不同水稻品種谷草雙優(yōu)收獲期研究

董臣飛，丁成龍，許能祥，程云輝，沈益新，顧洪如*

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所，江蘇南京210014;2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，江蘇南京210095)

近年來隨著我國南方農(nóng)區(qū)草食畜牧業(yè)的興起，粗飼料需求量大幅增加。南方是傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)，缺乏大面積草場，需要大量外調(diào)飼草。水稻(Oryza sativa)是我國南方最主要的糧食作物，2011年種植面積約為3006萬hm2，稻谷產(chǎn)量約為2.01億t［1］。稻草是水稻生產(chǎn)中的主要副產(chǎn)品，谷草比約為1∶1，因此我國年產(chǎn)稻草也近2億t。目前雖然有還田、造紙、生產(chǎn)建材、作為栽培基質(zhì)等利用方式，但因稻草本身的質(zhì)量和利用技術(shù)等原因?qū)е吕昧坎淮螅蟛糠直粡U棄焚燒，誘發(fā)嚴(yán)重環(huán)境污染。改善稻草飼用品質(zhì)、提高稻草飼用率可大幅減少稻草的廢棄焚燒量，同時(shí)緩解南方農(nóng)區(qū)粗飼料短缺的現(xiàn)狀，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

國內(nèi)對稻草飼用的研究主要集中在調(diào)制方法和飼喂效果上。稻草經(jīng)過氨化、青貯、生物降解等途徑可以改善其理化性狀及營養(yǎng)品質(zhì)［2-5］，用來飼喂肉牛［6-7］、奶牛［8］、羊［9］均得到比飼喂未處理稻草好的效果。國外對品種間稻草飼用品質(zhì)的差異［10-12］、稻草不同部分消化利用率的差異［13-14］進(jìn)行過研究。目前還有研究關(guān)注了生育后期噴施赤霉素對稻草飼用品質(zhì)的改善效果［15］、不同留茬高度［16-17］和不同常規(guī)稻品種間稻草飼用品質(zhì)的差異［18］。

稻草曾是我國南方農(nóng)區(qū)反芻家畜粗飼料的主要來源之一。水稻成熟收獲后將稻草自然風(fēng)干直接飼喂家畜是主要的利用方式。由于我國傳統(tǒng)的種植方式是以提高稻谷產(chǎn)量為主，在不影響下茬播種的前提下習(xí)慣延長收獲期來促進(jìn)光合產(chǎn)物向籽粒的轉(zhuǎn)移，提高稻谷產(chǎn)量，這導(dǎo)致收獲時(shí)稻稈枯黃，其中的養(yǎng)分含量低。因此研究不同水稻品種的適宜收獲期，在保證稻谷生產(chǎn)的前提下提高稻草中非結(jié)構(gòu)性碳水化合物和粗蛋白等可消化養(yǎng)分含量是改善稻草飼用品質(zhì)簡單有效的方式。目前國內(nèi)外均缺少相關(guān)方面的研究報(bào)道。

本項(xiàng)目擬采用秈稻、粳稻、雜交稻等不同類型的水稻品種，研究在提前和推后收獲時(shí)稻草產(chǎn)量、飼用品質(zhì)和青貯品質(zhì)及稻谷產(chǎn)量的變化規(guī)律，明確不同類型水稻品種谷草雙優(yōu)的適宜收獲期，為在兼顧稻谷生產(chǎn)的前提下獲得高飼用品質(zhì)稻草提供指導(dǎo)，加快稻草飼料化利用，減少稻草焚燒，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

利用江蘇地區(qū)目前生產(chǎn)中的4個(gè)不同類型的優(yōu)質(zhì)雜交秈稻、粳稻品種(兩優(yōu)培九、南粳44、武育粳3號(hào)、南粳46)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

2012年，在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻試驗(yàn)田(南京)進(jìn)行田間試驗(yàn)，5月11日播種，6月11日插秧。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每小區(qū)10行，每行10株，1穴1株，行株距為30 cm×20 cm。按照常規(guī)水稻進(jìn)行肥水管理。實(shí)驗(yàn)室分析在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所草飼料調(diào)制研究項(xiàng)目組實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.3 測定內(nèi)容及方法

每個(gè)品種根據(jù)理論全生育期設(shè)置5個(gè)收獲日期:1-提前6 d，2-提前3 d，3-標(biāo)準(zhǔn)收獲期，4-推后3 d，5-推后6 d。每次收獲時(shí)每小區(qū)選取10株，留茬10 cm左右。剪去穗(用來考種)，最后計(jì)算稻谷產(chǎn)量(穗重)。稻草稱鮮重后切碎混勻，一部分稱鮮重后105℃ 殺青15 min，然后75℃ 烘干至恒重并稱重，根據(jù)干鮮重比例換算10株稻草的干重，然后粉碎過粒徑0.38 mm的40目篩，將草粉裝入密封樣品袋備用，測定非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(nonstructural carbohydrates，NSC)、粗蛋白(crude protein，CP)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)的含量和干物質(zhì)體外消化率(in vitro dry matter digestibility，IVDMD);另一部分添加乳酸菌(乳酸菌由上海潤盈公司生產(chǎn)，活菌數(shù)量為2×106cfu/g，添加量為0.01 g/kg鮮重)混勻，裝入40 cm×30 cm的聚乙烯袋內(nèi)，真空封口，室溫貯藏60 d，開袋檢測。

NSC的測定方法參考Yoshida［19］的方法。CP用丹麥產(chǎn)的蛋白分析儀測定(KJELTEC2300，F(xiàn)oss，Denmark)。ADF用范氏法測定［20］。IVDMD的測定方法參考胃蛋白酶－纖維素酶兩步法［21］。青貯浸提液的pH用Micro-Bench型pH計(jì)直接對過濾液進(jìn)行測定，乳酸(lactic acid，LA)含量采用對羥基聯(lián)苯法測定［22］。氨態(tài)氮(NH3-N):采用苯酚－次氯酸鈉比色法測定［23］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 11.5軟件進(jìn)行方差分析，用Excel軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

本研究選定的4個(gè)水稻品種是江蘇地區(qū)常用的優(yōu)質(zhì)水稻品種，其中有3個(gè)粳稻品種，1個(gè)雜交秈稻品種。兩優(yōu)培九是雜交中晚秈，理論全生育期是140 d［24］，武育粳3號(hào)是遲熟中粳，理論全生育期是152 d［25］，南粳44是早熟晚粳，理論全生育期是158 d［26］，南粳 46是中熟晚粳，理論全生育期是 165 d［27］。

圖1 4個(gè)水稻品種5個(gè)收獲期稻谷產(chǎn)量的變化趨勢Fig.1 The grain yielding change trend of four rice varieties in five harvest times

2.1 不同收獲日期稻谷產(chǎn)量的變化趨勢

不同收獲日期4個(gè)品種的稻谷產(chǎn)量變化趨勢見圖1。隨著收獲時(shí)間的推遲，4個(gè)品種的稻谷產(chǎn)量均呈現(xiàn)不同程度的上升，其中兩優(yōu)培九的稻谷產(chǎn)量上升幅度較小，提前6 d收獲時(shí)稻谷產(chǎn)量為276.4 g，到推后6 d收獲時(shí)產(chǎn)量僅提高到288.7 g，增產(chǎn)幅度為4.45%;南粳44提前6 d收獲時(shí)的產(chǎn)量為241.2 g，推后 6 d收獲時(shí)產(chǎn)量為260.1 g，增產(chǎn)幅度為7.84%;武育粳3號(hào)提前6 d收獲的產(chǎn)量為224.0 g，推后 6 d收獲的產(chǎn)量為 257.7 g，增產(chǎn)幅度為15.04%;南粳46提前6d收獲的產(chǎn)量為273.8 g，推后 6 d收獲的產(chǎn)量為 302.8 g，增產(chǎn)幅度為10.59%。

不同收獲日期間稻谷產(chǎn)量品種間的方差分析結(jié)果見表1。不同品種、不同收獲日期的稻谷產(chǎn)量差異均極顯著(P＜0.01)，品種和收獲日期間的互作效應(yīng)也極顯著(P＜0.01)。5次收獲日期不同品種間的產(chǎn)量差異也都達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)。

表1 不同收獲時(shí)間稻谷產(chǎn)量的方差分析Table 1 Variance analysis of grain yielding in five harvest times among four cultivars

圖2 4個(gè)水稻品種5個(gè)收獲期稻草產(chǎn)量變化趨勢Fig.2 The straw yielding change trend of four rice varieties in five harvest times

2.2 不同收獲日期的稻草產(chǎn)量的變化趨勢

不同收獲日期稻草產(chǎn)量的變化趨勢見圖2。隨著收獲日期的推遲，兩優(yōu)培九的稻草產(chǎn)量持續(xù)下降，推后3 d和6 d收獲時(shí)的降幅高于前期。武育粳3號(hào)和南粳44的稻草產(chǎn)量在提前6 d收獲時(shí)最高，隨后降低，其中武育粳3號(hào)在提前3 d收獲時(shí)產(chǎn)量達(dá)到一個(gè)低谷，隨后上升，到推后3 d收獲時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，而南粳44是在理論全生育期收獲時(shí)產(chǎn)量達(dá)到一個(gè)低點(diǎn)，推后3 d收獲時(shí)上升至最高。兩個(gè)品種又都在推后6 d收獲時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最低。南粳46的稻草產(chǎn)量隨著收獲日期的延遲持續(xù)增加，在推后6 d收獲時(shí)稻草產(chǎn)量升幅最大。

不同品種和收獲日期間稻草產(chǎn)量品種間的方差分析結(jié)果見表2。不同品種、不同收獲日期的稻草產(chǎn)量差異均極顯著(P＜0.01)，品種和收獲日期間的互作效應(yīng)也極顯著(P＜0.01)。標(biāo)準(zhǔn)收獲期和推后3 d收獲的稻草產(chǎn)量品種間差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)，其他收獲日期的不同品種間的產(chǎn)量差異也都達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)。

2.3 不同收獲日期稻草飼用品質(zhì)的變化趨勢

不同收獲日期稻草飼用品質(zhì)相關(guān)性狀的變化規(guī)律見圖3。稻草中NSC含量隨著收獲日期的推遲不同品種間的規(guī)律不同，其中兩優(yōu)培九稻草中的NSC含量在提前6 d收獲時(shí)最高，為9.75%，隨著收獲日期的推遲持續(xù)下降，但提前3 d收獲和按照理論全生育期收獲的NSC含量相差不顯著;南粳44和武育粳3號(hào)稻草中的NSC含量則隨著生育期的推遲先下降，后回升。其中武育粳3號(hào)在提前3 d收獲時(shí)NSC含量最低，而推遲3 d收獲時(shí)NSC含量最高，達(dá)11.65%，推遲6 d收獲時(shí)NSC含量又有所下降;南粳44在提前3 d收獲時(shí)稻草中的NSC含量最高，為12.98%，隨后下降，在推后3 d收獲時(shí)含量最低，推后6 d收獲時(shí)又有所升高。南粳46稻草中的NSC含量基本隨著收獲期的延遲持續(xù)升高，在推后6 d收獲時(shí)含量達(dá)最高值11.06%。稻草中的CP含量均隨著收獲期的推遲持續(xù)下降，其中兩優(yōu)培九的下降幅度最大，提前6 d收獲時(shí)CP含量為5.25%，推后6 d收獲時(shí)為4.23%;其余3個(gè)品種間的下降幅度差異不顯著。

兩優(yōu)培九和南粳46的ADF含量在推后6 d收獲時(shí)最低，南粳44的ADF含量在提前6 d收獲時(shí)最低，武育粳3號(hào)在推后3 d收獲時(shí)含量最低。不同收獲期稻草IVDMD的變化規(guī)律是兩優(yōu)培九在提前6 d收獲時(shí)最高，隨后持續(xù)下降，理論全生育期收獲時(shí)最低，推后3 d收獲時(shí)又顯著上升。南粳46和南粳44稻草的IVDMD在推后6 d收獲時(shí)最高，武育粳3號(hào)稻草的IVDMD在提前3 d收獲時(shí)最高。

不同收獲日期間稻草飼用品質(zhì)品種間的方差分析結(jié)果見表3。不同品種、不同收獲日期稻草中的NSC含量差異均極顯著(P＜0.01)，品種和收獲日期間的互作效應(yīng)也極顯著(P＜0.01)。5次收獲日期不同品種間的NSC含量的差異也都達(dá)到極顯著(P＜0.01)。不同品種、不同收獲日期稻草中的CP和ADF含量、IVDMD的差異均顯著(P＜0.05)，品種和收獲日期間的互作效應(yīng)也達(dá)顯著(P＜0.05)。推后3 d收獲和推后6 d收獲時(shí)不同品種間的CP和ADF含量差異不顯著(P＞0.05)，提前6 d收獲和推后3 d收獲的IVDMD差異不顯著，其他收獲日期的不同品種間的CP和ADF含量、IVDMD差異都達(dá)到顯著(P ＜0.05)和極顯著(P ＜0.01)水平。

表2 不同收獲時(shí)間稻草產(chǎn)量的方差分析Table 2 Variance analysis of straw yielding in five harvest times among four cultivars

圖3 4個(gè)水稻品種5個(gè)收獲期稻草飼用品質(zhì)相關(guān)性狀的變化趨勢Fig.3 The straw feeding quality change trend of four rice varieties in five harvest times

2.4 不同收獲日期的稻草青貯發(fā)酵品質(zhì)的變化趨勢

不同收獲日期稻草青貯發(fā)酵品質(zhì)的變化規(guī)律見圖4。不同收獲日期稻草青貯后的pH基本都呈V型變化趨勢，兩優(yōu)培九提前6 d收獲的稻草青貯后的pH最高，提前3 d收獲青貯后最低，隨后3次收獲后青貯稻草的pH又逐步回升;南粳44和南粳46都是理論全生育期收獲時(shí)pH最低，武育粳3號(hào)是推后3 d收獲時(shí)青貯稻草的pH值最低。LA含量的變化趨勢不一致。兩優(yōu)培九提前6 d收獲稻草青貯后的LA含量最高，為2.32%，隨后急劇下降，推后3 d收獲時(shí)達(dá)最低值0.14%;南粳44在提前3 d和理論全生育期收獲時(shí)LA含量最高，為1.80%和1.79%，隨后有所下降，為1.50%和1.51%，降幅較小;武育粳3號(hào)在理論全生育期收獲時(shí)青貯稻草的LA含量最高，達(dá)2.25%，推后3 d收獲時(shí)最低，為1.01%;南粳46在推后6 d收獲時(shí)青貯稻草的LA含量最高，為1.00%，推后3 d收獲時(shí)最低，為0.58%。NH3-N的變化幅度較小，除了兩優(yōu)培九推后6 d收獲稻草青貯后的NH3-N急劇上升(從提前6 d收獲時(shí)最低的3.59%上升到8.10%)外，南粳44和南粳46在不同收獲期的變化幅度較小，武育粳3號(hào)在提前3 d收獲時(shí)稻草的NH3-N含量最高，為5.11%，推后3 d收獲時(shí)的最低，為 3.62%。

不同收獲日期間青貯稻草發(fā)酵品質(zhì)相關(guān)性狀品種間的方差分析結(jié)果見表4。不同品種、不同收獲時(shí)間青貯后稻草中的LA含量差異均極顯著(P＜0.01)，品種和收獲日期間的互作效應(yīng)也極顯著(P＜0.01)。5次收獲日期不同品種間青貯后稻草的LA含量的差異也都達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)。不同品種間青貯后稻草的pH差異不顯著(P＞0.05)，不同收獲日期青貯后稻草中的pH差異顯著(P＜0.05)，品種和收獲日期間的互作效應(yīng)也達(dá)顯著(P＜0.05)。推后6 d收獲時(shí)不同品種間的pH差異不顯著(P＞0.05)，其他收獲日期不同品種間的差異顯著(P＜0.05)。不同收獲日期青貯后稻草中的NH3-N含量差異不顯著(P＞0.05)，不同品種青貯后稻草中的NH3-N含量差異顯著(P＜0.05)，品種和收獲日期間的互作效應(yīng)也達(dá)顯著(P＜0.05)。提前6 d收獲和提前3 d收獲的NH3-N含量差異不顯著，其他收獲日期的不同品種間的含量差異都達(dá)到顯著(P＜0.05)和極顯著(P＜0.01)水平。

表3 不同收獲時(shí)間稻草飼用品質(zhì)相關(guān)性狀的方差分析Table 3 Variance analysis of straw feeding quality related traits in five harvest times among four cultivars

圖4 4個(gè)水稻品種不同收獲期青貯發(fā)酵品質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 The straw fermentation quality change trend of four rice varieties in five harvest times

3 討論

本研究選定的4個(gè)水稻品種是江蘇地區(qū)目前生產(chǎn)中常用的優(yōu)質(zhì)水稻品種。江蘇地區(qū)由于氣候條件和種植習(xí)慣及人民消費(fèi)特點(diǎn)，多種植單季晚粳稻，秈稻種植面積較小，優(yōu)質(zhì)秈稻品種也較少。因此本研究只選擇了一個(gè)有代表性的雜交秈稻品種兩優(yōu)培九，其他均為粳稻品種。4個(gè)品種的生育期差異明顯，有利于研究不同類型、熟性的水稻品種在不同收獲期的稻谷、稻草產(chǎn)量和飼用品質(zhì)性狀的變化規(guī)律。

表4 不同收獲時(shí)間青貯稻草發(fā)酵品質(zhì)相關(guān)性狀的方差分析Table 4 Variance analysis of straw fermentation quality related traits in five harvest times among four cultivars

3.1 不同收獲期稻谷產(chǎn)量的差異

在生產(chǎn)上不同類型的水稻品種都有盡量晚收以促進(jìn)稻草中光合產(chǎn)物向籽粒轉(zhuǎn)移從而提高稻谷產(chǎn)量的習(xí)慣。但是不同水稻品種推遲收獲期稻谷增產(chǎn)的效果差異較大。本研究中增產(chǎn)幅度最小的是兩優(yōu)培九，其次是南粳44，南粳46，最大的是武育粳3號(hào)(圖1)。兩優(yōu)培九是雜交秈稻品種，生育后期葉片迅速早衰，而其他3個(gè)品種都是粳稻，尤其是南粳46，是中熟晚粳，生育期長，到了生育后期葉片衰老緩慢，依然保持較高的光合能力，有更多的光合產(chǎn)物持續(xù)供應(yīng)到籽粒中。因此在生產(chǎn)中適度推遲收獲期的粳稻品種稻谷增產(chǎn)幅度較大，而對于秈稻品種來說，推遲收獲期增加稻谷產(chǎn)量的效果不顯著。

3.2 不同收獲期稻草產(chǎn)量和飼用品質(zhì)的變化趨勢

不同收獲期稻草產(chǎn)量的變化趨勢與稻草中非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC)含量的變化趨勢基本一致。本研究中隨著收獲期的推遲，兩優(yōu)培九的稻草產(chǎn)量持續(xù)下降，武育粳3號(hào)和南粳44的稻草產(chǎn)量呈現(xiàn)“V”型變化趨勢，推后3 d收獲時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，南粳46的稻草產(chǎn)量隨著收獲日期的推遲持續(xù)增加，在推后6 d收獲時(shí)稻草產(chǎn)量升幅最大(圖2)。而兩優(yōu)培九稻草中的NSC含量在提前6 d收獲時(shí)最高，武育粳3號(hào)推遲3 d收獲時(shí)NSC含量最高;南粳44在提前3 d收獲時(shí)稻草中的NSC含量最高，南粳46稻草中的NSC含量基本隨著收獲期的延遲持續(xù)升高，在推后6 d收獲時(shí)含量達(dá)最高(圖3)。

稻草中NSC含量的變化趨勢與生育后期光合產(chǎn)物的重新分配有關(guān)。抽穗前水稻莖鞘是光合產(chǎn)物的主要貯存部位，到開花后大量光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到籽粒中，但在生育后期隨著籽粒灌漿的逐步完成，又有部分光合產(chǎn)物重新貯存在莖鞘中［28］。Dong等［29］在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，稻草中的NSC含量在開花后1～3周大幅下降，至第5周又有不同幅度的回升，NSC回升率不同品種間存在顯著差異，粳稻品種顯著高于秈稻品種。兩優(yōu)培九是秈稻品種，存在早衰現(xiàn)象，生育后期光合能力較低，而且還是大穗型品種(單穗重5.29 g)，庫容大，因此生育后期不但少有光合產(chǎn)物貯存在莖鞘中，而且莖鞘中前期貯存的光合產(chǎn)物還要大量轉(zhuǎn)移到籽粒中以供灌漿，因此導(dǎo)致收獲時(shí)稻草中殘留的NSC含量較低。而武育粳3號(hào)、南粳44和南粳46是粳稻品種，生育期較長，生育后期依然保持較多的綠葉面積，不斷有多余光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)到莖鞘中，使稻草中的NSC含量出現(xiàn)回升，從而帶動(dòng)稻草產(chǎn)量也升高。

稻草中的CP含量均隨著收獲期的推遲持續(xù)下降，其中兩優(yōu)培九的下降幅度最大(圖3)。這與植株在衰老過程中蛋白質(zhì)的降解有關(guān)，而不同品種的衰老程度不同致使稻草中CP含量的下降幅度存在差異。ADF含量的變化可能與NSC和CP等可移動(dòng)成分的變化有關(guān)。ADF的主要成分是纖維素和木質(zhì)素，兩者緊密結(jié)合形成致密結(jié)構(gòu)構(gòu)成植株的骨架(難以被動(dòng)物消化利用)，主要在生育前期完成。在生育后期其絕對質(zhì)量很少變化［30］，NSC含量的回升和CP含量的持續(xù)下降導(dǎo)致ADF的相對質(zhì)量發(fā)生相應(yīng)的變化。不同收獲期稻草IVDMD的變化規(guī)律基本與NSC含量的變化趨勢正相關(guān)，而與ADF含量的變化趨勢相反(圖3)。由于稻草的青貯品質(zhì)與稻草中的NSC含量顯著正相關(guān)［15］，不同水稻品種在不同收獲期的稻草青貯后發(fā)現(xiàn)其發(fā)酵品質(zhì)的變化規(guī)律和稻草中NSC的變化規(guī)律基本一致，NSC含量高的稻草青貯后的LA含量較高，而NH3-N含量較低，pH較低(圖3，4)。

4 結(jié)論

在當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，稻草已經(jīng)成為一種農(nóng)業(yè)廢棄物，稻草飼料資源化利用是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然需求。在不影響稻谷生產(chǎn)的前提下適度降低稻草產(chǎn)量將有助于減少處理稻草的投入，因此在選擇適宜收獲期時(shí)，主要考慮的是對稻谷生產(chǎn)和稻草飼用品質(zhì)的影響。因此綜合不同收獲期稻谷產(chǎn)量和稻草飼用品質(zhì)的變化規(guī)律，在盡量不減少稻谷生產(chǎn)的前提下為獲得較高的稻草飼用品質(zhì)，雜交秈稻品種兩優(yōu)培九提前6 d收獲較為適宜，遲熟中粳武育粳3號(hào)和早熟晚粳南粳44推后3 d收獲較為適宜，而中熟晚粳南粳46推后6 d收獲較為適宜。

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