高中生物第5章第3节第1课时细胞呼吸的方式教案新人教版必修1.docx
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高中生物第5章第3节第1课时细胞呼吸的方式教案新人教版必修1
细胞呼吸的方式
一、细胞呼吸概念
1．物质变化：
有机物氧化分解，生成二氧化碳或其他产物。
2．能量变化：
释放出能量并生成ATP。
二、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1．实验原理
（1）酵母菌：
①代谢类型：
在有氧和无氧条件下都能生存，是兼性厌氧菌。
②细胞呼吸方式判断：
在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物不同，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。
（2）产物检测：
①CO2的检测
②酒精的检测
（3）实验假设：
①有氧条件下：
酵母菌进行有氧呼吸，产生CO2和水。
②无氧条件下，酵母菌进行无氧呼吸，产生CO2和酒精。
2．实验过程及结果分析
（1）配制酵母菌培养液：
取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B（500mL）中，再分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。
（2）组装实验装置图并进行实验：
①有氧条件下装置，如图甲。
②无氧条件下装置，如图乙。
③将上述甲、乙两装置放置在25℃～35℃环境下培养8～10小时。
（3）观察CO2的产生：
观察并记录澄清石灰水变混浊的情况。
（4）检测酒精的产生：
①取两支试管编号1和2；
②各取A、B锥形瓶酵母菌培养液的滤液2mL，分别注入试管1和2；
③分别滴入0.5mL重铬酸钾的浓硫酸溶液，轻轻振荡、混匀。
（5）实验现象及分析：
组 别
项 目
甲组（有氧条件）
乙组（无氧条件）
现
象
澄清的石灰水
变混浊且混浊程度高
变混浊，但速度和程度次于甲
滴加重铬酸钾的浓硫酸溶液
1号试管呈现橙色
2号试管呈现灰绿色
原因分析
有氧条件下释放的CO2多，无酒精产生
无氧条件下释放的CO2较少，同时有酒精产生
（6）写出实验结论：
①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
②在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量二氧化碳和水。
③在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
一、细胞呼吸概念
读教材P91第一、二自然段。
试归纳总结细胞呼吸的实质是什么？
提示：
分解有机物，释放能量。
二、细胞呼吸方式探究
1．教材问题探讨分析
仔细阅读教材P91～P92探究内容，思考并讨论下列问题：
（1）从产物角度分析，酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸产物有何不同。
提示：
酵母菌在有氧条件下产生H2O和CO2；在无氧条件下产生酒精和CO2。
（2）酵母菌细胞呼吸能产生CO2，试探究如何检测CO2产生量的多少。
提示：
可根据澄清石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色所需的时间长短，来检测酵母菌产生CO2的多少。
（3）探讨将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶的原因。
提示：
①加热煮沸后，葡萄糖溶液里的细菌会被杀死，可排除其他微生物对实验结果的影响；
②加热煮沸时，可排出溶液里的O2；
③若不冷却后再加入，温度过高会将酵母菌杀死。
（4）分析教材P92的实验装置图，思考下列问题：
①在有氧条件的装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
提示：
使进入A瓶的空气先经过NaOH溶液处理，排除空气中CO2对实验结果的干扰。
②B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，试分析其原因。
提示：
保证瓶内原有O2被消耗掉造成无氧环境，可确保只有无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。
（5）能否以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式？
分析原因。
提示：
不能。
有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2，故不能以CO2的产生为指标确定细胞呼吸方式。
应以酒精为指标，因为酵母菌只有无氧呼吸才能产生酒精。
2．判断下列说法是否正确
（1）细胞呼吸的产物都是CO2和H2O。
（×）
（2）检测CO2的产生除澄清石灰水外，还可以用溴麝香草酚蓝水溶液检测。
（√）
（3）酵母菌无氧呼吸会产生酒精和水。
（×）
（4）在酸性条件下酒精与橙色的重铬酸钾反应变成灰绿色。
（√）
一、实验课题的分析
1．本实验的探究课题可以转变为：
探究有氧条件和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。
2．根据检测目的不同，可细化为两个子课题：
①在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸产生CO2的多少；②在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸是否产生酒精。
具体分析如下：
课题名称
课题一
课题二
自变量
有氧和无氧
因变量
产生CO2的多少
酒精的有无
观察指标
①澄清石灰水变混浊的程度
②溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄所用时间的长短
重铬酸钾溶液的颜色变化
无关变量
温度、营养物质的浓度和总量等
实验结论
在有氧条件下产生的CO2多
在无氧条件下才能产生酒精
二、实验装置的分析（装置见教材P92）
1．第一组装置中的第一个锥形瓶中盛放的试剂是NaOH溶液，其目的是：
使进入A中的空气先经NaOH处理后，排除空气中CO2对实验结果的干扰。
2．第二组装置中B瓶放置一段时间后，才能与装有澄清石灰水的锥形瓶连接，其目的是让酵母菌将B瓶中的氧气消耗掉，确保产物CO2均来自于无氧呼吸。
[例] （广东高考）某新能源研究兴趣小组尝试用木薯块根的淀粉制备燃料酒精。
他们用酶将木薯淀粉降解成单糖。
查阅资料后，安装的酒精发酵装置、采用的发酵条件如图所示。
a
（1）向发酵瓶中加入5g酵母菌开始实验，发酵初期，通气阀①需要偶尔短时间打开，并
b
在A通气口处打气，以利于__________________；实验过程中，通气阀②需要偶尔短时间打开，目的是______________。
（2）第3天，取出少量发酵液，滴加含有__________的浓硫酸溶液来检测酒精。
（3）检测后发现，尽管酵母菌菌种合适、淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温度和pH适
c
宜，但酒精含量（+）比预期低。
他们展开了讨论，认为还有其他影响因素，如__________，请设计实验对此因素进行探究并预测实验结果（用表格形式呈现；用“＋”表示酒精含量，最高含量为“＋＋＋＋＋”）。
d
（4）请对预测的结果进行分析，并得出结论。
[研析] 本题考查酵母菌呼吸方式及实验探究的相关知识。
具体解题过程如下：
[审]——关键信息
信息解读a：
由题干“用酶将木薯淀粉降解成单糖”、酒精发酵装置中“12%木薯淀粉酶解物发酵培养基”和淀粉降解成的单糖为葡萄糖可知，发酵底物为葡萄糖。
信息解读b：
发酵初期充气的目的是让酵母菌进行有氧呼吸。
信息解读c：
题干排除了各种因素，然后再让推测酒精含量比预期低的原因。
任何一个生化反应都由三部分组成：
反应物、产物和反应条件，由信息c可知，反应物和反应条件都没有问题，发酵的产物是酒精和CO2，CO2定时排出，由此可推知酒精含量低于预期的原因可能是由于产物酒精造成的。
信息解读d：
由“最高含量为‘＋＋＋＋＋’”可知，实验分组时最少设置为5组。
[破]——联系基础
设问
（1）可联系：
酵母菌属于兼性厌氧菌，在有氧条件下进行有氧呼吸，代谢快，增殖快；在无氧条件下进行无氧呼吸，产生酒精和CO2。
设问
（2）可联系：
探究酵母菌细胞呼吸方式的实验原理，即橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下可与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。
设问（3）（4）可联系：
实验设计的单一变量原则和对照原则及实验设计的一般步骤。
[答]——研判设问
设问
（1）：
图中的发酵装置是选修1果酒制作装置的一个变形，发酵初期通气的目的是利于酵母菌进行有氧呼吸，繁殖大量酵母菌有利于后期发酵；实验过程中，酵母菌进行酒精发酵，产生CO2，装置内气压升高，通气阀②需要偶尔短时间打开，排出部分CO2以保持装置内气压的平衡和维持溶液pH稳定。
设问（3）（4）：
由信息解读c和随着发酵的进行酒精浓度不断增大可推知，酒精含量低于预期的原因可能是不断增大的酒精含量抑制了酵母菌的无氧呼吸，使酒精的生成量减少，由此可确定实验目的为：
探究酒精浓度对无氧呼吸的影响，其中自变量是酒精浓度，因变量为溶液中酒精的量。
根据设问（3）题干提示及信息解读d可知，设置5组实验，加入等量的酒精，用不同量的水进行稀释即得5种不同酒精浓度的溶液；其他条件都相同，因酒精浓度不同，对酵母菌无氧呼吸的影响将不同，根据实验结果即可得出实验结论。
[答案]
（1）提供氧气使酵母菌大量繁殖 排出产生的CO2以保持装置内气压平衡
（2）重铬酸钾 （3）酒精浓度 实验设计：
①取5只锥形瓶，标号为1、2、3、4、5，分别加入等量的酵母菌、葡萄糖培养液和缓冲液。
②向锥形瓶中分别加入0、20、40、60、80mL的蒸馏水进行稀释，密封，在相同且适宜条件下培养相同时间。
③一段时间后测定溶液中的酒精含量。
结果如下：
锥形瓶
编号
1
2
3
4
5
酒精
含量
＋
＋＋
＋＋＋
＋＋＋＋
＋＋＋＋＋
（4）溶液稀释倍数越高，产生的酒精的量越大，说明酒精浓度越小，越有利于酵母菌进行无氧呼吸。
[网络构建]
填充：
①CO2 ②有氧呼吸 ③酒精 ④无氧呼吸
[关键语句]
1．酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，是兼性厌氧型生物。
2．CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
3．橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
1．下列可用于探究不同呼吸方式的实验材料是（ ）
A．萌发的种子 B．蛔虫
C．草履虫D．以上均可以
解析：
选A 萌发的种子既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸；蛔虫只进行无氧呼吸；草履虫只能进行有氧呼吸。
2．下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”，说法不正确的是（ ）
A．酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物
B．在有氧呼吸的装置中，可将空气直接通入酵母菌的培养液
C．酵母菌呼吸产生的CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
D．酵母菌呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色
解析：
选B 酵母菌作为实验材料是因为它在有氧和无氧的条件下均能正常生存。
酵母菌不论有氧还是无氧条件下均能产生CO2，为了防止空气中原有CO2的干扰，所以将空气先通入盛有NaOH溶液的锥形瓶中，然后再通入酵母菌溶液中。
3．检测酵母菌的发酵是否产生了酒精的试剂是（ ）
A．双缩脲试剂B．斐林试剂
C．溴麝香草酚蓝溶液D．重铬酸钾溶液
解析：
选D 检测酒精的试剂是重铬酸钾溶液，酸性条件下该溶液遇酒精呈灰绿色。
4．请据图分析，经数小时后，U型管甲、乙两处的液面会出现下列哪种情况。
（实验装置足以维持实验期间小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响）（ ）
A．甲处上升，乙处下降
B．甲、乙两处都下降
C．甲处下降，乙处上升
D．甲、乙两处都不变
解析：
选C 由于小白鼠的呼吸作用吸收O2并产生CO2，并且产生的CO2又被NaOH溶液吸收，导致集气瓶中气体体积变小，所以U型管中的乙端上升，而甲端下降。
5．如图是测量种子萌发时锥形瓶中气体体积变化的实验装置。
锥形瓶中放的种子事先用水浸泡过并在稀释的消毒剂中清洗过（不影响种子的生命力）。
实验开始时U型管左侧液面与右侧液面相平，每隔半小时利用标尺量出右侧液面高度变化，以下关于该实验的分析正确的是（ ）
A．种子在消毒剂中清洗是为了防止微生物呼吸作用干扰实验结果
B．此实验的目的是测定种子萌发时有氧呼吸及无氧呼吸的速率
C．一段时间后右侧液面高度不再变化，说明种子的细胞呼吸完全停止
D．为排除外界因素的影响，需要将装置中的NaOH溶液换成清水（其他保持不变）作为对照组
解析：
选A 装置中含有空气，所以测定的是有氧呼吸速率而不是无氧呼吸速率。
一段时间后右侧液面高度不再变化，原因可能是锥形瓶内氧气消耗完毕，种子不能进行有氧呼吸，但不能说明种子的细胞呼吸完全停止。
D项中对照组的设置可以校对外界环境变化带来的误差，但实验设置错误，应该用等量的在稀释的消毒剂中清洗过的死种子（其他保持不变）作为对照组。
6．某小组欲探究酵母菌有氧呼吸的产物，在实验中组成了如图装置。
请完成以下问题。
（1）提出假设：
______________________________________________________________。
（2）材料用具（略）。
（3）设计实验步骤：
①将配制好的____________，在B中装入____________，目的是__________________，在C中装入____________；
②依图安装好实验装置，并将装置_____________________________________________；
③一段时间后观察__________________________________________________________。
（4）预期实验结果：
_________________________________________________________。
解析：
实验假设是根据所学习知识提出的，描述实验对象与实验条件之间关系，可以是肯定性的，也可以是否定性的。
根据题中图示，联系酵母菌的代谢类型，可以提出肯定性的假设：
酵母菌在有氧条件下，可以进行有氧呼吸，产生CO2。
实验主要利用的生物材料是酵母菌，酵母菌利用的营养物质是葡萄糖，因此，应先将配制好的酵母菌葡萄糖溶液装入A瓶；实验中需要检测的因变量是CO2，所以要排除空气中含有的CO2对实验结果的影响，须在B瓶中装入NaOH溶液，吸收空气中的CO2，在C瓶中装入澄清的石灰水，检测是否生成了CO2。
根据酵母菌的代谢特点可知，酵母菌在有氧条件下，进行有氧呼吸产生CO2，CO2使澄清的石灰水变浑浊，因此实验中会观察到该现象的发生，由此可证明所提出的假设。
答案：
（1）在有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸产生CO2 （3）①酵母菌葡萄糖溶液装入A瓶 NaOH溶液 除去空气中的CO2 澄清石灰水 ②用凡士林密封 ③澄清石灰水是否变混浊 （4）若澄清的石灰水变混浊，证明酵母菌细胞进行有氧呼吸产生CO2
（时间：
25分钟；满分：
50分）
一、选择题（每小题3分，共18分）
1．检测酵母菌细胞呼吸的产物，下列描述正确的是（ ）
A．如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊，则酵母菌只进行有氧呼吸
B．如果产生的气体使溴麝香草酚蓝水溶液变黄色，则酵母菌只进行无氧呼吸
C．无论进行有氧呼吸还是无氧呼吸，酵母菌都能产生CO2
D．酵母菌无氧呼吸不产生气体，但其中的产物能使重铬酸钾溶液变成灰绿色
解析：
选C 酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均能产生CO2，可通过是否有酒精的产生判断是否存在无氧呼吸，溴麝香草酚蓝水溶液和澄清石灰水都是CO2指示剂，酒精可用酸性重铬酸钾溶液进行检测。
2．有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合培养液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和CO2的量如表所示：
氧浓度（%）
a
b
c
d
产生CO2的量
30mol
9mol
12.5mol
15mol
产生酒精的量
0mol
9mol
6.5mol
6mol
下列叙述错误的是（ ）
A．氧浓度为a时只进行有氧呼吸
B．b值对应的氧浓度为零
C．氧浓度为c时，经有氧呼吸产生的CO2为6mol
D．氧浓度为d时，有1/3的葡萄糖用于酒精发酵
解析：
选D 根据表格信息，结合有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可判断：
在氧浓度为a时酵母菌只进行有氧呼吸，b时只进行无氧呼吸，c、d时既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。
氧浓度为d时有氧呼吸产生CO2的量为15－6＝9（mol），消耗葡萄糖1.5mol，无氧呼吸产生CO2的量为6mol，消耗葡萄糖3mol，故有2/3的葡萄糖用于酒精发酵。
3．测定下列哪项可简便且准确判断出贮存小麦种子的细胞呼吸方式（ ）
A．有无酒精的生成
B．有无水的生成
C．有无有机物消耗
D．O2消耗量与CO2生成量的比值
解析：
选D 有酒精产生时可推测其进行了无氧呼吸，但无法推测其是否也进行了有氧呼吸。
有水产生时可推测其进行了有氧呼吸，但无法推测其是否也进行了无氧呼吸。
无论无氧呼吸还是有氧呼吸都消耗有机物。
若无O2消耗，可推测其只进行无氧呼吸；若O2消耗量等于CO2生成量，可推测其只进行有氧呼吸；若O2消耗量小于CO2生成量，可推测其既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。
4．下列关于细胞呼吸的说法中，不正确的是（ ）
A．细胞呼吸是重要的放能反应
B．细胞呼吸是细胞中有机物的一系列氧化分解过程
C．细胞呼吸是细胞内有机物“缓慢燃烧”的过程
D．细胞呼吸是细胞与环境间的气体交换
解析：
选D 细胞呼吸是细胞中有机物经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳和水或其他产物，释放能量并生成ATP的过程，是有机物在细胞内缓慢燃烧的过程。
5．图示为测量动物呼吸的实验装置，图中a为红墨水珠，b中装有KOH溶液。
此装置可测量动物（ ）
A．放出的CO2量
B．放出的O2量
C．吸收的CO2量
D．吸收的O2量
解析：
选D 动物呼吸吸收O2，产生CO2，由于CO2被KOH溶液吸收，故该装置测量的是瓶中O2的减少量。
6．（江苏高考）将图中果酒发酵装置改装后用于探究酵母菌呼吸方式的实验，下列相关操作错误的是（ ）
A．探究有氧条件下酵母菌呼吸方式时打开阀a
B．经管口3取样检测酒精和CO2的产生情况
C．实验开始前对改装后整个装置进行气密性检查
D．改装时将盛有澄清石灰水的试剂瓶与管口2连通
解析：
选B 打开阀a可保证氧气的供应，A项正确；经管口3取样只能检测酒精的产生情况，B项错误；实验开始前整个装置需进行气密性检查，确保有氧、无氧条件只是通过管口1控制的，C项正确；管口2连通装有澄清石灰水的试剂瓶，通过观察澄清石灰水的混浊程度来检测CO2的产生情况，D项正确。
二、非选择题（共32分）
7．（15分）如图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验装置图，请据图分析下列问题。
（1）A瓶加入的试剂是___________，其目的是____________________________________。
（2）C瓶和E瓶加入的试剂是_________，其作用是________________________________。
（3）图中装置有无错误之处，如果有请在相应的图中加以改正。
（4）D瓶应封口放置一段时间后，再连通E瓶，其原因是
________________________________________________________________________。
解析：
（1）根据图示连接方式判断，甲图是控制有氧条件下酵母菌进行有氧呼吸的实验装置，此装置要排除空气中含有的CO2对实验结果的影响，保证最终检测到的是酵母菌有氧呼吸所产生的，因此在A瓶中应加入NaOH溶液，吸收通入空气中的所有CO2。
（2）C瓶中应装入澄清的石灰水（或溴麝香草酚蓝水溶液），目的是检验甲装置中的酵母菌在有氧条件下是否进行了有氧呼吸产生CO2。
（3）由图中连接方式看出，甲装置中由B瓶连接C瓶的玻璃管应插入C瓶液面下，否则不能很好地检测实验结果。
（4）图乙是探究酵母菌无氧呼吸的装置，成功与否的关键是控制无氧环境，因此应将D瓶密封一段时间，让瓶内的酵母菌将瓶中氧气消耗干净，保证形成无氧环境，再连通E瓶。
答案：
（1）NaOH溶液 排除空气中CO2对实验结果的干扰
（2）澄清石灰水（或溴麝香草酚蓝水溶液） 检测CO2的产生
（3）
（4）D瓶封口放置一段时间后，酵母菌会将瓶中的氧气消耗完。
再连通E瓶，就可以确保通入澄清石灰水（或溴麝香草酚蓝水溶液）的CO2是酵母菌无氧呼吸所产生的（符合题意即可）
8．（17分）酵母菌在氧气充足条件下不能进行酒精发酵，有同学认为是氧气抑制了酵母菌的无氧呼吸；也有同学认为是有氧呼吸产生的ATP抑制了酵母菌的无氧呼吸。
请完成下列实验：
（1）供选的实验试剂：
5%葡萄糖溶液、酵母菌细胞（试剂1，适宜条件下，无氧呼吸、有氧呼吸均可发生）、酵母菌细胞质基质的上清液（试剂2，无氧呼吸进行的场所）、ATP溶液、蒸馏水。
（2）实验步骤：
①取锥形瓶完成如图装置，组装三套，依次编号为A、B、C。
1号锥形瓶中都加10%的NaOH溶液，3号锥形瓶中都加澄清的石灰水。
②A装置2号锥形瓶中加入10mL的试剂2、10mL的5%葡萄糖溶液、2mL蒸馏水；B装置2号锥形瓶中加入；C装置2号锥形瓶中加入
。
③A、B、C三套装置均先持续通入N25min，目的是________________________，再将三套装置分别处理：
A、B装置持续通入N2，C装置持续__________。
④将三套装置放在温度适宜（25℃～35℃）的相同条件下培养相同时间（8h～10h）。
⑤观察________________，判断是否进行无氧呼吸。
（3）预期实验结果并得出相应结论：
①若______________________________________________________________________，
则酵母菌无氧呼吸受ATP抑制，不受氧气抑制；
②若______________________________________________________________________，
则酵母菌无氧呼吸受氧气抑制，不受ATP抑制；
③若______________________________________________________________________，
则酵母菌无氧呼吸受ATP抑制，也受氧气抑制；
④若______________________________________________________________________，
则酵母菌无氧呼吸既不受ATP抑制，也不受氧气抑制。
解析：
该实验探究酵母菌无氧呼吸受O2抑制还是受ATP抑制，实验的自变量是ATP、O2的有无，因变量是生成的CO2。
实验材料中已给出试剂1与试剂2，所以选用试剂2，能提供进行无氧呼吸的场所。
实验要设置对照实验，题目中已给出空白对照组，所以设置具有ATP的实验组和通入氧气的实验组即可，其他条件和试剂用量都与A组相同。
探究性实验结果的预测需要全面，可将所有可能都预测出来，并根据结果推出相应的结论，本题已给出实验结论，所以根据结论和实验处理推测出实验结果即可。
答案：
（2）②10mL的试剂2、10mL的5%葡萄糖溶液、2mLATP溶液 10mL的试剂2、10mL的5%葡萄糖溶液、2mL蒸馏水（可换顺序，但应与结果对应） ③去除锥形瓶中的氧气 通入空气 ⑤各装置中3号瓶是否变混浊 （3）①A装置变混浊，B装置不变混浊，C装置变混浊 ②A装置变混浊，B装置变混浊，C装置不变混浊 ③A装置变混浊，B装置不变混浊，C装置不变混浊 ④A装置变混浊，B装置变混浊，C装置变混浊
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