第五讲 光合作用.docx
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第五讲光合作用
光合作用
考点一实验：
绿叶中色素的提取和分离
【实验理论】实验原理、步骤和现象
【方法透析】
1.绿叶中色素的提取和分离的实验操作分析
步骤
方法
原因
提取绿叶中的色素
①加入二氧化硅：
有助于研磨充分
②加入碳酸钙：
防止研磨中色素被破坏
③加入无水乙醇：
为了溶解、提取色素
将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的玻璃漏斗中过滤，滤液收集到试管中，及时用棉塞塞紧试管口
①单层尼龙布：
过滤叶脉及二氧化硅等
②试管口塞紧：
防止乙醇挥发
制备滤纸条
①干燥滤纸：
透性好、吸收滤液多
②剪去两角：
使层析液同步到达滤液细线
画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细而直的滤液细线，待干后再重复画一两次
①画得细而直：
防止色素带重叠而影响分离效果
②画两三次：
是为积累更多的色素，使分离后的色素带明显
分离绿叶中的色素
①层析液不能没及滤液细线，以防止色素溶解于层析液中而无法分离②烧杯加盖是为了防止层析液中成分挥发
观察与分析
2．绿叶中色素提取分离异常现象分析
（1）收集到的滤液绿色过浅的原因分析：
①未加石英砂（二氧化硅），研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素（叶绿素）太少。
③一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）。
④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：
①滤液细线不直。
②滤液细线过粗。
（3）滤纸条看不见色素带：
①忘记画滤液细线。
②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。
1.（2016·河南中原名校一模）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
2.（2016·广州模拟）某生物兴趣小组想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别，选择了新鲜菠菜的“绿叶”和“嫩黄叶”，做“绿叶中色素的提取和分离”实验。
实验结果如右图，下列判断正确的是（ ）
选项
组别
滤纸条
判断依据
A
绿叶组
甲
叶绿素a带和叶绿素b带较宽
B
嫩黄叶组
甲
叶绿素a带和叶绿素b带较宽
C
绿叶组
乙
上起的第一和第二条带较窄
D
嫩黄叶组
乙
上起的第一和第二条带较窄
3．（2016·河南模拟）下列对提取光合色素、进行纸层析分离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．叶黄素排在滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高
考点二光合作用的过程
1.比较光反应与暗反应
比较项目
光反应
暗反应
实质
光能转换为化学能，并放出O2
同化CO2形成有机物（酶促反应）
时间
短促，以微秒计
较缓慢
条件
色素、光、酶、水、ADP、Pi
多种酶、ATP、[H]、CO2、C5
场所
叶绿体内的类囊体薄膜
叶绿体基质
物质
转化
（1）水的光解：
2H2O
4[H]＋O2；
（2）ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量
ATP
（1）CO2的固定：
CO2＋C5
2C3；
（2）C3的还原：
能量
转化
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
关系
2.同位素标记元素转移途径：
H：
3H2O
[3H]
（C3H2O）C：
14CO2
14C3
（14CH2O）
O：
.
3．光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及（CH2O）含量的影响
条件
C3
C5
[H]和ATP
（CH2O）合成量
模型分析
光照强度由强到弱，CO2供应不变
增加
减少
减少或没有
减少
光照强度由弱到强，CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
光照不变，CO2量由充足到不足
减少
增加
增加
减少
光照不变，CO2量由不足到充足
增加
减少
减少
增加
（1）以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。
（2）以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量的变化是一致的。
考向预测1.光合作用的探究历程的有关实验
4.（2016·西安调研）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发生能量转化的假说。
以下科学实验能证明这一假说的是（ ）
A．英格豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验B．恩格尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光的实验
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于水的实验
【题后感悟】
（1）普利斯特利实验：
缺乏对照实验，实验结果说服力不强。
应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于含同一种但却死亡的植物的玻璃罩内，作为空白对照。
普利斯特利没有认识到光在植物更新空气中的作用。
（2）萨克斯实验：
①对照类型为自身对照，自变量为光的有无，因变量为颜色变化（有无淀粉生成），实验组是遮光处理组，对照组为曝光处理组。
②该实验的关键是要进行饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强实验的说服力。
（3）恩格尔曼试验：
①将临时装片放在黑暗和无空气的环境中是为了排除环境中O2的影响。
②设置细光和好氧菌的好处：
能够准确判断出水绵细胞中产生氧气的部位。
（4）鲁宾和卡门实验:
①应用同位素标记法追踪CO2和H2O中的O元素在光合作用中转移途径。
②此实验设置了对照，自变量是标记物质H218O2即和C18O2，因变量是释放的O2有无放射性。
考向预测2.考查中色素的种类和功能
5．（2016·大余联考）下图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。
据图判断，以下说法不正确的是（ ）
A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光
B．用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C．由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中C3的量增加
D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470nm波长的光的利用量显著减少
考向预测3.考查光合作用的过程
6.（2016·沈阳模拟）如图表示高等植物体内光合作用和呼吸作用的部分代谢途径，下列有关叙述中不正确的是
A．叶肉细胞中，只要线粒体消耗O2，光合作用就不缺少ATP和CO2
B．过程②需要ATP，过程①③④产生ATP
C．对于正常光合作用的叶片，如果突然降低光照强度，过程①②都会减弱
D．叶肉细胞的线粒体、叶绿体和细胞质基质中都含有与合成ATP有关的酶
考向预测4.光照、CO2浓度变化与C3、C5、[H]（NADPH）和ATP变化的关系
7.（2016天津高考）在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。
下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是
A.红光，ATP下降B.红光，未被还原的C3上升
B.绿光，[H]下降D.绿光，C5上升
8.（2017届广东省中山市第一中学高三上学期第一次统测）下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。
下列分析正确的是（ ）
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中[H]和ATP的积累
D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
【题后技法】借助图解突破物质变化分析
借助光合作用过程图解，很容易弄清影响光合作用的因素有哪些，是如何影响的，这些问题可以借助简化了的光合作用过程图解来分析：
环境条件变化后，短时间内物质量的即时变化分析（我们把光反应和暗反应比作咬合在一起的齿轮，二者在②③处联动，故②③的即时变化一致）：
光照增强时→①加快→ATP和[H]的量增加→②③加快→C3消耗量增加、C5生成量增加（即时变化分析至此，④速率暂时不变，一小段时间后将加快）。
规律Ⅰ 反应速率变化情况分析：
光照变化从左端入手，按①→②③分析，④暂时不变；CO2浓度变化从右端入手，按④→②③分析，①暂时不变。
这是很短时间内的变化，快则均快，慢则均慢；最终四个反应速率的变化保持一致。
规律Ⅱ 物质量变化分析：
ATP、[H]和C5量的变化一致，C3量的变化与C5量的变化相反。
光照强度变化从ATP、[H]量的变化切入，CO2浓度变化从C3量的变化切入。
例如：
光照强度不变，停止CO2供应→C3的量减少→ATP、[H]的量增加→C5的量增加。
考点二环境因素对光合作用的影响及在农业生产上的应用
1．探究单因子对光合作用速率的影响
（1）据图解读光照强度对光合作用强度的影响
A点：
光照强度为0，只进行细胞呼吸；
AB段：
光合作用强度小于细胞呼吸强度；
B点：
光补偿点（光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度）；
BC段：
光合作用强度大于细胞呼吸强度；
C点：
光饱和点（光照强度达到C点后，光合作用强度不再随光照强度增强而增强）。
（2）据图解读CO2浓度对光合作用强度的影响
A点：
CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；
A′点：
表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；
B和B′点：
CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加。
（3）据图解读温度对光合作用强度的影响
光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。
一般植物在10～35℃下正常进行光合作用，其中AB段（10～35℃）随温度的升高而逐渐加强，B点（35℃）以上由于光合酶活性下降，光合作用开始下降，50℃左右光合作用停止。
2．探究多种因子对光合作用的影响
P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。
当到Q点时，横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图示中的其他因子。
3．光合作用坐标图中关键点移动分析
如图1是光照强度对某一植物光合作用强度的影响，适当改变CO2浓度，则会引起关键点的移动：
适当提高CO2浓度，呼吸作用不变，光合作用增强，对光合作用有利，A点的光合作用强度等于呼吸作用强度，此点为光的补偿点，要维持两者相等，则不需要那么高的光照强度，故A点左移；B点是光合作用强度达到最大值所需的最低的光照强度，此点为光的饱和点，此时该植物需要更大的光照才能达到饱和，故B点右移；C点为光合作用最强的点，同时该植物需要更大的光照强度才能达到饱和，故C点右上移；反之，当适当降低CO2浓度时，则情况相反。
（1）模型构建
通过观察发现在图1中存在着这样的变化：
适当提高CO2浓度时，A点左移、B点右移和C点右上移，A、B、C三点围成的三角形膨胀变大；适当降低CO2浓度时，A点右移、B点左移和C点左下移，A、B、C三点围成的三角形变小如图2。
若图1所示内容为CO2浓度对某一植物光合作用强度的影响，当改变光照强度时，关键点的移动同上，即适当提高光照强度时，A点左移、B点右移和C点右上移，A、B、C三点围成的三角形膨胀变大；适当降低光照强度时，A点右移、B点左移和C点左下移，A、B、C三点围成的三角形皱缩变小。
该规律在此类型题中普遍存在。
（2）观点呈现
①在有关光合作用的坐标图中，若某条件的改变使光合作用强度与呼吸作用强度的差值增大，即条件的改变有利于光合作用，则A、B、C三点围成的三角形表现出膨胀变大的趋势，即A点左移、B点右移和C点右上移，如适当提高CO2浓度、适当提高光照强度。
②若某条件的改变使光合作用强度与呼吸作用强度的差值减小，即条件的改变不利于光合作用，则A、B、C三点围成的三角形表现出皱缩变小的趋势，即A点右移、B点左移和C点左下移。
如适当降低CO2浓度、适当降低光照强度。
考向预测1影响光合作用的单一环境因素
9.（2017届江苏省泰州中学高三上学期摸底）两棵基本相同的植物，分别置于透明的玻璃罩内，如图甲、乙所示，在相同自然条件下，测得一昼夜中植物O2释放速率分别如图丙、丁曲线所示。
下列说法正确的是（ ）
A．ab段和cd段，曲线下降的原因相同
B．e点时，气孔关闭导致光合作用基本停止
C．一昼夜中，装置乙的植物积累的有机物多
D．14点时，装置甲的植物叶绿体中C3含量相对较高
【题后感悟】关于环境因素影响光合速率的两点提醒
（1）温度改变对光合作用的影响：
当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
（2）CO2浓度对光合作用的影响：
CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用。
考向预测2多因子变量对光合作用的影响
10.（2016四川高考）三倍体西瓜由于含糖量高且无籽，备受人们青睐。
下图是三倍体西瓜叶片净光合速率（以CO2吸收速率表示）与胞间CO2浓度（Ci）的日变化曲线，以下分析正确的是
A．
与11:
00时相比，13:
00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B．14:
00后叶片的Pn下降，导致植株积累有机物的量开始减少
C．17:
00后叶片的Ci快速上升，导致叶片暗反应速率远高于光反应速率
D.叶片的Pn先后两次下降，主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度
11.（2016海南高中联考）下面为几种环境因素对植物光合作用影响的关系图，有关描述错误的是
A．图1中，若光照强度适当增强至最适状态，A点左移，B点右移
B．图2中，若CO2浓度适当增大至最适状态，A点左移，B点右移
C．图3中，A点与B点相比，A点时叶绿体中C3含量相对较多
D．图4中，当温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
考向预测3以实验分析的形式，考查影响光合作用的环境因素
12.（2016·烟台模拟）为了探讨某种植物的一些生理特性，科研人员做了一系列的相关实验。
下图是在不同光照条件下测定的其光合速率变化情况。
请分析回答：
（1）从图中a～b段可以看出，限制叶片光合速率的主要环境因素是________。
若其他条件不变，对叶绿素而言，有效辐射的光主要是________。
（2）图中c～d对应时段，植物体内有机物总量的变化情况是________，i点时叶肉细胞内合成[H]的场所有________。
（3）经测定，晴天遮光条件下该植物的CO2释放速率为0.6μmol/（m2·s），则g点时该植物O2产生速率为________μmol/（m2·s）。
（4）每分子叶绿素含有一个Mg2＋，可被H＋、Cu2＋等置换。
在用该植物的绿叶做“色素的分离与提取”实验时，滤液用5%的HCl处理一段时间后，其颜色与研磨时未加________的颜色相似，呈黄褐色。
实验室常用含Cu2＋的试剂处理叶片，可形成铜代叶绿素能长时间保持叶片标本的绿色，其原因可能是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
课后练习
1.（2016·安徽淮北二模）下列有关叶绿体的描述，正确的是（ ）
A.叶肉细胞中的叶绿体在光下和黑暗中均可生成ATPB.经黑暗处理后叶肉细胞内淀粉等被输出消耗，此时叶绿体内不含糖类
C.叶绿体中含有RNA聚合酶，体现了细胞内基因的选择性表达D.叶绿体产生O2和线粒体产生H2O均在生物膜上进行
2.（2017届湖南师大附中高三月考）下列关于光合作用的描述中，正确的是（ ）
A.黑暗情况下叶肉细胞内无ATP产生
B.叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的各种色素
C.光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的
D.光合作用强烈时，暗反应过程直接将3个CO2分子合成一个三碳化合物
3.（2016大连模拟）番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是（ ）
A.光反应强度升高，暗反应强度降低B.光反应强度降低，暗反应强度降低
C.光反应强度不变，暗反应强度降低D.光反应强度降低，暗反应强度不变
4.（2016·黄冈模拟）某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。
将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从上至下），与正常叶片相比，实验结果是（ ）
A.光吸收差异显著，色素带缺第2条B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C.光吸收差异显著，色素带缺第3条D.光吸收差异不显著，色素带缺第3条
5.（2016·广州质检）下图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，下列有关叙述正确的是（ ）
A.两实验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有的淀粉
B.两实验均需要光的照射
C.两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照
D.两实验均可证明光合作用的产物有氧气
6．（2017届南宁模拟）某地区天气晴朗时，中午12时的光照最强烈，测得大田小麦植株上部叶片光合作用在上午11时左右速率最高，而下部叶片光合作用在中午12时左右速率最高。
以下对限制小麦光合作用的主要外部因素的分析，不正确的是（ ）
A．11时之前，光照是全部叶片的限制因素B．11时至12时之间，上部叶片的限制因素是光照，下部的是二氧化碳
C．12时之后，光照将成为下部叶片的限制因素D．12时，上部叶片的限制因素是二氧化碳
7.（2017届山东省高三10月月考）光呼吸是指绿色植物在光照情况下，吸收O2而释放CO2的过程。
如下图所示为高浓度CO2环境中正常光合作用与高浓度O2环境中光呼吸的简要过程。
下列叙述正确的是（ ）
A.图中羧化反应和加氧反应的场所分别是叶绿体基质和细胞质基质
B.光呼吸发生的条件有光照、高氧和低CO2等
C.光呼吸与光合作用的中间产物都有C3和C2
D.光呼吸能够产生CO2，而高浓度的CO2反过来抑制光呼吸，这是正反馈调节
8.（2016·郑州模拟）有人把玉米和向日葵的叶片从植株上切下后，分别放在保持高湿度、充足光照的容器内（保持叶片的生活状态），叶片的含水量由于蒸腾作用而逐渐减少，然后测定叶片在水分亏缺情况下的相对光合作用强度，结果如下图所示。
据图分析，水分亏缺对光合作用产生影响的原因最可能是（ ）
A.水分亏缺直接影响植物的光合作用
B.水分亏缺对不同植物光合作用的影响程度和影响方式不同
C.水分亏缺影响光合作用是因为水分是光合作用的原料之一
D.水分亏缺影响光合作用主要是通过影响CO2进入叶内而起作用的
9.（2016北京高考）在正常与遮光条件下向不同发育时期的豌豆植株供应14CO2，48h后测定植株营养器官和生殖器官中14C的量。
两类器官各自所含14C量占植株14C总量的比例如图所示。
与本实验相关的错误叙述是
A.14CO2进入叶肉细胞的叶绿体基质后被转化为光合产物
B.生殖器官发育早期，光合产物大部分被分配到营养器官
C.遮光70%条件下，分配到生殖器官和营养器官中的光合产物量始终接近
D.实验研究了光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响
10.（2016·东城模拟）科研人员为研究枇杷植株在不同天气条件下的光合特征，对其净光合速率和气孔导度进行了测定，结果如图所示。
下列有关叙述不正确的是（ ）
A．阴天时净光合速率下降的时间与气孔导度的下降时间不一致
B．晴天时出现“午休”现象与气孔关闭引起的CO2浓度下降有关
C．两种条件下枇杷净光合速率峰值出现的早晚均与光照强度无关
D．实验结果显示枇杷植株适合种植在光线弱的荫蔽环境中
11.（2016·福州一模）为研究光反应中ATP产生的原理，有科学家进行如下实验：
将叶绿体类囊体置于pH为4的琥珀酸溶液后，琥珀酸进入类囊体腔，腔内的pH下降为4；然后把悬浮液的pH迅速上升为8，此时类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，对实验条件和结论分析正确的是（ ）
A．黑暗中进行，结果表明：
H＋能通过自由扩散进出类囊体薄膜
B．光照下进行，结果支持：
合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能
C．黑暗中进行，结果支持：
光反应使类囊体内外产生H＋浓度差，推动ATP合成
D．光照下进行，结果表明：
光反应产生的[H]参与暗反应中三碳化合物的还原
12.（2017届湖南省岳阳市岳阳一中高三测试）图中甲表示某种植物光合作用强度与光照强度的关系，乙表示该植物叶肉细胞的部分结构（图中M和N代表两种气体）．据图判断，下列说法错误的是（注：
不考虑无氧呼吸）（ ）
A．甲图中的纵坐标数值即为乙图中的m3或m2
B．在甲图中的a点时，乙图中不存在的过程是m3、m4、n3、n4
C．在甲图中c点时，乙图中不存在的过程是m2、m3、n2、n3
D．甲图中e点以后，乙图中n4不再增加，其主要原因是m1值太低
13.（2016·姜堰模拟）在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，某同学按下表中的方法步骤进行了实验。
步骤
具体操作
①剪碎叶片
称取适量____________（选“新鲜”或“放置三天”）菠菜叶，剪碎，放入研钵中
②充分研磨
向研钵中放入少许二氧化硅和____________，再加入适量无水乙醇，然后迅速、充分地研磨
③迅速过滤
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗且漏斗基部放________（选“滤纸”或“脱脂棉”）进行过滤；将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞紧
④制备滤纸条
将干燥的定性滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，并在距这一端1cm处用铅笔画一条细的横线
⑤画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线；重复画若干次，每次待滤液干后再画
⑥分离色素
将适量层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中（注意：
不能让滤液细线触及层析液），随后用棉塞塞紧试管口
⑦观察与记录
观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色；将观察结果记录下来
请分析回答：
（1）请填写上述实验操作中的三处空格。
（2）步骤②中无水乙醇的作用是__________________________________________。
（3）按照上表中方法步骤进行实验操作，该同学收集到的滤液呈________色（填“深绿”“浅绿”或“黄绿”）。
（4）若将提取的天然叶绿素用作食品添加剂，根据你所学的叶绿素化学性质分析，天然叶绿素不能添加在________（填“酸性”“碱性”或“中性”）食品中。
（5）层析后滤纸条上的色素带，自上而下依次为：
橙黄色的____________；黄色的____________；蓝绿色的________和黄绿色的________。
14．（2017届湖北省百校大联盟高三上学期10月联考）景天科植物瓦松的气孔能在夜间打开
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