉,脂类,吸引昆虫和其它动物传粉及传播种子。
(3)白色体leucoplast
不含色素,普遍存在于幼嫩或不见光的组织中。
植物的贮藏细胞中。
根据贮藏物质的不同分三类:
淀粉体amyloplast、蛋白体proteinoplast和造油体elaioplast。
2.线粒体mitochondrion
(1)形状:
多种多样(杆状,球形等等)
(2)结构:
A.外膜:
平整、光滑
B.内膜:
向内折叠成嵴,嵴表面有许多圆球形颗粒,称为基粒。
C.膜间隙intermembranespace
D.基质matrix:
与呼吸有关的各种酶类,环状DNA,核糖体
(3)功能:
呼吸作用respiration
(二)单层膜结构的细胞器
粗糙型内质网roughER:
膜的外侧附有许多颗粒(核糖核蛋白体)。
光滑型内质网smoothER:
膜的外侧不附有颗粒,表面光滑。
主要功能:
①粗糙型内质网主要合成并运输蛋白质;
②光滑型内质网主要合成和运输类脂和多糖。
2.高尔基体Golgibody
高尔基体:
由一叠单层膜围成的扁囊组成。
每个囊由单层膜包围而成,中央似盘底,边缘或多或少出现穿孔。
在网状部分的外侧,局部区域膨大,形成小泡,通过缢缩断裂,小泡从高尔基体囊上分离出去。
高尔基体呈弧形,凸出的面为形成面,与内质网膜联系,凹入的面称为成熟面或分泌面,位于近细胞表面处。
高尔基体的主要功能:
(1)参与细胞的分泌作用
(2)参与细胞壁的形成
3.液泡:
一层单位膜包围的囊泡,其内充满了细胞液。
具有一个大的中央液泡是成熟的植物生活细胞的显著特征,也是植物细胞与动物细胞在结构上的明显区别之一。
中央液泡,它可占据细胞体积的90%以上。
①液泡膜vacuolemembrane:
液泡外包被的一层膜,具有特殊的选择透性,能使许多物质大量积聚在液泡中。
②细胞液cellularjuice:
它是含有多种有机物和无机物的复杂的水溶液。
液泡的功能:
调节细胞的渗透作用infiltratepressure和膨压swellingpressure
细胞代谢产物metabolicproduction的贮藏场所
消化作用hydrolase(enzymeforhydrolyzation)
4.溶酶体lysosome
由单层膜包围的多形小泡,内含多种水解酶hydrolase,可分解生物大分子。
5.微体microbody
微体:
是一些由单层膜包围的圆球形小体,直径约0.5μm。
它的大小、形状与溶酶体相似,二者的区别在于含有不同的酶。
过氧化物酶体peroxisome:
在叶肉细胞中,与叶绿体和线粒体配合参与光呼吸;分解过氧化氢
乙醛酸循环体glyoxysome:
主要出现在油料种子萌发时,它与圆球体和线粒体相配合,把储藏的脂肪转化成糖类。
(三)非膜结构的细胞器
核糖体ribosome(也称核蛋白体或核糖核蛋白体)
①结构:
包括1个大亚基和1个小亚基。
bigsubunit(transpeptidase),smallsubunit(recognizemRNA)
②作用:
细胞中蛋白质合成的中心。
三、细胞骨架系统cytoskeletalsystem
细胞骨架构成细胞内的网络
由蛋白质纤维组成的支架,即细胞骨架。
细胞骨架包含三种纤维:
微管、微丝和中间纤维。
第六节细胞核Nucleus
细胞核是细胞遗传与代谢的中心。
一、细胞核的形态及其在细胞内的分布
大小、形状及其在细胞中的位置,与细胞年龄、类型以及生理状况有关。
二、细胞核的结构Nucleus
第七节后含物Ergasticsubstance
后含物:
后含物是植物细胞原生质体代谢过程中的产物,包括贮藏的营养物质、代谢废物和植物次生物质等。
一、淀粉Starch
是最普遍的贮藏物质。
常呈颗粒状,称为淀粉粒。
二、蛋白质Protein
贮藏蛋白质可以是结晶的或是无定形的。
结晶的蛋白质因具有晶体和胶体的二重性,因此称拟晶体。
常呈方形,例如,在马铃薯块茎上近外围的薄壁细胞中,就有这种方形结晶的存在。
无定形的蛋白质常被一层膜包裹成圆球状的颗粒,称为糊粉粒。
三、脂类Lipid
第八节细胞的繁殖CellPropagate
植物细胞的分裂包括无丝分裂、有丝分裂和减数分裂等不同的方式。
一、细胞周期Cellcycle:
持续分裂的细胞,从结束一次分裂开始,到下一次分裂完成为止的整个过程,称为细胞周期。
细胞周期
分裂期(M期)mitosis
间期DNA合成前期(G1期)
DNA合成期DNA(S期)
DNA合成后期或有丝分裂准备期(G2期)
二、有丝分裂Mitosis
有丝分裂又称为间接分裂,包括核分裂karyokinesis和胞质分裂cytokinesis
三、无丝分裂amitosis
(1)无丝分裂的过程简单,不出现纺锤丝和纺锤体等一系列变化,消耗能量少,分裂速度快,但其遗传物质没有平均分配到子细胞,所以子细胞的遗传性可能是不稳定的。
(2)发生部位:
常见于低等植物,高等植物主要发生于快速生长的部位,例如甘薯的块根、马铃薯的块茎、小麦等禾本科作物的居间分生组织、愈伤组织等。
第九节细胞的生长与分化GrowthandDifferentiation
一、细胞的生长
细胞的生长:
主要是细胞体积增大、重量增加的变化过程。
包括细胞纵向的延长和横向的扩展。
细胞在生长过程中,除了细胞体积明显扩大外,在内部结构上也发生相应的变化。
①最突出的变化:
液泡化程度明显增加------中央大液泡。
②细胞内的其他细胞器在数量和分布上也发生各种变化。
③细胞壁的厚度增加,化学组成发生变化
二、细胞的分化
细胞的结构和功能上的特化,叫做细胞的分化。
植物体的个体发育是植物细胞分裂、生长和分化的结果。
在系统发育上,植物越进化,细胞分工越细致,细胞的分化就越剧烈,植物体的内部结构也就越复杂。
脱分化Dedifferentiation:
植物体内某些生活的成熟细胞,分化程度浅,具有潜在的分裂能力,在一定条件下,可恢复分裂性能,重新具有分生组织细胞的特性,这个过程称为脱分化。
再分化Redifferentiation:
脱分化后随之发生再分化,沿着另一个发展方向,分化为不同的组织。
细胞的全能性Celltotipotency:
指植物的大多数生活细胞,在适当条件下都能由单个细胞经分裂、生长和分化形成一个完整植株的现象或能力。
第二章植物组织
第一节植物组织的概念与类型
组织:
是由形态结构相似,在个体发育中,来源相同,担负着一定生理功能的细胞组合。
第二节分生组织
分生组织:
存在于植物体的生长部位,是具有持续性或周期性分裂能力的细胞群。
一、细胞特点
细胞排列紧密、形小、壁薄、核大、质浓、液泡小、代谢活跃。
二、分类
(一)按来源和性质分
原分生组织
初生分生组织
次生分生组织
1.原分生组织Promeristem
位置:
位于根、茎最前端,由没有分化的、最幼嫩的、终生保持分裂能力的胚性细胞所组成。
细胞特征:
体积小,多为等径,核相对较大,细胞质浓厚。
2.初分生组织Primarymeristem
位置:
位于根、茎的顶端,由原分生组织刚刚衍生的细胞所组成,在原分生组织的下方
特点:
细胞在形态上出现了最初的分化,细胞仍然具有很强的分裂能力,但没有原分生组织那样旺盛,因此是一种边分裂,边分化的组织,是由分生组织向成熟组织过渡的组织。
初生分生组织包括原表皮、基本分生组织和原形成层三种。
3.次生分生组织Secondarymeristem
来源:
是由已经成熟的组织细胞,经过脱分化恢复分裂能力形成的分生组织,因此叫次生分生组织
分布:
主要分布于裸子植物和双子叶植物的根、茎周侧。
包括维管形成层和木栓形成层。
(二)按植物体内的分布位置分
1.顶端分生组织apicalmeristem
位置:
位于根、茎及其分枝的顶端
细胞特征:
小而等径,薄壁,核位于中央并占较大体积,液泡小而分散,原生质浓厚,无后含物。
属于原分生组织和初生分生组织。
2.侧生分生组织Lateralmeristem
位置:
位于根、茎周侧。
包括形成层和木栓形成层。
主要存在于裸子植物和木本双子叶植物中。
细胞特征:
细胞大部分呈长梭形,原生质体高度液泡化,细胞质不浓厚。
分裂活动具明显周期性,属于次生分生组织。
注意:
在大多数单子叶植物中,没有侧生分生组织。
草本双子叶中活动微弱或根本不存在。
3.居间分生组织Intercalarymeristem
位置:
分布于成熟组织之间,如禾本科植物节间基部,韭、葱叶的基部都有存在。
第三节营养组织(薄壁组织)
*细胞特点:
细胞排列疏松,壁薄,分化程度低,有潜在的分生能力和较大的可塑性,在一定的条件作用下,可以经过脱分化,恢复分生能力,转变为分生组织,或进一步特化为其他组织。
一、同化组织assimilatingtissue
光合作用的薄壁组织,称为同化组织
特点:
细胞含有大量叶绿体,行光合作用合成有机物质
部位:
存在于植物体的一切绿色部分—叶肉、嫩茎等。
二、贮藏组织storagetissue
贮藏大量营养物质的组织称为贮藏组织
特点:
细胞内充满贮藏的营养物质
部位:
存在于各类贮藏器官中—块根、块茎、球茎、鳞茎、果实、种子等;根茎皮层和髓及其它薄壁组织也有贮藏功能。
三、吸收组织absorptivetissue
根尖表皮细胞向外突出形成根毛,行吸收功能,故称为吸收组织。
四、通气组织ventilatingtissue
具有大量细胞间隙的薄壁组织称为通气组织
水生植物的根茎薄壁组织有较大的胞间隙,形成气腔或气道,它们在体内形成一个相互贯通的通气系统,使生于水下的器官得到氧气。
五、传递细胞transferringcell
传递细胞:
细胞壁具内突生长(增加质膜面积),能行使物质短途运输的特化的薄壁细胞。
在植物体内广泛存在,如小叶脉输导组织的附近(叶肉和输导分子之间的桥梁),茎节部的维管束中,分泌结构中,种子的子叶、胚乳、胚柄等部位。
特点:
质膜的表面积大大增加,提高了细胞内外物质交换和运输的效率。
第四节保护结构
保护结构:
覆盖于植物体表起保护作用的组织
功能:
减少体内水分蒸腾,控制植物与环境的气体交换,防止病虫害侵袭和机械损伤等。
类型:
根据来源及形态结构的不同分为两类:
表皮和周皮
一、表皮epidermis
位置:
覆盖在幼嫩器官的表面
来源:
由初生分生组织细胞(原表皮)分化而来
结构特征:
一般只有一层细胞,彼此紧密嵌合,无胞间隙,外壁加厚并覆盖一层角质膜(层);有些在角质膜外还覆盖有蜡质(蜡被,呈白霜状)
细胞组成:
表皮细胞气孔器表皮毛
(一)表皮细胞epidermalcell
排列十分紧密,除气孔外,不存在另外的细胞间隙。
表皮细胞一般不具叶绿体
角质膜:
cutinmembrane
角质层(外面一层):
由角质组成,有时含有蜡质
角化层(内层):
由纤维素和角质
(二)气孔器stomatalapparatus
气孔是由二个特殊的细胞即保卫细胞和它们间的开口共同组成的。
保卫细胞内含有叶绿体。
气孔:
窄缝状开口
保卫细胞:
气孔两侧肾形或哑铃形的特殊细胞,细胞中含叶绿体,细胞壁不均匀增厚(内侧壁厚),与气孔开关有关。
副卫细胞:
有些在保卫细胞外还特化出二个或多个和表皮细胞不同的细胞,协助气体交换和水分蒸腾。
(三)毛状物trichome
许多植物的部分表皮细胞向外突出延长,形成各种,表皮毛,又叫毛状附属物
作用:
加强表皮的保护作用—减少水分蒸腾,免遭动物采食。
还有分泌、散布种子等作用。
棉花是重要纺织原料。
二、周皮
次生保护组织木栓层
木栓形成层
栓内层
第五节机械组织
机械组织:
细胞壁不同程度的加厚,对植物体具有支持作用和加固作用的组织。
类型:
根据细胞壁的性质分为:
厚角组织
厚壁组织
一、厚角组织
细胞特征:
壁不均匀加厚,而且这种增厚是初生壁性质的。
厚角组织也是生活细胞,也经常发育出叶绿体。
二、厚壁组织
细胞具均匀加厚的次生壁,常木质化;细胞成熟时,原生质体死亡分解,成为只留有细胞壁的死细胞。
根据形状将厚壁组织分为石细胞和纤维。
(一)石细胞
石细胞广泛分布于植物的茎、叶、果实和种子
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