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为绿色真核植物所特有的细胞器。
质体有双层膜结构,内部为片层系统和液态基质。
叶绿体具有复杂的超微结构:
外被双层膜,内部的液态基质中密布基粒。
基粒由类囊体(基粒片层)堆叠而成,并由基质类囊体连接成一个系统,类囊体是单层膜围成的,膜上结合有光合色素。
质体的功能是合成和积累同化产物(叶绿体进行光合作用,白色体积累淀粉、脂肪和蛋白质,有色体积累脂类和类胡萝卜素)。
⑵线粒体
是进行有氧呼吸的场所。
其超微结构外为双层膜,内膜内折形成嵴,嵴之间充满液态基质。
内膜、嵴及基质中均含有与呼吸作用有关的酶类。
核糖体
是外表无膜的微小细胞器,由两个亚单位组成,其化学成分约有60%核糖核酸和40%蛋白质。
核糖体是合成蛋白质的场所,常几个到几十个与信使RNA分子结合成多聚核糖体。
内质网
是由单层膜围成的管状或片状结构,在细胞基质中成立体网状结构。
有糙面内质网(表面附有核糖体)和滑面内质网(表面无核糖体附着)两种类型。
内质网的功能有多种:
①起支持细胞的作用,同时分隔细胞质使之区域化。
②可合成、包装、运输某些代谢产物。
③可分泌出内质网小泡进而发育成其它种类的细胞器(如高尔基体、圆球体、液泡等)。
高尔基体
是多个由单层膜围成的扁平小囊堆叠形成的细胞器。
高尔基体可合成纤维素、半纤维素等多糖物质,参与细胞壁的形成,并具有分泌作用,可分泌粘液、树脂等。
溶酶体由单层膜围成的小泡状细胞器,含有多种水解酶,以酸性磷酸酶为特有酶。
溶酶体具有消化作用,可分解生物大分子。
圆球体
由单层膜围成的球状小体,内含脂肪酶,可积累脂肪(在一定条件下也可分解脂肪)。
微体
是由单层膜围成的细胞器,其功能与其所含酶类有关:
过氧化物酶体参与光呼吸;
乙醛酸循环体能将脂肪分解成糖
液泡
液泡是由单层膜围成充满复杂水溶液的细胞器。
在幼嫩细胞中,液泡数量多而体积小,在成熟细胞中,液泡中液泡常合并为几个大液泡,甚至形成一个中央大液泡,形成大液泡是植物细胞的显著特征之一。
液泡膜是具有选择透性的膜;
内含的水溶液称为细胞液,除含大量的水外,尚有多种有机酸、生物碱、无机盐、花青素等等物质。
花青素可使花、果实等器官呈现红、蓝、紫色,随细胞液的酸碱度不同而发生变化,酸性时呈红色,碱性时呈蓝色,中性时呈紫色。
液泡具有贮藏、消化和调节渗透的作用。
微管和微丝
微管是由微管蛋白(α和β球状蛋白)组成的中空长管,外表无膜。
细胞有丝分裂时,由微管构成纺锤丝;
微管还影响细胞壁的生长和分化;
微管与直径更小的微丝和中间纤维构成细胞骨架,起支持细胞的作用。
微丝是比微管更细的纤维,直径5-8nm,由类似于肌动蛋白和肌球蛋白的蛋白质构成,有收缩功能,故与细胞内物质运输和原生质流动有关。
㈢细胞核
细胞核是细胞中最显著的结构,常圆球状。
细胞核由核膜、核仁、核质三部分组成。
核膜为双层膜,两层膜在许多地方愈合形成核孔,是核与细胞质之间物质交换的通道。
外膜外表常附着有核糖体,并可与糙面内质网相连。
核仁是核内1~几个折光更强的匀质小球体,外表无膜。
核仁的主要功能是合成核糖体RNA。
核质是核仁以外,核膜以内的原生质。
核质可分为核液和染色质两部分。
核液是细胞核内的基质,染色质和核仁悬浮其中。
染色质是由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的复合体,在细胞分裂间期时呈细丝状,有丝分裂时则螺旋化成为染色体。
细胞核是遗传物质贮存和复制的主要场所,其主要功能是控制蛋白质的合成,控制细胞的生长、发育和遗传。
㈣细胞壁
细胞壁是植物细胞特有的结构,是原生质体外围的一层有一定硬度和弹性的固体结构,起维持细胞形状、保护原生质体、支持器官等作用,并与植物的吸收、蒸腾、运输和分泌等有很大关系。
细胞壁的分层和化学组成
细胞壁大体可分为胞间层、初生壁和次生壁三个层次。
胞间层是细胞分裂产生新细胞时形成的,是相邻细胞共有的一层薄膜,其主要成分是果胶质,其特性是柔软和胶粘,并有可塑性。
因此胞间层在细胞间可起缓冲作用。
初生壁是在细胞生长过程中形成的细胞壁层次,主要成分是纤维素、半纤维素和果胶质,通常较薄、柔软而有弹性,能随细胞生长而扩展。
次生壁是细胞体积停止增大后加在初生壁内表面形成的壁层,其主要成分为纤维素和半纤维素,并常有木质素、木栓质等物质填充其中。
纹孔和胞间连丝
多细胞植物体通过纹孔和胞间连丝紧密联系成统一体。
在初生壁上有些较薄的凹洼区域称为初生纹孔场。
在次生壁上不加厚的凹陷部分称为纹孔,纹孔腔呈圆筒状的称为单纹孔,纹孔腔呈圆锥状而边缘向细胞内隆起的称为具缘纹孔。
相邻细胞的纹孔通常成对存在。
胞间连丝是穿过胞间层和初生壁连接相邻细胞的原生质体的细胞质细丝,在细胞间起着物质运输、传递刺激及控制细胞分化的作用。
细胞壁的特化
植物细胞由于生理上的分工,细胞壁会发生性质的变化,使细胞壁完成一定的功能。
常见的有:
⑴木化细胞壁渗入木质素,使细胞壁坚硬,起支持作用,如纤维、管胞等。
⑵角化细胞壁渗入角质(脂类物质),并常在细胞壁外堆积形成角质层,可降低蒸腾从而起保护作用。
⑶栓化细胞壁渗入木栓质(脂类物质),使细胞壁不透水、不透气,起保护作用。
⑷矿化细胞壁渗入二氧化硅等物质,使细胞壁坚硬粗糙,增加抗性。
⑸粘液化细胞壁中果胶质和纤维素变成粘液或树胶的一种变化。
(五)原核细胞和真核细胞
具有细胞核和各种细胞器分化的细胞称为真核细胞。
没有真正的细胞核和细胞器分化的细胞称为原核细胞。
五、植物细胞的后含物
后含物是细胞中不参与原生质组成的代谢中间产物、废物和贮藏物质等的总称。
最重要的后含物是贮藏营养物质淀粉、脂肪和蛋白质。
废物中常见的是各种晶体。
㈠淀粉
淀粉呈颗粒状,有脐和轮纹。
不同植物的淀粉粒有不同的形态,可作为商品检验、生药鉴定的依据。
淀粉粒遇碘呈蓝到紫色反应。
㈡蛋白质
贮藏蛋白质常以糊粉粒的形式存在于细胞质中,遇碘呈黄色反应。
㈢脂肪和油
油和脂肪常大量存在于种子和果实的细胞中,常呈小油滴或固体状。
在常温下呈液体的称为油,呈固体的称为脂肪。
脂肪和油遇苏丹-III呈橙红色反应。
六、植物细胞的繁殖:
细胞繁殖是通过细胞分裂来实现的。
细胞分裂方式:
有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。
A.有丝分裂(MITOSIS):
有丝分裂定义:
在真核细胞进行分裂过程中,细胞形态变化较大,尤其是细胞核的形态发生明显的变化,出现了染色体和纺锤丝。
有丝分裂过程:
核分裂(KARNOKINESIS)和胞质分裂(CYTOKINESIS)。
(一)核分裂:
是从细胞核内出现染色体开始,经一系列的变化,最后分裂成二个子核为止的一个边续过程。
据细胞核形态的变化,可以分为几个时期。
1、间期(INTERPHASE):
间期是从前一次分裂结束,到下一次分裂开始的一段时间。
特点:
●间期细胞进行着大量的生物合成如RNA的合成,蛋白质的合成,DNA的复制等。
●细胞质很浓,细胞核位于中央,核仁明显。
在间期中,有丝分裂密切有关的染色体复制在间期合成,在分裂期中,只是把已复制了的染色体分开,并平均地分配到两个子核中去。
据在不同的时期的合成的物质不同,可分为三个阶段:
A、复制前期(G1期):
细胞前一次分裂结束到DNA合成开始,主要进行RNA和各类蛋白质的合成,包括多种酶合成。
A、复制期(S期):
DNA的复制和组蛋白的合成基本完成。
B、复制后期(G2期):
某些合成仍在继续进行,但速度明显下降。
G2期结束后,细胞便进入分裂(M)期。
2、前期(PROPHASE)
特征:
细胞核内出现染色体,核仁、核膜、消失,纺缍丝出现。
3、中期(METAPHASE)
染色体排列到细胞中央的赤道面,纺缍体非常明显。
纺缍体的两种类型:
⑴染色体牵丝:
一端与染色体着丝点相连,另一端向极的方向延伸。
⑵连续丝:
与染色体相连,从一极直接延伸到另一极。
4、后期(ANAPHASE):
染色体分裂成二组子染色体,二期子染色体分别朝相反的两极运动。
5、末期(TELOPHASE):
染色体到达两极,直至核膜,核仁重新出现,形成新的子核,染色体变成染色质。
子核的出现标志着核分裂的结束。
(二)胞质分裂(CYTOKINESIS):
胞质分裂:
在二个新的子核之间形成新细胞,把一个母细胞分成两个子细胞过程。
胞质分裂通常在核分裂的后期,染色体接近两极时开始,这时纺缍体出现了形态上的变态,在二个子核之间连续丝中增加许多短的纺缍丝,形成了一个密集着纺缍丝的桷状区域,称为成膜体(PHRAGMOPLAST)成膜体中有许多糖类物质的小泡,由细胞内向赤道面运动,并在那里聚集,接着相互融合,释放出多糖类物质,形成细胞板(CELLPLATE),将细胞质从中间开始隔开,同时小泡的被膜相互融合,在细胞板两侧,形成新的质膜。
在形成细胞板时,成膜体由中央位置逐渐向四周扩展,细胞板也就随着向四周延延伸,直至与原来母细胞的侧壁相连接。
完全把母细胞分隔成二个子细胞,这时,细抱板就成为新细胞壁的胞间层的最初部分。
形成细胞板的小泡主要来自高尔基体,也有来自内质网。
小泡向赤道面的运动与成膜体中的微管有关,这些微管垂直于赤道面排列,小泡沿着微管运动,微管起着引导方向的作用。
另外,小泡运动的直接动力也可能是微丝的收缩,在细胞板形成的过程中,有丝原和生质细丝连同内质网一起,保留在细胞板中变成胞间连丝。
成膜体:
在有丝分裂末期,两子细胞核与细胞板之间出现的纤维状结构。
细胞板将母细胞所生成的子细胞分隔为二。
纤维结构由微管构成。
细胞周期:
(T)
从前一次分裂结束,到下一次分裂结束的时间,即一个细胞分裂全过程,称为细胞周期。
包括G1期S期G2期和M期。
微管周期(MICROTUBULECYCLE)
在有丝分裂过程中微管的形成和分布有一个周期性的变化规律,即从周质微管早前期带纺缍体微管和后期的成膜体微管的变化规律,称为微管周期。
1、周质微管:
在间期细胞中,微管在质膜下环绕细胞的长柚成环状排列,并较均匀分散。
2、早前期带:
在早前期,微管集中到细胞中部赤道面的位置,在原生质体的外周,环绕细胞核紧密平行地排列一个环。
在微管周期中早前期带的位置精确地标出了以后细胞板出的位置,决定细胞的分裂方向。
构成纺缍体微管的基本单位微管蛋白,一般认为是G2期合成的。
有丝分裂的意义:
保证了子细胞具有与母细胞相同的遗传的稳定性。
B.无丝分裂(AMITOSIS):
直接分裂成非有丝分裂:
在分裂时不出现染色体,过程较简单,多种形成,模裂、芽生分裂、变形虫或分裂。
C.减数分裂:
(一)定义:
植物在有性生殖的过程中,细胞连续分裂二次,但染色体只复制一次,同一母细胞分裂成的4个子细胞的染色体数只有母细胞的一半,这样的分裂方式称为减数分裂。
(二)减数分裂的过程:
分为两次。
第一次分裂:
(Ⅰ)
1、前期Ⅰ:
根据染色体形态,分为5个阶段。
(1)细线期:
核内出现细长线状的染色体,每条染色体含有两条染色单体。
(2)偶线期:
细胞内同源染色体两两成对排列靠列,这一现象称为联会,出现四联体(每一对含有4条染色体单体,构成一个单位。
(3)粗线期:
染色体继续缩短变粗。
同源染色体出现互换现象,(即同源染色体上一条染色单体与另一条染色单体交叉组合,并在相同部位发生横断和片段的互换)。
(4)双线期:
发生交叉的染色体开始分开,使染色体呈现出X、V、8、0等多种形状。
(5)终变期:
染色体更为缩短,达到最小长度,并移向核的周围靠近核膜的位置以后,核膜、核仁消失,出现纺缍体。
2、中期Ⅰ:
成对同源染色体双双移向赤道面,细胞质中形成纺缍体。
在有丝分裂中期染色体在赤道面上排列不成对而单独的。
3、后期Ⅰ:
由于纺缍丝的牵引,使成对的同源染色体各自发生分离,并分别向两极移动,每一边的染色体数目只有原来的一半。
4、末期Ⅰ:
到达两极的染色体又集聚起来,重新出现核膜、核仁,形成二个子核,同时形成细胞板。
第二次分裂(Ⅱ)
1、前期Ⅱ:
染色体呈细丝状逐渐变粗短,至核膜、核仁消失。
2、中期Ⅱ:
染色体排列在赤道面上,纺缍体明显。
3、后期Ⅱ:
着丝点一分为开,二条染色单体分裂而分开,由纺缍丝牵向两极。
4、末期Ⅱ:
移向两极的染色单体各组成一个子核,并各自形成一个子细胞。
整个减数分裂完成。
由此可见:
减数分裂中一个母细胞要经历两次连续的分裂,形成4个子细胞。
子细胞的染色体数只有母细胞的一半,并发生在第一次分裂正程中。
减数分裂的意义:
有性生殖的前提是保持物种稳定基础。
联合、交叉和片段的互换,使基因发生重组,从而产生新类型单位体细胞。
七、植物细胞的生长与分化
细胞生长指细胞体积和重量的增加。
细胞分化指细胞形态和功能特化,变成彼此互异的过程。
第二节
植物组织
一、植物组织的概念
细胞的生长:
指细胞体积增长,包括细胞纵向的延长和横向的扩展。
细胞的分化:
细胞在结构和功能上的特化,表现在内部生理变化和形态外貌变化的两个方面。
细胞分化导至了组织的形成。
组织(TISSUE):
在个体发育中,且有相同来源的(即由同一个或同一样分生细胞生长,分化而来的)同一类型,或不同类型的细胞群组成的结构和功能单位,称为组织。
组织:
在发育上有着共同来源,在结构上相似,并共同完成一定的生理功能的细胞群。
间单组织(SIMPLE TISSUE):
同一类型细胞。
复合组织(COMPOUNDTISSUE)多种类型细胞。
二、植物组织的分类
按发育程度不同植物组织分为分生组织和成熟组织两大类。
分生组织(MERISTEMATICTISSUE)
成熟组织(MATURETISSUE)
㈠分生组织
在植物体内特定部位具有持续性或周期性分裂能力的细胞群称为分生组织。
在种子植物中,在胚胎发育的早期阶段,所有的细胞都进行分裂,但随着进一步的生长和发育,而具有分裂能力细胞和细胞加倍仅限制在植物的某些部位,这些部位的细胞表现出很少的分化,组织保留胚性,且有强裂的分裂能力,一方面不断增加新细胞到植物体中,另一方面自已继续分裂下去。
象这种具有持续分裂能力的细胞群,称为分生组织。
分生细胞保持着胚性特点,细胞小,细胞壁薄,细胞核大,细胞质浓。
根据在植物体中的分布位置,分生组织可分为顶端分生组织、侧生分生组织和居间分生组织。
顶端分生组织
根、茎顶端的生长点,细胞持续分裂使根、茎伸长生长。
下图为茎顶端分生组织。
侧生分生组织
包括维管形成层和木栓形成层两种,存在于双子叶植物和裸子植物中。
维管形成层分裂活动向外产生次生韧皮部,向内产生次生木质部。
木栓形成层分裂活动产生周皮起保护作用。
两者共同活动使根、茎增粗生长。
居间分生组织
是穿插于茎、叶、花梗、花丝等器官的成熟组织之间的分生组织,其分裂活动可使所在器官伸长生长。
禾本科植物伸长的茎节间基部有典型的居间分生组织。
按组织的来源和性质,分生组织可分为原分生组织、初生分生组织和次生分生组织。
顶端分生组织的前端是原分生组织,后部是原分生组织分裂衍生出来的初生分生组织,是原分生组织向成熟组织过渡的部分。
侧生分生组织是由薄壁组织、厚角组织等已经分化成熟的组织恢复分裂能力转化而来,是次生分生组织。
㈡成熟组织
成熟组织是细胞在形态和功能上已分化成熟的组织。
按主要功能不同分为保护组织、基本组织、机械组织、输导组织和分泌结构五类。
⒈保护组织
覆盖在器官表面,有表皮和周皮两种。
表皮最显著的特征是细胞外壁角化并形成角质层,为初生保护组织。
周皮是木栓层、木栓形成层、栓内层的总称,其中的木栓层细胞壁高度栓化,不透水,不透气,是代替表皮的次生保护组织。
⒉基本组织
是植物体中占份量最大的组织,担负着吸收、同化、贮藏、通气、传递等营养功能,相应地又分为吸收组织、同化组织、贮藏组织、通气组织和传递细胞。
根毛区的表皮密被根毛,主要起吸收水分和无机盐的作用,属于吸收组织;
叶肉等细胞内含有大量的叶绿体,主要进行光合作用,属于同化组织;
细胞中含有丰富的贮藏营养物质的细胞群是贮藏组织,贮藏的物质主要是淀粉、脂肪和蛋白质;
在水生和湿生植物的各种器官中,常有一些胞间隙特别发达的细胞群,其中一些细胞常解体而形成气腔或互相贯通成气道,属于通气组织;
传递细胞是特化的薄壁细胞,其细胞壁向细胞内突入生长形成许多不规则的突起,大大地扩大细胞膜的表面积,有利于物质的快速传递。
3.机械组织
是细胞壁不同程度的增厚,在各种器官中主要起支持作用的组织,分为厚角组织和厚壁组织两类。
厚角组织由生活细胞组成,细胞壁常在角隅部分增厚。
厚壁组织由死细胞组成,细胞壁均匀增厚并木化。
其中细胞呈长纺锤状的为纤维,细胞近等径或呈不规则形状的为石细胞。
4.输导组织
是植物体中专门担负长途运输的长管状结构。
有两大类:
一类是输导水分和无机盐的导管和管胞;
另一类是输导有机养料的筛管和筛胞。
导管
由许多长管状细胞纵向连接而成,每个细胞称为导管分子。
分化成熟时,导管分子的原生质体消失,横壁形成大的穿孔,侧壁有不同方式的增厚并木化。
根据侧壁增厚方式导管可分为环纹导管、螺纹导管、梯纹导管、网纹导管和孔纹导管五种类型。
在双子叶植物和裸子植物中,较老的导管由于侵填体的形成而丧失输导功能,而由新的导管代替其行使输导功能。
管胞
是一种狭长而两端斜尖的细胞,与导管的主要区别是端壁不形成大穿孔而为具缘纹孔,彼此不连接成长管。
在蕨类植物和裸子植物中,管胞是唯一的输水结构,在被子植物中,管胞和导管同时存在。
筛管和伴胞
筛管由长管状的生活薄壁细胞纵向连接而成。
每一个细胞称为筛管分子,分化成熟的筛管分子没有细胞核,其端壁
特化成为筛板,筛板上有许多筛孔。
通过筛孔连系着上下两个筛管分子的细胞质索称为联络索。
较老的筛管由于胼胝体的形成而暂时或永久地丧失输导能力。
紧贴筛管分子旁边有1至数个小型的薄壁细胞,与筛管分子是由同一个母细胞分裂而来的,称为伴胞。
筛胞
裸子植物和蕨类植物中没有筛管,只有筛胞。
筛胞是一种细胞长的、两端尖斜的薄壁细胞,与筛管的主要不同点是端壁不特化成筛板,是单独的输导单位。
⒌分泌结构
是植物体中产生、输导或贮存分泌物质的有关细胞或特化的细胞组合的总称。
分泌物质有蜜汁、挥发油、粘液、树脂、乳汁、单宁、生物碱、盐类等。
将分泌物排到体外的结构称为外分泌结构,如腺毛、腺鳞、蜜腺、盐腺、排水器等。
将分泌物积聚在植物体内的分泌结构称为内分泌结构,如分泌细胞、分泌道、乳汁管等。
㈢维管束、维管组织和维管系统
维管束
是由木质部和韧皮部共同组成的束状结构,是由原形成层分化产生的几种组织共同构成的复合组织。
维管束有多种类型:
无限维管束为韧皮部与木质部之间有束中形成层。
有限维管束为韧皮部与木质部之间无束中形成层。
外韧维管束为韧皮部排列在木质部的外方。
双韧维管束为木质部的内外方均有韧皮部。
周木维管束为木质部围绕着韧皮部呈同心排列。
周韧维管束为韧皮部围绕着木质部呈同心排列。
双子叶植物多具有无限外韧维管束,有些具有双韧维管束。
大多数单子叶植物具有有限外韧维管束。
维管组织
木质部和韧皮部或两者之一称为维管组织。
木质部一般包括导管、管胞、木薄壁细胞和木纤维等组成分子;
韧皮部一般包括筛管、伴胞、韧皮薄壁细胞和韧皮纤维等组成分子。
维管系统
一株植物或一个器官的全部维管组织称为维管系统。
第二章种子和幼苗
第一节种子的结构
种子由胚珠发育而成,是种子植物特有生殖器官。
种子的外部形态随植物种类不同而有很大差异,但它们具有基本相同的结构,典型种子的结构包括种皮、胚和胚乳三部分。
一、胚
胚是新一代植物体的原始体,由胚芽、胚根、胚轴、子叶四部分组成。
胚芽由生长点和幼叶组成;
胚根由生长点和根冠组成;
双子叶植物有两片子叶,单子叶植物有一片子叶(裸子植物有2~多片子叶);
胚轴是连接胚芽、胚根、子叶的部分,可分为上胚轴(子叶着生处以上至第一片真叶之间的一段)和下胚轴(子叶以下至胚根的一段)。
种子萌发后,胚根长成主根,胚芽长成茎叶,胚轴长成根茎的过渡区,子叶出土或留土,最后消失。
二、胚乳
种子内贮藏主要营养物质(营养物质主要有淀粉、脂肪和蛋白质)的组织。
一些植物的种子在其发育过程中,胚乳被胚吸收而成为无胚乳种子。
三、种皮
种皮1~2层,包在胚及胚乳的外面起保护作用。
通常坚韧,并有种脐、种孔等附属物。
种子的主要类型
根据胚乳的有无,把种子分为有胚乳种子和无胚乳种子两类。
一、有胚乳种子
有胚乳种子由种皮、胚和胚乳组成,如双子叶植物蓖麻、烟草、番茄、柿的种子和单子叶植物水稻、玉米、小麦、高粱的种子。
二、无胚乳种子
无胚乳种子由种皮和胚两部分组成,子叶肥厚,贮藏大量营养物质,代替了胚乳的功能,如双子叶植物菜豆、豌豆、花生、棉的种子和单子叶植物慈姑的种子。
第三节
种子的萌发与幼苗的类型
一、种子萌发的条件
内在条件:
种子结构完整,充分成熟。
外界条件:
充足的水分、足够的氧气和适宜的温度。
二、种子的萌发过程
通常是胚先突破种皮向下生长成为主根,然后胚轴伸长,使胚芽突破种皮向上生长形成茎和叶,胚即长成幼苗。
种子萌发先扎根生长有利于幼苗固定和及时从土壤中吸收水分和养料,使幼苗很快独立生长。
三、幼苗的类型
有子叶出土幼苗和子叶留土两种基本类型。
胚生长形成幼苗时,若下胚轴伸长,把子叶和胚芽推
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