30年來寧夏引黃灌區(qū)春小麥優(yōu)良品種（系）的產(chǎn)量構(gòu)成因素分析及高產(chǎn)育種展望

張雙喜　季新梅　李紅霞等

摘要：通過研究寧夏引黃灌區(qū)多年春小麥育種中出現(xiàn)的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)類型，為今后小麥育種提供新思路。以1983—2013年寧夏引黃灌區(qū)春小麥區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)中排名前2位的優(yōu)良品系為選材、以寧春4號(hào)品種為對(duì)照進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，227個(gè)參試品種（系）中增產(chǎn)的品種（系）達(dá)69個(gè)，增產(chǎn)幅度為0.01%～15.47%；對(duì)照寧春4號(hào)品種與參試品種的環(huán)境系數(shù)產(chǎn)量呈波狀變化，與實(shí)際生產(chǎn)情況一致；對(duì)寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量與構(gòu)成因素進(jìn)行回歸分析，得到方程Y=5.227-1.021X1-0.111X2+11.728X3；優(yōu)良品種（系）的株高比對(duì)照高2～3 cm，穗數(shù)比對(duì)照多24.0穗，穗粒數(shù)比對(duì)照多3粒，千粒質(zhì)量比對(duì)照高1.2 g。未來春小麥育種應(yīng)適當(dāng)控制株高，增加穗數(shù)和粒質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：寧夏；春小麥；產(chǎn)量；構(gòu)成因素；分析；育種展望

中圖分類號(hào)： S512.1+20.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）11-0100-04

收稿日期：2015-02-10

基金項(xiàng)目：寧夏自然科學(xué)基金（編號(hào)：NZ13100）；寧夏農(nóng)林科學(xué)院自主研發(fā)項(xiàng)目（編號(hào)：NKYJ-13-01）；國家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2011BAD35B03-5）。

作者簡(jiǎn)介：張雙喜（1972—），男，寧夏固原人，博士，副研究員，主要從事小麥遺傳育種研究。E-mail：shxzhang@163.com。

通信作者：魏亦勤，碩士，研究員。E-mail：yqwei@163.com。隨著人口數(shù)量逐漸增多和人均耕地的減少，進(jìn)一步提高單位面積產(chǎn)量已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需要[1]。小麥產(chǎn)量的提高是由多種手段和方法共同完成的，培育優(yōu)良新品種是提高小麥產(chǎn)量最重要的手段之一[2]。國內(nèi)外研究結(jié)果表明，小麥產(chǎn)量的提高有45%～50%歸功于品種，因此推廣優(yōu)良小麥品種是小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低成本的首要保證[3]。小麥品種的演變常與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善、外部環(huán)境條件特別是脅迫條件的變化、耕作制度的改變、人們的經(jīng)濟(jì)要求相伴隨，也必然伴隨著小麥品種的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀、抗性、適應(yīng)性等綜合性狀的改進(jìn)[4]。

寧夏引黃灌區(qū)屬于西北春麥區(qū)的銀寧灌溉副區(qū)，春小麥面積僅占全區(qū)總耕地面積的12%，但在西北春麥區(qū)中占有重要地位，育成品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性在全國春麥區(qū)中具有一定的影響。自20世紀(jì)90年代中期以來，以豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性好而著稱的寧春16號(hào)、寧春4號(hào)品種均作為國家西北春麥區(qū)域的統(tǒng)一試驗(yàn)對(duì)照，并在該地區(qū)大面積推廣[5]。1990年，培育品種寧春4號(hào)在西北春麥區(qū)的最大種植面積為33.3萬hm2，約占西北春麥區(qū)春小麥總面積的29%[6]，因此寧夏引黃灌區(qū)的春小麥品種在西北春麥區(qū)甚至全國春小麥品種中具有重要地位[7]。

小麥產(chǎn)量潛力是許多性狀的綜合表現(xiàn)，與產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系最直接。大量研究表明，產(chǎn)量的提高主要源于收獲指數(shù)和單位面積粒數(shù)的增加[8]，收獲指數(shù)的提高主要體現(xiàn)于株高降低，粒數(shù)的增加主要是由于穗粒數(shù)[9]或單位面積穗數(shù)的增加[10]。不同生態(tài)環(huán)境、栽培條件下獲得高產(chǎn)的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)有很大差異，在一定地區(qū)大面積生產(chǎn)條件下，存在較為優(yōu)化的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)類型[11]，因此全面了解參試高產(chǎn)型品種的產(chǎn)量類型，對(duì)該地區(qū)新品種的配育和推廣具有重要意義。本研究將1987年以來參加區(qū)域試驗(yàn)優(yōu)良品種（系）與寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行比較，全面分析育成品種、推廣品種的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，旨在探索寧夏引黃灌區(qū)春小麥較為理想的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)類型，為今后該區(qū)域春小麥的育種方向提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1資料與概述

以1983—2013年寧夏引黃灌區(qū)春小麥區(qū)域試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱區(qū)試）的匯總數(shù)據(jù)為材料。參加區(qū)試的5個(gè)固定地點(diǎn)由南向北依次為中寧縣良繁場(chǎng)、吳忠市良繁場(chǎng)、寧夏農(nóng)林科學(xué)院作物研究所、賀蘭縣原種場(chǎng)、平羅縣良繁場(chǎng)，3個(gè)不固定地點(diǎn)分別為靈武農(nóng)場(chǎng)、國營連湖農(nóng)場(chǎng)、前進(jìn)農(nóng)場(chǎng)。區(qū)試地點(diǎn)的土壤類型由南向北依次為沙壤土（中寧縣良繁場(chǎng)）、灌淤土（吳忠市良繁場(chǎng)、寧夏農(nóng)林科學(xué)院作物研究所、賀蘭縣原種場(chǎng)）、鹽堿土（平羅縣良繁場(chǎng)）。寧春4號(hào)品種于1983年通過寧夏回族自治區(qū)品種審定委員會(huì)的審定，自1986年以來作為區(qū)域試驗(yàn)的對(duì)照品種。除個(gè)別特殊年份外，各試驗(yàn)點(diǎn)的播種期為2月下旬至3月上旬，收獲期為7月中旬，全生育期灌溉水3～4次。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積為13.33～16.80 m2，播種量為675萬粒/hm2。

1.2參試品種（系）的產(chǎn)量性狀

由于1983—1986年參加區(qū)試的品種（系）中沒有相對(duì)于寧春4號(hào)品種增產(chǎn)的品系，本研究以1987—2013年區(qū)試中產(chǎn)量居第1、第2位的小麥優(yōu)良品種（系，分別簡(jiǎn)稱優(yōu)1、優(yōu)2）為材料（表1），以寧春4號(hào)品種為對(duì)照，考察株高、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量性狀的各試驗(yàn)點(diǎn)平均值，并采用Excel 2003軟件、DPS v7.05軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表130年來參加區(qū)域試驗(yàn)的優(yōu)良品種（系）

年份優(yōu)1優(yōu)2代號(hào) 名稱代號(hào) 名稱1987內(nèi)蒙11號(hào)9711寧春12號(hào)198886YJ9寧春13號(hào)原86-1198986Q16寧春14號(hào)B-20199086Y1608寧春16號(hào)Q26寧春17號(hào)199186Y1608寧春16號(hào)中寧2014寧春18號(hào)199290Q33788N2427199388N3438寧春22號(hào)永1712199489N1414寧春23號(hào)88N24271995永3263寧春26號(hào)BD-31996永3263寧春26號(hào)93J104寧農(nóng)2號(hào)1997永920寧春33號(hào)J210寧J2101998J210寧J210寧農(nóng)9741999石1953寧農(nóng)974200096H19897J230寧春32號(hào)200196H19897J230寧春32號(hào)2002品引1號(hào)寧春37號(hào)永3119寧春39號(hào)2003永3119寧春39號(hào)99-245-1寧春40號(hào)2004永283499-2612005紫繁3號(hào)寧春46號(hào)99-2612006紫繁3號(hào)寧春46號(hào)永16202007J249寧春47號(hào)H5366寧春50號(hào)2008永1579寧春51號(hào)42022 200942022寧春49號(hào)N2038 2010永1937寧春52號(hào)N2038 2011古麥15永1471 2012永3388永3089 2013永1081永1285

1.3寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量性狀變化及相關(guān)性分析

在1983—2013年區(qū)試匯總數(shù)據(jù)中，以寧春4號(hào)品種各試驗(yàn)點(diǎn)的平均產(chǎn)量及各年份產(chǎn)量為變異系數(shù)，以當(dāng)年參試品種的平均產(chǎn)量為環(huán)境系數(shù)，通過直線方程分析其穩(wěn)產(chǎn)性。對(duì)株高、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，采用Excel 2003軟件、DPS v7.05軟件分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與分析

2.1參加區(qū)域試驗(yàn)品種（系）的表現(xiàn)

對(duì)寧夏引黃灌區(qū)多年試驗(yàn)資料進(jìn)行分析，結(jié)果（圖1）表明，1983年以來參加春小麥區(qū)試的品種總數(shù)累計(jì)達(dá)227個(gè)，比寧春4號(hào)品種增產(chǎn)的品種（系）有69個(gè)，占參試品系總數(shù)的30.40%，增產(chǎn)品種（系）的增產(chǎn)幅度為0.01%～15.47%。其中，增產(chǎn)幅度最大的品種（系）為寧春37號(hào)（2002年），增幅為15.47%；增產(chǎn)幅度最小的品種（系）為G78-6（1998年）。增產(chǎn)幅度超過5%的品種有寧春16號(hào)、寧春33號(hào)、寧春37號(hào)、寧春39號(hào)、寧春50等；多年增產(chǎn)較大的品種為寧春39號(hào)，其參試3年均增產(chǎn)5%以上。增產(chǎn)品種的數(shù)量隨年份的延長(zhǎng)而波動(dòng)，1983—1987年參試的品種（系）中沒有增產(chǎn)品種；1991年第1次出現(xiàn)增產(chǎn)品種（系）的數(shù)量高峰，占當(dāng)年參試品種（系）數(shù)量的50.0%；1993年增產(chǎn)品種（系）的數(shù)量降至0，之后則逐年上升，并于1998年出現(xiàn)第2次增產(chǎn)高峰期，占當(dāng)年參試品種（系）數(shù)量的87.8%；2000年增產(chǎn)品種（系）的數(shù)量跌入谷底，并于2002年再現(xiàn)增產(chǎn)高峰期，占當(dāng)年參試品種（系）數(shù)量的100.0%；近10年來增產(chǎn)品種（系）的數(shù)量有所增加。在30年的區(qū)試中，對(duì)照寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量位次表現(xiàn)為“三起三落”。每次大幅下落后就會(huì)出現(xiàn)新品種，如1990年下落后3個(gè)品種通過審定，具有影響力的寧春16號(hào)、寧春18號(hào)等品種出現(xiàn)；1999年下落后寧春26號(hào)、寧春33號(hào)、寧J210等品種出現(xiàn)；最近1次回落后寧春50號(hào)、寧春51號(hào)、寧春52號(hào)等品種出現(xiàn)?？梢?，寧夏引黃灌區(qū)的春小麥品種呈不連續(xù)出現(xiàn)勢(shì)態(tài)，并與該時(shí)期的育種水平提高、手段改進(jìn)有關(guān)。

2.2環(huán)境系數(shù)產(chǎn)量與氣候變化的波動(dòng)關(guān)系

小麥生長(zhǎng)和生產(chǎn)受當(dāng)年氣候變化的影響較大，30年區(qū)試中寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量與參試品種（系）的環(huán)境系數(shù)呈波狀變化，大體分為3種趨勢(shì)：較大波動(dòng)期（1983—1988年）、相對(duì)平穩(wěn)期（1989—2001年）、再次較大波動(dòng)期（2002—2013年）。在波動(dòng)變化中，產(chǎn)量共出現(xiàn)4次較大的低谷期，這些波動(dòng)變化與寧夏引黃灌區(qū)30年來春小麥的生產(chǎn)狀態(tài)相一致。區(qū)試匯總資料顯示，1987年小麥生長(zhǎng)時(shí)期發(fā)生了黃矮病、赤霉病、蚜蟲，對(duì)產(chǎn)量影響較大；2002年多個(gè)參試點(diǎn)在小麥灌漿中期遭遇強(qiáng)降雨和大風(fēng)天氣，參試品種（系）均有一定程度的倒伏，產(chǎn)量顯著降低；2007年3月初遭遇較大降雪天氣，播種期推遲20 d以上，造成出苗期、抽穗期延后，且灌漿期遭遇年度高溫期，使小麥高溫逼熟，減產(chǎn)較嚴(yán)重；2011年6月下旬連續(xù)出現(xiàn)干熱風(fēng)造成高溫低濕，使小麥粒質(zhì)量下降，減產(chǎn)明顯。1989—1999年，小麥生長(zhǎng)期間的氣候及環(huán)境因素對(duì)小麥有利，區(qū)試中環(huán)境系數(shù)與寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量均較高，年份間產(chǎn)量變幅均較小，且兩者之間差距較小，表明參試品種的整體產(chǎn)量水平和穩(wěn)產(chǎn)性相對(duì)提高。2000—2013年，小麥生長(zhǎng)期間的環(huán)境指數(shù)與寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量再次發(fā)生較大波動(dòng)，如2008年環(huán)境系數(shù)、寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量分別比2002年提高58.9%、45.4%，增幅較大。近年來，災(zāi)害性氣候的頻繁發(fā)生、全球氣溫持續(xù)變暖對(duì)寧夏引黃灌區(qū)春小麥的生產(chǎn)造成較大負(fù)面影響，也是該地區(qū)小麥種植面積逐年減少的主要原因之一，該地區(qū)小麥品種的抗逆性亟待提高（圖2）。

2.3寧春4號(hào)品種產(chǎn)量性狀的變異及相關(guān)性

對(duì)31年區(qū)試中寧春4號(hào)品種的主要經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果（表2）表明，株高的變異幅度、變異系數(shù)均最小，分別為14.0%、3.7%；產(chǎn)量的變異幅度、變異系數(shù)均最大，分別為57.3%、13.1%；其他經(jīng)濟(jì)性狀的變異幅度、變異系數(shù)排序不同，各性狀的變異幅度從大到小依次為穗粒數(shù)>千粒質(zhì)量>有效穗數(shù)。為進(jìn)一步研究產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量間的數(shù)量關(guān)系，以產(chǎn)量Y為因變量，以穗數(shù)X1、穗粒數(shù)X2、千粒質(zhì)量X3為自變量，得到回歸方程Y=5.227-1.021X1-0.111X2+11.728X3?？梢?，該品種通過增加千粒質(zhì)量來增加產(chǎn)量，而穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加對(duì)提高產(chǎn)量貢獻(xiàn)不大，這與已有研究結(jié)論和實(shí)際生產(chǎn)情況[11]相一致。多年來，寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量隨年份變化較大，主要是粒質(zhì)量變化較大所致，表明種植單一品種具有較大風(fēng)險(xiǎn)性。

2.4優(yōu)良品種（系）與寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量構(gòu)成因素在1987—2013年參加區(qū)試的優(yōu)良品種（系）中，對(duì)產(chǎn)量前2位品種（系）的主要產(chǎn)量性狀進(jìn)行比較。

3變異系數(shù)（%）3.77.09.98.013.1

的株高為76.2～88.0 cm，平均84.1 cm；優(yōu)良品種（系）的株高為75.0～95.0 cm，但大多數(shù)植株為85.0～90.0 cm；優(yōu)良品種（系）的株高比寧春4號(hào)品種高2～3 cm（圖3-a）。寧春4號(hào)品種的有效穗數(shù)為502.5～645.0穗/m2，平均582.1穗/m2；優(yōu)良品種（系）為530.1～678.0穗/m2，平均606.2穗/m2；優(yōu)良品種（系）的平均穗數(shù)比寧春4號(hào)品種多24.0穗/m2（圖3-b）。寧春4號(hào)品種的穗粒數(shù)為26.2～39.8 粒，平均30.2粒；優(yōu)良品種（系）的穗粒數(shù)為27.0～42.5粒，平均33.4粒；優(yōu)良品種（系）的平均穗粒數(shù)比寧春4號(hào)品種多3粒（圖3-c）。寧春4號(hào)品種的千粒質(zhì)量為35.2～48.4 g，平均43.8 g；優(yōu)良品種（系）的千粒質(zhì)量為40.8～54.9 g，平均 45.0 g；優(yōu)良品種（系）的平均千粒質(zhì)量比寧春4號(hào)品種高1.2 g（圖3-d）?？傮w來看，該地區(qū)的參試優(yōu)良品系通過提高穗粒數(shù)、粒質(zhì)量來增加產(chǎn)量。國內(nèi)外研究結(jié)果表明，小麥品種產(chǎn)量潛力的增加得益于單位面積穗數(shù)、粒數(shù)的增加[12-14]，這與本研究結(jié)論相似。

3結(jié)論與討論

將30年來寧夏引黃灌區(qū)自育優(yōu)良品種與寧春4號(hào)品種的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析，得到以下5個(gè)類型：（1）株高、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量與寧春4號(hào)品種接近，有效穗數(shù)比寧春4號(hào)品種多30～40穗/m2。（2）株高比寧春4號(hào)品種高3～5 cm，穗數(shù)比寧春4號(hào)品種少30～40穗/m2，穗粒數(shù)比寧春4號(hào)品種多3～5粒，千粒質(zhì)量與寧春4號(hào)品種接近。（3）株高比寧春4號(hào)品種高3～5 cm，有效穗數(shù)比寧春4號(hào)品種少30～40穗/m2，穗粒數(shù)比寧春4號(hào)品種多3粒，千粒質(zhì)量比寧春4號(hào)品種高3～5 g。（4）株高比寧春4號(hào)品種高3～5 cm，有效穗數(shù)比寧春4號(hào)品種少30～40穗/m2，穗粒數(shù)與寧春4號(hào)品種接近，千粒質(zhì)量比寧春4號(hào)品種高5 g以上。（5）株高、穗數(shù)與寧春4號(hào)品種相當(dāng)，穗粒數(shù)比寧春4號(hào)品種多2粒以上，千粒質(zhì)量比寧春4號(hào)品種高2 g以上。其中，類型（1）品種寧春16號(hào)的變異系數(shù)、回歸系數(shù)均接近于寧春4號(hào)品種[13]，已經(jīng)多年生產(chǎn)證明，該品種是兼具豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的類型。關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，類型（5）品種寧春39號(hào)是近年來農(nóng)藝性狀最接近于寧春4號(hào)品種的優(yōu)良品種[15]，在區(qū)試及3年生產(chǎn)試驗(yàn)中，其產(chǎn)量均穩(wěn)定超過寧春4號(hào)品種5.0%，豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性與寧春4號(hào)品種相當(dāng)，是具有潛力的品種之一。其他類型因株高略高，抗倒伏性不及寧春4號(hào)品種，這些品種在特定年份和地點(diǎn)具有增產(chǎn)潛力，但倒伏會(huì)帶來隱性的減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，從而降低穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性。在多年區(qū)試中，這些品種表現(xiàn)為年份間產(chǎn)量穩(wěn)定性差，試驗(yàn)地點(diǎn)間產(chǎn)量位次差異性較大，對(duì)環(huán)境的緩沖能力較差，穩(wěn)產(chǎn)性較差，適應(yīng)性較窄，因此近年來并未進(jìn)行大面積示范推廣。

一般認(rèn)為，進(jìn)一步提高產(chǎn)量主要依靠每穗粒數(shù)的增加[16-19]。寧春39號(hào)品種是寧春4號(hào)品種的衍生品種，其穗粒數(shù)顯著高于寧春4號(hào)品種，但由于近年來品種年份間差異較大，一定程度上限制了其大面積種植。從寧夏引黃灌區(qū)的生態(tài)條件分析，適當(dāng)增加現(xiàn)有品種的單位面積穗數(shù)將具有一定潛力，但在保證較高單位面積穗數(shù)的同時(shí)，應(yīng)通過改善莖稈質(zhì)量來提高品種的抗倒伏性?；谇o桿結(jié)構(gòu)的改良基礎(chǔ)，未來超高產(chǎn)品種的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)應(yīng)為以下3種類型：（1）株高約為 85.0 cm，穗數(shù)為630.0～600.0穗/m2，穗粒數(shù)為30粒以上，千粒質(zhì)量為45.0～47.0 g，產(chǎn)量潛力為840.0～900.0 kg/hm2。（2）株高為90.0～95.0 cm，穗數(shù)為525.0～570.0穗/m2，穗粒數(shù)為35粒以上，千粒質(zhì)量為45 g以上，產(chǎn)量潛力為630.0～600.0 kg/hm2。（3）株高約為85.0 cm，穗數(shù)約為600.0穗/m2，穗粒數(shù)為32.0～35.0粒，千粒質(zhì)量為47.0 g以上，產(chǎn)量潛力為9 000.0～9 750.0 kg/hm2。其中，結(jié)構(gòu)（1）體現(xiàn)于寧春51號(hào)、52號(hào)品種，該類型一般容易增加群體密度，且穩(wěn)產(chǎn)性好、耐高肥力水平。結(jié)構(gòu)（2）體現(xiàn)于寧春33號(hào)、40號(hào)品種，此類型單株生物產(chǎn)量高、穗粒數(shù)較多，品種在正常年份中均有一定增產(chǎn)潛力。結(jié)構(gòu)（3）體現(xiàn)于寧春39號(hào)、50號(hào)品種，此類型的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性均較好，但出現(xiàn)概率較小[20]。產(chǎn)量構(gòu)成因素是最直接、最可靠的育種指標(biāo)，小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素是育種工作者提高小麥產(chǎn)量潛力最常用的方法[21-22]。事實(shí)證明，即使在同一地區(qū)達(dá)到相同高產(chǎn)水平的品種，其產(chǎn)量結(jié)構(gòu)類型也可能不同[23]。在一定地區(qū)條件下，不必拘泥于選育某一種產(chǎn)量結(jié)構(gòu)類型，而須根據(jù)地區(qū)生態(tài)條件、品種基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)。

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