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文檔簡介

第9講光合作用與能量轉(zhuǎn)化

內(nèi)容要求——明考向近年考情——知規(guī)律

2021?廣東卷(12、15)、2021?湖南卷(7、

(1)說明光合作用過程及對它的認(rèn)識過

18)、2021?河北卷(19)、2020?全國乙卷

程;(2)提取和分離綠葉中色素(活動);

(29)、2020?山東卷(16、21)、2020?全國

(3)探究不同環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度

卷I(30)、2020?全國卷111(29)、2019?全

的影響(活動)。

國卷I(3、29)、2019?全國卷H(31)

考點一綠葉中色素的提取和分離

考點?自主梳理夯實必備知識

1.色素的提取與分離實驗可看作兩個實驗哦!

(1)實驗原理

也可用涔,的乙前力。人透號無水裸破鈉束我考

麗逾)有機(jī)溶齊U(如無水乙醇,能溶解色素

爾左面色素在層析液中溶解度不同,在濾

4層商條上擴(kuò)散的速度不同

(2)實驗裝置及操作

碳干燥的就■棉塞

酸rt定性

化¥-濾紙3濾紙條

鈣-試管

硅AJ,鉛筆線出-濾液細(xì)線

碑學(xué)剪兩角

取海層析液

提m

過制備濾紙條、

色畫濾液細(xì)線

鐵架臺

色素的提取色素的分離

①稱取綠葉、剪碎

二氧化硅:增大摩擦,使

研磨更加充分

②研磨碳酸鈣:防止色素被破壞

無水乙醇:溶解色素不解用

③過濾-用單層尼龍布過濾學(xué)紈

**s?****^?w***?*^?***w***>*^xslw^?.---

④收集濾液及時用棉塞將試管口塞嚴(yán)

一端剪去兩角,使擴(kuò)散

⑤制備濾紙條均勻,防止出現(xiàn)弧形色

素帶增加色法附耳卡4

_細(xì)、直、勻(風(fēng)干后重復(fù);

⑥畫濾液細(xì)線-一兩次)----

⑦化素個斷濾紙條插入層析液中,層

析液至能些與濾液細(xì)線

防上色至漆前在屋竹液中*

(3)實驗結(jié)果及分析

啥卡最九”端快

f濾紙條上

呈現(xiàn)四條馬-胡蘿卜素:橙黃色

色H

驗二一葉黃素:黃廣

顏色、寬疫

二一葉綠素a:藍(lán)綠色、.

結(jié)暴

度不同的寸-葉綠素b:黃綠色

I色素帶-1

-①色素m的條數(shù)與色素種類有關(guān),四條色

結(jié)素帶說明有四種色云一

分-②色素帶的寬窄與色素含量有關(guān),色素帶

析越寬說明此種色素含量越多

-③色素帶擴(kuò)散速度與溶解度有關(guān),擴(kuò)散速

度越快說明溶解度越高

2.葉綠體的結(jié)構(gòu)及其中的色素

(1)光合作用的結(jié)構(gòu)——葉綠體

藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌等無葉綠體,但也可進(jìn)行光合作用

葉綠體外膜、內(nèi)膜和美囊林薄膜均美

了以磷脂雙分子層為基本支架的生物膜

外膜將葉綠體內(nèi)部與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)綠

—?分隔開,保證光合作用高效體

內(nèi)膜有序的進(jìn)行是

進(jìn)

基粒:由一系列囊狀結(jié)構(gòu)行

(類囊體)堆疊而成.擴(kuò)大了.已反醫(yī)光

膜面積,有利于光合色素和的場所合

與土反應(yīng)相關(guān)的酶的附著用

基質(zhì):分布著大量與喳反?暗反應(yīng)的

應(yīng)相關(guān)的酶的場所J場

(2)色素的吸收光譜

吸收光能的百分比/%

由圖可以看出:

①葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光;類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。

②光合色素吸收光的范圍:光合色素只吸收可見光(可見光的波長范圍大約是

400-760nm),對紅外光和紫外光不吸收。參看必修1教材P99“學(xué)科交叉”

提醒①植物葉片呈現(xiàn)綠色的原因是葉片中的色素對綠光的吸收少,綠光被反射

出來。

②植物的液泡中含有的色素(花青素)不參與光合作用。

③植物幼嫩的莖和果實的細(xì)胞中也含有吸收光能的色素。

|易錯辨析

⑴在菠菜的葉肉細(xì)胞內(nèi),含量最多的光合色素是葉綠素a(J)

⑵葉綠體中的色素分布在類囊體薄膜和葉綠體內(nèi)膜(X)

(3)提取色素時加碳酸鈣的目的是使研磨更充分(X)

(4)綠葉中含量越多的色素,其在濾紙條上擴(kuò)散得越快(X)

(5)葉綠素a和葉綠素b只吸收紅光和藍(lán)紫光(X)

(6)秋天葉片變黃,是葉黃素含量增多導(dǎo)致的(X)

|深挖教材

必修1P99“內(nèi)文”拓展

1.(與社會的聯(lián)系了溫室或大棚種植蔬菜時,應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補(bǔ)

充什么顏色的光源?

提示最好選用無色透明的玻璃或塑料薄膜,因為它可以使各種顏色的光通過;

補(bǔ)充光源可選擇紅光或藍(lán)紫光,因為這種顏色的光植物光合作用吸收利用較多,

更有利于植物進(jìn)行光合作用。

必修1P102“內(nèi)文”拓展

2.(解釋生物學(xué)現(xiàn)象)玉米田里的白化苗長出幾片葉片就死亡,原因是什么?

提示玉米白化苗中不含葉綠素,不能進(jìn)行光合作用,無法產(chǎn)生新的有機(jī)物,待

種子中儲存的營養(yǎng)物質(zhì)被消耗盡后,幼苗就會死亡。

必修1P98“探究?實踐”拓展

3.(實驗改進(jìn))提取葉綠體中的色素,也可用如圖所示的方法:即在圓心處滴加適量

濾液,待干燥后再滴加適量層析液進(jìn)行層析,結(jié)果會出現(xiàn)不同顏色的4個同心圓,

則①?④依次對應(yīng)哪種色素及顏色?

提示①胡蘿卜素(橙黃色)②葉黃素(黃色)③葉綠素a(藍(lán)綠色)④葉綠素

b(黃綠色)

|,重點'疑難突破突破關(guān)鍵能力

實驗異?,F(xiàn)象分析

異常現(xiàn)象原因分析

(1)未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分;(2)一次加入

色素帶顏色較淺過量的無水乙醇,提取液濃度太低(應(yīng)分次加入少量無

水乙醇,如10mL);(3)畫濾液細(xì)線時次數(shù)太少

濾紙條下面兩條色素帶較(1)未加碳酸鈣或加入過少,葉綠素被破壞;(2)實驗材

淺料中葉綠素的含量較少(如泛黃的葉片)

色素帶重疊(1)濾液細(xì)線不直;(2)濾液細(xì)線過粗

(1)忘記畫濾液細(xì)線;(2)濾液細(xì)線接觸或浸沒于層析

無色素帶

液,色素全部溶解到層析液中

:命題?規(guī)律探究提升學(xué)科素養(yǎng)

考向結(jié)合實驗原理及過程,考查科學(xué)探究能力

1.(2020.江蘇卷,6)采用新鮮菠菜葉片開展“葉綠體色素的提取和分離”實驗,下

列敘述錯誤的是()

A.提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑

B.研磨時加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞

C.研磨時添加石英砂有助于色素提取

D.畫濾液細(xì)線時應(yīng)盡量減少樣液擴(kuò)散

答案B

解析葉綠體色素能溶解在無水乙醇或丙酮等有機(jī)溶劑中,所以可用無水乙醇作

為溶劑提取葉綠體色素,A正確;研磨時加入CaC03可以防止葉綠素被破壞,B

錯誤;加入石英砂是為了使研磨更充分,從而使葉綠體中的色素釋放出來,C正

確;畫濾液細(xì)線時應(yīng)盡量減少樣液擴(kuò)散,防止色素帶之間部分重疊,D正確。

2.(2019?海南卷,9)下列關(guān)于高等植物光合作用的敘述,錯誤的是()

A.光合作用的暗反應(yīng)階段不能直接利用光能

B.紅光照射時,胡蘿卜素吸收的光能可傳遞給葉綠素a

C.光反應(yīng)中,將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能需要有ADP的參與

D.紅光照射時,葉綠素b吸收的光能可用于光合作用

答案B

解析光合作用的暗反應(yīng)階段不能直接利用光能,但需要利用光反應(yīng)階段形成的

NADPH和ATP,A正確;胡蘿卜素不能吸收紅光,B錯誤;光反應(yīng)中,將光能

轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中活躍的化學(xué)能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的參與,C正確;

紅光照射時,葉綠素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和

NADPH中活躍的化學(xué)能,D正確。

3.(2022.北京房山區(qū)期末)如圖是新鮮綠葉的四種光合色素在濾紙上分離的情況,

以下說法正確的是()

A.提取色素時加入碳酸鈣是為了防止濾液揮發(fā)

B.若選用同種但失綠變黃的葉片,色素含量可能是(甲+乙)〈(丙+?。?/p>

C.四種色素都能溶解在層析液中,乙色素的溶解度最大

D.四種色素中,丙和丁主要吸收紅光

答案B

解析提取色素時加入碳酸鈣是為了防止色素被破壞,A錯誤;由題圖可知,甲

為葉綠素b,乙為葉綠素a,丙為葉黃素,丁為胡蘿卜素,失綠變黃的葉片中葉綠

素含量較低,所以色素含量可能是(甲+乙)〈(丙+丁),B正確;四種色素都能溶

解在層析液中,丁擴(kuò)散距離最遠(yuǎn),丁色素的溶解度最大,C錯誤;丙(葉黃素)和

?。ê}卜素)主要吸收藍(lán)紫光,D錯誤。

考點二光合作用的過程

考點?自主梳理夯實必備知識

1.探索光合作用的部分經(jīng)典實驗

:吳稚浚一訐皮或殺':i和孽密捶遜遜通

▼VV

極細(xì)-需氧細(xì)菌只分布在葉綠體

水綿]

黑暗光束被光束照射到的部位

無空弓

需氧完全需氧細(xì)菌分布在葉綠體所

細(xì)菌曝光~有受的光部位

用透過三需氧細(xì)菌聚是葉綠體釋

族出來的,

棱鏡的光集在紅光和Bf

照射水綿~藍(lán)紫光照射(恩喻,綠體是水綿進(jìn)

」<爾野行光合作用的

臨時裝片的區(qū)域

;場所

(水綿)葉綠體主要、-------------

一吸收紅光和藍(lán)紫光

I_____________

離體葉綠體的懸浮液中

加入鐵鹽或其他氧化劑

:水在葉綠體中

(懸浮液中有HQ,沒有逑緲二光解、產(chǎn)生5

C02),在光照下可以釋\__________

放出氧氣

U,

H2O,CO2'洛遜i光合作用釋放

一釋放

向植物和」的氧氣全部來

提供

HaOsC"*O2VKi'y:自水

、-----------

—祥放。2W

;在光照F,葉綠體合成:‘葉綠體中水的

:ATP總是與水的光解相-電光解過程伴隨

:伴隨:ATP合成

I____________

用"C標(biāo)記的供小

球藻進(jìn)行光合作用,追:光合產(chǎn)物中的

G爾少-:碳來自二氧化

蹤檢測放射性:"CO?一

l避

CH2O)

2.光合作用過程

(1)圖解光合作用的過程

光小小綠體RjNADPH

能"^的色素NADP+

V^^^fADP+Pi

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段

(2)比較光反應(yīng)與暗反應(yīng)

〔光反應(yīng),:頃田:、哈皮運(yùn):

VVV

類囊體薄膜.葉綠體基質(zhì)

比、色素、睡、HQ、.琮庫)F、C0-ATP.

ADP、Pi、NADP+NADPH,C;等

①水的光解:

2H2O^to2+4H++4e-\

①CO?的固定:

②ATP的合成:V-.,

CO+C,,A2C*

,富色素、酶/物質(zhì)2

黑ACD廠D+能重k延②&的還原:

ATP,NADPH

③還原型輔幅II的形/2c3-

+

成:NADP+H++2e-(CH2O)+C5

地NADPH

ATP和NADPH

光能一ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能

中活躍的化學(xué)能一有機(jī)物中穩(wěn)

定的化學(xué)能

H2O/NADP,co

光能光應(yīng)二2

I暗意應(yīng)J

Air/

。2ADP+Pi,《電。)

①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH、ATP;暗反應(yīng)

為光反應(yīng)提供NADP,ADP和Pi;

②沒有光反應(yīng),暗反應(yīng)無法進(jìn)行;沒有暗反應(yīng),

光反應(yīng)也會受到抑制

3.光合作用的概念及反應(yīng)式

(1)概念:光合作用是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成

儲存著能量的有機(jī)物,并且釋放出氫氧的過程。

(2)反應(yīng)式:

CO2+H2O](CH2O)+O2

(3)元素的轉(zhuǎn)移途徑

①H:3H2。巡樂ADPH”嶇鳥C3H20c

②C:14co2c國遵定小尸!邁原(14CH2O)。

③0:H葵O場座至2;C1802。電的定c3c■原(CHVO)。

提醒光合作用的產(chǎn)物有一部分是淀粉,還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進(jìn)入篩管,

再通過韌皮部運(yùn)輸?shù)街仓旮魈帯?/p>

4.光合作用和化能合成作用的比較

項目光合作用化能合成作用

區(qū)能量來源光能無機(jī)物氧化釋放的能量

別代表生物綠色植物硝化細(xì)菌

相同點都能將CO2和H2O等無機(jī)物合成有機(jī)物

[易錯辨析

(1)植物在夜晚不能進(jìn)行光反應(yīng),只能進(jìn)行暗反應(yīng)(X)

(2)光合作用中ATP的移動方向是從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜(X)

(3)離體的葉綠體基質(zhì)中添加ATP、NADPH和C02后,可完成暗反應(yīng)過程(,)

(4)光合作用只能發(fā)生在葉綠體中(義)

(5)土壤中的硝化細(xì)菌可利用C02和H20合成糖類(J)

(6)葉綠體中可進(jìn)行C02的固定但不能合成ATP(X)

|深挖教材

必修1Pioo“思考?討論”

下面是驗證葉綠體功能實驗中恩格爾曼所做的實驗示意圖,請分析:

恩格爾曼的實驗示意圖

4()04505005506(X)650700

波長/nm

恩格爾曼第二個實驗的示意圖

⑴恩格爾曼實驗在實驗材料的選取上有什么巧妙之處?

提示選擇水綿和需氧細(xì)菌,水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀,便于觀察;用需氧細(xì)

菌可以確定釋放氧氣多的部位。

(2)恩格爾曼實驗要在沒有空氣的黑暗環(huán)境中進(jìn)行的原因是什么?

提示排除氧氣和極細(xì)光束外的其他光的干擾。

(3)在第二個實驗中,大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域,為什么?

提示這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,在此波長光的

照射下,葉綠體會釋放氧氣,適于需氧細(xì)菌在此區(qū)域分布。

(4)如果對恩格爾曼的第二個實驗進(jìn)行改進(jìn),用透過三棱鏡的光先通過葉綠體色素

提取液,再照射到載有水綿和需氧細(xì)菌的臨時裝片上,一段時間后,需氧細(xì)菌分

布有何特點?

提示三棱鏡將光分為七色光,葉綠體色素提取液主要吸收紅光和藍(lán)紫光,故先

透過三棱鏡,再通過葉綠體色素提取液后照射到水綿臨時裝片上的光中紅光和藍(lán)

紫光較弱,水綿不同部位的光合作用強(qiáng)度相差不大,產(chǎn)生氧氣的量大致相同,因

此水綿周圍需氧細(xì)菌分布無顯著差別。

重點'疑難突破突破關(guān)鍵能力

環(huán)境改變時光合作用各物質(zhì)含量的變化分析

(1)“過程法”分析各物質(zhì)變化

下圖中I表示光反應(yīng),n表示co2的固定,ill表示C3的還原,當(dāng)外界條件(如光

照、C02)突然發(fā)生變化時,分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時間內(nèi)的變化:

NADPHJATP|

C,消耗減少,合成暫不變CJ

消耗暫不變,合成減少CJ

“小辦I,C,合成減少,消耗暫不變C3

II減弱V

,光不變\山暫不變卜消耗減少,合成暫不變C』

CO2供應(yīng)

111

吧普?-NADPHtATP)

I暫不變

(2)“模型法”表示Q.和。的含量變化

起始值C3高于C5(約為其2倍)

I照

£強(qiáng)Q、NADPH、

I一

強(qiáng)

珊-cc.NAD

-ATP.(CHO)

、2

金-

A“OZ合成量

TPZT一

時間時間

CO2

3溫,徽7?也0)

靈—:合成量

型名;:1——IG、NADPH、

!各血量~ATP

O時間。時間

I命題,規(guī)律探究提升學(xué)科素養(yǎng)

考向1結(jié)合光合作用的過程,考查科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力

1.(2021.廣東卷,12)在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中,唯一催化CO2固定形

成C3的酶被稱為Rubisco,下列敘述正確的是()

A.Rubisco存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中

B.激活Rubisco需要黑暗條件

C.Rubisco催化CO2固定需要ATP

D.Rubisco催化C5和CO2結(jié)合

答案D

解析由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco”可知,Rubisco是與

暗反應(yīng)有關(guān)的酶,暗反應(yīng)階段的化學(xué)反應(yīng)是在葉綠體的基質(zhì)中進(jìn)行的,故Rubisco

存在于葉綠體的基質(zhì)中,催化C5和CO2結(jié)合生成C3,A錯誤,D正確;暗反應(yīng)

在有光、無光條件下都可以進(jìn)行,故激活Rubisco不一定需要黑暗條件,B錯誤;

在暗反應(yīng)階段,CO2的固定不消耗NADPH和ATP,C錯誤。

2.(2022?東北師大附中質(zhì)檢)如圖表示光合作用過程,a、b、c表示物質(zhì),甲、乙表

示場所,下列有關(guān)分析錯誤的是()

A.物質(zhì)b可能是ADP和Pi

B.物質(zhì)c直接被還原生成(CH2O)和C5

C.甲中色素不溶于水,能溶于有機(jī)溶劑

D.乙中含有多種催化反應(yīng)的酶

答案B

解析根據(jù)圖示可看出,甲是葉綠體的類囊體薄膜,是光合作用光反應(yīng)的場所,

乙為葉綠體基質(zhì),是暗反應(yīng)的場所,物質(zhì)b可能是暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供的ADP

和Pi,A正確;物質(zhì)c為C02,C02轉(zhuǎn)化成(CH20)和C5需經(jīng)過C02的固定和C3

的還原兩個過程,B錯誤;類囊體薄膜上的色素不溶于水,能溶于有機(jī)溶劑,C

正確;葉綠體基質(zhì)中含有多種催化反應(yīng)的酶,D正確。

考向2圍繞條件驟變時葉綠體中各物質(zhì)含量變化,考查科學(xué)思維能力

3.(2022.湖北孝感中學(xué)質(zhì)檢)如圖為某植物葉肉細(xì)胞光合作用示意圖,圖中

①②③④表示相關(guān)物質(zhì)?,F(xiàn)有甲、乙兩植株,甲葉色正常,乙為葉色黃化的突變

植株,葉綠素含量明顯少于甲。將甲、乙植株置于正常光照、溫度、CO2濃度等

條件相同的環(huán)境中,下列相關(guān)分析正確的是()

一②、/r^(CHQ)

「卜ATP/LCO.2

H2OQT'NADPH

A.被色素吸收的光能全部用于③合成ATP

B.只有接受ATP釋放的能量,C3才可被NADPH還原

C.如果突然增加光照強(qiáng)度,則短時間內(nèi)②含量減少,③的含量增加

D.如果突然增加光照強(qiáng)度,甲的葉肉細(xì)胞C3減少,乙的葉肉細(xì)胞④含量減少

答案B

解析光合作用過程中色素吸收的光能有兩方面的用途,一方面引起水的光解,

另一方面參與ATP合成,A錯誤;在光合作用暗反應(yīng)階段,C3的還原只有接受

ATP釋放的能量才可完成,B正確;圖中②表示NADP+,若突然增加光照強(qiáng)度,

光反應(yīng)增強(qiáng),則短時間內(nèi)②含量減少,③為ADP和磷酸,增加光能后短時間內(nèi)

③的含量也會減少,C錯誤;若突然增加光照強(qiáng)度,則甲乙兩植株光合作用光反

應(yīng)均增強(qiáng),所以C3均減少,圖中④(C5)均增加,D錯誤。

4.(2022?山東泰安期末)如圖是光合作用過程示意圖(字母代表物質(zhì)),圖中PSBS是

一種類囊體膜蛋白,它能感應(yīng)類囊體腔內(nèi)的H"濃度而被激活,激活了的PSBS抑

制電子在類囊體膜上的傳遞,最終將過量的光能轉(zhuǎn)換成熱能釋放,從而防止強(qiáng)光

對植物細(xì)胞造成損傷。

(1)圖中的A是,C是,D是o

(2)葉綠素a主要吸收光。采用紙層析法分離色素時,注意濾紙上的濾液

細(xì)線要高于o

(3)若反應(yīng)H中G的濃度突然降低至一半,短時間內(nèi)C5的含量將o如果

追蹤G中碳元素的去向,常用法。

(4)過度光照將會激活膜蛋白PSBS,直接抑制反應(yīng)I中過程,會導(dǎo)致電

子不能傳遞給(填圖中字母),所以過量的光能將不能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。

+

答案(1)02ATPNADP(2)紅光和藍(lán)紫層析液液面(3)升高同位素示

蹤(4)水的光解D

解析(1)由圖可知,反應(yīng)I為光反應(yīng),反應(yīng)n為暗反應(yīng),則A代表02,B代表

ADP,C代表ATP,D代表NADP',E代表NADPH。(2)葉綠素a主要吸收紅光

和藍(lán)紫光;濾液細(xì)線一定要高于層析液液面,防止濾液細(xì)線上的色素溶于層析液

中。(3)降低G(C02)的濃度,則C02固定過程減弱,C5的消耗減少,短時間內(nèi)C3

的還原過程仍正常進(jìn)行,C5的生成不變,C5的含量將升高。常利用同位素示蹤法

追蹤元素的轉(zhuǎn)移途徑。(4)由圖可知,PSBS可參與水的光解過程,水的光解產(chǎn)生

H'、02和e,PSBS抑制電子傳遞給D(NADP+)。

考點三影響光合作用的因素及應(yīng)用

考點?自主梳理夯實必備知識

1.內(nèi)部因素

(1)植物自身的遺傳特性(如植物品種不同),以陰生植物、陽生植物為例,如圖所

zj\0

發(fā)節(jié)

中生長

光環(huán)境

美在強(qiáng)

----

----

----

----

----

偉--

光茶

門居

西故

,在

鍵壯

胞呼

的細(xì)

植物

:陽生

的植物

有不良

長發(fā)

絲下生

、光飽

償點

光補(bǔ)

度、

,強(qiáng)

M

d

光合作

、最大

和點

物《

生捶

9----也

o

生植

于陰

均高

:強(qiáng)度

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