新步步高版高考生物一轮复习第二单元细胞的代谢第讲光合作用与细胞呼吸讲义浙科版课件.docx
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新步步高版高考生物一轮复习第二单元细胞的代谢第讲光合作用与细胞呼吸讲义浙科版课件
第8讲光合作用与细胞呼吸
[考试标准]
知识内容
必考要求
加试要求
光合作用
(1)环境因素对光合速率的影响
(2)光合作用与细胞呼吸的异同
(3)活动:
探究环境因素对光合作用的影响
c
c
b
c
考点一 环境因素对光合速率的影响
1.光合速率(又称光合强度)
(1)含义:
一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳)。
(2)表示方法:
产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。
2.影响光合速率的环境因素:
光强度、CO2浓度、温度等。
[诊断与思考]
1.判断下列叙述的正误
(1)与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短( × )
(2)生长于较弱光照条件下的植物,当提高CO2浓度时,其光合速率未随之增加,主要限制因素是光反应( √ )
(3)延长光照时间能提高光合作用强度( × )
(4)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用( × )
2.说出光强度、CO2浓度、温度影响光合速率的原理。
提示 光强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率;CO2浓度是通过影响碳反应制约光合速率;温度是通过影响酶的活性来影响光合作用。
3.解读光强度影响光合速率的曲线
A点
光强度为0,此时只进行细胞呼吸,CO2释放量表示此时的细胞呼吸强度
AB段
光强度加强,光合速率逐渐增强,但细胞呼吸强度仍大于光合作用强度
B点
光补偿点,即光合作用强度=细胞呼吸强度,细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用
BC段
随着光强度不断加强,光合作用强度不断加强,光合作用强度大于细胞呼吸强度
C点
光饱和点,继续增加光强度,光合作用强度不再增加
4.解读CO2浓度影响光合速率的曲线
A点
光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点
A′点
进行光合作用所需CO2的最低浓度
B和B′点
CO2饱和点,即继续增加CO2的浓度,光合速率不再增加
AB段和
A′B′段
在一定范围内,光合速率随CO2浓度增加而增大
5.解读温度影响光合速率的曲线
AB段
在B点之前,随着温度升高,光合速率增大
B点
酶的最适温度,光合速率最大
BC段
随着温度升高,酶的活性下降,光合速率减小,50_℃左右光合速率几乎为零
6.举例说明光强度、温度、CO2浓度对光合速率的应用。
提示
(1)光强度:
间作套种时农作物的种类搭配;林间带树种的配置;冬季温室栽培等。
(2)温度:
温室栽培植物时,白天调到光合作用最适温度,以提高光合速率;晚上适当降低温室内温度,以降低细胞呼吸速率,保证植物有机物的积累。
(3)CO2浓度:
大田要“正其行,通其风”,多施有机肥;温室内可适当补充CO2,即适当提高CO2浓度可提高农作物产量。
题组一 光强度、CO2浓度、温度等因素对光合速率的影响
1.下图表示光强度和CO2浓度对某植物光合速率的影响。
下列有关叙述错误的是( )
A.曲线中a点转向b点时,叶绿体中三碳酸分子浓度降低
B.曲线中d点转向b点时,叶绿体中RuBP浓度升高
C.ab段影响光合速率的主要因素是光强度
D.bc段影响光合速率的限制性因素可能是温度等其他条件
答案 B
解析 a点转向b点时,光反应增强能提供更多的NADPH和ATP用于三碳酸分子的还原,故三碳酸分子浓度会下降;d点转向b点时二氧化碳浓度增加,会有更多的RuBP用于二氧化碳的固定,故RuBP浓度会下降;ab段表示随光强度的增强,光合速率增加,故光照是影响光合速率的主要因素;bc段光强度已经饱和,温度等成为光合速率的影响因素。
2.植物的光合作用受温度(T)和光强度(L)的影响。
如图表示植物在3种不同的光强度下消耗CO2的情况。
分析在-5~0℃和20~30℃温度范围内,光合作用的限制因素分别是( )
A.L、TB.T和L都不是
C.T、LD.T、T
答案 C
解析 在-5~0℃范围内,光合速率不随光强度增强而增大,所以限制因素是温度;在20~30℃范围内,光合速率不随温度升高而增大,而随光强度增强而增大,所以限制因素是光强度。
题组二 其他因素对光合速率的影响
3.如图为桑叶光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图,图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。
若光强度的日变化相同,则据图判断不正确的是( )
A.在水分充足时桑叶没能出现“午休”现象
B.曲线Ⅱ双峰形成与光强度的变化有关
C.导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量
D.适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度
答案 C
解析 曲线Ⅰ为降雨后第2天(水分充足)测得的数据,曲线Ⅰ没有出现“午休”现象,A项正确;曲线Ⅱ和曲线Ⅲ分别是降雨后第8天和第15天测得的数据,此时土壤含水量减少,并都出现“午休”现象,即中午温度高,为降低蒸腾作用,气孔关闭,导致这种曲线变化的主要因素是光强度,B项正确,C项错误;根据曲线Ⅰ可知,适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度,D项正确。
4.将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作),测得两种植物的光合速率如图所示(注:
光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光强度)。
据图分析,下列叙述正确的是( )
A.与单作相比,间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响
B.与单作相比,间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大
C.间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率
D.大豆植株开始积累有机物时的最低光强度单作大于间作
答案 D
解析 A项,当光强度为0时,植物只进行细胞呼吸,由坐标图中数据可知,桑树间作时的呼吸强度比单作时的大,大豆间作时的呼吸强度比单作时的小。
B项,由坐标图中数据可知,与单作相比,间作时桑树光合作用的光饱和点增大,大豆光合作用的光饱和点减小。
C项,由坐标图中数据可知,在较低光强度范围内,大豆间作时的光合速率比单作时增强,在较高光强度范围内,大豆间作时的光合速率比单作时减弱。
D项,由坐标图中数据可知,单作时大豆开始积累有机物时的最低光强度大于间作时的。
题组三 探究环境因素对光合速率的影响
5.图甲是探究光对黑藻光合作用影
响的实验装置,光源位置固定,且光照时间一定,反应室的溶液中含有适量NaHCO3。
图乙为黑藻叶绿体中的某生理过程。
请回答:
(1)本实验中黑藻的光合速率可用单位时间的________________表示。
(2)若变换图甲中的光源,可改变光的________________或________________。
(3)图乙所示的生理过程为________________循环,该循环从一个________________开始,每形成1分子三碳糖需经过________________轮该循环。
三碳糖大部分运至叶绿体外转变成________________,供植物细胞利用。
答案
(1)氧气释放量
(2)强度 波长 (3)卡尔文 RuBP(五碳糖) 3 蔗糖
解析 由甲图所示的测氧装置,可确定光合速率的检测指标;光的类型包括光强与光质;从RuBP开始,因为CO2含一个碳原子,需经三轮循环,形成一分子三碳糖。
1.多因子对光合速率影响的分析
P点:
限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随着因子的不断加强,光合速率不断提高。
Q点:
横坐标所表示的因子不再影响光合速率,要想提高光合速率,可适当提高图中的其他因子。
2.“三看法”解答坐标曲线题
解答坐标曲线图类的题目要遵循的步骤是:
第一看坐标图中横、纵轴的含义,找出横、纵坐标的关系,结合教材联系相应的知识点;第二看曲线中的特殊点,即始终点、
转折点、交叉点所表示的生物学意义;第三看曲线的变化趋势及含义。
3.生物实验解题的一般思路——仔细审题,弄清实验目的和要求
(1)确定实验目的,找出要研究的问题,这一点题目中都会给我们提示,诸如“研究、验证、探究”等字眼后面往往是试题将要研究的问题,也就是实验目的。
(2)对应实验目的,运用所学知识,找准实验原理。
(3)要弄清实验类型,即要设计的实验是验证性实验还是探究性实验。
(4)依据实验原理确定实验变量以及影响实验结果的无关变量。
(5)确定实验器材,对于生物实验题中已提供的实验材料和用具,主要分析“有何用”“怎么用”,一般应全部用上,不可遗漏,除非试题是让你选择使用或者自行确定实验材料和用具。
考点二 光合作用与细胞呼吸的异同
1.完善光合作用与需氧呼吸的区别
项目
光合作用
需氧呼吸
物质变化
无机物合成有机物
有机物被分解成无机物
能量变化
光能→稳定的化学能
稳定的化学能→热能、ATP中活跃的化学能
实质
合成有机物,贮存能量
分解有机物、释放能量,供细胞利用
场所
主要是叶绿体
细胞溶胶和线粒体
条件
只在光下进行
时刻都能进行
2.完善光合作用与需氧呼吸的联系
(1)物质方面
C:
CO2
C6H12O6
C3H4O3
CO2
O:
H2O
O2
H2O
H:
H2O
H]碳反应,C6H12O6
[H]
H2O
(2)能量方面
光能
ATP中活跃的化学能碳反应,C6H12O6中稳定的化学能
3.光合作用与细胞呼吸之间的气体变化
下面为叶肉细胞内线粒体与叶绿体之间的气体变化图示,据图判断生理过程。
图①:
表示黑暗中,只进行细胞呼吸;
图②:
表示呼吸速率>光合速率;
图③:
表示呼吸速率=光合速率;
图④:
表示呼吸速率<光合速率。
[诊断与思考]
1.判断下列叙述的正误
(1)在叶肉细胞中,CO2的固定和产生场所分别是类囊体膜和线粒体内膜( × )
(2)CO2的固定过程发生在叶绿体中,C6H12O6分解成CO2的过程发生在线粒体中( × )
(3)光合作用过程中光能转变成化学能,细胞呼吸过程中化学能转变成热能和ATP( × )
(4)净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长( √ )
(5)适宜光照下,植物吸收CO2的总量等于固定的CO2的总量( × )
2.探究光合作用与需氧呼吸过程中[H]和ATP的来源、去向
项目
光合作用
需氧呼吸
[H]
来源
H2O光解产生
需氧呼吸第一、二阶段
去向
还原三碳酸分子
用于第三阶段还原O2
ATP
来源
光反应阶段产生
三个阶段都产生
去向
用于三碳酸分子还原供能
用于各项生命活动(植物三碳酸分子的还原除外)
3.在不同的光照条件下,光合速率与呼吸速率的计算
(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。
(2)绿色植物组织在有光的条件下,光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数值表示净光合速率。
(3)真光合速率=净光合速率+呼吸速率。
用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下:
①光合作用产生的O2量=实测的O2释放量+细胞呼吸消耗的O2量。
②光合作用固定的CO2量=实测的CO2吸收量+细胞呼吸释放的CO2量。
③光合作用产生的葡萄糖量=葡萄糖的积累量(增重部分)+细胞呼吸消耗的葡萄糖量。
4.叶绿体吸收CO2的量属于真光合作用还是净光合作用?
提示 真光合作用。
题组一 光合作用与细胞呼吸的过程判断
1.下图是细胞中糖类合成与分解过程示意图。
下列叙述正确的是( )
C6H12O6+O2
CO2+H2O+能量
A.过程①只在线粒体中进行,过程②只在叶绿体中进行
B.过程①产生的能量全部贮存在ATP中
C.过程②产生的C6H12O6中的氧全部来自H2O
D.过程①和②中均能产生[H],二者还原的物质不同
答案 D
解析 过程①②分别是需氧呼吸、光合作用。
A项,在有线粒体的真核生物细胞中,过程①发生的场所是细胞溶胶和线粒体,过程②只发生在叶绿体中,而在原核细胞中,过程①②都发生在细胞溶胶中。
B项,过程①通过需氧呼吸氧化分解有机物,释放的能量一部分以热能形式散失,一部分转移至ATP中。
C项,过程②产生的C6H12O6中的氧全部来自CO2,而不是来自H2O,H2O中的氧在光反应过程中通过水的光解产生O2。
D项,过程①的第一、二阶段产生的[H],用于第三阶段还原O2,生成H2O;过程②通过光反应产生的[H],用于碳反应还原C3,因此二者还原的物质不同。
2.下图是绿色植物体内能量供应及利用的示意图,下列说法正确的是( )
A.乙过程利用的ATP是由甲和丙过程共同提供的
B.乙中的ATP用于固定二氧化碳和还原三碳酸分子
C.甲、丙中合成ATP所需的能量来源不相同
D.丁中的能量可用于肌肉收缩、人的红细胞吸收葡萄糖、兴奋传导等
答案 C
解析 从图中发生的变化可判断,甲是光反应,乙是碳反应,丙是需氧呼吸,丁是ATP的水解。
需氧呼吸产生的ATP不能用于光合作用的碳反应,A项错误;光反应过程中产生的ATP用于还原三碳酸分子,B项错误;光反应合成ATP所需的能量来源于光能,而丙过程合成ATP所需的能量来自有机物中的化学能,C项正确;红细胞吸收葡萄糖的方式是易化扩散,易化扩散需要载体蛋白但不消耗ATP,D项错误。
题组二 线粒体、叶绿体中物质转化的相关应用
3.如图为植物的某个叶肉细胞中两种膜结构及其上发生的生化反应模式图。
下列有关叙述正确的是( )
A.图1、2中的两种生物膜依次存在于线粒体和叶绿体中
B.图1中的[H]来自水,图2中的[H]来自丙酮酸
C.两种生物膜除产生上述物质外,还均可产生ATP
D.影响图1、2中两种膜上生化反应的主要外界因素分别是温度和光照
答案 C
解析 根据题图所示信息可判断,图1所示是叶绿体的类囊体膜,其上进行的是光合作用的光反应,图示生化反应是水的光解,[H]来自水。
图2所示是线粒体内膜,其上进行的是需氧呼吸的第三阶段,[H]来自葡萄糖、丙酮酸和H2O。
4.将如图所示细胞置于密闭容器中培养。
在不同光强度下,细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。
下列叙述错误的是( )
注:
适宜条件下悬浮培养的水稻叶肉细胞示意图
A.黑暗条件下,①增大、④减小
B.光强度低于光补偿点时,①、③增大
C.光强度等于光补偿点时,②、③保持不变
D.光强度等于光饱和点时,②减小、④增大
答案 B
解析 黑暗条件下,叶肉细胞只进行呼吸作用,不进行光合作用,细胞吸收O2,释放CO2,故①增大、④减小,A正确;光补偿点是指光合速率与呼吸速率相等时的光强度,当光强度低于光补偿点时,光合速率小于呼吸速率,细胞吸收O2,释放CO2,故①增大、③减小,B错误;当光强度等于光补偿点时,光合速率等于呼吸速率,细胞不吸收O2,也不释放CO2,②、③保持不变,C正确;光饱和点是指光合速率达到最大时的最低光强度,当光强度等于光饱和点时,光合速率大于呼吸速率,细胞吸收CO2,释放O2,②减小、④增大,D正确。
题组三 总光合速率、净光合速率与呼吸速率的判断及相关计算
5.以测定的CO2吸收量与释放量为指标,研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响,结果如图所示。
下列分析正确的是( )
A.光照相同时间,35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
B.光照相同时间,在20℃条件下植物积累的有机物的量最多
C.温度高于25℃时,光合作用制造的有机物的量开始减少
D.其他条件不变,光强度适当增强时,两曲线的交点将向左下方移动
答案 A
解析 分析题意与图像可知,图中的虚线代表净光合作用,实线代表呼吸作用。
在光照下,光合作用制造的有机物总量(真光合作用量)=呼吸作用消耗的有机物量(呼吸量)+有机物的净积累量(净光合作用量),即某温度下图中实线所对应的量加上虚线所对应的量就是真光合作用量。
读取图中20℃、25℃、30℃、35℃等温度下对应的CO2的吸收量与释放量,根据上面的等式关系可以推断出:
光照相同时间,35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等;光照相同时间,在25℃条件下植物积累的有机物的量最多;温度高于25℃时,有机物的净积累量开始减少;两曲线的交点表示某温度时,有机物的净积累量与呼吸作用消耗的有机物的量相等,当其他条件不变,光强度适当增强时,净光合作用量增大,两曲线的交点将向右上方移动。
6.如图表示在不同温度下,测定某植物叶片重量变化情况(均考虑为有机物的重量变化)的操作流程及结果,据图分析回答问题:
(1)由图分析可知,该植物的呼吸速率可表示为______,光合速率可表示为________。
在13~16℃之间,随着温度的升高,呼吸作用强度________(增强、减弱、不变),实际光合作用的强度________(增强、减弱、不变)。
(2)恒定在上述________℃温度下,维持10小时光照,10小时黑暗,该植物叶片增重最多,增重了________mg。
答案
(1)X Y+2X 增强 增强
(2)14 30
解析
(1)呼吸速率可用单位时间内有机物的减少量来表示,所以是X。
净光合速率可用单位时间内有机物的积累量来表示,而总光合速率还要加上呼吸消耗有机物的量,所以是Y+2X。
在13~16℃之间,随着温度的升高,呼吸作用强度很明显在逐渐增强,光合作用强度也在逐渐增强。
(2)单位时间的净光合作用的积累量是Y+X,10小时的积累量是10(Y+X),再黑暗10小时,只有细胞呼吸,消耗的有机物的量是10X,经过10小时光照,10小时黑暗,剩余的有机物的量是10Y,据此题图可知在14℃时,增重最多,增加的量是30mg。
题组四 光合作用与细胞呼吸的“关键点”移动
7.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃,如图表示30℃时光合作用与光强度的关系。
若温度降到25℃(原光强度和二氧化碳浓度不变),理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是( )
A.下移、右移、上移B.下移、左移、下移
C.上移、左移、上移D.上移、右移、上移
答案 C
解析 图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。
由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃”可知,当温度从30℃降到25℃时,细胞呼吸强度降低,a点上移;光合作用强度增强,所以光饱和点(d点)时吸收的CO2增多,d点上移。
b点表示光合作用强度=细胞呼吸强度,在25℃时细胞呼吸作用强度降低,光合作用强度增强,在除光强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与细胞呼吸强度相等,需降低光强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等,即b点左移。
8.如图表示20℃时玉米光合作用强度与光强度的关系,S1、S2、S3表示所在部位的面积,下列说法中不正确的是( )
A.S1+S3表示玉米呼吸作用消耗的有机物量
B.S2+S3表示玉米光合作用产生的有机物总量
C.若土壤中缺Mg,则B点右移,D点左移
D.S2-S3表示玉米光合作用有机物的净积累量
答案 D
解析 图示中,S1+S3表示玉米在该光强度范围内呼吸作用消耗的有机物量,S2+S3表示光合作用产生的有机物总量,S2表示玉米光合作用有机物的净积累量。
B点表示光合作用强度等于呼吸作用强度,缺Mg时,光合作用强度减弱。
题组五 密闭容器和自然环境中光合作用曲线分析
9.夏季晴朗的一天,甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A.甲植株在a点开始进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线b~c段和d~e段下降的原因相同
D.两曲线b~d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
答案 D
解析 由图可知,a点是光合速率和呼吸速率相等的点,在a点之前就进行光合作用,A项错误;CO2的吸收速率(净光合速率)大于零,说明植物在积累有机物,6~18时,植物一直在积累有机物,所以有机物积累量最多是在18时,B项错误;b~c段的变化是由于温度高,蒸腾作用旺盛,植物为了减少水分的散失而关闭气孔,致使植物吸收CO2量减少,d~e段的变化由光强度减弱引起,C项错误;在b~c段,甲植株没有出现CO2吸收速率下降,有可能是某种原因导致其叶片的气孔无法关闭,D项正确。
10.某生物研究小组在密闭恒温玻璃温室内进行植物栽培实验,连续48小时测定温室内CO2浓度及植物CO2吸收速率,得到如图所示曲线(整个过程呼吸速率恒定),据图分析正确的是( )
A.图中植物呼吸速率与光合速率相等的时间点有3个
B.绿色植物吸收CO2速率达到最大的时刻是第45小时
C.实验开始的前24小时比后24小时的平均光强度弱
D.实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所是线粒体和叶绿体
答案 C
解析 图中细线是在恒温密闭环境中测得的二氧化碳吸收速率,当吸收速率为零时,表示植物不从外界吸收二氧化碳,此时光合作用所需的所有二氧化碳全由呼吸作用提供,即此时呼吸速率与光合速率相等。
根据图解可知,呼吸速率与光合速率相等的点有4个,分别在第6、18、30、42小时,A项错误;据曲线分析,CO2吸收速率最大时对应的时间是第36小时,B项错误;由曲线图看出,前24小时比后24小时的平均CO2吸收速率低,因此,前24小时比后24小时的平均光强度弱,C项正确;实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所包括细胞溶胶、线粒体和叶绿体,D项错误。
题组六 “三看法”突破光合速率与呼吸速率的测定
11.某转基因作物有很强的光合作用能力。
某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强度测试的研究课题,设计了如图所示装置。
请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验,并分析回答有关问题:
(1)先测定植物的呼吸作用强度,方法步骤如下:
①甲、乙两装置的D中都放入____________________,装置乙作为对照。
②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行________处理,放在温度等相同且适宜的环境中。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
(2)测定植物的净光合作用强度,方法步骤如下:
①甲、乙两装置的D中放入________________________________________________。
②把甲、乙装置放在__________________________________________________。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
(3)实验进行30分钟后,记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表:
实验30分钟后红墨
水滴移动情况
测定植物呼吸作用强度
甲装置
______(填“左”或“右”)移1.5cm
乙装置
右移0.5cm
测定植物净光
合作用强度
甲装置
________(填“左”或“右”)移4.5cm
乙装置
右移0.5cm
(4)假设红墨水滴每移动1cm,植物体内的葡萄糖增加或减少1g,那么该植物的呼吸速率是__________g/h;白天光照15h,一昼夜葡萄糖的积累量是__________g(不考虑昼夜温差的影响)。
答案
(1)①NaOH溶液 ②遮光
(2)①NaHCO3溶液,装置乙作为对照 ②光照充足、温度等相同且适宜的环境中 (3)左 右 (4)4 84
解析 要测光合作用强度必须先测呼吸作用强度,在测定呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下,使植物只进行呼吸作用。
用NaOH溶液除去玻璃钟罩内的CO2,植物进行呼吸作用消耗一定量的O2,释放等量的CO2,而CO2被NaOH溶液吸收,根据一定时间内玻璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出呼
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