内容正文:
人教版 选择性必修2
第3章 第3节
1
呼一口气,许多二氧化碳分子就离开你的身体,进入大气中。这些二氧化碳分子离开你后,会开始怎样的旅行?
一、碳循环
人体的细胞呼吸
CO2
植物的光合作用
食物
含碳有机物
非生物环境
生物群落
一、碳循环
大气中的CO2库
生产者
呼吸作用
消费者
捕食
食物链和食物网
含碳有机物
光合作用
呼吸作用
分解者
遗体
遗体
分解作用
碳元素在 和 之间不断循环
生物群落
非生物环境
思考1.生产者制造的含碳有机物能全部进入你体内吗?
思考2.你体内的含碳有机物最终都通过你的呼吸作用以CO2形式离开吗?
思考3.除此外,大气中的CO2还有其它来源吗?
一、碳循环
资料1.CO2能溶于水,因此可在大气和海洋、河流之间进行交换。海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。当大气中二氧化碳含量增加,水圈中的二氧化碳含量也随之增加。如果大气中的二氧化碳发生局部短缺,水圈中的二氧化碳也能及时进入大气。
水圈中的CO2库
CO2与HCO3-的
相互转化(水中)
一、碳循环
资料2:碳还可以长期固定或保存在非生命系统中,如固定于煤、石油或木材中。人类对煤和石油等能源的利用,向大气中排放了大量的CO2。
思考3.除此外,大气中的CO2还有其它来源吗?
化
石
燃
料
遗体、排遗物
遗体残骸
燃烧
一、碳循环
思考4.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在?
②在生物群落中
主要是有机物的形式
①在非生物环境中
主要是CO2和碳酸盐的形式
一、碳循环
思考5.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)?
生产者
(2)出:呼吸作用:将有机物分解为二氧化碳。
(1)进:光合作用等:将二氧化碳转化为有机物。
一、碳循环
思考5.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)?
消费者
(2)出:呼吸作用等:将有机物分解为二氧化碳。
(1)进:摄食等:将前一营养级的有机物转化为自身的有机物。
一、碳循环
思考5.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)?
分解者
(2)出:微生物的分解作用等:将有机物分解为二氧化碳。
(1)进:腐食、腐生等:将现成有机物转化为自身有机物。
一、碳循环
思考6.碳进出大气除生产者、消费者、分解者外,还有没有其他途径?
(1)CO2与HCO3-的相互转化(水中);
(2)CaCO3与HCO3-的相互转化;
(3)煤、石油等化石燃料的开采与使用。将有机物分解为二氧化碳等。
其他途径
一、碳循环
思考6.碳元素在生物群落中是循环的吗?
碳在生物群落中主要沿着食物链(网)单向流动。
碳在 和 间
不断循环;循环的形式是 。
生物群落
非生物环境
CO2
一、碳循环
摄食
遗体和排遗物
燃烧
生产者
消费者
分解者
化石燃料
呼吸作用
呼吸作用
光合作用等
大气中的CO2库
分解作用
非生物环境
生物
群落
水圈中的CO2库
构建碳循环模型
一、碳循环
(2)进入生物群落的途径:
(3)碳在生物群落内传递的途径:
食物链(网)
生产者的光合作用、化能合成作用
(1)碳的流动形式
①生物群落与非生物环境间:
②生物群落内部:
(4)碳返回非生物环境的途径:
②分解者的分解作用
①生产者、消费者的呼吸作用
③化石燃料的燃烧
CO2
含碳有机物
(5)碳循环的特点:
循环往复运动;
具有全球性
如果滥伐森林、大量化石燃料燃烧,对生态系统的碳循环及生态环境有何影响?
一、碳循环
破坏碳循环的平衡
大气中CO2含量增加
大气中的温室气体(CO2、CH4、N2O等)相当于保温层。大气中CO2越多,地球上的温度升高就越快,这种现象就叫做“温室效应”。
二、温室效应
(1)原因
化石燃料的大量燃烧(主要原因)
森林、草原等植被的破坏
(2)危害
极地和高山冰川加速融化
海平面上升
气温升高
对人类和其他生物的生存构成威胁
土地荒漠化加剧,洪灾、旱灾不断
二、温室效应
(3)缓解措施
①减少二氧化碳排放:
开发新能源,减少化石燃料燃烧。
②增加二氧化碳的吸收和固定量:
大力植树种草,提高森林覆盖率。
提高秸秆还田率,提高土壤储碳量。
不奢侈、捐旧衣
适量点餐不浪费
重隔热、简装修
乘公交、少开车
关水电、节约纸
三、其他循环
氮循环
高能固氮:
工业固氮:
生物固氮:
大气中的氮气和氧气在高温或雷电放电时会化合成NO;
工业上利用N2和H2为原料生产氨气(高温高压、催化剂)
某些豆科植物根部的根瘤菌可将大气中游离的N2转变为NH4+,被植物吸收。
(2)大气中的氮气通过什么途径进入生物群落?
三、其他循环
氮循环
根据氮循环示意图,思考并回答下列问题。
(1)植物吸收的氮主要以什么形式存在?
固氮生物的固氮作用。
(3)生物群落中的氮最终通过什么途径返回大气中?
反硝化作用。
离子(NO3—)。
三、其他循环
氮循环
根据氮循环示意图,思考并回答下列问题。
(4)据图可知,同碳元素一样,氮在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的。为什么还要往农田中不断地施加氮肥呢?(拓展应用P67)
农田土壤中氮元素的含量往往不足以使作物高产,加之农产品源源不断地自农田生态系统输出,其中的氮元素并不能都归还土壤,所以需要施加氮肥。
水循环
生命活动离不开水,自然界中许多化学反应也都是在水溶液中进行的。
此外,水携带着大量各种化学物质周而复始地循环,极大影响着各类化学物质在地球上的分布。
因此可以说,没有水循环就没有物质循环。
三、其他循环
思考:这些元素循环有什么共同特点?
元素不断从非生物环境进入生物群落中,又从生物群落回到非生物环境中,循环往复。
磷循环
三、其他循环
四、生态系统的物质循环
组成生物体的 等基本元素,在不断进行着从 到 ,又从 的循环过程。
非生物环境
C、H、O、N、P、S
生物群落
生物群落到非生物环境
1.概念:
这里的物质指:
组成生物体的元素。不是指单质,也不是化合物。
物质循环的范围指:
生物圈
2.特点:
①具有全球性(生物地球化学循环)
②循环性(反复利用,循环流动)
四、生态系统的物质循环
3.应用:
农业生产可以采用种养结合的模式
稻田养鱼
稻田养鸭
鱼菜共生
稻田的水给鱼提供生长环境,鱼可吃害虫,排泄物可为水稻提供有机肥,鱼和水稻形成一个无公害的生物微循环。
大棚里既养鱼又种菜,不影响产量还节水节肥,实现养鱼不换水,种菜不施肥的神奇效果。鱼帮菜、菜帮鱼,和谐互助。
鸭子可吃掉水稻叶片上害虫及虫卵,粪便可作有机肥料,其在水里游动,加快水稻对养分吸收,也改良了土壤通透性,达到了生态高效种植效果。
四、生态系统的物质循环
3.应用:
农业生产可以采用种养结合的模式
稻田养鱼
稻田养鸭
(1)动物的取食、消化能促进物质循环;
(3)动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料。
(2)动物的粪便被分解者分解后可供植物吸收利用;
请从物质循环角度说说种养结合模式的好处:
4、总结
(1)“物质循环”中的物质指的是碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素,
而不是化合物或者单质;
(2)“物质循环”中的循环发生在非生物环境与生物群落之间,
在生物群落内部物质是沿食物链和食物网单向流动的;
(3)物质循环的过程中起重要作用的生物:
实现碳循环的关键成分: 。
生产者和分解者
最为密切的两种细胞器是 。
叶绿体和线粒体
完成了物质和能量的输入;
实现了物质和能量的输出;
加快了物质循环;
生产者
分解者
消费者
(1)参与物质循环的对象是含有碳的糖类、脂肪、蛋白质等有机物。( )
(2)物质循环的范围是生物圈,而不是具体的某一生态系统。 ( )
(3)海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。 ( )
(4)碳循环在生物群落中主要以CO2形式进行。 ( )
×
√
√
×
(5)碳循环中生物的呼吸作用和微生物的分解作用,导致了温室效应现象的出现。( )
×
针对训练
D
2、(2025·广东汕头调研)下列有关碳循环的叙述,错误的是( )
A.化石燃料的开采和使用是加剧温室效应的主要原因
B.碳元素在生物群落和非生物环境之间主要以CO2的形式循环
C.CO2能够随着大气环流在全球范围内流动,故碳循环具有全球性
D.只要植树种草、秸秆还田就可以治理温室效应
解析 化石燃料的开采和使用,大大增加了CO2的排放,加剧了温室效应,引起全球性气候变化,治理温室效应除了植树种草、秸秆还田外,还应减少化石燃料的开采和使用等,A正确,D错误。
针对训练
3、(2025·湖北黄石二中质检)如图为生物圈中碳元素的循环过程,下列有关叙述错误的是( )
C
A.④过程代表光合作用或化能合成作用,③过程代表呼吸作用
B.图中甲、乙、丙分别代表分解者、生产者和消费者
C.碳循环是指碳元素在甲、乙、丙之间以CO2的形式传递
D.图中甲、乙、丙包含的所有种群共同构成生物群落
解析 碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行,传递形式主要为含碳有机物,故碳元素在甲、乙、丙之间主要以含碳有机物的形式传递,C错误。
针对训练
【方法技巧】巧辨图形判断参与碳循环的四种成分
大气中的CO2库
生产者
分解者
消费者
生产者
初级消费者
大气中的CO2库
次级消费者
分解者
大气中的CO2库(非生物的物质和能量)
生产者
初消
次消
三级消
分解者
辨图要点:
① 先看双箭头:双箭头代表生产者、大气中的CO2库。除了双箭头外其他所有成分都指向的是大气中的CO2库。
② 找分解者:除了大气中的CO2库之外,其他箭头都指向的是分解者。剩余消费者。
五、物质循环和能量流动的关系
请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。
生产者
大气中的
二氧化碳
消费者
分解者
光能
热能
(1)物质循环与能量流动有什么关系?
(2)假如没有物质循环,能量是否能在营养级间实现流动?
(3)假如没有能量的供应,物质循环是否能正常进行?
同时进行,相互依存,不可分割
能量的固定、储存、转移和释放,都离不开物质的合成和分解等过程
能量是物质循环的动力
物质是能量沿食物链网流动的载体;
五、物质循环和能量流动的关系
能量流动 物质循环
范围
形式
特点
渠道
联系
生物群落(各营养级之间)
生物圈
主要以有机物中的化学能的形式
单向流动、逐级递减
全球性、循环往复运动
沿食物链、食物网单向流动
在生物群落(食物链、网)和非生物环境之间循环往返
①都是生态系统的主要功能,同时进行,相互依存,不可分割
②能量的固定、储存、转移和释放,都离不开物质的合成和分解等过程;
③物质是能量沿食物链网流动的载体;
④能量是物质循环的动力。
碳在生物群落和非生物环境间
主要以二氧化碳的形式
×
(1)能量流动伴随着物质循环在生态系统中反复利用。( )
提示:物质可以循环利用,但能量不能反复利用。
(2)生态系统的物质循环和能量流动是独立进行的。( )
提示:生态系统的物质循环和能量流动同时进行,彼此相互依存,不可分割。
(3)沼渣、沼液作为肥料还田,使物质能够循环利用。( )
×
√
针对训练
2、 (2025·东北师大附中期中)下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述,错误的是( )
A.使用粪便作为肥料,通过分解者的分解作用能为农作物提供物质和能量
B.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
C.非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用
D.能量流动和物质循环是同时进行的,彼此相互依存,不可分割
解析 使用粪便作肥料,其被微生物分解产生的无机物可以被植物利用,实现了物质的循环,但能量以热能的形式散失,不能被植物利用,A错误。
针对训练
A
针对训练
3、 (2025·广东珠海一中期末)下列有关能量流动和物质循环的叙述,正确的是( )
A.物质是能量的载体,使能量只能沿食物链(网)单向流动
B.能量是物质循环的动力,推动物质在生物群落内循环往返
C.能量流动和物质循环是两个相对独立的过程
D.物质的合成与分解伴随着能量的储存和释放
D
解析 物质是能量的载体,食物链(网)是物质循环和能量流动的渠道,但除食物链之外,能量也能从生产者和消费者传递给分解者,A错误;
物质在生物群落和非生物环境之间循环往返,在生物群落内是沿食物链(网)进行单向传递的,B错误;
物质循环和能量流动是同时进行,相互依存,不可分割的,C错误。
土壤中的微生物能够分解有机物,这是物质循环过程中重要的一环。 生态系统中的消费者能够加快物质的循环过程。
非生物
环境
生物
群落
回归
进入
是不是所有物质都能较快地通过食物链回归非生物环境呢?
思考
如图为水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图
为什么浮游生物体内的铅含量比水体中的铅含量高?
为什么营养等级越高,体内含有的铅浓度越大?
进入体内的铅,可以形成多种稳定的化合物,不易分解、不易排出,生物不断地
摄入无机环境中的化学物质,导致体内铅含量不断积累以致高于水体中的铅含量。
高营养级的生物捕食多种低营养级的生物,导致体内积累更多的铅,因此,铅就
会沿着食物链逐渐在生物体内聚集,最终积累在食物链顶端。
六、生物富集
生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物,使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。
1.概念:
2.常见的生物富集物质
重金属:
人工合成的有机化合物:
如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等
如DDT、六六六等
一些放射性物质:
如铀
3.发生生物富集的物质的特点:
①在环境和生物体中存在形式是比较______的;
②必须是生物体能够______的且________的;
③在生物代谢过程中是________________的;
稳定
吸收
不易被分解
不易排出
5.生物富集实例——铅的富集
六、生物富集
煤燃烧、有色金属冶炼
铅被排放进入大气
沉降在土壤和植被表面
进入土壤
进入水体
植物根吸收叶片摄入铅
水生植物、浮游动物直接吸收铅,动物饮用含铅的水,直接摄入铅
铅进入体内形成多种比较稳定的铅的化合物,分布于生物体的多种组织细胞中,导致铅不易被排出,积蓄在体内
含铅生物被更高营养级动物食用,沿食物链聚集
最终积累在食物链的顶端
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高
5.生物富集实例——铅的富集
六、生物富集
5.生物富集的主要途径:
食物链、食物网
鱼鹰(2.5×10-5)
大鱼(2×10-6)
小鱼(5×10-7)
植物(4×10-8)
水(3×10-12)
有害物质在生物体内的浓度
6.生物富集的特点:
①具有全球性
②有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高。
导致生物富集的有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地。
7.生物富集的危害:
进入人体的甲基汞在体内代谢缓慢,且不易排出,严重时会引起中毒。通过血脑屏障进入大脑的汞会侵害脑神经,导致脑萎缩。
1952年,日本5万多只猫集体跳海自尽
2017年9月24日《水俣公约》第一届缔约国会议开幕 日本患者呼吁加强管控
8.减少生物富集的的措施:
合理利用资源,减少排放;实施垃圾分类;
种植能富集有害重金属元素的植物。
在生物体内形成积累性中毒
例1 (2024·江西卷,9)假设某个稳定生态系统只存在一条食物链,研究人员调查了一段时间内这条食物链上其中4种生物的相关指标(如表,表中“—”表示该处数据省略)。根据表中数据,判断这4种生物在食物链中的排序,正确的是( )
A
物种 流经生物的能量/kJ 生物体内镉浓度/(μg·g-1) 生物承受的捕食压力指数(一般情况下,数值越大,生物被捕食的压力越大)
① — 0.03 15.64
② — 0.08 —
③ 1.60×106 — 1.05
④ 2.13×108 — —
A.④③①② B.④②①③ C.①③②④ D.④①②③
针对训练
例2 (2024·九省联考广西卷,14)植物对重金属的生物富集系数是指某种重金属元素在植物体内与土壤中含量的比值。某矿区三个样地Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的污染程度依次加重,统计甲、乙植物对矿区重金属铅(Pb)、镉(Cd)及锌(Zn)的富集系数如表所示。据表分析,以下叙述合理的是( )
B
植物 Pb富集系数 Cd富集系数 Zn富集系数
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
甲 1.25 3.74 6.21 4.76 10.29 15.97 2.44 5.30 9.19
乙 0.34 0.61 1.21 1.93 2.51 3.08 1.27 1.58 2.70
A.两种植物体内重金属含量高于土壤 B.甲更适合用于该矿区土壤修复
C.乙对Pb的富集能力高于Cd和Zn D.乙对Cd富集量与土壤污染程度无关
针对训练
胡杨能抗干早、御风沙、耐盐碱,可顽强地在荒漠中生存繁衍。然而,受水资源短缺的影响,一些远离水源的胡杨也难逃死亡的厄运。这些死亡的胡杨虽历经烈日和荒漠的摧残,却依然傲立于大漠,其枝干往往呈现出千姿百态的奇特造型。
1.胡杨死亡后,为什么很长时间都没有腐烂?
荒漠中缺乏水分,分解者的数量少,因此死亡后的胡杨无法被快速分解。
2.有研究表明,长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠,这是为什么?
荒漠中生产者的种类与数量很少,能制造的有机物总量就少,消费者与分解者也少,物质循环缓慢。
土壤中可供分解者分解的动植物遗体等很少,且分解速度较慢,因此土壤中积累的营养物质很少;而且,胡杨还会从土壤中吸收营养物质,因此,长有胡杨的荒漠土壤比草原的更为贫瘠。
探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
第二年春天从土中刨出的花生
(1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、
丝状真菌、呈放射状的放线菌等微生物,
它们在生态系统中的成分为_______。
(2)分解者的作用是将环境中的
_______分解为_______,其分解速度与
环境中的______、水分等生态因子相关。
分解者
有机物
无机物
温度
秋天刚收获的花生
1、实验原理
探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
土壤进行处理,排除土壤微生物的作用,同时要尽可能避免土壤理化性质的改变。
提出问题
实验假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
实验现象
结论分析
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗?
落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂
土壤中是否含微生物
对土壤高温处理(灭菌)
对土壤不做任何处理(自然状态)
不能加热烘干,会导致土壤理化性质发生改变,可将土壤用塑料袋包好,放在60℃恒温箱中1小时灭菌
案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗?
探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
①准备土壤
实验组: 土壤灭菌处理
对照组: 土壤不做处理
②准备落叶
实验组与对照组叶片数量与大小基本一致
案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗?
探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
③分别埋入落叶
实验组
对照组
④一段时间后,检测树叶分解情况
提出问题
实验假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
实验现象
结论分析
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗?
落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂
土壤中是否含微生物
对土壤高温处理(灭菌)
对土壤不做任何处理(自然状态)
相同时间内对照组落叶腐烂,实验组不腐烂
土壤微生物对落叶有分解作用
案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗?
探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
提出问题
实验假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
实验现象 加入
碘液 A1
B1
加入斐林试剂 A2
B2
结论分析
土壤微生物能分解淀粉吗?
土壤微生物能分解淀粉
土壤中是否含有分解淀粉的微生物
A杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液
B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸馏水
案例2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
1. 配置土壤浸出液
案例2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
实验步骤:
探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
淀粉糊
加入土壤浸出液
加入碘液
A
B
加入蒸馏水
A1
A2
B1
B2
加入碘液
加入斐林试剂
加入斐林试剂
实验结果:
不变蓝
出现砖红色沉淀
变蓝
不出现砖红色沉淀
实验结论: 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉。
2.实验组和对照组的处理
探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
提出问题
实验假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
实验现象 加入
碘液 A1
B1
加入斐林试剂 A2
B2
结论分析
土壤微生物能分解淀粉吗?
土壤微生物能分解淀粉
土壤中是否含有分解淀粉的微生物
A杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液
B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸馏水
不变蓝
变蓝
产生砖红色沉淀
不产生砖红色沉淀
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
案例2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
×
(1)可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物。( )
提示:实验组一般放在60 ℃恒温箱中处理1 h。
(2)应将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下。 ( )
提示:应将实验组和对照组的土壤放在自然状态下进行实验。
(3)对照组中落叶的分解速度明显高于实验组。 ( )
(4)实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验。 ( )
提示:从单一变量角度,应选用相同种类的落叶。
×
√
×
针对训练
C
2. (2025·江苏盐城调研)为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂,下列各项构成了一个实验设计,其中不符合实验目的的步骤是( )
A.可选择带有落叶的土壤为实验材料,筛选出落叶和土壤
B.将落叶平均分成两份,把土壤也平均分成两份
C.将灭菌的落叶设为实验组,不做处理的落叶设为对照组
D.将落叶分别埋入两组土壤中,观察腐烂情况
针对训练
3. (2025·湖北黄石二中期末)某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm左右)为实验材料,研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用,对土壤的处理情况见下表。下列有关叙述错误的是( )
D
组别 1组 2组 3组 4组
土壤处理 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌
湿润 湿润 较干燥 较干燥
A.该实验可用于探究在不同土壤湿度条件下,土壤微生物对落叶的分解作用
B.预期结果是1、3组的落叶不被分解,2、4组的落叶被不同程度地分解
C.为了控制实验中的无关变量,作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理
D.该实验的自变量为土壤是否经灭菌处理,实验中的对照组是1组和3组
针对训练
生态系统的物质循环
物质循环
对象:
特点:
碳循环
过程
物质循环与能量流动的关系:
范围:
实例
元素
生物圈
全球性,循环性
课堂小结
能量是物质循环的动力,物质是能量流动的载体。
Lavf58.46.101
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Lavf58.76.100
Lavf58.51.100
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