高中生物第4部分浅尝现代生物技术第7课时植物的组织培养学案浙科版选修1.docx
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高中生物第4部分浅尝现代生物技术第7课时植物的组织培养学案浙科版选修1
第7课时 植物的组织培养
[学习目标] 1.进行菊花的组织培养。
2.尝试植物激素的应用。
3.说明植物组织培养的原理。
一、植物的组织培养
1.概念：
取一部分植物组织，如叶、芽、茎、根、花瓣或花粉等，在无菌的条件下接种在三角瓶中的琼脂培养基上，给予一定的温度和光照，使之产生愈伤组织，或进而生根发芽。
2.原理：
植物细胞的全能性。
3.过程：
外植体
愈伤组织
芽、根―→植株。
4.实验中使用的激素
（1）人工合成的萘乙酸代替生长素，人工合成的苄基腺嘌呤代替细胞分裂素。
特别提醒 植物中存在的天然激素都有相应的使之分解的酶，这样，天然激素在植物体内的作用和存在时间就较短，而人工合成的激素在植物中没有相应分解它的酶，所以作用和存在的时间长，作用效果明显。
（2）两者的摩尔浓度比决定组织是生根，还是生芽。
细胞分裂素与生长素的比例高时，诱导芽的生成；两者比例大致相等时，愈伤组织继续生长而不分化；两者比例低时，会趋于生根。
5.发芽培养基和生根培养基的比较
（1）发芽培养基：
细胞分裂素摩尔浓度大于生长素摩尔浓度的培养基。
（2）生根培养基：
生长素摩尔浓度大于细胞分裂素摩尔浓度的培养基。
归纳总结
（1）细胞具有全能性的原因：
生物体的每个体细胞都是由受精卵经有丝分裂形成的，含有本物种全套的遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全套基因。
（2）植物体细胞表现出全能性的条件：
脱离原来所在植物体（离体培养）、营养供给、激素控制、无菌条件、适宜的温度、pH和光照等外界条件。
（3）细胞全能性大小的比较：
受精卵>生殖细胞>体细胞；幼嫩组织细胞>成熟组织细胞；分化程度低的细胞>分化程度高的细胞。
（4）植物组织培养的一般过程分析
名称
过程
特点
条件
脱分化
由外植体形成愈伤组织
排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团
①离体
②提供营养物质（有机物、无机物）
③提供激素
④提供其他适宜条件
再分化
由愈伤组织形成幼苗或胚状体结构
有根、芽或有生根发芽的能力
营养生
长、生
殖生长
发育成完整的植物体
由根、茎、叶、花、果实、种子组成
栽培
例1 （2019·绍兴一中模拟）诱导丛状苗时，培养基中应添加的植物激素及配比是（ ）
A.生长素浓度高于细胞分裂素浓度
B.生长素浓度低于细胞分裂素浓度
C.生长素浓度低于赤霉素浓度
D.生长素浓度高于赤霉素浓度
答案 B
解析 诱导丛状苗时，培养基中应添加的植物激素及配比是细胞分裂素浓度大于生长素浓度，B项符合题意。
方法技巧 植物激素在组织培养过程中的重要作用
（1）在配制好的MS培养基中，常常需要添加植物激素。
植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。
（2）激素使用的先后顺序及其用量的比例对细胞分裂和分化的影响
①激素使用的先后顺序产生的影响
使用顺序
实验结果
先使用生长素，后使用细胞分裂素
有利于细胞分裂，但细胞不分化
先使用细胞分裂素，后使用生长素
细胞既分裂也分化
同时使用
分化频率提高
②激素用量比例产生的影响
生长素/细胞分裂素的值
结果
比值高时
趋于生根
比值低时
诱导芽的生成
比值适中
愈伤组织继续生长不分化
例2 图甲是植物组织培养过程示意图，图乙是植物激素对愈伤组织分化影响的示意图。
据图回答下列问题：
（1）植物组织培养的原理是植物细胞具有____________________________。
（2）为了保证植物的正常生长，容器内装有的培养基中除含有小分子有机物和水，还需要含有植物生长所需要的______________。
（3）在过程A中，为了有利于嫩枝组织细胞启动细胞分裂形成愈伤组织，常常需要在配制好的培养基中添加____________。
嫩枝组织细胞接种后2～5d时，若发现其边缘局部污染，原因可能是________________________________________________________________________。
（4）在图甲过程B中，若愈伤组织没有形成根，但分化出了芽，根据图乙分析其原因可能是培养基中生长素________，细胞分裂素________；若要获得更多的愈伤组织，培养基中两种激素的含量应该是细胞分裂素量________，生长素少。
A.较少B.较多
C.中等D.不确定
答案
（1）全能性
（2）各种无机盐 （3）植物激素 嫩枝组织细胞消毒不彻底 （4）A B C
解析
（1）植物细胞具有全能性，这是植物组织培养的理论基础。
（2）为了保证植物的正常生长，培养基中一定要添加各种无机盐。
（3）植物组织培养过程中，启动细胞分裂和愈伤组织的分化都离不开植物激素。
培养的嫩枝组织细胞周围发生局部污染，可能是因为嫩枝组织细胞消毒不彻底。
（4）从图乙可知，植物激素的种类及其浓度配比都会影响愈伤组织分化的方向，具体结合图示和题干信息回答即可。
二、菊花的组织培养过程
归纳总结 植物组织培养操作提醒
（1）若培养基中没有添加人工合成的激素，得不到幼苗。
（2）菊花培养时茎段方向插反，茎基部朝上，顶端向下插入培养基内，得不到丛状苗。
（3）无菌操作不严格，如外植体带菌，培养基和接种器具灭菌不彻底，接种时带入杂菌等导致培养失败。
例3 下面是有关“植物的组织培养”实验的流程。
请回答：
（1）植物组织培养，就是在无菌条件下，将植物组织接种在________上，给予一定的温度和光照，使之产生________组织，或进而生根发芽。
（2）MS培养基由大量元素、微量元素和__________组成，图示中，X培养基为________培养基。
培养基中常用的凝固剂是________。
对培养基彻底灭菌时，应采用的灭菌方法是________________。
（3）待苗生根后，移至草炭土或蛭石中培养，这一阶段通常称为________。
A.接种B.消毒
C.锻炼D.定植
答案
（1）培养基 愈伤
（2）有机成分 生根 琼脂 高压蒸汽灭菌法 （3）C
解析
（1）植物组织培养就是取一部分植物组织，在无菌条件下接种在培养基上，给予一定的温度和光照，使之产生愈伤组织，或进而生根发芽，培养为成熟植株的技术。
（2）MS培养基由大量元素、微量元素和有机成分组成；分析图示可知，X是发芽后的丛状苗继续培养获得生根苗的培养基，因此X是生根培养基；培养基中一般采用琼脂作为凝固剂；培养基灭菌的方法常用的是高压蒸汽灭菌法。
（3）将生根的幼苗移入草炭土或蛭石中进行培养的阶段，称之为锻炼，C项符合题意。
特别提醒 LB培养基与MS培养基的比较
LB培养基以蛋白胨、酵母提取物等有机营养为主，MS培养基则需提供大量的无机营养，无机盐混合物包括植物生长必需的大量元素和微量元素两大类。
此外进行植物组织培养，培养基中需添加特定配比的生长素和细胞分裂素。
例4 铁皮石斛是我国名贵中药，生物碱是其有效成分之一，用组织培养技术繁殖其幼苗的流程如下：
新生营养芽―→
丛状苗
幼苗
请回答以下问题：
（1）选用新生营养芽为培养材料的原因是_______________________，原球茎细胞的细胞壁______（填“厚”或“薄”）。
（2）某小组为研究培养铁皮石斛的培养基中蔗糖和光各自的作用，进行了对照实验，结果如下：
培养条件
加蔗糖
不加蔗糖
光
正常生长，分化
不生长，死亡
暗
只生长，不分化
不生长，死亡
根据以上实验结果，下列说法正确的是________。
A.光为生长提供能量，蔗糖促进细胞分化
B.整个组织培养过程中，培养基中都不用加入蔗糖也可发育成幼苗
C.光照只会影响到光合作用的效率
D.蔗糖为生长、分化提供能量，光促进细胞分化
（3）生物碱属于铁皮石斛的________代谢产物，除了从植株中提取，也可以通过将含有原球茎的试管放在摇床上，通过________悬浮培养分散成单细胞，然后培养特定细胞系实现工业化生产。
答案
（1）分裂旺盛，全能性容易表达 薄
（2）D （3）次生 液体
解析
（1）新生的芽幼嫩，分裂能力强，全能性易表达，植物组织培养过程中一般选用新生营养芽为培养材料。
原球茎细胞类似愈伤组织，由于愈伤组织是一团未分化的薄壁细胞，因此，原球茎细胞的细胞壁薄。
（2）通过对比加蔗糖条件下，有光组能够正常分化，无光组无法发生分化，说明光能促进细胞分化；比较不加蔗糖条件下，有无光照均死亡，说明蔗糖为生长提供能量。
若保证组织培养正常，需要加入蔗糖，故A、B、C错误，D正确。
（3）生物碱属于铁皮石斛的次生代谢产物，获取方法可以从植株中提取，也可以通过液体悬浮细胞培养，将愈伤组织（原球茎）分散成单细胞，然后通过培养特定细胞系实现工业化生产。
1.判断正误：
（1）在植物组织培养中，为了诱导菊花试管苗生根，在培养基中一般不加入NAA（ ）
（2）LB培养基和MS培养基相同，都能用于微生物培养和植物组织培养（ ）
（3）MS培养基中加入酚红指示剂可鉴定分解尿素的微生物（ ）
（4）在植物组织培养中，二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后可得到稳定遗传的植株（ ）
（5）制备MS培养基和制备母液时，不同营养成分配制比例有所不同（ ）
（6）在植物组织培养中，以花粉作为外植体可得到单倍体植株（ ）
（7）植物组织培养过程中无需从外部添加糖类（ ）
（8）每次配制MS培养基都需精确称量配方中的各种成分（ ）
（9）感染杂菌的培养基和使用过的培养基都必须经灭菌处理后才能丢弃（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）× （4）× （5）√ （6）√ （7）× （8）× （9）√
2.某愈伤组织在如图甲所示的培养基中培养一段时间后得到如图乙所示的结构。
经分析可知该培养基中（ ）
A.细胞分裂素多，生长素少
B.细胞分裂素少，生长素多
C.细胞分裂素和生长素的用量相等
D.只有生长素
答案 B
解析 从图乙中可以看出，该培养基有利于生根且抑制芽的形成，所以可推断该培养基中生长素多，细胞分裂素少。
3.在菊花茎段的组织培养实验中，对已长出的健壮丛状苗应该进行怎样的处理（ ）
A.移入日光下，在生芽培养基中继续培养
B.移入日光下，在生根培养基中继续培养
C.转入黑暗遮阴环境中，在草炭土或蛭石中栽种
D.转入黑暗遮阴环境中，在80%以上湿度下，在任意自然泥土中栽种
答案 B
解析 植物的组织培养过程按照以下流程进行：
植物组织→丛状苗→生根苗→幼苗→成体，从上述流程不难发现，只有选项B是正确的。
4.植物组织培养和微生物培养都需要无菌操作，下列不适宜用高压蒸汽灭菌的是（ ）
A.接种环和镊子
B.三角瓶和广口瓶
C.发芽培养基和生根培养基
D.用于培养的幼茎和幼芽
答案 D
解析 微生物培养和植物组织培养过程中所需的操作器具、培养基均需要高压蒸汽灭菌，而微生物的菌种和植物组织培养的幼茎和幼芽不能用高压蒸汽灭菌，否则会造成其死亡，D项符合题意。
5.请分析回答下列有关生物技术专题方面的问题：
（1）下表是一种培养基配方，请回答下列问题：
成分
KH2PO4
Na2HPO4
MgSO4·7H2O
葡萄糖
尿素
琼脂
含量
1.4g
2.1g
0.2g
10.0g
1.0g
15.0g
①该培养基高压蒸汽灭菌时要在______________g/cm2压力下灭菌30分钟，为了防止尿素加热分解，需要单独用________________过滤去除细菌。
②该培养基属于什么培养基（多选）________。
A.液体 B.固体 C.鉴定 D.选择 F.天然
③如果要对培养的菌落进行纯化，一般采用__________（方法），操作的第一步及每次划线之前都要对接种环进行________处理，目的是对接种环进行________。
④制备培养基的操作步骤是________（填选项字母）。
a.倒平板 b.计算 c.溶化 d.称量 e.灭菌
A.a→b→c→d→eB.e→b→d→c→a
C.b→d→c→a→eD.b→d→c→e→a
（2）如图是植物组织培养的示意简图，请回答下列问题：
①B表示的是________________，它是由高度液泡化的、呈无定型状态的薄壁细胞组成的。
②A能被培养成为C的根本原因是______________________________________________
________________________________________________________________________。
③植物激素中______________________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。
答案
（1）①500 G6玻璃砂漏斗 ②BD ③划线分离法 灼烧 灭菌 ④D
（2）①愈伤组织 ②A具有发育成该种植物所需的全部基因 ③细胞分裂素和生长素
解析
（1）①题干培养基配方中有葡萄糖，所以在高压蒸汽灭菌时要在500g/cm2压力下灭菌30分钟，为了防止尿素加热分解，需要单独用G6玻璃砂漏斗过滤去除细菌。
②该培养基中添加了琼脂，尿素作为唯一氮源物质，故该培养基属于固体培养基和选择培养基，用于选择含有脲酶的细菌。
③如果要对培养的菌落进行纯化，一般采用划线分离法，操作的第一步及每次划线之前都要对接种环进行灼烧灭菌。
④制备培养基的操作步骤是：
计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。
（2）①外植体经脱分化产生愈伤组织，愈伤组织是由高度液泡化的、呈无定型状态的薄壁细胞组成的。
②外植体A能被培养成为植株C的根本原因是A具有发育成该种植物所需的全部基因。
③植物激素中细胞分裂素和生长素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。
题组一 植物组织培养的原理和基本过程
1.影响植物组织培养的因素包括（ ）
①培养基的配制 ②外植体的选取 ③激素的运用④消毒 ⑤温度、pH、光照
A.①②③④⑤B.①②③
C.①②③④D.①②③⑤
答案 A
解析 进行植物组织培养，对培养条件要求相当严格，需要配制适宜培养基；外植体的脱分化因植物种类、器官来源及其生理状态的不同而有很大差别；另外在培养过程中需要无菌操作及适宜的温度、pH、光照等条件。
2.下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述，错误的是（ ）
A.属于无性生殖
B.主要理论依据是植物细胞具有全能性
C.培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株
D.人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等
答案 C
解析 植物组织培养技术即植物无菌培养技术，是根据植物细胞具有全能性的原理将外植体培养成完整植株的技术，尽管培养基中含大量营养，培养过程中仍需光照条件，方可形成完整植株（叶绿素的形成需要光照）。
3.（2018·乐清中学期末）下图表示植物组织培养过程。
据图分析，下列叙述正确的是（ ）
A.②试管的培养基中含有植物生长调节剂，不含有有机物
B.③试管中的细胞能进行减数分裂
C.调节④培养基中植物生长调节剂的比例可诱导产生不同的植物器官
D.⑤植株根尖细胞的全能性比①植株根尖细胞的强
答案 C
解析 ②试管的培养基中含有植物生长调节剂和有机物等，A错误；③试管中的细胞进行分裂的方式是有丝分裂，B错误；调节④培养基中植物生长调节剂的比例，可诱导产生根和芽，C正确；⑤植株根尖细胞的全能性与①植株根尖细胞的全能性相同，D错误。
4.（2019·桐乡质检）无菌技术是植物组织培养能否获得成功的关键，以下说法正确的是（ ）
①由于植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，对无菌操作的要求非常严格 ②对培养基及器械用高压蒸汽灭菌 ③对培养材料进行表面消毒时，一方面要考虑药剂的消毒效果，另一方面还要考虑植物材料的耐受能力 ④培养中不同药剂、不同植物材料，甚至不同器官要区别对待 ⑤对培养材料可用高压蒸汽灭菌 ⑥如果不小心引起污染，将可能造成培养工作前功尽弃
A.①②③④⑤B.①②③④
C.①②③④⑥D.①②③④⑤⑥
答案 C
解析 对培养材料用高压蒸汽灭菌会杀死细胞。
题组二 植物激素的应用
5.在植物组织培养过程中，生长素用量与细胞分裂素用量的比值高时，下列描述正确的是（ ）
A.有利于根的分化和芽的形成
B.不利于根的分化和芽的形成
C.有利于芽的形成，抑制根的分化
D.有利于根的分化，抑制芽的形成
答案 D
解析 生长素用量与细胞分裂素用量的比值高时，有利于根的分化，抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的形成。
6.下列关于植物组织培养中植物激素使用的说法中，不正确的是（ ）
A.植物组织培养中的关键性激素是生长素和细胞分裂素
B.先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂和分化
C.先使用细胞分裂素，后使用生长素，细胞既分裂又分化
D.同时使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向
答案 B
解析 用于植物组织培养的培养基中除营养成分外，还需添加植物激素，一般包括生长素和细胞分裂素；外植体脱分化、再分化的诱导方向取决于二者的比例；先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂，但细胞不分化；先使用细胞分裂素，后使用生长素，对细胞的分裂和分化均有利。
题组三 菊花组织培养的实验操作
7.进行植物组织培养的基本流程是（ ）
A.配制培养基→取外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培
B.配制培养基→取外植体消毒→接种→栽培→移栽→培养
C.配制培养基→取外植体消毒→接种→移栽→培养→栽培
D.取外植体消毒→配制培养基→接种→培养→移栽→栽培
答案 A
解析 进行植物组织培养的一般流程是：
配制培养基并灭菌，再取植物幼嫩的部分（外植体）并消毒，然后接种到培养基上进行培养，形成愈伤组织后移栽长出试管苗，最后栽种在土壤中。
8.（2019·义乌模拟）菊花的组织培养需要严格的无菌操作，下列说法不正确的是（ ）
A.对培养基连同其他器械一起进行高压蒸汽灭菌
B.幼苗要先移植到消过毒的蛭石或者草炭土等环境下生活一段时间
C.用于植物组织培养的培养基同样适合于某些微生物的生长，一旦感染杂菌则前功尽弃
D.将菊花茎段插入时应注意方向，不应倒插，是为了防止杂菌污染
答案 D
解析 植物的组织培养需要严格的无菌操作，将菊花茎段插入时要注意茎段的形态学上下端，不应倒插，是为了生长素的极性运输，保证成活率，D项错误。
9.菊花茎的切段在发芽培养基培养的过程中，有关描述错误的是（ ）
A.茎的切段不能带有叶片
B.要始终保持在无菌环境中培养
C.培养基中苄基腺嘌呤与萘乙酸的比例要较高
D.茎的切段经过脱分化和再分化可形成丛状苗
答案 A
解析 菊花切段接种时，将每段放入1瓶生芽培养基中，每段至少有1张叶片，A错误；植物组织培养在生芽和生根的过程中，要始终保持无菌环境，B正确；发芽培养基中，细胞分裂素类激素的含量高于生长素类激素的含量，在菊花组织培养过程中，细胞分裂素类激素采用的是苄基腺嘌呤，生长素类激素采用的是萘乙酸，C正确；茎的切段（外植体）通过脱分化形成愈伤组织，再通过再分化产生胚状体或丛状苗，D正确。
10.在菊花的组织培养操作完成了3～4天后，观察同一温室中的外植体，发现有的瓶内外植体正常生长，有的瓶内外植体死亡，你认为外植体死亡的原因不可能是（ ）
A.接种时培养基灭菌不彻底
B.接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体
C.愈伤组织形成初期没有给予充足的光照
D.培养过程中保持温度、pH的适宜，但没有及时调整各种营养物质、激素的比例
答案 C
解析 接种时培养基灭菌不彻底，外植体就会受到微生物的污染，从而导致实验前功尽弃，A项不符合题意；接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体，会导致温度过高而杀死外植体，B项不符合题意；愈伤组织形成过程中，细胞还没有开始再分化，没有叶绿素和叶绿体的形成，不可能进行光合作用，因此愈伤组织形成初期不需要充足的光照，C项符合题意；培养的不同阶段，对主要营养物质和激素的需求不同，所以培养过程中要及时调整各种营养物质、激素的比例，D项不符合题意。
11.（2018·浙江名校协作体联考）下图表示菊花的嫩枝离体培养过程，请据图回答下面的问题：
（1）若使用自然生长的嫩枝进行组织培养，需将材料放在70%乙醇中浸泡10min，再放入____________中浸泡5min，然后用另一该溶液浸泡5min，最后在________中用无菌水清洗。
（2）实验中使用的生长素是人工合成的______________，培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值________（填“高”或“低”）时，有利于芽的分化。
（3）待生根后，将苗移至草炭土或蛭石中，用玻璃罩或塑料布保持________（A.8% B.30% C.60% D.80%）以上的湿度，2～3天后打开玻璃罩逐渐降低湿度进行锻炼，直到将罩全部打开处于自然湿度下为止。
答案
（1）5%次氯酸钠溶液 超净台
（2）萘乙酸（NAA） 低 （3）D
解析
（1）对自然茎段进行消毒时，具体操作为：
70%乙醇消毒10min→5%次氯酸钠溶液浸泡5min→另一5%次氯酸钠溶液浸泡5min→在超净台中用无菌水清洗。
（2）菊花的嫩枝离体培养过程中，使用的生长素是人工合成的萘乙酸（NAA），生长素和细胞分裂素的比值能够影响菊花茎段的分化，当培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化，反之有利于根的分化。
（3）待生根后，将苗移至草炭土或蛭石中进行湿度锻炼，先用玻璃罩或塑料布保持80%以上的湿度，2～3天后打开玻璃罩逐渐降低湿度进行锻炼，直到将罩全部打开处于自然湿度下为止，D项符合题意。
12.（2019·东阳适应测试）植物组织培养是一种无性繁殖技术，以下是实验室进行植物组织培养的一般过程。
→
→
→
→
请回答：
（1）以下设备及用品中，该实验无需使用的是________。
A.酒精灯B.灭菌锅
C.封口膜D.玻璃刮刀
（2）培养过程中涉及的培养基有：
MS培养基、________、生根培养基。
与微生物培养基相比，植物组织培养一般要添加____________、____________作为生长调节剂。
（3）下表所列该实验设备、用品及材料与其灭菌或消毒方法的对应关系中，错误的选项是________。
选项
对象
方法
A
三角瓶
高压蒸汽灭菌
B
培养基
G6玻璃砂漏斗过滤
C
超净台
紫外灯照射
D
自然生长的茎段
70%乙醇和5%次氯酸钠先后浸泡
（4）离体组织接种后脱分化形成______________，在不同配比激素的诱导下，依次经历________和生根苗两个阶段，形成试管苗。
定植前还需要将试管苗移栽至草炭土或蛭石中继续培养，其目的是_____________________________________________________________。
答案
（1）D
（2）发芽培养基 生长素（或生长素类似物或萘乙酸） 细胞分裂素（或细胞分裂素类似物或苄基腺嘌呤） （3）B （4）愈伤组织 丛状苗 湿度锻炼或炼苗（以适应土壤种植）
解析
（1）在植物组织培养过程中，需要用到酒精灯、灭菌锅、封口膜等，玻璃刮刀是在做微生物分离实验时使用的。
（2）在植物组织培养过程中，涉及的培养基有：
MS培养基、发芽培养基和生根培养基。
与微生物培养基相比，植物组织培养一般要添加生长素和细胞分裂素或其类似物作
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