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【优化探究】2015届高考生物一轮复习配套课件:必修三第5章 第2讲 生态系统的物质循环、信息传递及稳定性


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生物

第2讲 生态系统的物质循环、信息传递及
稳定性
[ 展示考纲考频 ] (Ⅱ)[☆☆☆] 1. 生态系统中物质循环的基本规律及其应用 3.生态系统的稳定 2.生态系统中的信息传递(Ⅱ)[☆☆]

r />
性(Ⅱ)[☆☆] 4.探究水族箱(或鱼缸)中群落的演替(实验)[☆]

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一、生态系统的物质循环 1.物质循环 生物群落 与 (1)概念:组成生物体的各种元素在 不断地循环的过程。 (2)特点: 全球性 、反复利用、 和 循环流动 。 使生态系统中的各 无机环境



(3)与能量流动的关系:二者同时进行,相互依存,不可分割。
(4)意义:通过 能量流动 物质循环 种组成成分紧密地联系在一起,形成一个统一整体。

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2.碳循环

(1)碳在无机环境中的存在形式: CO2 和碳酸盐。
(2)碳在无机环境与生物群落之间的循环形式: CO2 (主要)。 (3)循环过程:碳从无机环境到生物群落是通过 光合 作用、 化能合成 作用实现的;从生物群落到无机环境则通过

动植物的呼吸作用
3.温室效应

和 微生物的分解作用 实现的。

(1)形成原因:大量化学燃料的燃烧,大气中的 CO2 含量迅速增 加,打破了生物圈中 碳循环 的平衡。
(2)影响:导致 气温升高 ,加快极地和高山冰川的融化,导致

海平面上升,进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。

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二、生态系统的信息传递

1.信息的种类和实例

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2.信息传递在生态系统中的应用 (1)个体: 生命活动 的正常进行,离不开信息的作用。 (2)种群:生物 种群的繁衍 ,也离不开信息的传递。 关系,以 维持 (3)群落与生态系统:信息还能调节生物的 种间

生态系统

的稳定。

(4)信息传递在农业生产中的应用 ①提高农产品和畜产品的产量。 ②对有害动物进行控制。

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三、生态系统的稳定性

1.概念:生态系统所具有的保持或恢复自身 结构和功能
对稳定的能力。 2.形成原因:生态系统内部具有一定的自我调节



能力;其调

节机制为

负反馈

调节。

3.类型: (1)抵抗力稳定性: 抵抗外界干扰并使自身结构和功能保持原状 的 ①概念:生态系统 能力。 ②规律:生态系统中的组分越多,营养结构越 复杂 , 其 自 我 调节能力就越 大 ,抵抗力稳定性就越 高 ,反之则越低。 ③特点:调节能力有一定限度,超过限度, 自我调节 遭到破坏。
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能力就

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(2)恢复力稳定性

①概念:生态系统 受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状 的
能力。 ②规律:干扰程度不同,其恢复速度和时间也不一样。

③与抵抗力稳定性的关系:二者存在着相反的关系,抵抗力稳定
性较高的生态系统,恢复力稳定性 较低 ,反之亦然。 4.提高生态系统稳定性的措施

(1)控制对生态系统 干扰 的程度,对生态系统的利用应适度, 自我调节能力 。 不应超过生态系统的
(2) 对人类利用强度较大的生态系统,应实施相应的物质和能量

投入。

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思考辨析

1.判断下列关于生态系统功能说法的正误。
(1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物(×) (2)碳循环在生物群落内部以CO2形式循环(×)

(3)化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因(√)
(4)心猿意马属于生态系统的信息传递(×) (5)生态系统的物理信息都来源于环境(×)

(6)信息沿食物链从低营养级向高营养级传递(×)
(7) 生态系统中的负反馈由生物种类间的数量变化引起,与信息 传递无关(×)

(8)低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环平衡(√)

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2.判断下列关于生态系统抵抗力稳定性说法的正误。

(1) 一个生态系统的抵抗力稳定性很低,其恢复力稳定性就一定
很高(×) (2) 生态系统中的组成成分越多,食物网越复杂,生态系统恢复

力稳定性就越强(×)
(3)自我调节能力强的生态系统,其稳定性也就越高(√) (4) 极地苔原由于物种组成单一,结构简单,它的抵抗力稳定性

和恢复力稳定性都很低(√)

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生态系统的物质循环
1.物质循环分析

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(1)“物质”在无机环境与生物群落的相互转化,是依靠生物体

内的生化反应(光合作用、化能合成作用、细胞呼吸等)完成的。
(2)物质循环中起决定作用的是 生物群落 (3)生态系统的物质循环离不开 能量的流动 。 。

2.碳循环过程分析

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(1)碳的存在形式与循环形式

①在生物群落和无机环境间:主要以 CO2 形式循环。
②在生物群落内部:以含碳有机物 形式沿食物链和食物网传递。 ③在无机环境中:主要以CO2和碳酸盐形式存在。

(2)碳进入生物群落的途径:生产者的
作用。 (3)碳返回无机环境的途径

或化能合成 光合作用

①生产者、消费者的
③化学燃料的燃烧。

作用;

呼吸 ②分解者的分解作用(实质是呼吸作用 );

(4) 碳元素在无机环境与生物群落之间传递时,只有生产者与无
机环境之间的传递是相互的,其他成分之间的传递都是 单向
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的。

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3.温室效应的形成原因、影响及缓解措施

(1)大气中CO2含量持续增加是形成 温室效应 的主要原因
①工厂、汽车、飞机、轮船等对 化学燃料 的大量使用,向大气 中释放大量的CO2。

②森林、草原等植被大面积的破坏,大大降低了对大气中CO2的
调节能力。 (2)影响

①气候变暖会使冰川雪山融化,海平面上升,这样就使沿海城市
和国家面临灭顶之灾。 ②由于气候变化,也改变了降雨和蒸发机制,影响农业和粮食资

源的生产。降雨量的变化使部分地区更加干旱或更加雨涝,并使病虫
害增加。

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(3)缓解措施

① 植树造林 ,增加绿地面积。
②减少 化学燃料 ③开发清洁能源。 的燃烧。

4.物质循环和能量流动的比较

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生物

[ 知识拓展 ]

(1) 富集作用概念:指环境中的一些污染物 ( 如重金

属、化学农药)通过食物链在生物体内大量积累的过程。 (2) 富集物特点:化学性质稳定不易被分解,在生物体内积累而 不易排出。 (3) 富集作用过程:随着食物链的延长而不断加强,即营养级越 高,富集物的浓度越高。如有机氯农药在水中的溶解度虽然很低,但 是通过“浮游植物→浮游动物→小鱼→肉食性鱼”这样一条食物链, 可以千万倍地富集起来。 (4) 富集作用危害:有害物质的浓度通过生物富集作用增加,会 对人体或动物造成危害。

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1.气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为A、B两个不
同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。

(1) 生态系统碳的吸收主要是通过 ________ 作用实现的,碳的释 放主要是通过________作用实现的。

(2)表中________时期的生态系统处于稳定状态,原因是________。
(3) 由于过度的人工碳排放,破坏了生态系统的 ______ ,导致大 气中________增加并引起全球气候变化。
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(4) 人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素太阳能

电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的,类囊体吸收光能的过
程发生在光合作用的 ________阶段;又如经改造的蓝藻能在细胞内将 光合作用产生的________直接发酵转化为燃料乙醇。

解析:(1)光合作用吸收CO2,呼吸作用释放CO2,生态系统中的
碳循环主要是通过光合作用和呼吸作用实现的。(2)生态系统中的碳吸 收量等于释放量时,说明该生态系统处于相对稳定状态。(3)过度的人

工碳排放使得碳释放量大大超过碳吸收量,从而破坏了生态系统的稳
定性。向大气中排放大量的 CO2会引起温室效应,导致全球气候变化。 (4)光合作用的光反应阶段中,对光能的吸收和转化发生在叶绿体的类

囊体薄膜上。蓝藻光合作用的产物是糖类 (有机物 ),经酒精发酵可生
成乙醇。 答案: (1) 光合 碳平衡
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呼吸

(2)A

碳的吸收量等于碳的释放量

(3)

CO2浓度 (4)光反应 有机物
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生态系统的信息传递

1.生态系统的信息传递
(1)作用:决定能量流动与物质循环的方向和状态。 (2) 表现:信息传递存在于生态系统的各种成分之间,把生态系

统的各个组成部分联系成一个整体,而且具有调节生态系统稳定性的
作用。

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2.信息传递在生态系统中的作用 (1)调控生物体 生命活动 的正常进行和 种群 的繁衍。 (2)调节生物的种间关系,以维持 生态系统 3.信息传递在农业生产中的应用 (1) 提高农产品和畜产品的产量:养鸡业在增加营养的基础上延 长光照时间可以提高产蛋率;用一定频率的声波处理蔬菜、谷类作物 及树木等的种子,可以提高发芽率、获得增产;模拟动物信息吸引大 量传粉动物,就可提高果树的传粉率和结实率。 (2) 对有害动物进行控制:黏虫成虫具有趋光性,对蜡味特别敏 感,生产上就利用这一点,在杀菌剂中加入蜡类物质诱杀黏虫;人们 还可以利用性引诱剂“迷向法”防治害虫。 的稳定。

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4.信息传递与生态系统其他功能的比较

[特别提醒]

生态系统的信息的种类因传播途径的不同而不同,

如孔雀开屏如果是通过行为传递给对方信息则属于行为信息,如果通 过羽毛的颜色等传递给对方信息,则属于物理信息。
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2.下列关于生态系统信息传递特征的描述,正确的是( A.生态系统的物理信息都来源于无机环境 B.植物都通过化学物质传递信息 C.信息沿食物链从低营养级向高营养级传递 D.信息可以调节生物种间关系

)

解析:生态系统的物理信息来源于无机环境和生物。植物通过化 学物质或物理途径传递信息,即化学信息和物理信息。信息传递是双 向的,既能从低营养级向高营养级传递,也能从高营养级向低营养级 传递。 答案:D

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生态系统的稳定性
1.抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系

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2.生态系统稳定性的条件、表现和调节机制

(1)稳定性前提条件
只有当生态系统发展到一定阶段,它的生产者、消费者和分解者 三大功能类群齐全,能量的输入保持稳定,物质的输入和输出相对平

衡时才表现出来。这一阶段就是生态系统的成熟阶段。
(2)稳定性表现 ①结构相对稳定:生态系统中动植物种类及数量一般不会有太大

的变化,一般相关种群数量呈现周期性变化,可用如图曲线表示:

②功能相对稳定:生物群落的能量输入与输出相对平衡,物质的 输入与输出保持相对平衡。
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[特别提醒]

(1)抵抗力稳定性高低比较:生物圈>海洋生态系统>

热带雨林>温带草原>极地荒漠。恢复力稳定性正好与其相反。
(2) 某一生态系统在彻底破坏之前,受到外界干扰遭到一定程度 的破坏而恢复的过程,应视为抵抗力方面的稳定性,如河流轻度污染

的净化;若遭到彻底破坏,则恢复过程应为恢复力稳定性,如火灾后
草原的恢复等。 3.生态系统的稳定性及原理总结

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4.反馈调节的种类

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3.下列曲线表示四个不同的自然生态系统在受到同等程度的外
来干扰后,初级消费者数量的变化情况。其中抵抗力稳定性最高的生 态系统是( )

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解析:在受到同等程度的外来干扰后,初级消费者数量变化最小 的生态系统的自我调节能力最强,抵抗力稳定性最高。 答案:C

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设计并制作生态缸,观察其稳定性 1.实验流程

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2.实验设计要求

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3.生态缸稳定性观察与分析
(1) 观察稳定性,可通过观察动植物的生活情况、水质变化、基 质变化等判断生态系统的稳定性。

(2) 由于生态缸中的生态系统极为简单,自我调节能力极差,所
以抵抗力稳定性极低,生态系统的稳定性极易被破坏。因此,生态缸 内的生物只能保持一定时间的活性。

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4.为观察生态系统的稳定性,设计4个密闭、透明的生态瓶,各
瓶内的组成和条件见下表。经过一段时间的培养和观测后,发现甲瓶 是最稳定的生态系统。

注:“+”表示有;“-”表示无。请回答以下问题:

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(1) 乙 瓶 中 , 藻 类 的 种 群 密 度 变 化 趋 势 为 _________ , 原 因 是 __________。 (2)丙瓶比甲瓶有较多的有机物,原因是____________。 (3)丁瓶与甲瓶相比,氧气含量________,原因是________。 (4)根据观测结果,得出结论: ①__________________________________________________; ②______________________________________________。

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解析:(1)甲瓶稳定的原因分析:

生态系统的稳定性取决于该生态系统生物种类和数量的合理搭配。
在光照条件下,水草、藻类为生产者,进行光合作用,消耗水中的二 氧化碳,释放出氧气,同时将无机物转化成有机物,为消费者——浮游

动物(小鱼)提供氧气和食物,泥沙中含有微生物 ——分解者,可将水中
的有机物分解成无机物,实现瓶内物质循环。 (2)准确分析表中的信息:

①乙瓶与甲瓶相比缺少光照,不久稳定性被破坏,说明光照是维
持该生态系统的必要条件; ②丙瓶与甲瓶相比缺少分解者,不久稳定性被破坏,说明分解者

是维持该生态系统的必要条件;
③丁瓶与甲瓶相比多小鱼,消费者过多,也造成稳定性被破坏, 说明生态瓶中消费者不能过多,过多会因氧气供应不足,造成生态系 统崩溃。
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答案:(1)减小 缺乏光照,无法进行光合作用 (2)没有微生物的分解作用 (3)低 小鱼呼吸要消耗部分氧气 (4)①分解者是生态系统的重要组成成分 ②光照是维持该生态系统长期稳定的必要条件

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生态系统的物质循环 [例1] (2014年福建安溪模拟)如图是生态系统中碳循环示意图, )

“→”表示碳的流动方向,下列说法正确的是(

A.图中A是生产者,B、D、E是消费者,C是分解者 B.该生态系统的成分包括A、B、C、D,非生物的物质和能量 C.该生态系统中食物网可表示为:A→D→E→B D.E每增加1 kg的体重,至少需要25 kg的A
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[ 解析 ]

图中 A 是生产者, D 、 E是消费者, B是分解者, C 是大

气中CO2库,A项错误;生态系统的成分包括所有生物和非生物的物质
和能量,所以还必须包括 E,B项错误; B是分解者,不参与食物链的 组成,C项错误;按最高能量传递效率计算,E每增加1 kg的体重,至

少需要A为1÷20%÷20%=25 (kg)。
[答案] D

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生态系统的信息传递 [ 例 2] 萤火虫通过闪光来识别同伴;草原上的鸟在发现天敌后,

雄鸟急速起飞,扇动翅膀为雌鸟发出信号;某种植物根系能分泌一种

使休眠的真菌孢子发芽的化合物,如将这类物质在作物播种前施入土
中,就可以使休眠孢子提前发芽,使其找不到寄主而死亡。以上三个 实例分别体现了哪一类信息的作用( )

A.物理信息;化学信息;行为信息
B.物理信息;行为信息;化学信息 C.行为信息;物理信息;化学信息

D.化学信息;行为信息;物理信息

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[解析]

生态系统中信息的分类是以传递信息的载体为依据来划

分的。物理信息是通过物理因素、物理过程来传递的,如光、声、温
度、磁力等;传递化学信息的是一些化学物质,如性外激素等;行为 信息是通过动物的特殊行为、动作这些“肢体语言”来传递和表达的。

题干中植物根系分泌的是一种化学物质,很明显属于化学信息。鸟发
现天敌后,做出了很夸张的动作,强调的是特殊的行为,所以属于行 为信息。

[答案] B

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生态系统的结构功能及稳定性 [ 例 3] 6 月 5 日是世界环境日,今年我国的世界环境日主题是

“共建生态文明,共享绿色未来”,草原是绿色生态环境的重要组成
部分。某草原生态系统的食物网如下图所示。

(1) 图中食物网较简单,因此,该草原生态系统的 ______ 能力较

差,其____________稳定性也相应较低。除图中所示的生物类群外,
该生态系统的生物组成成分还应有 ________才能保证其物质循环的正 常进行。
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(2)如果图中草能提供 10 000 kJ的能量,营养级间的能量传递效

率为10%~20%,那么鹰占据的营养级能够得到的最低和最高能量值
分别是______ kJ和______ kJ。若去除蛇,且狐的数量不变,则草原 容纳鹰的数量会 __________。若外来生物入侵该区,则会导致该草原

的________锐减或丧失。
(3) 影响图中兔种群数量变化的种间因素是 ________ 和竞争。若 某年兔种群的K值为1 000只,且1只兔和4只鼠消耗的草量相等,其他

条件不变的情况下,次年鼠的数量增加 400 只,则兔种群的 K 值变为
________只。用标志重捕法调查该区鼠的种群数量时,若部分标记个 体迁出,则导致调查结果________(填“偏高”或“偏低”)。

(4) 草 原 干 旱 时 , 兔 摄 取 水 分 减 少 , 体 内 细 胞 外 液 渗 透 压
________ ,引起________ 渗透压感受器兴奋,增加抗利尿激素的释放, 进而引起________对水的重吸收增加,减少排尿量,以保持体内水平 衡。
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[解析]

(1)抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的

结构和功能保持原状的能力。生态系统之所以具有抵抗力稳定性,是
因为生态系统内部具有一定的自我调节能力。生态系统的自我调节能 力有大有小,因此,抵抗力稳定性有高有低。一般地说,生态系统的

成分越单纯,营养结构越简单,自我调节能力就越小,抵抗力稳定性
就越低。生态系统的组成成分包括非生物的物质和能量以及生物成分 (生产者、消费者和分解者 ),图中的生物组成成分缺少了分解者。(2)

据图分析,鹰所在的食物链有三条,分别占据着第三营养级和第四营
养级,它所获得的能量最低值要按照最长食物链 (草 →鼠 →蛇 →鹰 )、 最低能量传递效率 (10%) 来计算,即 10 000×10%×10%×10% = 10

kJ;它所获得的能量最高值要按照最短食物链 (草 →鼠或兔 →鹰 )、最
高能量传递效率(20%)来计算,即10 000×20%×20%=400 kJ。若去 除蛇,且狐的数量不变,则兔的数量不变,而鼠的数量增多,去除蛇
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后,因为鹰的食物来源还有兔和鼠,且通过更短的食物链获得鼠

的能量,故鹰的数量增多;若外来物种入侵到当地生态系统,外来物
种会以当地物种为食物,或与当地物种竞争食物、空间等资源,会使 当地生物多样性锐减甚至丧失。(3)图中兔与草、狐、鹰形成捕食关系,

与鼠形成竞争关系,两种种间关系都影响到兔种群的数量变化;兔和
鼠都以草为食,鼠的数量增加势必影响兔种群的繁殖,增加的400只鼠 争夺了100只兔的食物,所以兔种群的K值是1 000-100=900只。标志 重捕法是根据重捕到的动物中标记个体数占总个体数的比例来估计种 群密度。其计算公式是M/N=m/n(其中N表示种群内个体总数;M表示 第一次捕捉到并标记个体数;n表示第二次捕捉数;m表示第二次捕捉 个体中标记数),则N= Mn/m,若部分标记个体迁出,即m值偏小,N

值会偏高。(4)动物机体缺水时体内细胞外液渗透压升高,刺激下丘脑
内的渗透压感受器产生兴奋,兴奋经反射弧传导到垂体,促进抗利尿 激素的释放。抗利尿激素促进肾小管和集合管对水分的重吸收,减少 尿的排放,以保持体内水分平衡。
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高考总复习
固考基 双 基 优 化 析考点 核 心 探 究 研考向 解 题 悟 法 提素能 高 效 训 练

生物

[答案] 者 (2)10

(1)自我调节(或反馈调节、负反馈调节) 400 增加 生物多样性(或:物种多样性 ) 肾小管和集合管

抵抗力 (3)捕食

分解 900

偏高 (4)升高 下丘脑

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