学年高考生物大一轮复习热点题型二探究光合作用细胞呼吸的方式及速率的测定方法学案.docx
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学年高考生物大一轮复习热点题型二探究光合作用细胞呼吸的方式及速率的测定方法学案
热点题型二探究光合作用、细胞呼吸的方式及速率的测定方法
一、细胞呼吸的方式探究与速率测定
为了探究酵母菌细胞呼吸的方式，某同学将实验材料和用具按如图所示安装好。
以下关于该实验的说法，不正确的是（ ）
A．甲、乙两组实验探究的分别是酵母菌在有氧、无氧条件下的细胞呼吸方式
B．加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2
C．将橙色的重铬酸钾溶液滴入B瓶中变成灰绿色，证明有酒精产生
D．乙组中B瓶先封口放置一段时间的目的是耗尽B瓶中的O2以形成无氧环境
审题关键
（1）写出酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的反应式：
C6H12O6＋6H2O＋6O2
12H2O＋6CO2＋能量、C6H12O6
2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量。
（2）甲组营造的是有氧环境，而乙组中B瓶先封口放置一段时间的目的是耗尽B瓶中的O2，以形成无氧环境，所以二者分别探究酵母菌在有氧和无氧条件下的细胞呼吸方式。
（3）甲组加入NaOH溶液的目的是吸收空气中的CO2，以排除空气中的CO2对实验结果的干扰。
（4）橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
答案 C
物质鉴定法探究酵母菌的细胞呼吸方式
（1）实验原理
①酵母菌：
酵母菌是一种单细胞真菌，其代谢类型是兼性厌氧型，可用于研究细胞呼吸的不同方式。
②细胞呼吸产物的检测
a.CO2的检测CO2可使澄清石灰水变混浊
CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
b．酒精的检测：
在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液会与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
（2）实验步骤
①配制酵母菌培养液。
②设计对比实验
a．甲组中空气先通过NaOH溶液的目的是消除空气中的CO2，以保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊的CO2是由酵母菌有氧呼吸产生的。
b．乙组中B瓶应先封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是耗尽B瓶中的氧气，以确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水中。
（3）产物检测与实验现象
条件
澄清的石灰水的变
化/出现变化的时间
重铬酸钾—浓
硫酸溶液
甲组（有氧）
变混浊/快
无变化
乙组（无氧）
变混浊/慢
出现灰绿色
有O2
CO2（大量）＋H2O
（4）实验结论
酵母菌
C2H5OH＋CO2（少量）
无O2
葡萄糖
下图是探究酵母菌细胞呼吸方式的装置图，下列说法正确的是（ ）
A．装置一中液滴左移，装置二中液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸
B．装置一中液滴不移，装置二中液滴右移，说明酵母菌只进行有氧呼吸
C．装置一中液滴左移，装置二中液滴不移动，说明酵母菌死亡
D．装置一中液滴左移，装置二中液滴右移，说明酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸
审题关键
（1）装置一中NaOH溶液可吸收细胞呼吸释放出的CO2，因此刻度管内的液滴移动情况反映的是氧气消耗量的变化，因此装置一可探究酵母菌是否发生有氧呼吸。
（2）装置二中因“NaOH溶液”换成“蒸馏水”，若只进行有氧呼吸，因为消耗氧气量和释放二氧化碳量相同，则液滴不移动。
若只进行无氧呼吸，则会因释放CO2，导致液滴右移。
因此装置二可探究酵母菌是否发生无氧呼吸。
答案 D
液滴移动法探究细胞呼吸的方式
（1）探究装置：
欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示（以发芽种子为例）：
（2）结果结论
实验结果
结论
装置一液滴
装置二液滴
不动
不动
只进行产生乳酸的无氧呼吸
不动
右移
只进行产生酒精的无氧呼吸
左移
右移
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移
不动
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
（3）误差校正：
为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。
对照装置与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。
某同学用如图所示实验装置测定果蝇幼虫的细胞呼吸速率。
实验所用毛细管横截面积为1mm2，实验开始时，打开软管夹，将装置放入25℃水浴中，10min后关闭软管夹，随后每隔5min记录一次毛细管中液滴移动的位置，结果如下表所示。
下列分析正确的是（ ）
实验时间（min）
10
15
20
25
30
35
液滴移动距离（mm）
0
32.5
65
100
130
162.5
A.图中X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向右移动
B．在20～30min内氧气的平均吸收速率为6.5mm3/min
C．如将X换为清水，并向试管充入N2即可测定果蝇幼虫无氧呼吸速率
D．增设的对照实验只需将装置中的X换成清水，并将该装置置于相同的环境中
审题关键
（1）X为NaOH溶液，其可吸收果蝇幼虫细胞呼吸释放的CO2，所以液滴移动情况反映的是氧气消耗量的变化，软管夹关闭后液滴将向左移动。
（2）由表中信息可知，在20～30min内氧气变化差值为130－65＝65mm，因此该时间段内的氧气平均吸收速率为6.5（mm3/min）。
（3）果蝇幼虫无氧呼吸产生乳酸不产生CO2，所以将X换为清水，并向试管充入N2，无论是否进行无氧呼吸液滴都不会移动。
（4）因气压、温度等物理因素也会影响液滴移动，为了避免该误差，则应设置对照实验，应将装置中的果蝇幼虫换成等质量的死幼虫，并将该装置置于相同环境中，重复上述实验。
答案 B
液滴移动法测定细胞呼吸的速率
（1）实验装置
（2）指标：
细胞呼吸速率常用单位时间内CO2释放量或O2吸收量来表示。
（3）原理：
组织细胞呼吸吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。
单位时间内液滴左移的体积即表示细胞呼吸速率。
（4）物理误差的校正
①如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰细胞呼吸速率的测定。
②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。
③为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活（如将种子煮熟），其他条件均不变。
特别提醒 脂肪含氢量高，含氧量低，等质量的脂肪与葡萄糖相比，氧化分解时耗氧量高，而产生CO2量少。
因此脂肪有氧呼吸时，产生的CO2量小于消耗的O2量，有色液滴移动明显。
1．（2018·衡水第二中学联考）下图为探究酵母菌细胞呼吸方式的实验设计装置。
下列叙述正确的是（ ）
A．实验自变量为温度
B．实验因变量为CO2的多少
C．空气泵泵入的气体应先除去O2
D．乙、丙两试管加入干酵母后应煮沸冷却除去CO2
答案 B
解析 该实验的自变量是氧气的有无，温度属于无关变量，A项错误；该实验通过Ca（OH）2溶液检测CO2的产生量，B项正确；空气泵通入气体是为有氧呼吸提供O2，应先除去泵入气体中的CO2，C项错误；乙、丙两试管的培养液需煮沸（除去CO2）冷却后再加入干酵母，避免酵母菌被高温杀死，D项错误。
2．下面三个装置可用于研究萌发种子的细胞呼吸方式及其产物，有关分析不正确的是（ ）
A．装置甲可用于探究细胞呼吸是否产生热量
B．装置乙的有色液滴向左移动，说明种子萌发只进行有氧呼吸
C．装置丙可用于探究萌发种子的细胞呼吸是否产生二氧化碳
D．三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都需要设置对照实验
答案 B
解析 装置甲中有温度计，且使用了保温瓶（可以防止种子细胞呼吸释放的热量散失），因此，该装置可以用于探究细胞呼吸是否产生热量，A项正确；装置乙中NaOH溶液能吸收二氧化碳，装置乙的有色液滴向左移动是该装置中氧气减少所致，说明种子萌发时一定进行了有氧呼吸，但种子细胞也可能同时进行无氧呼吸，B项错误；澄清的石灰水可用于检测二氧化碳，因此，装置丙可用于探究萌发的种子的细胞呼吸是否产生二氧化碳，C项正确；三个装置中的种子都必须进行消毒处理，以杀死粘附在种子表面的微生物，避免微生物的细胞呼吸对实验产生干扰，并且三个装置都要设置相应的对照实验，D项正确。
3．甲、乙两个生物兴趣小组分别利用图Ⅰ、图Ⅱ装置对酵母菌细胞呼吸方式进行了如下的探究实验。
回答下列问题：
（1）甲利用图Ⅰ装置探究酵母菌在有氧与无氧的条件下细胞呼吸放出的热量的多少。
材料用具：
500mL保温桶、温度计、活性酵母菌、0.1mo1/L葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。
实验步骤：
①取A、B两套装置按下表的设计进行实验。
装置
步骤一
步骤二
步骤三
A
加入200mL的葡萄糖溶液
加入10g活性酵母菌
X
B
加入200mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
Y
加入石蜡油铺满液面
则X是________________；Y是________________。
②B装置中步骤一的主要目的是____________，这是控制实验的________变量。
实验结果：
略。
（2）乙利用图Ⅱ装置（橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管），探究酵母菌的细胞呼吸类型。
①想得到实验结论还必须同时设置对照实验，假设该装置编号为Ⅲ，则装置Ⅲ除用____________代替NaOH溶液外，其他设计与装置Ⅱ相同。
②检测酵母菌细胞呼吸是否产生CO2时，可用澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液。
CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液发生的颜色变化是________________。
③写出乙组改进后所得的实验结果及相应的结论：
若装置Ⅲ中红色液滴向右移，装置Ⅱ中红色液滴不移动，说明酵母菌只进行无氧呼吸；
若____________________________________________，说明酵母菌只进行有氧呼吸；
若____________________________________________，说明酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
答案
（1）①不加入石蜡油 加入10g活性酵母菌
②去除氧气 自
（2）①等量清水 ②由蓝变绿再变黄
③装置Ⅲ中红色液滴不移动，装置Ⅱ中红色液滴向左移 装置Ⅲ中红色液滴向右移，装置Ⅱ中红色液滴向左移
解析
（1）①分析表中相关内容，考虑到实验要遵循对照性原则、科学性原则和单一变量原则这几个原则，本实验的自变量为是否含有氧气，其他都是无关变量，要求一致。
因此X处应填：
不加入石蜡油，目的是给酵母菌创造有氧环境。
Y处应填：
加入10g活性干酵母，排除无关变量的影响。
②B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是去除氧气，氧气有无属于自变量。
（2）①图Ⅱ装置中氢氧化钠吸收二氧化碳，红色液滴向左移动是酵母菌有氧呼吸消耗氧气引起的；探究呼吸方式，同时设置对照实验，装置Ⅲ除用等量清水代替氢氧化钠外，其他设计与装置Ⅱ相同。
②CO2可使澄清的石灰水变混浊；CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
③装置Ⅱ烧杯内是氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的二氧化碳，所以装置测量的是细胞呼吸消耗的氧气的量。
装置Ⅲ烧杯内是清水，清水不能吸收气体，也不释放气体，该装置测量的是细胞呼吸释放的二氧化碳的量和消耗氧气的量的差值，如果气体体积增加，说明酵母菌进行无氧呼吸。
所以：
若装置Ⅱ中红色液滴不移动，装置Ⅲ中红色液滴向右移动，说明酵母菌只进行无氧呼吸；
若装置Ⅲ中红色液滴不移动，装置Ⅱ中红色液滴向左移动，说明酵母菌不进行无氧呼吸只进行有氧呼吸；
若装置Ⅲ中红色液滴向右移动，装置Ⅱ中红色液滴向左移动，说明酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
4．某同学在研究马铃薯块茎细胞呼吸方式时，设计了如下实验：
实验一：
取新鲜马铃薯块茎，洗净、切成碎屑。
向锥形瓶中分别加入适量的马铃薯块茎碎屑，安装成图甲装置。
每隔一段时间，从分液漏斗向锥形瓶A中注入适量过氧化氢溶液。
观察装置中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色变化。
实验二：
取新鲜马铃薯块茎，洗净、切成碎屑。
向锥形瓶C中加入适量的马铃薯块茎碎屑，并向C瓶充入N2替代瓶中空气，安装成图乙装置，一段时间后，观察装置中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色变化。
请回答下列问题：
（1）当实验一中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄时，是否可以说明马铃薯的细胞呼吸在逐渐增强？
为什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）已知植物细胞无氧呼吸有两种类型，一种是能够产生酒精的无氧呼吸，另一种是能够产生乳酸的无氧呼吸，并且马铃薯块茎在只有N2的条件下可以进行无氧呼吸。
则实验二的目的是______________________________；若实验二中溴麝香草酚蓝水溶液________，则说明马铃薯块茎细胞进行的是产生乳酸的无氧呼吸，其反应式为____________________。
（3）实验一和实验二在设计上均有不够严谨之处，可能会干扰对马铃薯块茎细胞呼吸类型的判断，请给予修正：
_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
修正的理由是：
____________________________________________________________。
答案
（1）不可以，溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄可能是实验时间较长，马铃薯块茎产生的CO2总量较多引起的
（2）探究马铃薯块茎无氧呼吸的类型 不变色 C6H12O6
2C3H6O3＋少量能量
（3）实验前应对马铃薯块茎进行消毒；B瓶和C瓶组装之前均需做灭菌处理 不同的微生物具有不同的呼吸类型，它们的存在会干扰实验结果
解析
（1）实验一中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄可能是实验时间较长，马铃薯块茎产生的CO2总量较多引起的，因此当实验一中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄时，不能说明马铃薯的细胞呼吸在逐渐增强。
（2）据题干分析可知，实验二的目的是探究马铃薯无氧呼吸的类型。
若实验二中溴麝香草酚蓝水溶液不变色，则说明马铃薯块茎细胞进行的是产生乳酸的无氧呼吸，其反应式为：
C6H12O6
2C3H6O3＋少量能量。
（3）实验一和实验二在设计上均有不够严谨之处，不同的微生物具有不同的细胞呼吸类型，它们的存在会干扰实验结果，故实验前应对马铃薯块茎进行消毒；B瓶和C瓶组装之前均需做灭菌处理。
5．某研究小组想测量萌发的小麦种子、蚯蚓呼吸速率的差异，设计了以下的实验装置。
实验中分别以20粒萌发的种子和4条蚯蚓为材料，每隔5min记录一次有色液滴在刻度玻璃管上的读数，结果如下表所示。
请分析回答下列问题：
有色液滴移动的距离（mm）
生物
时间（min）
0
5
10
15
20
25
萌发的种子
0
8
16
23
9
34
蚯蚓
0
4.5
9
11.5
13.5
15.5
（1）装置图中的Y溶液是________，其作用是________________________________________。
设置乙装置的目的是______________________________________________________。
（2）实验开始后保持注射器的活塞不移动，有色液滴将向________移动（填“左”或“右”），以蚯蚓为材料时有色液滴移动的最大速率是________。
（3）另一组该实验装置每隔5min测量时，将注射器活塞往________移动（填“上”或“下”），待有色液滴回到实验开始时的位置停止，根据活塞移动距离可测出气体的变化量，其中以小麦为材料的结果如下表所示：
时间（min）
0
5
10
15
20
25
注射器量取的气
体变化体积（mL）
0
1.5
3.0
4.2
5.0
5.5
分析数据可知该段时间小麦种子的有氧呼吸速率为________，在此过程中，有氧呼吸的强度越来越________。
答案
（1）NaOH溶液 吸收实验过程中细胞呼吸产生的CO2 排除微生物及环境因素对实验的干扰（或对照作用）
（2）左 0.9mm/min （3）下 0.22mL/min 弱
解析
（1）装置图中的Y溶液是NaOH溶液，其作用是吸收实验过程中细胞呼吸产生的CO2。
设置乙装置的目的是排除微生物及环境因素对实验的干扰，使实验结果更科学、合理。
（2）有氧呼吸过程消耗氧气，产生二氧化碳，二氧化碳又被氢氧化钠吸收，甲中是活的小麦种子，呼吸旺盛，所以实验开始后保持注射器的活塞不移动，连接甲、乙装置玻璃管中有色液滴慢慢往左移动。
以蚯蚓为材料时有色液滴移动的最大速率是9÷10＝0.9mm/min。
（3）另一组该实验装置每隔5min测量时，将注射器活塞往下移动，待有色液滴回到实验开始时的位置停止，根据活塞移动距离可测出气体的变化量，分析表格中数据可知，该段时间小麦种子的有氧呼吸速率为5.5÷25＝0.22mL/min，在此过程中，有氧呼吸的强度越来越弱。
二、测定光合作用的速率
某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况，设计了由透明的玻璃罩构成的小室，如图甲所示。
请据图回答下列问题：
（1）将该装置放在自然环境下，测定夏季一昼夜（零点开始）小室内植物O2释放速率的变化，得到如图乙所示曲线，影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是________________（写两点）；观察装置中液滴的位置，c点时刻的液滴位于起始位置的________侧，装置刻度管中液滴移到最右点是在一天中的________点。
（2）在实验过程中的某段光照时间内，记录液滴的移动情况，获得以下数据：
每隔20分钟记录一次刻度数据
…
24
29
32
34
…
该组实验数据是在乙图曲线的____________段获得的。
（3）该组同学为测定该植物某时间段的O2产生速率。
如何设置对照实验？
如何处理实验数据？
①简要写出对照实验设计思路：
____________________________________________
________________________________________________________________________。
②数据处理：
若在单位时间内，实验组读数为M，对照组读数为N，该植物的真正光合速率为________。
审题关键
（1）密闭装置甲内有二氧化碳缓冲液，说明实验过程中二氧化碳浓度始终不变，因此影响其内植物光合作用速率变化的主要环境因素就只有光照强度和温度。
（2）密闭装置甲中液滴移动反映密闭装置内氧气浓度的变化情况，只要有氧气释放，液滴就会右移，由图乙曲线可知，c点之前的代谢特点是光合作用强度小于细胞呼吸强度，小室内氧气浓度降低，液滴左移。
8点至18点的时间段内氧气浓度一直增加，到18点时达到最大值，则甲装置中的液滴移动到了最右点。
（3）题中表格中所记录的数据为每隔20分钟记录一次刻度数据，则表格中连续3个20分钟之间的氧气变化量相对值分别为5、3、2，由此可看出氧气的释放速率在逐渐减小。
（4）密闭装置甲中液滴移动测得的是装置内植物释放氧气量（净光合量）的变化量，若要测定该植物某时间段的O2产生速率，还需要测定相应时间段内的细胞呼吸消耗氧气的速率，则需要增设对照实验为设置与甲一样的装置丙，将装置丙置于黑暗条件下，其他条件与甲相同，测单位时间（或相同时间）内甲与丙的读数。
答案
（1）光照强度、温度 左 18（或g）
（2）de或fg （3）①设置与甲一样的装置丙，将装置丙置于黑暗条件下，其他条件与甲相同，测单位时间（或相同时间）内甲与丙的读数 ②M－N
“液滴移动法”测定光合速率
（1）测定装置
（2）测定方法及解读
①测定呼吸速率
a．装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。
c．置于适宜温度环境中
d．红色液滴向左移动（单位时间内左移距离代表呼吸速率）。
②测定净光合速率
a．装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。
b．必须给予较强光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动（单位时间内右移距离代表净光合速率）。
高一生物科研兴趣小组从校博雅湖的某一深度取得一桶水样，分装于六对密封黑白瓶中（白瓶为透明瓶，黑瓶为不透光瓶），剩余的水样测得初始溶氧量为10mg/L。
将六对密封黑白瓶分别置于六种不同的光照条件下（由a→e逐渐加强），其他条件相同，24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶氧量，记录数据如下。
下列分析错误的是（ ）
光照强度（klx）
0（黑暗）
a
b
c
d
e
白瓶溶氧量（mg/L）
3
10
16
24
30
30
黑瓶溶氧量（mg/L）
3
3
3
3
E
E
A.瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24h内为7mg/L
B．光照强度为d、e时，黑瓶中溶氧量应为3mg/L
C．光照强度为c时，在24h内白瓶中植物产生的氧气量为28mg/L
D．光照强度为d时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加
审题关键
（1）黑瓶不透光，不能进行光合作用，因此黑瓶中氧气的减少是由于细胞呼吸消耗，单位时间氧气变化代表细胞呼吸强度。
（2）白瓶透光，能进行光合作用，溶液中氧气的变化是光合作用和细胞呼吸的综合结果，单位时间内氧气的变化可以代表净光合作用强度；实际光合作用强度＝净光合作用强度＋细胞呼吸强度。
答案 C
解析 分析黑瓶可知，24h氧气的消耗量是10－3＝7mg/L，即瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24h内为7mg/L，A项正确；由光照强度0、a、b、c时测得数据可知，光照强度变化，消耗的氧气不变，因此光照强度为d、e时，黑瓶中溶氧量应为3mg/L，B项正确；光照强度为c时，24h氧气的增加量是24－10＝14mg/L，呼吸消耗量是7，因此在24h内白瓶中植物产生的氧气量为14＋7＝21mg/L，C项错误；由表格数据可知，d对应的光照强度是光的饱和点，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加，D项正确。
“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有细胞呼吸，而白瓶既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑瓶（无光照的一组）测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶（有光照的一组）测得的为表观（净）光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。
现采用如图所示方法测定植物叶片光合作用强度，将对称叶片的一半遮光（A），另一半不遮光（B），并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。
在适宜光照和温度下照射一段时间，在A、B中截取对应部分相等面积的叶片，烘干称重，分别记作m1和m2，单位mg/（dm2·h）。
下列说法正确的是（ ）
A．该方法在未测出细胞呼吸强度的条件下，能测出实际光合作用的强度
B．（m2－m1）表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量
C．m2表示被截取的
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