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第3章 基因的本质第1节 dna是主要的遗传物质【高考新动向】人类对遗传物质的探索过程【考纲全景透析】一、肺炎双球菌的转化实验1、肺炎双球菌s型菌r型菌菌落表面光滑表面粗糙菌体有多糖类荚膜无多糖类荚膜毒性有毒性,使小鼠患败血症死亡无毒2、格里菲思转化实验(体内转化)(1)实验过程及结果(2)结论:加热杀死的s型细菌中,含有某种促成r型细菌转化为s型细菌的“转化因子”。3、艾弗里转化实验(体外转化)(1)设计思路:设法把s型细菌的dna与其他各组成成分分开,单独研究它们各自的功能。(2)过程及结果:(3)结论:dna才是使r型细菌产生稳定遗传变化的物质,而蛋白质、多糖及dna的水解物都不是。二、噬菌体侵染细菌的实验1、实验方法:放射性同位素示踪法。2、t2噬菌体的特点(1)结构:外壳由蛋白质构成,头部含有dna。(2)生活方式:细胞内寄生,不能独立进行新陈代谢。(3)结构成分:蛋白质构成其头、尾两部分的外壳,dna被包在头部的外壳内。(3)增殖特点:在噬菌体dna的作用下,利用大肠杆菌体内的物质合成自身成分,进行增殖。3、实验过程及结果(1)标记细菌:将细菌培养在含35s的培养基,培养出含35s的细菌;将细菌培养在含32p的培养基,培养出含32p的细菌。(2)标记噬菌体:将噬菌体培养在含35s的细菌中,培养出含35s的噬菌体;将噬菌体培养在含32p的细菌中,培养出含32p的噬菌体。(3)噬菌体侵染细菌:将被35s标记的噬菌体培养在细菌中,培养出的子代噬菌体中无35s。将被32p标记的噬菌体培养在细菌中,培养出的子代噬菌体中有32p。(4)结果分析:噬菌体侵染细菌时,dna进入细菌细胞中,而蛋白质外壳留在外面。子代噬菌体的各种性状是通过亲代dna来遗传的。(5)结论:dna是遗传物质。不可说明dna是所有生物的遗传物质。三、rna也是遗传物质的相关实验1、材料:烟草花叶病毒。2、实验过程及结果:3、结论:rna是遗传物质。4、人类的探索结论dna是主要的遗传物质,因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是dna,只有少部分生物的遗传物质是rna。【热点难点全析】一、肺炎双球菌的转化实验体内转化实验体外转化实验研 究 人1928英格里菲思1944美艾弗里过程结果无毒r型活菌小鼠不死亡有毒s型活菌小鼠死亡有毒s型活菌有毒s型死菌小鼠不死亡无毒r活菌+加热杀死的s菌小鼠死亡(从体内分离出s型活细菌)s型活细菌 多糖 脂质 蛋白质 rna dna dna水解物分别与r型活菌混合培养 所得活菌:r r r r s+r r分析a组结果说明:r型细菌无毒性b组结果说明:s型细菌有毒性c组结果说明:加热杀死的s型细菌已失活d组结果证明:有r型无毒细菌已转化为s型有毒细菌,说明s型细菌内含有使r型细菌转化为s型细菌的物质s型细菌的dna使r型细菌发生转化s型细菌的其他物质不能使r型细菌发生转化结论d组实验中,已加热杀死的s型细菌体内含有“转化因子”,促使r型细菌转化为s型细菌(主要通过d组证明)s型细菌体内只有dna才是转化因子,即dna是遗传物质相同点1、 巧妙选用r型和s型两种肺炎双球菌2、 实验目的都是探究遗传物质的成分3、 体内转化实验是体外转化实验的基础,后者则是前者的延伸4、 实验设计都遵循对照原则和单一变量原则二、噬菌体侵染细菌的实验实验材料t2噬菌体、大肠杆菌实验方法同位素标记法巧妙构思噬菌体只有dna和蛋白质两种成分实验思路s是蛋白质的特有元素,p几乎都存在于dna分子中,用放射性同位素32p和35s分别标记dna和蛋白质、直接单独的观察它们的作用。过程、结果标记细菌细菌+含35s的培养基含35s的细菌细菌+含32p的培养基含32p的细菌标记噬菌体噬菌体+含35s的细菌含35s的噬菌体噬菌体+含32p的细菌含32p的噬菌体噬茵体侵染细菌含35s的噬菌体细菌宿主细胞内没有35s,35s分布在宿主细胞外含32p的噬菌体+细菌宿主细胞外几乎没有32p,32p主要分布在宿主细胞内实验分析过程3表明,噬菌体的蛋白质外壳并未进入细菌内部,噬菌体的dna进入了细菌的内部实验结论dna是遗传物质,蛋白质不是遗传物质【例】(2012辽宁抚顺一模)关于噬菌体侵染细菌的实验,下列说法中正确的是()a该实验能说明dna是遗传物质,而rna不是b噬菌体复制扩增时,利用细菌体内的核糖体合成外壳蛋白c野生型的噬菌体在侵染细菌之前,需在血浆中添加含放射性标记的脱氧核苷酸进行培养d用被32p标记的噬菌体侵染细菌,充分搅拌离心后在上清液中检测不到放射性【析】选b。噬菌体是由dna和蛋白质构成的,不含有rna;病毒必须寄生在活的宿主细胞内才能进行正常的生理活动,在培养基中无法存活;用被32p标记的噬菌体侵染细菌,充分搅拌离心后在上清液中检测到放射性很低而不是没有。三、肺炎双球菌与噬菌体侵染细菌的比较相同点1、 均使dna和蛋白质分开,单独处理,观察它们各自的作用,但两类实验中dna与蛋白质分开的方式不同2、 都遵循了对照原则3、 都能证明dna是遗传物质,但不能证明dna是主要的遗传物质不同点方法不同艾弗里实验直接分离:分离s型细菌的dna、多糖、蛋白质等,分别与r型细菌混合培养噬菌体侵染细菌实验同位素标记法:分别标记dna和蛋白质的特殊元素,侵染时自然分离【高考零距离】1、(2012上海高考)赫尔希(ahershey)和蔡斯(mchase)于1952年所做的噬菌体侵染细菌的著名实验进一步证实了dna是遗传物质。这项实验获得成功的原因之一是噬菌体( )a侵染大肠杆菌后会裂解宿主细胞 b只将其dna注入大肠杆菌细胞中cdna可用15n放射性同位素标记 d蛋白质可用32p放射性同位素标记【解析】噬菌体侵染细菌过程,只有dna进入大肠杆菌细胞内,而蛋白质没有进入,保证了实验进行的单一变量原则,15n不具有放射性,且噬菌体的dna和蛋白质中都含n,如用n标记,不能达到分开研究的目的,c错;噬菌体的蛋白质几乎不含p,d错;如果噬菌体的dna和蛋白质都进入了大肠杆菌,则本实验是无法得到结论,b确实是实验获得成功的原因之一。【答案】b2、(2012江苏高考)人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程,下列有关叙述正确的是( )a. 孟德尔发现遗传因子并证实了其传递规律和化学本质b. 噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力c. 沃森和克里克提出在 dna 双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数d. 烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质是 rna 【解析】遗传因子只是孟德尔通过实验现象推理出的理论产物,孟德尔并未证实遗传因子的化学本质,a错;由于噬菌体转化实验将dna和蛋白质的作用分别进行了研究,而肺炎双球转化实验中dna和蛋白质不能完全分离开,所以噬菌体转化实验更有说服力,b正确;沃森和克里克提出的dna双螺旋结构中,碱基互补配对,嘌呤数等于嘧啶数,c错;烟草花叶病毒感染烟草实验只能说明烟草花叶病毒的遗传物质是rna,d错。【答案】b3、(2011 广东高考)艾弗里和同事用r型和s型肺炎双球菌进行实验,结果如下表。从表可知 ( )实验组号接种菌型加入s型菌物质培养皿长菌情况r蛋白质r型r荚膜多糖r型rdnar型、s型rdna(经dna酶处理)r型a.不能证明s型菌的蛋白质不是转化因子b.说明s型菌的荚膜多糖有酶活性c.和说明s型菌的dna是转化因子d.说明dna是主要的遗传物质【解析】a项,组:r+s型菌的蛋白质,只长出r型菌,说明蛋白质不是转化因子。b项,组:r+s型菌的荚膜多糖,只长出r型菌,说明荚膜多糖不是转化因子。无法证明s型菌的荚膜多糖有酶活性。c项,组:r+s型菌的dna,结果既有r型菌又有s型菌,说明dna可以使r型菌转化为s型菌,组:用dna酶将dna水解,结果只长出r型菌,说明dna的水解产物不能使r型菌转化为s型菌,从一个反面说明了只有dna才能使r型菌发生转化。d项此实验只涉及r型和s型肺炎双球菌两种生物,没有涉及rna病毒,无法证明dna是主要的遗传物质。【答案】c4、(2011江苏高考)关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述,正确的是()a.分别用含有放射性同位素35s和放射性同位素32p的培养基培养噬菌体b.分别用35s和32p标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,进行长时间的保温培养c.用35s标记噬菌体的侵染实验中,沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致d.32p、35s标记的噬菌体侵染实验分别说明dna是遗传物质、蛋白质不是遗传物质【解析】a项,应分别用含有放射性同位素35s和放射性同位素32p培养基培养大肠杆菌,再用上述大肠杆菌培养噬菌体。b项,分别用35s和32p标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,进行短时间的保温培养。c项,沉淀物存在少量放射性,说明沉淀物中有35s标记的噬菌体蛋白质外壳,是搅拌不充分所致。d项,噬菌体侵染细菌的实验证明dna是遗传物质,不能证明蛋白质不是遗传物质,因蛋白质没有进入细菌体内。【答案】c5、(2010江苏高考)探索遗传物质的过程是漫长的直到20世纪初期,人们仍普追认为蛋白质是遣传物质。当时人们作出判断的理由不包括a.不同生物的蛋白质在结构上存在差异b.蛋白质与生物的性状密切相关c.蛋白质比dna具有更高的热稳定性,并且能够自我复制d.蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存大量遗传信息【解析】本题借助科学发展史考查蛋白质的多样性等特点。蛋白质不具备热稳定性,也不能复制,故选c项。其他选项所述的蛋白质的特点,与遗传物质应具备的特征一致,可作为遗传物质的理由。【答案】c6、(2010广东高考)下列叙述正确的是a.dna 是蛋白质合成的直接模板 b. 每种氨基酸仅有一种密码子编码c.dna 复制就是基因表达的过程 d. dna是主要的遗传物质【解析】本题考查学生的理解能力。蛋白质合成的直接模板是mrna;一种氨基酸可有一种或多种密码子编码;基因具有两个基本功能,即复制和表达;基因的复制是以dna为基本单位进行的;基因的表达分为转录和翻译两个过程;由于绝大多数生物的遗传物质都是dna,所以dna是主要的遗传物质。【答案】d【考点提升训练】一、选择题1、为研究噬菌体侵染细菌的详细过程,应选择下列哪种同位素标记方案 ( )a.用14c和3h培养噬菌体,再去侵染细菌b.用18o或32p培养噬菌体,再去侵染细菌c.将一组噬菌体用32p和35s标记d.一组用32p标记dna,另一组用35s标记蛋白质外壳【解析】s是蛋白质特有的元素,p是dna特有的元素,而c、h、o是它们的共有元素,不能区分dna和蛋白质。【答案】d2、(2012东营模拟)从s型肺炎双球菌中提取出的dna,与r型活菌混合培养,r型活菌繁殖的后代中有少量s型菌体,这些s型菌体的后代均是s型,这个实验表明dna ( )a.分子结构相对稳定b.能够指导r型细菌的蛋白质合成c.是主要的遗传物质d.是使r型细菌发生转化的物质【解析】分析题意可知,dna可使r型细菌转化成s型细菌。【答案】d3、下列关于噬菌体侵染细菌实验的相关叙述中,不正确的是()a该实验证明了子代噬菌体的各种性状是通过dna遗传的b侵染过程的“合成”阶段,噬菌体以自身的dna作为模板,而原料、atp、酶、场所等条件均由细菌提供c为确认蛋白质外壳是否注入细菌体内,可用35s标记噬菌体d若用32p对噬菌体双链dna标记,再转入普通培养基中让其连续复制n次,则含32p的dna应占子代dna总数的1/2n【解析】噬菌体侵染细菌的实验选用了理想的实验材料噬菌体以及理想的技术手段放射性同位素标记法,无可辩驳地证明了,在噬菌体的亲子代之间,只有dna有连续性,子代噬菌体的性状是通过dna遗传的,dna是噬菌体的遗传物质。噬菌体侵染细菌时只有dna进入细菌,而蛋白质外壳则留在外面,这可以通过分别用35s和32p标记时,放射性的分布差别来判断,由于侵染细菌时只有dna进入细菌,因此,合成子代噬菌体所需的一切条件,除模板由亲代噬菌体提供,其余均由细菌提供。d项中,经复制n次后,含32p的有2个dna,比例为2/2n1/2n1。【答案】d4、如下图为用含32p的t2噬菌体侵染大肠杆菌的实验,下列相关叙述不合理的是()a图中锥形瓶中的培养液是用来培养噬菌体的,其内的营养成分中不含有32pb图中的a表示噬菌体侵染过程,此过程中进入大肠杆菌的是噬菌体的dnac当接种噬菌体后培养时间过长,离心后的上清液中发现有放射性,其最可能的原因是增殖后的噬菌体从大肠杆菌中释放出来d若噬菌体在大肠杆菌体内复制3次,则子代噬菌体中含32p的占1/4【解析】噬菌体是专门寄生在细菌体内的病毒,在体外环境中不能培养;噬菌体侵染细菌时,噬菌体的dna进入细菌体内,蛋白质外壳留在外边;一个含32p的噬菌体在大肠杆菌体内复制3次,共产生8个噬菌体,其中有2个噬菌体含32p。【答案】a5、(2012三明质检)用经3h标记的噬菌体n个侵染大肠杆菌,在普通培养基中培养一段时间后,统计得知培养基中共有后代噬菌体m个,其中含有标记元素的噬菌体占的比例为 ( )a.n/m b.2n/m c.n/2m d.n/(m+n)【解析】每个噬菌体中只含一个双链dna分子,当它侵入大肠杆菌进行复制时所有dna均应解开螺旋,两链作为模板链进行dna合成,因此,n个噬菌体可解开为2n条链,到达2n个子dna中,故m个子代噬菌体中应有2n个噬菌体含标记链。【答案】b6、如下图表示用同位素32p、32s和31p、35s分别标记噬菌体和大肠杆菌的dna和蛋白质,然后进行“噬菌体侵染细菌的实验”,侵染后产生的子代噬菌体和亲代噬菌体形态完全相同,而子代噬菌体的dna分子与蛋白质分子应含有的标记元素是()a31p、32p、32sb31p、32p、35sc31p、32s、35s d32p、32s、35s【解析】要对此题作出正确判断,必须熟知:(1)p是组成dna的元素,s是组成蛋白质的元素;(2)当噬菌体侵染细菌时,噬菌体的dna全部注入细菌体内,而噬菌体的蛋白质外壳留在外面。【答案】b7、(2012南安一中期中考试)截至2009年2月9日,全球共报告实验室确诊人禽流感病例406例,死亡254例。有人试图通过实验来了解h5n1型禽流感病毒侵染家禽的过程,设计实验如下:一段时间后,检测子代h5n1病毒的放射性及s、p元素,下表对结果的预测中,最可能发生的是 ( )选项放射性s元素p元素a全部无全部32s全部31pb全部有全部35s多数32p、少数31pc少数有全部32s少数32p、多数31pd全部有全部35s少数32p、多数31p【解析】病毒侵染细胞时,蛋白质外壳留在外面,只有核酸注入细胞,由图可知,病毒先在含32p的宿主细胞1中培养(其dna被32p标记),然后转移到含35s的宿主细胞2中培养。病毒复制自身的遗传物质所用的原料有宿主细胞的31p(不具放射性),也有自身核酸(含32p),故子代病毒的核酸大多含31p,少数含32p;病毒合成的蛋白质外壳所用的原料都是宿主细胞2的,故全被35s标记。【答案】d8、下列有关生物体遗传物质的叙述,正确的是()a豌豆的遗传物质主要是dnab酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上ct2噬菌体的遗传物质含有硫元素dhiv的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸【解析】豌豆、酵母菌均为真核生物,其遗传物质均为dna,且dna主要分布于细胞核染色体上。t2噬菌体的遗传物质为dna,hiv的遗传物质为rna,dna、rna的组成元素均为c、h、o、n、p。rna水解产生4种核糖核苷酸。【答案】b9、1943年,美国科学家艾弗里和他的同事,从s型活细菌中提取了dna、蛋白质和多糖等物质,然后分别加入培养r型细菌的培养基中,结果发现只有加入dna的培养基中r型细菌转化成了s型细菌,而加入蛋白质和多糖的培养基中,r型细菌不能发生这种变化。这一现象说明了()s型细菌的性状是由dna决定的在转化过程中,s型细菌的dna可能进入到了r型细菌细胞中dna是遗传物质蛋白质和多糖在该转化实验中,起对照作用a bc d【解析】从实验结果可知,只有加入了s型细菌的dna的培养基中,r型细菌才能发生转化,说明了s型细菌的dna进入了r型细菌细胞中并实现了对性状的控制,是遗传物质;其余各种s型细菌的物质,如蛋白质、多糖等不会导致转化发生,与dna形成了鲜明对比,增强了dna是遗传物质的可信度,也说明了这些物质不是遗传物质。【答案】d10、(2012温州十校联考)噬菌体是一类细菌病毒。下列关于噬菌体侵染细菌实验的相关叙述中不正确的是 ()a该实验证明dna是遗传物质蛋白质不是遗传物质b侵染过程的“合成”阶段,噬菌体dna作为模板,而原料、atp、酶、场所等条件均由细菌提供c为确认何种物质注入细菌体内,可用32p、35s分别标记噬菌体的dna和蛋白质d若用32p对噬菌体双链dna标记,再转入培养有细菌的普通培养基中让其连续复制n次,则含32p的dna应占子代dna总数的1/2n1【解析】噬菌体侵染细菌的实验中,用32p、35s分别标记噬菌体的dna和蛋白质,证明了dna是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质,若要证明蛋白质是否为遗传物质,可将分离出来的蛋白质单独注入细菌中,看能否产生同样的噬菌体后代;dna具有半保留复制的特点,所以用32p标记的噬菌体双链dna,让其连续复制n次后,含32p的dna应占子代dna总数的1/2n1。【答案】a11、一百多年前,人们就开始了对遗传物质的探索历程。对此有关叙述错误的是()a最初认为遗传物质是蛋白质,是因为推测氨基酸的多种排列顺序可能蕴含遗传信息b格里菲思通过肺炎双球菌的转化实验得出dna是遗传物质的结论c噬菌体侵染细菌实验之所以更有说服力,是因为其蛋白质与dna能分开研究d沃森和克里克运用建构物理模型的方法研究确认了dna的分子结构【解析】格里菲思肺炎双球菌的转化实验证明s型细菌中存在一种“转化因子”,证明该“转化因子”是dna的科学家是艾弗里,他提取s型细菌的蛋白质、多糖、dna、脂质,与r型细菌混合,证明了只有加入dna时,才可以实现r型细菌的转化。【答案】b12、(2012沈阳四校联考)肺炎双球菌转化实验中,将加热杀死的s型细菌与r型活细菌相混合后,注射到小鼠体内,在小鼠体内s型、r型活细菌含量变化情况如图所示。下列有关叙述错误的是( )a.在死亡的小鼠体内存在着s型、r型两种类型的细菌b.小鼠体内出现活s型细菌是由于r型细菌基因突变的结果c.曲线ab段下降的原因是r型细菌被小鼠的免疫系统作用所致d.曲线bc段上升,与s型细菌在小鼠体内增殖导致小鼠免疫力降低有关【解析】主要考查学生的推理、分析能力和对免疫知识的应用能力。注射后刚开始时,r型细菌数量下降是因为一部分r型细菌被小鼠的免疫系统所消灭,开始时小鼠体内无s型细菌,过一段时间由于加热杀死的s型细菌的dna使r型细菌发生了转化故而s型细菌的数量上升,而非基因突变的结果,b项错误。小鼠的免疫力降低并死亡,故后来两种细菌的数量都上升。【答案】b13、某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验,进行了以下4个实验:用32p标记的噬菌体侵染未标记的细菌;用未标记的噬菌体侵染35s标记的细菌;用15n标记的噬菌体侵染未标记的细菌;用未标记的噬菌体侵染3h标记的细菌。以上4个实验一段时间(适时)后离心,检测到放射性的主要部位分别是()a沉淀、沉淀、沉淀和上清液、沉淀和上清液b沉淀、沉淀、沉淀和上清液、沉淀c沉淀、上清液、沉淀、沉淀和上清液d上清液、上清液、沉淀和上清液、上清液【解析】用32p主要标记噬菌体的dna,15n可以标记噬菌体的蛋白质外壳和dna。噬菌体侵染细菌时,只有噬菌体的dna进入细菌细胞内部,所以中的32p会进入到细菌细胞中,最终放射性主要出现在沉淀物中;和中标记物质在细菌细胞中,经离心后放射性也主要出现在沉淀物中;的放射性则可出现在沉淀物和上清液中。【答案】b14、(2012杭州模拟)下图为肺炎双球菌转化实验中的基本步骤,下列有关说法正确的是()a要加热处理,要将各提取物分别与r菌混合培养,转入固体培养基b不加热处理,要将所有提取物与r菌共同培养,转入液体培养基c转入固体培养基培养,结果只有s或r一种菌落d转入固体培养基培养,结果可能有s、r两种菌落【解析】图中是分离提纯s菌各组成成分,是将提取物与r型菌混合培养,是转入固体培养基中培养,可产生r、s两种菌。【答案】d15、(2012佛山调研)下列关于遗传物质的叙述中正确的是 ( )在女性的乳腺细胞中含有人类的全部遗传信息同种生物个体间的dna分子完全相同核酸是一切生物的遗传物质一个dna分子可以体现许多性状dna分子只存在于细胞核中a. b. c. d.【解析】中无y染色体;同种生物的不同个体间dna上脱氧核苷酸序列不同;性状应由成对基因控制而不是单一基因;dna主要存在于细胞核中。【答案】d二、非选择题16、(2012舟山模拟)用32p标记的噬菌体侵染大肠杆菌,在理论上,上清液中不含放射性,下层沉淀物中具有很高的放射性;而实验的实际结果显示:在离心上清液中,也具有一定的放射性,而下层的放射性强度比理论值略低。(1)在理论上,上清液放射性应该为0,其原因是 。(2)由于实验数据和理论数据之间有较大的误差,由此对实验过程进行误差分析:a.在实验中,从噬菌体和大肠杆菌混合培养,到用离心机分离,这一段时间如果过长,会使上清液的放射性含量 ,其原因是 。b.在实验中,如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,是否是误差的来源呢?理由呢? 。(3)用32p标记一个噬菌体的dna,让此噬菌体去侵染含31p的细菌,待细菌解体后,检测到有128个噬菌体放出,则所释放出的噬菌体中含32p的噬菌体与含31p的噬菌体的比例为 。在进行此实验之前,你怎样才能使噬菌体的dna标记上32p? 。【解析】(2)如果时间过长或过短,都会使上清液中出现放射性。时间过长:进入大肠杆菌内部的噬菌体增殖过多,导致大肠杆菌裂解,带有放射性的噬菌体被释放出来,所以在上清液中出现放射性。时间过短:部分噬菌体未能进入大肠杆菌,也导致了上清液中有放射性。(3)由于dna的复制属于半保留复制,所以无论经过多少次的增殖与复制,含32p的噬菌体与含31p的噬菌体的比例=2128=164。由于噬菌体只能在寄主细胞中才能增殖,所以标记噬菌体,只能先用32p标记细菌(噬菌体属于细菌病毒),然后用被标记的细菌培养噬菌体即可完成对噬菌体的标记。【答案】
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