(江蘇專版)2019版高考生物二輪增分策略 專題二 細胞代謝 考點8 光合作用與細胞呼吸的實驗探究學(xué)案.doc
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考點8 光合作用與細胞呼吸的實驗探究 1.細胞呼吸類型判定的3類根據(jù) (1)根據(jù)反應(yīng)物、產(chǎn)物來判斷:若消耗氧氣,則一定包含有氧呼吸;若產(chǎn)物有水,則一定包含有氧呼吸;若產(chǎn)物中有酒精或乳酸,則一定包含無氧呼吸;若產(chǎn)物有CO2,則要分情況討論。 (2)根據(jù)反應(yīng)場所來判斷:在真核細胞中,有氧呼吸的第一階段發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)中,第二、三階段發(fā)生在線粒體中;無氧呼吸全過程發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)中。 (3)根據(jù)反應(yīng)中物質(zhì)的量的關(guān)系來判斷 ①無CO2釋放和O2吸收時,細胞只進行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸。 ②不消耗O2,但產(chǎn)生CO2,細胞進行產(chǎn)生酒精的無氧呼吸。 ③當CO2釋放量等于O2消耗量時,細胞只進行有氧呼吸。 ④當CO2釋放量大于O2消耗量時,細胞同時進行產(chǎn)生酒精的無氧呼吸和有氧呼吸,如酵母菌在不同O2濃度下的細胞呼吸,此種情況下,判斷哪種呼吸方式占優(yōu)勢,可分析如下:若=,有氧呼吸和無氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等;若>,無氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸,無氧呼吸占優(yōu)勢;若<,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于無氧呼吸,有氧呼吸占優(yōu)勢。 2.光合作用或細胞呼吸相關(guān)探究方法的歸類 (1)液滴移動法 現(xiàn)有甲裝置如圖所示,利用該裝置進行對光合作用和細胞呼吸等相關(guān)問題的測定或探究。 ①測定真(總)光合速率:該裝置置于一定的光照強度下,默認其光合速率大于呼吸速率,所以在單位時間內(nèi),該裝置液滴向右移動的距離(m)表示該植物的凈光合速率,即單位時間內(nèi)植物向外界釋放的O2量。該裝置置于黑暗條件下,單位時間內(nèi)液滴向左移動的距離(n)表示該植物的呼吸速率。綜上所述,該植物真正(總)光合速率等于上述兩個測定的液滴移動距離值之和:m+n。 ②驗證光合作用需要CO2 須另設(shè)對照裝置乙(如圖),與裝置甲構(gòu)成對照。裝置乙設(shè)置:將裝置甲中“3%NaHCO3溶液”更換成等濃度等量的NaOH溶液即可。 預(yù)期結(jié)果及結(jié)論:裝置甲中液滴右移,裝置乙中液滴左移,最終移動至最左側(cè)。 ③探究CO2濃度對光合速率的影響 須另設(shè)一個或多個裝置,與裝置甲構(gòu)成相互對照,如下圖裝置丙、丁所示。 預(yù)期結(jié)果及結(jié)論:裝置中液滴右移距離大小關(guān)系為: 若丁>丙>甲,則說明光合速率與CO2濃度呈正相關(guān); 若?。奖?甲,則說明在一定范圍內(nèi),光合速率隨CO2濃度增大而增大,當超過一定濃度后光合速率保持不變; 若丙>甲=丁,則說明在一定范圍內(nèi),光合速率隨CO2濃度增大而增大,當超過一定濃度后光合速率反而下降; 若甲>丙>丁,則說明光合速率與CO2濃度呈負相關(guān);若甲>丙=丁,則說明在一定范圍內(nèi),光合速率隨CO2濃度增大而下降,當超過一定濃度后光合速率保持不變; 若丙<甲=丁,則說明在一定范圍內(nèi),光合速率隨CO2濃度增大而下降,當超過一定濃度后光合速率再次提高。 ④測定有氧呼吸作用強度 不需要對裝置乙設(shè)置對照裝置,只需將裝置乙置于黑暗條件下測定即可。觀察指標為“液滴向左移動的距離”。需重復(fù)多次測定,比較呼吸強度的大小。 ⑤探究該植物發(fā)生的呼吸作用類型 須另設(shè)對照裝置戊如圖所示,與黑暗條件下的裝置乙構(gòu)成對照。裝置戊設(shè)置:將裝置乙中“3%NaOH溶液”更換成等量的H2O即可。 預(yù)期結(jié)果及結(jié)論:若裝置乙液滴左移,裝置戊液滴不移動,則只進行有氧呼吸;若裝置乙液滴不移動,裝置戊液滴右移,則只進行無氧呼吸;若裝置乙液滴左移,裝置戊液滴右移,則有氧、無氧呼吸同時進行;若兩裝置液滴均左移,則表明呼吸底物可能還有脂肪等有機物。 為排除由溫度等物理因素引起的液滴移動的干擾,使實驗結(jié)論更準確,須另設(shè)校對裝置己(對照組)。設(shè)置:將實驗組裝置中的生物更換成同種等量的消毒的死亡生物即可。 (2)葉圓片上浮法:利用真空滲入法排除葉肉細胞間隙的空氣,充以水分,使葉片沉于水中。在光合作用過程中,植物吸收CO2放出O2,由于O2在水中溶解度很小而在細胞間積累,結(jié)果使原來下沉的葉片上浮。根據(jù)在相同時間內(nèi)上浮葉片數(shù)目的多少(或者葉片全部上浮所需時間的長短),即能比較光合作用的強弱。 (3)半葉法:將葉片一半遮光,一半曝光,遮光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表細胞呼吸強度值,曝光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表表觀光合作用強度值,最后計算真正光合作用強度值。需要注意的是該種方法在實驗之前需對葉片進行特殊處理,以防止有機物的運輸。 (4)黑白瓶法:黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶,只有細胞呼吸,而白瓶既能進行光合作用又能進行細胞呼吸,所以用黑瓶(無光照的一組)測得的為細胞呼吸強度值,用白瓶(有光照的一組)測得的為表觀光合作用強度值,綜合兩者即可得到真正光合作用強度值。 題組一 辨析實驗中的生物學(xué)原理 1.如圖甲為光合作用最適溫度條件下,植物光合速率測定裝置圖,圖乙中a、b為測定過程中某些生理指標相對量的變化。下列說法錯誤的是( ) A.圖甲裝置在較強光照下有色液滴向右移動,再放到黑暗環(huán)境中有色液滴向左移動 B.若將圖甲中的CO2緩沖液換成質(zhì)量分數(shù)為1%的NaOH溶液,其他條件不變,則植物幼苗葉綠體產(chǎn)生[H]的速率將不變 C.一定光照條件下,如果再適當升高溫度,真光合速率會發(fā)生圖乙中從b到a的變化,同時呼吸速率會發(fā)生從a到b的變化 D.若圖乙表示圖甲植物光合速率由a到b的變化,則可能是適當提高了CO2緩沖液的濃度 答案 B 解析 裝置中的CO2緩沖液在光照下可以為光合作用提供CO2,所以在較強光照下O2不斷產(chǎn)生導(dǎo)致氣壓增大,有色液滴向右移動,再放到黑暗環(huán)境中,CO2緩沖液可以吸收細胞呼吸產(chǎn)生的CO2,O2不斷被消耗,氣壓減小,有色液滴向左移動,A正確;將圖甲中的CO2緩沖液換成質(zhì)量分數(shù)為1%的NaOH溶液,裝置甲內(nèi)的CO2全部被氫氧化鈉吸收,光合作用只能利用來自于植物自身細胞呼吸產(chǎn)生的CO2,光合速率下降,暗反應(yīng)會抑制光反應(yīng)的進行,故植物幼苗葉綠體產(chǎn)生[H]的速率將減小,B錯誤;在最適溫度條件下,再適當升高溫度,光合速率下降,真光合速率會發(fā)生圖乙中從b到a的變化,同時呼吸速率可能增大,故可能會發(fā)生從a到b的變化,C正確;圖示是在最適溫度條件下進行的,若適當提高CO2 緩沖液的濃度,光合作用強度會增加,D正確。 2.(2018武漢模擬)某科學(xué)工作者為探究西紅柿生長的最佳光照強度,設(shè)計了下面的實驗:首先取若干生長狀況相同的西紅柿植株,平均分為7組,分別放在密閉的玻璃容器中。實驗開始時測定CO2的濃度,12小時后再次測定CO2的濃度。實驗結(jié)果如下表: 組別 溫度(℃) 光照強度:普通陽光(%) 開始時的CO2濃度(%) 12小時后 CO2濃度(%) 1 25 0 0.35 0.368 2 25 10 0.35 0.342 3 25 20 0.35 0.306 4 25 40 0.35 0.289 5 25 60 0.35 0.282 6 25 80 0.35 0.280 7 25 95 0.35 0.279 請分析回答: (1)這一實驗的自變量是______________________,寫出該實驗設(shè)計的一種無關(guān)變量:__________。 (2)實驗中第1組在12小時后CO2濃度變化的原因是_________________________。 (3)如果實驗中使用不同品種西紅柿植株,這樣的做法違背了實驗設(shè)計的____________________________原則。 (4)若將第7組植株突然移至第4組的條件下,短時間內(nèi)光合細胞中的ATP含量會____________(填“增加”或“減少”),C5的含量會__________(填“增加”或“減少”)。 答案 (1)光照強度 溫度(其他合理答案也可) (2)細胞呼吸產(chǎn)生了CO2 (3)單一變量 (4)減少 減少 解析 (1)由表格中提供的信息可以看出,光照強度是該實驗對實驗結(jié)果能夠產(chǎn)生確定影響并且可以控制的因素,為自變量;溫度、二氧化碳濃度都會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響,但并非實驗要控制改變的因素,為無關(guān)變量。(2)實驗中第1組沒有給予光照,在此環(huán)境中,植物只能進行細胞呼吸,產(chǎn)生的CO2會導(dǎo)致容器中CO2濃度升高。(3)單一變量原則是探究某種因素對實驗的影響時要保證其他變量相同,否則多變量的實驗就沒有意義了;在探究光照強度對光合作用的影響就要以光照強度為單一變量,保證溫度和CO2濃度、所用材料的生理狀態(tài)應(yīng)該相同。(4)若將第7組植株突然移至第4組的條件下,光照減弱,光反應(yīng)受到影響,光反應(yīng)產(chǎn)物ATP和[H]減少,暗反應(yīng)還原階段受到抑制,C5的生成減少,其含量也會減少。 題組二 依據(jù)原理設(shè)計和完善實驗 3.(2018淮安模擬)已知綠色植物的凈光合速率大于 0 才能正常生長。若將某長勢良好的綠色植物放在如圖密閉裝置中,置于適宜的溫度和光照強度下24小時,欲測定該植物在 24小時內(nèi)能否正常生長,請簡要寫出實驗思路,預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論。(該段時間內(nèi),瓶中CO2足量) (1)思路:__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (2)結(jié)果及結(jié)論: ①________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; ③________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)測定密閉裝置內(nèi)的初始CO2濃度和培養(yǎng)24小時后的CO2濃度 (2)①如果24小時后CO2濃度小于初始濃度,則植物24小時內(nèi)正常生長 ②如果24小時后CO2濃度等于初始濃度,則植物24小時內(nèi)不能正常生長 ③如果24小時后CO2濃度大于初始濃度,則植物24小時內(nèi)不能正常生長 解析 (1)若將該植物放在一密閉透明玻璃容器內(nèi)并置于一定溫度、光照條件下24小時,欲測定該植物這24小時內(nèi)是否有生長,根據(jù)光合作用產(chǎn)生O2吸收CO2,可測定密閉裝置內(nèi)的初始CO2(O2)濃度和培養(yǎng)24小時后的CO2(O2)濃度,比較二者大小,即可判定。 (2)若24小時后CO2濃度小于初始濃度(24小時后O2濃度大于初始濃度),則說明該時間內(nèi)光合作用大于細胞呼吸,該植物這24小時內(nèi)有生長;如果 24 小時后 CO2濃度等于初始濃度,則植物 24 小時內(nèi)不能正常生長;如果 24 小時后 CO2濃度大于初始濃度,則植物 24 小時內(nèi)不能正常生長。 4.低溫會迫使植物細胞產(chǎn)生大量對細胞有害的過氧化物。水楊酸可以增加細胞中超氧化物歧化酶(SOD)的活性,SOD能夠清除細胞中的過氧化物,從而增強植物的抗凍性。請根據(jù)以下提供的實驗材料,設(shè)計實驗研究水楊酸對植物抗凍性的影響。 材料與用具:生理狀況一致的水稻幼苗若干株,高濃度水楊酸溶液,蒸餾水,冰箱,SOD活性檢測裝置等。 (要求與說明:SOD活性的具體檢測方法不作要求,不考慮加入溶液對體積的影響,水楊酸只用噴施一次到幼苗的葉片上,抗凍性可用葉片的損傷程度判斷。) 回答下列問題: (1)實驗?zāi)康模篲___________________________________________________________。 (2)實驗思路: ①選取生理狀況一致的水稻幼苗若干,均分為4組,并編號為A、B、C、D組。 ②________________________________________________________________________; ③________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; ④________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; ⑤________________________________________________________________________; ⑥________________________________________________________________________。 (3)請設(shè)計一張表格用于實驗結(jié)果的記錄。 (4)分析與討論: ①適宜濃度的水楊酸溶液可以提高水稻幼苗的光合色素含量,增加幼苗對____________光的吸收,促進幼苗的光合速率。 ②為測定SOD的活性,需要對幼苗的葉片細胞做______________處理。 答案 (1)研究不同濃度的水楊酸對植物抗凍性的影響 (2)②將水楊酸溶液用蒸餾水稀釋成低、中、高三種濃度 ③對A、B、C三組水稻幼苗的葉片分別噴施一次低、中、高濃度的水楊酸,對D組水稻幼苗葉片噴施一次等體積的蒸餾水?、軐⑺慕M水稻幼苗放在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間,測定各組幼苗葉片細胞中的SOD的活性,并求平均值?、菰賹⑺慕M水稻幼苗放入冰箱低溫誘導(dǎo)處理一段時間,觀察各組幼苗葉片的損傷程度?、藿y(tǒng)計和分析實驗數(shù)據(jù) (3)不同濃度水楊酸溶液對SOD活性和葉片損傷程度影響的結(jié)果記錄表 處理方式 蒸餾水 低濃度水楊酸 中濃度水楊酸 高濃度水楊酸 SOD的活性 葉片損傷程度 (4)①可見?、谄扑? 解析 (1)根據(jù)題意可知,該實驗的自變量為水楊酸的濃度,因變量為SOD的活性和葉片損傷程度,實驗?zāi)康氖茄芯坎煌瑵舛鹊乃畻钏釋χ参锟箖鲂缘挠绊憽? (2)實驗設(shè)計的一般步驟為:a.分組編號;b.設(shè)置自變量;c.進行實驗,觀察記錄結(jié)果;d.分析結(jié)果,得出結(jié)論。 故該實驗的設(shè)計為:①選取生理狀況一致的水稻幼苗若干,均分為4組,并編號A、B、C、D組;②將水楊酸溶液用蒸餾水稀釋成低、中、高三種濃度;③對A、B、C三組水稻幼苗的葉片分別噴施一次低、中、高濃度的水楊酸,對D組水稻幼苗葉片噴施一次等體積的蒸餾水;④將四組水稻幼苗放在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間,測定各組幼苗葉片細胞中的SOD的活性,并求平均值;⑤再將四組水稻幼苗放入冰箱低溫誘導(dǎo)處理一段時間,觀察各組幼苗葉片的損傷程度;⑥統(tǒng)計和分析實驗數(shù)據(jù)。 (3)用于實驗結(jié)果的記錄的表格設(shè)計應(yīng)該為自變量與因變量分別設(shè)置,具體結(jié)果如下: 不同濃度水楊酸溶液對SOD活性和葉片損傷程度影響的結(jié)果記錄表 處理方式 蒸餾水 低濃度水楊酸 中濃度水楊酸 高濃度水楊酸 SOD的活性 葉片損傷程度 (4)分析與討論:①適宜濃度的水楊酸溶液可以提高水稻幼苗的光合色素含量,光合色素具有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用,色素含量升高有利于葉片吸收可見光,提高光合速率;②SOD存在于細胞內(nèi),所以測定SOD的活性,需要對幼苗的葉片細胞做破碎處理。 題組三 依據(jù)原理評價和修訂實驗 5.為完成“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”實驗,提供以下材料用具:菠菜葉、打孔器(直徑1 cm)、注射器、(40 W)臺燈、燒杯、4% NaHCO3溶液、蒸餾水、不同顏色的透明薄膜等。 (1)某同學(xué)選取其中一個因素進行探究,以下是實驗結(jié)果: 時間 上浮的葉圓片數(shù)量(片) 蒸餾水 0.5% NaHCO3 1% NaHCO3 1.5% NaHCO3 2% NaHCO3 2 min 0 7 11 10 4 4 min 0 15 16 13 7 ①該實驗的目的是________________________________________________________, 實驗檢測指標是:__________________________________________________________。 ②有哪些措施可以減少實驗誤差?_______________________________________________ ____________________________________________________________。(至少寫出二項) ③有同學(xué)認為葉片之所以浮起,是因為細胞呼吸消耗了有機物且產(chǎn)生了CO2導(dǎo)致葉片上浮的。根據(jù)實驗結(jié)果判斷該觀點是否正確?并說明理由:____________________________ ________________________________________________________________________。 (2)利用以上材料,還可以探究的環(huán)境因素有________________________。(答出2個) 答案 (1)①研究CO2濃度(或NaHCO3濃度)對葉片光合速率的影響 相同時間內(nèi)燒杯中葉片浮起的數(shù)量 ②用打孔器打出的葉片數(shù)量足夠多;每組實驗重復(fù)幾次,記錄的數(shù)據(jù)取平均值?、墼撏瑢W(xué)的觀點是錯誤的,因為在蒸餾水的那組實驗中,葉片一樣進行了細胞呼吸,卻沒有葉片浮起,葉片上浮的原因是光合作用強度大于細胞呼吸強度,葉片內(nèi)氧氣增多 (2)光照強度、光質(zhì) 解析 分析表格:本實驗的自變量為不同濃度的NaHCO3溶液,因變量是單位時間內(nèi)葉圓片上浮數(shù)量,由于NaHCO3溶液的作用是提供CO2,單位時間內(nèi)葉圓片上浮數(shù)量表示的是凈光合速率,故本實驗探究的是CO2濃度(或NaHCO3濃度)對葉片光合速率的影響,結(jié)合題干條件,本實驗還可探究光照強度、光質(zhì)對光合速率的影響。 本實驗的自變量為不同濃度的NaHCO3溶液,因變量是單位時間內(nèi)葉圓片上浮數(shù)量,故主要通過重復(fù)實驗和控制無關(guān)變量來減小實驗誤差,如用打孔器打出的葉片數(shù)量足夠多;每組實驗重復(fù)幾次,記錄的數(shù)據(jù)取平均值。有同學(xué)認為葉片之所以浮起,是因為細胞呼吸消耗了有機物且產(chǎn)生了CO2導(dǎo)致葉片上浮的,該同學(xué)的認識是錯誤的,因為在蒸餾水的那組實驗中,葉片一樣進行了細胞呼吸,卻沒有葉片浮起,葉片上浮的原因是光合作用強度大于細胞呼吸強度,葉片內(nèi)氧氣增多。 6.某興趣小組用多株生長發(fā)育狀況一致的天竺葵植株做有關(guān)光合作用和細胞呼吸的實驗,實驗步驟和分組處理見下表,回答下列問題: 步驟 A組 B組 C組 D組 ①天竺葵經(jīng)過24小時“X”處理 + + + + ②小燒杯中加入等量液體 NaOH 溶液 清水 清水 清水 ③用無色透明玻璃罩蓋住植株和小燒杯 + + + + ④不同光照5小時處理 較強光照 較弱光照 較強光照 黑暗處理 ⑤取一片葉,脫色處理后,滴加碘液,觀察葉片顏色變化 不變藍色 不變藍色 變藍色 不變藍色 注:表中的“+”表示做了該項操作。 (1)步驟①中的“X”處理具體是指______________,目的是____________________。 (2)本實驗的自變量為__________________________。 (3)經(jīng)過步驟⑤處理后,A組和B組植株的葉片不變藍色,可能的原因是: A組植株_________________________________________________________________ ________________________________________________________________________, B組植株__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 C組使碘液變藍色的物質(zhì)合成場所是______________________________________。 (4)經(jīng)過步驟④處理后,從C組和D組植株葉片上各取面積為4 cm2大小的葉片,測得其干重分別為M g和N g,假設(shè)各組實驗所用天竺葵植株葉片的呼吸速率相同,則M-N可用來評價單位時間內(nèi)單位面積的C組植株葉片________(填“積累”“消耗”或“制造”)有機物的能力。 (5)如果用如圖所示的裝置來探究光照強度和光合作用速率的關(guān)系,且測量指標為裝置中氧氣含量的變化,則該裝置需要進行適當修改,具體修改措施為_______________________ ________________________________________________________________________。 為使測得的O 2變化量更精確,還應(yīng)再設(shè)置一對照裝置用于排除物理因素對實驗結(jié)果的影響,對照裝置的容器和小燒杯中應(yīng)分別放入_____________________________。 答案 (1)黑暗(無光) 消耗葉片中的營養(yǎng)物質(zhì) (2)光照強度和CO2濃度 (3)CO2供應(yīng)不足(植物不能進行光合作用),無淀粉合成(或不能制造淀粉),用碘液檢測不變藍(或無藍色現(xiàn)象) 光照較弱,光合作用強度小于或等于細胞呼吸強度,無淀粉積累,用碘液檢測不變藍(或無藍色現(xiàn)象) 葉綠體基質(zhì) (4)制造 (5)將小燒杯中的蒸餾水換成CO2緩沖液(或碳酸氫鈉溶液) 死的植物幼苗和CO2緩沖液 解析 (1)步驟①中的“X”處理具體是指黑暗,目的是進行饑餓處理,消耗掉葉片中的淀粉。(2)該實驗的自變量是光照強度和CO2濃度,目的是探究光照強度、CO2濃度對光合作用強度的影響。(3)由表格信息可知,A組小燒杯中是氫氧化鈉溶液,吸收CO2,因此由于CO2不足,不能進行光合作用產(chǎn)生淀粉,用碘液檢測不變藍;B組弱光條件下,光合作用強度小,光合作用強度小于細胞呼吸強度,無淀粉積累,用碘液檢測也不變藍。(4)設(shè)天竺葵經(jīng)過24小時“X”處理后,4 cm2大小的葉片的干物質(zhì)量是a,C組光照5小時干物質(zhì)的量是a+凈光合作用強度5=M,D組不進行光合作用,只進行細胞呼吸,因此5小時后干物質(zhì)的量是a-5細胞呼吸強度=N,則M-N=(a+凈光合作用強度5)-(a-5細胞呼吸強度)=5(凈光合作用強度+呼吸作用強度)=5實際光合作用強度=5小時內(nèi)有機物合成量。(5)若用該圖裝置來探究光照強度對光合作用速率的影響,且測量指標為裝置中O2含量的變化,則該裝置需要進行適當修改,將小燒杯中的蒸餾水換成CO2緩沖液或碳酸氫鈉溶液,以穩(wěn)定CO2的濃度,為使測得的O2變化量更精確,還應(yīng)再設(shè)置一對照裝置,對照裝置的容器和小燒杯中應(yīng)分別放入死的植物幼苗和CO2緩沖液,以消除偶然因素對實驗結(jié)果的影響。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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