2018-2019高中生物 第4章 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài) 第2節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的維持 第1課時 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動學案 蘇教版必修3.doc
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第1課時 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動 學習目標 知識概覽(教師用書獨具) 1.概述能量流動的概念,描述能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動過程。(重點) 2.分析總結(jié)能量流動的特點。(重難點) 3.闡明研究能量流動的意義。 [自 主 預 習探 新 知] 1.能量流動的概念和過程 (1)概念:生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。 (2)過程圖解 (3)能量來源:太陽能。 (4)總能量:生產(chǎn)者固定的太陽能總量。 (5)渠道:食物鏈和食物網(wǎng)。 2.能量流動的特點及研究意義 (1)能量流動的特點 ①單向流動:指生態(tài)系統(tǒng)的能量只能從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級,再流向第三營養(yǎng)級……能量流動不可逆轉(zhuǎn),也不能循環(huán)。 ②逐級遞減:指能量在沿食物鏈傳遞的過程中,每一個營養(yǎng)級的生物在代謝中都會消耗很多的能量,結(jié)果流向下一個營養(yǎng)級的能量逐級減少。 ③傳遞效率 ⅰ 能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率平均只有10%-20%。 ⅱ 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動規(guī)律可用“能量金字塔”表示。從能量金字塔可以看出,一個生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級越多,在能量流動過程中散失的熱能就越多。 ⅲ 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動一般不超過4~5個營養(yǎng)級。 (2)研究意義:在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣生態(tài)農(nóng)業(yè),研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的規(guī)律,是為了使能量被多效利用,大大提高能量的利用率,還可以合理調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系,使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧? [基礎自測] 1.判斷對錯 (1)能量通過光合作用和化能合成作用輸入生態(tài)系統(tǒng),通過呼吸作用輸出生態(tài)系統(tǒng)。 (√) (2)流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量指次級消費者攝入到體內(nèi)的能量。 () 提示:第二營養(yǎng)級是指初級消費者,因此流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量是指被第二營養(yǎng)級所同化的能量,而不是被次級消費者攝入到體內(nèi)的能量。 (3)能量在生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中是以熱能的形式流動的。 () 提示:是以有機物中化學能形式流動的。 (4)研究能量流動,可調(diào)整能量流動關系,使生產(chǎn)者固定的能量全部流向人類。 () 提示:由于在各營養(yǎng)級中都會有生物的細胞呼吸存在,通過細胞呼吸,部分能量會以熱能的形式散失,因此研究能量流動,可調(diào)整能量流動關系,使生產(chǎn)者固定的能量盡可能多地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?,但是做不到全部流向人類? [合 作 探 究攻 重 難] 能量流動的概念與過程 [思考交流] 能量流動是指能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。結(jié)合下圖完成以下探究。 1.某一營養(yǎng)級的生物是指生物個體還是指某個種群? 提示:某一營養(yǎng)級的生物代表處于該營養(yǎng)級的所有生物,不代表生物個體也不是某個種群。 2.生物的現(xiàn)存量與同化量的含義一樣嗎?二者有什么關系? 提示:不一樣。生物的現(xiàn)存量=同化量-呼吸量-被分解者分解的遺體殘骸中所含能量。 3.初級消費者流向分解者的能量包含初級消費者糞便中的能量嗎? 提示:不包含。初級消費者糞便中的能量不屬于其同化量。 4.如何分析某個營養(yǎng)級的能量去向?輸入到某個營養(yǎng)級的能量的去向都相似嗎? 提示:某個營養(yǎng)級的能量去路一般有:①該營養(yǎng)級生物呼吸消耗。②流入到下一個營養(yǎng)級的生物中。③以動植物遺體、殘枝落葉等形式被分解者分解利用。其中,輸入頂級營養(yǎng)級的能量的去向只有2個,即:①該營養(yǎng)級生物呼吸消耗;②被分解者分解利用。 [歸納總結(jié)] 1.能量流動過程分析 起點 生產(chǎn)者 源頭 太陽能或氧化 無機物產(chǎn)生的化學能 能量輸入 生理過程 光合作用或化能合成作用 總能量 生產(chǎn)者固定的能量 傳遞形式 光能或氧化無機物產(chǎn)生的化學能→有機物中的化學能 能量的傳遞 傳遞渠道 食物鏈和食物網(wǎng) 傳遞形式 有機物中的化學能 能量的散失 生理過程 生產(chǎn)者、消費者和分解者的呼吸作用 形式 熱能 2.能量流動過程圖解 (1)模式圖(以第二營養(yǎng)級為例)。 (2)分析模式圖。 ①動物同化的能量=攝入量-糞便中有機物的能量,即第二營養(yǎng)級糞便中的能量不屬于第二營養(yǎng)級同化的能量,而是屬于第一營養(yǎng)級同化的能量。 ②每一營養(yǎng)級同化的能量分為兩部分,一部分在自身的呼吸作用中以熱能的形式散失了,另一部分則用于自身的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動。 ③用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動的能量主要包括未利用部分、流向分解者部分、流向下一營養(yǎng)級部分。 ④未利用部分是指存在于某營養(yǎng)級活體中的能量,既未被自身呼吸消耗,也未傳給下一營養(yǎng)級、未被分解者利用。 特別提醒:攝入量、同化量和糞便量的關系 [典例通關] 如圖為草原生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解模型,A、B、C分別表示流入各營養(yǎng)級生物的能量,D、E、F分別表示各營養(yǎng)級生物用于生長、發(fā)育和繁殖的能量,G、H、I分別表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量,J、K、L分別表示流入分解者的能量。下列說法中,正確的是( ) A.圖中A=D,B=E,C=F B.K中能量包括兔子尸體及狼糞便中的能量 C.食物鏈中能量最少的是分解者所處的營養(yǎng)級 D.第一營養(yǎng)級與第二營養(yǎng)級間的能量傳遞效率是E/D 【技巧點撥】 (1)明確每個營養(yǎng)級的能量來源和去向;(2)明確能量傳遞效率的含義。 B [由圖可知,A=G+D;B=E+H;C=F+I,A錯誤;狼的糞便中的能量未被狼吸收,即不屬于C中的能量,故兔流入分解者的能量包括兔子尸體及狼糞便中的能量,B正確;分解者不屬于食物鏈中的營養(yǎng)級,C錯誤;第一營養(yǎng)級與第二營養(yǎng)級間的能量傳遞效率是B/A,D錯誤。] [活學活用] 1.有關生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述中,錯誤的是( ) 【導學號:85732174】 A.生態(tài)系統(tǒng)中所接收的全部太陽能是流經(jīng)這個生態(tài)系統(tǒng)的總能量 B.生態(tài)系統(tǒng)中的能量是沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動的 C.能量流動的特點是單向的、不循環(huán)的 D.能量流動是逐級遞減的,傳遞效率大約是10%~20% A [流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者所固定的全部太陽能,A錯誤;生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的渠道是食物鏈和食物網(wǎng),B正確;能量流動的特點是單向流動、逐級遞減,C正確;相鄰營養(yǎng)級之間能量傳遞效率大約是10%~20%,D正確。] 2.某草原生態(tài)系統(tǒng)一條食物鏈A→B→C中,各種群對能量的同化、利用、傳遞等的部分數(shù)量關系如下表。已知該草原生態(tài)系統(tǒng)受到的太陽輻射為150 000百萬千焦,但其中149 875百萬千焦的能量未被生產(chǎn)者固定。下列有關計算錯誤的是(單位:百萬千焦)( ) 種群 同化量 凈生產(chǎn)量(凈同化量) 呼吸消耗 傳遞給分解者 傳遞給下一營養(yǎng)級 未被利用的能量 A 62.5 3 15 41.5 B 14 5 0.5 2 2.5 C 2 1.4 微量(不計) 無 A.流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為125百萬千焦 B.A凈生產(chǎn)量為59.5百萬千焦 C.B呼吸消耗的能量為9百萬千焦 D.能量從B到C的傳遞效率為10.5% D [生產(chǎn)者固定的能量=150 000-149 875=125(百萬千焦),A正確。凈生產(chǎn)量=同化量-呼吸量=125-65.5=59.5(百萬千焦),B正確。B呼吸消耗的能量=14-5=9(百萬千焦),C正確。能量從B到C的傳遞效率=214100%≈14.3%,D錯誤。] (1)種群C的凈同化量是多少? (2)能量從種群A到種群B的傳遞效率是多大? (1)提示:C的凈同化量=2-1.4=0.6(百萬千焦)。 (2)提示:A到B的傳遞效率=14125 100%=11.2%。 能量流動的特點和意義 [思考交流] 1.從能量流動角度分析,為什么豬肉的價格一般比蔬菜和糧食的價格更高一些? 提示:蔬菜和糧食屬于生產(chǎn)者,是第一營養(yǎng)級,豬屬于初級消費者,是第二營養(yǎng)級,而能量傳遞效率只有10%~20%,所以要獲得相同質(zhì)量的豬肉,要消耗5~10倍的蔬菜和糧食。因此豬肉的價格一般比蔬菜和糧食高。 2.下圖為某城市生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔,為什么呈倒置狀況也能維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)? 提示:因為城市生態(tài)系統(tǒng)的能量基本是靠外部輸入,所以其自身初級營養(yǎng)級能量很低,而次級營養(yǎng)級因為人口眾多的緣故能量很高,從而能量體現(xiàn)出倒金字塔。 3.有人說:“其中營養(yǎng)級之間能量的傳遞效率可由人類任意控制?!蹦阏J為對嗎? 提示:不對。通過人工設計可以把本應該流向分解者的能量,重新被人類利用,從而提高了能量的利用效率,而沒有改變能量的傳遞效率。 4.人們在研究能量流動時,將秸稈作為牲畜飼料,糞便進入沼氣池,生產(chǎn)燃料。此過程提高能量的傳遞效率了嗎? 提示:沒有。以上過程提高了能量的利用率,即人類充分利用了流向分解者的能量,實現(xiàn)了對能量的多級利用,減少了環(huán)境污染。但沒有提高能量在不同營養(yǎng)級之間的傳遞效率。 [歸納總結(jié)] 1.能量流動特點及原因分析 (1)單向流動的原因。 ①食物鏈各營養(yǎng)級的順序是不可逆轉(zhuǎn)的,這是長期自然選擇的結(jié)果,如肉食性動物以植食性動物為食,而不能反過來。 ②各營養(yǎng)級通過呼吸作用以熱能形式散失的能量是無法再被利用的,因此,能量也不能循環(huán)流動,必須由太陽能不斷予以補充。 (2)逐級遞減的原因。 ①各營養(yǎng)級的生物都會因呼吸作用而消耗掉相當大的一部分能量。 ②各營養(yǎng)級的生物中總有一部分能量未被下一個營養(yǎng)級利用。 ③還有少部分能量隨著殘枝敗葉或遺體流入分解者。 2.生態(tài)金字塔的類型 不同的生態(tài)金字塔能形象地說明營養(yǎng)級與能量、生物量、數(shù)量之間的關系,是定量研究生態(tài)系統(tǒng)的直觀體現(xiàn)。 類型 項目 能量金字塔 數(shù)量金字塔 生物量金字塔 形狀 特點 正金字塔形 一般為正金字塔形,有時會出現(xiàn)倒金字塔形,如樹上昆蟲與樹的數(shù)量關系 正金字塔形 象征含義 能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特征 生物個體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減 生物量(現(xiàn)存生物有機物的總質(zhì)量)沿食物鏈流動逐級遞減 每一階含義 食物鏈中每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少 每一營養(yǎng)級生物個體的數(shù)目 每一營養(yǎng)級生物的總生物量 特別提醒:能量在食物鏈上傳遞的特點是逐級遞減,但是在整個無機環(huán)境中,能量的總和不會變,它只不過是從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,即能量守恒。 [典例通關] 如圖為生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解的部分示意圖,①②③④⑤各代表一定的能量值,下列說法中不正確的是( ) A.生物與生物之間的捕食關系不可逆轉(zhuǎn),所以能量流動具有單向性 B.⑤中包含了三級消費者糞便中的能量 C.第二營養(yǎng)級流向第三營養(yǎng)級的能量傳遞效率為③/②100% D.在人工飼養(yǎng)的高密度魚塘生態(tài)系統(tǒng)中,①表示流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量 【技巧點撥】 (1)明確能量流動兩個特點的含義;(2)明確自然生態(tài)系統(tǒng)與人工飼養(yǎng)魚塘能量來源的異同點。 D [食物鏈各營養(yǎng)級的順序是不可逆轉(zhuǎn)的,能量流動只能由第一營養(yǎng)級沿著食物鏈依次向下進行,不能逆流;①②③④均表示相應營養(yǎng)級的同化量,三級消費者糞便中的能量來源于次級消費者同化的能量,最終要被分解者分解,屬于⑤中能量的一部分;在人工飼養(yǎng)的高密度魚塘生態(tài)系統(tǒng)中,流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量除了生產(chǎn)者固定的能量外,還有人工餌料中的化學能,D錯誤。] [活學活用] 下列四種現(xiàn)象中,不適宜用生態(tài)系統(tǒng)中能量流動規(guī)律進行合理分析的是( ) 【導學號:85732175】 A.虎等大型肉食動物容易成為瀕危物種 B.藍藻易在富營養(yǎng)化水體中爆發(fā) C.飼養(yǎng)牛、羊等動物,成本低、產(chǎn)量高 D.巨大的藍鯨以微小的浮游動物為食 B [虎等大型肉食動物位于食物頂端,易因能量不足成為瀕危物種;C、D選項為食物鏈短有利于獲得較多能量;B選項藍藻為自養(yǎng)型生物,與N、P等營養(yǎng)物質(zhì)不能構成食物鏈。] (1)如何利用食物鏈解釋“巨大的藍鯨以微小的浮游動物為食”符合能量流動的規(guī)律? (2)“虎等大型肉食動物容易成為瀕危物種”和“飼養(yǎng)牛、羊等動物,成本低、產(chǎn)量高”體現(xiàn)了能量流動的哪個特點? (1)提示:食物鏈越短,消耗的能量越少,藍鯨獲得的能量就越多。 (2)提示:逐級遞減。 (備選習題) 如圖為生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解部分示意圖(字母表示能量的多少)。下列選項中正確的是( ) A.圖中b=h+c+d+e+f B.生產(chǎn)者與初級消費者之間的能量傳遞效率為b/a 100% C.“草→兔→狼”這一關系中,狼糞便的能量屬于d D.縮短食物鏈可以提高能量傳遞效率 C [圖中b=h+c,A錯誤;生產(chǎn)者與初級消費者之間的能量傳遞效率為(b-h(huán))/a100%,B錯誤;“草→兔→狼”這一關系中,狼糞便中的能量不屬于狼的同化量,仍屬于其上一個營養(yǎng)級,即屬于d,C正確;縮短食物鏈可以減少能量的損耗,但不能提高能量傳遞效率,D錯誤。] 易錯警示:能量傳遞效率≠能量利用率 (1)能量傳遞效率:能量在沿食物鏈流動的過程中,逐級減少,若以“營養(yǎng)級”為單位,能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率為10%~20%。 (2)能量利用效率:流入最高營養(yǎng)級的能量占生產(chǎn)者所固定的能量的比值。在一個生態(tài)系統(tǒng)中,營養(yǎng)級越多,在能量流動過程中消耗的能量就越多,因此食物鏈越短,能量利用效率越高。 [當 堂 達 標固 雙 基] 1.下列有關生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述,錯誤的是( ) A.通過物質(zhì)多級利用可大大提高能量的傳遞效率 B.處于穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)能量輸入與輸出相對穩(wěn)定 C.生態(tài)系統(tǒng)的能量大多以熱能的形式散失 D.太陽能只有通過生產(chǎn)者才能輸入生態(tài)系統(tǒng) A [通過物質(zhì)多級利用可以提高能量的利用率,但不能提高傳遞效率,A錯誤;處于穩(wěn)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)能量輸入與輸出基本相等,保持動態(tài)平衡,B正確;生產(chǎn)者固定的太陽能通過生產(chǎn)者、消費者和分解者的呼吸作用大多以熱能形式散失到環(huán)境中,C正確;太陽能可被綠色植物通過光合作用固定轉(zhuǎn)化成化學能,所以只有通過生產(chǎn)者才能輸入生態(tài)系統(tǒng),D正確。] 2.如圖為生態(tài)系統(tǒng)能量流動的部分圖解,①代表一定的能量值。下列相關敘述中,正確的是( ) 【導學號:85732176】 A.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是循環(huán)進行的 B.能量在沿食物鏈流動時逐級遞減 C.次級消費者屬于第二營養(yǎng)級 D.圖中①代表呼吸作用所消耗的能量 B [生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是單向的、逐級遞減的,A錯誤;能量在沿食物鏈流動時一部分被自身呼吸消耗、一部分被分解者分解利用,所以是逐級遞減的,B正確;生產(chǎn)者為第一營養(yǎng)級,初級消費者為第二營養(yǎng)級,次級消費者為第三營養(yǎng)級,C錯誤;圖中①代表流向分解者的能量,D錯誤。] 3.下圖為某草原生態(tài)系統(tǒng)流經(jīng)第二營養(yǎng)級的能量示意圖,其中a表示該營養(yǎng)級食物的攝入量,f表示流向下一營養(yǎng)級的能量。以下分析正確的是( ) A.圖中b表示用于生長、發(fā)育和繁殖的能量 B.c表示生物體內(nèi)儲存的有機物 C.d中能量均未被該營養(yǎng)級生物同化 D.為提高羊肉的產(chǎn)量,應該提高圖中c/a的比值 D [b表示該營養(yǎng)級同化的能量;c表示用于生長、發(fā)育和繁殖的能量,儲存在生物體的有機物中,A、B錯誤;d表示分解者利用的能量,有一部分能量未被該營養(yǎng)級生物同化,C錯誤;圖中a表示該營養(yǎng)級攝入的能量,c表示用于生長、發(fā)育和繁殖的能量,所以c/a的值越高,羊肉的產(chǎn)量越高,D正確。] 4.如圖表示某池塘生態(tài)系統(tǒng)中飼養(yǎng)草魚時的能量流動過程示意圖,a~i表示能量值,下列有關該過程的敘述,正確的是( ) 【導學號:85732177】 A.人工投放飼料的類型不影響g/c的大小 B.該生態(tài)系統(tǒng)中,高營養(yǎng)級的能量可能比低營養(yǎng)級的多 C.第一、二營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為(g+h)/a D.草魚產(chǎn)生的糞便也包含能量,該能量屬于第一營養(yǎng)級 B [圖示為某池塘生態(tài)系統(tǒng)中飼養(yǎng)草魚時的能量流動過程示意圖,其中植物的同化量為a,草魚從植物處同化的能量為h,同時草魚還同化了部分飼料中的能量,即g。人工投放飼料的類型會影響g/c的大小,A錯誤;由于人工投放飼料,該生態(tài)系統(tǒng)中,高營養(yǎng)級的能量可能比低營養(yǎng)級的多,B正確;第一、二營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為h/a,C錯誤;草魚產(chǎn)生的糞便也包含能量,該能量不是草魚同化的能量,屬于第一營養(yǎng)級和飼料,D錯誤。] 5.某生態(tài)學家分別對一片玉米田、一片荒地和一個湖泊在單位時間內(nèi)的光合作用效率進行測定,測出的數(shù)據(jù)如表(單位:kJ),請回答下列問題: 玉米田 荒地 湖泊 入射太陽能 2 001.0 497.0 111 572.0 輸入第一營養(yǎng)級的能量 25.3 4.95 111.3 生產(chǎn)者的呼吸量 8.4 0.99 37.0 (1)太陽能的利用率最高的生態(tài)系統(tǒng)是________,作出這一判斷的依據(jù)是______________________。 (2)假如兩個陸地生態(tài)系統(tǒng)的綠色植物固定了等量的太陽能,則________(填“玉米田”或“荒地”)生態(tài)系統(tǒng)具有較多的能量傳遞到下一個營養(yǎng)級。 (3)玉米田生態(tài)系統(tǒng)中,輸入第一營養(yǎng)級的能量,除一部分用于生產(chǎn)者的呼吸作用以熱能形式散失外,其余能量用于________。 (4)玉米與玉米田中的雜草之間的關系是________,從生態(tài)系統(tǒng)的能量流動角度闡述除草的原理:__________________________________________ ___________________________________________________________。 [解析] (1)由表中數(shù)據(jù)分析可知,玉米田中輸入第一營養(yǎng)級的能量與入射太陽能的比值最高,所以太陽能利用率最高的生態(tài)系統(tǒng)是玉米田。(2)荒地生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者呼吸消耗的有機物占制造有機物總量的比例較少,所以傳遞到下一營養(yǎng)級的能量較多。(3)輸入第一營養(yǎng)級的能量,除了一部分用于細胞呼吸以熱能形式散失掉,其他的用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動。(4)玉米和玉米田中的雜草都是生產(chǎn)者,具有競爭關系。除草能合理調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系,使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧? [答案] (1)玉米田 玉米田中輸入第一營養(yǎng)級的能量與入射太陽能的比值最高 (2)荒地 (3)自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動 (4)競爭 合理調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系,使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠? [核心語句歸納] 1.生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞(包括轉(zhuǎn)化)和散失的過程,稱為生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動。 2.能量流動的起點是生產(chǎn)者固定的太陽能,流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的全部太陽能。 3.生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動具有單向流動和逐級遞減的特點。能量的傳遞效率大約是10%。 4.研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的規(guī)律,是為了提高生態(tài)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率,使能量更多流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?- 配套講稿:
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