楊新洲,呂靜南,郝 吉,黃 密,徐 嬋,林親雄
(中南民族大學(xué) 藥學(xué)院,武漢 430074)
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昆蟲共生真菌FusariumoxysporumBM2的代謝產(chǎn)物及其抗肝癌活性研究
楊新洲,呂靜南,郝吉,黃密,徐嬋,林親雄*
(中南民族大學(xué) 藥學(xué)院,武漢 430074)
從斑蝥(Lyttavesicatoria)體內(nèi)分離得一株具有顯著抗肝癌活性的真菌菌株,通過菌株形態(tài)與18S rDNA序列分析,鑒定為尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporum,BM2). 運(yùn)用中壓柱色譜和制備高效制備液相方法對(duì)BM2發(fā)酵液提取物乙酸乙酯部位的化學(xué)成分進(jìn)行了分離純化,利用現(xiàn)代波譜技術(shù)鑒定所分離化合物的結(jié)構(gòu),并采用MTT法對(duì)所得到的化合物進(jìn)行了體外抗肝癌活性測(cè)試.結(jié)果表明:從發(fā)酵液提取物乙酸乙酯部位中分離得到的6個(gè)單體化合物,分別鑒定為麥角甾醇(1)、cyclo(R-Pro-S-Phe)(2)、(R)-2-羥基-3-苯基丙酸甲酯(3),4-氧代-乙酰丙酸(4),N-(4-氧代戊基)-乙酰胺(5),(R)-2-羥基-3-(4′-羥基苯基)丙酸甲酯(6). 化合物2對(duì)2個(gè)肝癌細(xì)胞株HepG2和SMMC-7721均有抑制作用,其IC50值分別為44.1和47.6 μg/mL.
斑蝥;內(nèi)生真菌;化學(xué)成分;抗肝癌活性
昆蟲的生物多樣性非常豐富,目前已報(bào)道的昆蟲有100多萬種,是植物種類的3倍;并且其分布極廣,地球上的各個(gè)角落幾乎都有它們的足跡[1].共生真菌廣泛分布于昆蟲體內(nèi),幾乎所有的昆蟲都有共生真菌[2]. 昆蟲共生菌同時(shí)也是重要的活性次生代謝產(chǎn)物的源泉,與昆蟲種類研究相比,目前對(duì)昆蟲共生菌研究偏少,對(duì)其代謝產(chǎn)物研究更少[3]. 共生菌的生物多樣性并非單一因素所決定,而與宿主的生物多樣性有關(guān),這就決定了其天然代謝產(chǎn)物的多樣性[4]. 目前從共生菌代謝產(chǎn)物中分離得到的活性成分多為抗腫瘤活性成分,其次為抗菌活性成分,此外還有免疫抑制活性,殺蟲、抗氧化活性[3],以及促植物種子萌發(fā)等活性[5]. 因此,昆蟲內(nèi)生真菌被認(rèn)為是可產(chǎn)生活性次生代謝產(chǎn)物和尋找新穎生物活性物質(zhì)的重要來源.
本研究小組在研究共生菌的活性次生代謝產(chǎn)物的過程中,從斑蝥成蟲體內(nèi)分離到的一株內(nèi)生真菌,經(jīng)鑒定為尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporum,BM2). 對(duì)其發(fā)酵液提取物的乙酸乙酯部位化學(xué)成分進(jìn)行了系統(tǒng)的分離和純化,得到6個(gè)單體化合物(見圖1),分別為麥角甾醇(1)、cyclo(R-Pro-S-Phe)(2)、(R)-2-羥基-3-苯基丙酸甲酯(3),4-氧代-乙酰丙酸(4),N-(4-氧代戊基)-乙酰胺(5),(R)-2-羥基-3-(4′-羥基苯基)丙酸甲酯(6).采用MTT法對(duì)化合物1~6進(jìn)行體外細(xì)胞毒活性測(cè)試,結(jié)果顯示化合物2對(duì)2個(gè)肝癌細(xì)胞株HepG2和SMMC-7721有一定的抑制作用,它的IC50值分別為44.1和47.6 μg/mL.
圖1 化合物1~6的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structures of compounds 1-6
1.1材料與儀器
肝癌細(xì)胞株HepG2和SMMC-7721(American Type Culture Collection,Rockville,MD,USA),RPMI1640培養(yǎng)基(GibcoInc,美國(guó)),胎牛血清(四季青公司,杭州),吖啶橙、溴化乙啶(Sigma,美國(guó)),薄層色譜硅膠和柱色譜硅膠(青島海洋化工廠),HPLC級(jí)甲醇和乙腈(Merck). 引物合成,PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的純化和測(cè)序(上海生工).
顯微熔點(diǎn)儀(Kofler HB型,溫度未校正),紫外光譜儀(Shimadzu UV-250型),質(zhì)譜儀(Finnigan MAT-95型),質(zhì)譜儀(Q-TOF Micro LC-MS),核磁共振儀(Bruker DRX-500 MHz),中壓色譜制備系統(tǒng)(HP P050,Alga公司),半制備制備型高效液相(Waters 2535,2998二極管陣列檢測(cè)器,2707自動(dòng)進(jìn)樣器),Sunfire C18半制備柱(Waters,250 mm×19 mm,5 μm),活性測(cè)試用顯微鏡(B202型,Olympus),酶標(biāo)儀(Spectra Max 340PC型,Molecular Devices),旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(RV10型,IKA公司),PCR儀(C1000 touch,Bio-Rad公司),凝膠成像系統(tǒng)(ChemiDoc XRS型,Bio-Rad公司).
1.2昆蟲材料收集與共生真菌的分離純化
斑蝥于2013年8月捕捉于武漢市馬鞍山森林公園,經(jīng)湖北省林業(yè)科學(xué)研究院陳京元研究員鑒定為斑蝥(Lyttavesicatoria). 將無菌處理后的昆蟲組織塊移接在含100 mg/L氨芐青霉素和鏈霉素的PDA平板上,28℃培養(yǎng)4 d,待菌絲長(zhǎng)出后將菌絲頂端移接到PDA培養(yǎng)基上,連續(xù)重復(fù)純化3次[6]. 同時(shí)將表面消毒處理過的材料不做剪切直接植于PDA平板上作為對(duì)照檢查表面消毒是否徹底,確保分離得到的菌是為斑蝥的內(nèi)生真菌,編號(hào)為BM2,菌種保存于中南民族大學(xué)藥學(xué)院微生物菌種庫(kù).
1.3內(nèi)生真菌BM2的菌種鑒定
菌體的培養(yǎng)與制備:將BM2菌株在PDA培養(yǎng)基上培養(yǎng)5 d,從菌落邊緣挑取適量的菌絲,轉(zhuǎn)接于裝有150 mL馬鈴薯蔗糖液體培養(yǎng)基的三角瓶中,28℃震蕩(130 r/min)培養(yǎng)7 d.待菌絲長(zhǎng)到適量時(shí),過濾發(fā)酵液得到菌絲團(tuán),用體積分?jǐn)?shù)25%乙醇漂洗3~4 min,再用滅菌的去離子水沖洗2次,離心去除上清液,冷凍干燥后,低溫保存?zhèn)溆?
菌落形態(tài)(見圖2):菌落在 28℃的PDA 培養(yǎng)基上培養(yǎng)4 d,菌落初期白色,逐漸生長(zhǎng)為粉紅色,但菌落邊緣仍然為白色.小型分生孢子串生,呈披針形;大型分生孢子呈鐮刀形,兩端較尖,多隔.這些特征與鐮刀菌屬真菌特征相似[7],因此將BM2菌株初步鑒定為鐮刀菌屬真菌.
圖2 BM2菌落形態(tài)特征Fig.2 Morphological characteristics of strain BM2
NS1/NS6 的DNA序列的測(cè)定:BM2菌株總DNA的提取方法參照參照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行,提取總DNA經(jīng)瓊脂糖電泳檢測(cè)合格后進(jìn)行目的片段的PCR 擴(kuò)增與測(cè)序.NS1:5′-GTAGTCATATGCTTGTCTC-3′,NS6:5′-GCATCACAGACCTGTTATTGCCTC-3′.PCR反應(yīng)體系總體積50 μL,包括2 μL的2.5 mM dNTP,0.4 μL的5U/μL Taq酶,25 mM MgCl2,5μL的10×PCR Buffer,25 μmol/L的NS1和NS6各1 μL,10 ng的DNA模板,補(bǔ)足去離子水使總體積達(dá)到50 μL,進(jìn)行PCR擴(kuò)增.
BM2菌株的18S rDNA序列為:
將該序列利用BLAST 軟件(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/Blast.cgi)在GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中的序列進(jìn)行比對(duì)分析,獲得最相近菌株的18S rDNA序列,用Clustalx1.8按照最大同源性的原則進(jìn)行排序,采用Kimura2計(jì)算核苷酸差異值,利用Mega6.0軟件Neighbor-joining構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹.經(jīng)過18S rDNA序列比對(duì)分析,BM2的18S rDNA 序列與FusariumoxysporumKR611565的同源性高達(dá)98%(見圖3),根據(jù)菌落形態(tài)與18S rDNA序列的分析結(jié)果,可初步判定菌株BM2為尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporum).
圖3 基于18S rDNA基因片段序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.3 Phylogenetic tree based on 18S rDNA gene segment sequences
1.4菌種的發(fā)酵及代謝產(chǎn)物的提取分離
將得到的共生菌BM2接種至PDA培養(yǎng)基中,28℃恒溫箱中培養(yǎng)4 d.挑取邊緣菌絲瓊脂塊接種至裝有150 mL馬鈴薯蔗糖液體培養(yǎng)基的錐形瓶中,28℃恒溫?fù)u床(130 r/min)培養(yǎng)3 d,作為種子液.向每個(gè)裝有150 mL馬鈴薯蔗糖液體培養(yǎng)基500 mL錐形瓶巾接種上述種子液20 mL,28℃恒溫?fù)u床(130 r/min)培養(yǎng)10 d.將發(fā)酵液用紗布過濾,濾液用等體積乙酸乙酯萃取3次,得浸膏10 g.浸膏采取中壓硅膠柱層析(200~300目)進(jìn)行分離后,依次以石油醚-兩酮(體積比100∶1~ 0∶100)梯度洗脫得到8個(gè)組分(Fr.1~Fr.8).Fr.3(3 g)采用中壓硅膠柱層析(200~300目)進(jìn)行分離,采用二氯甲烷-甲醇(體積比80∶1~ 40∶1)梯度洗脫,TLC檢測(cè)合并相應(yīng)的洗脫液,減壓回收得4個(gè)組分Fr.3.1~Fr.3.4.600 mg的Fr.3.2采用制備性薄層層析法以混合展開劑[φ(二氯甲烷∶甲醇∶甲酸)=100∶2∶0.1]展開分離得到純的化合物1(150.0 mg)和2(8.0 mg);500 mg的Fr.3.4經(jīng)反相半制備柱Sunfire C18以水-甲醇(體積比90.0∶1~0∶100)梯度洗脫30 min得化合物3(7.0 mg);Fr.5(1g)經(jīng)Sephadex LH-20(甲醇)洗脫,再經(jīng)制備性薄層層析法以混合展開劑[φ(二氯甲烷∶甲醇∶甲酸)=100∶2∶0.1]展開分離得到純的化合物4(7.2 mg)和5(11.5 mg);Fr.8(1.5 g)經(jīng)Sephadex LH-20(甲醇)洗脫,再經(jīng)反向半制備柱Sunfire C18以水-甲醇(體積比90∶1~ 0∶100)梯度洗脫30 min得化合物6(13.0 mg).
1.5單體化合物的抗肝癌活性測(cè)定
[9,10],將HepG2、SMMC-7721兩種細(xì)胞株接種于DMEM培養(yǎng)基(含10%胎牛血清),在37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每2~3d傳代1次.將BM2乙酸乙酯部位分離得到的6種單體化合物,分別溶于20 μL的DMSO中,配成母液濃度為400 mg/mL的樣品,用0.22 μm無菌濾膜過濾除菌,精密吸取適量樣本母液和不含血清的培養(yǎng)基稀釋到所需給藥濃度.取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期HepG2、SMMC-7721兩種細(xì)胞株,制備單細(xì)胞懸液,調(diào)節(jié)細(xì)胞濃度為5×104個(gè)/mL,每孔100 μL接種至96孔培養(yǎng)板,培養(yǎng)24 h后,吸取培養(yǎng)基,每孔分別添加無小牛血清DMEM培養(yǎng)基配制成的待測(cè)樣品0.2 mL,使各給藥化合物終濃度為預(yù)設(shè)給藥濃度,每個(gè)濃度設(shè)3復(fù)孔,同時(shí)設(shè)不加樣品的和不加樣品和細(xì)胞的空白對(duì)照,繼續(xù)培養(yǎng)48 h后,分別加入5 mg/mL的MTT 20 mL繼續(xù)培養(yǎng)4 h后,吸去培養(yǎng)液,每孔加入150 μL DMSO充分溶解結(jié)晶.于570 nm下測(cè)定每孔吸光度,計(jì)算各樣品對(duì)肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制率和半數(shù)抑制濃度(IC50).
2.1結(jié)構(gòu)鑒定
化合物1:無色針狀結(jié)晶(CH3OH);ESIMSm/z:397[M+H]+;1H NMR(CDCl3,500MHz)δH:5.57(1H,dd,J=5.8,2.5 Hz,H-6),5.38(1H,dt,J=5.6,2.7 Hz,H-7),5.20(2H,m,H-22,23),3.63(1H,m,H-3),1.03(3H,d,J=6.7 Hz,H-21),0.94(3H,s,H-19),0.92(3H,d,J=7.0 Hz,H-28),0.84(6H,d,J=6.4 Hz,H-26,27),0.63(3H,s,H-18);13C NMR(CDCl3,125MHz)δC:38.3(C-1),32.0(C-2),70.5(C-3),40.8(C-4),139.8(C-5),119.6(C-6),116.3(C-7),141.4(C-8),46.3(C-9),37.0(C-10),21.1(C-11),39.0(C-12),54.6(C-14),23.0(C-15),28.3(C-16),55.7(C-17),12.0(C-18),16.3(C-19),40.4(C-20),135.6(C-22),132.0(C-23),42.8(C-24),33.1(C-25),19.7(C-26),120.0(C-27),7.6(C-28).其波譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道的化合物一致[11],故鑒定化合物1為麥角甾醇(ergosterol).
化合物2:無色針狀結(jié)晶(CH3OH),[α]D25+62.8(0.1,MeOH);m.p.130~132℃;ESIMSm/z:245[M+H]+;1H NMR(CD3OD,500 MHz)δH:7.32(2H,m,ArH-3′,5′),7.31(1H,m,ArH-4′),7.19(2H,m,ArH-2′,6′),4.21(1H,m,H-9),3.54(1H,m,H-3),3.29~3.39(1H,m,H-3),3.20(1H,dd,J=13.7,4.9 Hz,H-10),3.00(1H,dd,J=13.7,4.7 Hz,H-10),2.50~2.75(1H,m,H-6),1.65~2.05(1H,m,H-5),1.65~1.91(1H,m,H-4);13C NMR(CD3OD,125 MHz)δC:166.0(C-1),44.7(C-3),21.1(C-4),28.4(C-5),57.7(C-6),169.9(C-7),58.4(C-9),39.6(C-10),135.3(C-1′),129.9(C-2′,6′),128.2(C-3′,5′),127.1(C-4′).其波譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道的化合物一致[12],故鑒定化合物2為cyclo(R-Pro-S-Phe).
化合物3:無色油狀物(CH3OH);ESIMSm/z:203 [M+Na]+,181[M+H]+;1H NMR(CD3OD,500MHz)δH:7.28(2H,m,ArH-3′,5′),7.23(H,m,ArH-4),7.20(2H,m,ArH-2′,6′),4.36(1H,dd,J=7.8,4.9 Hz,H-2),3.68(3H,s,1-OCH3),3.05(1H,dd,J=13.8,4.9 Hz,H-3α),2.91(1H,dd,J=13.8,7.8 Hz,H-3β);13C NMR(CD3OD,125MHz)δC:174.5(C-1),71.7(C-2),40.2(C-3),137.1(C-1′),127.9(C-2′),129.1(C-3′),126.2(C-4′),129.1(C-5′),127.9(C-6′),50.9(1-OCH3). 其波譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道的化合物一致[13],故鑒定化合物3為(R)-2-羥基-3-苯基丙酸甲酯[methyl(R)-2-hydroxy-3-phenyl-propionate].
化合物4:無色油狀物;ESIMSm/z:117[M+H]+;1H NMR(CDCl3,500MHz)δH:2.76(2H,t,J=6.4 Hz,H-3),2.53(2H,t,J=6.4 Hz,H-2),2.20(3H,s,CH3);13C NMR(CDCl3,125 MHz)δC:175.1(C-1),27.4(C-2),37.4(C-3),208.4(C-4),29.7(C-5).其波譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道的化合物一致[14],故鑒定化合物4為4-氧代-乙酰丙酸(4-oxopentanoic acid).
化合物5:紅色固體;ESIMSm/z:144[M+H]+;1H NMR(CD3OD,500MHz)δH:3.14(2H,t,J=7.0 Hz,H-4),2.52(2H,t,J=7.2 Hz,H-6),2.13(3H,d,J=3.2 Hz,H-8),1.92(3H,d,J=3.3 Hz,H-1),1.72(2H,t,J=7.1 Hz,H-5);13C NMR(CDCl3,125 MHz)δC:21.1(C-1),172.0(C-2),38.3(C-4),23.1(C-5),39.9(C-6),209.6(C-7),28.4(C-8). 其波譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道的化合物一致[15],故鑒定化合物5為N-(4-氧代戊基)-乙酰胺[N-(4-oxopentyl)-acetamide].
化合物6:無色油狀物(CH3OH);ESIMSm/z:197[M+H]+;1H NMR(CD3OD,500MHz)δH:6.99(2H,m,ArH-3′,5′),6.63(2H,m,ArH-2′,6′),5.46(1H,m,4-ArOH),4.14(1H,dt,J=7.7,5.5 Hz,H-2),3.57(3H,s,1-OCH3),2.87(1H,m,H-3α),2.66(1H,m,H-3β);13C NMR(CD3OD,125 MHz)δC: 176.6(C-1),73.3(C-2),41.5(C-3),129.8(C-1′),132.5(C-2′),117.3(C-3′),156.2(C-4′),117.3(C-5′),132.5(C-6′),54.4(1-OCH3). 其波譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道的化合物一致[16],故鑒定化合物6為(R)-2-羥基-3-(4′-羥基苯基)丙酸甲酯[methyl(R)-2-hydroxy-3-(4′-hydroxyphenyl)propanoate].
2.2細(xì)胞毒活性結(jié)果
采用MTT法,檢測(cè)6種化合物對(duì)HepG2細(xì)胞體外抗腫瘤活性,結(jié)果見圖4. 圖4a顯示化合物2在50~200 μg/mL的濃度范圍內(nèi),對(duì)HepG2細(xì)胞顯示一定的抗腫瘤活性,具有明顯的量效關(guān)系,而其他化合物則并無明顯抑制活性. 圖4b顯示化合物2對(duì)不同肝細(xì)胞的抑制活性及對(duì)正常細(xì)胞的影響,發(fā)現(xiàn)化合物2對(duì)兩種不同肝癌細(xì)胞均具有一定活性,在給藥濃度達(dá)到200 μg/mL時(shí)候?qū)φ8渭?xì)胞并無影響,說明其對(duì)正常肝細(xì)胞無明顯毒性.
a) 6個(gè)化合物對(duì)HepG2的體外抑制活性;b) 化合物2對(duì)不同肝細(xì)胞的體外抑制活性圖4 化合物對(duì)不同細(xì)胞的體外抑制活性Fig.4 Antiproliferative activity of compounds against different cell lines in vitro
采用MTT法分別檢測(cè)化合物2對(duì)HepG2和SMMC-7721的抑制率,結(jié)果見圖5,設(shè)置不同劑量濃度分別給藥,檢測(cè)化合物在不同濃度下對(duì)細(xì)胞的抑制率,通過計(jì)算得出IC50值,得出化合物2對(duì)HepG2和SMMC-7721的IC50值分別為44.1和47.62 μg/mL.
a,b) 化合物2不同給藥濃度對(duì)HepG2和SMMC-7721細(xì)胞株存活率的影響;c,d) 化合物2對(duì)HepG2和SMMC-7721細(xì)胞株抑制活性量效曲線圖5 化合物2對(duì)HepG2和SMMC-7721細(xì)胞株存活率的影響和抑制活性量效曲線.Fig.5 Effects of compound 2 of cell survival rate on HepG2 and SMMC-7721 and dose-effect curves of its inhibitory activity
從斑蝥共生真菌BM2乙酸乙酯提取物中分離得到6個(gè)化合物,分別鑒定為麥角甾醇(1)、cyclo(R-Pro-S-Phe)(2)、(R)-2-羥基-3-苯基丙酸甲酯(3),4-氧代-乙酰丙酸(4),N-(4-氧代戊基)-乙酰胺(5),(R)-2-羥基-3-(4′-羥基苯基)丙酸甲酯(6).其中化合物2對(duì)HepG2和SMMC-7721兩個(gè)細(xì)胞株顯示出一定的細(xì)胞毒活性,其抗肝癌IC50值分別為44.1和47.6 μg/mL,而在200 μg/mL的濃度下對(duì)對(duì)正常肝細(xì)胞LO-2未顯示出明顯的毒性.本文對(duì)斑蝥共生菌BM2代謝產(chǎn)物的分離純化及抗肝癌活性研究將為進(jìn)一步發(fā)掘斑蝥共生真菌代謝產(chǎn)物的藥用價(jià)值奠定一定的基礎(chǔ).
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Study on Metabolites and Their Anti-Hepatoma Activity from Insect Derived Endophytic FungusFusariumoxysporum(BM2)
YangXinzhou,LüJingnan,HaoJi,HuangMi,XuChan,LinQinxiong
(College of Pharmacy, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074)
In this study, an endophytic fungus with appreciable anti-hepatomacarcinoma activity was isolated fromLyttavesicatoriaand determined asFusariumoxysporum(BM2), based on the fungus′s morphology and 18S rDNA sequence analysis. The isolation and purification of the ethyl acetate extract of BM2 fermentation was performed with medium-pressure column chromatography and preparative HPLC. The structures of the separated compounds were identified by modern spectroscopic techniques.Invitroanti-hepatomacarcinoma activity of the compounds was also evaluated using MTT method. Six pure compounds were obtained and their structures were elucidated as ergosterol (1), cyclo(R-Pro-S-Phe) (2), methyl(R)-2-hydroxy-3-phenyl-propionate (3), 4-oxopentanoic acid (4),N-(4-oxopentyl)-acetamide (5), and methyl(R)-2-hydroxy-3-(4′-hydroxyphenyl)propanoate (6) based on detailed spectral analysis. Compound 2 exhibited cytotoxic activity against HepG2 and SMMC-7721cell lines, with an IC50value of 44.1 and 47.6 μg/mL, respectively.
Lyttavesicatoria; Endophytic fungi; chemical constituents; anti-hepatomacarcinoma activity
2016-01-18*通訊作者林親雄,研究方向:微生物藥學(xué),E-mail:linqinxiong@mail.scuec.edu.cn
楊新洲(1977-) ,男,副教授,博士,研究方向:天然藥物化學(xué),E-mail:yxzyxz01@163.com
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81573561); 中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(GZY11073)
R284.1
A
1672-4321(2016)03-0042-06