第10讲 光合作用高考生物一轮复习名师精讲练新高考地区专用.docx
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第10讲光合作用高考生物一轮复习名师精讲练新高考地区专用
第10讲 光合作用
【基础梳理】
一、捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
1．捕获光能的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出：
（1）叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，类胡萝卜素和叶绿素吸收绿光最少
2．叶绿体的结构与功能
（1）结构模式图
（2）结构
↓决定
（3）功能：
进行光合作用的场所。
3．探究光合作用经典实验中的对照和变量及实验结论
经典实验
变量分析
实验结论
自变量相关设置
因变量观察指标
无关变量
普利斯特利实验
对照组：
无绿色植物
实验组：
有绿色植物
小白鼠存活时间（或存活状态）或蜡烛燃烧时间
光照、温度、小白鼠健康程度、蜡烛的种类和实验前燃烧程度等
植物生长更新空气
萨克斯天竺葵实验
对照组：
曝光
实验组：
遮光
碘蒸气处理后叶片的颜色
天竺葵叶片状态、暗处理时间、光照时间等
光合作用的产物除了氧气外，还有淀粉
恩格尔曼水绵和好氧细菌实验
对照组：
完全暴露在光下
实验组：
黑暗环境下极细光束照射
好氧细菌
分布情况
水绵与好氧细菌的临时装片处于密闭环境中
氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所
恩格尔曼三棱镜照射水绵和好氧细菌实验
对照组：
正常光源照射
实验组：
黑暗环境下光线经三棱镜后照射
植物主要吸收红光和蓝紫光，几乎不吸收绿光
鲁宾和卡门的18O标记实验
实验组中，一组为植物提供H2O和C18O2，另一组为植物提供
H
O和CO2
小球藻释放的O2的放射性情况
光照、温度、新鲜的实验材料，提供的H2O和CO2只有一种物质具放射性等
光合作用释放的氧气来自水
卡尔文14C标记
实验
实验时间（用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，实验进行不同时间后，追踪检测小球藻叶绿体中含有放射性的物质和种类）
小球藻叶绿体中含有放射性的物质和种类
光照、温度、新鲜的实验材料、检测时间的选择，只有14CO2一种物质具有放射性等
探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
例1：
下列有关光合作用探究历程的叙述，正确的是（ ）
A.英格豪斯认为密闭玻璃罩中蜡烛熄灭的根本原因是缺乏足够的O2
B.萨克斯的实验中叶片曝光的一半变蓝，说明叶绿体在光下产生了淀粉
C.鲁宾和卡门只用18O标记H2O，证明了光合作用释放的O2都来自水
D.恩格尔曼的水绵实验利用了好氧细菌的生理特点作为因变量观测指标
例2：
如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述错误的是（ ）
A．①和②均为选择透过性膜
B．③上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少
C．③上所含色素均含Mg2＋，故缺Mg2＋时这些色素都无法合成
D．在③上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量
二、光合作用的基本过程
1.概念
光合作用指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，二者密切相关。
2．过程
3．反应式
（1）产物为（CH2O）：
CO2＋H2O
（CH2O）＋O2。
（2）产物为C6H12O6：
6CO2＋12H2O
C6H12O6＋6O2＋6H2O。
4．光反应和暗反应的比较
过程
光反应
暗反应
条件
必须有光
有光无光都能进行（但若光反应停止，暗反应只能持续一小段时间）
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质转化
①水光解：
2H2O
4[H]＋O2↑
②ATP的合成：
ADP＋Pi
ATP
能量转化
光能→电能→活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供两种重要物质：
ATP和[H]（NADPH）。
[H]既可作还原剂，又可提供能量；暗反应为光反应提供三种物质：
ADP、Pi以及NADP＋（注意产生位置和移动方向）。
二者关系如下图所示：
5.光合作用相关分析
（1）光合作用反应式及元素去向分析
（1）O：
H
O
18O2C18O2
C3
（CH
O）
（2）C：
14CO2―→（14CH2O）
（3）H：
H2O→[H]→（CH2O） [H]为还原型辅酶Ⅱ（NADPH）
（2）光合作用光反应图解分析
下图表示绿色植物光合作用光反应过程，图中a～c表示相关物质，甲、乙为结构。
（1）图中所示的过程属于光合作用的光反应阶段，甲为类囊体薄膜。
（2）图中a为氧气，b为NADPH，当外界CO2浓度升高时，b的含量会暂时下降。
（3）该过程将光能转化为化学能储存在b和ATP中。
（4）乙为叶绿体基质，是光合作用暗反应的场所。
（5）图中的ATP一般不能（填“能”或“不能”）运出所在的细胞器，用于其他生命活动。
（3）环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
a.“过程法”分析各物质变化
下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件（如光照、CO2）突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
b.“模型法”表示C3和C5的含量变化
起始值C3高于C5（约其2倍）
（3）补光措施与光合效率分析
a.实验分析：
为研究补光措施与光合效率，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验，每组处理的总时间均为135s，光照与黑暗处理情况如图所示（B、C、D三组中光照与黑暗处理时间均相同）
b.原理分析：
光暗交替处理频度较高时，光反应产生的ATP、[H]可满足光照与黑暗全时段暗反应的供应，故全时段都可合成有机物，从而导致单位光照时间内有机物合成效率提高。
c.应用：
该实验表明，人工补光时，可采用较高频度“光暗交替”策略，如此，可提高单位时间光合产量，达到在几乎不影响光合总产量的情况下，大量节省能源成本。
6．光合作用和化能合成作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
例3：
下图为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质。
下列叙述错误的是（ ）
A.叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中
B.①上产生的B物质移动到②参与C3的还原
C.②中产生的NADP＋移动到①上参与水的光解
D.①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
例4：
光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。
对于改变反应条件而引起的变化，说法正确的是（ ）
A.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减小
B.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加
C.突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值减小
D.突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小
三、影响光合作用的因素及应用
1.内部因素
（1）植物自身的遗传特性（如植物品种不同），以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。
（2）植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
（3）叶面积指数
2.外部因素
（1）单因子变量对光合作用影响的曲线分析
①光照强度
②CO2浓度
③温度
④水分或矿质元素 影响气孔的开闭
超过一定浓度后，植物会因土壤溶液浓度过高而渗透失水，出现萎蔫。
（2）多因子对光合速率的影响
例5：
如图表示植物光合速率随光照强度改变的曲线，请分析选出不正确的一项（ ）
A.若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点B应相应地向右移动
B.若增加二氧化碳浓度，B点左移，C点左移，D点向右上方移动
C.D点时，ATP的移动方向从类囊体薄膜向叶绿体基质移动
D.若图上为阳生植物，则换为阴生植物，B点和D点均要向左移动
例6：
为探究不同波长的光和CO2浓度对番茄试管苗光合作用的影响，用40W的白色、红色和黄色灯管做光源，设置不同CO2浓度，处理试管苗。
培养一段时间后，测定试管苗的净光合速率（净光合速率＝真正光合速率－呼吸速率），结果如右图所示，由图推测错误的是（ ）
A.a点的净光合速率大于c点，从光合作用的角度分析，原因是叶绿体中的色素吸收红光多于黄光，a点真正光合速率更高
B.据图可知，黄光培养时，番茄试管苗与外界CO2的交换情况表现为向外界释放CO2
C.在红光条件下，CO2为300μL·L－1时，对番茄试管苗叶肉细胞来说，叶绿体消耗的CO2等于细胞呼吸产生的CO2量
D.为探究黄光培养条件下番茄试管苗的叶绿素含量是否发生改变，可分别取白光和黄光条件下培养的试管苗叶片，提取其中的色素并分离，通过比较滤纸条上叶绿素a、叶绿素b色素带的宽窄（或颜色深浅）来判断叶绿素含量是否发生改变
四、叶绿体中的色素及其提取和分离
1.色素的提取与分离实验 可看作两个实验哦！
（1）实验原理
（2）实验流程
（3）实验结果及分析
2.实验拓展分析
（1）“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进
图1 装置图2 结果
a.实验时应该将滤液滴在a处。
b.在定性滤纸上会出现4个不同颜色的同心圆，最大的圆圈①含有胡萝卜素，呈现橙黄色；最小的圆圈④含有叶绿素b，呈现黄绿色。
（2）绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析
①收集到的滤液绿色过浅的原因分析
Ø未加石英砂（二氧化硅），研磨不充分。
Ø使用放置数天的绿叶，滤液色素（叶绿素）太少。
Ø一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低（正确做法：
分次加入少量无水乙醇提取色素）。
Ø未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
②滤纸条色素带重叠：
没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。
③滤纸条看不到色素带
Ø忘记画滤液细线。
Ø滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
④滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：
忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
3.影响叶绿素合成的三大因素
4.色素与叶片的颜色
例7：
下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是（ ）
A．绿叶中的色素只能溶解在无水乙醇中
B．层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液
C．制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便
D．若研磨绿叶时没有加入碳酸钙，则提取不到光合色素
例8：
某同学在进行光合色素的提取和分离实验时，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，将会得到近似同心的四个色素环。
下列说法错误的是（ ）
A.通常提取液呈现绿色是因为叶片中叶绿素含量比类胡萝卜素高
B.色素能彼此分离是因为不同色素在层析液中的溶解度不同
C.最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光
D.若提取液取自缺镁叶片，最外侧两圈色素环颜色较淡
【要点点拨】
1.恩吉尔曼实验在实验材料的选取上巧妙之处在于：
选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位；实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是：
排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰。
2.萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是：
消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰；在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的是：
防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
3温室大棚种植蔬菜时，应选用无色透明的玻璃、塑料薄膜或者补充蓝紫光更有利于植物的光合作用。
4.植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。
5.误认为光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，事实叶绿体是半自主性细胞器，光反应产生的ATP也可用于叶绿体内的基因表达过程，如DNA复制、蛋白质合成等。
6.误认为叶绿体的ATP自给自足，当代谢所需能量不足时，叶绿体也可从细胞质基质中吸收少量细胞呼吸产生的ATP。
7.关于光合色素的4点提醒
（1）可进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体（如蓝藻等），但是都含有光合色素。
（2）叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
（3）植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
（4）植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。
8.同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。
9.光合作用过程中的[H]和呼吸作用中的[H]不同，是还原型辅酶Ⅱ（NADPH）的简化表示方法。
10.绿色植物和化能合成菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。
11.对光合作用过程的4点说明
（1）C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸（C3H4O3）就是一种三碳化合物。
（2）暗反应不直接需要光，但是如果没有光，光反应停止后，暗反应很快也会停止。
（3）光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。
（4）叶绿体产生的ATP只能用于暗反应（C3的还原），不能用于细胞中其他部位的生命活动。
【课时作业】
一、单项选择题
1.在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说。
以下哪项科学实验能证明这一假说（ ）
A．英格豪斯证明植物在光照条件下可以更新空气的实验
B．恩格尔曼证明光合作用的有效光是红光和蓝紫光的实验
C．萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验
D．鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验
2.如图曲线Ⅰ表示黄豆在最适温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关系。
在y点时改变某条件，结果发生了如图曲线Ⅱ的变化。
下列分析合理的是（ ）
A．与y点相比较，x点时叶绿体中C3含量低
B．在y点时，适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
C．制约x点光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量
D．制约z点光合作用的因素可能是CO2浓度
3．图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3（等浓度）溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间（图乙）。
下列相关分析正确的是（ ）
A．在ab段，随着水温的增加，净光合速率逐渐减小
B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小
C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度
D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸
4.提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是（ ）
A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液
C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b较多
D．胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高
5．百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。
下图为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析，错误的是（ ）
A．图中B物质可能是葡萄糖
B．线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C．PEP、C5均能与CO2结合
D．夜间细胞液pH可能会下降
6.叶绿体在光下把ADP和Pi合成ATP的过程称为光合磷酸化。
为探究ATP形成的原动力,Jagendorf等科学家在黑暗中进行了如下图所示实验。
图中平衡的目的是让类囊体内部的pH和外界溶液相同。
下列相关描述正确的是（ ）
A.叶绿体中合成ATP需要酸性环境
B.ATP的合成与膜两侧的pH差有关
C.类囊体在pH为4的缓冲液中被破坏
D.在黑暗中进行实验的原因是避免光照产生
7.下图表示将某植物叶片置于适宜条件下,不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的含量变化。
以下推测不合理的是（ ）
A.a→b,暗反应消耗ATP的速率增加
B.a→b,CO2固定速率比C3的还原速率快
C.b→c,光合作用速率等于呼吸作用速率
D.b→c,可能是光反应限制了光合速率
8.下图表示某植物叶肉细胞内光合作用的生理过程,下列相关叙述正确的是（ ）
A.叶黄素缺失突变体与正常植株相比,若给予红光照射,则光吸收差异显著
B.过程Ⅱ为暗反应,在类囊体薄膜上产生的②和③可用于暗反应还原C3
C.若降低周围环境中的CO2浓度,则释放O2的速率不变
D.若该细胞净光合速率大于0,推测该植物体能积累有机物从而使植株干重增加
二、多项选择题
9.研究者使用同位素18O标记水和碳酸氢钠中的部分氧原子，加入三组小球藻培养液中，记录反应起始时水和碳酸氢钠中18O的比例，光照一段时间后，分别检测小球藻释放的氧气中18O的比例，实验结果如下表所示。
下列相关叙述正确的是（ ）
组别
起始时水中18O的比例（%）
起始时HCO
中18O的比例（%）
释放的O2中18O的比例（%）
1
0.85
0.41
0.84
2
0.85
0.55
0.85
3
0.85
0.61
0.85
A.18O2是在小球藻叶绿体的类囊体薄膜上生成的
B．HCO
可为小球藻的光合作用提供碳元素
C．HCO
中18O的比例不同导致放氧速率不同
D．释放的O2中18O比例与水相近，推测O2中的氧原子来自水
10.某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时,进行了以下操作。
该同学的操作有误的是（ ）
A.将5g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中,加入无水乙醇后直接进行研磨
B.将预备好的滤纸条一端剪去两角,在距这一端1cm处用铅笔画一条横线
C.为增强实验效果,将滤液细线画粗些并进行多次重复
D.将滤纸条画有滤液细线的一端朝下,轻轻插入层析液中,让滤液细线浸入层析液
11.下图表示某植物光合作用与环境因素之间的关系,下列有关叙述不正确是（ ）
A.从图中可以看出影响光合作用的因素只有光照强度
B.A点的生理活动只有细胞呼吸,没有光合作用
C.B点光照强度下,植物无光合作用
D.C点光照强度下,影响光合作用的主要因素是光照强度
三、非选择题
12．阳生植物要求充分直射日光，才能生长或生长良好，阴生植物适宜生长在隐蔽（处于漫射光中，其较短波长的光占优势）环境中。
阳生植物和阴生植物的光合作用强度与光照强度的关系如图甲；叶绿体中色素的吸收光谱如图乙。
请分析回答下列问题：
（1）当光照强度为A时，阳生植物的实际光合作用强度为________（以CO2的固定量来表示）：
阴生植物光饱和点是________点。
（2）阳生植物和阴生植物适应的光照不同，这与它们的生理特性和形态结构特征不同有关。
据图甲推测，从叶绿体结构的角度分析：
在较低光照下阴生植物光合作用强度大于阳生植物的原因是__________________________________________________；结合图乙曲线特点，从叶绿素种类及相对含量的角度分析在较低光照下阴生植物光合作用强度大于阳生植物的原因是________________。
13.南通某中学生物兴趣小组进行了阳生植物和阴生植物叶片中叶绿素含量比较的实验，主要过程及结果如下。
请回答：
【实验材料】阳生植物：
美洲合欢、月季；阴生植物：
喜荫花、沿阶草。
【叶绿素含量测定原理】叶绿素a、叶绿素b的吸收光谱不同（如图1），叶绿素a、叶绿素b在红光区最大吸收峰的波长分别是665nm、649nm。
【主要实验步骤及结果】
步骤1 取四种材料的新鲜叶片、剪碎（避开主叶脉），各取0.1g碎叶片分别置于4支20mL的比色管中，加入15mL萃取液（丙酮∶酒精＝1∶1），避光浸泡24h，获得色素提取液。
步骤2 用分光光度计在665nm和649nm波长下分别测定色素提取液的吸光值，并根据吸光值计算叶绿素含量，结果如图2。
（1）步骤1中，萃取液的作用是________；“避光”的原因是___________________；
浸泡足够长时间（24h）的目的是______________________________________。
（2）据图1可知，叶绿素a、叶绿素b在蓝紫光区的最大吸收峰值比红光区高，但不选择蓝紫光区最大吸收峰的波长测定色素吸光值，其原因是_______________________________________________________。
（3）据实验结果可知，与阳生植物相比，阴生植物叶片中叶绿素a与叶绿素b的比值较________，结合图1从生物适应环境的角度分析，其意义是_______________________________________________________。
（4）若对月季进行适当遮光处理，其叶片中叶绿素含量会________，以适应弱光环境。
（5）测定叶片中叶绿素含量时，采用“剪碎→研磨→过滤”的方法获取色素提取液，会导致色素提取不充分，其原因可能是____________________________。
14.叶绿体是光合作用的场所。
下图是光合作用过程;下表是不同光照条件下某植物的部分生长指标。
图中的磷酸转运器是叶绿体膜上的重要蛋白质。
在有光条件下,磷酸转运器将①（卡尔文循环）产生的磷酸丙糖不断运至细胞质用于蔗糖合成,同时将释放的Pi运至叶绿体基质。
请回答:
光照强度
平均叶面积/cm-2
气孔密度/（个·mm-2）
净光合速率/（μmolCO2·m-2·s-1）
强
13.6（100%）
826（100%）
4.33（100%）
中
20.3（149%）
768（93%）
4.17（96%）
弱
28.4（209%）
752（91%）
3.87（89%）
注:
括号内的百分数以强光照的数据作为参照。
（1）图中物质b是 。
c进入叶绿体后,与 结合参加①（卡尔文循环）,该过程需要光反应提供的 。
（2）据上表分析,该植物“应对”弱光光照的生长“策略”有 、 。
（3）对强光下生长的该植物适度遮阴,持续观测叶色、叶面积和净光合速率。
这三个指标中,最先发生改变的是 。
（4）据图分析:
若磷酸转运器的活性受抑制,则①会被 ,可能的机制是磷酸转运器的活性受抑制,叶绿体内磷酸丙糖浓度 （选填“增加”或“减少”）,从叶绿体外转运进的磷酸减少使叶绿体内淀粉 。
15.增施CO2是提高温室植物产量的主要措施之一。
但有人发现,随着增施CO2时间的延长,植物光合作用逐渐减弱。
为探究其原因,研究者以黄瓜为材料进行实验,结果如下图所示。
请回答:
图1图2图3
（1）CO2进入叶绿体,被位于 的Rubisco酶催化,与 化合物结合而被固定。
（2）由图可知,常温+CO2处理组在超过29天后,净光合速率开始下降,直至低于常温处理组。
此阶段,常温+CO2组淀粉含量与光合速率的变化趋势 ,据此推测光合速率下降可能是由于淀粉积累过多。
叶绿体中淀粉的积累一方面会导致 膜结构被破坏而影响光反应;另一方面有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中,因此造成光
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