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文檔簡(jiǎn)介
1、第八節(jié) 菌種的衰退、復(fù)壯和保藏性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求,否則生產(chǎn)或科研都無(wú)法正常進(jìn)行。影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素:a)變異; b)污染;c) 死亡.一、菌種的衰退(degenration)1. 衰退的表現(xiàn) 1)原有形態(tài)形狀變得不典型; 2)生長(zhǎng)速度變慢; 3)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力下降; 4)致病菌對(duì)宿主侵襲力下降;5)對(duì)外界不良環(huán)境的抵抗力下降。2. 衰退的原因1) 根本原因在于基因自發(fā)突變;2) 傳代次數(shù)的影響,使負(fù)突變株的比例逐漸占了優(yōu)勢(shì);3) 與培養(yǎng)條件有關(guān)。衰退是發(fā)生在微生物細(xì)胞群體中的一個(gè)由量變到質(zhì)變的逐步演變的過(guò)程。二、衰退的防止與復(fù)壯(一)防止衰退的措施p2281
2、. 減少傳代次數(shù);2. 創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件;3. 利用不易衰退的細(xì)胞傳代4. 采用有效的菌種保藏方法;(二)菌種的復(fù)壯(rejuvenation)1. 從衰退的菌種群體中把少數(shù)個(gè)體再找出來(lái),重新獲得具有 原有典型性狀的菌種(狹義復(fù)壯,消極措施)。a)純種分離;b)通過(guò)寄主體進(jìn)行復(fù)壯;2. 有意識(shí)地利用微生物會(huì)發(fā)生自發(fā)突變的特性,在日常的菌種維護(hù)工作中不斷篩選“正變”個(gè)體(廣義復(fù)壯,積極措施) 。純種的分離方法平板劃線(xiàn)分離法菌落純平板涂布分離法平板傾注分離法用“分離小室”進(jìn)行單細(xì)胞分離細(xì)胞純顯微操縱器進(jìn)行單細(xì)胞分離菌絲尖端切割法進(jìn)行單細(xì)胞分離三、菌種保藏基本要求:在一定時(shí)間內(nèi)使菌種不死、不變、不
3、亂培養(yǎng)基傳代培養(yǎng)斜面、平板干燥沙土管、冷凍真空干燥液氮、低溫冰箱冷凍基本方法:寄主傳代培養(yǎng)生活態(tài)休眠態(tài)1. 原理人為地創(chuàng)造有利于微生物長(zhǎng)期休眠的條件,主要是低溫、干燥、缺氧。2. 保藏方法7種常用方法(p244表7-13)(1) 斜面冰箱保藏法(2) 半固體冰箱保藏法(3) 石蠟油封藏法(4) 甘油懸液保藏法(5) 沙土管保藏法(6) 冷凍干燥保藏法(7) 液氮保藏法ATCC采用的菌種保藏法:( American Type Culture Collection ,美國(guó)典型菌種保藏中心)冷凍干燥保藏法液氮保藏法CCCCM采用的菌種保藏法:( China Committee for Culture
4、 Collections of Microorganism,中國(guó)微生物菌種保藏委員會(huì))斜面?zhèn)鞔ɡ鋬龈稍锉2胤ㄒ旱2胤ㄓ捎谖⑸锏亩鄻有?,不同的微生物往往?duì)不同的保藏方法有不同的適應(yīng)性,迄今為止尚沒(méi)有一種方法能被證明對(duì)所有的微生物均適宜。因此,在具體選擇保藏方法時(shí)必須對(duì)被保藏菌株的特性、保藏物的使用特點(diǎn)及現(xiàn)有條件等進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于一些比較重要的微生物菌株,則要盡可能多的采用各種不同的手段進(jìn)行保藏,以免因某種方法的失敗而導(dǎo)致菌種的喪失。本章重點(diǎn)一、了解證明核酸是遺傳變異物質(zhì)基礎(chǔ)的3個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)比較:基因型與表型,變異與飾變質(zhì)粒的概念,特點(diǎn)及主要類(lèi)型。二、基因突變和誘變育種1. 基因突變的類(lèi)型2
5、. 基因突變的規(guī)律3. 了解常用誘變劑及其誘變機(jī)制4. 艾姆氏法檢測(cè)致癌劑的理論依據(jù)、方法和優(yōu)點(diǎn)5. 了解誘變育種的主要環(huán)節(jié)及常用的初篩方法; 掌握UV誘變育種的操作程序及注意事項(xiàng)。6. 篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的主要步驟和方法, 淘汰野生型的方法7. 抗生素高產(chǎn)突變株及抗性突變株的篩選方法。8. 名詞:營(yíng)養(yǎng)缺陷型,野生型,原養(yǎng)型,基本培養(yǎng)基, 完全培養(yǎng)基,補(bǔ)充培養(yǎng)基,點(diǎn)突變,轉(zhuǎn)換, 顛換,移碼突變,染色體畸變,活作用三、基因重組與雜交育種1. 了解原核生物和真核微生物基因重組的方式。名詞概念:轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)染,轉(zhuǎn)導(dǎo),普遍轉(zhuǎn)導(dǎo),局限轉(zhuǎn)導(dǎo),低頻轉(zhuǎn)導(dǎo),高頻轉(zhuǎn)導(dǎo),雙重溶源菌,接合,性導(dǎo),Hfr菌株, 溶源轉(zhuǎn)變
6、。比較: 轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)染,轉(zhuǎn)導(dǎo)與性導(dǎo),轉(zhuǎn)導(dǎo)與溶源轉(zhuǎn)變, 普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限轉(zhuǎn)導(dǎo),LFT與HFT有性生殖與準(zhǔn)性生殖,轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合和原生融合2. E. coli F+、F-、Hfr和F菌株的異同及相互間關(guān)系。3. 原生融合的基本操作及優(yōu)點(diǎn)。4. 釀酒酵母有性雜交的育種程序。四、基因工程名詞,基本操作五、菌種的衰退、復(fù)壯與保藏1. 菌種衰退的表現(xiàn)、原因與防止措施。2. 菌種保藏的原理與常用的保藏方法。ATCC 和CCCCM采用的菌種保藏法。第九章微生物的生態(tài)生態(tài)學(xué):研究生物及其環(huán)境條件間相互作用規(guī)律的科學(xué) 。根據(jù)生態(tài)學(xué)的研究對(duì)象和采用的研究方法不同, 生態(tài)學(xué)的分類(lèi)不同。微生物生態(tài)學(xué):在一定意義上也可以稱(chēng)
7、為環(huán)境微生物學(xué),是研究微生物群體與其環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用及其功能表達(dá)規(guī)律的科學(xué) 。微生物生態(tài)學(xué)研究的主要三個(gè)目的:闡明自然界中微生物的生物多樣性和微生物群落中不 同群體之間相互作用的關(guān)系;測(cè)定自然界中微生物的活動(dòng)并監(jiān)測(cè)它們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的 影響;充分挖掘特殊生態(tài)環(huán)境中有益微生物,使其更好地為 人類(lèi)服務(wù)。微生物生態(tài)系統(tǒng):微生物與其周?chē)沫h(huán)境(包括動(dòng)植物)組成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的開(kāi)放系統(tǒng)。在自然界的任何生境中,微生物之 間、微生物與其它生物之間、微生物與環(huán)境之間彼此影響、 相互依存構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)關(guān)系 。本章內(nèi)容第一節(jié) 自然界中的微生物第二節(jié) 微生物生態(tài)學(xué)的研究方法第三節(jié) 微生物活性的測(cè)定方法第四
8、節(jié) 微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用第五節(jié) 微生物之間的關(guān)系第六節(jié) 微生物與環(huán)境治理第七節(jié) 瘤胃微生物生態(tài)系統(tǒng)第八節(jié) 產(chǎn)甲烷作用和互養(yǎng)共棲一、 土壤中的微生物土壤是微生物生長(zhǎng)繁殖的天然培養(yǎng)基 ,是人類(lèi)最豐富的“菌種資源庫(kù)”。不同類(lèi)型的土壤、同一類(lèi)型土壤的不同深度或不同水平 位置,微生物種類(lèi)和數(shù)量變化很大。由于表土層土壤比較干燥,且接受大量紫外線(xiàn)照射,所以微生物主要分布在營(yíng)養(yǎng)條件良好、氧氣含量比較豐富的淺土層第一節(jié)自然界中的微生物每克耕作層土壤含菌量十倍遞減細(xì)菌(108)放線(xiàn)菌(107,孢子)霉菌(106,孢子)酵母菌(105)藻類(lèi)(104)原生動(dòng)物(103)很異常的形態(tài)(例如柄細(xì)菌);二、水體中
9、的微生物1. 淡水微生物游水中的微生物多,并且有很多對(duì)健康不宜作為飲用水源;凈化作用:苛刻,因此在一般的水中只能存活23天作用而被殺滅;水底;5)水體自身存在自我1)數(shù)量和種類(lèi)與接觸的土壤有密切關(guān)系;2)吸附于懸浮在水中的有機(jī)物上及水底;3)多能運(yùn)動(dòng),有些具有4)靠近城市或城市下不利的細(xì)菌,因此水中的病原微生物會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生重要影響a)致病菌一般對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求b)水表微生物會(huì)受輻射等c)原生動(dòng)物等的吞噬作用d)由固形物吸附再沉積飲用水的微生物指標(biāo):;總菌數(shù): 100個(gè)/ml大腸桿菌: 3 個(gè)/L到在光線(xiàn)充足的沿岸帶、湖水帶分布著大量光 合藻類(lèi)和好氧微生物(假單胞菌、嗜纖維菌、柄細(xì)菌、生絲微菌等)深水
10、帶,光線(xiàn)少、溶解氧低,可見(jiàn)紫色和綠色硫細(xì)菌及其他兼性厭氧菌。湖底區(qū)分布著大量厭氧微生物,主要有脫硫弧菌、甲烷菌、梭菌等。水體的污染富營(yíng)養(yǎng)化和“水花”、“赤潮”水體大量的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物,特別是磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮化合物水的富營(yíng)養(yǎng)化藻類(lèi)等過(guò)量生長(zhǎng),產(chǎn)生大量的有機(jī)物異養(yǎng)微生物氧化這些有機(jī)物,耗盡水中的氧, 使厭氧菌開(kāi)始大量生長(zhǎng)和代謝分解含硫化合物,產(chǎn)生H2S,從而導(dǎo)致水有難聞的氣味,魚(yú)和好氧微生物大量死亡,水體出現(xiàn)大量沉淀物和異常顏色上述過(guò)程又稱(chēng)富營(yíng)養(yǎng)化作用,它是水體受到污染并使水體自身的正常生態(tài)失去平衡的結(jié)果?!八ā被颉八A”(water bloom):藻類(lèi)(主要是微藻)的大量繁殖使水體(淡水水體)出
11、現(xiàn)顏色, 并變得渾濁,許多藻類(lèi)團(tuán)塊漂浮在水面上形成。 赤潮或(red tides):在海洋中,某些甲藻類(lèi)大量繁殖也可形成水花,從而使 海水出現(xiàn)紅色或褐色。引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的藻類(lèi)除通過(guò)消耗水中的氧氣養(yǎng)殖業(yè)外,很多藻類(lèi)還能產(chǎn)生各種毒素,使動(dòng)物得病或死亡,因此由于富營(yíng)養(yǎng)化作用致死的魚(yú)等水產(chǎn)品不能食用嚴(yán)重人污類(lèi)染健的康水會(huì)通過(guò)食物鏈的生物放大作用2. 海水微生物1)嗜鹽,真正的海洋細(xì)菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長(zhǎng)的;2)低溫生長(zhǎng),除了在熱帶海水表面外,在其它海水中發(fā)現(xiàn)的 細(xì)菌多為嗜冷菌; 3)大多數(shù)海洋細(xì)菌為革蘭氏細(xì)菌,并具有運(yùn)動(dòng)能力;4)耐高壓(特別是生活在深海的細(xì)菌)。三、 空氣中的微生物1)無(wú)
12、原生的微生物區(qū)系;2)來(lái)源于土壤、水體及人類(lèi)的生產(chǎn)、生活活動(dòng);3) 種類(lèi)主要為真菌和細(xì)菌,一般與其所在環(huán)境的微生物種類(lèi)有關(guān);4)數(shù)量取決于所處的環(huán)境和塵埃數(shù)量;5)停留時(shí)間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān);6)與人類(lèi)的關(guān)系:傳播疾?。辉斐墒称返鹊奈廴?;微生物學(xué)的基本技術(shù):無(wú)菌操作技術(shù)四、 生物體內(nèi)外的正常菌群1. 人體的正常微生物區(qū)系正常人體的皮膚、黏膜及腸道等部位,存在大量的、種類(lèi)穩(wěn)定 的微生物,稱(chēng)為人體正常菌群。皮膚表面:微球菌、鏈球菌、葡萄球菌和霉菌;腸道:大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、變形桿菌、糞鏈球菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、乳酸桿菌(厭氧菌占絕大多數(shù))正常菌群與人體保持平衡狀態(tài),菌群內(nèi)部的各
13、種微生物之間 相互制約,相對(duì)穩(wěn)定。正常情況下,正常菌群與人體間是一種互生關(guān)系正常菌群通過(guò)腸道獲取營(yíng)養(yǎng);正常菌群通過(guò)排阻、抑制外來(lái)致病菌; 能合成許多人體必需的維生素、氨基酸;環(huán)境條件改變或著生部位改變:正常菌群致病菌t虛弱抵抗力下降;t 吃了凈的食物; 腸道中的正常菌群,大腸桿菌,一旦進(jìn)入泌尿系統(tǒng),引起感染人體表面的正常菌群,一旦它們進(jìn)入傷口也會(huì)引起感染。條件致病菌:人體的正常微生物菌群一旦進(jìn)入非正常聚居部位, 或生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起人類(lèi)疾病的微生物。可通過(guò)口服某些活的微生物制劑來(lái)治療由于正常菌群失調(diào)而導(dǎo)致的腹瀉。 含蠟狀芽孢桿菌(B.cereus)的“促菌生”, 含地衣芽孢桿菌的“整腸生”
14、、 枯草芽孢桿菌和腸球菌的“媽咪愛(ài)”、它們都是通過(guò)芽孢桿菌的生長(zhǎng),為腸道重新創(chuàng)造良好的厭氧 環(huán)境,促使腸道內(nèi)正常的厭氧菌的生長(zhǎng)繁殖。含雙歧桿菌和乳酸菌的“金三歧”、“培菲康”、“麗珠腸 樂(lè)”是通過(guò)乳酸菌產(chǎn)生乳酸來(lái)降低腸道pH而抑制菌的生長(zhǎng)。這類(lèi)活的微生物制劑又稱(chēng)為微生態(tài)制劑微生態(tài)制劑一般用于恢復(fù)腸道內(nèi)的正常生態(tài)環(huán)境,若腸道功能正常,一般不需要服用!2. 無(wú)菌動(dòng)物與悉生動(dòng)物無(wú)菌動(dòng)物:在其體內(nèi)外不存在任何正常菌群的動(dòng)物。悉生生物:人為地接種上某種或某些已知純種微生物 的無(wú)菌動(dòng)物(或植物)。用于科學(xué)研究:干擾因素少,操作易控制,既可進(jìn)行定性分析,也可進(jìn)行定量分析, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠,對(duì)于了解微生物
15、與宿主之間復(fù)雜的關(guān)系及其機(jī)理具有十分重要的作用。五、 工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物1. 工業(yè)產(chǎn)品大量工業(yè)制品都是直接或間接用動(dòng)植物作原料來(lái)制造的纖維制品、木制品、革制品、橡膠制品、油漆、卷煙、化妝品等有些工業(yè)產(chǎn)品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用光學(xué)儀器上的鏡頭,建筑泥漿、鋼纜、地下管道、金屬材料等, 各種電訊器材、文物、書(shū)畫(huà)等也可被多種特殊微生物所破壞。微生物在各類(lèi)工業(yè)產(chǎn)品上的生長(zhǎng)所造成的產(chǎn)品的霉腐給人類(lèi)造成了巨大的損失!而另一方面,也想開(kāi)發(fā)并推廣使用可被微生物降解的產(chǎn)品,或利用微生物的降解特性。-生物可降解塑料-開(kāi)發(fā)、利用纖維素(能源、飼料)-苧麻脫膠2. 食品、農(nóng)副產(chǎn)品不利影響:由于
16、微生物的生長(zhǎng)繁殖而腐爛、變質(zhì),不能再食用或使用;病原微生物進(jìn)入人體的重要途徑,引起傳染性疾?。缓芏辔⑸镌谑称?、農(nóng)產(chǎn)品上生長(zhǎng)后會(huì)產(chǎn)生對(duì)人有害的毒素;肉毒毒素、黃曲霉素等有利影響:利用特定的微生物制備風(fēng)味食品,如醬制品、米酒、腌酸菜等;可采用多種方法防止微生物對(duì)食品等的破壞五、環(huán)境下的微生物嗜熱微生物(thermophilles) 嗜冷微生物(psychrophiles) 嗜酸微生物(acidophiles) 嗜堿微生物(alkslinophiles)嗜鹽微生物(halophile) 嗜壓微生物(barophiles)研究意義: 開(kāi)發(fā)利用新的微生物資源,包括特異性的基因資源; 為微生物生理、遺傳
17、和分類(lèi)乃至生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科許多 領(lǐng)域,如:功能基因組學(xué)、生物電子器材等的研究提供新的 課題和材料; 為生物進(jìn)化、生命起源的研究提供新的材料。第二節(jié) 微生物生態(tài)學(xué)的研究方法一、微生物生態(tài)研究中的傳統(tǒng)方法 1樣品的采集、富集培養(yǎng)和微生物純培養(yǎng)分離 土壤和污泥樣品采集 水體樣品的采集 空氣樣品的采集 生物體上微生物樣品的采集 采集樣品的處理(數(shù)量測(cè)定,或富集培養(yǎng),純種分離) 2最大或然值法 將樣品用無(wú)菌生理鹽水進(jìn)行系列稀釋?zhuān)∫欢ㄏ♂尪鹊南♂屢航臃N于液體培養(yǎng)基中,培養(yǎng)一定時(shí)間后,觀察各稀釋度的生長(zhǎng)情況,以統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法求出樣品中微生物的數(shù)量 3活菌計(jì)數(shù)法 即平板活菌計(jì)數(shù). 該法測(cè)定的是樣品中所含的限
18、時(shí)可培養(yǎng)的活的微生物數(shù)量,對(duì)于那些不可培養(yǎng)的微生物,將不可能統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。 對(duì)于非培養(yǎng)態(tài)微生物的多樣性和分布的研究,可采用直接顯微染色觀察、16SrDNA分子探針?lè)治龌騊CR對(duì)特定基因的擴(kuò)增等方法生態(tài)學(xué)研究中的原位觀察顯微鏡觀察法啶橙可以摻入DNA和RNA分子中,二、微生物 1. 激光聚焦 2. 染色法 熒光染料吖使土壤中的活細(xì)胞原位著色表面有特異的抗原成分,利用熒光標(biāo)體,可以定量地估計(jì)自然生境中單一單一菌株的數(shù)量和分布擬技術(shù)微生境模擬術(shù) 微生物細(xì)胞記的特異抗菌群甚至是 3. 微生境模 實(shí)驗(yàn)室中的 原位培養(yǎng)技三、微生物生態(tài)學(xué)中的分子生物學(xué)方法 1. 核酸探針技術(shù) 2. PCR特異性擴(kuò)增技術(shù)第三節(jié)
19、微生物活性的測(cè)定方法微生物活性的測(cè)定就是對(duì)微生物群落中各種群生態(tài)作用的大體估計(jì) ,幾種代謝相關(guān)群體的活性可以通過(guò)測(cè)量單一類(lèi)型的代謝活動(dòng)來(lái)評(píng)價(jià)。 一、特殊酶活性的測(cè)定 二、脫氫酶活性的測(cè)定 三、微生物呼吸率的測(cè)定 四、放射性同位素測(cè)定 五、微電極第四節(jié)微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用生態(tài)系統(tǒng):物質(zhì)循環(huán)生物群落所生活的非生物環(huán)境能量流動(dòng)生物按其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用,可劃分為3大類(lèi)群:生產(chǎn)者:從無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物;消費(fèi)者:利用有機(jī)物進(jìn)行生活,一般不能將有機(jī)物直接 分解成無(wú)機(jī)物;分解者:分解有機(jī)物成無(wú)機(jī)物;生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化:地球起源化學(xué)進(jìn)化原始物質(zhì)生物進(jìn)化原始生命(只有分解者,單級(jí)生態(tài)系統(tǒng))雙級(jí)生態(tài)系統(tǒng)(分解
20、者,生產(chǎn)者)三級(jí)生態(tài)系統(tǒng)(分解者,生產(chǎn)者,消費(fèi)者)微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位:1、微生物是有機(jī)物的主要分解者;微生物最大的價(jià)值也在于其分解功能2、微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員;。它們分解生物圈內(nèi)存在的動(dòng)物和植物殘?bào)w等復(fù)雜有機(jī)物質(zhì),并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物,再供初級(jí)生產(chǎn)者使用。微生物參與所有的物質(zhì)循環(huán),大部分元3、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者;素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物質(zhì)的循環(huán)中,微生物是主要的成員,起主要作用;而一些過(guò)程只有微生物才能進(jìn)行,起獨(dú)特作用;而 有的是循環(huán)中的關(guān)鍵過(guò)程,起關(guān)鍵作用。光能營(yíng)養(yǎng)和化能營(yíng)養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者,它們具有初級(jí)生產(chǎn)者所具有的二個(gè)明顯特4、微生物是物質(zhì)和能量的貯存者;征,即可直接利用太陽(yáng)能、無(wú)機(jī)物的化學(xué)能作為能量來(lái)源,另一方面其積累下來(lái)的能量又可以在食物鏈、食物網(wǎng)中流動(dòng)。微生物和動(dòng)物、植物一樣也是由物質(zhì)組成和由能量維持的生命有機(jī)體。在土壤、水體中有大量的微5、微生物在地球生物演化中的作用;生物生物量,貯存著大量的物質(zhì)和能量。微生物是最早出現(xiàn)的生物體,并進(jìn)化成后來(lái)的動(dòng)、植物。藻類(lèi) 的產(chǎn)氧作用及其它細(xì)菌的固氮作用,改變大氣圈中的化學(xué)組成, 提供可利用的氮為后來(lái)動(dòng)、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。一、 碳素循環(huán)微生物的作用: CO2的固定(光合作用)CO2的再生(分解作用)微生物是自然界有機(jī)物最重要的分解者地球上90%以上有機(jī)物
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