資源簡介

DNA的復制
重難點
題型
分值
重點
DNA半保留復制的實驗證據
選擇題
2-4
DNA復制的過程
與DNA復制相關的計算
難點
DNA半保留復制的實驗證據
與DNA復制相關的實驗
核心知識點一： 證明DNA半保留復制的實驗
一、對DNA復制的推測
1. 沃森和克里克提出DNA復制的假說：DNA復制時，DNA雙螺旋結構解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈分別作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸根據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結合到模板的單鏈上。新合成的DNA分子中，保留了原來DNA分子中的一條鏈，將此種復制方式稱為半保留復制。
半保留復制模型：

2. 其他科學家提出全保留復制：DNA復制時以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。
全保留復制模型：


二、DNA復制方式的實驗探究
1. 實驗思路：為確定DNA的復制是半保留復制還是全保留復制，就要通過實驗區分親代和子代的DNA，觀察親代雙鏈在子代中的分布情況。
2. 實驗方法：1958年，美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾以大腸桿菌為實驗材料，運用同位素標記法設計實驗。已知15N、14N是N的兩種同位素，相對原子質量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，利用離心技術可以在試管中區分含有不同N元素的DNA。
3. 實驗的演繹推理：
（1）用含有15NH4Cl的培養液培養大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖若干代，大腸桿菌的DNA幾乎都是15N標記的。提取其DNA，并進行離心處理，試管中只有一條DNA帶，位置靠近試管的底部，說明其密度大，我們可以稱之為重帶。如圖：

（2）如果用含有14NH4Cl的培養液培養大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖若干代，大腸桿菌的DNA幾乎都是14N標記的。提取其DNA，并進行離心處理，試管中也是只有一條DNA帶，位置靠近試管的上部，說明其密度小，我們可以稱之為輕帶。

（3）將15N標記的大腸桿菌放到含有14NH4Cl的培養液培養，在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA，再將提取的DNA進行離心處理，根據離心后試管中DNA的位置判斷復制方式。
如果是半保留復制，在子一代大腸桿菌中形成的DNA中則是一條鏈含有15N，一條鏈含有14N，將DNA離心后，DNA條帶則處于重帶和輕帶之間，我們稱為中帶；如圖：

如果是全保留復制，在子一代的大腸桿菌中形成的DNA則是兩種類型，一種全含15N，一種全含14N，將DNA離心后，會得到兩條DNA條帶，分別是重帶和輕帶。如圖：

4. 實驗實施過程以及結果
將含有15N的大腸桿菌轉移到含14N的普通培養液中培養，將第一代細菌的DNA提取并離心后，在試管中只有一條帶，位置居中，其中只有一條鏈被15N標記；將第二代的細菌DNA提取并分離后，試管中出現兩條帶，一條居中為中帶，另一條位置靠上，為輕帶。實驗結果如下：

5. 實驗結論：DNA的復制是以半保留的方式進行。
例題1 在氮源為 14N 和 15N 的培養基上生長的大腸桿菌，其DNA分子分別為14N—DNA（相對分子質量為a）和15N—DNA（相對分子質量為b）。將親代大腸桿菌轉移到含14N的培養基上，連續繁殖兩代（Ⅰ和Ⅱ），用離心方法分離得到的結果如圖所示。下列對此實驗的敘述錯誤的是（ ）
A. Ⅰ代細菌的所有DNA分子中的都含有14N和15N
B. 中帶的DNA分子的每條單鏈相對分子質量均為（a+b）/4
C. 預計繁殖到第n代細菌時DNA分子中含有15N的占1/2n-1
D. 實驗結果能夠證明DNA分子復制方式為半保留復制
答案：B
解析：本題考查DNA半保留復制的實驗探究，難度中等。Ⅰ代細菌的所有DNA分子中的一條鏈是14N，另一條鏈是15N，A正確；中帶的DNA分子的一條鏈是14N，另一條鏈是15N，故每條單鏈相對分子質量分別為a/2，b/2，B錯誤；由于親代均為15N，1個這樣的細菌繁殖到第n代細菌時DNA分子總共2n個，其中含有15N的有兩個，占2/2n = 1/2n-1，C正確；實驗結果能夠證明DNA分子復制方式為半保留復制，D正確。
例題2 現有DNA分子的兩條單鏈均只含有14N（表示為14N14N）的大腸桿菌，若將該大腸桿菌在含有15N的培養基中繁殖兩代，再轉到含有14N的培養基中繁殖一代，則理論上DNA分子的組成類型和比例分別是（　　）
A. 有15N14N和14N14N兩種，其比例為1：3
B. 有15N15N和14N14N兩種，其比例為1：1
C. 有15N15N和14N14N兩種，其比例為3：1
D. 有15N14N和14N14N兩種，其比例為3：1
答案：D
解析：本題考查DNA分子的半保留復制，難度較大。DNA分子的兩條單鏈均只含有14N，該大腸桿菌在含有15N的培養基中繁殖兩代，形成4個DNA，其中2個DNA為15N14N，另外2個DNA為15N15N。；再轉到含有14N的培養基中繁殖一代，DNA為15N14N形成的子代DNA中，一個DNA為15N14N，另外1個DNA為14N14N；而DNA為15N15N 形成的2個子代DNA都為15N14N；因此理論上DNA分子的組成類型有15N14N和14N14N兩種，其比例為3：1。D正確。
核心知識點二：DNA的復制以及相關的計算
一、DNA的復制
1. 概念：以親代DNA為模板，合成子代DNA的過程。
2. 時間：有絲分裂的間期或減數第一次分裂前的間期。
3. 過程

4. 特點：邊解旋邊復制。
5. 方式：半保留復制。
6. 結果：形成兩個完全相同的DNA分子。
7. 意義：將遺傳信息從親代傳給子代，保持了遺傳信息的連續性。
歸納總結：
DNA復制之“二、二、三、四”
知識拓展：真核生物染色體上DNA分子復制過程示意圖

（1）圖中顯示DNA分子復制是從多個起點開始的，但多起點并非同時進行；
（2）圖中顯示DNA分子復制是邊解旋邊雙向復制的；
（3）真核生物的這種復制方式的意義在于提高了復制速率；
（4）一個細胞周期中每個起點只起始1次。

二、DNA分子復制中有關計算
DNA分子的復制為半保留復制，一個DNA分子復制n次，其結果分析如下：
（1）DNA分子數
①子代DNA分子數＝2n個；
②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數＝2個；
③不含親代DNA鏈的子代DNA分子數＝（2n－2）個。
（2）脫氧核苷酸鏈數
①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數＝2n＋1條；
②親代脫氧核苷酸鏈數＝2條；
③新合成的脫氧核苷酸鏈數＝（2n＋1－2）條。
（3）消耗的脫氧核苷酸數
①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需消耗脫氧核苷酸數為m·（2n－1）個；
②第n次復制所需該脫氧核苷酸數＝2n個DNA分子中該脫氧核苷酸數－2n－1個DNA分子中該脫氧核苷酸數＝2n·m－m·2n－1＝m·（2n－2n－1）＝m·2n－1。
解題技巧：“DNA復制”相關題目的4點“注意”
（1）注意“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區別，前者包括所有的復制，但后者只包括第n次的復制。
（2）注意堿基的單位是“對”還是“個”。
（3）切記在DNA復制過程中，無論復制了幾次，含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA分子都只有兩個。
（4）看清試題中問的是“DNA分子數”還是“鏈數”，是“含”還是“只含”等關鍵詞，以免掉進陷阱。
例題1 下列關于DNA復制的敘述，正確的是（ ）
A. 在細胞有絲分裂和減數第一次分裂前的間期發生DNA復制
B. DNA 復制后，兩條母鏈形成一個DNA分子，兩條子鏈形成一個DNA分子
C. DNA雙螺旋結構全部解開以后才開始DNA的復制
D. DNA聚合酶可以將兩個游離的脫氧核苷酸連接形成磷酸二酯鍵
答案：A
解析：本題考查DNA復制的過程，難度中等。細胞分裂間期的生理過程是完成DNA分子的復制和有關蛋白質的合成，A正確；解旋后DNA分別以兩條母鏈為模板按照堿基互補配對原則合成兩條子鏈，所以子代DNA分子中一個為母鏈，一條為子鏈，B錯誤；DNA分子的復制是邊解旋邊復制，不是雙螺旋結構全部解鏈后，才開始DNA的復制，C錯誤；DNA聚合酶促進單個脫氧核苷酸連接到正在合成的子鏈上，形成磷酸二酯鍵，而不是將兩個游離的脫氧核苷酸連接形成磷酸二酯鍵，D錯誤。
例題2 15N標記的含有100個堿基對的DNA分子，其中有胞嘧啶60個，該DNA分子在含14N的培養基中連續復制4次。其結果可能是（ ）
A. 含有14N的DNA分子占7/8
B. 含有15N的DNA分子占1/8
C. 復制過程中需游離的腺嘌呤脫氧核苷酸700個
D. 復制結果共產生8個DNA分子
答案：B
解析：本題考查與DNA復制相關的計算，難度較大。由于DNA分子的復制是半保留復制，最終只有2個子代DNA各含1條15N鏈，1條14N鏈，其余DNA都含14N，故全部子代DNA都含14N，A錯誤；DNA復制為半保留復制，不管復制幾次，最終子代DNA都保留親代DNA的2條母鏈，故最終有2個子代DNA分子含15N，所以含有15N的DNA分子占1/8，B正確；含有100個堿基對200個堿基的DNA分子，其中有胞嘧啶60個，解得A=40個，故復制過程中需腺嘌呤脫氧核苷酸的數目為（24﹣1）×40=600（個），C錯誤；復制4次后產生24=16個DNA分子，D錯誤。
（答題時間：30分鐘）
1. 細菌在含15N的培養基中繁殖數代后，使細菌的DNA皆含有15N，然后再移入含14N的培養基中培養，提取其子代的DNA進行梯度離心，下圖①-⑤為可能的結果，下列敘述錯誤的是（ ）
A. 第一次分裂的子代DNA應為⑤
B. 第二次分裂的子代DNA應為①
C. 第三次分裂的子代DNA應為③
D. 親代的DNA應為⑤
2. 將含15N—DNA的大腸桿菌轉移到含14N的培養液中，連續繁殖三代后，將其DNA進行密度梯度離心，得到的結果如圖甲所示。然后加入解旋酶再離心，得到的結果如圖乙所示。下列敘述錯誤的是（ ）
A. N層中的DNA只含15N標記
B. M層與N層的DNA數之比是3 ： 1
C. N'層中的DNA單鏈只含15N標記
D. M'層與N'層中的DNA單鏈數之比是7 ： 1
3. 下列有關DNA復制過程的敘述中，正確的順序是（ ）
①互補堿基對之間氫鍵斷裂 ②互補堿基對之間氫鍵形成 ③DNA分子在解旋酶的作用下解旋 ④以兩條母鏈為模板，游離的脫氧核苷酸為原料，進行堿基互補配對 ⑤子鏈與母鏈盤旋成雙螺旋結構
A. ①③④⑤② B. ③①⑤④②
C. ①④②⑤③ D. ③①④②⑤
4. 下面關于DNA分子結構與復制的敘述中，錯誤的是（ ）
A. 雙鏈DNA分子含有四種脫氧核苷酸
B. 每個脫氧核糖分子上均連接著一個磷酸和一個堿基
C. DNA復制不僅發生于細胞核中，也發生在線粒體和葉綠體中
D. DNA分子復制過程中，DNA聚合酶可以催化形成磷酸二酯鍵
5. 保證準確無誤地進行DNA復制的關鍵步驟是（ ）
A. 解旋酶促使DNA的兩條互補鏈分離
B. 游離的脫氧核苷酸上的堿基與母鏈堿基進行互補配對
C. 配對的脫氧核苷酸之間連接成與母鏈互補的子鏈
D. 模板母鏈與互補子鏈盤繞成雙螺旋結構
6. 某個被15N標記的DNA分子中，含有堿基5000對，A+T占堿基總數的34%，若該DNA分子在含14N的培養基中連續復制2次，下列敘述正確的是（ ）
A. 15N存在于DNA的脫氧核糖和含氮堿基中
B. 子代中含15N的DNA分子占3/4
C. 復制2次需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸9900個
D. 復制過程中首先需要解旋酶斷開磷酸二酯鍵
7. 研究人員將1個含14N-DNA的大腸桿菌轉移到15N-DNA培養液中，培養24h后提取子代大腸桿菌的DNA。將DNA加熱處理，即解開雙螺旋，變成單鏈；然后進行密度梯度離心，試管中出現的兩種條帶含量如下圖所示。下列說法正確的是 （ ）
A. 子代DNA分子共有8個，其中1個DNA分子含有14N
B. 該試驗可用來探究DNA的半保留復制方式和細胞周期持續時間
C. 解開DNA雙螺旋的實質是破壞核苷酸之間的磷酸二酯鍵
D. 若直接將子代DNA分子進行密度梯度離心，則相應的條帶含量比為1：3
8. 一個雙鏈均被32P標記的DNA由5000個堿基對組成，其中腺嘌呤占20%，將其置于只含31P的環境中復制3次。下列敘述不正確的是（ ）
A. 該DNA分子中含有氫鍵的數目為1.3×104
B. 復制過程需要2.4×104個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸
C. 子代DNA分子中含32P的單鏈與含31P的單鏈之比為1：7
D. 子代DNA分子中含32P與只含31P的分子數之比為1：3
9. DNA復制可以通過設想來進行預測，可能的情況是：全保留復制、半保留復制、分散復制。
（1）根據圖中的示例對三種復制作出可能的假設：①如果是全保留復制，則一個DNA分子形成兩個DNA分子，其中一個是親代的，而另一個是新形成的。
②如果是半保留復制，則新形成的兩個DNA分子，各有_____________________。
③如果是分散復制，則新形成的DNA分子中_______________________________。
（2）究竟是哪種復制方式呢？請大家設計實驗來證明DNA的復制方式。
實驗步驟：
①在氮源為14N的培養基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為14N—DNA（對照）。
②在氮源為15N的培養基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為15N—DNA（親代）。
③將親代15N大腸桿菌轉移到含14N的培養基中，再連續繁殖兩代（Ⅰ和Ⅱ），用密度梯度離心法分離。
實驗預測：
①如果與對照（14N/14N）相比，子代Ⅰ能分辨出兩條DNA帶，即一條輕帶（14N/14N）和_____________，則可以排除______________；
②如果子代Ⅰ只有一條______，則可以排除________但不能肯定是___________；
③如果子代Ⅰ只有一條中等密度帶，再繼續做子代ⅡDNA密度鑒定，若子代Ⅱ可以分出__________和__________，則可以排除__________，同時肯定______________；
④如果子代Ⅱ不能分出__________密度兩條帶，則排除___________，同時確定為_______________。
10. 如圖甲是DNA分子局部組成示意圖，圖乙表示DNA分子復制的過程。請回答有關DNA分子的相關問題：

（1）沃森和克里克構建了如圖甲的DNA雙螺旋結構模型，該模型用________________解釋DNA分子的多樣性。從主鏈上看，兩條單鏈的方向________，從堿基關系看，兩條單鏈________。
（2）若已知DNA一條單鏈的堿基組成是ATGCCAT，則與它互補的另一條鏈的堿基組成為________；若DNA分子的2條鏈分別為m鏈和n鏈，若m鏈中的（A＋G）/（T＋C）＝0.8時，在n鏈中，這種比例是________。
（3）圖乙的DNA復制過程中除了需要模板和酶外，還需要____________________等條件；由圖乙可知延伸的子鏈緊跟著解旋酶，這說明DNA分子復制是________。
（4）DNA分子的_______________為復制提供了精確的模板，通過______________保證了復制能夠準確地進行。



1. A 解析：本題考查與DNA半保留復制相關的實驗，難度中等。細菌的DNA被15N標記后，放在14N培養基中培養，復制1次形成2個DNA分子，每個DNA分子都是一條鏈含有15N，另一條鏈一條含有14N，離心形成中帶，即圖中的②，A錯誤；復制兩次后形成了4個DNA分子，2個DNA分子都是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，離心形成中帶；另外兩個DNA分子都只含有14N，離心形成輕帶，即圖中①，B正確；隨著復制次數增加（三次及三次以上），離心后都含有中帶和輕帶兩個條帶，輕帶相對含量增加，即圖中③，C正確；細菌在15N培養基中繁殖數代后，使細菌DNA的含氮堿基皆含有15N，DNA分子的兩條鏈都含有15N，離心形成重帶，即圖中的⑤，D正確。
2. A 解析：本題考查與DNA復制相關的計算，難度較大。DNA分子的復制方式為半保留復制，將含15N—DNA的大腸桿菌轉移到含14N的培養液中，連續繁殖三代后，得到8個DNA分子，其中2個DNA分子一條鏈含15N，另一條鏈含14N，另外6個DNA分子只含14N，將子代DNA進行密度梯度離心后，中帶（N）占1/4，輕帶（M）占3/4，即M層與N層的DNA數之比是3 ： 1；若在子代DNA中加入解旋酶后，將形成2條含15N的鏈和14條含14N的鏈，離心后，含14N的鏈分布在M'層，含15N的鏈分布在N'層，即M'層與N'層中的DNA單鏈數之比是7 ： 1；綜上分析，A正確，BCD錯誤。
3. D 解析：本題考查DNA分子的復制過程，難度中等。DNA分子的復制是一個邊解旋邊復制的過程。復制開始時，DNA分子首先利用細胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把兩條螺旋的雙鏈解開，這個過程叫解旋，此時互補堿基對之間氫鍵斷裂。然后，以解開的每一段母鏈為模板，以周圍環境中游離的四種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，在DNA聚合酶的作用下，各自合成與母鏈互補的一段子鏈，在此過程中，涉及到互補堿基對之間氫鍵的形成。隨著解旋過程的進行，新合成的子鏈也不斷地延伸，同時，每條子鏈與其模板母鏈盤繞成雙螺旋結構，從而各形成一個新的DNA分子。綜上分析，A、B、C均錯誤，D正確。
4. B 解析：本題考查DNA的結構和復制，難度中等。DNA的基本單位為脫氧核苷酸，所以每個DNA分子一般都含有四種脫氧核苷酸，A正確；DNA分子中兩個脫氧核苷酸之間通過磷酸與脫氧核糖之間形成的磷酸二酯鍵，但是DNA分子左鏈的末端和右鏈的首端只連著一個磷酸，其余脫氧核糖鏈接兩個磷酸，B錯誤；DNA存在于細胞核、線粒體和葉綠體，故DNA復制不僅發生于細胞核中，也發生在線粒體和葉綠體中，C正確；DNA分子復制過程中，DNA聚合酶可以催化形成磷酸二酯鍵，D正確。
5. B 解析：本題考查DNA復制的特點，難度中等。解旋酶促使DNA的兩條互補鏈分離，為復制提供模板，A錯誤；游離的脫氧核苷酸與母鏈進行堿基互補配對確保準確無誤地進行復制，B正確；在DNA聚合酶的作用下，配對的脫氧核苷酸之間連接成與母鏈互補
6. C 解析：本題考查與DNA復制相關的計算，難度較大。DNA復制方式是半保留復制，根據題意，被15N標記的DNA分子中，含有堿基5000對，A+T占堿基總數的34%，則A=T=1700個，G=C=3300個；若該DNA分子在含14N的培養基中連續復制2次，則產生的4個DNA分子中，只有2個DNA分子含有15N標記。15N存在于DNA的含氮堿基中，脫氧核糖不含N，A錯誤；由題意可知，該15N標記的DNA分子在14N的培養基中連續復制2次，形成的4個DNA分子中，有2個DNA含有15N，即占1/2，B錯誤；根據題意知，G=C=3300個，該DNA分子復制2次，增加3個DNA分子，需要的游離的胞嘧啶脫氧核苷酸是3300×3=9900，C正確；復制過程中首先需要解旋酶斷開堿基之間的氫鍵，D錯誤。
7. D 解析：本題考查與DNA復制相關的計算，難度較大。子代DNA分子共有8個，其中2個DNA分子含有14N，A錯誤；因本實驗是對DNA單鏈進行的離心分析，若DNA進行的是全保留復制，也會得到上述結果，故用該試驗探究DNA的半保留復制方式不夠嚴謹，B錯誤；解開DNA雙螺旋的實質是破壞兩條單鏈之間的氫鍵，C錯誤；得到的8個DNA分子中，有2個為14N-15N，6個為15N-15N，故若直接將子代DNA分子進行密度梯度離心，則相應的條帶含量比為1：3，D正確。
8. B 解析：本題考查與DNA復制相關的計算，難度較大。根據以上分析可知，DNA中A=T═2000，C=G=3000，A、T堿基對之間的氫鍵有2個，C、G堿基對之間的氫鍵有3個，因此該DNA分子中含有氫鍵的數目為2000×2+3000×3=1. 3×104（個），A正確；復制過程需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數為3000×（23－1）=2. 1×104（個），B錯誤；由題意知被32P標記的DNA單鏈有2條，含有31P的單鏈是2×8－2=14（條），因此子代DNA分子中含32P的單鏈與含31P的單鏈之比為1∶7，C正確；子代DNA分子中含32P的DNA分子有2個，只含31P的分子數是6個，二者之比是1∶3，D正確。
9.（1）②一條鏈來自親代DNA分子，另一條鏈是新形成的 ③每條鏈中一些片段是母鏈而另一些則是子鏈片段
（2）①一條重帶（15N/15N） 半保留復制和分散復制 ②中等密度帶 全保留復制 半保留復制或分散復制 ③中等密度帶 輕密度帶 分散復制 半保留復制
④中等和輕 半保留復制 分散復制
解析：本題考查與DNA復制方式相關的實驗探究，難度較大。
（1）②如果是半保留復制，則以親代DNA的兩條鏈分別為模板，新形成的兩個DNA分子，各有一條鏈來自親代DNA分子，另一條鏈是新形成的。③如果是分散復制，根據題意和圖示分析，新形成的DNA分子中每條鏈中一些片段是母鏈而另一些則是子鏈片段。
（2）實驗預測：①如果與對照（14N/14N）相比，子代Ⅰ能分辨出兩條DNA帶，即一條輕帶（14N/14N）和一條重帶（15N/15N），說明是全保留復制，而不可能是半保留復制和分散復制。②如果子代Ⅰ只有一條中等密度帶，則不可能是全保留復制，可能是半保留復制或者分散復制。③如果子代Ⅰ只有一條中等密度帶，再繼續做子代ⅡDNA密度鑒定，若子代Ⅱ可以分出中等密度帶和輕密度帶，說明是半保留復制，而不是分散復制。④如果子代Ⅱ不能分出中等和輕密度兩條帶，說明是分散復制，而不是半保留復制。
10. （1）堿基對排列順序的多樣性　反向平行　互補 （2）TACGGTA　1.25
（3）原料、能量　邊解旋邊復制 （4）獨特的雙螺旋結構　堿基互補配對原則
解析：本題考查DNA的結構與DNA的復制，難度中等。
（1）在DNA的雙螺旋結構中，沃森和克里克用堿基對排列順序的多樣性解釋DNA分子的多樣性，因為在不同的DNA中由磷酸和脫氧核糖形成的基本骨架是一樣的。從主鏈上看，兩條單鏈的方向是反向平行的，從堿基上看，兩條單鏈互補。
（2）根據堿基互補配對原則，一條單鏈的堿基組成是ATGCCAT，則與它互補的另一條鏈的堿基組成是TACGGTA，DNA的一條鏈中（A＋G）/（T＋C）＝0.8，另條鏈中該比值為另一條鏈的倒數，比例為1.25。
（3）DNA的復制需要模板、酶、原料、能量等，從圖中可以看出DNA的復制具有邊解旋邊復制的特點。
（4）DNA分子的獨特雙螺旋結構為復制提供了精確的模板，通過堿基互補配對原則保證了復制能夠準確進行。

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