人教版生物选修一练习专题4 课题3 酵母细胞的固定化.docx
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人教版生物选修一练习专题4课题3酵母细胞的固定化
课题3 酵母细胞的固定化
题型一 固定化酶的特点及应用
1．下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法正确的是（ ）
A．高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶
B．在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异物的进入
C．将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖从反应柱下端流出
D．固定化酶技术复杂，成本较高
[答案] C
[解析] 生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应液却可以自由出入，A、B错误；生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化酶接触，转化成果糖，从反应柱下端流出，反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，而且操作简单，C正确，D错误。
2．固定化酶的优点是（ ）
A．有利于提高酶活性 B．有利于产物的纯化
C．有利于提高反应速度 D．有利于酶发挥作用
[答案] B
[解析] 固定化酶的制作目的是降低生产成本。
一是能够顺利地从发酵产物中把酶分离出来，二是使酶反复利用。
酶的固定化对酶的活性的提高、酶作用的发挥、反应速度的提高，并没有多大作用。
3．关于固定化酶中的酶说法，正确的是（ ）
A．酶的种类多样，可催化一系列的酶促反应
B．酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用
C．酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去
D．固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点
[答案] B
[解析] 酶的种类具有多样性，但固定化酶中的酶只有一种，一种酶只能催化一种或一类反应，A错误；固定化酶中的酶被固定在不溶于水的载体上，可以反复利用，但不可以永久利用，B正确，C错误；固定化酶仍具有高效性和专一性，D错误。
题型二 固定化酶和固定化细胞技术
4．下列有关固定化酶和固定化细胞的说法，正确的是（ ）
A．酶对低温、强酸、强碱非常敏感，容易失活
B．某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应
C．固定化酶和固定化细胞都能永久使用
D．固定化酶固定时可能会造成酶的损伤而影响活性
[答案] D
[解析] 低温条件会使酶的活性降低，但不会使其失活，A错误；固定化酶不能催化一系列的生化反应，B错误；固定化酶和固定化细胞并不能永久利用，C错误。
5．相对固定化酶而言，固定化细胞对酶的活性影响较小，根本原因是（ ）
A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程
B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用
C．催化反应结束后，能被吸收和重复利用
D．细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用
[答案] D
[解析] 固定化细胞维持了细胞结构的完整性，为酶充分地发挥作用提供了稳定的环境。
6．下列不属于酶的固定方式的是（ ）
A．将酶包埋在细微网格中
B．将酶相互连接起来
C．将酶吸附在载体表面
D．将酶加上糖衣做成胶囊
[答案] D
[解析] 将酶包埋在细微网格中即酶固定方式中的包埋法，A正确；将酶相互连接起来即酶固定方式中的化学结合法，B正确；将酶吸附在载体表面即酶固定方式中的物理吸附法，C正确；将酶加上糖衣只不过是为了防止胃液里的胃蛋白酶消化酶制剂的方法，并不是酶固定的方法，D错误。
7．固定化细胞常用包埋法固定化，原因是（ ）
A．包埋法固定化操作最简便
B．包埋法对酶活性的影响最小
C．包埋法固定化具有普遍性
D．细胞体积大，难以被吸附或结合
[答案] D
[解析] 由于细胞体积大，难以被吸附或结合，常用包埋法固定化。
8．固定化酶技术与固定化细胞技术的关系是（ ）
A．固定化酶技术是固定化细胞技术的基础
B．固定化细胞技术是固定化酶技术的基础
C．固定化酶技术与固定化细胞技术是同时发展起来的
D．固定化细胞技术先于固定化酶技术
[答案] A
[解析] 固定化细胞技术是继固定化酶技术之后，建立在固定化酶技术基础之上的新技术。
9．下列关于固定化酶和固定化细胞所用的方法的说法中，正确的是（ ）
A．物理吸附法的优点是操作简单，吸附牢固
B．包埋法的优点是操作复杂，条件温和，对细胞无毒性
C．物理吸附法容易对酶活性产生影响
D．凝胶包埋法常用的凝胶种类有琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、明胶和聚丙烯酰胺等
[答案] D
[解析] 酶和细胞的固定化常用的方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法。
物理吸附法的主要优点是操作简单、对酶活性的影响较小，但由于酶或细胞与载体的作用力小，吸附不牢固，容易脱落，A、C错误；包埋法操作简单，条件温和，对细胞无毒性，B错误；凝胶包埋法中常用的凝胶种类有琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、明胶和聚丙烯酰胺等，D正确。
题型三 固定化酵母细胞的制备过程
10．下图中甲表示制备固定化酵母细胞的有关操作，乙是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。
下列叙述正确的是（ ）
A．刚溶化的海藻酸钠应迅速与已活化的酵母菌混合制备混合液
B．图甲中X溶液为蒸馏水，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠
C．图乙中搅拌的目的是使培养液与酵母菌充分接触并增加溶氧量
D．图甲中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到乙装置中
[答案] D
[解析] 刚溶化的海藻酸钠应冷却至室温再与已活化的酵母菌混合，A错误；图甲中X溶液为氯化钙溶液，B错误；酒精发酵过程中不需增加溶氧量，图乙中搅拌的目的是使培养液与酵母菌充分接触，C错误；制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤（去除残留的CaCl2）后，再转移到图乙装置进行发酵，D正确。
11．下列有关酵母细胞固定化实验操作目的及结果分析，错误的是（ ）
A．干酵母细胞需置于蒸馏水中活化，是因为干酵母细胞中自由水含量低、代谢速率慢
B．配制海藻酸钠溶液时需要小火或间断加热，以防海藻酸钠焦糊
C．向CaCl2溶液中滴加海藻酸钠与酵母细胞混合液时要快速，防止凝固
D．质量合格的凝胶珠应该是富有弹性、不易破裂、内部无液体流出、稍带黄色
[答案] C
[解析] 干酵母细胞中自由水含量低、代谢速率慢，需置于蒸馏水中活化，A正确；配制海藻酸钠溶液时需要小火或间断加热，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊，B正确；向CaCl2溶液中滴加海藻酸钠与酵母细胞混合液时要匀速缓慢地滴加，C错误；质量合格的凝胶珠应该是富有弹性、不易破裂、内部无液体流出、稍带黄色，D正确。
12．在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl2溶液的作用是（ ）
A．用于调节溶液pH
B．用于进行离子交换
C．用于胶体聚沉
D．用于为酵母菌提供Ca2＋
[答案] C
[解析] 海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质溶液的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，其作用机理是由于盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引，形成更大的胶体颗粒，类似于人体红细胞与凝集素之间的凝集反应。
13．某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。
（1）酵母细胞的固定采用的方法是________。
（2）请完善该实验小组的同学制备固定化酵母细胞过程的步骤：
①配制氯化钙溶液时应用蒸馏水。
②海藻酸钠溶液应用____________加热。
③海藻酸钠溶液必须____________才能加入酵母细胞。
④注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入____________中形成________。
（3）该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。
①为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程中，一定要在________条件下进行。
②加入反应液后的操作是关闭____________________________________。
③装置的长导管起到什么作用？
____________________________________。
[答案]
（1）包埋法
（2）②小火或间断 ③冷却至室温 ④CaCl2溶液 凝胶珠
（3）①无菌 ②活塞1和活塞2 ③释放CO2，防止空气中微生物的污染
[解析]
（1）由于细胞相对于酶来说更大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法。
（2）②配制海藻酸钠溶液：
小火或间断加热、定容，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。
③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：
冷却后再混合，注意混合均匀，不要进入气泡。
④注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入氯化钙溶液中形成凝胶珠。
（3）①为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，实验过程中，一定要在无菌条件下进行。
②加入反应液后为了在无氧条件下进行酒精发酵，应关闭活塞1和活塞2。
③装置的长导管起到释放CO2，减小反应柱内压力并可防止空气中微生物污染的作用。
14．如图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。
请回答下列问题。
（1）图1中X溶液为_________，其作用是使___________________________。
（2）图1中制备的凝胶珠用________洗涤后才能转移到图2装置中。
图2发酵过程中搅拌的目的是__________________________。
（3）在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中，加热溶解海藻酸钠时需注意______________加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液______________后，加入酵母菌充分搅拌混合均匀。
（4）研究发现，固定化程度强的凝胶颗粒发酵效果好，且稳定性高、使用寿命长。
某机构利用上述装置，将2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别用2%、3%、4%的X溶液进行凝胶化处理，所得到的固定化凝胶颗粒的强度及在28℃下发酵48h后的酒精产量见表：
海藻酸钠（%）
2
2.5
3
2
2.5
3
2
2.5
3
X溶液（%）
2
2
2
3
3
3
4
4
4
固定化强度
（g/30个）
930
950
990
1030
1100
1140
1170
1170
1160
酒精量（%）
6.7
6.5
6.5
6.7
6.4
6.2
6.7
6.4
6.3
可以看出，随着X溶液浓度的增加，______________增加；凝胶固定化效果较好的海藻酸钠与X溶液的浓度分别是________、________。
[答案]
（1）CaCl2溶液 海藻酸钠形成凝胶珠
（2）蒸馏水 使培养液与酵母菌充分接触
（3）用小火或间断 冷却至室温
（4）固定化强度 2% 4%
[解析]
（1）混合液加入CaCl2溶液进行固定化酵母细胞，CaCl2的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠。
（2）制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤（去除残留的CaCl2）后再转移到图2装置中进行发酵。
发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母菌充分接触，以利于发酵过程的顺利进行。
（3）配制海藻酸钠溶液时要用小火或间断加热，直到溶化为止，将溶化后的海藻酸钠溶液冷却至室温再加入活化后的酵母细胞，以保证酵母细胞的活性。
（4）由图表可看出，随着CaCl2溶液浓度的增加，酵母细胞的固定化强度增加，固定化强度和酒精产量都较大的海藻酸钠与X溶液浓度分别是2%、4%。
1．用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时发现无酒精产生，原因不可能是（ ）
A．实验瓶盖了塞子
B．瓶内氧气充足，进行了有氧呼吸
C．固定化酵母细胞内可能没有酵母细胞
D．所谓的葡萄糖液可能是其他物质
[答案] A
[解析] 利用酵母菌进行发酵无酒精产生，因此，可以认为是酵母菌没有进行无氧呼吸，即可能是氧气充足，也可能是缺少原料，但不可能是瓶口被密封了，如果密封，酵母菌会进行无氧呼吸，利用葡萄糖生成酒精。
2．下列有关固定化酶和固定化细胞的说法，不正确的是（ ）
A．与普通酶相同，固定化酶活性的发挥也需适宜的温度和pH
B．固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH，还需营养物质的供应
C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都在细胞外起作用
D．固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的活性可能会下降
[答案] C
[解析] 普通酶和固定化酶活性的发挥都需适宜的温度和pH，A正确；固定化细胞固定的是活细胞，为了保证其生活的需要，应为其提供适宜的温度、pH以及一定的营养物质，B正确；固定化酶在细胞外发挥作用，固定化细胞中的部分酶在细胞内发挥作用，也有部分酶在细胞外发挥作用，C错误；固定化酶和固定化细胞均能反复使用，但酶的活性可能会随反应次数的增加而下降，D正确。
3．如图所示的固定化方式中，适宜固定化酶的方式是（ ）
A．①②③ B．①② C．②③ D．①③
[答案] D
[解析] 据图分析，①表示化学结合法，②表示包埋法，③表示物理吸附法。
由于酶分子较小，不宜用包埋法，可用化学结合法和物理吸附法固定化。
4．酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛地应用于各个领域，下列有关叙述错误的是（ ）
A．90℃高温会使Taq酶失去催化活性
B．制备固定化酶的方法主要有包埋法、化学结合法和物理吸附法等
C．固定化酶固定时可能会造成酶的损伤而影响活性
D．固定化细胞可以催化一系列酶促反应
[答案] A
[解析] Taq酶是从一种水生栖热菌株中分离提取的，具有耐高温的特性，在95℃仍具有酶活性，A错误；固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法，B正确；固定化细胞可以固定一系列酶，因此能催化一系列酶促反应，D正确。
5．下列有关制备固定化酵母细胞的说法错误的是（ ）
A．可根据凝胶珠的颜色和形状检测凝胶珠的质量
B．要将酵母细胞活化处理
C．制成的凝胶珠上不能出现小孔
D．配制的海藻酸钠浓度是本实验的关键
[答案] C
[解析] 制备固定化酵母细胞时，将悬浮有酵母细胞的海藻酸钠溶液滴进CaCl2溶液中，酵母细胞被包埋在凝胶的小孔中，制成固定化酵母细胞。
6．如图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞的实验结果，出现此结果的原因不可能有（ ）
A．海藻酸钠溶液浓度过高
B．酵母细胞已经死亡
C．注射器中的溶液推进速度过快
D．注射器距离CaCl2溶液液面太近
[答案] B
[解析] 图中凝胶珠不成球形，可能的原因是海藻酸钠溶液浓度过高导致的，也可能是注射器距离CaCl2溶液液面太近或注射器中的溶液推进速度过快导致的，但是从图中无法看出酵母细胞的死活。
7．固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。
科研人员用海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。
甲、乙、丙图所示为部分研究结果。
下列有关叙述错误的是（ ）
A．由甲图可知，固定化酯酶比游离酯酶对温度变化的适应性强
B．由乙图可知，浓度约为3%的海藻酸钠包埋效果最好
C．由丙图可知，固定化酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使用则酶活力明显下降
D．固定化酶的活力较高，主要原因是增加了酶与底物的接触面积
[答案] D
[解析] 据甲图可知，当温度变化时，游离酯酶的活力比固定化酯酶变化明显，说明固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强且应用范围更广，A正确；由乙图可知，浓度约为3%的海藻酸钠包埋效果最好，B正确；由丙图可知，固定化酯酶重复使用3次后，若继续使用则酶活力明显下降，C正确；酶用海藻酸钠固定后，降低了酶与底物的接触面积，D错误。
8．下列有关固定化酵母细胞制备步骤，不恰当的是（ ）
A．应使干酵母与蒸馏水混合并搅拌，以利于酵母细胞的活化
B．溶解海藻酸钠，最好采用持续加热的方法
C．如果海藻酸钠溶液浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目会较少
D．将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液中，会观察到CaCl2溶液中有凝胶珠形成
[答案] B
[解析] 溶解海藻酸钠，最好采用小火或间断加热的方法，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊，B错误。
9．利用酶生产高果糖浆：
用α－淀粉酶将玉米粉水解生成单糖，再用糖化酶处理产生95%～97%的葡萄糖溶液。
葡萄糖的甜度比蔗糖低得多，但利用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构化转变成果糖，就可以解决这一问题。
把通过α－淀粉酶、糖化酶和固定化葡萄糖异构酶，将玉米粉转化成含葡萄糖50%、果糖42%、其他糖8%的反应物，称为高果糖浆或果葡糖浆。
它虽然是一种混合物，但甜度与蔗糖相当，比葡萄糖高出许多，因此，在饮料、食品生产中大量应用。
现在，一些发达国家高果糖浆的年产量已达几百万吨，高果糖浆在许多饮料的制造中已经逐渐代替了蔗糖。
（1）在生产高果糖浆的过程中，为了使葡萄糖异构酶反复使用，采用了什么技术？
______________。
（2）在上述生产过程中，若直接用固定化葡萄糖异构酶处理单糖，能得到高果糖浆吗？
说明理由。
____________________________________________。
（3）为使固定化葡萄糖异构酶发挥最大催化效果，在生产过程中需要注意什么？
________________________________________________________________。
（4）如何测定葡萄糖异构酶的最适pH和最适温度？
写出大致的实验设计思路。
__________________________________________________。
[答案]
（1）固定化酶技术
（2）不能；固定化葡萄糖异构酶具有专一性 （3）控制生产过程中的温度和pH （4）配制浓度相同的酶溶液，设置一系列合理的温度（或pH）梯度，用一系列合理的温度（或pH）梯度下的酶溶液分别与等量同温度（或pH）条件下葡萄糖混合，经过相同的时间后，测定果糖的生成量即可确定葡萄糖异构酶的最适温度（或pH）
[解析] 目前在食品加工、医药等行业广泛采用了固定化酶技术，使酶可以反复使用。
若直接用固定化葡萄糖异构酶处理单糖，不会得到高果糖浆，原因是葡萄糖异构酶只能作用于葡萄糖，使之转化为果糖，而对其他单糖不起作用，这是由酶的专一性决定的。
由于葡萄糖异构酶是生物催化剂，它需要适宜的温度和pH。
酶的最适温度和pH是人们在长期的实验摸索中得出的，一般测定方法是用温度或pH作为自变量，设置合理的梯度，通过比较生成物的量来确定。
10．某科研小组采用80℃水浴溶化海藻酸钠，固定黑曲霉孢子（含β－葡萄糖苷酶），并进行相关实验，请分析回答问题。
（1）此实验过程中采用80℃水浴法代替小火或者间断加热法溶化海藻酸钠，其优点是__________________________________。
溶化的海藻酸钠在加入黑曲霉孢子悬浮液前一定要进行________处理，海藻酸钠的最终质量分数需控制在3%，原因是_______________________________________________________。
（2）实验过程中，初形成的凝胶珠需放在CaCl2溶液中静置30min，目的是______________________。
（3）β－葡萄糖苷酶能催化大豆苷水解为大豆苷元，pH对游离孢子和固定化凝胶珠中β－葡萄糖苷酶活性影响的结果如图所示，由此可知：
研究β－葡萄糖苷酶活性时，pH应控制在________左右；与游离孢子相比，固定化凝胶珠中β－葡萄糖苷酶的pH适宜范围________（填“增大”或“减小”）。
注：
转化率＝
×100%。
[答案]
（1）80℃水浴加热能准确控制温度，溶化过程不会出现焦糊，且溶化时间短 冷却 海藻酸钠浓度太高不易形成凝胶珠，浓度太低包埋的黑曲霉孢子少
（2）形成稳定的网状凝胶结构 （3）4.8 增大
[解析]
（1）此实验过程中采用80℃水浴法代替小火或者间断加热的方法溶化海藻酸钠，其优点是80℃水浴加热能准确控制温度，溶化过程不会出现焦糊，且溶化时间短。
溶化的海藻酸钠在加入黑曲霉孢子悬浮液前一定要进行冷却处理，以免高温杀死黑曲霉孢子。
海藻酸钠的最终质量分数需控制在3%的原因是海藻酸钠浓度太高不易形成凝胶珠，浓度太低包埋的黑曲霉孢子少。
（2）实验过程中，初形成的凝胶珠需放在CaCl2溶液中静置30min的目的是形成稳定的网状凝胶结构。
（3）分析曲线的变化趋势可知，当pH约为4.8时，游离孢子和固定化凝胶珠的转化率均最高。
与游离孢子相比，固定化凝胶珠中β－葡萄糖苷酶的pH适宜范围增大。
11．下图中甲所示的探究性实验装置共6个，每个装置中分别加入葡萄糖饱和溶液和两个凝胶珠，实验开始时，小液滴都在C点（刻度管足够长，瓶内氧气充足）。
6个装置分别置于0℃、15℃、25℃、35℃、45℃、55℃条件下，10分钟后记录各个装置中的小液滴位置，并描绘出坐标曲线图（如图乙曲线）。
（1）本实验的目的是________________________，自变量是________。
（2）瓶中氢氧化钠溶液的作用是_____________________________________，小液滴移动的距离表示_________________。
（3）实践中如果通过固定化醋酸菌生产醋酸，那么制备的凝胶珠大小与固定化酵母菌生产酒精相比，应该注意_______________，原因是____________________。
（4）如果在制备固定化醋酸菌细胞实验中，海藻酸钠浓度过低，请在图乙中画出实验开始10分钟后的曲线。
（5）利用固定化细胞技术进行生产过程中，应注意哪些问题？
（至少两点）
________________________________________________________________。
[答案]
（1）探究温度与醋酸发酵速度之间的关系 温度
（2）吸收二氧化碳、防止产生的醋酸挥发影响实验结果的准确性 有氧呼吸消耗的氧气量
（3）固定化醋酸菌的凝胶珠要小一些 醋酸菌发酵生产醋酸是一个有氧呼吸的过程，凝胶珠小有利于氧气的供应，增加醋酸产量
（4）如图中曲线1所示
（5）无菌操作，控制好温度、pH
[解析]
（1）
（2）由于图甲实验装置中的氢氧化钠能吸收二氧化碳、防止产生的醋酸挥发影响实验结果的准确性，故装置中小液滴在刻度管中的移动距离表示有氧呼吸消耗的氧气量。
据题干中“5个装置分别置于15℃、25℃、35℃、45℃、55℃的温度下”可知，自变量是温度，因变量是小液滴移动的距离，表示有氧呼吸消耗的氧气量，即醋酸菌呼吸速率，因此该实验目的是探究温度与醋酸菌发酵速率之间的关系。
（3）由于体积较小的凝胶珠能获得与反应溶液较大的接触面积，使内部被固定的细胞获得足够氧气，反应更充分，故固定化醋酸菌所用凝胶珠比固定化酵母细胞小。
（4）如果海藻酸钠溶液的浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的醋酸菌的数目就少，曲线如[答案]所示。
（5）工业生产中，利用固定化细胞技术进行生产，进行无菌操作并且控制好温度、pH、氧气含量、底物浓度等来延长固定化细胞的使用时间。
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