INDICE

6. Grafico y tabla de masas final

La fotosíntesis es un proceso en el que se genera alimento por medio de procesos químicos, para que esto se lleve a cabo en la planta, se necesita tener en consideración ciertos factores o parámetros para el buen funcionamiento de dicho proceso. Estos factores medio ambientales son propensos a cambiar con las épocas o más aun por la mano del hombre, y es eso precisamente lo que vamos a estudiar en este trabajo, como el cambio de una variable afecta en el proceso de crecimiento de un organismo fotoautótrofo.

En el caso de nuestro, utilizaremos el agua como principal variable, manipulándola en todo momento para poder estudiar a fondo que significa para las plantas el descontrol de una de sus variables fotoquímicas y más aun cuando son contaminadas en gran porcentaje.

El producto químico que hemos elegido corresponde en el mercado a un tipo de plaguicida utilizado en la agricultura.

Para esto montamos un experimento que incluye la siembra de semillas phaseolus vulgaris en un tipo de tierra que supuestamente es utilizado para la siembra y agregaremos sulfato de cobre (Cu SO4) al agua con la que alimentaremos a nuestras plantas por siete semanas. Comprobaremos verídica mente el funcionamiento y los efectos catastróficos que puede producir un químico si es mal administrado y podremos advertir anticipadamente, al momento de cultivar, lo que sucede con plaguicidas tan poderosos.

Esta investigación es llevada a cabo, ya que dentro de nuestras investigaciones esta explicita la gran productividad de esta especie, no solo dentro de chile si no que en toda Latinoamérica, es por eso que damos importancia al uso de plaguicidas, ya que en circunstancias catastróficas esto podría producir una baja en los niveles de alimentación en países de bajo nivel de ingreso percápita es por eso que:

Nuestro objetivo con este trabajo es, descubrir principalmente como afecta un producto químico específico diluido en agua en el crecimiento de un cierto tipo de planta, y como debería controlarse este producto en zonas agrícolas.

La vida en la tierra esta basada e el carbono y el intercambio de energía. Todas las criaturas vivientes están hechas de moléculas complejas construidas sobre la base del átomo de carbono, el cual es capaz de unirse fuertemente con otros átomos formando moléculas largas y complejas.

El carbono necesario para la construcción de estas moléculas proviene de varias fuentes. Los animales, como el ser humano, lo obtienen de la materia vegetal y animal que consumen; no obstante, la fuente primaria de carbono es el CO2 atmosférico.

La energía necesaria para convertir el carbono inorgánico en carbono orgánico es la energía lumínica, que es capturada por los organismos fotosintéticos, quienes la usan para formar carbohidratos y oxigeno libre a partir de dióxido de carbono y agua. Existe solo un proceso capaz de hacer esta transformación, la fotosíntesis.

La fotosíntesis es el proceso por el cual los vegetales, utilizando la energía de la luz solar, llevan a cabo una serie de reacciones químicas por las cuales se transforma el CO2 en azucares simples y además se libera O2. A continuación se puede observar la ecuación general de este proceso:

6 CO2 + 6 H2O+ luz! C6H12O6 + 6 O2

La fotosíntesis consta de dos fases estas son:

2.1.1 fase fotoquímica
En esta fase se produce la activación de la clorofila de ambos fotosistemas, que libera electrones:

• En el fotosistema II, los electrones excitados van activando secuencialmente a electrones de diferentes moléculas en la llamada cadena transportadora de electrones. Su energía  es usada para bombear protones de hidrógeno y sintetizar ATP,  a partir de un grupo fosfato y ADP, en una reacción llamada fotofosforilación. La energía de la luz produce,  además,  la descomposición (fotólisis) del agua, en oxígeno, protones y electrones. El oxígeno sale al exterior y los electrones son incorporados al fotosistema II, en reemplazo de los que salieron al inicio de las reacciones.

• En el fotosistema I, los electrones excitados también entran en una cadena transportadora y su energía es utilizada para sintetizar NADPH a partir de NADP+, protones provenientes del agua y los electrones cedidos por el fotosistema I.

• Cuando actúan ambos fotosistemas, se produce la llamada fotofosforilación no cíclica,  que genera ATP y NADPH. Si solo actúa el fotosistema I, el proceso se denomina fotofosforilación cíclica y se genera solamente ATP, sin liberación de oxígeno. Este último proceso es considerado una forma primitiva de la fotosíntesis, pero se suele producir de manera simultánea a la fotofosforilación no cíclica.

2.1.2 Ciclo de Calvin- Benson

Las reacciones de fijación del carbono en los organismos fotosintéticos fueron estudiadas inicialmente por Melvin Calvin y sus colaboradores en los laboratorios de Berkeley (California), lo que hizo a este científico acreedor del premio Nóbel, en 1961.
El ciclo de Calvin llamado también vía de los tres carbonos o C3-  porque el primer producto formado contiene tres carbonos-  ocurre en el estroma de los cloroplastos y genera, a partir de seis moléculas de dióxido de carbono, una molécula de glucosa.
La enzima que cataliza esta fijación del carbono es la RuBP carboxilasa, llamada comúnmente rubisco. Esta enzima también puede combinarse con oxígeno en un proceso llamado fotorrespiración,  que libera CO2 en lugar de fijarlo. Para evitar la fotorrespiración, ciertas plantas han desarrollado una vía previa al ciclo de Calvin,  llamada vía de los cuatro carbonos (o C4). Algunas plantas que usan la vía de los cuatro carbonos, como la caña de azúcar y el maíz, crecen en los trópicos y están adaptadas a mayores temperaturas.

Otra variante del ciclo de Calvin-Benson está representada  por la vía CAM (en español, metabolismo ácido de las crasuláceas). Este ciclo se diferencia del C4 en un producto intermedio de sus reacciones: un ácido que se acumula en la vacuola de la célula, desde donde es luego tomado para continuar el ciclo. Como parte de las características de este proceso, las estomas se abren de noche y se cierran de día, de forma inversa a las demás plantas. Esto reduce enormemente la pérdida de agua  en las plantas CAM, lo que las habilita para vivir en ambientes secos y calurosos. Los cactus y las plantas suculentas presentan la vía CAM.

2.2.1 Factores externos.

• Luz: La influencia luz depende de la longitud de onda (calidad) y cantidad.

• Longitud de onda: Los fotosistemas que captan la energía luminosa, lo pueden hacer a diferentes longitudes de onda. Sin embargo, si se ilumina una planta con una longitud de onda superior a los 680nm el fotosistema II no actúa. Longitudes de onda entre 280 y 315nm conocida como luz ultravioleta pueden entorpecer la capacidad fotosintética y el crecimiento de las plantas, la cuales se ven enfrentadas por el aumento de la luz ultravioleta a causa de contaminantes humanos que afectan la capa de ozono.

• Cantidad de luz: Las plantas que reciben menos luz, por ejemplo, las que se encuentran a la sombra, realizan con menor eficiencia la fotosíntesis. Sin embargo, cuando la intensidad de luz es excesiva, se detiene el proceso fotosintético.

• Concentración de dióxido de carbono: El CO2 es la molécula utilizada para producir distintas sustancias orgánicas. La falta de el disminuye la productividad y en exceso el proceso se satura (porque depende de enzimas).

Si la intensidad ruinosa es suficiente y constante al aumentar la cantidad de CO2 aumenta el rendimiento fotosintético, hasta que se alcanza un valor máximo. El CO2 también presenta fluctuaciones diarias y estacionarias; por ejemplo, aumenta durante la noche, cundo aumenta la respiración, en cambio durante el día las plantas retiran CO2 del aire y su concentración diminuye considerablemente. Durante la estación de crecimiento la concentración atmosférica de CO2 también se reduce.

• Temperatura: Las plantas poseen una temperatura optima para realizar la fotosíntesis, mas allá de la cual la cual la tasa fotosintética disminuye, el aumento de la temperatura produce una aumento del rendimiento de la fotosíntesis debido al incremento de la actividad de las enzimas, que es máxima, a un determinado valor de temperatura, pero sobrepasado este valor la actividad enzimática disminuye, y con ello, el rendimiento fotosintético. La temperatura el igual que la humedad y la luz, es un factor ambiental muy variable, de hecho varia a lo lago del año, por lo que existen platas que pueden realiza fotosíntesis adaptadas a distintas temperaturas.

Corresponden principalmente a la estructura de la hoja, por ejemplo se incluye el grosor de la cutícula y/o de la epidermis, numero de estomas y los espacios de las células del mesófilo. Estos factores influyen directamente en la difusión del CO2 u O2, así como el la perdida de agua.

• Estomas: La difusión de los gases incluido el vapor de agua, hacia el interior y el exterior de la hoja es regulada por los estomas. Los estomas se abren o se cierran con la acción de células oclusivas (o guarda), debido a cambios en la turgencia, de estas células.

• Cuando el clima es excesivamente seco, los estomas se cierran para evitar la perdida de agua, lo que dificulta el paso de agua y el CO2 con la consiguiente disminución de la actividad fotosintética provocando que la hoja se seque y caiga, llegando incluso a matar la planta. Una planta está formada principalmente por agua. Desde un 80% en las hojas y raíces, hasta un 50% en otras partes como el tronco. Pero el agua no está en forma estática, sino que circula por el interior de la planta.

El agua circulante cumple tres finalidades:

• Refrigeración de las hojas: Cada gramo de agua, para pasar de estado líquido a vapor, necesita absorber, de una vez,  540 calorías de las hojas, con lo que éstas se enfrían.

• Transporte interno de nutrientes captados en las raíces. Los elementos, Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Potasio (K) más otros como el Hierro (Fe), viajan disueltos en el agua que proviene de las raíces y llegan a todas las partes vivas de la planta. Los productos creados en la fotosíntesis también circulan disueltos en agua en el interior de la planta.

• En la fotosíntesis: el agua es imprescindible, como se verá más adelante. La cantidad de agua que interviene en la fotosíntesis viene a ser del orden del 2% del total utilizado, el resto se usa para refrigeración (transpiración).

• Especie “phaseolus vulgaris”.

Los fríjoles, porotos, fréjoles, fríjoles, alubias, habas, judías, caraotas o habichuelas son las semillas comestibles de Phaseolus vulgaris (de la familia Fabaceae). Es una planta anual originaria de Mesoamérica y Sudamérica que se cultiva en todo el mundo en sus diferentes variedades.

Existen numerosas variedades y de ellas se consumen tanto las vainas verdes (judía verde) como los granos secos.

2.4.1 descripción.

Es una planta herbácea anual, trepadora o erecta. Sus hojas están compuestas por tres foliolos de forma ovalada o romboide, algunas veces cubiertos de vellosidades. Las plantas de hábito trepador tienen tallos volubles y zarcillos formados por la modificación de foliolos terminales. Tiene flores asimétricas de color blanco o púrpura y su fruto es una legumbre de color variable, con 3-12 semillas en su interior.

• reproducción

Por semillas. Según las preferencias de consumo se pueden elegir entre diferentes variedades, trepadoras o matas bajas, de crecimiento determinado o indeterminado.

• Requerimientos para su cultivo

Prefiere suelos sueltos y no calizos o pesados como los arcillosos y exposiciones soleadas. Dependiendo del clima, se plantan a mediados de la primavera o cuando ya no exista riesgo de heladas. Necesitan un aporte de abono mineral, sobre todo potasio y fósforo. En sus raíces existen nódulos formados por bacterias simbióticas del género Rhizobium, que les permiten fijar el nitrógeno atmosférico.

Son muy sensibles al frío, la excesiva humedad y los vientos. Pueden sufrir ataques fúngicos, como el mildiu o el oidio e insectiles, como la mosca blanca.

• Requerimientos climáticos: Un desarrollo vegetativo normal se logra cuando se presentan temperaturas medias mensuales de 16 a 25 grados Celsius, siendo la mínima media mensual óptima de 10 grados Celsius y la máxima media mensual optima de 28 grados Celsius. Las altas temperaturas, por encima de 35 grados Celsius y las muy bajas, menores a los 10 grados Celsius, son uno de los factores mas importantes que influyen negativamente en el cuajado de frutos. El umbral mínimo de temperatura que posibilita una rápida germinación esta alrededor de los 10 grados Celsius, mientras que el máximo es de 35 grados Celsius. De todos modos, y generalizando, se puede afirmar que las variedades de semilla mediana a grande (origen andino), rinden muy pobremente en lugares con temperaturas intermedias y logran muy buenos rendimientos en los sitios mas fríos. Por el contrario, el germoplasma de semillas pequeñas (origen mesoamericano), se comporta en forma antagónica.

• Requerimientos lumínicos: obviamente el papel principal de la luz esta relacionado con la fotosíntesis, pero también afecta a la fenologia y morfología de la planta, por medio de reacciones de fotoperiodo y elongaciones. Se puede decir que es un cultivo indiferente al fotoperido, aunque responde a días cortos y por lo cual los días largos causan demoras en la floración y la madurez.

• Requerimientos hídricos: (vease en especie y factor “agua”).

• Requerimientos edáficos: el poroto es un cultivo exigente que requiere suelos aptos para ala agricultura y de estos aquellos correspondientes a las clases superiores de clasificación de suelos por capacidad de uso, es decir, sin limitaciones o con limitaciones muy leves. Los suelos corresponden a esta categoría tienen las siguientes características:

• Son bien drenados, se encuentran en planos suavemente inclinados, con permeabilidad moderada.

• Las texturas son de tipo medio (franco limoso grueso, franco o franco arenoso). Estructura migajosa o granular, con buen contenido de materia orgánica, mayor porosidad, buena filtración y resistencia al “planchado” y compactación.

• Reacción moderadamente ácida a neutra (pH 5,5 a 7,2) preferentemente de moderadamente ácida a débilmente ácida (pH 5,5 6,6). Este tipo de reacción corresponde a un acto contenido de bases en el suelo (calcio, magnesio, sodio y potasio). Salinidad ausente (conductividad menor a 0,9mmhos/cm.) sodicidad ausente (saturación de sodio inferior 4%).

• especie y factor “agua”.

La disponibilidad hídrica es uno de los factores que mas condicionan el rendimiento. Se estima que más de 60% de los cultivos que se realizan en países en desarrollo sufren estrés por sequía.

El requerimiento óptimo de agua durante el cultivo oscila entre 350mm a 400mm distribuidos uniformemente. Como la mayoría de los cultivos, el poroto posee periodos críticos durante los cuales una deficiencia de agua causa un serio decrecimiento de la producción. La deficiencia hídrica más perjudicial es la ocurrida en las fases de floración y de llenado de grano. El estrés provoca bajo número de retención de flores y aborto de óvulos.

De todos modos a diferencias muy marcadas entre variedades en cuanto a resistencia a sequía.

El exceso de agua también es perjudicial, ya que ocasiona graves daños en la producción. Debido a la reducción de la difusión de gas en los suelos inundados, la presencia de O2 es casi nula, se acumula CO2 y etileno en la zona radical. Dentro de los dos días de producido el anegamiento se detiene el crecimiento de las hojas y la raíz, lo cual esta asociado directamente con una caída de la tasa respiratoria.

• HIPOTESIS.

• Debido a la gran contaminación del hombre en el suelo terrestre hemos decidido saber los efectos medio ambientales que causan las grandes mineras. Sabiendo que uno de los grandes contaminantes de los terrenos agrícolas es el sulfato de cobre (Cu SO4).

• Si sembramos los porotos y los regamos con distintas aguas (concentración de sulfato de cobre) las plantas crecerán de acuerdo a las distintas concentraciones que se encuentran, esto quiere decir que las plantaciones con mayor sulfato de cobre crecerán con mayor dificultad que la que no tenia sulfato de cobre

• Nosotros creemos que al aplicar sulfato de cobre al terreno solo va afectar su crecimiento y no va a ver una variación genética.

• GRAFICO EXPERIMENTAL

5. PROCEDIMIENTO

Para estudiar mejor el proceso de la fotosíntesis, hemos elegido el factor agua como variable de estudio, para ello decidimos contaminar el agua con sulfato de cobre.

Compramos los siguientes materiales:

• 500 grs. de porotos (coscorrón).

• 1Kg. de sulfato de cobre (Cu SO4).

• 40 bolsas-maceteros.

• 3 botellas de 5 litros.

Al llegar al terreno donde trabajamos dispusimos los maceteros en filas de 10. En promedio los maceteros pesaban 1.2Kg., en ellos fueron sembradas 3 unidades de poroto, el día de la siembra luego fueron masados todos los maceteros, los que fueron regados cada 24 horas (las horas fluctuaban entre las11:00 y las 13 hrs.) con la solución preparada a diferentes concentraciones, y un patrón que fue regado solo con agua potable. La primera solución era al 2%, y la segunda al 6% (todo esto en 1litro de agua). Las plantas fueron regadas por 4 semanas (a excepción de los sábados y domingos, para compensar el agua de estos días se le agregaba una porción extra de agua el día viernes).

En la segunda semana fueron replantadas las semillas y vueltas a masar (en las siguientes semanas también fueron masadas).

También en las dos semanas posteriores el patrón fue replantado varias veces.

6. GRAFICO Y TABLA DE MASAS FINAL

• OBSERVACIONES

• La solución preparada es de color celeste, la intensidad de este varia de acuerdo a la concentración del sulfato.

• Desde el momento de la siembra notamos que la tierra no era la adecuada, porque era dura ya que se encontraba cerca de una construcción

• Las macetas al ser de color negro absorbían mas calor y el agua se evaporaba más fácilmente.

• En las macetas que contenían agua sulfatada al 6 % se creo una capa de sal en la superficie de color celeste.

• En la segunda semana cuando las semillas fueron replantadas se noto que, en los dos tipos de concentración las semillas estaban de color celeste.

• En el momento de la replantación se encontraron gusanos.

• En la cuarta semana las plantas que fueron regadas con soluciones presentaban signos claros de deshidratación.

• En la quinta semana todas las plantas estaban secas.

8. DISCUSION

• Elegimos el sulfato de cobre (Cu SO4) porque este es usado como plaguicida en plantaciones, lo que significa que una aplicación excesiva de este compuesto contaminaría la tierra, es por eso que quisimos evaluar el daño neto causado.

• Sembramos en macetas de bolsas por el gasto económico que significaba, ya que nuestro proyecto no fue financiado por el colegio.

• Las semillas eran regadas en ese rango horario ya que era el momento en que había más iluminación para la planta.

• Las plantas por cuatro semanas porque fue en esa semana en que nos dimos cuenta que las plantas no habían sido capaces de lograr un crecimiento exitoso. Las plantas que fueron regadas con agua potable siguieron en este proceso hasta la sexta semana.

• Las plantas fueron replantadas dentro de las primeras semanas para remover la tierra ya que esta se endurecía rápidamente e impedía el buen crecimiento de estas.

• CONCLUSIONES

El sulfato de cobre es una sal, al juntar esta sal con agua se forma una solución, donde sus elementos no reaccionan entre si, sin embargo cuando aumentamos la temperatura esta se hace mas soluble que a menor temperatura, es decir, la solubilidad y la temperatura son directamente proporcionales.

El estrés salino se presenta cuando el suelo tiene una alta concentración de sal, lo que le impide a la planta absorber el agua que necesita para realizar fotosíntesis a través de osmosis.

El poroto común (Phaseolus vulgaris), con el cual experimentamos, varió su crecimiento agregándole una solución de agua y sulfato de cobre en distintas concentraciones, nos arrojo como resultado que, son muy sensibles al estrés salino lo que hace que la semilla no logre desarrollarse bien ni tampoco crezca como planta, además, tenemos que agregar que la tierra donde se sembró había estado expuesta a una construccion recientemente, esto quiere decir que sus niveles de sal ya eran altos debido a que el cemento con el cual se construye, también conocido como cemento Pórtland , consisten en una mezclas de silicato tricalcico (2CaO-SiO2), aluminato tricalcico (3CaO-Al2O3) y silicato dicálcico (2CaO-SiO2) en diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuesto de hierro y magnesio.

Además, una de las teorías que se nos presento para explicar el no crecimiento de las plantas fue la de la lixiviación, sin embargo llegamos a la conclusión de que este proceso no se daba, porque el sulfato de cobre es obtenido de un proceso de lixiviación que al mezclarse con el agua no forma un ácido, por lo tanto al estar en contacto con la tierra no se produce dicho proceso.

Otra de las observaciones que tuvimos fue el color que adquiría la tierra (se hacia mas celeste), esto se debió a que cuando la solución era aplicada entre las 11:00 y13:00 horas la temperatura del momento hacia que se evaporara rápidamente el solvente y que el soluto se quedara en tierra, también se agrega la condición de la baja de temperatura que se produce en la noche, esta a su vez hace que la solubilidad disminuya, por lo tanto el sulfato de cobre comienza cristalizarse de nuevo y el agua escurra hacia el fondo.

• GLOSARIO

• Lixiviación: Proceso de arrastre de coloides desde los horizontes superiores del suelo hacia los inferiores.

• Disolución o solución: Compuesto que resulta de disolver una sustancia en un líquido. La fase dispersa se llama soluto y el dispersante, solvente. Las disoluciones pueden ser sólidas (bronce), liquidas (agua salada), o gaseosas (aire)

• NADPH o NADP: también conocida como Nicotiamida-Adenina Dinucleotido fosfato, es una coenzima utilizada en la fase de fijación del dióxido de carbono de la fotosíntesis (ciclo de Calvin) que se encarga de reducir el CO2 a carbón orgánico (Es una coenzima y recibe hidrógenos para convertirse).

• Estomas: En botánica se denomina estoma a los pequeños poros de las plantas localizadas en la superficie de sus hojas. Constan de dos grandes células de guarda u oclusivas rodeadas de células acompañantes.

• Turgencia: En biología, turgencia o presión de turgencia determina el estado de rigidez de una célula, un vaso conductor o un capilar, el cual resulta de la presión que ejerce el contenido (de la célula o el vaso) contra la membrana o la pared celular. Las plantas dependen de la presión de turgencia para la elongación de sus células y por lo tanto para su crecimiento. Y usan la turgencia para regular la transpiración a través de la apertura y cierre de las células de los estomas.

• Fabaceae: (orden de las plantas) Árboles, arbustos y hierbas perennes o anuales.

• El mildiu: es una enfermedad de algunas plantas producidas por hongos de la familia de las peronosporáceas. También se le da este nombre al hongo que la produce.

• El Oidio: es el nombre de una enfermedad de las plantas y del hongo que la produce. Se trata de un hongo parásito de la familia de las erisifáceas, que ataca las partes aéreas de las plantas.

• fotosistemas: (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos) Los pigmentos presentes en los tilacoides de los cloroplastos se encuentran organizados en ellos.

• fotofosforilacion: o síntesis de ATP, puede ser aciclica o abierta o cíclica o cerrada

• Fotolisis: Se llama fotólisis a la disociación de moléculas orgánicas complejas por efecto de la luz. Es el proceso en el que se basa la fotosíntesis.

• Las crasuláceas: son una familia de dicotiledones extendida mundialmente pero mayoritariamente en el hemisferio norte y África meridional. Estas plantas almacenan agua en sus hojas Suculentas ya que su hábitat lo conforman típicamente zonas secas y calurosas, donde el agua es escasa

• fotoautotrofos: La biota del suelo incluye poca biomasa de productores primarios, pero existen formas especializadas de fotosintetizadores incluso en los suelos de costra y desérticos. Su presencia se limita a, como mucho, los primeros centímetros del suelo. Se trata sobre todo de cianobacterias, diatomeas, como Hanztschia, xantofilas, como Vaucheria o Botrydiopsis, y líquenes incrustantes.

• Glicófitas: plantas que son sensibles a la salinidad

11. BIBLIOGRAFIA

• http://www.umce.cl/~esalazar/ECdelaN8.pdf.

• http://www.mineduc.cl/doc_planesprog/4M05_Quimica.pdf.

• http://hidricos.obraspublicas.gov.ar/documentos/calidad/cobre.pdf.

• http://www.eez.csic.es/~olivares/ciencia/fijacion/fotosintesis.htm

• http://www.udec.cl/~lebravo/Ejercicios/Guias/practico7.doc.

• http://www.fitopatologiachile.cl/trabajos02/DOC/XIII.doc.

• http://www.puc.cl/agronomia/2_alumnos/ProyectosTitulos/pdf/EconomiaAgraria/IgnacioAndizzoniS.PDF.

• http://www.psu-unab.cl

• http://www.wikipedia.com (buscar: phaseolus vulgaris)

• libro Cepech, biología plan común, 2006

• libro Cepech química plan común, 2006

• libro santillana de biología 1º medio, año 2004

• libro Ville biología, séptima edición, año 1994

• Juan Percy Vega Martínez /ingeniero civil químico/ gerente general latinoamericano de Outokumpu.

12. ANEXOS

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