高考生物二轮专题复习讲义专题二 细胞的代谢.docx
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高考生物二轮专题复习讲义专题二细胞的代谢
第1讲 酶和ATP
考纲考频
考情分析
1.酶在代谢中的作用（Ⅱ）（2014·T5，2013·T9）
2．ATP在能量代谢中的作用（Ⅱ）
3．实验：
探究影响酶活性的因素（2013·T9）
1.趋势分析：
（1）酶的特性及影响因素常以曲线、图表形式或实验探究、分析评价形式进行考查。
（2）ATP部分命题频率低，多融合到代谢（或生理）过程中与其他知识点一起考查。
2．备考指南：
（1）复习时通过构建温度、pH和底物浓度对酶促反应速率影响的数学模型加深对酶特性的理解。
（2）联系细胞内稳定的能量供应系统复习ATP知识。
[答案]
RNA
催化作用
显著降低活化能
专一性
温度、pH
A—P～P～P
A
P
～
ADP＋Pi＋能量
细胞呼吸
直接能源物质
[链接思考]
1．酶与ATP在细胞内的合成场所有什么不同？
提示：
酶的合成场所是核糖体、细胞核，ATP的合成场所是细胞质基质、线粒体、叶绿体。
2．酶与ATP在细胞代谢中有怎样的联系？
提示：
在细胞合成代谢中需要与物质合成代谢有关的酶类，常需要ATP提供能量；在细胞分解代谢中需要与物质分解代谢有关的酶类，常伴随着ATP的合成；另外，ATP自身的合成与分解必须有酶的催化。
[真题自测]
判一判
（1）淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖和细胞中由氨基酸合成新的肽链都不需要ATP提供能量（2014江苏，14CD）（ ）
（2）乙醇在人体内的代谢过程如图：
乙醇
乙醛
乙酸―→CO2、H2O
由上图得乙醇转化为乙酸发生的氧化反应，均由同一种氧化酶催化（2014重庆，5A）（ ）
（3）酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物（2013全国Ⅱ，6D）（ ）
（4）利用水浴加热提高胡萝卜素的萃取效率，不涉及降低化学反应活化能（2013四川，4D）（ ）
（5）细胞中的内质网的膜不能合成ATP（2012北京，1C）（ ）
（6）高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性（2009重庆，1A）（ ）
（7）适宜光照下，叶绿体和线粒体合成的ATP都需要O2（2009上海，24A）（ ）
（8）人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等（2008天津，6①）（ ）
提示：
（1）×。
在适宜的温度、pH条件下、淀粉酶催化淀粉水解，此过程不需要消耗ATP提供的能量；氨基酸在核糖体上脱水缩合形成肽链需要消耗ATP提供的能量。
（2）×。
酶具有专一性，在乙醇转化为乙酸的代谢过程中至少经历两个步骤，需要不同的酶催化。
（3）√。
绝大多数酶的化学本质是蛋白质，酶在一些化学反应中可作为催化剂，而在另一些化学反应中，则可能作为底物被相关蛋白酶分解。
（4）√。
没发生化学反应，也无催化剂的使用。
（5）√。
内质网膜上不能产生ATP。
（6）×。
高温使酶的结构被破坏失去活性，低温使酶活性降低。
（7）×。
叶绿体合成ATP不需要O2，线粒体基质中进行的有氧呼吸第二阶段也不需要O2。
（8）×。
人在安静时只进行有氧呼吸，在剧烈运动时骨骼肌细胞可进行无氧呼吸来获得部分能量，而有氧呼吸与无氧呼吸消耗相同葡萄糖时产生ATP的量不相等。
命题点1 以曲线、实验为载体考查酶的作用和特性
下列关于酶的叙述，正确的是（多选）（ ）
A．用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体催化氨基酸的脱水缩合反应，如图1甲由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是蛋白酶（2014福建，1A改编）
B．滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率，涉及降低化学反应活化能的原理（2013四川，4C改编）
C．激素都是通过影响靶细胞内酶活性来调节细胞代谢（2013安徽，2A）
D．如图2表示酶活性与温度的关系，当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性下降（2009宁夏，2A改编）
E．查询资料得知，18℃时，在不同pH条件下大菱鲆（我国重要的海水经济鱼类）消化道各部位蛋白酶活性如图3。
由图可知，在各自最适pH下，三种蛋白酶催化效率最高的是幽门盲囊蛋白酶（2012福建，28改编）
[解析] 核糖体是由RNA和蛋白质组成的，用蛋白酶将其蛋白质除去后，处理后的核糖体仍可催化氨基酸发生脱水缩合反应，说明起催化作用的成分是RNA，A错误。
FeCl3起催化剂的作用，B正确。
激素不全是通过影响靶细胞内酶活性来调节细胞代谢的，有的激素可以直接调节某一代谢过程，C错误。
在没有使酶失活的范围内，酶活性可随温度的变化而变化，D错误。
从图3可知，三种蛋白酶在各自最适pH值下，幽门盲囊蛋白酶对应的酶活性值最大，所以催化效率最高，E正确。
[答案] BE
思维拓展
（1）加热和加催化剂都能使物质加快分解（如H2O2），其原理一样吗？
提示：
不一样。
前者是使H2O2分子得到能量，由常态变为容易分解的活跃态；而后者是降低了H2O2分解反应的活化能。
（2）下图表示酶的哪一作用特点？
提示：
专一性。
（3）在下面坐标图中绘出加入酶和加入无机催化剂的曲线。
提示：
（4）分析图1，分别在图2、图3的坐标系中绘出在适宜pH，33℃、35℃、37℃条件下的相应曲线。
图2 图3
提示：
图2 图3
（5）能否使用斐林试剂鉴定麦芽糖酶是否完成对麦芽糖的催化分解？
提示：
不能。
因为麦芽糖和其水解产物葡萄糖均为还原糖。
（6）与酶一样具有特异性的物质有哪些？
提示：
激素、抗体、tRNA、神经递质、淋巴因子等。
1．多种因素对酶促反应的影响
（1）分析甲图可知：
反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。
（2）分析乙图可知：
反应溶液中酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。
2．与酶活性相关的问题分析
（1）温度和pH是通过影响酶活性而影响酶促反应速率的。
（2）底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触而影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
（3）分析与酶有关曲线时首先要弄清横坐标、纵坐标表示的意义，其次再分析影响该曲线的因素有几个，一般情况下，曲线未达到饱和时，影响因素是横坐标的因素，达到饱和稳定状态后限制因素是除横坐标因素之外的其他因素。
猜想1 啤酒生产时，麦芽中多酚氧化酶（PPO）的作用会降低啤酒质量，因此，制备麦芽的过程中需降低其活性。
如图为不同pH和温度对PPO活性影响的曲线。
下列叙述错误的是（ ）
A．PPO能催化多酚类物质的生化反应
B．相同温度时，pH为7.8的环境下酶促反应产物比pH为8.4时的少
C．在制备麦芽的过程中应将反应条件控制在温度80℃、pH8.4
D．高于90℃，若PPO发生热变性，一定温度范围内温度越高变性越快
解析：
选C。
本题考查与酶特性有关的曲线分析。
PPO为多酚氧化酶，根据酶的专一性，可推知PPO能催化多酚类物质的生化反应。
根据图示，在相同温度下，pH为8.4的条件下PPO活性最高，故pH为7.8的环境下酶促反应产物比pH为8.4时的少。
由于麦芽中PPO的催化作用会降低啤酒质量，故制备麦芽的过程中PPO活性越低越好。
若PPO发生热变性，则在高于90℃时，随着温度的升高PPO变性越来越快。
[解题模板] 解答坐标曲线题的“三步曲”
命题点2 结合曲线、图表和新情景材料考查与酶相关的实验设计
某校生物兴趣小组通过完成“探究温度对酶活性的影响”这一实验获得如左下图所示的实验结果，图中显示，温度为T1和T2时，淀粉酶的活性相同。
为验证这一结论，他们又进一步设计了如下实验。
请分析并回答相关问题。
（1）实验步骤：
①取四支试管，编号为a、b、c、d，向a、b试管中各加入5mL质量分数为5%的淀粉溶液；向c、d试管中各加入2mL________溶液。
②将a、c试管和b、d试管分别置于温度为T1、T2的恒温水浴箱中保温10分钟。
③将c、d试管中的溶液分别加入a、b试管中，摇匀后继续在各自恒温水浴箱中保温10分钟。
④从a、b试管中取________溶液，分别倒入U形管（如图所示，已知溶液中的淀粉及其分解产物均不能通过U形管底部的半透膜）的A、B两侧，并标记液面的起始高度。
⑤一段时间后观察______________的变化。
（2）实验结果预测：
______________________________________________________。
（3）实验结论：
__________________________________________________________。
[解析] 本题主要考查设计实验要遵循的原则，如单一变量原则、对照原则和等量原则等。
①因a、b试管中已加入淀粉溶液，故c、d试管中应加入淀粉酶溶液。
④根据等量原则，从a、b试管中取的溶液量一定要相等。
⑤该实验的因变量为淀粉分解的量，可通过观察U形管两侧液面高度的变化来推出。
因溶液中的淀粉及其分解产物不能通过U形管底部的半透膜，淀粉分解得越多，溶液的物质的量浓度越大，吸水能力就越强，液面也会越高。
若实验结果为A、B两侧液面高度相同（或无变化），则证明当温度为T1、T2时，淀粉酶的活性相同。
[答案]
（1）①淀粉酶 ④等量 ⑤两侧液面高度
（2）A、B两侧液面高度无变化 （3）温度为T1、T2时淀粉酶的活性相同
思维拓展
（1）本实验的自变量是什么？
本实验需要控制的主要无关变量有哪些？
提示：
温度。
pH、淀粉溶液的量、淀粉酶溶液的浓度（任写两项）。
（2）若进一步探究上题中该淀粉酶的最适温度Tm，实验又该如何设计？
（写出大致思路）
提示：
在T1至T2间缩小温度梯度，设置多个实验观察反应物剩余量的变化。
（3）在探究酶的最适温度（最适pH）时，底物和酶应做怎样的处理后才混合，以使反应一开始便达到预设温度（pH）?
提示：
混合前，将底物与酶调到预设温度（pH）一段时间。
（4）下述曲线不正确的是（ ）
提示：
①。
低温时，酶的活性不为0，温度过高时，酶变性失活。
（5）分析下面的曲线，唾液淀粉酶最适温度是多少？
提示：
不低于35℃。
（6）将某一溶液pH直接由1升到8的过程中淀粉酶活性怎样变化？
原因是什么？
提示：
不变。
淀粉酶已经失去活性。
1．验证类
实验名称
实验组
对照组
实验组衡量标准
验证酶是RNA
待测酶液＋吡罗红染液
已知RNA液＋吡罗红染液
是否出现红色
验证酶具有催化作用
底物＋相应酶液
底物＋等量蒸馏水
底物是否被分解
验证酶的专一性
底物＋相应酶液
另一底物＋相同酶液或同一底物＋另一酶液
底物是否被分解
验证酶具有高效性
底物＋相应酶液
底物＋等量无机催化剂
底物分解速率
2.探究类——探究酶的最适温度或最适pH
（1）实验设计思路
（2）实验设计程序
猜想2 20世纪60年代后，医院开始用淀粉酶替代酸来分解淀粉。
如图所示为某同学探究不同pH条件下淀粉酶对淀粉的分解作用的实验结果。
据图分析，下列说法不正确的是（ ）
A．应先将各组试管溶液pH分别调到设定数值再混合
B．pH为3和9的两支试管中淀粉酶的活性相同
C．将pH为13的溶液调到pH为7后试管中淀粉含量基本不变
D．淀粉酶降低淀粉分解反应活化能的作用比酸更显著
解析：
选B。
探究不同pH条件对淀粉酶活性影响的实验操作中，应先将各组试管溶液pH分别调到设定数值，再加入淀粉酶。
根据图示，淀粉剩余量相对值越大，说明在此pH条件下酶活性越低。
pH为3和9的两支试管中虽然淀粉剩余量相同，但由于酸也能促进淀粉的分解，故其淀粉酶的活性不相同。
pH为13时淀粉基本没有被分解，且强碱能使酶变性失活，故调到pH为7后淀粉含量基本不变。
由于pH为7时淀粉酶的活性最大，故说明淀粉酶降低淀粉分解反应活化能的作用比酸更显著。
[解题模板] 实验分析类的一般解题思路方法
（1）从实验目的和实验材料入手，分析实验假设，并做出预期。
（2）总结概括实验原理，研究分清自变量与因变量，联系基本知识，在自变量与因变量之间建立关联。
（3）分析实验结果（现象）产生的原因，并由结果得出结论。
猜想3 下面是某同学所做的有关过氧化氢在不同条件下分解的验证性实验。
一、实验材料和用具：
新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、质量分数为3.5%的FeCl3溶液、新鲜的马铃薯泥、蒸馏水、酒精灯、温度计等。
二、实验步骤
步骤
试管编号
a
b
c
d
e
加入试剂
3%H2O2
2mL
3%H2O2
2mL
3%H2O2
2mL
3%H2O2
2mL
H2O
2mL
设置反应条件
常温
常温
常温
0℃
常温
蒸馏水
FeCl3溶液
肝脏研磨液
煮熟的肝脏研磨液
肝脏研磨液
剂量
2滴
2滴
2滴
2滴
2滴
观察气泡产生
请根据该实验回答下列问题。
（1）在上述实验中，产生气泡最多的试管是________号，原因是：
________________________________________________________________________。
（2）如果仅将上述实验条件由常温改为90℃水浴，重复实验，气泡产生最多的试管是________号。
（3）假如b、c两试管的实验现象均不明显，从所给的实验材料分析，原因可能是：
__________________________。
该同学设计e组的实验目的是：
________________________________________________________________________。
（4）假若a～d号的实验都是为了验证酶的某项特性而设置的对照，那么，实验组设置的不科学的是________号，主要违背了____________原则，应如何改进？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）假若要证明马铃薯中也含有过氧化氢酶，你的实验设计思路是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）由于酶在适宜条件下具有高效性，因此滴加新鲜肝脏研磨液的c试管产生气泡最多。
（2）90℃时酶活性丧失，加FeCl3溶液的b试管在高温下产生气泡最多。
（3）b、c两试管加了催化剂而实验现象却均不明显，从实验材料分析，可能是H2O2溶液放置时间过长而分解所致。
（4）d试管的设计存在两个变量，即温度和酶的活性，将0℃改成常温即可。
（5）要证明马铃薯中也含有过氧化氢酶，需再增设两组实验，处理方法参考c试管。
如果f试管（含马铃薯泥）产生大量气泡而经高温处理过的马铃薯泥产生的气泡很少，说明马铃薯中也含有过氧化氢酶。
答案：
（1）c 酶在适宜条件下具有高效性
（2）b （3）H2O2溶液因放置时间过长而分解 排除肝脏研磨液中其他物质对实验结果的影响（合理即可） （4）d 单一变量 将0℃改为常温 （5）再增设两组实验，分别编号为f、g，实验处理方法同c组，只是将滴加肝脏研磨液分别改为加入马铃薯泥和高温处理过的马铃薯泥（对g组设置可不作要求）
[解题模板] 对于验证、探究或评价性实验题，依照下列模板进行：
第一步，分析实验目的，确定自变量与因变量（检测指标）。
第二步，明确实验原理（新情景题的题干中会有提示，要注意提炼）。
第三步，准确书写实验步骤，注意遵循实验的对照原则、单一变量原则及科学性原则。
酶相关实验常常是用表格形式呈现实验步骤。
第四步，如果是选择题，要依据实验原理、实验原则、所学的生物知识进行综合分析，然后作出判断；如果是非选择题则应注意联系教材知识综合分析，以确定所填答案。
命题点3 结合细胞代谢考查ATP的结构、转化与利用
（2014·高考全国大纲卷）ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物，下列有关ATP的叙述，错误的是（ ）
A．线粒体合成的ATP可在细胞核中发挥作用
B．机体在运动时消耗ATP，睡眠时则不消耗ATP
C．在有氧与缺氧的条件下细胞质基质中都能形成ATP
D．植物根细胞吸收矿质元素离子所需的ATP来源于呼吸作用
[解析] A项，细胞核中无法进行呼吸作用，它所需要的ATP主要由细胞质中的线粒体提供。
B项，ATP是生命活动的直接能源物质，机体时刻都在消耗ATP。
C项，有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段均在细胞质基质中进行，均有ATP形成。
D项，根细胞吸收矿质元素离子主要是通过主动运输的方式进行的，其消耗的能量来源于呼吸作用产生的ATP。
[答案] B
思维拓展
（1）ATP在有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是什么？
提示：
腺苷。
（2）写出下列不同物质中“A”代表的含义
提示：
①ATP中的“A”为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成；②DNA分子中的“A”为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成；③RNA分子中的“A”为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成；④核苷酸中的“A”为腺嘌呤。
（3）静息电位状态下K＋外流，动作电位状态下，Na＋内流需要消耗ATP吗？
提示：
不消耗。
（4）研究发现，剧烈运动时肌细胞缺氧，葡萄糖消耗增加，但ATP的生成量没有明显增多，原因是什么？
提示：
肌肉细胞进行厌氧呼吸，合成的ATP少。
（5）心肌细胞与口腔上皮细胞相比，哪一细胞内ATP含量多？
提示：
二者含量基本相同。
（6）绘出生物细胞ATP产生量与氧气供给量之间的曲线图。
提示：
ATP与ADP转化发生的场所及相关生理过程
转化场所
ATP→ADP
ADP→ATP
细胞膜
葡萄糖、氨基酸、无机盐离子等物质的主动运输
否
细胞质基质
许多生化反应的进行消耗ATP
细胞呼吸产生ATP
叶绿体
暗反应消耗光反应产生的ATP
光反应产生ATP
线粒体
自身DNA复制等物质合成消耗ATP
有氧呼吸第二、三阶段产生ATP
核糖体
氨基酸合成蛋白质消耗ATP
否
高尔基体
植物细胞形成细胞壁，动物细胞形成分泌物等消耗ATP
否
内质网
有机物的合成、运输等消耗ATP
否
细胞核
DNA的复制、转录等消耗ATP
否
中心体
形成纺锤体，牵引染色体移动等消耗ATP
否
猜想4 （原创题）ATP是生命活动的直接能源物质，据图判断有关叙述错误的是（ ）
A．黑藻细胞内甲→ATP的过程不只发生在细胞质基质
B．乙中不含高能磷酸键，是RNA基本组成单位之一
C．丙中包括腺嘌呤和核糖，丁可用于某些脂质的合成
D．图2需ATP提供能量且需要经过图1所示的整个过程
解析：
选D。
由题图可知，甲为ADP，乙为AMP（腺嘌呤核糖核苷酸），丙为腺苷，丁为磷酸。
黑藻细胞内可以进行光合作用和呼吸作用，ADP→ATP的过程可能发生在细胞质基质（有氧呼吸第一阶段）、线粒体（有氧呼吸第二、三阶段）和叶绿体类囊体薄膜上（光合作用的光反应阶段），A项正确。
乙中无高能磷酸键，是RNA的基本组成单位之一，B项正确。
腺苷由腺嘌呤和核糖组成，磷酸可用于某些脂质的合成，如磷脂，C项正确。
ATP→ADP的过程为生命活动提供能量，D项错误。
[易错点拨] 解答ATP的结构与功能试题要注意的问题
（1）注意其结构特点，即含有两个高能磷酸键，且远离腺苷的那个容易断开。
（2）应注意动物和植物体内ATP的来源不同，前者主要通过细胞呼吸产生，场所是细胞质基质和线粒体；后者的形成途径包括细胞呼吸和光合作用的光反应阶段，场所包括细胞质基质、线粒体和叶绿体，光反应阶段产生的ATP仅用于光合作用的暗反应，其他生命活动所需能量由细胞呼吸来提供。
（3）“物质合成”如细胞分裂间期蛋白质的合成和DNA的复制、葡萄糖合成糖原、甘油和脂肪酸合成脂肪等，需要消耗ATP，但蛋白质在消化道内被消化为氨基酸的过程，不消耗ATP。
（4）“神经传导”在神经纤维上表现为动作电位，需要消耗ATP；在突触上，进行神经递质的合成与释放，需要消耗ATP。
猜想5 下列有关ATP的叙述中，不正确的是（ ）
A．ATP中的能量可以来源于光能或化学能
B．人体细胞合成ATP时不一定都需要氧气的参与
C．人体在紧张或愤怒状态下，细胞内产生ATP的速率大大超过产生ADP的速率
D．人体剧烈运动中，机体通过神经和体液调节，使细胞产生ATP的速率迅速增加
解析：
选C。
光合作用光反应阶段产生的ATP中的能量来源于光能，呼吸作用过程分解有机物释放出来的一部分能量储存于ATP中，A正确。
人体细胞呼吸的第一、二阶段或无氧呼吸产生ATP不需要氧气的参与，B正确。
在任何状态下，机体ATP的合成和分解都处于动态平衡状态，C错误。
剧烈运动时，机体通过神经和体液调节使有机物分解加快、ATP合成加快，D正确。
[易错点拨] 关于ATP与能量误区分析
（1）光能是生物体生命活动所需能量的根本来源，但不是直接能源物质。
（2）能量不能循环。
例如：
ATP与ADP的相互转化属于可逆反应的说法是错误的，因为在ATP与ADP的相互转化过程中，物质是可循环利用的，而能量是不可循环的。
（3）病毒等少数种类的微生物不能独立进行代谢活动，其生命活动所消耗能量来自宿主细胞的代谢。
若认为病毒不能进行代谢活动是不正确的。
（4）光能进入生物群落后，以化学能的形式储存于有机物中，以有机物为载体通过食物链流动。
（5）能量在生物群落中是单向流动，不能重复利用。
1．（2014·北京西城期末）细胞代谢中某种酶与其底物、产物的关系如下图所示，下列有关叙述不正确的是（ ）
A．酶1与产物B结合后失活，说明酶的功能由其空间结构决定
B．酶1的变构位点和活性位点的结构取决于特定的氨基酸序列
C．酶1有两种底物且能与产物B结合，因此酶1不具有专一性
D．酶1与产物B的相互作用可以防止细胞生产过多的产物A
解析：
选C。
分析题图可知，当产物B浓度过高时，可与酶1的变构位点结合，引起酶1空间结构发生改变，变性失活，说明酶的功能由其空间结构决定，也说明酶1与产物B的相互作用可防止细胞生产过多的产物A，A、D正确；酶1的变构位点和活性位点有着特定的氨基酸序列，B正确。
2．下列曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中能正确表示人体消化酶作用规律的是（ ）
A．Ⅰ和ⅢB．Ⅱ和Ⅲ
C．Ⅰ和ⅣD．Ⅱ和Ⅳ
解析：
选D。
人体内酶的最适温度接近正常体温（约37℃），故第一个坐标中能表示人体消化酶作用的是曲线Ⅱ。
第二个坐标中，酶含量为a作为参照，当在底物浓度较低时，反应速率的限制因素是底物浓度而不是酶含量，所以酶含量＜a时的曲线起始段应和酶含量为a时的曲线重合，排除曲线Ⅲ。
3．关于探究酶特性实验的叙述中，正确的是（ ）
A．若探究pH对过氧化氢酶活性的影响，可选择可溶性淀粉溶液为底物
B．若探究过氧化氢酶的高效性，可选择无机催化剂作为对照
C．若探究温度对淀粉酶活性的影响，可选择斐林试剂对实验结果进行检测
D．若用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究
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