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醫(yī)學(xué)生物學(xué)
緒論第一節(jié)生物學(xué)的形成與發(fā)展一、生物學(xué)的概念:生物學(xué)(biology)是研究生命現(xiàn)象的本質(zhì),并探討生命發(fā)生、發(fā)展規(guī)律的一門(mén)生命科學(xué)。二、生物學(xué)的發(fā)展概況及趨勢(shì):(一)發(fā)展概況
1.古老的生物學(xué):(1)我國(guó)栽培白菜已有7000年歷史。(2)公元前5000年,人類(lèi)已掌握了水稻種植技術(shù);3000年開(kāi)始馴養(yǎng)家豬2700年流傳種桑養(yǎng)蠶、織布技術(shù)。(6)在西方,醫(yī)學(xué)之祖Hippocrates在古希臘時(shí)代就已經(jīng)闡述了疾病的發(fā)病原因,古羅馬的Galen對(duì)動(dòng)物內(nèi)部器官的大量解剖學(xué)研究,奠定了西方醫(yī)學(xué)發(fā)展的解剖學(xué)基礎(chǔ)。古希臘的Aristotle對(duì)動(dòng)植物也有廣泛研究,但他卻堅(jiān)持神創(chuàng)論,認(rèn)為是上帝創(chuàng)造了萬(wàn)物,嚴(yán)重阻礙了自然科學(xué)的發(fā)展。2.細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)及細(xì)胞學(xué)說(shuō)的提出:(1)1665年-英國(guó)-物理學(xué)家-胡克(RobertHooke)首次發(fā)現(xiàn)了軟木細(xì)胞(櫟樹(shù)皮-植物細(xì)胞死的細(xì)胞壁)。(2)1674年,荷蘭的布商列文虎克(AntonvanLeeuwenhoek)為了檢查布的質(zhì)量,親自磨制透鏡,裝配了高倍顯微鏡(300倍左右),并觀察到了血細(xì)胞、池塘水滴中的原生動(dòng)物、人類(lèi)和哺乳類(lèi)動(dòng)物的精子,人類(lèi)第一次觀察到了完整的活細(xì)胞。(3)1735年,瑞典植物學(xué)家Linnaeus對(duì)植物進(jìn)行了系統(tǒng)的分類(lèi),創(chuàng)立了生物分類(lèi)的等級(jí)和“雙名法”。(4)1838年,德國(guó)植物學(xué)家施來(lái)登(MathiasSchleiden)提出植物是由細(xì)胞構(gòu)成的,1839年,德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺(TheodorSchwann)提出:①地球上的生物都是由細(xì)胞構(gòu)成的;②所有的生活細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上都是類(lèi)似的,自此創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。(5)1855年,德國(guó)醫(yī)生和病理學(xué)家魏爾肖(RudolfVirchow)補(bǔ)充了細(xì)胞學(xué)說(shuō)的第三條原理:所有的細(xì)胞都是來(lái)自于已有細(xì)胞的分裂,即細(xì)胞來(lái)自于細(xì)胞。
(7)1865年孟德?tīng)柨偨Y(jié)了生物遺傳的基本規(guī)律,分離律、自由組合律,奠定了現(xiàn)代遺傳學(xué)基礎(chǔ)。3.分子水平的發(fā)展:(1)1944年細(xì)菌學(xué)家艾弗里以細(xì)菌為材料,首次證實(shí)了DNA是遺傳物質(zhì)。(3)1954年提出了生物信息傳遞的中心法則,揭示了生物體的分子結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。(4)1961年提出“乳糖操縱子模型”用于探討基因的調(diào)控。(5)1965年我國(guó)首次人工合成胰島素,打破了生命活性物質(zhì)只能在生物體內(nèi)合成的說(shuō)法。(6)1966年遺傳密碼被成功破譯,為基因工程發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。4.基因工程的發(fā)展:
(1)1973年,美國(guó)人Cohen開(kāi)創(chuàng)了體外重組DNA技術(shù),并成功的轉(zhuǎn)化于大腸桿菌。(2)1977年將人生長(zhǎng)激素抑制因子基因?qū)氪竽c桿菌中并成功表達(dá)。(9公斤細(xì)菌培養(yǎng)液獲得的激素含量相當(dāng)于從50萬(wàn)頭羊腦中提取的量)。(3)1997年英國(guó)科學(xué)家威爾莫特用羊的乳腺細(xì)胞,成功克隆出了“多莉”羊。
動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性A羊B羊去核卵細(xì)胞細(xì)胞的核乳腺上皮體外培養(yǎng)發(fā)育為胚胚C羊子宮多利威爾莫特與多莉
多莉羊(1997~2003)Wilmut我國(guó)第一頭體細(xì)胞克隆豬世界上首只克隆狗
(4)美國(guó)參議院于2002年4月18日通過(guò)一項(xiàng)決議,指定4月21——28日為“國(guó)家生物技術(shù)周”,以示國(guó)家對(duì)生物技術(shù)的重視。(5)2002年6月歐共體部長(zhǎng)會(huì)議批準(zhǔn)了160億美元的事物技術(shù)研究計(jì)劃,我國(guó)“十五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃中“生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化工程已列為十二項(xiàng)重大項(xiàng)目之一。5.人類(lèi)基因組計(jì)劃:
人類(lèi)基因組計(jì)劃(humangenomeproject,HGP)是由美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出,于1990年正式啟動(dòng)的。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本和我國(guó)科學(xué)家共同參與了這一價(jià)值達(dá)30億美元的人類(lèi)基因組計(jì)劃。這是一部“生命的天書(shū)”,蘊(yùn)藏著生命的秘密,決定人的生、老、病、死。2000年6月26日克林頓宣布人類(lèi)基因組草圖繪制完成6.三個(gè)階段(四個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)):(1)細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立——DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出1838-1953,經(jīng)歷了近一個(gè)世紀(jì)(2)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出——基因工程的發(fā)展及應(yīng)用1953-70年代,80年代(3)基因工程的發(fā)展及應(yīng)用——克隆動(dòng)物、人類(lèi)基因組計(jì)劃70年代,80年代-95年、97年(二)生物學(xué)發(fā)展的趨勢(shì):微觀方向:分子生物學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。宏觀方向:未來(lái)生態(tài)學(xué)的研究在深度和廣度上都將有很大發(fā)展。形成新的邊緣學(xué)科,面臨一個(gè)大綜合和大發(fā)展時(shí)期。主要體現(xiàn)如下:一、生長(zhǎng)和發(fā)育與醫(yī)學(xué)關(guān)系二、分化與醫(yī)學(xué)關(guān)系三、干細(xì)胞與醫(yī)學(xué)關(guān)系四、克隆技術(shù)與醫(yī)學(xué)關(guān)系五、基因組醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)關(guān)系六、生殖與醫(yī)學(xué)第三節(jié)學(xué)習(xí)《醫(yī)學(xué)生物學(xué)》目的和要求使醫(yī)學(xué)生了解、掌握與醫(yī)學(xué)相關(guān)的生物學(xué)基本理論、基本知識(shí)和基本技能,為進(jìn)一步學(xué)好基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程和臨床各學(xué)科課程奠定基礎(chǔ)。本教材分三篇共十六章,本課程重點(diǎn)講述1-4章,16章(概略介紹)。第一章生命的特征與起源Whatislife?抽象的概念現(xiàn)實(shí)的存在具體的特征
研究的主題第一節(jié)生命的基本特征一.生命——以核酸、蛋白質(zhì)為主導(dǎo)的自然物質(zhì)體系
生命:以自然元素為基本組分的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)體系。核酸——生命信息的編碼、儲(chǔ)藏蛋白質(zhì)——生命信息的表達(dá)、體現(xiàn)二.生命——以細(xì)胞為基本單位的功能結(jié)構(gòu)體系生命有機(jī)體決非化學(xué)物質(zhì)的簡(jiǎn)單堆砌。它們只有按照一定的形式和比例,在不同的層次上相互化合,依次組裝,形成特定的結(jié)構(gòu)體系——細(xì)胞,才能執(zhí)行各種生理功能,進(jìn)行和完成各種生命活動(dòng)過(guò)程。細(xì)胞是一切生命有機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)的基本單位。三.生命——以新陳代謝為基本運(yùn)動(dòng)形式的自我更新體系任何生命有機(jī)體,無(wú)不時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著與其周?chē)h(huán)境間的物質(zhì)和能量交換,并因此而得以不斷的自我更新。這就是所謂的新陳代謝(metabolism)。同化作用(assimilation)異化作用(disassimilation)同化作用:生命有機(jī)體從外界環(huán)境攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以構(gòu)建自身的能量?jī)?chǔ)存過(guò)程。異化作用:伴之以能量釋放的自身物質(zhì)分解過(guò)程。
新陳代謝不僅是生物有機(jī)界高度一致的生命基本運(yùn)動(dòng)形式,而且也是區(qū)別于非生命自然界的根本標(biāo)志。
四.生命——自主性的信息傳遞、轉(zhuǎn)換與調(diào)節(jié)體系信息的傳遞、轉(zhuǎn)換,不僅是生命物質(zhì)自主性運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式,而且也是維持、調(diào)節(jié)機(jī)體正常生命活動(dòng)穩(wěn)定性、協(xié)調(diào)性和秩序性的統(tǒng)一機(jī)制。五.生命——以生長(zhǎng)發(fā)育為表現(xiàn)形式的“質(zhì)”、“量”轉(zhuǎn)換體系生長(zhǎng)(growth):生命有機(jī)體在其新陳代謝過(guò)程中的一定階段,當(dāng)同化作用大于異化作用時(shí),表現(xiàn)出體積的增大和重量的增加的現(xiàn)象。個(gè)體發(fā)育(ontogenesis):生命有機(jī)體自始至終地伴隨的結(jié)構(gòu)和功能上的一系列變化。
六.生命——通過(guò)生殖繁衍實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)能量運(yùn)動(dòng)的守恒體系任何生物個(gè)體的壽命總是有限的——當(dāng)其生長(zhǎng)發(fā)育到一定時(shí)期都會(huì)死亡;生命現(xiàn)象的世代延續(xù)卻是無(wú)限的——所有的生物又都具有繁衍與其自身相似后代個(gè)體的能力。生殖:可視之為生命物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無(wú)限性的持續(xù)死亡:可看作是生命物質(zhì)運(yùn)動(dòng)有限性的終結(jié)生物有機(jī)體通過(guò)特定方式產(chǎn)生子代個(gè)體,從而使生命得以延續(xù)的這一過(guò)程,稱之為生殖(reproduction)。生殖是一切生命有機(jī)體最重要的屬性之一。無(wú)性生殖(asexualreproduction)有性生殖(sexualreproduction)七.生命——以遺傳變異規(guī)律為樞紐的綜合決定體系遺傳(heredity):是指生命有機(jī)體在生殖過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的親子代之間的相似現(xiàn)象變異(variation):是指同種個(gè)體之間的差異遺傳:運(yùn)動(dòng)方向及運(yùn)動(dòng)形式的穩(wěn)定與延續(xù)變異:運(yùn)動(dòng)方向及運(yùn)動(dòng)形式的變化和更迭八.生命——具有時(shí)空順序性的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)演化體系生命現(xiàn)象是地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的特殊形式,表現(xiàn)生命現(xiàn)象的所有生物是生命歷史長(zhǎng)期演化的結(jié)果。無(wú)機(jī)物有機(jī)物生物大分子生物大分子有機(jī)物質(zhì)體系原始生命生命形態(tài)的分化和內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)的完善與提高進(jìn)化(evolution):生命從無(wú)到有;從少到多;從簡(jiǎn)單到復(fù)雜;從低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過(guò)程。九.生命——與自然環(huán)境的協(xié)同共存體系生命的存在不是孤立的。一切生物都占有一定的空間,其生命活動(dòng)都離不開(kāi)特定的生存環(huán)境,并且必然地與構(gòu)成其生存環(huán)境的各種外界條件相聯(lián)系。生物與生存環(huán)境的相互作用和協(xié)調(diào)統(tǒng)一,是生命自然界的基本法則。第二節(jié)生命的起源一.原始生命的化學(xué)演化從無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)到有機(jī)小分子物質(zhì)從有機(jī)小分子物質(zhì)到生命大分子物質(zhì)從生命大分子物質(zhì)組成多分子體系從多分子體系演變?yōu)樵忌技?xì)胞的產(chǎn)生最原始細(xì)胞的雛形具有可變形的半通透性脂質(zhì)-蛋白質(zhì)界膜含有由核酸-蛋白質(zhì)整合體系組成的信息系統(tǒng)和蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)能夠通過(guò)厭氧呼吸獲取能量的異養(yǎng)型原始生命單位
三.自養(yǎng)生物的出現(xiàn)原核生物(prokaryote)二極生態(tài)系統(tǒng)自養(yǎng)與異養(yǎng)合成與分解四.從原核生物到真核生物分化起源說(shuō)真核生物的出現(xiàn),是在自然歷史演化過(guò)程中,原核生物與自然環(huán)境之間相互作用,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸分化、功能不斷完善提高的結(jié)果。真核細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器不是細(xì)胞自身結(jié)構(gòu)分化演變的結(jié)果,而是來(lái)源于外部。內(nèi)共生起源說(shuō)第二章生命的基本單位
—細(xì)胞細(xì)胞(cell):是一切生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位生物體的一切生理活動(dòng)、生命的基本特征及各種生命現(xiàn)象都是以細(xì)胞為單位體現(xiàn)的。細(xì)胞是生命的載體。第一節(jié)細(xì)胞發(fā)現(xiàn)與細(xì)胞
學(xué)說(shuō)的建立一.細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)1665年,英國(guó)物理學(xué)家Hooke在用自制的顯傲鏡觀察軟木組織時(shí),首次發(fā)現(xiàn)了植物的組織細(xì)胞,實(shí)際上他觀察到的是一些死亡的櫟樹(shù)皮韌皮部細(xì)胞的細(xì)胞壁。二.細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立“一切生物,包括單細(xì)胞生物、高等動(dòng)物和植物都是由細(xì)胞組成的,細(xì)胞是生物形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)的基本單位”。這就是著名的細(xì)胞學(xué)說(shuō)(ce11theory)。
SchleidenMJ.(1804-1881)SchwannT.(1810-1882)細(xì)胞學(xué)說(shuō)的基本內(nèi)容一切生物都是由細(xì)胞組成的所有細(xì)胞都具有共同的基本結(jié)構(gòu)生物體通過(guò)細(xì)胞活動(dòng)反映其生命特征細(xì)胞來(lái)自原有細(xì)胞的分裂
第二節(jié)細(xì)胞的基本特征一.細(xì)胞的基本定義細(xì)胞是構(gòu)成生物有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位細(xì)胞是代謝與功能的基本單位細(xì)胞是生物有機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的基本單位細(xì)胞是遺傳的基本單位,具有遺傳的全能性二.細(xì)胞的大小、形態(tài)和數(shù)量人和動(dòng)物的細(xì)胞直徑一般在10~100m之間。人體內(nèi)最大的細(xì)胞是卵細(xì)胞,直徑約100m,最小的細(xì)胞直徑只有4~5m。細(xì)胞大小人類(lèi)卵細(xì)胞100m人類(lèi)肝細(xì)胞18~20m人類(lèi)小淋巴細(xì)胞4~5m鴕鳥(niǎo)卵12cm支原體0.1m細(xì)胞的形態(tài)多種多樣,大小也不一致,這是與細(xì)胞功能相適應(yīng)的。凡是游離的細(xì)胞大多數(shù)呈球形或橢圓形。生物包括單細(xì)胞生物和多細(xì)胞生物。單細(xì)胞生物一個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)完整的個(gè)體,多細(xì)胞生物的機(jī)體根據(jù)其復(fù)雜程度由數(shù)百乃至萬(wàn)億計(jì)細(xì)胞構(gòu)成。(成人約有個(gè)細(xì)胞)1014細(xì)胞體積守恒定律:生物體器官的大小與細(xì)胞數(shù)量成正比,而與細(xì)胞的大小無(wú)關(guān)。
三.細(xì)胞的主要共性所有細(xì)胞都具有選擇透性的膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞都具有遺傳物質(zhì)細(xì)胞都具有核糖體四.原核細(xì)胞與真核細(xì)胞(一)原核細(xì)胞原核細(xì)胞因沒(méi)有典型的核結(jié)構(gòu)而得名原核細(xì)胞最主要的特征是沒(méi)有膜包被的細(xì)胞核,也沒(méi)有核仁。DNA位于細(xì)胞中央的核區(qū),稱為擬核(nucleoid),該區(qū)稱為擬核區(qū)。原核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu):細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)DNA核糖體支原體細(xì)菌細(xì)胞模式圖◆質(zhì)粒質(zhì)粒是細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì),為環(huán)形閉合的雙股DNA,存在于細(xì)胞質(zhì)中,質(zhì)粒編碼非細(xì)菌生命所必須的某些生物學(xué)性狀,如性菌毛、細(xì)菌素、毒素和耐藥性等。質(zhì)粒能進(jìn)行自我復(fù)制,與細(xì)菌的遺傳變異有關(guān)。質(zhì)粒上常有抗生素的抗性基因,例如,四環(huán)素抗性基因或卡那霉素抗性基因等。有些質(zhì)粒稱為附加體(episome),這類(lèi)質(zhì)粒能夠整合進(jìn)細(xì)菌的染色體,也能從整合位置上切離下來(lái)成為游離于染色體外的DNA分子。在基因工程中,常用人工構(gòu)建的質(zhì)粒作為載體。以脂質(zhì)、蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的細(xì)胞膜相結(jié)構(gòu),以核酸和蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng),以特異蛋白質(zhì)分子為基礎(chǔ)的細(xì)胞骨架系統(tǒng)。(二)真核細(xì)胞真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu):此外還可觀察到一些比較大的結(jié)構(gòu):線粒體、中心體、高爾基體。光鏡下結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)電鏡下結(jié)構(gòu)膜相結(jié)構(gòu)非膜相結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜溶酶體高爾基復(fù)合體線粒體過(guò)氧化氫體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核膜核糖體核仁染色質(zhì)核基質(zhì)微絲中等纖維微管中心粒細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的主要區(qū)別1.真核細(xì)胞與原核細(xì)胞最本質(zhì)的區(qū)別:(1)原核細(xì)胞無(wú)核膜(2)原核細(xì)胞DNA暴露,無(wú)組蛋白2.真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的共同點(diǎn):(1)都有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和核體(2)都有遺傳物質(zhì)(3)都能獨(dú)立的完成生命活動(dòng)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較特征原核細(xì)胞真核細(xì)胞細(xì)胞大小細(xì)胞核細(xì)胞器核糖體染色體較?。?~10μm)較大(10~100μm)無(wú)核仁和核膜有核仁和核膜僅有核糖體有各種細(xì)胞器70S(50S+30S)80S(60S+40S)單條,由非組蛋白與單個(gè)DNA分子組成。多條,由組蛋白及非組蛋白與多個(gè)DNA分子組成。內(nèi)膜系統(tǒng)無(wú)有(復(fù)雜)細(xì)胞骨架無(wú)有(微管、微絲、中間纖維)細(xì)胞壁主要組分為肽聚糖主要組分為纖維素細(xì)胞分裂無(wú)絲分裂有絲分裂和減數(shù)分裂在結(jié)構(gòu)上比原核細(xì)胞和真核細(xì)胞都要簡(jiǎn)單得多,是由核酸(DNA或RNA)芯和蛋白質(zhì)外殼組成。(三)病毒與蛋白質(zhì)感染因子1.病毒動(dòng)物病毒,植物病毒,細(xì)菌病毒(噬菌體)類(lèi)病毒(只含核酸不含蛋白質(zhì))脊髓灰質(zhì)炎病毒
煙草花葉病毒
皰疹性口炎病毒
人類(lèi)天花病毒(圖中深染的顆粒)
絲狀有被膜的病毒(流感病毒)T4噬菌體2.蛋白質(zhì)感染因子1982年,Prusiner在患瘙癢病的羊體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)因子,并證明是羊瘙癢病的致病因子。這種感染因子不含核酸,在復(fù)制方式和傳染途徑上完全不同于傳統(tǒng)概念上的病毒,與神經(jīng)系統(tǒng)致病有關(guān)。
羊瘙癢病發(fā)現(xiàn)已有200年的歷史,羊得了這種病就會(huì)渾身發(fā)癢,不斷在堅(jiān)硬物質(zhì)上搓擦身體,最后死亡。它是一類(lèi)傳染性海綿狀腦病(transmissiblespongiformencephalopathies,
TSE)。瘋牛病,即牛海綿狀腦?。╞ovinespongiformencephalopathy,
BSE)也屬于此類(lèi)疾病,發(fā)現(xiàn)于1986年,是由于牛被喂以由死羊骨粉制造的飼料而被感染,病牛腦內(nèi)灰質(zhì)及神經(jīng)元都有典型的海綿狀退化,出現(xiàn)淀粉樣(amyloid)蛋白沉淀,與羊瘙癢病相似。同類(lèi)型的prion也會(huì)使鹿、貂及猴子患病。Prion是一種結(jié)構(gòu)變異的蛋白質(zhì),對(duì)高溫和蛋白酶均具有較強(qiáng)的抵抗力。它能轉(zhuǎn)變細(xì)胞內(nèi)的此類(lèi)正常的蛋白PrPC,使PrPC發(fā)生結(jié)構(gòu)變異,變?yōu)榫哂兄虏∽饔玫腜rPSc。PrPC存在于神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和其它一些細(xì)胞,屬于糖磷脂酰肌醇錨定蛋白,集中在膜上的脂筏中,對(duì)蛋白酶和高溫敏感,可能和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。vCJD病人大腦組織切片,海綿狀病變及周?chē)某恋戆叩矸蹣拥鞍壮恋鞵rPcPrPSc
蛋白質(zhì)感染因子的增殖既不是由于基因過(guò)分表達(dá),也不是因翻譯量增
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