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2012高考生物知识归纳 细胞结构


§1—2 细胞的结构与功能
一、细胞的类型(Ⅰ)
(一)细胞学说 1.细胞学说建立的过程 科学家 胡克(英) 时间 1665 年 贡献 用显微镜观察软木片,发现并命名了细胞(实际看到的是死细胞的 细胞壁) 发现所用的植物都是由细胞组成的,细胞是植物各种功能的基础 发现所有动物也是由细胞组成的 所有的细胞必定来自已存在的活细胞

施莱登(德)

1838 年 施万(德) 1839 年 菲尔肖(德) 1858 年

2.细胞学说:①所有的生物都是由一个或多个细胞组成的;②细胞是所有生物结构和功能 的单位;③所有细胞必定由已存在的活细胞产生。 3.细胞学说建立的意义:①揭示了细胞统一性和细胞生物体结构的统一性 ②揭示了生物 之间存在着一定的亲缘关系。 (二)细胞的种类 根据细胞结构中是否具有核膜包被的细胞核将细胞分为原核细胞和真核细胞 比较项目 大小, 结构 本质区别 遗传物质 DNA 存在 形式 转录和 翻译 细胞器 细胞壁 原核细胞 较小,简单 环状 DNA 分子 核物质集中在拟核区(大型环状 DNA) 质粒(小型环状 DNA),无核被摸、核 仁,DNA 不与蛋白质结合 出现在同一时间和地点 只有核糖体 肽聚糖(支原体无细胞壁) 真核细胞 较大,复杂 染色体 (线状 DNA 分子+蛋白质) 细胞核:和蛋白质形成染色质, 有核被摸和核仁 在线粒体、叶绿体中裸露存在 转录在细胞核内,翻译在细胞质 中(核糖体) 有各种细胞器 植物细胞:纤维素、果胶 真菌:几丁质(壳多糖) 动物细胞无细胞壁 遵循孟德尔遗传规律
基因突变,染色体变异,基因 重组

无核膜包被的细胞核(无成形的细胞核) 有核膜包被的细胞核

遗传规律 变异类型 分裂方式 常见生物

不遵循孟德尔遗传规律 基因突变 二分裂 细菌(杆菌,球菌,螺旋菌,弧菌),蓝 藻(念球藻, 发菜,鱼腥藻), 放线菌(链 霉菌),衣原体,支原体,立克次氏体

有丝分裂,无丝分裂(如蛙的红 细胞),减数分裂
真菌 (酵母菌, 青霉菌, 根霉, 曲霉),动植物,衣藻,轮藻,黑藻, 水绵,草履虫,变形虫,疟原虫

相似点

均有细胞膜,细胞质,均以 DNA 作为遗传物质

1

(三)细胞模式图 1、蓝藻细胞模式图

1.DNA 3.细胞壁

2.核糖体 4.细胞膜

2、细菌细胞模式图

3、动物细胞模式图

1 细胞膜 2 细胞质 3 高尔基体 4 核基质 5 染色质 6 核仁 7 核膜 8 内质网 9 线粒体 10 核孔 11 附着核糖体 12 游离核糖体 13 中心体 14 溶酶体

4、植物细胞模式图

1 细胞膜 2 细胞壁 3 细胞质 4 叶绿体 5 高尔基体 6 核仁 7 核基质 8 核膜 9 染色质 10 核孔 11 线粒体 12 内质网 13 游离核糖体 14 液泡 15 附着核糖体

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二、膜系统的结构与功能
(一)细胞膜 1.组成成分 成分 脂质 种类与含量 磷脂、胆固醇 约占 50% 约占 40% 约占 2%—10% 位置与功能 磷脂分子:构成细胞膜的基本骨架 胆固醇: 与磷脂尾部一起存在于脂双层内部,维持膜的 刚性 镶嵌或贯穿于脂双层, 功能越复杂的细胞, 膜蛋白的种 类与数量越多 与蛋白质结合形成糖蛋白,完成细胞间信息传递 部分与脂质结合形成糖脂

蛋白质 糖类

注:细胞癌变过程中,细胞膜成分改变,产生甲胎蛋白(AFP),癌胚抗原(CEA)常用于 检测体内是否产生癌细胞。 膜蛋白种类及功能总结: 运输蛋白 (被动转运) 运输蛋白 (主动转运) 受体蛋白 辨识蛋白 酶蛋白 通道蛋白 载体蛋白 载体蛋白 激素受体 神经上的受体 糖蛋白 如 ATP 合成酶 允许水溶性分子或离子通过 与物质分子结合→蛋白质改变形状→运送分子进出细胞 与物质分子结合→蛋白质改变形状→运送分子进出细胞 (消耗能量) 激素受体蛋白质+激素→引发生理反应 (类似通道蛋白)开启时允许离子通过 可作为辨认的标志 (细胞标志物) 和细胞附着位 (结合位) , 如免疫系统可识别外来入侵者的糖蛋白 具有酶功能,活化位朝向细胞内液体中,催化细胞内化学 反应。

2.结构模型:流动镶嵌模型 磷脂双分子层构成了膜的基本支架, 这个支架不是静止的。 磷脂双分子层是轻油般的流 体,具有流动性。蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面,有的部分或全部嵌入磷脂双分 子层,有的贯穿于整个磷脂双分子层。大多数蛋白质分子也是可以运动的。 细胞膜具有不对称性,有糖蛋白的一侧为细胞外表面,无糖蛋白的一侧为细胞内表面。

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特点:(1)具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的 性质, 以疏水性的尾部相对, 极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成细胞膜的基本结构成 分,尚未发现在细胞膜结构中起组织作用的蛋白。 (2)蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面,蛋白的类型,蛋白分布 的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜具有各自的特性和功能。 (3)细胞膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。然而膜蛋白与膜脂之间及其于膜 两侧其他生物大分子的复杂的相互作用,在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流动性。 3.细胞膜的结构特点和功能特点 项目 结构 特点 特点 一定的流 动性 原因 构成细胞膜的磷 脂分子和蛋白质 分子不是静止的, 而是可以运动的 遗传特性决定载 体的种类和数量, 从而决定选择透 过性 实例 变形虫的变形运 动,细胞融合, 胞吞、胞吐,主 动运输 植物对离子的选 择性吸收,神经 细胞对 K+的吸收 的 Na+的排出, 肾 小管的重吸收和 分泌 影响因素 质膜流动性受温度影响。一定 温度范围内,随温度升高,流 动性增强,进而影响选择透过 性。温度过高会使膜结构破坏 内因:细胞膜上载体的种类和 数量 外因:温度、pH,氧气等影响 呼吸作用的阴虚(主动运输)

功能 特性

选择透过 性

联系

流动性是选择透性的基础(只有膜具有流动性,才能表现出选择透性)

4.细胞膜的功能 (1)将细胞与外界分隔开,保证了细胞内部环境的相对稳定 对于原始生命,膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段,它将生命物质与非生命 物质分隔开,使其成为相对独立的系统。 对于原生生物,如草履虫,属于单细胞生物,它与外界环境的分界面是细胞膜,由于 细胞膜的作用,将细胞与外界环境分隔开。 (2)控制物质进出细胞
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行使控制物质进出功能的物质主要是细胞膜上的蛋白质。 可“进”的物质:营养物质 不易“进”的物质:对细胞有害的物质 可“出”的物质:抗体,激素,细胞产生的废物 不可“出”的物质:细胞内重要成分,如 DNA (3)进行细胞间的信息交流 ·实行细胞间信息交流的物质基础是细胞膜上的糖蛋白。 ·信息交流的类型 ①信号传导 信号分子(如激素、递质)→靶细胞膜受体(糖蛋白等)→胞内信号传导分子沿信号通路传 递→细胞产生特定的生物学效应 ②胞间连接于通讯 多细胞生物体内, 细胞间通过细胞膜进行相互作用是胞间通讯的结构基础, 如动物细胞的 间隙连接, 在相邻细胞间形成孔道结构; 植物细胞间则借胞间连丝实现细胞间物质转运和信 息交流。 ③胞间识别 识别是指细胞对同种或异种细胞, 同源或异源细胞以及自己或非己分子的认识和鉴别, 是细 胞通过其表面的受体与胞外信号分子发生选择性相互作用, 从而引起细胞内一系列生理生化 的变化,最终使细胞表现出相应的生物学效应的过程,如器官移植时的免疫排斥反应。 ·动物细胞间的信息交流方式 i 一些细胞如分泌细胞分泌一些物质如激素,通过血液的传递运送到作用部位的细胞(靶 细胞),被靶细胞的细胞膜上的受体(糖蛋白)识别,引起靶细胞的生理反应。 ii 相邻两个细胞的细胞膜直接接触,通过糖蛋白识别,将信息从一细胞传递给另一细胞 如精子和卵细胞之间的识别和结合。 ·植物细胞间的识别主要通过植物细胞间的胞间连丝来实现 5.细胞膜成分的探究及结构功能特性的实验验证。 (1)细胞膜成分的探究实验 ①用溶脂剂处理细胞膜,膜被破坏,说明细胞膜含有脂质成 分。 ②用蛋白酶处理细胞膜,膜被破坏,说明细胞膜中含有蛋白 质成分。 (2)细胞膜具有识别作用的探究思路 大量同种生物和亲缘关系较远的生物的精子和卵细胞混合 在一起,发现只有同种生物的精子和卵细胞才能结合 (3)细胞膜结构特点的实验验证 由于构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是运动 的,故细胞膜具有一定的流动性。荧光标记的小鼠细胞与人 细胞融合证明了这一点。 (4)细胞膜的功能特性及实验验证 由于不同细胞膜上载体蛋白的种类和数量不同, 细胞所能选 择吸收的物质亦不相同,所以细胞膜具有选择透过性,实验验证思路如下:

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含不同无机盐离子的溶液(如 Ca2+,Mg2+,SiO32-) + 不同植物(如番茄和水稻) ↓ 测定培养液中各离子的初始浓度 ↓(培养一段时间) 测定实验结束时各离子浓度 ↓ 比较同一植物吸收不同离子及不同植物吸收同一离子的情况。 6.制备生物膜的原理和方法 (1)实验原理:细胞内的物质有一定的浓度,将细胞放到蒸馏水中,细胞就会吸水涨破, 细胞内的物质就会流出,从而得到细胞膜。 (2)试验中选用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料的原因 ①哺乳动物成熟的红细胞无细胞壁,无各种细胞器,无细胞核,可提取到纯净的细胞膜 ②红细胞单个存在,便于制成悬浮液 (3)红细胞稀释液的制备:将少量新鲜血液注入生理盐水中,摇匀 (4)实验步骤 ①选材:猪(或牛、羊、人)的新鲜的红细胞稀释液 ②制作装片:用滴管取一滴红细胞稀释液滴在载玻片上,盖上盖玻片 ③观察:用显微镜观察红细胞形态(低倍镜—高倍镜) ④滴蒸馏水:在盖玻片的一侧滴,在另一侧用吸水纸吸引 ⑤观察:持续观察细胞的变化 ⑥结果:凹陷消失,细胞体积增大,细胞破裂,内容物流出,获得细胞膜。 (二)膜系统 1.生物膜系统:细胞中各种细胞器膜和细胞膜、核膜共同构成细胞的生物膜系统 2.各种生物膜之间的联系: (1)在化学组成上的联系 ①相似性:各种生物膜在组成成分的种类上基本相同,都主要由蛋白质和脂质组成 ②各种细胞膜在结构上大致相同,都由磷脂双分子层构成基本支架,蛋白质分子分布其中, 都具有一定的流动性 ③差异性:各种生物膜在组成成分的含量上 有显著差异,这与不同的生物膜的功能的复 杂程度有关,功能越复杂的生物膜中,蛋白 质的种类和数量就越多。 (2)结构上的联系 ①内质网膜在细胞内是一个庞大的网状膜 结构,真核细胞的生物膜中最多的是内质 网膜,在各生物膜结构的联系中处于中心 地位,是细胞内物质运输的通道。内质网 膜向外与细胞膜相连,向内与核膜相连, 有时也与线粒体外膜直接相连。内质网膜 可以通过囊泡(囊泡膜)与高尔基体间接 相连。 ②相互转化关系 膜的组成成分可以从内质网转移到高尔基体,再转移到细胞膜。
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(3)功能上的联系 (以分泌蛋白的形成为例) 3.生物膜系统的功能 (1)使细胞具有一个相对稳定的内环境,在细胞与环境之间进行物质运输、能量交换和信 息传递的过程中起着决定性的作用。 (2)细胞中许多重要的反应豆子啊生物膜上进行,广阔的膜面积为酶的附着提供了大量的 位点。 (3)细胞膜把细胞分隔成小的区室,如各种细胞器,这样使细胞同时进行多种化学反应, 不互相干扰,保证细胞生命活动高效有序地进行。 4.生物膜系统的应用 (1)工业:人工模拟生物膜选择透过性,可滤去海水中盐分,从而对海水淡化处理,也可 阻挡污水中的重金属离子,净化污水 (2)农业:从膜结构的角度研究农作物抗旱、抗旱、耐盐的机理,改善农作物品质。 (3)医学:人工膜材料代替人体病变器官形式正常的生理功能,如血液透析膜,能代替肾 脏把病人血液中的代谢废物透析掉。根据生物膜的特性,将磷脂制成很小的小球,让小球包 裹着药物运输的患病部位,通过小球膜和细胞膜融合,将药物送入细胞。 总结: 化学组成相似 组成细胞的膜的总称 基本结构相同 概念 结构上的联系 间接联系 生物膜 分泌作用 功能上的联系 胞饮作用 膜 细胞膜-溶酶体 内质网-高尔基体-细胞膜 直接联系 核外膜——内质网膜——胞膜 内质网膜——线粒体外膜(或相依) 内质网膜—膜泡—高尔基体膜—膜泡—胞膜

协 调 工 作

相 互 配 合

细胞膜 生理作用

为细胞提供稳定的内环境 进行物质运输、能量交换、信息传递

为化学反应提供场所 将细胞分隔成功能小区

生物膜系统 工业上 研究意义 概念 医药上 人造膜材料代替病变器官 结构上紧密联系 细胞膜、核膜及具膜细胞器构成的结构体系
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淡化海水,处理污水 研究抗寒、抗旱、耐盐机理

农业上

功能上相互依存

三、细胞器的结构和功能
(一)细胞质 1.细胞质:在细胞膜以内,细胞核以外的原生质叫细胞质,主要包括细胞溶胶和细胞器 2.细胞溶胶:细胞质内呈液态的部分 主要成分:水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸、各种酶等 主要功能: 细胞进行新陈代谢的主要场所, 为新陈代谢提供必需物质和一定的环境条件。 3.细胞器:细胞质中具有特定功能的各种叶细胞结构的总称。 (二)细胞器 1.从细胞中分离各种细胞器的方法:先将细胞膜破坏后,获得各种细胞器和细胞中其他物 质组成的匀浆,再用差速离心的方法获得各种细胞器。 2.细胞器总结 数量,分布 线 粒 体 叶 绿 体 普遍存在于 动植物细胞 形态 呈 颗 粒 状 或 短 杆状 球 形 椭 球 形, 含 叶 绿 素 显 绿色 结构 双层膜结构,内膜向 内折叠形成嵴,扩大 内膜表面积 双层膜结构,内含基 粒(由类囊体膜叠合 而成, 扩大了膜面积, 组成类囊体的膜称为 光合膜,上面分布有 与光合作用有关的色 素和酶)和液态的基 质(含有与光合作用 有 关 的 酶 , DNA , RNA,核糖体) 由单层单位膜构成的 囊腔和细管组成,按 表面是否附着有核糖 体分为粗面内质网和 光面内质网。 成分 功能 蛋白质、磷脂, 需要呼吸的主要场所, 需氧呼吸酶, 少 细胞呼吸和能量代谢 量 DNA 和 RNA 的中心, 化学能转化器 (含核糖体) 蛋白质、磷脂、 光合作用的场所, 光能 光合作用酶, 色 转化器 素, 少量 DNA, RNA

叶肉细胞核 幼茎皮层细 胞(根细胞、 洋葱鳞片叶 细胞不存在)

内 质 网

绝大多数动 植物细胞

网状

蛋白质、 磷脂等

增大了细胞内的膜面 积,膜上附着许多酶, 为细胞内各种化学反 应提供有利条件。 粗面内质网: 与分泌蛋 白、 膜蛋白的合成转运 有关, 是蛋白质糖基化 的场所 (蛋白质空间结 构加工,不合成) 光面内质网: 脂质合成 的重要场所 动物细胞: 与分泌物形 成有关, 蛋白质分拣加 工运送, 与溶酶体形成 有关 植物细胞:合成纤维 素、 果胶, 与植物细胞 壁的形成有关

高 尔 基 体

普遍存在于 动植物细胞

囊状

由单层单位膜构成的 扁平小囊和小囊产生 的小泡组成

蛋白质、 磷脂等

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数量,分布 核 糖 体 普 遍 存在 于动 植物细胞

形态 椭 球 形 颗 粒 状 小体 “+” 字形

结构

成分

功能 蛋白质合成场所 附着核糖体: 合成分泌蛋白 和膜蛋白 游离核糖体: 合成留在细胞 质中的蛋白质 动物细胞的中心体与有丝 分裂有关。有丝分裂前期, 位于细胞两极的两个中心 体发出纺锤丝形成纺锤体 储存水、无机盐、糖类、色 素和蛋白质等物质, 与植物 叶片、花、果实颜色有关。 调节细胞的内环境, 使细胞 保持一定的渗透压, 保持膨 胀状态,与渗透作用有关。 “酶仓库”“消化车间” 分解衰老、损伤的细胞器, 吞噬并杀死侵入细胞的病 毒或病菌(如蝌蚪尾巴消失)

没有膜包被, 分为附着 蛋 白 质 , 核糖体和游离核糖体 rRNA (分布在细胞溶胶中)

中 心 体 液 泡

动物细胞、 低等 植物细胞, (高 等 植 物细 胞中 没有)

有两个互相垂直的中 微管蛋白 心粒构成, 每个中心粒 由一组微管排列成的 筒状结构,无膜结构。 液泡膜(单层膜),细 胞液 蛋白质、 磷 脂、水、无 机盐、 有机 酸、糖类、 氨基酸、 色 素、 植物碱

植物细胞中 (成 泡状 熟 植 物细 胞中 有中央大液泡, 幼 嫩 植物 细胞 中 只 有分 散的 小液泡) 动 物 细胞 、真 菌、 某些植物细 胞中 囊状

溶 酶 体

单层膜

注:进行需要呼吸的细胞不一定有线粒体,如好氧细菌,能进行光合作用的细胞不一定有叶 绿体,如蓝藻。 (三)细胞核:遗传物质贮存和复制的场所,细胞的控制中心。 1.细胞核的结构和功能 特点 核膜 双层膜,外层核膜与内质网相连,内膜与染 色质纤丝相连。核被膜不是完全连续的,有 许多部位核被膜内外两层相连, 形成核孔复 合体。核膜是真核细胞所特有的结构,原核 细胞没有核膜。外层核膜外侧附着有核糖 体。 功能 将细胞核与细胞质分隔开,具有一 定的保护作用。 核被膜上有多种酶, 利于各种化学反应的顺利进行。小 分子、离子从核膜进出细胞核。核 被膜在细胞周期过程中表现出周期 性的消失和重建。

核仁

折光性较强,由 RNA 和蛋白质组成。蛋白 rRNA 合成、加工和核糖体亚单位 质合成旺盛的细胞中,核仁体积相对较大。 的装配场所,在有丝分裂期间表现 出周期性的消失和重建。 核膜上的一种孔道结构, 细胞类型的不同和 细胞生长阶段的不同, 核孔的数目和大小都 有差异。代谢旺盛的细胞,核孔复合体数目 多。 能选择性地转运核内物质,是某些 大分子物质进出的通道 (RNA 和蛋 白质),实现核质之间频繁的物质 交换和信息交流

核孔

染色质

成分:主要为蛋白质和 DNA 染色质是真核细胞遗传物质,DNA 特性:容易被碱性染料染成深色 的主要载体 存在:间期—染色质,分裂期—染色体 形态: 染色质为丝状物, 染色体为棒状小体。 细胞核内的液体 构成核内的水环境

核基质

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2.细胞核的功能 (1)细胞核是遗传物质(DNA)储存和复制的场所,DNA 携带遗传信息,并通过复制由亲代传给子代, 保证了遗传信息的连续性 (2)细胞核控制着物质合成、能量转换和信息交流,是生物体能够进行正常的细胞代谢。DNA 可控制蛋 白质的合成,从而决定生物的性状。 3.染色质和染色体的比较 染色质 同种 物质 成分相同 特性相同 功能相同 主要是 DNA 和蛋白质 易被龙胆紫、醋酸洋红、苏木精等碱性染料染成深色 遗传物质的主要载体 分裂间期 细长丝状且交织成网状 分裂期 染色质细丝高度螺旋、缩短变粗形成 染色体

细胞分裂不同时期 两种形态 关系

同一物质在细胞不同时期所呈现的不同形态, 染色质高度螺旋化、 缩短变粗成染色体,染色体解螺旋、成细丝状成染色质(末期) 实验过程 将黑色美西螈细胞核一直 到白色美西螈去核卵细胞 用头发横缢蝾螈受精卵,一 半有核,一半无核 切成一半有核,一半无核 实验结果 发育成德都是黑的 有核的一半能分裂、分 化,无核的一半则不能
有核的一半能生

4.细胞核功能的实验验证 实验 两种美西螈 细胞核移植 横缢蝾螈受 精卵 将变形虫切 成两半 伞藻嫁接与 核移植 实验结论 美西螈皮肤颜色遗传 是由细胞核控制的 蝾螈的细胞分裂和分 化是由细胞核控制的

变形虫的分裂、 生长、 长分裂、 再生, 具有应激性, 再生和应激性是由细 胞核控制的 无核的一半只能消化食物 帽的形状与具有细胞核 的假根部分一致 伞藻帽的形状是由细 胞核控制的。

将两种伞藻的帽、柄、假根 分开后,相互嫁接与核移植

以上实验共同说明了细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。 (四)细胞分类比较 分 植物细胞特有的细胞器 叶绿体、液泡、 布 动物和低等植物细胞特有的细胞器 中心体 原核细胞和真核细胞共有的细胞器 核糖体 成 含 DNA 细胞核、线粒体、叶绿体 分 含 RNA 细胞核、线粒体、叶绿体、核糖体 含色素 液泡、叶绿体(有色体) 结 不具膜结构 核糖体、中心体 构 具单层膜结构 内质网、高尔基体、溶酶体、液泡、 具双层膜结构的 细胞核、线粒体、叶绿体 光学显微镜下可见的细胞器 细胞核、线粒体、叶绿体、液泡 功 能产生水的 核糖体、细胞核、高尔基体、线粒体、叶绿体 能 能产生 ATP 的 线粒体、叶绿体、细胞溶胶 能自主复制的细胞器 线粒体、叶绿体 能合成有机物的细胞器 细胞核、核糖体、叶绿体,高尔基体,内质网 与有丝分裂有关的细胞器 中心体,细胞核、核糖体、线粒体,高尔基体 与蛋白质合成、分泌有关的 核糖体、 内质网、 高尔基体、 线粒体 (提供 ATP) 能发生碱基互补配对的细胞器 细胞核、核糖体、线粒体、叶绿体 与主动运输有关的细胞器 线粒体(功能)核糖体(合成载体蛋白)


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