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文档简介

4章

细胞的物质输入和输出第1节被动运输必修一水进出细胞的原理自由扩散和协助扩散习题检测一

、学习目标1.阐明细胞膜的选择透过性。2.进行关于植物细胞吸水和失水的实验探究。

3.阐明被动运输的原理和特点。二、重难点1.被动运输的原理和特点。2.探究动植物细胞的吸水和失水。

3.转运蛋白的种类和作用。水进出细胞的原理玻璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜,水分子可以自由透过它,。水分子1.漏斗管内的液面为什么会升高?在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸,往漏斗内注入蔗糖溶液,然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中,使漏斗管内外的液

面高度相等。过一段时间后,会出现如右图所示现象。1008060一段时间

4020而蔗糖分子则不能。●蔗糖分子10080604020成正比。△h蔗糖溶液半透膜清水渗透压的大小取决

于单位体积溶质微粒数

目的多少,与溶质的相

对分子质量、半径等特

性无关。溶液中的溶质微粒对水的吸引力,与溶液的物质的量浓度蔗糖溶液浓度>烧杯清水浓度—

蔗糖溶液渗透压>烧杯清水渗透压蔗糖溶液半透膜清水渗透压问题探讨一段时间后两溶液的水分子双向运动,但由于蔗糖溶液渗透压

越大,对水的吸引力越强,

因此单位时间内,由清水进

入蔗糖溶液的水分子数多于

从蔗糖溶液进入清水的分子

数,最终使漏斗管内的液面

升高。606040一段时间4020201.漏斗管内的液面为什么会升高?100

10080

80。水分子●蔗糖分子——→

蔗糖溶液对清水的渗透压(F₁)——→水柱产生的静水压(F₂)蔗糖溶液清水半

膜随着液面上升,水柱产生的静水压F₂逐渐增大,当F₂=F₁

时,

该渗透系统(即该装置)达到渗透平衡,此时半透膜两侧水分子

交换速率相等,液面不再升高。2.如果漏斗管足够长,管内的液面会无限升高吗?问题探讨不同。渗透作用达到平衡时,水分子通过半透膜的双向扩散速率相等,漏斗内蔗糖溶液的浓度仍

高于烧杯中清水的浓度。3.渗透装置中,当漏斗内溶液不再上升时,半透膜两侧的溶液浓度相同吗?

蔗糖溶液清水问题探讨4.如果用一层纱布代替玻璃纸,还会出现原来的现象吗?不会,纱布不是半透膜,孔隙大,可溶于水的物质都能够

自由通过,因此水分子和蔗糖分子都能通过。5.如果烧杯中不是清水,而是同样浓度的蔗糖溶液,结果会怎样?半透膜两侧溶液浓度相同,渗透压相等,水分子双向运动

速率相同,漏斗中的液面将保持不变。一、渗透作用一些小分子物质(如水)能透过,而另一些较大物质则不能透过的多孔性薄膜。能否跨膜取决于物质的直径与孔径的大小。(1)非生物膜玻璃纸、鸡蛋的壳膜、鱼鳔、动物膀胱膜、肠衣(2)生物膜细胞膜、核膜、细胞器膜(3)选择透过性膜是指具有活性的生物膜,对物质的通过既具有半透膜的物理性质,还具有主动的选择性,如细胞膜。选择透过性膜一定是半透膜,半透膜不一定是选择透过性膜。水进出细胞的原理一、渗透作用2.扩散物质分子从高浓度向低浓度区域转移,直到均匀分布

,如神经递质在突触间隙中的迁移就是一种扩散。指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜

的扩散,称为渗透作用。(

2

)

水由相对含量高的地方向相对含量低的地方扩散。溶液A浓度>溶液B浓

→A中水分子含量<B中水分子含量>水分子从BFA

移动渗透作用是扩散作用的一种特殊形式3.渗透作用(1)概念S₁溶液:0.3g/mL

的蔗糖溶液S₂溶液:0.3g/mL

的蔗糖溶液S₁溶液:0.3g/mL

的蔗糖溶液S₂溶液:清水S₁溶液:0.3

g/mL

的蔗糖溶液S₂溶液:清水②膜两侧溶液具有浓度差①具有半透膜。渗透作用所指的溶液浓度为物质的量浓度而非质量浓度。△h

半二

膜△半二

膜△h纱布一段

时间一段

时间一

时间3.渗透作用(3)发生条件△h=0△h>0△h=0液

>

1mol/L蔗糖溶液(2)如果半透膜只允许水通过,一段时间后,水面高度如何变化?甲

>

乙(3)如果半透膜允许水和葡萄糖分子通过,一段时间后,水面高度如何变化?先甲>乙,最终乙>甲NaCl溶于水电离出Na+和Cl-1.回答下列问题。(1)1

mol/LNaCl溶

1mol/L

蔗糖溶液的渗透压大小相等?10%葡溶液10%溶液1mol/LNaCl溶半透膜萄

糖蔗

糖2.

(2024

·广东六校联考)某兴趣小组用图甲装置研究渗透作用,a

b均为蔗糖溶液,c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是(D)

蔗糖是二糖A.烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度B.若t₂时刻烧杯中加入蔗糖酶,则△h最终将变小>先变小后变大甲C.t₂

时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同D.若t₂时刻漏斗中加入蔗糖酶,则△h将先变大后变小漏斗与烧杯的液面存在高度差,

膜两侧溶液浓度不可能相等3.

(2022

·辽宁沈阳期末)图为渗透实验装置,蔗糖不能透过半透膜,渗透平衡时烧杯中液面高度为a,漏斗中液面高度为b,液面差为m

。有关叙述错误的是(

B)A.达到平衡时,水分子进出半透膜的速率相等B.若向漏斗中滴入清水,则重新平衡时m

将增大C.若向漏斗中加入蔗糖分子,则重新平衡时m

将增大D.把m

段内的液体吸出后,重新平衡时m

将减小把m段内的液体吸出后,溶质也被吸出,漏斗中溶质减少,渗透压减弱B.渗透压下降,m减小低渗溶液

高渗溶液

等渗溶液①细胞质浓度>外界溶液溶质的浓度,细胞吸水膨胀。②细胞质浓度<外界溶液溶质的浓度,细胞失水皱缩。③细胞质浓度=外界溶液溶质的浓度,细胞形态不变二、动物细胞的吸水和失水清水

10%NaCl

溶液

0.9%NaCl

溶液水进出细胞的原理动物细胞与外界溶液构成一个渗透系统。①半透膜细胞膜②浓度差

细胞质与外界溶液具有浓度差医用生理盐水浓度为0.9%,其渗透压与人体细胞外液的渗透

压相当,可以使人体细胞保持正

常的形态和功能。二、动物细胞的吸水和失水原理全透性,伸缩性小原生质层伸缩性大,具有选择透过性原生质层是指细胞膜、液泡膜

以及两层膜之间的细胞质。三

、植物细胞的吸水和失水细胞壁

细胞膜细胞质液泡膜细胞液成熟的植物细胞

成熟的植物细胞内的液体环境有一

定浓度,与外界溶

主要指的是液泡里的细胞液

液能形成

定的浓度差水进出细胞的原理现象细胞维持正常形态细胞吸水膨胀细胞发生质壁分离条件外界溶液浓度等于

细胞液浓度外界溶液浓度小于

细胞液浓度外界溶液浓度大于

细胞液浓度原生质层细胞液与外界溶液之间的浓度差三、植物细胞的吸水和失水①半透膜②浓度差原理1.原生质:细胞内生命物质的总称原生质主要成分是糖类、蛋白质、核酸和脂质等。原生质分化成细胞膜、细胞质和细胞核,构建成具有特定结构体系的原生

质体,即细胞。2.原生质体:来源于原生质,原生质体是组成细胞的一个形态结构单位。原生质体是指除去细胞壁的细胞叫原生质体(如植物细胞、细

菌),动物细胞也可算做原生质体(但与原生质体有一定区别)

包括细胞膜、细胞质(包含细胞质基质和细胞器)和细胞核。一个动物细胞就是一个原生质。植物细胞由原生质体和细胞壁组成。原生质和原生质体习题巩固

水分交换达到平衡时,细胞c的外界溶液浓度减小1.

(2022

·全国甲卷)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将

a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞,分别放入

三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中,当水分交换达到平衡时观察

到:①细胞a未发生变化;②细胞b体积增大;③细胞c发生了质壁

分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换,下列关

于这一实验的叙述,不合理的是(C)A.水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度B.水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞cC.水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度

D.水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度植物细胞有细胞壁,此时细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液2.

(2022北京海淀区高三)在无任何相反压力时,渗透吸水会使细胞膨胀甚至破裂,不同的细胞用不同的机制解决这种危机。下图表示高等动物、高等植物与原生生物细胞以三种不同的机制避免渗透膨胀,据此推断下列说法

正确的是(

A

)A.动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白的协助B.植物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内外溶液浓度相等C.若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中,其收缩泡的伸缩频率会增加>

下降D.三种细胞发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜>

植物细胞是原生质层液泡植物细胞水

收缩泡释放细胞核离子原生生物动物细胞细胞壁3.估测叶片细胞液的平均浓度时可用液体交换法。在甲、乙组试管中各加入相同浓度的蔗糖溶液,将适量大小相同的叶圆片放在甲组试管中,放置60min,

再向甲组试管滴加微量亚甲基蓝溶液,使溶液呈蓝色,充分摇匀后吸

取蓝色溶液置于乙组试管中部挤出一滴,观察记录蓝色液滴的升降情况。下列分析不合理的是(

C

)

蔗糖溶液浓度下降A.若蓝色液滴上升,说明叶片细胞液浓度低于蔗糖溶液浓度B.若蓝色液滴下降,说明叶片细胞吸收了蔗糖溶液中的水分C.60

min后渗透平衡,

若细胞液浓度高于蔗糖,细胞吸水,又由于细胞壁限制,无法确定是否平衡此时叶

于甲

管内的

度D.

若蓝色液滴静止不动,则此蔗糖溶液浓度相当于叶片细胞的细胞液平均浓度教材隐性知识

4.

(必修1P63“思考

·讨论”)红细胞的细胞膜相当于半透膜:

习惯上说的半透膜是

无生命的物理性

薄膜,物质能否

通过取决于

微粒的大小

;选择透过性膜是

具有活性的

生物膜,其对不同物质的通过性不仅取决于

分子大小,

还与

细胞需求有关。因此细胞膜和半透膜类似,又有所

不同。探究植物细胞的吸水和失水①水分进出植物细胞是通过渗透作用吗?②原生质层是否相当于一层半透膜?2.作出假设水分进出植物细胞是通过渗透作用,原生质层相当于一层半透膜。3.实验设计思路4.预测细胞通过渗透作用吸水或失水,液泡的大小、

颜色会变化;

原生质层与细胞壁会分离或复原。当外界溶液浓度高于细胞液浓度时,细胞就会失水,发生质壁分离;

当外界溶液浓度低于细胞液浓度时,细胞就会吸水,发生质壁分离复原。1.提出问题探究植物细胞的吸水和失水一、质壁分离与复原实验1.实验器材刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜2.实验材料的选择①

成熟的植物活细胞,保证细胞具有中央大液泡和原生质层。②

细胞液应具有颜色,紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液为紫色,易于观察。如果细胞无色,可在外界溶液中加染料,便于观察

可以使用具有较多叶绿体的材料,如黑

藻(绿到发黑),通过观察叶绿体分布情况判断是否发生质壁分离现象

一、质壁分离与复原实验

3.实验试剂的选择①

对细胞无害。盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,

不适于用作实验试剂。②

常选用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液作为外界溶液,原因是

该浓度的蔗糖溶液既能使细胞发生明显的质壁分离,又不会导

致细胞过快死亡。若蔗糖溶液过高,如0.5g/mL

的蔗糖溶液,原生质层分离的速率虽快,但不久就会死亡,不能再进行质壁分离实验;若蔗糖溶液的浓度过低,则不能使细胞发生明显的质壁分离或

质壁分离速率较慢。①有一个紫色的中央液泡②原生质层紧贴细胞壁吸水纸吸引临时装片①中央液泡逐渐变小(紫色加深)②原生质层与细胞壁逐渐分离一、质壁分离与复原实验4.实验步骤

制作紫色洋葱鳞片叶外表皮的临时装片低倍显微镜观察0.3

g/mL

蔗糖溶液(重复几次)低倍显微镜观察吸水纸吸引临时装片①

中央液泡逐渐变大②

原生质层逐渐贴近细胞壁清水(重复几次)低倍显微镜观察0.3g/mL

的蔗糖溶液(或外界溶液)液泡(细胞液)细胞壁一、质壁分离与复原实验5.实验现象滴加蔗糖溶液质壁分离滴加清水质壁分离复原外界溶液中央液泡大小原生质层的位置细胞大小蔗糖溶液逐渐变小逐渐脱离细胞壁基本不变清水逐渐变大,恢复原来大小逐渐贴近细胞壁基本不变6.实验结论植物细胞的原生质层相当于一层半透膜,植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。P65第一段一、质壁分离与复原实验5.实验结果二、质壁分离与复原1.条件①细胞是活的(死细胞的细胞膜具有全透性

)

,

有细胞壁。②细胞有中央大液泡。干种子的细胞、根尖分生区等未成熟的植物细胞、死

细胞、

动物细胞不能发生质壁分离。③细胞外溶液的浓度高于细胞液浓度。细胞发生质壁分离后,细胞壁与细胞膜之间的空隙充满的是外界溶液。探究植物细胞的吸水和失水外界溶液浓度大于细胞液浓度原生质层具有选择透过性细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性宏观上:植物由坚挺→萎蔫液泡:大→

小细胞液颜色:浅→深原生质层与细胞壁分离2.原因(1)外因(2)内因(3)表现二、质壁分离与复原微观上:质壁分离1.在一定浓度(溶质不能透过半透膜)的溶液中只会发生质壁

分离现象,不能发生自动复原现象。只有用清水或低渗溶液处理,方可复原。2.在一定浓度(溶质可透过半透膜)的溶液中(如稍酸钾、甘油、

尿素、乙二醇等

能自动复原,因

为K+、NO³-、尿素、乙二醇等可转运到细胞内,使细胞液浓度升高,

细胞渗透吸水而发生自动复原。探究植物细胞的吸水和失水三、质壁分离与复原——补充

3.在质壁分离过程中,由于细胞失水,细胞液渗透压升高,细胞对水的吸引力增强。4.质壁分离复原过程中,细胞液渗透压下降,植物细胞吸水能力

逐渐减弱,失水能力逐渐增强。5.对于植物细胞而言,由于细胞壁的存在,细胞不可能无限吸水,当细胞因吸水体积增大到细胞壁所能膨大的最大限度时,细胞将

不再吸水。三、质壁分离与复原———补充发生质壁分离无质壁分离探究植物细胞的吸水和失水四、质壁分离与复原实验拓展1.判断成熟植物细胞的死活待测成熟

植物细胞一定浓度蔗糖溶液活细胞死细胞镜检待测细胞液浓度介于未发生质壁

分离和刚发生质壁分离的两

蔗糖溶液浓度之间四、质壁分离与复原实验拓展2.测定细胞液浓度范围成熟植物细胞一系列浓度梯

度的蔗糖溶液镜检四、质壁分离与复原实验拓展

3.鉴别不同种类的溶液(如KNO₃溶液和蔗糖溶液)溶质不能透过

半透膜(如蔗

糖溶液)溶质能透过半透

膜(

如KNO₃

溶液)只发生质壁分离质壁分离后自动复原成熟植物细胞不同种

类溶液镜检1.右图所示为渗透作用实验装置,实验开始时

长颈漏斗内外液面平齐,记作零界面。实验开

始后,长颈漏斗内部液面的变化趋势为(注:坐标

原点处表示零界面,膀胱膜不变形)

(B)液面高度

液面高度零液面蒸馏水

蔗糖溶液

膀胱膜

零时间ABC

D零液面零液面时间液面2.植物体内有三个相邻的细胞a、b、c,已知它们的细胞液浓度

大小关系是a>b>c,那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确

的是(C)A

B

CD位的溶液浓度,由此可推测(D

)A.a>b,细胞渗透吸水B.a=b,

渗透系统保持动态平衡C.a<b,

细胞渗透失水D.上述三种情况都有可能3.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中,某同学在视野中看

到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。a

、b

表示该部4.

(2022·

湖北·模拟预测)将洋葱鳞片叶内表皮细胞置于混有红墨水的一定浓度的蔗糖溶液中,持续观察某细胞在不同时段的形

态变化如图所示。下列相关分析正确的是

(

B

)A.实验表明,细胞壁具有全透性且没有伸缩性

>伸缩性小B.图乙细胞的吸水能力大于图甲细胞的吸水能力C.图丙细胞的细胞液浓度一定小于外界蔗糖溶液浓度>前提:继续失水;若不继续失水,则无法判断D.一段时间后,可观察到图丙细胞发生质壁分离自动复原现象蔗糖不能进入细胞图丙图乙图甲5.

(2024

·

沈阳一模)将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中,细胞发生质壁分离;再将这些细胞置于

清水中,细胞发生质壁分离复原。关于上述过程中细胞相关变化的描述正确的是(B

)

逐渐增大A.质壁分离过程中,细胞液的渗透压逐渐减小,颜色逐渐变深B.质壁分离过程中,原生质体体积与细胞体积的比值逐渐减小C.质壁分离复原过程中,细胞的原生质层将逐渐吸水增厚

>变薄

D.若时间足够长,置于清水中的细胞会持续吸水直至涨破有细胞壁是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确

表示实验结果的是(C)蔗糖溶液、清水处理外表皮后,外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的A.蔗糖→体积减小;清水→体积增大B.蔗糖→浓度增大;清水→浓度减小30%蔗糖溶液清水时间6.

(2023

·全国甲卷)探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验,探究变化。图中所提到的原生质体

A

B清水

30%蔗糖溶液液泡

时蔗糖溶液浓度

蔗糖溶液浓度C

D习题巩固细胞液浓度原

质体体积体积间物质跨膜运输的实例课堂小结动物细胞

植物细胞发生

渗透作用特殊情况矿质元素的吸收取决于细胞膜是一层选择透过性膜原

因细胞膜上载体的种类和数量发生①

外>内,细胞失水,质壁分离②

外<内,细胞吸水,质壁分离

复原①

外<内,红细胞吸水膨胀②

外>内,红细胞失水皱缩③外=内,水

分进出动态平

衡红细胞细胞膜

细胞质

原生质层

细胞液洋葱细胞条件及现象半透膜条件及现象浓度差1.概念物质以扩散方式进出细胞,

不需要

消耗细胞内化学反应

所释放的能量。2.特点①不消耗能量;②顺浓度梯度运输。3.运输动力

来自细胞内外物质的浓度差。4.种类协助扩散自由扩散和协助扩散

一、自由扩散

物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式,叫作自由扩散,也叫简单扩散。1.实例气体、水、脂溶性(1)小分子物质氧气、二氧化碳、氮气、尿素(2)脂溶性物质

苯、甘油、乙醇、脂肪酸、固醇2.特点①顺浓度梯度进出细胞;②不需要消耗能量;③不需要膜上转运蛋白参与。自由扩散和协助扩散细胞外细胞膜细胞内O——小分子物质

自由扩散一、自由扩散3.影响因素

细胞内外浓度差0细胞内外浓度差O₂

浓度/氧分压扩

(V)扩

(V)0一、自由扩散肺

胞血液血液3.O₂从肺泡腔进入组织细胞需要穿过几层生物膜?9层组织生物膜、磷脂分子层、磷脂双分子层

细胞2.O₂从肺泡腔进入血液需要穿过几层生物膜?(肺泡壁、毛细血管壁为单细胞层)4层组织间隙毛

管1.0₂是怎样进入血液以及组织细胞?以自由扩散的方式肺泡2O₂O₂O₂O₂组织间隙O₂O₂

二、协助扩散

物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式,叫作协助扩散。1.实例离子和一些小分子物质如葡萄糖进入红细胞、钠离子进入神经细胞、水通过细胞膜等。2.特点①顺浓度梯度进出细胞;②不需要消耗能量;③需要膜上转运蛋白参与。自由扩散和协助扩散二

、协助扩散

3.影响因素

①细胞内外浓度差;②转运蛋白的种类和数量。P点后,运输速率受转运蛋白数量限制P细胞内外浓度差O,浓度/氧分压扩散

(

V

)扩散

(V

)O0方式自由扩散协助扩散条件能量不需要不需要转运蛋白不需要需要实例O₂

、CO₂

、甘油、乙醇等离子和一些小分子有机物,

如葡萄糖、氨基酸等运输方向浓度高的一侧→浓度低的一侧自由扩散和协助扩散载体蛋白通道蛋白构像会改变不改变运输的物质能与自身部位结合与通道直径和形状相配运输方式协助扩散或主动运输协助扩散能量不消耗或消耗不消耗举例葡萄糖载体蛋白水通道蛋白自由扩散和协助扩散三、转运蛋白三、转运蛋白——载体蛋白细胞外细胞膜细胞内solutestateA

state

BOUTSIDElipidbilayerINSIDEtransportermediatingpassivetransport通道蛋白是在膜上形成跨膜的亲水通道,使离子或水从中通

,不需要与运输分子结合。只参与协助扩散载体蛋白,需与运输分子结合,引起载体蛋白空间结构改变。包括主动运输、协助扩散三、转运蛋白poreCHANNEL

PROTEINlipid

bilayerconcentration

gradientsolute-bindingsiteA

BC1.A表示的运输方式是自由扩散,转运速率主要取决于膜两侧物质的浓度差

2.图B表示的运输方式可能是协助扩散

,ab段主要受

膜两侧浓度差

影响,bc段受到转运蛋白数量的限制,运输速率不能再上升。3.C表示的运输方式是被动运输,转运速率主要取决于膜两侧物质的浓度差

00细胞能量供应运输速率运输速率4.葡萄糖穿越细胞膜进入红细胞的运输速度存在一个饱和值,

该值的大小取决于(C

)A.细胞内的氧浓度B.细胞膜外的糖蛋白数量C.细胞膜上相应载体的数量D.

细胞内外葡萄糖浓度差值5.细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。下列物质中,以自由扩散方式通过细胞膜的是(

B

)A.Na+

B.二氧化碳C.RNA

D.胰岛素>协助扩散6.图中甲、乙分别表示载体介导和通道介导的两种跨膜方式,其中通道介导的扩散速度比载体介导的快1000倍。下列叙述正确的是(

B)A.载体蛋白和通道蛋白在细胞膜上是静止不动的

>都运动B.

载体蛋白和通道蛋白均具有一定的专一性C.甲、乙两种方式中只有甲属于被动运输

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