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文檔簡(jiǎn)介
第3節(jié)
基因工程的應(yīng)用第3章基因工程選修三問(wèn)題探討
胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素,需要上千頭牛,生產(chǎn)的成本非常高。
1978年,科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中,使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物——重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。除了生產(chǎn)胰島素,基因工程還有哪些應(yīng)用呢?問(wèn)題探討
基因工程自20世紀(jì)70年代興起后,得到了飛速的發(fā)展,在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面,展示出廣闊的前景。基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2目錄基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用3基因工程在其他方面的應(yīng)用4習(xí)題檢測(cè)51.舉例說(shuō)出基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應(yīng)用。2.認(rèn)同基因工程的應(yīng)用價(jià)值。一、學(xué)習(xí)目標(biāo)二、重點(diǎn)基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應(yīng)用。乳腺生物反應(yīng)器。三、難點(diǎn)3.關(guān)注基因工程的進(jìn)展?;蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗逆性目前,基因工程技術(shù)已被廣泛用于改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面?;蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1一、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積呈增加趨勢(shì)。1.7×106hm21.898×108hm2100多倍1996年2017年2017年我國(guó)商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物是
和
。
是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國(guó)家。棉花、玉米、大豆種植比例都超過(guò)90%。棉花番木瓜美國(guó)一、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物1.轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物為什么做污染環(huán)境,損害人類(lèi)健康,增加生產(chǎn)成本。使用化學(xué)農(nóng)藥殺蟲(chóng)
從某些生物中分離出具有抗蟲(chóng)功能的基因,導(dǎo)入作物,使其具有抗蟲(chóng)性,是目前防治作物蟲(chóng)害的一種發(fā)展趨勢(shì)。1.轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物(1)主要?dú)⑾x(chóng)基因①Bt毒蛋白基因:③淀粉酶抑制劑基因:②蛋白酶抑制劑基因:④植物凝集素基因:阻斷或降低蛋白酶的活性,使害蟲(chóng)不能正常消化食物,還會(huì)引起厭食反應(yīng)。導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔,細(xì)胞腫脹裂解。產(chǎn)生的抑制劑可與害蟲(chóng)消化道內(nèi)的淀粉酶結(jié)合??膳c害蟲(chóng)腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合,影響害蟲(chóng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。1.轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。(2)成果減少化學(xué)農(nóng)藥的使用,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)量。普通水稻
抗蟲(chóng)水稻(3)優(yōu)點(diǎn)一、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物2.轉(zhuǎn)基因抗病植物植物病害是多種多樣的,從根莖葉到花和果實(shí)都有病害發(fā)生。許多栽培作物自身缺少抗病基因。為什么做將某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?,培育出了轉(zhuǎn)基因抗病植物。2.轉(zhuǎn)基因抗病植物(1)主要抗病基因①抗病毒基因:②抗真菌基因:病毒外殼蛋白基因、病毒的復(fù)制酶基因幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因(2)成果:轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜、煙草番木瓜環(huán)斑病毒感染的番木瓜抗病毒的番木瓜轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒一、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物為什么做雜草常常危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn),而大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草,還會(huì)損傷作物,導(dǎo)致作物減產(chǎn)。雜草對(duì)除草劑產(chǎn)生抗性,殘留除草劑對(duì)人體有危害。將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑铮梢耘嘤隹钩輨┑淖魑锲贩N。3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物(2)優(yōu)點(diǎn)在噴灑除草劑時(shí),田間雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)受到損傷。(1)成果轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)田轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)點(diǎn)第1:減少化學(xué)殺蟲(chóng)劑的施用量,減少環(huán)境污染第2:增加作物產(chǎn)量第3:增加經(jīng)濟(jì)效益一、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物4.改良植物品質(zhì)為什么做隨著生活水平的提高,人們?cè)絹?lái)越關(guān)注植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。①使食品的營(yíng)養(yǎng)成分均衡。②豐富花品顏色,提高觀賞價(jià)值。成果4.改良植物品質(zhì)①使食品的營(yíng)養(yǎng)成分均衡將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因,導(dǎo)入植物,或改變這種氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性,以提高氨基酸的含量。
將富含氨基酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩祝@得的轉(zhuǎn)基因玉米中賴(lài)氨酸的含量提高30%。4.改良植物品質(zhì)②豐富花品顏色,提高觀賞價(jià)值。將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)牖ɑ苤参锇珷颗V校D(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒(méi)有的顏色。轉(zhuǎn)基因矮牽牛普通矮牽?;蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1二、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物
第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭(俗稱(chēng)“三文魚(yú)”)在美國(guó)獲得批準(zhǔn)上市。每年都有令人矚目的轉(zhuǎn)基因研究成果,有些成果正在進(jìn)入實(shí)用化和商業(yè)化開(kāi)發(fā)的階段。(1)縮短了生長(zhǎng)周期(2)都是雌性而且不育,
避免了野生鮭魚(yú)雜交的風(fēng)險(xiǎn)。轉(zhuǎn)基因大西洋鮭的優(yōu)點(diǎn)二、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物1.提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率為什么做外源生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長(zhǎng)得很快。將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi),以提高動(dòng)物生長(zhǎng)速率。我國(guó)科學(xué)家將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)膈庺~(yú),在同等養(yǎng)殖條件下,轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)的生長(zhǎng)速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)提高了42%~115%。成果一、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物2.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)為什么做有些人由于乳糖酶分泌少,不能完全消化牛奶中的乳糖,食用牛奶后會(huì)出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀,這稱(chēng)為乳糖不耐受。我國(guó)約有?的成年人對(duì)乳糖不耐受。2.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)將乳糖酶基因?qū)肽膛;蚪M,使獲得轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他營(yíng)養(yǎng)成分不受影響。優(yōu)點(diǎn):避免食物過(guò)敏、腹瀉、惡心等不適。基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2為什么做在傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)類(lèi)藥物生產(chǎn)中,是直接從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取而來(lái)的,因?yàn)槭艿皆蟻?lái)源的限制,產(chǎn)量低,價(jià)格貴,遠(yuǎn)不能滿足患者的需求。如:傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取,
每300L血液只能提取出1mg干擾素。基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2一、基因工程改造微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物藥物類(lèi)型用途成果細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等預(yù)防和治療人類(lèi)腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等我國(guó)生產(chǎn)的重組人類(lèi)干擾素、血小板生成素、促進(jìn)紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞擊落刺激等基因工程藥物均已投放市場(chǎng)一、基因工程改造微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物是人體或動(dòng)物受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種細(xì)胞因子,是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的
,在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。糖蛋白(1)傳統(tǒng)生產(chǎn)方法:(2)現(xiàn)代生產(chǎn)方法:干擾素基因質(zhì)粒重組質(zhì)粒大腸桿菌或酵母菌大量可以生產(chǎn)干擾素的大腸桿菌或酵母菌構(gòu)建導(dǎo)入培養(yǎng)干擾素從人血液中的白細(xì)胞提取。一、基因工程改造微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物干擾素
1993年我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b,它是我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物,目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等??股亍俑蓴_素①抗生素:抗細(xì)菌藥物②干擾素:抗病毒藥物基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2二、利用轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物——乳腺生物反應(yīng)器藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子重組載體哺乳動(dòng)物受精卵早期胚胎代孕母體轉(zhuǎn)基因動(dòng)物培養(yǎng)胚胎移植分娩顯微注射乳汁中含有藥物蛋白目前,科學(xué)家已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中,獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品。習(xí)題鞏固1.乳腺生物反應(yīng)器指的是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺嗎?讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)。幾乎所有細(xì)胞。不是,乳腺生物反應(yīng)器指的就是這個(gè)轉(zhuǎn)基因生物。2.為什么將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等
調(diào)控元件重組在一起?3.藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的哪些細(xì)胞中?二、利用轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物——乳腺生物反應(yīng)器A.動(dòng)物泌乳期有間隔B.有些蛋白不能在乳腺里表達(dá)C.某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然狀態(tài)不同優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)A.適合于表達(dá)高等動(dòng)物體內(nèi)的復(fù)雜蛋白B.制備乳腺反應(yīng)器的方法成熟C.乳腺是天然的高效合成蛋白質(zhì)的器官D.乳汁中重組蛋白的提取和純化相對(duì)容易基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2二、利用轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物——膀胱生物反應(yīng)器①可以從動(dòng)物一出生就收集產(chǎn)物,不論動(dòng)物的性別和是否處于生殖期。②從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡(jiǎn)便、高效?;蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2三、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體問(wèn)題解決人體移植器官短缺是世界性難題尋求可替代的移植器官,如利用基因工程對(duì)豬的器官進(jìn)行改造,來(lái)解決人類(lèi)器官移植的來(lái)源問(wèn)題。①豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人相似;最大的難題豬的優(yōu)點(diǎn)②豬體內(nèi)隱藏的致病基因遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物。存在免疫排斥反應(yīng)。三、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體對(duì)豬器官改造的方法②設(shè)法除去抗原決定基因,然后再結(jié)合克隆技術(shù),
培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。①在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子,
以抑制抗原決定基因的表達(dá);基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2假如某位心臟病病人換上經(jīng)過(guò)改造的豬心臟后,過(guò)上了健康人的生活。在生活中,他會(huì)遭到歧視嗎?對(duì)此你怎么看生命和健康是人最寶貴的東西,如果一個(gè)病人換上了經(jīng)過(guò)改造的豬心臟后重獲了健康,我們不僅不能歧視他,還應(yīng)該從他身上看到現(xiàn)代生物技術(shù)在維持人體健康、治療疾病等方面的應(yīng)用價(jià)值?;蚬こ淘谑称饭I(yè)方面的應(yīng)用3基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用31.概念基因工程構(gòu)建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)2.步驟用基因工程的方法,使外源基因得到高效表達(dá)的菌類(lèi)。3.應(yīng)用阿斯巴甜苯丙氨酸殘基天冬氨酸殘基利用基因工程菌,除了可以生產(chǎn)藥物,還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等?;蚬こ叹蚬こ叹?.實(shí)例實(shí)例1:凝乳酶(2)基因工程技術(shù)大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來(lái)凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。(1)傳統(tǒng)制備方法殺死未斷奶的小牛,將其第四胃的黏膜取出來(lái)提取。將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉、酵母菌的基因組中,再通過(guò)工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶?;蚬こ叹?.實(shí)例實(shí)例2:淀粉酶、脂酶加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶,加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通過(guò)構(gòu)建基因工程菌,然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。相比從天然產(chǎn)物中提取的酶,用基因工程技術(shù)獲得的工業(yè)用酶純度更高,生產(chǎn)成本顯著降低,生產(chǎn)效率較高。優(yōu)點(diǎn)乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別(在生產(chǎn)人的藥物蛋白方面)比較項(xiàng)目乳腺(房)生物反應(yīng)器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物受體細(xì)胞導(dǎo)入方式生產(chǎn)條件產(chǎn)物提取哺乳動(dòng)物基因的結(jié)構(gòu)與人類(lèi)結(jié)構(gòu)基本相同。細(xì)菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類(lèi)基因結(jié)構(gòu)有較大差異。與天然蛋白質(zhì)完全相同。細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器,合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性。哺乳動(dòng)物的受精卵微生物細(xì)胞。顯微注射法Ca2+處理法(感受態(tài)細(xì)胞法)不需要嚴(yán)格的滅菌,溫度等外界條件對(duì)其影響不大。需嚴(yán)格滅菌,嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件。從動(dòng)物乳汁中提取,相對(duì)簡(jiǎn)單。(一般經(jīng)過(guò)工業(yè)發(fā)酵后)從微生物細(xì)胞(或發(fā)酵液)中提取,相對(duì)復(fù)雜?;蚬こ淘谄渌矫娴膽?yīng)用4基因工程在其他方面的應(yīng)用4利用經(jīng)過(guò)基因改造的微生物生產(chǎn)清潔能源培育可以降解多種污染物的“超級(jí)細(xì)菌”治理環(huán)境污染到社會(huì)中去轉(zhuǎn)基因技術(shù)自誕生以來(lái),發(fā)展迅速,研發(fā)對(duì)象已涵蓋至少35科、200多種的植物,涉及大豆、玉米和棉花等重要作物,以及牧草、花卉和林木等。請(qǐng)調(diào)查:目前我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放了哪些轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書(shū)和進(jìn)口安全證書(shū)截至2019年年底,我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放過(guò)轉(zhuǎn)基因耐儲(chǔ)藏番茄、轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉、改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽牛、轉(zhuǎn)基因抗病辣椒、轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜、轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻、轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米以及轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書(shū);批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進(jìn)口安全證書(shū),但我國(guó)進(jìn)口的基本上是轉(zhuǎn)基因棉花的纖維,其他進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物的用途僅限于用作加工原料;我國(guó)沒(méi)有批準(zhǔn)任何一種轉(zhuǎn)基因糧食作物種子進(jìn)口到我國(guó)境內(nèi)商業(yè)化種植。課堂總結(jié)一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用概述2.目前,基因工程技術(shù)已被廣泛用于改良動(dòng)植物品種、
提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.基因工程改造微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1.基因工程菌2.實(shí)例習(xí)題檢測(cè)5習(xí)題檢測(cè)1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長(zhǎng)激素的基因后,重新導(dǎo)人大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi),再通過(guò)發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長(zhǎng)激素。下列敘述,正確的是()A.轉(zhuǎn)錄生長(zhǎng)激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長(zhǎng)激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長(zhǎng)激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質(zhì)粒標(biāo)記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等C習(xí)題檢測(cè)2.基因工程應(yīng)用廣泛,成果豐碩。下列不屬于基因工程應(yīng)用的是(
)A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物C.制造一種能分解石油的“超級(jí)細(xì)菌”D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌A習(xí)題檢測(cè)3.除草劑的有效成分草甘膦能夠?qū)R坏匾种艵PSP合酶的活性,從而使植物體內(nèi)多種代謝途徑受到影響而導(dǎo)致植物死亡。草甘膦沒(méi)有選擇性,它在除掉雜草的同時(shí)也會(huì)使作物受損。解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。(1)下面是探究“轉(zhuǎn)人外源EPSP合酶基因能否使矮牽??共莞熟ⅰ钡牧鞒?,請(qǐng)拓展資料完整。①用
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