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能量之源—光與光合作用第4節(jié)主要考點(diǎn):實(shí)驗(yàn):綠葉中色素的提取和分離葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能光合作用的探究歷程光合作用的過(guò)程光合作用的影響因素六、化能合成作用七、補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)的移動(dòng)問(wèn)題八、關(guān)于光合作用和呼吸作用的關(guān)系實(shí)驗(yàn):綠葉中色素的提取和分離一、實(shí)驗(yàn)原理:1、綠葉中色素提取的原理是:綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑如
。2、綠葉中色素分離的原理是:四種色素都能溶解在層析液中,
不同,不同。
在層析液中的
溶解度最高,擴(kuò)散速度最快,
次之,
溶解度最低,擴(kuò)散得最慢。胡蘿卜素葉黃素和葉綠素a葉綠素b擴(kuò)散的速度無(wú)水乙醇溶解度考點(diǎn)一:紙層析法二、實(shí)驗(yàn)流程:提取色素制備濾紙條畫濾液細(xì)線色素分離觀察結(jié)果鮮嫩、顏色深綠的葉片;稱取、剪碎;加入SiO2和CaCO3、10ml無(wú)水乙醇,迅速研磨并用單層尼龍布過(guò)濾,過(guò)濾后及時(shí)用棉塞將試管塞嚴(yán)距剪去兩角的濾紙(干燥)一端1cm處用鉛筆畫一條細(xì)線用毛細(xì)吸管吸取色素濾液,沿鉛筆線畫一細(xì)線,待干后再畫一兩次。線要細(xì)、齊、直。將適量層析液倒入試管,插入濾紙,棉塞塞緊試管口。注意,細(xì)線不能觸及層析液濾紙條上呈現(xiàn)四條顏色、寬度不同的色素胡蘿卜素(橙黃色)葉綠素a(藍(lán)綠色)葉綠素b(黃綠色)葉黃素(黃色)胡葉?a,b也葉綠素a(藍(lán)綠色)胡蘿卜素(橙黃色)葉黃素(黃色)葉綠素b(黃綠色)三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果色素本身的顏色種類葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素藍(lán)綠色黃綠色橙黃色黃色吸收光能紅光藍(lán)紫光藍(lán)紫光1.色素提取液無(wú)色或呈淡綠色的原因可能是:(1)研磨不充分,色素未能充分提取出來(lái);(2)材料過(guò)少或無(wú)水乙醇過(guò)多,色素溶液濃度??;(3)未加碳酸鈣,色素分子部分被破壞。選材:要選取顏色常綠、質(zhì)地細(xì)嫩、新鮮的葉片,這樣的葉片才含有較多的色素。剪成小塊時(shí),要注意將葉脈等組織去掉。注意事項(xiàng):1、加入二氧化硅的目的:。2、加入少許碳酸鈣的目的:
。使研磨更充分、更有效地破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu);防止葉綠素在研磨過(guò)程中受到破壞3、制備濾紙條時(shí),將濾紙條的一端剪去兩角的目的:
。4、分離色素時(shí),一定不要讓濾紙條上的濾液細(xì)線接觸到層析液。原因是:
。5、胡蘿卜素在色素帶的寬窄以及顏色深淺的不同,與4種色素含量的多少有關(guān)(含量多的色素帶寬),最寬的是
,其次是
,最窄的是
。使色素在濾紙條上擴(kuò)散均勻,便于觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果色素易溶解于層析液中,導(dǎo)致色素帶不清晰,影響實(shí)驗(yàn)效果葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素
分別在A、B、C三個(gè)研缽中加2g剪碎的新鮮菠菜綠葉,并按下表所示添加試劑(注:“+”表示加;“-”表示不加)。經(jīng)研磨、過(guò)濾得到三種不同顏色的溶液,即:深綠色、黃綠色、幾乎無(wú)色。試回答:(1)A處理得到的溶液顏色是__________________,原因是_________________________________。(2)B處理得到的溶液顏色是_________________,原因是___________________________________。(3)C處理得到的溶液顏色是__________________,原因是_________________________________。黃綠色
未加CaCO3,部分色素被破壞無(wú)色色素不能被溶解深綠色色素被充分提取出來(lái)4.某同學(xué)在做葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中,在研磨葉片時(shí),忘記了加入少許碳酸鈣,那么,濾紙條上色素分離的情況()A.四條色素帶與正確操作的無(wú)差異B.上面兩條色素帶正常,下面兩條色素帶顏色變淺C.下面兩條色素帶比正常操作的更寬D.上面兩條色素帶顏色變淺,下面兩條色素帶正常解析:葉綠素分子結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)鎂原子,當(dāng)細(xì)胞破裂時(shí),細(xì)胞液內(nèi)有機(jī)酸中的氫可以取代鎂原子而成為褐色的去鎂葉綠素,碳酸鈣可中和有機(jī)酸以防止去鎂反應(yīng)的發(fā)生,從而保護(hù)葉綠素。忘記加入碳酸鈣,會(huì)導(dǎo)致葉綠素a與葉綠素b含量減少。答案:B考點(diǎn)二:光合作用的場(chǎng)所:一般呈
形或
形;在電子顯微鏡下可以看到其外表有
,內(nèi)部有許多由
組成的基粒,基粒之間充滿了
;吸收光能的四種色素分布在
的
上。葉綠體葉綠體橢球球雙層膜類囊體基質(zhì)類囊體薄膜葉綠體內(nèi)的基粒擴(kuò)展了其受光面積,葉綠體內(nèi)含有許多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶,因此,葉綠體是高等植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。原核生物藍(lán)藻雖然沒(méi)有葉綠體,但也能進(jìn)行光合作用,原因是其含有與光合作用有關(guān)的色素,藻藍(lán)素和葉綠素。葉綠體中的色素胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b葉綠體中的色素葉綠素(占總量的3/4)類胡蘿卜素(占總量的1/4)形成需要光、酶、Mg2+等功能:吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能葉綠體中的色素主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光吸收光能的四種色素分布在類囊體的薄膜上葉綠素類胡蘿卜素主要吸收紅光和藍(lán)紫光主要吸收藍(lán)紫光色素葉黃素胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b(藍(lán)綠色)(黃綠色)(橙黃色)(黃色)含量約占3/4含量約占1/4
極細(xì)光束黑暗中光照下好氧細(xì)菌集中在葉綠體所有受光部位的周圍好氧菌集中在被光束照射到的部位附近隔絕空氣黑暗環(huán)境用極細(xì)光束照射完全暴露在光下捕獲光能的結(jié)構(gòu)氧是由
葉綠體釋放出來(lái)的,
葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。光合作用需要光照。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處在于:a.選擇水綿作實(shí)驗(yàn)材料,水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀,便于觀察;用好氧細(xì)菌確定O2釋放的部位,便于觀察。b.沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境排除了O2和光的干擾??键c(diǎn)三、光合作用探索歷程考點(diǎn)四、光合作用的過(guò)程1、概念:指綠色植物通過(guò)
,利用
,把
和
轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物,并且釋放出
的過(guò)程。分為
階段和
階段。
葉綠體光能二氧化碳水氧氣光反應(yīng)暗反應(yīng)不但提出物質(zhì)轉(zhuǎn)化(無(wú)機(jī)物變成有機(jī)物),還提出了能量轉(zhuǎn)化(把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能)光合作用的場(chǎng)所——葉綠體不要把葉綠體寫成葉綠素不要把有機(jī)物寫成葡萄糖或者淀粉CO2
+H2O*
(CH2O)+O2*光能葉綠體光合作用化學(xué)反應(yīng)式光合作用的O2來(lái)自H2OH2O類囊體膜酶Pi
+ADPATP酶光、色素、葉綠體內(nèi)的類囊體膜上水的光解:H2O[H]+O2光能(還原劑)ATP的合成:ADP+Pi+能量(光能)ATP酶1.光反應(yīng)階段條件:場(chǎng)所:物質(zhì)變化:能量變化:光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能貯存在ATP中[H]CO2糖類五碳化合物C5
蛋白質(zhì)脂質(zhì)CO2的固定三碳化合物2C3C3的還原基質(zhì)多種酶[H]ATP2.暗反應(yīng)階段CO2的固定:CO2+C52C3酶C3的還原:ATP[H]、ADP+Pi條件:場(chǎng)所:物質(zhì)變化:能量變化:葉綠體的基質(zhì)中多種酶、
ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3(CH2O)酶糖類[H]、ATP色素分子可見(jiàn)光ADP+PiATP酶吸收2H2OO24[H]光解2C3C5CO2固定多種酶
+H2O還原酶光反應(yīng)暗反應(yīng)(CH2O)3.光合作用的過(guò)程:?ATP和NADPH由
向移動(dòng)類囊體葉綠體基質(zhì)4.光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段的比較類囊體的薄膜上葉綠體的基質(zhì)中光、色素、酶酶、[H]、ATP(有無(wú)光均可)光能→ATP中活躍的化學(xué)能→糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能1.水的光解1.CO2的固定2.C3的還原2.ADP合成ATP增加減少減少減少減少增加增加增加增加增加減少增加增加減少減少減少5.光合作用過(guò)程中條件改變所出現(xiàn)的情況2.下圖是一晴朗夏日某植物光合作用強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線圖,C點(diǎn)與B點(diǎn)相比較,葉肉細(xì)胞內(nèi)的C3、C5、ATP和[H]的含量發(fā)生的變化依次是()A.升、升、升、升 B.降、降、降、降C.降、升、升、升 D.升、升、降、降CCO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體光合作用的強(qiáng)度———是指植物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用制造糖類的數(shù)量??键c(diǎn)五、光合作用的影響因素影響光合作用的環(huán)境因素:H2OCO2光(光照強(qiáng)度、光質(zhì)、光照時(shí)間)溫度礦質(zhì)元素真正光合速率1、光OBCACO2吸收CO2釋放呼吸速率凈光合速率光照強(qiáng)度光飽和點(diǎn)D光補(bǔ)償點(diǎn)A、光照強(qiáng)度A點(diǎn):光合作用為0,只有呼吸作用;AB段:光合作用增強(qiáng),呼吸作用不變,但呼吸大于光合;B點(diǎn):光合作用等于呼吸作用(光補(bǔ)償點(diǎn));BC段:光合作用增強(qiáng),呼吸作用不變,但呼吸小于光合;C點(diǎn):光合作用不再增加(光飽和點(diǎn)),限制因素:內(nèi)因(色素、酶)、外因(CO2濃度、溫度等)縱坐標(biāo)“CO2
吸收量”代表光合總產(chǎn)量,還是光合凈產(chǎn)量?光合總產(chǎn)量和光合凈產(chǎn)量常用的判定方法:①如果CO2
吸收量出現(xiàn)負(fù)值,則縱坐標(biāo)為光合凈產(chǎn)量;②(光下)CO2
吸收量、O2釋放量和葡萄糖積累量都表示光合凈產(chǎn)量;③光合作用CO2
吸收量、光合作用O2釋放量和葡萄糖制造量都表示光合總產(chǎn)量。B、光質(zhì):白光>紅光>藍(lán)紫光。。。>綠光C、光照時(shí)間:在生產(chǎn)上應(yīng)用:a.適當(dāng)提高光照強(qiáng)度b.陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)都較陽(yáng)生植物低(如圖中虛線所示),故可以間作,合理利用光能。c.延長(zhǎng)光合作用時(shí)間(例:輪作)d.對(duì)溫室大棚用無(wú)色透明玻璃e.若要降低光合作用則用有色玻璃。如用紅色玻璃,則透紅光吸收其他波長(zhǎng)的光,光合能力較白光弱。但較其他單色光強(qiáng)。2、CO2濃度CO2濃度0(1)在一定范圍內(nèi)隨著CO2濃度的升高,光合作用的強(qiáng)度增強(qiáng)。但當(dāng)CO2增加到一定范圍后,光合作用速率不再增加。(2)A點(diǎn)表示光和速率等于呼吸速率,即CO2補(bǔ)償點(diǎn);
B點(diǎn)為CO2飽和點(diǎn)。限制B點(diǎn)因素是酶的數(shù)量和活性以及光照強(qiáng)度等。(3)應(yīng)用:ABCO2吸收CO2放出大田——合理密植(“正其行,通其風(fēng)”)、施用有機(jī)肥;溫室還可以用CO2發(fā)生器措施:⑴溫室:①燃燒植物桔桿,②使用二氧化碳發(fā)生器,③與豬舍雞舍鴨棚連通.⑵大田:①確保良好通風(fēng);②增施有機(jī)肥料;③深施“碳銨”。
空氣中CO2含量一般占330mg/L,與植物光合所需最適濃度(1000mg/L)相差太遠(yuǎn)。必須指出:增加CO2可以提高光合效率,但是無(wú)限制地在全球范圍內(nèi)提高CO2濃度,會(huì)產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”3、水水是光合作用的原料和反應(yīng)的介質(zhì),如果缺水既可直接影響光合作用,又可間接影響光合作用(如:中午溫度過(guò)高,植物蒸騰作用丟失大量的水,導(dǎo)致氣孔關(guān)閉,限制CO2的進(jìn)入)應(yīng)用:根據(jù)作物的需水規(guī)律合理灌溉。光合作用強(qiáng)度O時(shí)間:盛夏A
7101214184、溫度影響酶的活性溫度光合強(qiáng)度(1)農(nóng)田:受季節(jié)限制(2)溫室適當(dāng)提高溫度,保持晝夜溫差夜晚適當(dāng)降溫,保持晝夜溫差冬季:夏季:適時(shí)播種溫度會(huì)直接影響酶的活性.由于暗反應(yīng)是酶促反應(yīng),故溫度主要影響暗反應(yīng).5、必需元素光合速率必需元素氮:各種酶、NADP+、ATP、葉綠素(促葉)磷:NADP+、ATP、葉綠體膜(促根)鎂:葉綠素的重要成分鉀:促進(jìn)淀粉的形成并將其運(yùn)輸?shù)綁K根、塊莖和種子等器官中。(促莖)6、多因子影響原因:葉片內(nèi)的氣體溢出,使細(xì)胞間隙充滿水。原因:消耗原有的O2探究:環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響原因:細(xì)胞積累O2,浮力增大原因:為光合作用提供原料1、自養(yǎng)生物:2、異養(yǎng)生物:能將無(wú)機(jī)物合成為儲(chǔ)有能量的有機(jī)物的生物。不能自己把無(wú)機(jī)物合成為有機(jī)物,只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物制成為自身的組成物質(zhì)的生物。人、動(dòng)物、真菌、大多數(shù)細(xì)菌等化能合成作用:利用體外環(huán)境中某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造有機(jī)物。其中,合成有機(jī)物的能量就是來(lái)自無(wú)機(jī)化合物的分解。例如:綠色植物、藍(lán)藻。如硝化細(xì)菌光能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型考點(diǎn)六、化能合成作用能夠利用體外環(huán)境中的某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造有機(jī)物的合成作用.
硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量硝化細(xì)菌具有①氮循環(huán)②除臭的功能考點(diǎn)六、化能合成作用考點(diǎn)七:補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)的移動(dòng)問(wèn)題CO2濃度0ABCO2吸收CO2放出CO2濃度或光照強(qiáng)度飽和點(diǎn)補(bǔ)償點(diǎn)1、呼吸速率基本不變,條件的改變使光合速率下降時(shí),CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移,CO2(光)飽和點(diǎn)應(yīng)左移2、呼吸速率基本不變,條件的改變使光合速率增加時(shí),CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)左移,CO2(光)飽和點(diǎn)應(yīng)右移3、呼吸速率增加,CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移;呼吸速率減小,CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)左移【變式訓(xùn)練】已知某植物光合作用和細(xì)胞呼吸的最適溫度分別是25℃、30℃,如圖所示曲線表示該植物在30℃時(shí)光合作用強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系。若將溫度調(diào)節(jié)到25℃的條件下(原光照強(qiáng)度和CO2濃度不變),從理論上講,圖中相應(yīng)點(diǎn)的移動(dòng)分別是A.a點(diǎn)上移,b點(diǎn)左移,m值增大B.a點(diǎn)不移,b點(diǎn)左移,m值不變C.a點(diǎn)上移,b點(diǎn)右移,m值下降D.a點(diǎn)下移,b點(diǎn)不移,m值上升A6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2葉綠體光能C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶O2、C6H12O6CO2各項(xiàng)生命活動(dòng)考點(diǎn)八:關(guān)于光合作用和呼吸作用的關(guān)系綠色植物在光下:氧氣釋放量(CO2吸收量、葡萄糖生產(chǎn)量)=光合量-呼吸量在暗處或植物體的非綠色部分:氧氣吸收量(CO2釋放量、葡萄糖消耗量)=呼吸量光合作用、呼吸作用都進(jìn)行只進(jìn)行呼吸作用考點(diǎn)八:光合作用與呼吸作用合成代謝分解代謝葉綠體分解有機(jī)物;釋放能量產(chǎn)生ATP合成有機(jī)物;儲(chǔ)存能量(光能→化學(xué)能)光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物和氧氣可被呼吸作用所利用;呼吸作用產(chǎn)生的CO2可被光合作用所利用。光能→電能→活躍化學(xué)能→穩(wěn)定化學(xué)能(儲(chǔ)存)穩(wěn)定化學(xué)能→活躍化學(xué)能(ATP)+熱能(散失)分解有機(jī)物,形成ATPCO2+H2O→有機(jī)物酶光、色素、酶細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體2、以氣體變化探究光合作用與呼吸作用的關(guān)系
(1)不同狀態(tài)下植物的代謝特點(diǎn)及相對(duì)強(qiáng)度的關(guān)系2、以氣體變化探究光合作用與呼吸作用的關(guān)系
(1)不同狀態(tài)下植物的代謝特點(diǎn)及相對(duì)強(qiáng)度的關(guān)系2、以氣體變化探究光合作用與呼吸作用的關(guān)系
(1)不同狀態(tài)下植物的代謝特點(diǎn)及相對(duì)強(qiáng)度的關(guān)系2、以氣體變化探究光合作用與呼吸作用的關(guān)系
(1)不同狀態(tài)下植物的代謝特點(diǎn)及相對(duì)強(qiáng)度的關(guān)系(2)光合速率與呼吸速率的關(guān)系①綠色植物在黑暗條件下或非綠色組織測(cè)得的數(shù)值為呼吸速率。②綠色植物組織在光下,光合作用與細(xì)胞呼吸同時(shí)進(jìn)行,測(cè)得的數(shù)據(jù)為凈光合速率。③真正光合速率、凈光合速率、呼吸速率的關(guān)系:真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率④三者的常用表示方法:光合、呼吸速率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)探究(1)凈光合速率的測(cè)定(如圖)①NaHCO3溶液的作用:玻璃瓶中的NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定,滿足了綠色植物光合作用的需求。②植物光合速率指標(biāo):植物光合作用釋放氧氣,使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大,毛細(xì)管內(nèi)的水滴右移。單位時(shí)間內(nèi)液滴右移的體積即是凈光合速率。③條件:整個(gè)裝置必須在光下,光是植物進(jìn)行光合作用的條件。(2)呼吸速率的測(cè)定(如上圖)①上圖同樣可以用于呼吸速率的測(cè)定,但要把NaHCO3溶液換成NaOH溶液,吸收植物呼吸作用釋放的CO2。②植物呼吸作用的指標(biāo):植物呼吸作用吸收氧氣,釋放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小,毛細(xì)管內(nèi)的水滴左移。單位時(shí)間內(nèi)液滴左移的體積即是呼吸速率。③條件:整個(gè)裝置必須遮光處理,否則植物的光合作用會(huì)干擾呼吸速率的測(cè)定。3、光合作用和呼吸作用中[H]、ATP的來(lái)源和去向比較【例1】(經(jīng)典題)光合作用和細(xì)胞呼吸是植物體最重要的生命活動(dòng),右圖為其簡(jiǎn)單過(guò)程示意圖。下列有關(guān)敘述正確的是(
)A.圖中代表光合作用的是③②,代表細(xì)胞呼吸的是①④
B.圖中②③發(fā)生在葉綠體內(nèi),①④過(guò)程發(fā)生在線粒體內(nèi)
C.植物細(xì)胞內(nèi)部都能發(fā)生①②③④過(guò)程,且都能產(chǎn)生ATPD.圖中X和Y代表同一物質(zhì),X產(chǎn)生于葉綠體基質(zhì)中,Y產(chǎn)生于線粒體中A【例2】(2010·南京調(diào)研)下圖是測(cè)定發(fā)芽種子的呼吸類型所用裝置(假設(shè)呼吸底物只有葡萄糖,并且不考慮外界條件的影響),下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是(
)C核心術(shù)語(yǔ)
(1)光合作用(光反應(yīng)、暗反應(yīng)、水的光解、CO2的固定、C3的還原、C5的再生、類囊體、葉綠體基質(zhì))(2)細(xì)胞呼吸(有氧呼吸、無(wú)氧呼吸、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì)、線粒體內(nèi)膜)(3)綠葉中色素的提取和分離(紙層析法、層析液、無(wú)水乙醇、二氧化硅、碳酸鈣、濾液細(xì)線)胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b葉綠體中的色素葉綠素(占總量的3/4)類胡蘿卜素(占總量的1/4)形成需要光、酶、Mg2+等功能:吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能葉綠體中的色素主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光光合速率波長(zhǎng)(nm)400500600700不同波長(zhǎng)下菜豆的光合速率①植物在能量相等的不同單色光下,紅光和
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