内容正文:
鲁滨逊
讨论:哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援?
30J玉米
人
20J鸡
人
20J鸡
30J玉米
跟着花花学生物
关键看为人提供的能量有多少?
赛达伯格湖
林德曼
第3章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动
跟着花花学生物
一、生态系统的能量流动:(P54—58)
1.概念理解:
(1)概念: (2)分析: (3)研究思路:
2.能量流动过程:
3.能量流动特点:
4.能量传递效率:
5.生态金字塔:
6.研究能量流动的实践意义:
跟着花花学生物
第一营养级
第二营养级
第三营养级
输入 传递 转化 散失
1.概念理解:
(1)概念:生态系统中能量的____、____、____和____的过程。
(2)分析:
①输入:
②传递:
③转化:
④散失:
生产者通过光合作用将太阳能转化成有机物中稳定的化学能。
有机物中稳定的化学能沿食物链、食物网传递。
太阳能→化学能→热能
呼吸作用或化石燃料的燃烧以热能形式散失。
跟着花花学生物
(3)科学方法——研究能量流动的基本思路:
能量输入
个体1
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体2
个体3……
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
能量储存
种群
能量散失
能量输入
某营养级
跟着花花学生物
以个体为研究对象,有很大的局限性和偶然性,如果个体死亡,数据可能不准确;不同个体间差异过大。 以种群为研究对象,能量的流动渠道为食物链(或食物网),在分析时可能因食物网的复杂性而影响结果的准确性。能比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值,提高结果的准确性。
2.能量流动过程:
(1)能量来源:
(2)第一营养级能量流动情况:
(3)第二营养级能量流动情况:
第一营养级
第二营养级
第三营养级
(生产者)
(初级消费者)
(次级消费者)
生产者
跟着花花学生物
一、能量流动的过程
1.第一营养级的能量流动情况
①生产者的能量来自哪里?
②这些能量都被生产者吸收了吗?照射在地面上的太阳能是如何被生产者吸收?
③生产者吸收了太阳能后,这些能量有哪些去向?
④该过程中能量发生了怎样的转化?
活动1:阅读P55第一二段,思考问题,尝试建构第一营养级能量流动模型
生产者
跟着花花学生物
7
2.能量流动过程:
(1)能量来源:
生产者固定的太阳能。
①太阳能绝大部分被地球表面的大气层所吸收、散射、反射掉了,大约只有1%以可见光的形式被固定。
②若为人工生态系统eg:鱼塘、被污染的河流,则输入的能量=太阳能+饵料/污染物有机物中的化学能。
污水排入河流
跟着花花学生物
2.能量流动过程:
(2)第一营养级能量流动情况:
输入:
输出:
a.呼吸作用
d.分解者分解释放
c.被初级消费者摄入
b.储存在有机物中的能量
(生长、发育、繁殖等生命活动)
生产者固定的太阳能(N)
跟着花花学生物
2.能量流动过程:(2)第一营养级能量流动情况:
第一营养级能量=______________________
= _________+_____________________
=a+(_________________+_______)
生产者
=a+(c+d+e)
生产者固定的全部太阳能
b储存在有机物中的能量
a呼吸作用
c初级消费者摄入量
d分解者
(用于生长、发育、繁殖等生命活动)
固定
呼吸
储存
消费者
分解者
未被利用的能量(煤炭、石油等)
未被利用
跟着花花学生物
2.能量流动过程:
(3)第二营养级能量流动情况:
输入:
输出:
③粪便中的能量属于上一营养级同化量的一部分。
(N)同化量=摄入量-粪便量
消费者
同化量
呼吸
储存
消费者
分解者
未被利用
=a+(c+d+e)
跟着花花学生物
初级消费者
摄入
初级消费者
同化(N)
(b)用于生长发育和繁殖
(d)次级消
费者摄入
分解者利用
遗体残骸
粪便
呼吸作用
散失
(a)呼吸作用
散失
(c)
2.能量流动过程:(3)第二营养级能量流动情况:
跟着花花学生物
粪便
同化
(N)同化量=摄入量-粪便量
呼吸
储存
遗体
下一营养级
=呼吸+储存
=呼吸+(分解者+下一营养级)
分解者
未被利用
=呼吸+(分解者+下一营养级+未被利用)
2.能量流动过程:(3)第二营养级能量流动情况:
跟着花花学生物
深入理解粪便中的能量:
1.鼠经同化作用所获得的能量,其去向不应该包括
A.通过鼠的呼吸作用释放的能量
B.通过鼠的粪便流入到分解者的体内
C.通过狐的粪便流入到分解者的体内 D.流入到狐的体内
2.鼠在草原上,牛以草为食,蜣螂以牛粪为食,假设牛同化的能量为105kJ,则被牛同化的能量中约有多少流入蜣螂?
A.0kJ B.10.5kJ C.21kJ D.介于10.5kJ和21kJ之间
跟着花花学生物
大致相同;只是生产者的来源与消费者不同,且最高营养级的能量去向没有流向下一营养级。
④各营养级的能量流动的异同点:
生产者
(绿色植物)
初级消费者
(植食性动物)
呼吸作用
呼吸作用
次级消费者
(肉食性动物)
三级消费者
(肉食性动物)
呼吸作用
呼吸作用
分解者
呼吸作用
⑤能量流动的渠道是 ____________;能量散失的途径是各种生物的________;流动过程中能量的转化是_______________________________。
食物链和食物网
呼吸作用
太阳能→有机物中的化学能→热能
跟着花花学生物
⑥方框从大到小→
箭头由粗到细→
表示流入下一营养级的能量逐级递减。
随营养级的升高,储存在生物体内的能量越少。
⑦能量流动和转化是否遵循能量守恒定律?能量能否重复利用?
任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充,以便维持生态系统的正常功能。
跟着花花学生物
相邻营养级之间传递效率为多少呢?如何定量测量?
练一练:
①
②
③
④
⑤
1.初级消费者粪便中的能量属于以上哪个箭头的部分?
2.哪些或哪个箭头代表初级消费者的同化量?
①或②+③+⑤
3.哪些箭头代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量?
①-③或②+⑤
④
跟着花花学生物
1.生态系统的能量源头:
太阳能
3.能量流动的起点:
2.流经生态系统的总能量:
生产者固定的太阳能
6.来源:
生产者
消费者
——太阳光能
——前一营养级
4.流动的渠道:
生产者固定的太阳能开始
食物链和食物网
5.能量在食物链中的流动形式:
分解者
——生产者、消费者的遗体和排遗物
有机物中的化学能
7.去路
呼吸作用消耗
被下一营养级的生物所利用
被分解者所利用
8.能量散失的主要途径:
细胞呼吸,主要形式是热能
跟着花花学生物
源头:
流经生态系统总能量:
途径:
形式:
太阳能→有机物中的________→热能
过程:
形式:最终以 形式散失
输入
传递
转化
散失
太阳能
食物链和食物网
有机物中的化学能
生产者固定的太阳能总量
化学能
热能
呼吸作用
能量流动概念:生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
课堂小结:
能量流动特点:单向流动,逐级递减
跟着花花学生物
某营养级同化量
①呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
②流入下一个营养级
③被分解者分解利用
若问:某营养级的能量最终去向
归纳各营养级能量去向
某营养级同化量
①呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
②流入下一个营养级
③被分解者分解利用
未被利用的能量
若问:某营养级的能量某段时间内的去向
最高营养级无
即短时间内,某营养级的生物不会全部被捕食或死亡。
“一来三去”
最高营养级无
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20
消费者能量流动过程总结:
消费者
同化量
呼吸作用
热能形式散失
储存
摄入
呼吸作用
热能形式散失
燃烧
热能形式散失
下一级消费者
分解者
未被利用
(生长、发育、繁殖)
摄入量
-粪便量
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练一练:
1.下列有关生态系统能量流动的叙述,正确的是( )
A.生态系统的能量流动是指能量的输入和散失的过程
B.流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能
C.流经第二营养级的总能量是指初级消费者同化的能量
D.各营养级同化的能量都会沿着食物链和食物网流向下一个营养级
跟着花花学生物
练一练:
2.如图为生态系统中能量流动的部分过程。相关叙述不正确的是
A.①中的能量来自生产者的同化作用
B.应在a处加上细胞呼吸散失的热能箭头
C.b为初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量
D.分解者利用的能量一定比a小
跟着花花学生物
练一练:
3.如图表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图,其中a~g表示能量值。若图中A表示某食物网中第二营养级所摄入的全部能量,则下列说法不正确的是( )
A.图中B表示同化的能量
B.图中C表示流入下一营养级的能量
C.图中D表示通过呼吸作用散失的能量
D.图中a值与c+d+e的值相同
跟着花花学生物
生产者固定的太阳能
呼吸作用以热能形式散失
用于生长、发育和繁殖
被下一营养级所摄食
分解者利用
初级消费者粪便量
初级消费者同化量
呼吸作用以热能形式散失
用于生长、发育和繁殖
被下一营养级所摄食
分解者利用
次级消费者粪便量
次级消费者同化量
呼吸作用以热能形式散失
用于生长、发育和繁殖
…….
跟着花花学生物
林德曼(1915-1942)
赛达伯格湖 能量流动进行定量分析
赛达伯格湖位于美国明尼苏达州的赛达伯格沼泽自然保护区,是一个高原湖泊,深1米,面积为14480平方米,湖岸线长500米 。湖底深度一致、性质均一,没有大的波浪。
1943年他的第一篇论文《食物链和金字塔营养级的研究报告》轰动了生物界。他怀着激动的心情在这篇论文的小标题上注明,这是在中国哲学思想的指导下写成的。
跟着花花学生物
优点:边界明显,封闭性强,变化小、简单、稳定
3.能量流动特点:
思考:1.流入(输入)该生态系统的总能量?其余太阳能去向?
2.图中62.8、12.6代表摄入量还是同化量?
3.植食性动物粪便中的能量属于12.5还是2.1?
4.图中2.1指的是什么?包括哪几部分?
5.请计算第一、二营养级能量的来源和去向,说明是否遵循能量守恒定律?传递效率?
464.6
同化量
12.5
植食性动物的遗体和肉食性动物的粪便
生:来(464.6)=去(96.3+62.8+12.5+293)
植:来(62.8)=去(18.8+12.6+2.1+29.3)
地球表面的大气层所吸收、散射、反射掉。
13.5%
20%
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3.能量流动特点:
(1)________:不逆转,不循环流动。
(2)________:
单向流动
逐级递减
(捕食关系不可逆、散失的热能不能再利用。)
①一部分通过本营养级的呼吸作用散失。
②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用。
③一部分未被利用。
(传递效率:10%~20%)
☆在生态系统中营养级越多,能量流动过程中消耗的能量越多,自身得到的能量越少→营养级一般不超过4~5级。
☆任何生态系统都不需要断得到来自系统外的能量补充,以便维持生态系统正常的功能。
跟着花花学生物
3.能量流动特点:
植食性动物
62.8
62.8
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
分解者
12.5
呼吸作用
96.3
未利用
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
微量
7.5
5.0
327.3
122.6
14.6
跟着花花学生物
二、能量流动的特点
3.请计算第一到第二营养级的能量传递效率?
2.横向比较,是否遵循能量守恒定律?纵向比较,随着营养级的升高 ,同化量有什么变化?
1. 将图中的数据用表格的形式进行整理。
输入能量(同化量) 流入下一营养级 呼吸散失 分解者利用 未利用 出入比
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
12.6
13.5%
20%
62.8
96.3
12.5
293
12.6
18.8
2.1
29.3
7.5
微量
5.0
/
能量传递效率
逐级递减
= + + +
能量传递效率 =
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
× 100%
= + + +
分析赛达伯格湖的能量流动
跟着花花学生物
30
4.能量传递效率:
(2)能量传递效率=
eg:当一只兔子吃掉一株草时,就获得了草能量的10%~20%( )
某一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
(1)相邻两个营养级间的能量传递效率大________。
10%~20%
跟着花花学生物
5.生态金字塔:
思考:如何直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系?
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
能量金字塔
跟着花花学生物
5.生态金字塔:
(1)含义:将单位时间内各营养级________________(______)
(______________)转换为相应_____________的图形,并将图形按照__________排列,可形成一个金字塔图形,叫作能量(______)
(____)金字塔。
(2)模型:
(3)特点:
(4)意义:
所得到的能量数值
生物量
生物个体的数量
营养级次序
面积(或体积)
生物量
数量
能量/生物量/数量金字塔
低
高
营养级
多
少
能量
生物量
数量
跟着花花学生物
5.生态金字塔:
(3)特点:
(4)意义:
能量/生物量/数量金字塔
①能量在流动中总是逐级递减→能量金字塔通常都是上窄下宽。
②总干重通常植物____植食性动物____肉食性动物→生物量金字塔大多呈上窄下宽的金字塔。eg:
浮游植物
浮游动物
生物量
大于
大于
③数量金字塔一般呈上窄下宽;eg:
个体数量
昆虫
树
直观地反映出各营养级的能量/生物量/生物个体的数目关系。
跟着花花学生物
海洋生态系统中,浮游植物个体小,寿命短,又不断被浮游动物和其它动物吃掉,所以在某一时刻调查到的浮游植物的生物量很可能低于第二营养级的生物量,因此生物量金字塔会出现倒置。
旁栏思考P57:
人类位于食物链的顶端,从能量金字塔来看,人口数量日益增长,这会对地球上现有的生态系统造成什么影响?
→低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级→种植或养殖更多的农畜产品→给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。
跟着花花学生物
能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
形状
每一层
含义
特点
象征意义
单位时间内,每营养级生物所同化的能量的多少
自然生态系统一定为正金字塔
能量在流动过程中总是逐级递减
单位时间内,每营养级所容纳的有机物的总干重
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物量(现存生物有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而减少
单位时间内,每一营养级生物个体的数目
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少
列表比较三种生物金字塔
意义:生态金字塔是可以更为直观的反映生态系统各营养级的能量、生物量(有机物的总干重)、个体的数目的关系。
跟着花花学生物
随堂巩固:
1.生态金字塔可以表示生态系统各营养级之间的某种数量关系。下列相关叙述错误的是( )
A.能量金字塔中第二营养级的能量不能回流到第一营养级
B.一般来说,自然生态系统中能量金字塔总是呈上窄下宽的金字塔型
C.生态金字塔的最底层代表的是生产者,最顶层代表的是分解者
D.出现倒置个体数量金字塔可能与生物个体体型的大小有关
跟着花花学生物
2.以下是生态金字塔的示意图(图中1、2、3分别代表第一、二、三营养级),有关叙述错误的是( )
A.海洋中可能出现如图甲所示的生物量金字塔
B.森林生态系统中不可能出现图乙所示的能量金字塔
C.对任意生态系统而言,数量金字塔均与图丙吻合
D.生态金字塔能直观反应生态系统各营养级间的关系
跟着花花学生物
3.甲、乙、丙、丁是某同学绘制的生态金字塔,下列与之相关的说法,错误的是( )
A.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔,基本呈现图丙所示的形态
B.由于能量流动具有逐级递减的特征,能量金字塔通常呈现丙图所示的形态C.不能用图甲表示生物数量金字塔
D.生态金字塔中每一层代表一个营养级,分解者不包含在其中
跟着花花学生物
6.研究能量流动的实践意义:
立体农业
间作套种
多层种植
(1)帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置,增大流入某个生态系统的总能量。
冬小麦夏玉米套作
跟着花花学生物
间作:
一般指几种作物同时期播种
套种:
几种作物不同时期播种
跟着花花学生物
跟着花花学生物
6.研究能量流动的实践意义:
秸秆蘑菇基质
粪便制作沼气
秸秆作饲料
跟着花花学生物
饲料
稻谷
人类
秸杆
粪
一级利用
牛
太阳能
二级利用
焚烧
水稻
食用菌
二级利用
菌渣
猪、羊
三级利用
沼气池
粪
三级利用
研究能量流动的实践意义
2.实现对能量的多级利用,从而提高能量利用率.
跟着花花学生物
44
6.研究能量流动的实践意义:
×
×
×
×
①
②
流向分解者的能量,一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用,因此,该生态系统实现了能量的多级利用,提高了能量的利用率。
跟着花花学生物
6.研究能量流动的实践意义:
(1)帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置,增大流入某个生态系统的总能量。
(2)帮助人们科学规划、设计人工生态系统,实现能量的多级利用,提高能量的利用率,使能量得到最有效的利用。。
合理放牧
农田除草、虫
(3)帮助人们合理调整生态系统的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
跟着花花学生物
7.能量流动的相关计算:
试一试:若某生态系统固定的总能量为24000kJ,则该生态系统的第四营养级生物获得的能量为____________;若第四营养级生物体重增加5Kg,则消耗生产者为______________。
A
B
C
D
知低求高: 24000×(1/10)3 ~24000×(1/5)3
24kJ~192kJ
知高求低: A×(1/5)3=5~A ×(1/10)3 =5
625kg~5000kg
跟着花花学生物
7.能量流动的相关计算:
(1)知低求高:若生产者固定的太阳能为N,则猫头鹰获得能量为_________。
1
2
3
4、4、3
3、2
N×(1/10)3=N/1000
N×(1/5)2=N/25
①最少:
②最多:
长×10%
短×20%
跟着花花学生物
7.能量流动的相关计算:
(2)知高求低:若猫头鹰增重2kg,则消耗A为___________。
1
2
3
4、4、3
3、2
①最少:
②最多:
长×10%
短×20%
A×(1/10)3=2
A×(1/5)2=2
50~2000kg
跟着花花学生物
7.能量流动的相关计算:
(3)按比例走各食物链:其中甲能量中比例为X的部分直接给丙,若丙能量增加NkJ,则消耗甲的范围_________。
①最少:
②最多:
20%
10%
甲▪X▪1/5+甲▪(1-X)▪(1/5)2=N
甲▪X▪1/10+甲▪(1-X)▪(1/10)2=N
25N/4X+1
100N/9X+1
跟着花花学生物
7.能量流动的相关计算:
(4)若一个人的食物有1/2来自植物,1/4来自羊肉,1/4来自小型肉食动物。则人每增加1kg体重,约消耗植物_______________。
①最少:
②最多:
20%
10%
X1*1/5=1/2
X2*1/5*1/5=1/4
X3*1/5*1/5*1/5=1/4
X=40kg
X1*1/10=1/2
X2*1/10*1/10=1/4
X3*1/10*1/10*1/10=1/4
X=280kg
跟着花花学生物
思维训练: P59
1.这些玉米的含碳量(2675Kg)折合成葡萄糖是多少?
2.这些葡萄糖存储的能量(1Kg=1.6×104KJ)是多少?
3.这些玉米呼吸作用消耗的能量(2045Kg)是多少?
4.这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是多少?
5.这些玉米呼吸作用消耗的能量总量占所固定太阳能的比例是多少?
6.这块玉米田的太阳能(8.5×109KJ)利用率是多少?
6687.5kg
1.07×108kJ
3.272×107kJ
23.4%
1.64%
1.3927×108kJ
跟着花花学生物
1.关于生态系统能量流动的原理在实践中的应用的叙述,错误的是( )
A.除虫除草可以让农田生态系统中的能量更多地流向对人类更有益的部分
B.多途径利用农作物可以实现对生态系统中能量的多级利用
C.根据草场能量流动的特点,可以合理确定草场的载畜量,从而保持畜产品的持续高产
D.“桑基鱼塘”的生产方式,在桑、蚕、鱼之间形成良性循环,将提高能量传递效率
跟着花花学生物
2.茶树菇味道鲜美,常生长在油茶树枯朽的树桩上。某林场尝试在树下套种茶树菇,并用桐树、柳树、杨树脱落的枝叶制作培养基。下列相关叙述正确的是( )
A.油茶树枯朽树桩中的能量不属于油茶树的同化量
B.生长在油茶树树桩上的茶树菇属于生态系统中的分解者
C.套种措施可以提高树木和茶树菇对阳光等资源的利用率
D.该林场提高了能量的传递效率,实现了能量的多级利用
跟着花花学生物
跟着花花学生物
课堂总结
跟着花花学生物
课堂总结
生态系统的能量流动
概念:
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程
过程
特点
单向流动:
逐级递减:
沿食物链方向由低营养级流向下一营养级
生态金字塔:
能量沿食物链流动过程中逐级递减;传递效率10%~20%。
研究意义
1.增大流入生态系统的总能量;
2.实现对能量的多级利用,提高能量的利用率;
3.调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效的流向对人类最有益的部分。
输入生态系统的总能量:
生产者固定的太阳能
能量传递的形式与途径:
能量转化过程:
呼吸作用以热能形式散失
有机物中的化学能;食物链和食物网
能量散失的途径和形式:
太阳能 有机物中化学能 热能
能量金字塔;生物量金字塔;数量金字塔
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练习与运用
1.生态系统中所有生物的生命活动都需要能量,而不同营养级的生物获取能量的途径是有差别的。据此判断下列表述是否正确。
(1)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中( )
(2)生态系统中初级消费者越多,次级消费者获得的能量越少( )
(3)能量沿食物链流动是单向的 ( )
√
×
√
2.流经神农架国家级自然保护区的总能量是( )
A.该保护区中生产者体内的能量
B.照射到该保护区中的全部太阳能
C.该保护区中生产者所固定的太阳能
D.该保护区中所有生产者、消费者、分解者体内的能量
3.在一定时间内,某生态系统中全部生产者固定的能量值为a,全部消费者所获得的能量值为b,全部分解者所获得的能量值为c,则a、b、c之间的关系是( )
A.a+b=c B.a>b+c C.a<b+c D.c=a+b
C
B
意味着次级消费者能够获得更多的能量来源
还有呼吸作用散失的热能
跟着花花学生物
58
练习与运用
2.将一块方糖放入水中,方糖很快就会溶解,消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗?为什么?
生活在水中的硅藻,它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳,而通常情况下水体中硅化物的含量极为微少,仅有百万分之几,这比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢?
通过以上事例,你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识?
不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。
硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。
能量的输人对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。
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