内容正文:
第5章 细胞的能量供应和利用
第3节 细胞呼吸的原理和应用
第1课时 细胞呼吸的方式及有氧呼吸
目录
CONTENTS
01
概念检测
02
拓展提能
概念检测
01
题号 1 2 3 4 5 6
难度 ★
对点 探究酵母菌细胞呼吸的方式实验 探究酵母菌细胞呼吸的方式实验产物的检测 探究酵母菌细胞呼吸的方式实验延伸 线粒体结构、有氧呼吸
场所 有氧呼吸过程中的能量变化 有氧呼吸过程中O元素的
转移
题号 7 8 9 10 11
难度 ★
对点 有氧呼吸过程及场所 探究酵母菌细胞呼吸的方式实验装置 线粒体的结构及功能 探究酵母菌细胞呼吸的方式实验 有氧呼吸过程
及场所
学习目标 自主检测 XUE XI MU BIAO ZI ZHU JIAN CE
概念检测
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知识点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述,错误的是( )
A.实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是消毒和去除溶液中的O2
B.在探究有氧呼吸的实验过程中,泵入的空气应去除CO2
C.实验中需控制的无关变量有温度、培养液浓度等
D.可通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式
解析:由于酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸均可产生CO2,所以不能根据澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式。
答案
解析
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概念检测
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2.检测酵母菌细胞呼吸的产物,下列叙述正确的是( )
A.如果产生的气体使澄清的石灰水变浑浊,则酵母菌只进行有氧呼吸
B.如果产生的气体使溴麝香草酚蓝溶液变黄色,则酵母菌只进行无氧呼吸
C.无论进行有氧呼吸还是无氧呼吸,酵母菌都能产生CO2
D.酵母菌无氧呼吸不产生气体,但其中的产物能使酸性重铬酸钾溶液变成灰绿色
答案
解析:酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均能产生CO2,可通过是否有酒精的产生来判断是否进行无氧呼吸,溴麝香草酚蓝溶液和澄清石灰水都是检测CO2的指示剂,酒精可用酸性重铬酸钾溶液进行检测。
解析
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3.为研究酵母菌在不同情况下的呼吸作用,某同学设计了下面的实验。在装置甲和装置乙中分别加入等量的活性酵母菌和煮沸并冷却的葡萄糖溶液后,把装置置于25 ℃的环境中进行下图所示的实验。两温度计的读数最可能是( )
答案
选项 装置甲 装置乙
A 24 ℃ 23 ℃
B 25 ℃ 25 ℃
C 26 ℃ 28 ℃
D 28 ℃ 26 ℃
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解析:装置甲中模拟的是有氧条件,装置乙中模拟的是无氧条件。酵母菌在有氧呼吸和无氧呼吸过程中都释放能量,且有氧呼吸释放的能量比无氧呼吸释放的能量多,因此装置甲、乙中温度计读数都会升高(高于25 ℃),且装置甲中温度计的读数高于装置乙,D正确,A、B、C错误。
解析
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知识点二 有氧呼吸
4.线粒体是细胞中最重要的产能细胞器。下列关于线粒体的叙述,错误的是( )
A.线粒体是有氧呼吸的主要场所,其内膜向内折叠成嵴
B.氧气充足时线粒体基质中的酶可将丙酮酸分解成H2O和CO2
C.真核细胞中线粒体的数目一般与其能量代谢的强度成正比
D.有氧呼吸过程中产生的水分子数多于其消耗的水分子数
答案
解析:氧气充足时丙酮酸进入线粒体,先在线粒体基质中反应生成CO2和[H],细胞质基质和线粒体基质中生成的[H]在线粒体内膜中与O2反应生成水,B错误。
解析
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5.有氧呼吸过程中释放的能量( )
A.可直接用于细胞各项生命活动
B.其转移过程与物质的变化同时进行
C.大部分转移到ATP中,少部分以热能形式散失
D.可以转化为多种形式的能量,在代谢反应中循环利用
解析:有氧呼吸过程中释放的能量只有转移到ATP中,ATP可直接为细胞各项生命活动提供能量,A错误;有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失,少部分转移到ATP中,但不能循环利用,C、D错误。
答案
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6.含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中,18O转移的途径是( )
A.葡萄糖→丙酮酸→水
B.葡萄糖→丙酮酸→氧
C.葡萄糖→氧→水
D.葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
答案
解析:根据有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H],含18O的葡萄糖中的18O到了丙酮酸中;再根据第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和[H],含18O的丙酮酸中的18O到了二氧化碳中。即18O转移的途径是:葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。
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7.动物细胞中,葡萄糖的部分代谢过程如图。下列说法不正确的是( )
A.乙来源于甲和C6H12O6,丙和丁代表不同化合物
B.有氧条件下,过程①②发生的场所不同
C.过程③发生在线粒体内膜上,可产生大量能量
D.与燃烧迅速释放能量相比,有氧呼吸是逐级释放能量的
答案
解析:分析题图可知,过程①、②、③分别为有氧呼吸第一、二、三阶段,图中甲是丙酮酸、乙是[H]、丙是水、丁是水,乙来源于丁和C6H12O6,A错误;有氧条件下,过程①发生在细胞质基质中,过程②发生在线粒体基质中,B正确;过程③发生在线粒体内膜上,可产生大量能量,C正确。
解析
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8.为了探究酵母菌在不同条件下的呼吸产物,设计下图两套装置,图中注射器的作用是便于抽取样液用于检测,过氧化氢在二氧化锰催化下会产生氧气。下列有关该实验的说法,不正确的是( )
A.图1为对照组,图2为实验组
B.A瓶应先封口放置一段时间,再连通试管B
C.试管B、E中可加适量酸性重铬酸钾溶液用于检测是否产生乙醇
D.抽取A、D瓶中的样液加入适量溴麝香草酚蓝溶液可用于检测是否产生CO2
答案
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解析:此实验为对比实验,没有对照组,两组都是实验组,相互对照,A错误;A瓶应先封口放置一段时间,消耗掉氧气后,再连通试管B,保证通往试管B的CO2都是无氧呼吸产生的,B正确;试管B、E中的液体应是澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝溶液,用于检验酵母菌细胞呼吸是否产生CO2,C错误;抽取A、D瓶中的样液加入适量溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液可用于检测是否产生乙醇,D错误。
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9.有氧呼吸是真核生物氧化分解有机物释放能量的主要方式,对于保障细胞内的能量供应和物质代谢有重要作用。下列说法正确的是( )
A.与有机物体外燃烧释放能量相比,有氧呼吸逐级缓慢释放能量,可以保证有机物中的能量得到充分的利用
B.用某种抑制线粒体内膜上ATP合成的药物处理培养的小鼠细胞,其线粒体还能产生ATP
C.线粒体的特殊结构保证了有氧呼吸高效有序地进行
D.给培养的动物细胞提供18O2,经过一段时间后,细胞中的二氧化碳和水可能都含有18O
答案
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解析:用某种抑制线粒体内膜上ATP合成的药物处理培养的小鼠细胞,其线粒体内膜不能再产生ATP,但线粒体基质仍可产生ATP,B正确;给培养的动物细胞提供18O2,18O2参与有氧呼吸的第三阶段生成H218O,H218O再参与有氧呼吸的第二阶段,生成C18O2,因此经过一段时间后,细胞中的CO2和H2O可能都含有18O,D正确。
解析
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10.下图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置图,C、E瓶为澄清石灰水,请据图分析并回答下列问题:
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(1)A瓶加入的试剂是___________,其目的是_____________________________,B中酵母菌细胞呼吸的场所为________________________。
(2)酵母菌与乳酸菌在结构上最主要的区别是前者_______________________。如果把18O2充入甲装置,则酵母菌内最先出现18O标记的化合物是________。
(3)D瓶应封口放置一段时间后,再连通E瓶,其原因是__________________ __________________________________。
(4)图中装置有无错误之处?如果有,请在相应的图中加以改正。
答案
NaOH溶液
排除空气中CO2对实验结果的干扰
细胞质基质和线粒体
有以核膜为界限的细胞核
水
确保通入E瓶的CO2是酵母菌无氧呼吸所产生的
答案:甲装置中的C瓶左侧玻璃管应插入液面下(图略)。
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11.研究人员利用不同药物干扰线粒体膜上蛋白质的功能,得到下图曲线。请回答问题:
(1)线粒体是细胞进行___________的主要场所。线
粒体具有______层膜结构。有氧呼吸的第三阶段发生在
线粒体内膜上,[H]与氧结合形成水并释放大量能量,有
一部分储存在________中。
(2)据图可推测,药物O和药物R均会导致ATP合成量________。已知有氧呼吸第三阶段ATP的合成与线粒体内膜两侧氢离子的浓度差有关。加入药物F,虽然耗氧速率上升,但此时ATP不能合成,其原因可能是药物F会导致线粒体内膜发生氢离子的渗漏,使膜两侧的浓度差________。
答案
有氧呼吸
双
ATP
下降
消失
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概念检测
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(3)对乙酰氨基酚(缩写为APAP)是一类感冒药。高浓度的APAP处理肝细胞后,测定_____________________发现结果与药物O和药物R的处理结果相似,可以初步证实过量使用APAP会损伤肝细胞线粒体。
答案
线粒体的耗氧速率
解析:(1)线粒体是有氧呼吸的主要场所,具有双层膜结构,有氧呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失,还有一部分储存于ATP中。
(2)从图中看出,加入药物O和药物R后,线粒体的耗氧速率降低,说明细胞呼吸减弱,因此ATP合成量下降。加入药物F,虽然耗氧速率上升,但此时ATP不能合成,由于氢离子发生了渗漏,所以可以推测膜两侧的氢离子浓度差消失。
(3)该实验用药物O和药物R处理后,是测定的线粒体的耗氧速率,所以用APAP处理后也应该测定线粒体的耗氧速率。
解析
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拓展提能
02
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
难度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★★ ★★★
对点 探究酵母菌细胞呼吸的方式实验 有氧呼吸过程及场所 酵母菌无氧呼吸的探究实验 同位素标记法研究有氧呼吸过程中元素的转移 有氧呼吸和物质运输综合 有氧呼吸过程及场所 有氧呼吸过程及场所、线粒体内膜上ATP形成机制 确定有氧呼吸第二阶段场所实验
拓展提能
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一、单项选择题(每题给出的四个选项中,只有一个选项是符合题目要求的)
1.甲、乙两组同学拟用下面装置探究细胞在有氧和无氧条件下CO2的产生量,为此展开了如下讨论。你认为其中最不合理的观点是( )
A.图中A、B、C研究有氧呼吸,用A以除去充入
的气体中的CO2
B.B是酵母菌培养液,其中的葡萄糖若没有耗
尽,则也能与酸性重铬酸钾发生反应
C.图中C若是溴麝香草酚蓝溶液,可用变色所用的时间比较CO2的产生量
D.若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2,说明在两种条件下底物的消耗量相等
答案
拓展提能
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解析:依题意可知:该实验的自变量是O2的有无,
因变量是CO2的产生量,应排除所充气体中含有的CO2
对实验结果的干扰,所以图中A用以除去充入的CO2,
A正确;B是酵母菌培养液,由于葡萄糖也能与酸性重
铬酸钾发生颜色变化,应将酵母菌的培养时间适当延长以消耗尽溶液中的葡萄糖,B正确;CO2可以使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,图中C若是溴麝香草酚蓝溶液,可用变色所用的时间比较CO2的产生量,C正确;在有氧呼吸的过程中,每消耗1 mol的葡萄糖就会消耗6 mol O2,同时产生6 mol CO2,在无氧呼吸过程中,每消耗1 mol的葡萄糖,会产生2 mol CO2,若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2,说明无氧条件下底物的消耗量多于有氧条件下底物的消耗量,D错误。
解析
拓展提能
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2.如图为某真核细胞有氧呼吸的基本流程图,下列相关叙述正确的是( )
A.阶段A不能发生在硝化细菌中
B.阶段B等同于有氧呼吸第二阶段,在线粒体基质中进行
C.阶段C中的能量均贮存于ATP中,最终用于各项生命活动
D.物质①为CO2,其在线粒体基质中的浓度高于其在细胞质基质中的浓度
答案
拓展提能
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解析:硝化细菌可以进行有氧呼吸,阶段A表示的细胞呼吸第一阶段可发生在硝化细菌中,A错误;阶段B表示有氧呼吸第二阶段的部分过程,发生在线粒体基质中,B错误;阶段C表示有氧呼吸第三阶段,释放的能量有一部分贮存于ATP中,大部分以热能形式散失,C错误;物质①为CO2,产生部位在线粒体基质,通过自由扩散进入细胞质基质,所以其在线粒体基质中的浓度高于在细胞质基质中的浓度,D正确。
解析
拓展提能
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3.某兴趣小组在室温下进行了酵母菌无氧呼吸的探究实验(如图),下列分析错误的是( )
A.滴管中冒出的气泡是反应产生的CO2
B.葡萄糖溶液的浓度不影响气泡的产生速率
C.若试管中的水换成冷水,气泡产生速率下降
D.试管中加水的主要目的是制造无氧环境
答案
解析:酵母菌进行无氧呼吸的产物是二氧化碳和酒精,滴管中冒出的气泡是反应产生CO2的结果,A正确;试管中的水换成冷水,温度下降,酶活性降低,细胞呼吸的速率减慢,气泡释放的速度下降,C正确;试管中加水的目的是排出空气,制造无氧环境,D正确。
解析
拓展提能
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解析:用18O标记葡萄糖,在有氧呼吸过程中,葡萄糖中的O进入二氧化碳,不进入水,水中的氧来源于氧气,因此产物二氧化碳能检测到18O,产物水中不能检测到18O,A错误;用14C标记葡萄糖,葡萄糖中的14C进入有氧呼吸产生的二氧化碳中,所以产物二氧化碳能检测到放射性,B正确;氧气参与有氧呼吸第三阶段形成水,用18O标记氧气,产物中能检测H218O,水参与有氧呼吸第二阶段,形成C18O2,C正确;葡萄糖中的3H进入还原氢中,真核细胞的还原氢的形成,既发生在细胞质基质中,也发生在线粒体中,D正确。
4.关于同位素标记法研究人体细胞有氧呼吸过程,下列叙述错误的是( )
A.用18O标记葡萄糖,产物水能检测到18O
B.用14C标记葡萄糖,产物二氧化碳能检测到放射性
C.用18O标记氧气,产物水和二氧化碳中能检测到18O
D.用3H标记葡萄糖,在细胞质基质、线粒体中均能检测到放射性
答案
解析
拓展提能
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二、不定项选择题(每题给出的四个选项中,有的只有一个选项符合题目要求,有的有多个选项符合题目要求)
5.丙酮酸进入线粒体的过程如图所示,孔蛋白为亲水通道,分子量较小的物质可自由通过。下列说法正确的是( )
A.丙酮酸通过线粒体外膜不消耗能量
B.线粒体内膜上既有载体蛋白也有呼吸酶
C.线粒体外膜是产生ATP的主要场所
D.缺氧条件下丙酮酸将难以进入线粒体
答案
拓展提能
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解析:丙酮酸进入线粒体的过程,其通过外
膜需要孔蛋白协助,属于协助扩散,不消耗能量,
A正确;线粒体内膜上既有载体蛋白运输物质,也
含有有氧呼吸第三阶段相关的酶,B正确;有氧呼
吸第二阶段、第三阶段分别发生在线粒体基质和线
粒体内膜,线粒体基质和线粒体内膜上会产生ATP,
但线粒体外膜不会产生ATP,C错误;在缺氧环境下,H+进入膜间隙受抑制,膜间隙和线粒体基质中H+浓度差不能维持,由图知丙酮酸穿过内膜由H+浓度驱动,所以缺氧条件下丙酮酸难以进入线粒体,D正确。
解析
拓展提能
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6.氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)的合成场所是细胞质
基质,其通过线粒体内膜需要借助特殊的转运蛋白。
经研究发现TFH缺失的细胞表现出耗氧量和ATP生
成量的变化,进一步研究发现TFH就是NAD+的转
运蛋白。如图是NAD+的分子结构示意图。下列相关叙述正确的是( )
A.在线粒体中,[H]最终发挥作用的场所是线粒体内膜
B.NAD+只在线粒体基质中参与有氧呼吸的第二个阶段
C.NAD+含有的糖是脱氧核糖
D.若TFH缺失的细胞线粒体中NAD+的含量降低,而细胞中NAD+的总含量保持不变,则说明蛋白质TFH与NAD+的转运有关
答案
拓展提能
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解析:在线粒体中,[H]最终发挥作用的场所是线粒体内膜,和O2结合生成H2O,A正确;有氧呼吸和无氧呼吸时,NAD+可以在细胞质基质中发挥作用,生成[H],B错误;根据图示,NAD+含有的糖是核糖,C错误。
解析
拓展提能
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三、非选择题
7.有氧呼吸是大多数生物细胞呼吸的主要形式,下图为有氧呼吸的部分过程示意图。请回答问题:
拓展提能
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(1)有氧呼吸是指在氧的参与下,将葡萄糖等有机物彻底氧化分解为________________,并释放能量,生成大量ATP的过程。
(2)图中②表示__________膜。与①相比,②在结构组成上的特点是____________________,这与其上可进行有氧呼吸第三阶段反应的功能密切相关。
(3)如图所示,②上Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的作用可以________(填“增大”或“减少”)②两侧H+的浓度差,形成势能驱动ATP的合成。UCP也是一种分布在②上的H+转运蛋白,UCP的存在能够使ATP合成效率降低,能量更多以热能形式释放,请推测UCP转运H+的方向是__________________________。
答案
二氧化碳和水
线粒体内
蛋白质含量和种类多
增大
从膜间隙到线粒体基质
拓展提能
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(4)科研人员发现有些大鼠在摄入高脂肪食物时不会发生肥胖,这些大鼠细胞中UCP含量高于其他大鼠。请结合(3)的信息,推测这些大鼠未出现肥胖现象的原因是______________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。
答案
UCP含量高的大鼠,ATP合成效率降低,需要分解更多的有机物,提供自身生命活动所需的能量,摄入的高脂肪食物用于氧化分解释放能量,不会肥胖
解析:(2)线粒体具有内外两层膜,分析题图,①是线粒体外膜,②上进行有氧呼吸第三阶段,则②是线粒体内膜,与线粒体外膜相比,线粒体内膜上蛋白质含量和种类多,这与其上可进行有氧呼吸第三阶段反应的功能密切相关。
(3)由图可知,Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ转运H+,可增大②两侧H+的浓度差,形成势能驱动ATP的合成。UCP的存在能够使ATP合成效率降低,能量更多以热能形式释放,推测UCP的存在降低H+电化学势能,减小②两侧H+的浓度差,则UCP转运H+的方向是从膜间隙到线粒体基质。
解析
拓展提能
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8.某课题小组为了确定细胞有氧呼吸第二阶段发生的场所,进行了如下探究:
实验假设:有氧呼吸第二阶段只发生在线粒体中,不能在细胞质基质中完成。
实验过程:
实验结果:1号和2号试管中均检测到CO2(与预测结果不相符)。
拓展提能
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请分析回答:
(1)实验结果与预期不相符的原因是肝细胞利用保存液中的葡萄糖进行有氧呼吸,线粒体产生的CO2扩散进入细胞质基质中。改进措施:__________________ ______________________。
(2)实验步骤⑥依据的原理是丙酮酸在有氧呼吸的第二阶段和水彻底分解成___________,因此可以通过检测是否有________产生来判断丙酮酸是否被分解。
(3)本实验中,能否用酵母菌细胞代替肝细胞?_____________。原因是____________________________________________________。
答案
用不含葡萄糖的保存液保存肝细胞
CO2和[H]
CO2
不能
酵母菌无氧呼吸发生在细胞质基质中,也产生CO2
拓展提能
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解析:(1)为了防止肝细胞利用保存液中的葡萄糖进行有氧呼吸,使线粒体产生的CO2进入细胞质基质,应采用不含葡萄糖的保存液保存肝细胞。
(2)在有氧呼吸第二阶段丙酮酸和水反应生成CO2和[H],因此可以用灵敏的CO2检测剂检测是否有CO2产生来判断丙酮酸是否被分解。
(3)不能用酵母菌细胞来代替肝细胞,因为酵母菌能在细胞质基质中进行无氧呼吸产生CO2,而肝细胞只有进行有氧呼吸时才能产生CO2。
解析
拓展提能
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R
$$