目 標(biāo) 素 養(yǎng)1.闡明染色體組的概念,通過比較二倍體、多倍體和單倍體的差異,提升歸納概括的能力。2.通過探究低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化,提高實驗操作能力。3.通過實例歸納單倍體、多倍體的概念及特點,理解相應(yīng)育種方法利用了染色體數(shù)目變異的原理,認(rèn)同單倍體育種可以明顯縮短育種年限。
4.對比分析,理解染色體缺失、重復(fù)、倒位和易位會使排列在染色體上的基因數(shù)目或排列順序發(fā)生改變,進(jìn)而導(dǎo)致生物性狀的變異甚至死亡,形成結(jié)構(gòu)與功能觀。
一、染色體變異的概念和類型1.概念:生物體的體細(xì)胞或生殖細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目或結(jié)構(gòu)的變化,稱為染色體變異。2.類型:染色體數(shù)目的變異和染色體結(jié)構(gòu)的變異。
二、染色體數(shù)目的變異1.類型(1)個別染色體變化:細(xì)胞內(nèi)個別染色體的增加或減少。(2)染色體成套變化:細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目以一套完整的非同源染色體為基數(shù)成倍地增加或成套地減少。
2.二倍體和多倍體(1)染色體組:在大多數(shù)生物的體細(xì)胞中,染色體都是兩兩成對的,也就是說含有兩套非同源染色體,其中每套非同源染色體稱為一個染色體組。(2)二倍體:體細(xì)胞中含有兩個染色體組的個體。(3)多倍體:體細(xì)胞中含有三個或三個以上染色體組的個體。(4)人工誘導(dǎo)多倍體技術(shù):人工誘導(dǎo)多倍體的方法很多,如低溫處理、用秋水仙素誘發(fā)等。其中,用秋水仙素來處理萌發(fā)的種子或幼苗,是目前最常用且最有效的方法。
3.單倍體(1)單倍體是指體細(xì)胞中的染色體數(shù)目與本物種配子染色體數(shù)目相同的個體。(2)特點:與正常植株相比,單倍體植株長得弱小,而且高度不育。(3)應(yīng)用:單倍體育種。①過程②優(yōu)點:明顯縮短育種年限。
微思考1單倍體育種就是花藥離體培養(yǎng)嗎?提示:不是。單倍體育種包括花藥離體培養(yǎng)和用秋水仙素處理幼苗等過程;花藥離體培養(yǎng)只能得到單倍體幼苗,有的單倍體幼苗需再用秋水仙素處理才能得到可育的純合子。
微判斷1 根據(jù)染色體數(shù)目的變異相關(guān)內(nèi)容,判斷下列說法是否正確。(1)單倍體的體細(xì)胞中一定只含有一個染色體組。(　　)(2)體細(xì)胞中含有兩個染色體組的個體一定是二倍體。(　　)(3)單倍體經(jīng)一次秋水仙素處理,可得到二倍體或多倍體。(　　)(4)含有三個染色體組的個體就是三倍體。(　　)(5)單倍體的體細(xì)胞中不存在同源染色體。(　　)
(6)單倍體育種過程中,可用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。(　　)(7)若二倍體西瓜幼苗的基因型為Aa,則用秋水仙素處理后形成的四倍體為純合子。(　　)(8)二倍體水稻和四倍體水稻雜交,可獲得三倍體水稻,稻穗和籽粒變小。(　　)
微訓(xùn)練1 普通小麥?zhǔn)橇扼w,體細(xì)胞中有42條染色體,科學(xué)家用花藥離體培養(yǎng)技術(shù)培育出的幼苗的倍性及其體細(xì)胞中含有的染色體(組)數(shù)分別是(　　)A.三倍體,21條染色體B.單倍體,21條染色體C.三倍體,3個染色體組D.單倍體,1個染色體組答案:B
三、低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化1.實驗原理用低溫處理植物的分生組織細(xì)胞,能夠抑制紡錘體的形成,以致影響細(xì)胞有絲分裂中染色體被拉向兩極,導(dǎo)致細(xì)胞不能分裂成兩個子細(xì)胞,于是,植物細(xì)胞的染色體數(shù)目發(fā)生變化。
微判斷2基于“低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化”實驗,判斷下列表述是否正確。(1)秋水仙素能抑制紡錘體的形成,從而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。(　　)(2)低溫可抑制染色體的著絲粒分裂,使子染色體不能分別移向兩極。(　　)(3)用高倍鏡觀察時,發(fā)現(xiàn)既有正常的二倍體細(xì)胞,也有正在發(fā)生染色體數(shù)目改變的細(xì)胞。(　　)
四、染色體結(jié)構(gòu)的變異1.類型
微思考2染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位與互換型基因重組有什么不同?提示:染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位是發(fā)生在非同源染色體間的染色體片段的交換,而互換型基因重組是發(fā)生在同源染色體的非姐妹染色單體間的相應(yīng)片段的交換。
微判斷3根據(jù)染色體結(jié)構(gòu)的變異相關(guān)內(nèi)容,判斷下列說法是否正確。(1)貓叫綜合征由是人的5號染色體數(shù)目減少引起的遺傳病。(　　)(2)基因突變和染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失是一樣的,都是堿基的缺失。(　　)(3)染色體結(jié)構(gòu)變異不改變?nèi)旧w上基因的數(shù)目或排列順序,可在光學(xué)顯微鏡下觀察到。(　　)(4)染色體片段的倒位和易位必然導(dǎo)致基因排列順序的變化。(　　)
微訓(xùn)練2下列關(guān)于基因突變和染色體結(jié)構(gòu)變異的敘述,正確的是(　　)A.基因突變都會導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異B.基因突變與染色體結(jié)構(gòu)變異都會導(dǎo)致個體表型發(fā)生改變C.基因突變與染色體結(jié)構(gòu)變異都會導(dǎo)致堿基序列的改變D.基因突變與染色體結(jié)構(gòu)變異通常都可用光學(xué)顯微鏡觀察答案:C
解析:基因突變不會導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異,A項錯誤?；蛲蛔兣c染色體結(jié)構(gòu)變異也有可能不導(dǎo)致個體表型發(fā)生改變,B項錯誤?；蛲蛔冊诠鈱W(xué)顯微鏡下是不可見的,染色體結(jié)構(gòu)變異可在光學(xué)顯微鏡下觀察到,D項錯誤。
一 染色體數(shù)目的變異問題探究體細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目以一套完整的非同源染色體為基數(shù)成倍地增加或成套地減少就會形成多倍體或單倍體。圖甲表示某生物體細(xì)胞內(nèi)染色體的組成,圖乙表示另一生物體細(xì)胞內(nèi)的基因組成情況,請回答下列問題。
1.圖甲所示生物體細(xì)胞內(nèi)有幾個染色體組?判斷依據(jù)是什么?提示:兩個。細(xì)胞內(nèi)同一種形態(tài)的染色體有兩條。2.基因型如圖乙所示的生物(該生物由受精卵發(fā)育而來)是幾倍體?什么樣的生物個體是多倍體?提示:基因型為AaaaBBbb的生物由受精卵發(fā)育而來,其體細(xì)胞中含有四個染色體組,為四倍體。由受精卵發(fā)育而來,體細(xì)胞中含有三個或三個以上的染色體組的個體叫作多倍體。
3.歸納單倍體的概念。與正常植株相比,單倍體植株具有哪些特點?提示:體細(xì)胞中的染色體數(shù)目與本物種配子染色體數(shù)目相同的個體,叫作單倍體。與正常植株相比,單倍體植株長得弱小,而且高度不育。
4.與二倍體植株相比,多倍體植株的優(yōu)點有哪些?人們常常采用人工誘導(dǎo)多倍體的方法來獲得多倍體植株,培育新品種。人工誘導(dǎo)多倍體的方法有哪些?其原理是什么?提示:與二倍體植株相比,多倍體植株常常莖稈粗壯,葉片、果實和種子都比較大,糖類和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的含量都有所增加。誘導(dǎo)方法有用秋水仙素或低溫處理萌發(fā)的種子或幼苗。原理是抑制紡錘體的形成,導(dǎo)致染色體不能移向細(xì)胞的兩極,從而引起細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。
歸納總結(jié)1.對染色體組概念的理解
2.染色體組數(shù)的判斷方法
3.單倍體、二倍體和多倍體(1)比較
①如果生物體由受精卵(或合子)發(fā)育而成,體細(xì)胞中含有幾個染色體組,該生物就是幾倍體。②如果生物體由生殖細(xì)胞直接發(fā)育而成,無論體細(xì)胞中含有幾個染色體組,該生物都是單倍體。
典例剖析【例1】 下圖表示無子西瓜的培育過程。根據(jù)圖解,結(jié)合學(xué)過的生物學(xué)知識判斷,下列敘述錯誤的是(　　)A.用秋水仙素處理二倍體西瓜幼苗的莖尖,主要是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成B.四倍體植株所結(jié)的西瓜,果皮細(xì)胞內(nèi)含有4個染色體組C.無子西瓜既沒有種皮,也沒有胚D.四倍體西瓜的根細(xì)胞中含有2個染色體組
解析:秋水仙素能抑制紡錘體的形成,紡錘體的形成發(fā)生在有絲分裂的前期。四倍體植株上所結(jié)的西瓜,其果皮是由子房壁發(fā)育而成的,來自母本,應(yīng)含有4個染色體組。三倍體不能產(chǎn)生正常配子,所以不能形成受精卵,而無子西瓜種子的種皮來自母本,所以無子西瓜有種皮,沒有胚。由于植株的地下部分沒有經(jīng)秋水仙素處理,四倍體西瓜的根細(xì)胞中仍含有2個染色體組。
學(xué)以致用1.下圖所示細(xì)胞含三個染色體組的是(　　)答案:D
二 低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化問題探究用低溫處理萌發(fā)的種子或幼苗可得到多倍體植株。請結(jié)合教科書實驗思考并回答下列問題。1.與秋水仙素相比,低溫誘導(dǎo)多倍體的形成有哪些優(yōu)點?本實驗是否溫度越低效果越顯著?提示:低溫條件容易創(chuàng)造和控制,成本低,對人體無害。否,必須為“適當(dāng)?shù)蜏亍?以防止溫度過低對根尖細(xì)胞造成傷害。
2.能否只選擇一個細(xì)胞,觀察其染色體數(shù)目逐漸加倍的過程?觀察時是否所有細(xì)胞中染色體數(shù)目均已加倍?提示:否,細(xì)胞經(jīng)過固定已經(jīng)被殺死了。否,只有少部分細(xì)胞實現(xiàn)了染色體數(shù)目加倍,大部分細(xì)胞仍為二倍體狀態(tài)。3.經(jīng)低溫誘導(dǎo)處理后,能觀察到蒜(或洋蔥)細(xì)胞內(nèi)的染色體組數(shù)目是多少?提示:染色體組數(shù)目可能是2個或4個或8個。
4.若要探究誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目加倍的最適溫度,應(yīng)如何設(shè)置自變量?提示:設(shè)置一系列梯度的溫度為自變量。
歸納總結(jié)1.方法步驟2.實驗現(xiàn)象:視野中既有正常的二倍體細(xì)胞,也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細(xì)胞。
3.注意事項(1)低溫和秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍的原理:用低溫或秋水仙素處理植物的分生組織細(xì)胞,能夠抑制紡錘體的形成,以致影響細(xì)胞有絲分裂中染色體被拉向兩極,導(dǎo)致細(xì)胞不能分裂成兩個子細(xì)胞,于是,植物細(xì)胞的染色體數(shù)目發(fā)生變化。
(2)沖洗與漂洗的對比①時間不同:沖洗在固定之后、解離之前,漂洗在解離之后、染色之前。②試劑不同:用體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精沖洗,用清水漂洗。③目的不同:沖洗是為了洗去多余的卡諾氏液,漂洗是為了洗去多余的解離液。
(3)實驗中所用溶液的作用①卡諾氏液:固定細(xì)胞的形態(tài)。②質(zhì)量濃度為0.01 g/mL的甲紫溶液(舊稱龍膽紫溶液):使染色體著色。③質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸:與體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精按1∶1的比例混合,制成解離液,解離根尖,使細(xì)胞分離開。④清水:浸泡解離后的根尖(約10 min),作用是洗去藥液,防止解離過度。
⑤體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精:可用于洗去附著在根尖表面的卡諾氏液,還可與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸溶液混合,解離根尖、分離細(xì)胞。
典例剖析【例2】 某生物興趣小組的同學(xué)將生長旺盛的蒜的不定根置于4 ℃的冰箱冷藏室中培養(yǎng)48~72 h后,剪取根尖制成臨時裝片,然后用顯微鏡觀察染色體形態(tài)較好的分裂象。下列敘述正確的是(　　)A.低溫處理能阻斷蒜根尖細(xì)胞中DNA的復(fù)制B.用甲紫溶液處理根尖可使染色體著色C.制作臨時裝片前可用卡諾氏液維持細(xì)胞的活性D.視野中所有細(xì)胞的染色體數(shù)目都已發(fā)生改變
解析:低溫作用于有絲分裂前期,能抑制蒜根尖細(xì)胞中紡錘體的形成,A項錯誤。甲紫溶液是堿性染料,可使根尖細(xì)胞中的染色體著色,B項正確。經(jīng)卡諾氏液固定后細(xì)胞會死亡,C項錯誤。低溫作用于有絲分裂前期,而細(xì)胞周期中間期時間最長,故視野中間期細(xì)胞數(shù)目應(yīng)最多,大多數(shù)細(xì)胞的染色體數(shù)目未發(fā)生改變,D項錯誤。
2.下列有關(guān)“低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化”的敘述,正確的是(　　)A.先剪取洋蔥根尖0.5~1 cm,放在卡諾氏液中浸泡0.5~1 h,然后放在低溫下誘導(dǎo)培養(yǎng)B.低溫與秋水仙素的作用原理不同C.本實驗處理過程中要用體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精進(jìn)行沖洗D.本實驗中用顯微鏡觀察時,視野中絕大多數(shù)的細(xì)胞是染色體數(shù)目改變的細(xì)胞
解析:先將生根的洋蔥放在低溫下誘導(dǎo)培養(yǎng),再剪取根尖0.5~1 cm,放在卡諾氏液中浸泡0.5~1 h,A項錯誤。低溫的作用原理是抑制細(xì)胞分裂過程中紡錘體的形成,但不會抑制著絲粒的分裂,B項錯誤。用卡諾氏液固定后需要用體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精沖洗2次,C項正確。由于誘導(dǎo)率較低等因素的影響,本實驗中用顯微鏡觀察時,視野中絕大多數(shù)的細(xì)胞是染色體數(shù)目不變的細(xì)胞,D項錯誤。
三 染色體結(jié)構(gòu)的變異問題探究觀察下列細(xì)胞內(nèi)染色體變化的圖示,回答下列問題。
1.圖甲、圖乙均發(fā)生了某些片段的交換,其交換對象分別是什么?它們分別屬于哪種變異?提示:圖甲發(fā)生的是非同源染色體間片段的交換,圖乙發(fā)生的是同源染色體非姐妹染色單體間相應(yīng)片段的交換。圖甲為染色體結(jié)構(gòu)變異(易位),圖乙為基因重組(互換)。
2.圖丙①~④的結(jié)果中哪些是由染色體變異引起的? ①~④分別屬于何種變異?能在光學(xué)顯微鏡下觀察到的是哪些?提示:①②④均為染色體結(jié)構(gòu)變異。①屬于缺失,②屬于易位,③屬于基因突變,④屬于倒位。①②④可在光學(xué)顯微鏡下觀察到,③不能在光學(xué)顯微鏡下觀察到。
3.圖丙①~④中哪種變異沒有改變?nèi)旧w上基因的數(shù)量和排列順序?提示:③。③只是發(fā)生了b→B的突變,即某個基因的堿基序列改變,基因的數(shù)量和排列順序均未發(fā)生改變。
歸納總結(jié)1.染色體缺失、重復(fù)與基因突變的區(qū)別
2.染色體易位與互換的區(qū)別
典例剖析【例3】 下圖①②③④分別表示不同的變異類型,其中圖③中的基因2由基因1變異而來。下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A.圖①②都表示易位,發(fā)生在減數(shù)分裂的四分體時期B.圖③中的變異屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失C.圖④中的變異屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失或重復(fù)D.圖中4種變異能夠遺傳的是①③
解析:圖①表示基因重組中的互換,因為其發(fā)生在同源染色體的非姐妹染色單體之間;圖②表示染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位,因為其發(fā)生在非同源染色體之間;圖③表示基因突變中堿基的缺失;圖④表示染色體的缺失或重復(fù)。圖中4種變異都是可遺傳的變異。
學(xué)以致用3.在細(xì)胞分裂過程中,末端缺失的染色體因失去端粒而不穩(wěn)定,其姐妹染色單體可能會連接在一起,著絲粒分裂后向兩極移動時出現(xiàn)“染色體橋”結(jié)構(gòu),如下圖所示。若某細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂時,出現(xiàn)“染色體橋”并在兩著絲粒間任一位置發(fā)生斷裂,形成的兩條子染色體移到細(xì)胞兩極。不考慮其他變異,下列關(guān)于該細(xì)胞的說法,錯誤的是(　　)
A.可在分裂后期觀察到“染色體橋”結(jié)構(gòu)B.其子細(xì)胞中染色體的數(shù)目不會發(fā)生改變C.其子細(xì)胞中有的染色體上連接了非同源染色體片段D.若該細(xì)胞的基因型為Aa,可能會產(chǎn)生基因型為Aaa的子細(xì)胞答案:C
解析:由題干信息可知,著絲粒分裂后向兩極移動時出現(xiàn)“染色體橋”結(jié)構(gòu),故可以在分裂后期觀察到“染色體橋”結(jié)構(gòu),A項正確。出現(xiàn)“染色體橋”后,在兩個著絲粒間任意位置發(fā)生斷裂,形成的兩條子染色體分別移到細(xì)胞兩極,因此其子細(xì)胞中染色體數(shù)目不會發(fā)生改變,B項正確?！叭旧w橋”現(xiàn)象使姐妹染色單體之間發(fā)生了片段的轉(zhuǎn)接,不會出現(xiàn)非同源染色體片段,C項錯誤。若該細(xì)胞的基因型為Aa,出現(xiàn)“染色體橋”后在兩著絲粒間任意位置發(fā)生斷裂時,一條姐妹染色單體上的a轉(zhuǎn)接到了另一條姐妹染色單體上,則會產(chǎn)生基因型為Aaa的子細(xì)胞,D項正確。
1.下圖分別表示4個生物的體細(xì)胞,下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
A.圖中屬于單倍體體細(xì)胞的有3個B.圖中的丁一定是單倍體的體細(xì)胞C.每個染色體組中含有3條染色體的是甲、乙、丁D.與乙相對應(yīng)的基因型可以是aaa、abc、AaaBBBcccDDd、aabbcc等
解析:可根據(jù)相同形態(tài)染色體的個數(shù)判斷染色體組數(shù),甲、乙、丙、丁中分別含有3、3、2、1個染色體組,其中丁一定是單倍體。而甲、乙、丙可能分別是三倍體、三倍體、二倍體,也可能都是單倍體。與乙對應(yīng)的基因型應(yīng)包含3個等位基因,所以abc、aabbcc這兩種基因型不能對應(yīng)乙。
2.下列關(guān)于高等植物細(xì)胞中染色體組的敘述,錯誤的是(　　)A.二倍體植物的配子只含有一個染色體組B.每個染色體組中的染色體均為非同源染色體C.每個染色體組中都含有常染色體和性染色體D.每個染色體組中各染色體DNA的堿基序列不同答案:C
解析:二倍體植物的體細(xì)胞中含有兩個染色體組,其配子中只含有一個染色體組,A項正確。一個染色體組中無同源染色體,其形態(tài)和功能各不相同,均為非同源染色體,B項正確。雌雄同株的植物細(xì)胞內(nèi)沒有性染色體,故其中一個染色體組內(nèi)也沒有性染色體,C項錯誤。每個染色體組中各染色體互為非同源染色體,其DNA的堿基序列不同,D項正確。
3.下圖中①②③為3個精原細(xì)胞,①和②發(fā)生了染色體變異,③為正常細(xì)胞。②減數(shù)分裂時3條同源染色體中任意兩條正常分離,另一條隨機(jī)移向一極。不考慮其他變異,下列敘述錯誤的是(　　)A.①減數(shù)分裂Ⅰ前期兩對同源染色體聯(lián)會B.②經(jīng)減數(shù)分裂形成的配子有一半正常C.③減數(shù)分裂Ⅰ后期非同源染色體自由組合,最終產(chǎn)生4種基因型的配子D.①和②的變異類型理論上均可以在減數(shù)分裂過程中通過光學(xué)顯微鏡觀察到
解析:①細(xì)胞中有4條染色體,為兩對同源染色體,在減數(shù)分裂Ⅰ前期兩對同源染色體聯(lián)會,A項正確。②細(xì)胞減數(shù)分裂時3條同源染色體中任意兩條正常分離,另一條隨機(jī)移向一極,最終產(chǎn)生的配子為1/12AR、1/12Ar、1/12aar、1/12aaR、1/6AaR、1/6Aar、1/6ar、1/6aR,其中正常配子為1/12AR、1/12Ar、1/6ar、1/6aR,占所有配子的一半,B項正確。③細(xì)胞減數(shù)分裂Ⅰ后期非同源染色體自由組合,最終產(chǎn)生4個配子,2種基因型,即AR、AR、ar、ar或Ar、Ar、aR、aR,C項錯誤。①發(fā)生了染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位,②發(fā)生了染色體數(shù)目變異,理論上可通過光學(xué)顯微鏡觀察到,D項正確。
4.為獲得果實較大、含糖量較高的四倍體葡萄(4n=76),常用一定濃度的秋水仙素溶液處理二倍體葡萄莖段上的芽,然后將莖段扦插栽培成新植株。研究結(jié)果顯示,新植株中約40%的細(xì)胞染色體被誘導(dǎo)加倍。這種植株同時含有2n細(xì)胞和4n細(xì)胞,稱為“嵌合體”。下列有關(guān)“嵌合體”的敘述,正確的是(　　)A.秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍的原理是抑制間期紡錘體的形成B.在該植株生命活動中,4n細(xì)胞內(nèi)染色體組數(shù)目最多出現(xiàn)在有絲分裂后期C.“嵌合體”根尖分生區(qū)的部分細(xì)胞含19條染色體D.若該個體自交,后代中不可能出現(xiàn)三倍體

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》第5章 基因突變及其他變異第2節(jié) 染色體變異教學(xué)ppt課件

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》電子課本

第2節(jié) 染色體變異

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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