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课题: 生物选修3 专题2 细胞工程导学案
【学习目标】
1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术
2.列举植物细胞工程的实际应用
【学习重点】
1、 植物组织培养的原理和过程
2、 植物体细胞杂交的原理
3、 植物细胞工程应用的实例
【知识梳理】
细胞工程的概念: 细胞工程是指应用＿＿＿＿＿＿＿＿＿生物学和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿生物学的原理和方法, 经过＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿水平或＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿水平的操作, 按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
( 一) 植物细胞工程
1.常采用的技术手段有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿等。
2.理论基础( 原理) : ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
3.不同细胞全能性表示的难易程度＿＿＿: ＿＿＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿细胞＞干细胞＞＿＿＿细胞; ＿＿＿细胞＞＿＿＿细胞
4.植物组织培养技术
( 1) 概念: 植物的组织培养就是在＿＿＿＿＿＿＿和人工控制的条件下, 将＿＿＿＿的植物器官、 组织、 细胞, 培养在人工配置的培养基上, 给予适宜的培养条件, 诱导其产生＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿, 最终形成完整的植株。
( 2) 原理: 植物细胞具有＿＿＿＿＿, 即具有某种生物＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的任何一个细胞, 都具有发育成＿＿＿＿＿＿＿的潜能。
( 3) 植物组织培养的条件: ＿＿＿＿＿, 提供营养物质( 水、 无机盐、 ＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿和有机酸等) 、 激素( 如＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿等) 和其它适宜条件( 如＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿等)。
( 4) 过程: ＿＿＿的器官、 组织或细胞 ＿＿分化 ＿＿＿＿组织 ＿＿分化 幼根和芽 完整植株
( 5) 细胞脱分化: 已＿＿＿＿的细胞, 经过诱导后, 失去其特有的＿＿＿＿＿＿＿＿＿而转变成未分化细胞的过程。
( 6) 体内的细胞不表示全能性的原因: ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿, 从而构成植物的不同组织和器官。
( 7) 生长素和细胞分裂素在植物体内含量＿＿＿＿, 因此植物组织培养中常见人工合成的生长素类似物和细胞分裂素类似物。细胞分裂素/生长素的比例＿＿＿, 有利于外植体＿＿＿＿＿, 比例升高有利于愈伤组织＿＿＿＿＿形成丛芽, 比例降低则有利于＿＿＿＿。
( 8) 进行植物组织培养时应注意的问题:
①对外植体要进行＿＿＿＿＿＿处理, 而对各种器械要＿＿＿＿＿＿。
②接种过程要进行严格的＿＿＿＿＿＿。
③愈伤组织培养: 最初＿＿＿＿＿＿培养, 后期＿＿＿＿＿＿培养。
④诱导愈伤组织再分化形成胚状体或丛芽及生根的过程中, 要先进行＿＿＿＿培养, 再进行＿＿＿＿培养, 并要进行＿＿＿＿处理, 以改变培养基中的激素配比及浓度。试管苗培养要在＿＿＿＿条件下进行, 以便诱导＿＿＿＿＿＿＿的形成。
( 9) 脱分化和再分化的比较
比较内容
脱分化
再分化
过程
外植体→＿＿＿＿＿＿＿
＿＿＿＿＿＿→幼苗
形成体特点
＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿
＿的薄壁细胞
有根、 芽
需要条件
a.离体
b.适宜的营养
c.生长素/细胞分裂素的比例适中
d.不需光
a. ＿＿＿＿
b. ＿＿＿＿＿＿＿＿
c.生长素/细胞分裂素的比例＿＿或＿＿诱导生根或生芽
d. ＿＿＿＿光照
基础练习一
1．以下不能说明细胞具有全能性的实验是( ) 。
A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株 B．紫色糯性玉米种子培育出植株
C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株 D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
2．植物组织培养过程中的脱分化是指( ) 。
A．植物体的分生组织经过细胞分裂产生新细胞
B．未成熟的种子经过长期培养, 培养出幼苗的过程
C．植物的器官、 组织或细胞, 经过离体培养产生愈伤组织的过程
D．取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
3．在脱分化形成愈伤组织的过程中, 下列各项为非必要条件的是( )
A．培养基需要消毒灭菌 B．给予适宜的温度 C．给予充分的光照 D．给予适宜的养料和激素
4. 下图是植物组织培养的简略表示。请据此回答:
(1)①表示 ,它能被培养成④的根本原因是 。
(2)②表示 。
(3)若想制作人工种子,应该选用(填编号) 。人工种子的优点有:
___________________________________________________________________________________
(4)若①是花药,则④是 ,这项技术可用在 上。
(5)若①是胡萝卜的根尖细胞,则培养的④的叶片的颜色是 ,这说明根尖细胞
5.植物体细胞杂交技术
( 1) 概念: 植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞, 在一定条件下融合成＿＿＿＿, 并把＿＿＿＿＿＿＿＿培育成新的植物体的技术。
( 2) 过程:
①去除细胞壁的方法为＿＿＿＿＿。
②人工诱导的方法: a. ＿＿＿＿＿法包括离心、 振动、 ＿＿＿＿＿等; b.化学法一般是用＿＿＿＿＿＿＿。
③指＿＿＿＿＿, ④指＿＿＿＿＿。
( 3) 融合成功的标志是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
( 4) 植物体细胞杂交利用了细胞膜具有一定的＿＿＿＿＿＿和细胞的＿＿＿＿＿的原理。
( 5) 意义: 克服了＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的障碍。
( 6) 植物体细胞杂交的障碍
①植物细胞都有＿＿＿＿＿。根据酶的专一性原理, 用＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿去除。
②＿＿＿＿＿融合。利用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿原理, 需用人工方法诱导。
( 7) 杂种细胞的类型:
有三种: ＿＿＿、 ＿＿＿、 AB, 符合要求的只有＿＿, 需要用＿＿＿培养基进行＿＿＿。
( 8) 杂种植株遗传物质的变化: 细胞融合属于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿, 杂种植株的染色体数一般是＿＿＿＿＿细胞染色体数目之和, 形成异源多倍体。
6.植物细胞工程的实际应用
( 1) 植物繁殖的新途径
①微型繁殖: 既保持优良品种的＿＿＿＿＿＿, 又能＿＿＿＿＿＿地实现种苗的大量繁殖。
②作物脱毒: 利用植物＿＿＿＿组织( 如＿＿＿＿、 ＿＿＿＿) 进行培养, 能够使新长成的植株脱除病毒。
③人工种子: 植物组织培养得到的＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿或＿＿＿＿, 包上＿＿＿＿就能够形成人工种子。人工种子由＿＿＿＿＿、 胶质和＿＿＿＿三部分组成, 其中的胶质相当于单子叶植物种子的＿＿＿＿或双子叶植物种子的＿＿＿＿。人工种皮的制备是＿＿＿＿＿＿结构和功能的研究深入到分子水平的体现。人工种皮中能够加入适量的养分、 无机盐、 有机碳源以及农药、 抗生素、 有益菌等, 以利于胚状体生长发育成幼苗。
( 2) 作物新品种的培育
①＿＿＿＿＿＿育种: 育种过程中的＿＿＿＿＿＿＿＿过程就是植物组织培养过程。其优点是后代不发生＿＿＿＿＿＿, 都是纯合子, 能够＿＿＿＿＿＿, 明显缩短了＿＿＿＿＿。
②＿＿＿＿＿＿的利用: 在植物组织培养过程中, 由于培养细胞一直处于不断的＿＿＿＿状态, 因此容易受到培养条件和外界压力( 如射线、 化学物质等) 的影响而发生＿＿＿＿。从这些产生＿＿＿＿＿的个体中能够筛选出对人们有用的突变体, 进而培育成新品种。
( 3) ＿＿＿＿＿＿的工厂化生产: 能够利用植物组织培养技术大量生产某些细胞产物, 如蛋白质、 脂肪、 糖类、 药物、 香料、 生物碱等。
基础练习二
1.植物体细胞杂交是利用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指( )
A.不同植物精子和卵细胞的融合 B.不同植物原生质体的融合
C.完整的两个体细胞的融合 D.植物花粉细胞的两两融合
2.科学家把天竺葵和香茅草进行体细胞杂交, 培育出的驱蚊草含有香茅醛, 能散发出一种特殊的气味, 达到驱蚊且对人体无害的效果。下列关于驱蚊草培育的叙述中, 错误的是( )
A.驱蚊草的培育属于细胞工程育种, 其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍。
B.驱蚊草培育过程要用纤维素酶、 果胶酶、 PEG等试剂。
C.培育过程中形成的愈伤组织, 其代谢方式是自养需氧。
D.在由杂种细胞形成杂种植株的过程中, 包含了有丝分裂和细胞分化。
3.植物体细胞杂交的过程是( )
A.用酶解法去掉细胞壁, 分离出有活力的原生质体
B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合
C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株
D.经过以上三者完成
4.有关原生质体的下列叙述中, 正确的是( )
①组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸 ②原生质体包括细胞膜、 液泡膜及两膜之间的原生质③被脱掉细胞壁的细胞是原生质体 ④原生质体只能用于植物细胞工程
A. ①② B. ①③ C③④ D. ①④
5.经过植物体细胞杂交, 获得一个杂种植株需要的步骤是( )
A.分离原生质体→诱导原生质体融合→组织培养→得到杂种植物
B.分离原生质体→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株
C.获取细胞→原生质体融合→组织培养→杂种植株
D.获取细胞→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株
课堂测试
1.下列属于组织培养的是( )
A.花粉培育成单倍体植株 B.芽发育成枝条
C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精卵发育成植株
2.愈伤组织的细胞类型和愈伤组织分化后形成的结构分别是
A 薄壁细胞、 外植体 B. 厚壁细胞、 胚状体 C.薄壁细胞、 胚状体 D. 厚壁细胞、 外植体
3. 愈伤组织是一类 ( )
A．高度渡泡化呈无定形的具有分生能力的薄壁细胞B．排列紧密呈正方形的一群薄壁细胞
C．具有特定的结构和功能的植物组织D．经细胞再分化过程产生的具有分生能力的薄壁细胞
4、 右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答:
( 1) 步骤①是 , 最常见的方法是 。
( 2) 步骤③一般常见的化学试剂是 , 目的是 。
(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中,
运用的技术手段是 , 其中步骤 ④相当于 ,
步骤⑤相当于 。
( 4) 植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。
使 能够在新的植物体上有所表现, 其根本原因 。
( 5) 若远源杂交亲本A和B都是二倍体, 则杂种植株为 倍体。
( 6) 从理论上讲, 杂种植株的育性为 。
若运用传统有性杂交方法能否实现? , 原因是 。
因此, 这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 。
( 7) 利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中, 遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律? 为什么? 。
课堂测试
1.下列属于组织培养的是( )
A.花粉培育成单倍体植株 B.芽发育成枝条
C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精卵发育成植株
2.愈伤组织的细胞类型和愈伤组织分化后形成的结构分别是
A 薄壁细胞、 外植体 B. 厚壁细胞、 胚状体 C.薄壁细胞、 胚状体 D. 厚壁细胞、 外植体
3. 愈伤组织是一类 ( )
A．高度渡泡化呈无定形的具有分生能力的薄壁细胞B．排列紧密呈正方形的一群薄壁细胞
C．具有特定的结构和功能的植物组织D．经细胞再分化过程产生的具有分生能力的薄壁细胞
4、 右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答:
( 1) 步骤①是 , 最常见的方法是 。
( 2) 步骤③一般常见的化学试剂是 , 目的是 。
(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中,
运用的技术手段是 , 其中步骤 ④相当于 ,
步骤⑤相当于 。
( 4) 植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。
使 能够在新的植物体上有所表现, 其根本原因 。
( 5) 若远源杂交亲本A和B都是二倍体, 则杂种植株为 倍体。
( 6) 从理论上讲, 杂种植株的育性为 。
若运用传统有性杂交方法能否实现? , 原因是 。
因此, 这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在 于 。
( 7) 利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中, 遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律? 为什么? 。
( 二) 动物细胞工程
1．动物细胞工程常见的技术手段有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿等, 其中＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿是其它动物细胞工程技术的基础。
2.动物细胞培养
( 1) 概念: 动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的＿＿＿＿, 将它分散成＿＿＿＿, 然后放在适宜的＿＿＿＿＿＿中, 让这些细胞＿＿＿＿＿＿＿＿。
( 2) 流程: 取动物胚胎或幼龄动物的器官或组织→剪碎→用＿＿＿＿＿或＿＿＿＿处理分散成＿＿＿＿＿→制成＿＿＿＿＿→转入培养瓶中进行＿＿＿培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续＿＿＿＿＿培养。
( 3) 原代培养: 人们一般将动物组织消化后的＿＿＿＿＿＿称为原代培养。
( 4) 细胞贴壁和接触抑制: 悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上, 称为＿＿＿＿。细胞数目不断增多, 当贴壁细胞分裂生长到表面＿＿＿＿＿＿时, 细胞就会停止分裂增殖, 这种现象称为细胞的＿＿＿＿＿＿。
( 5) 动物细胞培养需要满足以下条件
①＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿: 培养液应进行＿＿＿＿＿＿处理。一般还要在培养液中添加一定量的＿＿＿＿＿＿＿＿＿, 以防培养过程中的污染。另外, 应定期更换培养液, 防止＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
②＿＿＿＿＿＿: 合成培养基。成分: 糖、 氨基酸、 促生长因子、 无机盐、 微量元素等。一般需加入＿＿＿＿＿＿等天然成分。
③温度和pH: 哺乳动物适宜温度: ＿＿＿＿＿＿＿＿＿; 多数细菌适宜pH: ＿＿＿＿＿。
④气体环境: 95%空气＋5%CO2。O2是＿＿＿＿＿＿所必须的, CO2的主要作用是＿＿＿＿＿。
( 6) 动物细胞培养技术的应用: ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
3.动物体细胞核移植技术和克隆动物
( 1) 概念: 动物细胞核移植是将动物的细胞核移入一个已经＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的＿＿＿＿＿＿细胞中, 使其重组并发育成一个＿＿＿＿＿＿, 这个新的胚胎最终发育
为动物个体。能够分为＿＿＿＿＿＿核移植( 比较容易) 和＿＿＿＿＿＿核移植( 比较难) 。
( 2) 原理: ＿＿＿＿＿＿的全能性
( 3) 过程: 如右图
①用于核移植的供体细胞一般都选用传代＿＿＿以内的细胞, 因为这样的细胞能保持正常的＿＿＿＿核型, 保证了供体细胞正常的遗传基础。经过细胞核移植方法生产的克隆动物, 并不是对核供体动物100%的复制, 因为生物的性状除受＿＿＿＿＿控制以外, 还受＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿的影响。
②动物细胞核移植一般见＿＿＿＿＿＿时期的＿＿＿＿＿＿细胞作为受体细胞。原因是: 该种细胞＿＿＿＿＿＿, 容易操作; ＿＿＿＿＿＿, 营养丰富; 能激发重组细胞分裂分化; 具备受精能力。
( 4) 体细胞核移植技术的应用:
促进＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿; 保护＿＿＿＿＿＿; 生产珍贵的＿＿＿＿＿＿; 作为异种移植的＿＿＿＿＿＿; 用于组织器官的移植等。
( 5) 体细胞核移植技术存在的问题:
成功率＿＿＿＿＿; 克隆动物的健康问题: 表现出＿＿＿＿＿＿＿缺陷等; 克隆动物食品的安全性问题。
4.动物细胞融合
( 1) 概念: 也称＿＿＿＿＿＿, 是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。
( 2) 原理: ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
( 3) 诱导融合的方法: ＿＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿等。
( 4) 意义: ①突破有性杂交方法的局限, 使＿＿＿＿＿成为可能; ②成为研究＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿等的重要手段; ③制备＿＿＿＿＿＿。
5.单克隆抗体
( 1) 制备流程: ( 如右图)
①取相应B细胞前必须先注射＿＿＿＿＿。
②诱导融合的两种细胞名称及作用。
免疫过的＿＿＿＿细胞( 浆细胞) ——＿＿＿＿＿; ＿＿＿＿细胞——＿＿＿增殖。
③两次筛选的目的及方法: 第一次: 在特定的＿＿＿＿＿＿培养基( HAT) 上, 筛选出既能＿＿＿＿＿＿＿＿, 又能产生＿＿＿＿＿＿＿的＿＿＿＿＿＿细胞。
第二次: 克隆化培养和＿＿＿＿＿检测, 选择出能＿＿＿＿＿＿＿＿＿的杂交瘤细胞。
( 2) 单克隆抗体特点: 化学性质专一、 ＿＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿, 并能大量制备。
( 3) 应用: ①作为＿＿＿＿＿＿: 准确识别各种＿＿＿＿＿＿物质并特异性结合。②用于＿＿＿＿和＿＿＿＿＿: 制成”＿＿＿＿＿”。
生物选修3 专题2 细胞工程导学案答案
【知识梳理】
细胞 分子 细胞 细胞器
( 一) 植物细胞工程
1. 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术
2. 细胞全能性
3. 不同 受精卵 生殖 体 植物 动物
4. ( 1) 无菌 离体 愈伤组织 丛芽
( 2) 全能性 全部遗传信息 完整个体
( 3) 离体 蔗糖 氨基酸 细胞分裂素 生长素 无菌 适宜的温度 pH
( 4) 离体 脱 愈伤 再
( 5) 分化 形态、 结构和功能
( 6) 体内细胞的基因会选择性表示出各种蛋白质
( 7) 很低 适中 脱分化 再分化 生根
( 8) ① 消毒 彻底灭菌
② 无菌操作
③ 避光 见光
④ 生芽 生根 换瓶 光照 叶绿素
( 9) 脱分化和再分化的比较
比较内容
脱分化
再分化
过程
外植体→ 愈伤组织
愈伤组织→幼苗
形成体特点
排列疏松、 高度液泡化的薄壁细胞
有根、 芽
需要条件
a.离体
b.适宜的营养
c.生长素/细胞分裂素的比例适中
d.不需光
a. 离体
b. 适宜的营养
c.生长素/细胞分裂素的比例＿高或 低诱导生根或生芽
d. 需光照
5.( 1) 杂种细胞 杂种细胞
( 2) ①酶解法 ② a. 物理 电激 b. 聚乙二醇(PEG)
③ 脱分化 ④ 再分化
( 3) 杂种细胞再生出细胞壁
( 4) 流动性 全能性
( 5) 远缘杂交不亲和
( 6) ① 细胞壁 纤维素酶 果胶酶
② 原生质体 细胞膜的流动性
( 7) AA BB AB 选择 筛选
( 8) 染色体变异 两亲本
6. ( 1) ① 遗传特性 高效快速
② 分生 茎尖 根尖
③ 胚状体 不定芽 顶芽 腋芽 人工种皮 人工种皮 胚状体
胚乳 子叶 生物膜
( 2) ① 单倍体 花药离体培养 性状分离 稳定遗传 育种年限
② 突变体 分生 突变 突变
( 3) 细胞产物
( 二) 动物细胞工程
1． 动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 生产单克隆抗体
动物细胞培养技术
2. ( 1) 组织 单个细胞 培养基 生长和繁殖
( 2) 胰蛋白酶 胶原蛋白酶 单个细胞 细胞悬液 原代 传代
( 3) 初次培养
( 4) 细胞贴壁 相互接触 接触抑制
( 5) ① 无菌、 无毒的环境 无菌 抗生素 代谢产物积累对细胞自身造成危害
② 营养: 血清、 血浆
③ 36.5℃±0.5℃ 7.2～7.4
④ 细胞有氧呼吸 维持培养液的pH
( 6) 制备病毒疫苗 制备单克隆抗体 检测有毒物质 培养医学研究的各种细胞
3.( 1) 去掉细胞核 卵母 新的胚胎 胚胎细胞 体细胞
( 2) 动物细胞核
( 3) ① 10代 二倍体 ( 细胞) 核基因 ( 细胞) 质基因 外界环境
②减Ⅱ中期 去核卵(母) 比较大 细胞质多
( 4) 优良畜群繁育 濒危物种 医用蛋白 供体
( 5) 低 遗传和生理
4.( 1) 细胞杂交
( 2) 生物膜的流动性
( 3) 聚乙二醇 灭活的病毒 电激
( 4) ① 远缘杂交 ② 细胞遗传 细胞免疫 肿瘤 生物新品种培育
③ 单克隆抗体
5.( 1) ① 相应抗原
② B淋巴 产生抗体 骨髓瘤 无限
③ 选择 迅速大量繁殖 特异性抗体 杂交瘤
抗体 分泌所需抗体
( 2) 特异性强 灵敏度高
( 3) ① 诊断试剂 抗原
② 治疗疾病 运载药物 生物导弹
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