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        芙蓉菊組培快繁技術(shù)的研究

        2012-12-29 07:02:50陳雪鵑李雪珂張啟翔
        關(guān)鍵詞:升汞莖段葉柄

        陳雪鵑 ,吳 玨 ,李雪珂 ,孫 明,3,張啟翔 ,3

        芙蓉菊組培快繁技術(shù)的研究

        陳雪鵑1,吳 玨2,李雪珂1,孫 明1,3,張啟翔1,3

        (1.北京林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院,北京100083;2.無錫鴻源景觀建設(shè)有限公司,江蘇 無錫214000;3.國家花卉工程中心,北京100083)

        以芙蓉菊Crossostephium chinense帶腋芽的莖段和葉柄為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)。結(jié)果表明,帶腋芽的莖段是較好的組培外植體。最佳滅菌時(shí)間為:莖段75﹪酒精20 s,0.1﹪ HgCl22 min;葉柄75﹪酒精20 s,0.1﹪ HgCl21 min。最適宜的初代培養(yǎng)基為:莖段MS+0.1 mg/L NAA+2.0 mg/L 6-BA,愈傷組織誘導(dǎo)率可達(dá)80.6﹪,葉柄MS+1.0 mg/L NAA+2.0 mg/L 6-BA,愈傷組織誘導(dǎo)率可達(dá)83.3﹪。繼代培養(yǎng)以莖段為外植體,MS+0.2 mg/L NAA+2.0 mg/L 6-BA培養(yǎng)基的增值系數(shù)最高。繼代苗在MS培養(yǎng)基中生根率為80.6﹪,1/2MS培養(yǎng)基中生根率為86.1﹪。

        芙蓉菊;組織培養(yǎng);快繁技術(shù); 莖段

        菊花Chrysanthemum morifolium是中國傳統(tǒng)名花之一,也是世界四大切花之一。我國是栽培菊花的起源中心和菊屬種質(zhì)資源的分布中心。菊屬共有40余種,其中,在我國分布的就有20余種,栽培菊花品種達(dá)3 000余個(gè)[1]。近年來,隨著世界花卉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,通過扦插、嫁接等傳統(tǒng)的繁殖方法已不能滿足市場的需要,而新近發(fā)展起來的遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)顯示了其獨(dú)特的優(yōu)越性。它可定向修飾菊花的某些目標(biāo)性狀并保留原有性狀,使其在花色、花期、抗病蟲、抗逆性等方面發(fā)揮重要作用。而成功的基因轉(zhuǎn)化首先依賴于良好的菊花再生體系的建立,要求一定的再生頻率和分化率,同時(shí)還需具有穩(wěn)定性和重復(fù)性。 組織培養(yǎng)不僅繁殖系數(shù)高、繁殖速度快,而且還可進(jìn)行品種的脫毒復(fù)壯、種質(zhì)資源保存等[2-5]。

        芙蓉菊Crossostephium chinense,又稱玉芙蓉、蘄艾、千年艾、香菊,為菊科芙蓉菊屬Crossostephium常綠亞灌木,產(chǎn)于我國中南及東南部(廣東、臺(tái)灣)。芙蓉菊葉聚生枝頂,狹匙形或狹倒披針形,兩面密被灰色短柔毛,具芳香,頭狀花序黃色,花果期全年[6]。自古以來,芙蓉菊因其具有廣泛的藥用價(jià)值而在廣東民間廣泛栽培,前人的研究也集中于探討其基礎(chǔ)栽培和其藥用價(jià)值[7-9]。由于芙蓉菊具有耐熱、耐旱、耐鹽堿、耐瘠薄、抗風(fēng)性強(qiáng)等特性,而且葉片呈灰白色,整體株型緊湊,近年來已經(jīng)開始推廣作為城市綠化材料和耐鹽觀賞灌木。既可應(yīng)用于城市花壇或花徑觀葉,又可在沿海綠地作為地被植物片植,市場潛力巨大。而芙蓉菊為亞灌木,采用傳統(tǒng)的扦插繁殖方法生長緩慢,無法滿足市場需求。前人雖然已經(jīng)對(duì)菊科部分植物進(jìn)行過相應(yīng)的組培研究,但并無芙蓉菊的相關(guān)報(bào)道。為此,本文對(duì)芙蓉菊的組培快繁技術(shù)進(jìn)行研究,以期為其資源的進(jìn)一步開發(fā)和利用奠定基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 材 料

        芙蓉菊引自上海,由于其不耐寒冷,在北京地區(qū)無法露地越冬,故采用溫室盆栽管理。植株保存于北京國家花卉工程中心基地,于3~4月,在溫室盆栽苗中選取生長旺盛、健壯的植株,取中上部帶腋芽莖段和葉柄為外植體。

        1.2 方 法

        1.2.1 不同滅菌時(shí)間對(duì)滅菌效果的影響

        外植體的預(yù)處理及接種方法 ①莖段:將莖段完全除葉(葉片密被柔毛,易污染),洗潔精溶液浸泡20分鐘以上,用軟毛刷輕輕刷洗表面,再用流水沖洗3~4 h。②葉柄:剪取充分展開的中上部幼嫩葉片的葉柄,約帶2 mm×2 mm葉片,自來水洗凈后流水沖洗3~4 h。將外植體預(yù)于超凈工作臺(tái)上,75﹪的酒精處理20 s,無菌水沖洗3次后,再用0.1﹪氯化汞溶液處理,處理時(shí)間分別設(shè) 置1 min,2 min,3 min,5 min,之后再用無菌水沖洗5次。用無菌濾紙吸干多余水分后,莖段和葉柄均去除直接與酒精和氯化汞接觸的傷口部分,將莖段和葉柄剪成1 cm長,接種于培養(yǎng)基上,每個(gè)處理接種10個(gè)外植體,3次重復(fù),2周后統(tǒng)計(jì)成活率和污染率,從中選出最佳滅菌時(shí)間。

        計(jì)算方法:污染率=污染的外植體數(shù)/接種外植體數(shù)×100﹪;

        存活率=正常生長的外植體數(shù)/接種外植體數(shù)×100﹪。

        1.2.2 不同培養(yǎng)基對(duì)芙蓉菊初代培養(yǎng)的影響

        目前,在菊花組織培養(yǎng)中應(yīng)用的培養(yǎng)基有MS、B5、H、Monnior等,但應(yīng)用最為廣泛的還是MS培養(yǎng)基,或是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改動(dòng)。由于芙蓉菊屬于亞灌木,因此,本實(shí)驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上,參考誘導(dǎo)亞菊莖段側(cè)芽生長的最佳培養(yǎng)基MS+6-BA 2.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L[10],利用莖段和葉柄為外植體,對(duì)細(xì)胞分裂素6-BA和生長素NAA的濃度進(jìn)行篩選。培養(yǎng)基附加瓊脂0.6﹪,蔗糖3﹪,肌醇0.1﹪,滅菌前用1 mol/L HCl或者NaOH調(diào)節(jié)pH值至6.0。每處理接種12個(gè)外植體,3次重復(fù)。從接種4天后開始觀察,每隔3天觀察一次,觀察不同外植體的愈傷和生長情況。30 d后將未污染的莖段和葉柄轉(zhuǎn)接,并統(tǒng)計(jì)其愈傷率,從中選出最適宜的初代培養(yǎng)基。具體培養(yǎng)基配方如表1所示。

        計(jì)算方法:誘導(dǎo)愈傷率=誘導(dǎo)愈傷的外植體數(shù)/接種外植體數(shù)×100﹪;

        褐化率=褐化的外植體數(shù)/接種外植體數(shù)×100﹪。

        表1 芙蓉菊初代培養(yǎng)培養(yǎng)基Table 1 Mediums for initial culture of Crossostephium chinese

        1.2.3 不同培養(yǎng)基對(duì)芙蓉菊繼代培養(yǎng)的影響

        與初代培養(yǎng)相同,菊科植物繼代培養(yǎng)大多采用MS為基本培養(yǎng)基。通常,最優(yōu)化的增殖體系不但要求有較高的增殖率,而且還要有健壯的形態(tài)顏色及方便于轉(zhuǎn)接所需的節(jié)間長度。

        菊花增殖的基本培養(yǎng)基一般為MS培養(yǎng)基,再添加不同濃度的生長素和細(xì)胞分裂素即可。不同的BA與NAA濃度對(duì)不定芽的生長及分化數(shù)量有影響:BA濃度過高及NAA濃度太低,形成的試管苗太細(xì)弱;NAA濃度過高則愈傷組織生長快,分化芽的數(shù)量降低。一般認(rèn)為在MS+BA 0.5~2.0 mg/L+NAA 0.01~0.2 mg/L的培養(yǎng)基上增殖效果較好[11]。亞菊的芽增殖以MS+6-BA1.5 mg/L+NAA 0.3 mg/L為最好,BA含量低于1.5 mg/L芽的增殖率隨之遞減,高于此含量則將逐漸產(chǎn)生不良反應(yīng),直到最后產(chǎn)生玻璃化苗[10]。本實(shí)驗(yàn)采用莖段為外植體,以MS為基本培養(yǎng)基,由2種不同濃度的6-BA和5種不同濃度的NAA配成8種不同的培養(yǎng)基,從中選出最適合芙蓉菊叢生芽增殖的培養(yǎng)基配方。每處理接種12個(gè)外植體,3次重復(fù)。從接種4天后開始觀察,每隔10天觀察一次生長情況。30 d后統(tǒng)計(jì)增殖芽數(shù),從中選出最適宜的繼代培養(yǎng)基。具體培養(yǎng)基配方如表2所示。

        計(jì)算方法:叢生芽增殖系數(shù)=叢生芽數(shù)/接種外植體數(shù)×100﹪。

        表2 芙蓉菊繼代培養(yǎng)培養(yǎng)基Table 2 Mediums for subculture of Crossostephium chinense

        1.2.4 不同培養(yǎng)基對(duì)芙蓉菊生根的影響

        前人研究多認(rèn)為菊科植物試管苗的生根比較容易,有時(shí)在增殖培養(yǎng)中就會(huì)發(fā)生生根現(xiàn)象。生根培養(yǎng)基大多為1/2 MS培養(yǎng)基,不加激素或加少量生長素(IBA或NAA:0~0.1 mg/L)就可生根,且生根條數(shù)多,生長速度快[2]。

        本實(shí)驗(yàn)在芙蓉菊繼代培養(yǎng)后期,停止添加激素,轉(zhuǎn)接入MS基本培養(yǎng)基和1/2MS培養(yǎng)基。每處理接種12株,3次重復(fù)。從接種4天后開始觀察,每隔10天觀察一次生長情況。30 d后統(tǒng)計(jì)生根率。

        計(jì)算方法:生根率=生根的外植體數(shù)/接種外植體數(shù)×100﹪。

        1.3 培養(yǎng)條件

        組織培養(yǎng)室溫度(24±2) ℃,光照時(shí)間12 h/d,光照強(qiáng)度3 600 lx。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同滅菌時(shí)間對(duì)滅菌效果的影響

        實(shí)驗(yàn)前期已經(jīng)摸索過芙蓉菊基本滅菌時(shí)間范圍,分別設(shè)置酒精處理20 s,升汞(0.1﹪氯化汞)處理3 min、5 min和7 min。結(jié)果表明,升汞滅菌7 min時(shí)外植體全部死亡;5 min時(shí)無污染,但有大量外植體死亡;3 min時(shí)有個(gè)別外植體出現(xiàn)污染,但無死亡現(xiàn)象,因此,設(shè)置4個(gè)滅菌時(shí)間處理,結(jié)果見表3和圖1。

        表3 滅菌時(shí)間對(duì)外植體滅菌效果的影響Table 3 Effects of different disinfection time on sterilization of explants

        圖1 滅菌時(shí)間對(duì)外植體滅菌效果的影響Fig .1 Effects of different disinfection time on sterilization of explants

        由表3和圖1可知,隨著滅菌時(shí)間的延長,外植體污染率逐漸下降,但外植體的傷害也逐漸加大,無菌苗獲得率低。當(dāng)用莖段作外植體時(shí),升汞滅菌時(shí)間為1 min時(shí),污染率最大,為20﹪,但外植體損傷較弱,外植體沒有出現(xiàn)由于滅菌時(shí)間過長而出現(xiàn)的死亡現(xiàn)象,長勢好;當(dāng)升汞滅菌時(shí)間為2 min時(shí),污染率較小,外植體長勢好,基本無死亡現(xiàn)象,外植體存活率最大;當(dāng)升汞滅菌時(shí)間為3 min時(shí),污染率較小,但外植體長勢不如前兩種,成活率也低;當(dāng)升汞滅菌時(shí)間達(dá)到5 min時(shí),基本已無污染產(chǎn)生,但長勢差,外植體損傷大,存活率最低。而葉柄作為外植體時(shí),升汞滅菌1 min即可,此時(shí)成活率較高,增加升汞滅菌時(shí)間,則成活率急劇下降,不利于外植體培養(yǎng)。由此可見,滅菌時(shí)間對(duì)芙蓉菊存活率和長勢影響大,因此,在降低污染率的前提條件下,盡量的減少滅菌時(shí)間,以避免的外植體的死亡。綜上所述,以芙蓉菊的莖段為外植體時(shí),對(duì)其進(jìn)行75﹪的酒精20 s和0.1﹪的升汞2 min進(jìn)行滅菌;以葉柄為外植體時(shí),用75﹪酒精20 s和0.1﹪升汞1 min處理可獲得較為理想的結(jié)果。

        2.2 不同培養(yǎng)基對(duì)芙蓉菊初代培養(yǎng)的影響

        通常較大的草本植物以采取莖段較適宜,能在培養(yǎng)基的幫助下萌發(fā)出側(cè)芽,成為進(jìn)一步繁殖的材料。在快速繁殖中,重要的是選擇最幼態(tài)的組織或器官,而且這些組織或器官能夠盡快誘導(dǎo)形態(tài)發(fā)生,避免過長的愈傷組織階段,這是實(shí)現(xiàn)快速繁殖的關(guān)鍵[12]。菊花中也常見用葉柄作為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)[13-14],因此本實(shí)驗(yàn)同時(shí)采用莖段和葉柄作為外植體篩選合適的初代培養(yǎng)基。

        2.2.1 莖段的愈傷

        莖段接種后經(jīng)過30 d的生長,根據(jù)觀察情況統(tǒng)計(jì)其愈傷情況,得到數(shù)據(jù)如表4所示。

        表4 不同激素濃度配比對(duì)芙蓉菊莖段愈傷的影響Table 4 Effects of different mediums on stem callus for initial culture of C. chinense

        由表4可見,A2培養(yǎng)基的愈傷率最高,而B3最低。A組培養(yǎng)基的愈傷誘導(dǎo)率總體好于B組,可見當(dāng)6-BA濃度為2.0 mg/L時(shí),芙蓉菊的莖段更易誘導(dǎo)出愈傷。當(dāng)6-BA濃度為2.0 mg/L,隨著NAA濃度的升高,莖段的愈傷誘導(dǎo)率大體呈現(xiàn)先升后降的趨勢,NAA濃度為0.1 mg/L時(shí),莖段的愈傷誘導(dǎo)率達(dá)到最高,為80.6﹪,愈傷生長狀況好,很快分化出叢生芽。而當(dāng)6-BA濃度為1.0 mg/L,NAA濃度為0.02 mg/L時(shí),莖段的愈傷率最低,為52.8﹪,生長狀況差,叢生芽分化率低。

        綜合愈傷率和愈傷生長情況,A2培養(yǎng)基是最適合的莖段初代培養(yǎng)基。

        2.2.2 葉柄的愈傷

        對(duì)表4中的8種培養(yǎng)基進(jìn)行了篩選,選擇了其中6種作為葉柄的初代培養(yǎng)培養(yǎng)基。葉柄接種后經(jīng)過30 d的生長,統(tǒng)計(jì)其愈傷情況(見表5)。

        表5 不同激素濃度配比對(duì)芙蓉菊葉柄愈傷的影響Table 5 Effects of different mediums on petioles callus for initial culture of C. chinense

        由表5可知,不同培養(yǎng)基對(duì)葉柄初代培養(yǎng)影響很大,A4培養(yǎng)基的愈傷率最高為83.3﹪,而B2培養(yǎng)基的愈傷誘導(dǎo)率最低,為47.2﹪。A組培養(yǎng)基明顯好于B組,即6-BA濃度為2.0 mg/L更適合葉柄的愈傷誘導(dǎo)和生長。當(dāng)6-BA濃度為2.0 mg/L時(shí),隨著NAA濃度的升高,葉柄的愈傷率也隨之提高,當(dāng)NAA濃度達(dá)到1.0 mg/L時(shí),愈傷率也達(dá)到最高。

        總體而言,A組培養(yǎng)基相較于B組來說,更適合葉柄的愈傷培養(yǎng),其中A4培養(yǎng)基是最適合的葉柄初代培養(yǎng)基。

        2.3 不同培養(yǎng)基對(duì)芙蓉菊繼代培養(yǎng)的影響

        通過初代培養(yǎng),芙蓉菊莖段和葉柄都獲得了較高愈傷誘導(dǎo)率,但葉柄產(chǎn)生的愈傷組織無法分化出芽,因此選用莖段愈傷組織作為繼代培養(yǎng)篩選材料。初代培養(yǎng)基上的莖段誘導(dǎo)出的愈傷經(jīng)過30 d的生長,分化出新的芽點(diǎn),將其接種到繼代培養(yǎng)基上,再經(jīng)過30 d生長,觀察記錄計(jì)算出各種培養(yǎng)基上叢生芽的增殖芽數(shù)(見表6)。

        表6 不同激素濃度配比對(duì)芙蓉菊增殖培養(yǎng)的影響Table 6 Effects of different subculture MS mediums on multiplication culture of C. chinense

        可以明顯看出,A1培養(yǎng)基的叢生芽增值系數(shù)最大,B3培養(yǎng)基的叢生芽系數(shù)最小,A組的叢生芽增殖系數(shù)總體高于B組。而從生長狀況來看,A組生長情況好于B組(見封三圖3)。同時(shí),在篩選具有較高增殖系數(shù)的培養(yǎng)基過程中,考慮到所增殖的不定芽的質(zhì)量,A1培養(yǎng)基中叢生芽的生長狀況最好。

        2.4 不同培養(yǎng)基對(duì)芙蓉菊生根的影響

        增殖試管苗進(jìn)行生根生長,轉(zhuǎn)接30 d后統(tǒng)計(jì)生根率(見表7)。

        表7 MS和1/2MS培養(yǎng)基對(duì)芙蓉菊生根的影響Table 7 Effects of MS and 1/2 MS mediums on rooting rate of buds of C. chinense

        增值試管苗在MS和1/2MS中生長狀況良好,生根率都較高,其中1/2MS培養(yǎng)基生根率為86.1﹪,略高于MS培養(yǎng)基(80.6﹪)。

        3 結(jié)論與討論

        菊科很多植物體表都具有絨毛,極大的影響其作為外植體時(shí)的滅菌效果。滅菌時(shí)間過短,則外植體污染較為嚴(yán)重;滅菌時(shí)間過長,則易對(duì)外植體造成較大傷害,致使外植體褐化死亡。因此,在建立無菌體系時(shí),根據(jù)所選擇的外植體類型不同,需選用不同的滅菌時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示表明:芙蓉菊莖段所需升汞的滅菌時(shí)間比葉柄略長,用75﹪的酒精20 s和0.1﹪的升汞2 min對(duì)莖段進(jìn)行滅菌處理效果較好,而用75﹪酒精20 s和0.1﹪升汞1 min處理葉柄時(shí)可獲得較為理想的結(jié)果。

        由于同一植物的不同組織和器官,其再生能力有很大差距,并非所有的部位都能順利分化出芽。因此,在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中選擇合適的外植體類型是實(shí)驗(yàn)成功的重要條件之一。本實(shí)驗(yàn)在芙蓉菊植株上選擇了菊花組培中常用的莖段和葉柄作為外植體進(jìn)行初代培養(yǎng),兩者均能獲得較高的愈傷誘導(dǎo)率。但是,由葉柄獲得的愈傷組織經(jīng)過30~40 d的生長,無法分化出芽,不利于下一步的繼代培養(yǎng);而莖段獲得的愈傷組織在生長30 d左右即可順利分化產(chǎn)生叢生芽。因此,芙蓉菊應(yīng)選用植株中上部較為幼嫩的莖段為其最佳外植體。

        激素是誘導(dǎo)分化的關(guān)鍵物質(zhì),對(duì)組織培養(yǎng)的成敗起著決定性的作用。不加任何激素時(shí),芙蓉菊莖段作為外植體雖然可以分化,但是增殖系數(shù)較低,出芽后長勢很弱,在生產(chǎn)中無明顯應(yīng)用價(jià)值。而在培養(yǎng)基中添加激素后,明顯提高了莖段的增殖率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在一定范圍內(nèi)提高6-BA的濃度,可以有效提高莖段的增殖系數(shù)。

        在芙蓉菊的生根培養(yǎng)中,將其繼代苗轉(zhuǎn)接入MS培養(yǎng)基和常用的1/2MS培養(yǎng)基中進(jìn)行生根培養(yǎng)。結(jié)果表明,在MS和1/2MS培養(yǎng)基中,芙蓉菊均有較高的生根率,其中1/2MS培養(yǎng)基中生根率達(dá)到86.1﹪。

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        [13] 陳玉華,吳坤林,陳之林,等. 影響非洲菊葉柄離體培養(yǎng)再生的因素[J].福建林業(yè)科技, 2006,(4):166-168.

        [14] 馮 強(qiáng),劉 寧,王 暾,等.不同自然光環(huán)境下土莊繡線菌的生理生態(tài)響應(yīng)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(9):27-31.

        Study on techniques of fast multiplication for the tissue culture of Crossostephium chinense

        CHEN Xue-juan1, WU Jue2, LI Xue-ke1, SUN Ming1,3, ZHANG Qi-xiang1,3
        (School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 2.Wuxi Hongyuan Landscape Construction Co.,Ltd., Wuxi 214000, Jiangsu, China; 3. China National Engineering Research Center for Floriculture, Beijing 100083, China)

        By taking the stems with axillary buds and petioles as explants, the tissue culture of Crossostephium chinense was studied. The effects of different sterilization time, mediums for initial culture, multiplication culture and rooting culture were tested. The results show that the stems were the optimal explants, the best disinfection method was: the stems were treated with 75﹪ alcohol for 20 seconds and 0.1﹪ HgCl2for 2 minutes, the petioles were treated with 75﹪ alcohol for 20 seconds and 0.1﹪ HgCl2for 1 minute; the optimal initialgeneration medium was: the stems were treated with MS+0.1 mg/L NAA+2.0 mg/L 6-BA,the callus induction frequency was 80.6﹪,the stems were treated with MS+1.0 mg/L NAA+2.0 mg/L 6-BA, the callus induction frequency reached 83.3﹪; the subculture was conducted by taking the stems as the explants and with MS+0.2 mg/L NAA+2.0 mg/L 6-BA, thus obtaining the maximum increment coefficient. The rooting rate of subculture plantlet was 80.6﹪ in MS medium and 86.1﹪ in 1/2 MS medium.

        Crossostephium chinense; tissue culture; techniques of fast multiplication; stem

        S722.3+7;S682.11

        A

        1673-923X (2012)07-0100-05

        2012-04-18

        中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(YX2011-32);十二五國家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD01B07); 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(TD2011-27)

        陳雪鵑(1984—),女,貴州貴陽人,博士研究生,主要從事花卉種質(zhì)資源與育種研究;E-mail:janeta1018@163.com

        張啟翔(1956—),男,湖北黃岡人,教授,主要從事花卉種質(zhì)資源與育種研究

        [本文編校:吳 毅]

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