高中生物 人教大纲版第二册 第八章 生物与环境 3生态系统四备课资料.docx
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高中生物人教大纲版第二册第八章生物与环境3生态系统四备课资料
2019-2020年高中生物(人教大纲版)第二册第八章 生物与环境3生态系统(四、备课资料)
一、关于水、氧、氮的循环
1.水循环
没有水就没有生命,生态系统也难以运行。
水是自然界的推动者,它是生态系统中的物质和元素得以运动的媒质与动力,可以说,没有水循环就没有生物地化循环。
水又是地质侵蚀和沉积的原因,一个地方的侵蚀,必然出现另一个地方的沉积。
水是生物圈中最丰富的物质,它以气态、液态和固态三种形式存在于生物圈中。
海洋是水的主要蓄库,占据了地球表面71%的面积。
水循环受太阳能、大气环流、洋流和热量交换所影响,通过蒸发、冷凝等过程在地球上进行着不断的循环。
降水和蒸发是水循环的两种方式,大气中的水汽以雨、雪、冰雹等形式落到地面或海洋,而地面和海洋的水又通过蒸发进入大气中。
当降水到达地面时,有的直接落到地面上;有的落在植物群落中,并被截留一大部分;有的落入城市的街道和建筑物上,它们会很快地流失,有些直接落入江、河、湖泊和海洋中。
到达土壤的水,一部分渗入土中,一部分作为地表径流而流失。
水在土壤中的渗透决定于土壤质地、土壤孔隙度及植被中枯枝落叶层的厚度等,还决定于降水类型和强度等。
河流、湖泊、海尖表层的水及土壤中的水都在通过不断蒸发作用而进入大气中。
通过降水和蒸发这两种形式,使地球上的水分达到平衡状态。
地球上的降水量和蒸发量总的来说是相等的,但在不同的表面,不同地区的降水量和蒸发量是不同的。
就海洋和陆地讲,海洋的蒸发量约占总蒸发量的84%,陆地占有16%;海洋中的降水占总降水的77%,陆地占23%。
海洋上的蒸发比降水多了7%,而陆地的降雨比蒸发量多7%,海洋和陆地间的差异通过地表径流和大气环流而得以平衡。
(下图)
全球水循环
植被在水循环过程中起着重要作用。
植物从环境摄取的物质中,数量最大的是水分。
据计算,一株玉米一天大约需要消耗2千克水,完成整个生长发育过程需要200千克水,若一亩地有3000株玉米,共需水60万千克。
植物需水量虽如此之多,但用于原生质合成的是很少的,绝大部分通过蒸腾作用而返回大气中。
据估算,植物每吸收千克水就有990克作为水蒸气从气孔排出体外,只有10克用于维持原生质的功能和光合作用。
不同的植被类型,蒸腾作用是不同的,而以森林植被的蒸腾最大,它在水的生物地化循环中的作用是最重要的。
由于人类的活动,地球上的水循环已受到重大影响。
2.氧循环
如前所述,氧气和碳的循环是联合进行的,碳循环的过程中都有氧气参与。
生物的呼吸作用离不开氧气,化石燃料的燃烧同样需要氧气。
在大气中氧约占21%,这些氧气绝大多数是植物光合作用过程中的产物,少部分来自大气层的光解作用,由紫外线分解水汽而游离出氧,通过生产者产生氧气,又通过生产者、消费者和还原者的呼吸、火灾以及化石燃料的燃烧而消耗氧气,使大气圈中的氧气基本上处于平衡状态。
但氧气的循环中也存在着人类的干扰,一方面植被,尤其是森林植被大面积被破坏,意味着氧气产生的减少,另一方面,化石燃料也意味着更多氧气的消耗,这两种情况的加剧将会影响氧的循环和平衡。
3.氮循环
氮是蛋白质的基本成分,是所有生物的结构物质。
虽然大气中的氮非常丰富,含量为79%,但却不能被大多数生物直接利用。
而必须通过固氮作用将游离氮转变为可被植物利用的化学形态(即铵态氮或硝态氮)之后才能参与蛋白质的合成。
固氮的方式有三条途径:
①是通过闪电、宇宙射线、火山活动等高能固氮,其结果形成氨或硝酸盐,随着雨水降到地球表面。
以这种方式固定的氮大约是每年1800万吨。
②是工业固氮,这种固氮形式的能力已越来越大。
70年代初世界固氮总量为3000万吨,据估计,到本世纪末可达1亿吨。
③(也是最重要的途径)是生物固氮,主要是固氮微生物的作用。
由于这种固氮作用,使大量氮素进入生态系统中,估计每年生物固氮量可达5000~6000万吨。
具有固氮作用的有固氮细菌、固氮蓝藻等,最突出的是与豆科植物共生的根瘤菌及与菌根植物共生的真菌等。
氮循环可用下图来表明。
植物从土壤中吸收无机态的氮或硝酸盐,用作合成蛋白质的原料。
植物中的氮一部分为动物所取食,合成动物蛋白质。
动植物死亡后经微生物的分解,使有机态的氮转化分解为无机态的氮,再为植物所利用。
在土壤中含氮有机物的转化和分解过程主要在三种作用下进行,即氨化作用、硝化作用和反硝作用。
氨化作用是由氨化细菌的作用,将氨基酸分解成为氨(NH3)或铵化合物,NH3溶于水后即形成NH+4,可为植物利用;在通气良好的情况下,NH3或铵盐被亚硝化细菌和硝化细菌氧化为亚硝酸盐(NO-2)和硝酸盐类(NO-3),供植物利用;当通气不良时,硝酸盐又可在反硝化细菌的作用下,还原为N2或N2O而进入大气,使氮素损失。
土壤中还有一部分硝酸盐变为腐殖质的成分或被雨水冲洗掉,然后经河流、湖泊最后到达海洋,为水生生态系统所利用。
海洋中还有相当数量的氮沉积于深海而暂时离开循环。
二、关于碳循环图例
碳循环是生物圈内基本的物质循环之一,其循环过程可以用各种图解方式表示。
在各种各类考查该知识点的题目中常见的有“圆形”“方形”“三角形”“菱形”等,但无论怎样表示,都是在说明碳元素在无机环境、生产者、消费者和分解者四种成分之间的循环运动。
这里我们可以从以下几个方面去掌握:
(1)碳在生物群落和无机环境之间是以CO2的形式进行循环运动的。
(2)碳循环开始于绿色植物,通过光合作用使CO2从大气中进入生物群落。
(3)产生CO2的途径有三条:
①生物群落的呼吸作用;②微生物的分解作用;③化石燃料的燃烧(此途径在不同的图解中要慎重考虑)。
(4)要保证无机环境中CO2浓度相对稳定在0.03%左右,可以通过大力植树造林,同化CO2,可以通过改造厂房和燃油工具等减少CO2的排放量来实现。
三、碳循环的五大库源
地球上的碳循环有五大库源。
即:
岩石圈、化石燃料、大气圈、水圈和生物圈。
其中,前两个库源含碳量占地球上碳总量的99.9%,是两个最大的碳库。
然而,这两个库中的碳,活动缓慢,循环周期长,基本上起着贮存碳库的作用。
因此,碳循环中,无机环境的CO2浓度相对保持在0.03%左右。
后三个碳库的碳在生物群落与无机环境之间非常活跃,容量虽小但能往复循环,实质上起着交换碳库的作用,也就是我们教材中讲述的碳循环的主要部分,同时,也正是碳循环中,虽然把CO2释放到大气中有多种形式,但起主导作用的是植物和动物的呼吸作用的主要原因。
四、森林在碳循环中的作用
在生态系统的碳循环过程中,大气中的碳是以CO2为主要气体作为物质循环的基本形式的。
生物库中的碳是以森林为主要的吸收者,它所同化和固定的碳相当于其他被子植物的2倍,森林又是生物库中碳的主要贮存者,相当于大气含碳量的2/3。
又因为植物光合作用从大气中吸收碳的速率与动植物呼吸作用和微生物的分解作用向大气中释放碳的速率几乎相当。
所以,大气中的碳以CO2的形式相对稳定地维持在0.03%左右,这里森林的作用是起主导作用的。
因此,植树造林具有重要的现实意义和长远的持续发展意义,是将毁灭性自然灾害降低到最低水平的重大举措。
为此,要教育学生从小树立按生态规律办事,遵守可持续发展的原则,植物造林人皆有责的环保意识。
五、典型例题分析
[例1]右图为物质循环简图,A表示生产者,B表示消费者,下列叙述错误的是
A.①是生产者
B.⑤过程有分解者参与
C.⑦代表消费者呼吸
D.本图涉及碳和水的循环
分析:
本题旨在考查物质循环过程。
生产者的光合作用有O2产生;④和⑤包含着动植物的呼吸作用,同时动植物尸体被分解过程也有CO2产生。
H2O是光合作用的原料又是呼吸作用的产物;⑦不是呼吸作用,它没有经过消费者,不能直接生成CO2,而且动物的呼吸作用中O2是被[H]还原生成水,CO2中的氧不是来自O2,而是来自有机物中的氧。
答案:
C
[例2]请根据右图填空。
(1)图中B为______气体。
(2)如果B物质进入C内,可能进行的反应式是______。
(3)C到B的物质流向,可以通过______和______这两种方式来完成。
(4)生物D被取食进入生物E中的_______,_______要变成氨基酸,_______要变成葡萄糖,_______要变成甘油和脂肪酸,才能被生物E吸收利用,这个过程叫做______。
(5)生物E用于飞翔、捕食等生命活动的能量最终来源于图中______。
(6)要使上图的生态系统长久维持下去,还必须有______的存在。
分析:
本题为生态系统的结构功能与新陈代谢的综合试题,旨在考查学科的知识综合能力和思维迁移能力。
不难看出:
树C作为生产者通过光合作用固定太阳能,沿
[例3]下图为生态系统中某元素的循环图解。
这种元素是按箭头方向循环运动的。
然而,图中缺少了一个重要箭头。
根据此图,回答下列问题:
(1)图中缺少的箭头是______。
(2)这是______的循环。
(3)A、B、C、D各是什么生物?
(4)由此可见,生态系统的物质循环具有如下特点:
a.______;b.______。
(5)参与过程⑤的生物种类有______,这些生物的新陈代谢类型,从同化方式看属于______,从异化方式看属于______。
(6)写出图中①~⑥所示过程的名称:
①______ ②______ ③______
④______ ⑤______ ⑥______
分析:
本题旨在考查生态学知识与新陈代谢类型的相互关系。
根据图分析:
(1)图上所缺的箭头是由A到CO2的箭头,即由绿色植物呼吸作用释放出CO2的过程。
(2)图所表示的是碳循环。
(3)A表示绿色植物;B表示腐生细菌、真菌;C表示肉食动物;D表示植食动物。
(4)由此可见,生态系统的物质循环具有如下特点:
①带有全球性;②反复出现,循环流动。
(5)参与过程⑤的生物种类有腐生细菌、真菌,这些生物的代谢类型,从同化方式看属于异养型;从异化方式看属于需氧型或厌氧型。
答案:
(1)由A到CO2的箭头
(2)碳 (3)A表示绿色植物;B表示腐生细菌、真菌;C表示肉食动物;D表示植食动物 (4)带有全球性 反复出现,循环流动 (5)腐生细菌、真菌 异养型 需氧型和厌氧型 (6)略
2019-2020年高中生物(人教大纲版)第二册第八章 生物与环境3生态系统(四、第一课时)
●教材分析
本小节内容包括三部分:
一是物质循环的概念;二是碳循环;三是能量流动与物质循环的关系。
关于物质循环的概念,教材首先通过两个富有启发性的问题:
①地球为什么能源源不断地为生物提供各种物质呢?
②为什么我们并没有感觉到大气中的氧气减少呢?
把主题带入课堂,接着利用前面学过的生物学知识,概括性地讲述了物质循环的概念。
特别强调性地指出:
物质循环带有全球性,所以,物质循环又叫做生物地球化学循环。
关于碳循环,这是本小节的重点内容。
教材首先用一串彩色图片,展示了生物圈中碳循环的全过程,直观形象地把我们带入了茂密的森林、辽阔的草原、蓝色的天空、沸腾的工厂,以感受碳循环过程的丰富性与复杂性,紧接着详细而精辟地讲述了碳循环的形式、过程和范围。
在过程中,教材紧紧围绕刚学过的生态系统的成分与营养结构,一环扣一环地说明生产者(绿色植物)把大气中的二氧化碳和水合成糖类等有机物被消费者利用,生产者和消费者又通过呼吸作用把二氧化碳释放到大气中,生产者和消费者的遗体又被分解者所分解利用,所产生的二氧化碳也返回到大气中。
然后,教材紧锣密鼓地把生物群落中的碳和无机环境中的碳形成了循环回路。
同时,教材采用事物是普遍联系的哲学观点,讲述了古代的动植物遗体变成煤和石油,被人们开采后燃烧产生的二氧化碳也放回到大气中。
自然而然地推导出了生态系统中碳循环的主要形式是二氧化碳气体,同时也阐明了碳循环具有全球性的原因和物质循环又叫“生物地化循环”的理由。
最后,教材以较长的篇幅,用“温室效应”的形成与危害指出了人类活动对碳循环的影响;以“物质循环”与“能量流动”相比较的形式总结性地说明了无机环境中的物质可以被生物群落反复循环利用。
关于能量流动与物质循环的关系和作用,教材先站在生态系统的角度概括地指出:
二者是生态系统的主要功能。
接着辩证地分析了二者的关系。
即:
二者是同时进行、相互依存、不可分割的统一整体。
本小节是以“生态系统的结构”“生态系统的能量流动”以及第三章中物质代谢和能量代谢的知识,特别是绿色植物的“光合作用”和“生物的呼吸作用”等为基础。
同时,本小节也是第九章《人与生物圈》的基础。
所以,学好本小节内容,对学习生态系统具有承上启下的作用。
●教学目标
知识目标
应用:
(1)生态系统物质循环的概念;
(2)碳循环的过程;
(3)能量流动和物质循环的关系。
能力目标
1.学会分析生态系统中碳循环的方法。
2.通过学习“温室效应”的形成及对人类的危害,发展学生推理、联想和思维迁移能力。
3.利用“能量流动”与“物质循环”等教学过程,培养学生的比较、归纳能力以及对自己所持有观点的总结表达能力。
情感目标
1.通过学习人类对碳循环的影响,培养学生环境保护意识。
2.通过物质循环与能量流动相互关系的学习,培养学生用事物是普遍联系的、辩证统一的观点来分析事物的习惯。
3.积累生态学知识,逐渐形成科学的世界观。
●重点·落实方案
重点
碳循环的过程。
落实方案
1.复习巩固生态系统的成分和营养结构,明确碳循环过程中碳的不同载体及碳的转化者和传递者等在循环过程中的重要环节。
2.利用投影片具体说明碳在各环节的具体变化过程及其传递过程。
3.利用题例,分析巩固碳循环过程的知识结构。
●难点·突破策略
难点
能量流动和物质循环的关系。
突破策略
1.复习绿色植物的“光合作用”和“生物的呼吸作用”,使学生理解能量的固定和释放的具体过程。
2.复习“物质代谢和能量代谢的关系”,进一步说明物质循环和能量流动的关系。
3.通过对生态系统的概念、成分、结构的综合性分析,总结性强调物质循环和能量流动是同时进行、相互依存的统一整体。
●教具准备
投影片:
(1)光合作用示意图;
(2)呼吸作用示意图;
(3)文字图解碳循环示意图;
(4)物质循环与能量流动关系示意图;
(5)表格、题例等。
●学法指导
1.指导学生理解概念。
对生态系统的物质循环概念,从“物质”“循环过程”和“循环范围”诸环节逐节分析,综合理解。
2.指导学生使用图解方法。
对碳循环过程的学习,可以利用条款、图解的方法进行归纳。
3.指导学生填表比较。
关于物质循环与能量流动的关系可以列表比较,从二者的“形式”“特点”“范围”和“联系”诸方面简要说明。
●课时安排
1课时
●教学过程
[导课]
复习提问:
上节课我们学习了生态系统的能量流动,请大家回忆如下问题:
1.地球最大的生态系统是什么?
2.生态系统的能量源头是什么?
3.输入生态系统的总能量指的是什么?
4.能量流动的主渠道是什么?
5.能量流动有什么特点?
学生回答:
(略)。
教师评价:
大家对能量流动的内容掌握得很好!
那么,同学们在学习能量流动的过程中是否发现,能量的流动是需要以物质为载体的?
生态系统中的物质变化又是怎样的?
物质变化与能量流动又有什么关系呢?
(出题)
[教学目标达成]
(一)生态系统物质循环的概念
学生阅读:
P91第一、第二自然段。
学生讨论:
1.什么叫“物质循环”?
2.这里的物质指什么?
3.循环过程是怎样的?
4.循环的范围有多大?
师生归纳:
1.概念:
P91(略)。
2.物质:
组成生物体的基本元素。
4.范围:
全球性。
教师强调:
这里的物质不是指由这些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等生物体内所特有的物质,而是组成生物体的基本元素。
循环指的是这些物质(元素)的往返运动。
这里的生态系统指的是地球上最大的生态系统——生物圈,所以叫“生物地球化学循环”。
生态系统的物质循环可以概括地理解为组成生物体的基本元素在生物群落和无机环境之间的往返运动,其中伴随着复杂的物质变化和能量变化,不是单纯的物质移动,生态系统的物质循环离不开能量的驱动。
(二)碳循环
学生阅读:
P92第一自然段。
教师演示:
出示“光合作用”投影片,并请同学们说出光合作用过程中的碳是如何传递的?
教师设疑:
请大家分析教材P92碳循环示意图,思考如下问题:
1.无机环境中的碳以什么形式存在?
2.生物群落内部的碳以什么形式存在?
3.碳在无机环境和生物群落之间以什么形式循环?
学生回答:
1.无机环境中的碳:
CO2、碳酸盐等;
2.生物群落中的碳:
有机物;
3.碳循环形式是:
CO2。
教师演示:
出示“碳循环文字示意图”,
学生阅读:
P92“碳循环”部分。
教师设疑:
能量流动的特点是单向流动和逐级递减。
那么,物质循环有什么特点呢?
师生归纳:
全球性往复循环。
教师强调:
正因为在生态系统中,物质可以被生物群落往复循环利用,所以,物质是永恒的,世界是物质的,是符合物质不灭定律的。
在生物圈内,无论是无机环境还是生物群落,也无论是物质循环还是能量流动,都是以物质为第一性的,因此,大家要以辩证唯物主义观点来分析事物、认识自然、改造世界。
教师设疑1:
如果人们不按生态规律办事,乱砍滥伐森林,对生态系统的碳循环有何影响?
师生分析:
森林生态系统的森林有维持大气中氧气与二氧化碳相对稳定的作用,若大量砍伐森林,光合作用减弱,不能吸收大气中的二氧化碳,更不能增加大气中的氧气,不仅破坏了大气中氧气与二氧化碳的相对稳定,而且阻碍了碳的正常循环途径,使大气中二氧化碳含量明显增加。
教师设疑2:
化石燃料的大量燃烧,对生态系统的碳循环有何影响?
师生分析:
化石燃料如:
煤、石油、泥炭等是地层中千百万年积存的碳元素,是一笔宝贵而丰富的能源物质,若在短时间内释放出来,使二氧化碳来不及转化,也同样打破了生物圈中碳循环的平衡,使大气中二氧化碳的含量明显增加。
师生归纳:
通过以上两例的分析,显而易见地说明:
人类活动若违背了生态规律,对碳循环的影响是导致大气中二氧化碳的明显增加,这样将形成危及整个生物圈的“温室效应”。
教师强调:
大气中二氧化碳越多,对地球上散逸到外层空间的热量的阻碍作用就越大,即大气中的二氧化碳层就相当于保温层。
从而使地球上的温度升高的越快,这种现象就叫做“温室效应”。
那么温室效应将对生物圈和人类造成什么危害呢?
学生讨论:
阅读P92第二段寻找答案。
(三)能量流动与物质循环的关系
学生阅读:
P93第二自然段全部内容。
教师演示:
出示“物质循环与能量流动的关系”投影片的底层(空表格)。
学生归纳:
学生可分别作答,也可集体讨论,此时教师应启发诱导,并帮助学生归纳要点,组织语言。
教师评价:
教师依上层投影片(正确答案)末端的序号逐一叠显,以示准确,并以“真棒”“漂亮”等激励赞美性语言给予评价,从上而下,依次进行。
[教学目标巩固]
[例1]右图为生态系统各组成成分的关系图解示意图,请分别回答如下问题:
(1)图中A、B、C、D各指什么?
(2)图中①~⑦又分别指什么?
分析:
此题旨在考查学生的识图能力。
根据生态系统的组成成分和营养结构以及物质循环和能量流动的相关知识进行综合性分析可知:
CD关系特殊(突破点或切入点),而且,C指向A、B、D,而D回收A、B、C,不难判断:
C是绿色植物(生产者),再根据能量流动和物质循环形式与特点确定相应的成分:
A是消费者,B为分解者,D为无机环境。
关于图中的箭头所示,则表现了生物群落中的不同生物与无机环境的相互作用。
①、②是捕食关系建立起来的物质循环和能量流动过程,即:
捕食关系。
③、④、⑤为生物群落中的各种生物将有机碳通过呼吸作用分解为无机的CO2返回无机环境的过程,即:
呼吸作用。
⑥、⑦则表示分解者对各营养级的分解作用。
教师强调:
①识记生态系统的组成成分是非生物的物质和能量(无机环境)、生产者、消费者和分解者是分析物质循环和能量流动的基础。
②掌握物质循环和能量流动的主渠道——食物链(网)是分析生态系统功能的关键。
③物质循环和能量流动的生物学机理是:
植物的光合作用,生物的呼吸作用,动物的同化作用和微生物的分解作用等。
④物质循环与能量流动是相互依存、同时进行的,二者共同构成了生态系统的“功能”。
⑤物质循环的特点是全球性、往复循环,能量流动的特点是单向流动、逐级递减。
[例2]在生态系统的碳循环中,把CO2释放到大气中有多种形式,其中起主导作用的是
A.植物和动物的呼吸作用B.化石燃料的燃烧作用
C.分解者对有机物的分解作用D.化工厂对碳酸盐的分解作用
分析:
本题是较深层次的理解性问题。
碳酸盐属于岩石圈的碳源,而岩石圈的碳源和千万年沉积的化石燃料的碳源,活动缓慢、循环周期长,基本上属贮存碳库。
分解者分解作用又是相对微弱的,所以对释放在大气中的CO2起主导作用的应是动植物的呼吸作用。
答案:
A
[例3]生物地化循环是指:
组成生物的基本元素
A.在陆地生态系统中的物质循环和能量流动的复杂过程
B.在能量流经生态系统各营养级时逐级递减的全过程
C.在组成生态系统的生物群落生物体内的反复循环运动
D.在生物圈的生物群落与无机环境之间的反复循环运动
分析:
生物地化循环是生物地球化学循环的简称。
指的是最大的生态系统(生物圈)中的物质循环,是组成生物体的基本元素在生物圈的生物群落与无机环境之间的反复循环运动。
这种运动带有全球性,它不局限于陆地生态系统,更不局限于生物群落体内,也不同于能量在流经各营养级时逐级递减的过程。
答案:
D
[布置作业]
1.P93复习题一、二题。
2.在生态系统碳循环中,既能使CO2进入生物群落,又能将其释放到大气中的生物是
A.分解者B.植食动物C.肉食动物D.绿色植物
答案:
D
3.与自然界的碳循环关系最为密切的两种细胞器是
A.内质网和高尔基体B.叶绿体和线粒体
C.核糖体和叶绿体D.核糖体和高尔基体
答案:
B
4.生物的下列过程中,与碳循环无直接关系的是
A.光合作用B.呼吸作用
C.蒸腾作用D.微生物的分解作用
答案:
C
5.若用甲代表CO2,乙代表生产者,丙代表消费者,丁代表分解者,则甲乙丙丁在碳循环过程中的关系是
答案:
D
[结课]
本节课,咱们讨论了生态系统物质循环的概念、碳循环的形式和过程、物质循环的特点以及物质循环与能量流动的相互关系。
第一,大家要明确物质循环是指组成生物体的基本元素在生物群落与无机环境之间的反复循环流动。
第二,关于碳循环要掌握以下三点:
①碳循环的形式是CO2;②循环的过程是在无机环境与生物群落之间通过光合作用、呼吸作用、微生物的分解作用,营养级间的同化作用以及特殊的化能合成作用等对碳进行传递的;③物质循环的特点是全球性往复循环。
第三,物质循环和能量流动的关系要注意其区别与联系,进而逐渐学会用辩证统一的观点去分析事物。
●板书设计
第三节 生态系统
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