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      2,3-BD多次誘導(dǎo)對匍匐翦股穎抗褐斑病的效果

      2018-01-16 07:44:24劉興菊馬暉玲余倩倩
      草原與草坪 2017年6期
      關(guān)鍵詞:誘導(dǎo)劑丁二醇抗病

      劉興菊,馬 源,馬暉玲,余倩倩

      (1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州 730070; 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,廣東 廣州 510642)

      馬暉玲為通訊作者。

      植物病害是威脅草坪生產(chǎn)和管理的主要因素,長期以來,人們主要通過反復(fù)利用化學(xué)農(nóng)藥等手段來防治和減輕草坪病害[1]?;瘜W(xué)農(nóng)藥的長期利用帶來了一系列副作用,如病原菌產(chǎn)生一定的抗藥性,環(huán)境受到污染,地下徑流中有毒有害的殘留物質(zhì)增加等,使得生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅。因此,探尋新型、高效、安全、無害的病害防控手段成為病害防治中的新方向[2]。近代病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn),植物體中都存在著潛在的抗病基因,經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐饨缫蜃拥恼T導(dǎo),能夠激發(fā)植物體內(nèi)抗性基因的表達(dá),從而使植物獲得對病原物的抗性[3]。這種抗性具有廣譜性、系統(tǒng)性等特點(diǎn),而且對環(huán)境友好,無毒副作用,有利生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。故而,探究和開發(fā)誘導(dǎo)植物抗病的激發(fā)子成為目前植物防治領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而丁二醇(2,3-butanediol,2,3-BD)這一新型誘導(dǎo)劑是由假單胞菌等植物根際促生菌分泌的可揮發(fā)性有機(jī)物,常溫下為無色無味的透明液體,微生物常形成異構(gòu)體混合物[4],具有安全、無毒、對環(huán)境友好等特性,在植物抗病方面獲得廣泛的關(guān)注。

      匍匐翦股穎(Agrostissoionifera)為禾本科翦股穎屬多年生草本植物,由于其葉片質(zhì)地纖細(xì)柔軟,耐修剪,廣泛建植于高爾夫球場、保齡球場、運(yùn)動草地等地。但是,匍匐翦股穎的抗病性很差,易感病,嚴(yán)重影響草坪功能的發(fā)揮以及觀賞價值,給草坪生產(chǎn)和經(jīng)營帶來極大損失。因此,以ISR誘導(dǎo)抗病機(jī)制為基礎(chǔ),采用新型誘導(dǎo)劑丁二醇誘導(dǎo)植株體內(nèi)的抗病能力從而抑制褐斑病的大量爆發(fā)。

      試驗(yàn)采用新型誘導(dǎo)劑2,3-BD對匍匐翦股穎植株進(jìn)行多次誘導(dǎo)處理,通過病情指數(shù)和誘導(dǎo)效果以及抗病相關(guān)酶等觀察比較2,3-BD多次誘導(dǎo)后,匍匐翦股穎對褐斑病的誘抗效果,以尋找2,3-BD誘導(dǎo)匍匐翦股穎抗褐斑病的施用次數(shù),有效提高抗病害效果,為丁二醇誘導(dǎo)植物抗病害提供理論基礎(chǔ)。

      1 材料和方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      供試匍匐翦股穎品種為Penn-A4(Agrostisstoloniferacv. Penn-A4),由北京克勞沃公司提供。誘導(dǎo)劑2,3-BD購自西亞試劑。病原物為立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani),購自中國科學(xué)院菌種保存中心。

      1.2 試驗(yàn)設(shè)計

      1.2.1 材料培育 營養(yǎng)土、沙、蛭石混合(2∶1∶1),滅菌處理后于倒入600 mL塑料花盆,澆水,放置一夜后種植匍匐翦股穎種子。種植前種子處理,無菌水浸泡一夜,用70%乙醇溶液浸泡1 min,后用20%次氯酸鈉浸泡30 min,無菌水沖洗5~6次,種植于600 mL的花盆中,每盆0.3 g。培養(yǎng)在25℃的恒溫組培室中,出苗后進(jìn)行間苗處理。

      1.2.2 供試菌種制備 接種病原菌立枯絲核菌在PDA固體培養(yǎng)基中,25℃培養(yǎng)4 d,用滅菌的打孔器取6 mm直徑菌絲塊,于PD液體培養(yǎng)基,在25℃、100 r/min的搖床培養(yǎng)4~5 d,將培養(yǎng)好的立枯絲核菌用無菌水沖洗2~3次,研磨后無菌水配置成濃度為OD340=0.8的菌絲懸浮液,采用噴霧法接種。

      1.2.3 種植后誘導(dǎo)和接種 根據(jù)前期研究采用不同濃度梯度2,3-BD誘導(dǎo)處理匍匐翦股穎,通過病情指數(shù)的調(diào)查和抗病相關(guān)酶等的測定,結(jié)果顯示250 μmol/L的2,3-BD是誘導(dǎo)匍匐翦股穎抗褐斑病的最佳濃度,此次試驗(yàn)選用250μmol/L濃度的2,3-BD為誘導(dǎo)劑。在幼苗生長第16 d開始進(jìn)行誘導(dǎo)處理。試驗(yàn)組分設(shè)4個處理(用D1、D2、D3、D4 ),每個處理3次重復(fù),不做誘導(dǎo)處理為對照組,設(shè)計方案如下:

      表1 試驗(yàn)處理設(shè)計方案

      注: △為2,3-BD誘導(dǎo)劑處理;O為等量水處理

      1.3 試驗(yàn)方法

      1.3.1 匍匐翦股穎褐斑病發(fā)病程度基本標(biāo)準(zhǔn) 接種后第7、10、15、20、25、30、35、40 d,參照文獻(xiàn)[5]牧草病害的調(diào)查與評定,進(jìn)行病情觀察,統(tǒng)計病葉率并計算病情指數(shù)。匍匐翦股穎褐斑病嚴(yán)重度的分級標(biāo)準(zhǔn)如下:0級:無癥狀;1級:葉片上有零星菌絲;2級:10%~40%的葉片上有菌絲;3級:40%~60%的葉片上有菌絲體生長并有壞死跡象;4級:60%~80%的葉片上有豐富的菌絲體和壞死現(xiàn)象;5級:全部植株普遍感病。

      病情指數(shù)(%)=

      1.3.2 生理指標(biāo)的測定 樣品噴菌處理后于第1、3、5、7、9 d進(jìn)行酶活性的測定,于第1、5、10、15、20 d進(jìn)行游離脯氨酸、丙二醛和葉綠素含量的測定。

      (1)聚焦應(yīng)用能力培養(yǎng)。由于“茶產(chǎn)品分析與檢驗(yàn)”的實(shí)務(wù)性和技術(shù)性,教學(xué)目的主要使學(xué)生能夠應(yīng)用檢驗(yàn)分析的方法。所以,教學(xué)過程中要以應(yīng)用能力培養(yǎng)為導(dǎo)向,以此為目的組織教學(xué)內(nèi)容、選擇適合的教學(xué)方法。

      超氧化物歧化酶(SOD)活性參照文獻(xiàn)[6]的方法并做修改,以1 min內(nèi)每克鮮重△OD560減少50%為1個酶活單位;

      過氧化物酶(POD)活性的測定參照文獻(xiàn)[7]的方法,以每分鐘酶促反應(yīng)體系吸光度變化0.01為一個POD活力單位(U);

      過氧化氫酶(CAT)活力測定參照文獻(xiàn)[8]的方法并修改,以每分鐘反應(yīng)體系吸光度值變化0.01定義為1個酶活性單位(U);

      苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性參照文獻(xiàn)[9]的方法并修改,以每分鐘內(nèi)吸光度變化0.01為1個活性單位(U),酶活性單位為U/(min·g·FW);

      丙二醛(MDA)的含量均參照文獻(xiàn)[10]的方法;

      葉綠素含量的測定參照文獻(xiàn)[11]的測定方法略有改進(jìn)。

      1.4 數(shù)據(jù)分析方法

      運(yùn)用SPSS 19.0軟件對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,計算標(biāo)準(zhǔn)誤、并對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,利用Duncan法多重比較對差異性進(jìn)行分析,運(yùn)用Excel 2013進(jìn)行圖表制作。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 丁二醇多次誘導(dǎo)對匍匐翦股穎植株病情指數(shù)的影響

      2,3-BD有效降低匍匐翦股穎褐斑病的病情指數(shù)。接種后第7,10和15 d均差異顯著(P<0.05)。并且植株CK的病情指數(shù)顯著高于2,3-BD處理,2,3-BD處理的病情指數(shù)與CK相比有明顯的抗病效果,具有顯著性差異。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在第15 d,W+J處理的病情指數(shù)最高,植株基本感病且大面積死亡。而2,3-BD處理下植株的病情指數(shù)明顯得到了抑制,效果顯著(P<0.05)。通過比較發(fā)現(xiàn),誘導(dǎo)2次的抗病效果最佳病情指數(shù)最低,為24.6%,分別比誘導(dǎo)1、3、4次提高了14.2%,7.3%和8.4%。說明通過對匍匐翦股穎進(jìn)行多次誘導(dǎo),對植株抗病能力有一定的提高(圖1)。

      2.2 丁二醇多次誘導(dǎo)對匍匐翦股穎植株抗病效果的影響

      試驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn),匍匐翦股穎經(jīng)過多次誘導(dǎo)后能夠顯著提高植株的抗病效果,與誘導(dǎo)1次相比較,誘2,3和4次的處理抗病效果都有一定幅度的提升,分別是65.05%,60.31%和59.66%。說明誘導(dǎo)劑2,3-BD通過多次誘導(dǎo)處理能夠在一定程度上提升翦股穎植株的抗病能力(表2)。

      圖1 丁二醇多次誘導(dǎo)處理下匍匐翦股穎的病情指數(shù)的影響Fig.1 Effects of 2,3-BD repeatedly induced on disease index of creeping bentgrass

      誘導(dǎo)次數(shù)病情指數(shù)/%W+JBDO+J誘導(dǎo)抗病效果/%D176.4533.794355.80cD270.4524.621165.05aD374.4529.546760.31bD477.4531.243859.66b

      2.3 丁二醇多次誘導(dǎo)對植株抗病相關(guān)酶活性的影響

      2.3.1 丁二醇多次誘導(dǎo)對植株SOD酶活性的影響 2,3-BD誘導(dǎo)處理對植株SOD活性影響顯著。2,3-BD誘導(dǎo)處理的SOD活性在抗病初期顯著高于CK,且差異顯著(P<0.05),接菌后第1 d植株的SOD活性迅速上升達(dá)到峰值,隨后呈逐漸降低的趨勢,但始終高于CK。CK植株SOD的活性在接種后第3 d達(dá)到峰值,之后逐漸下降,可見,2,3-BD處理能有效提高植株SOD的活性(圖2)。

      通過多次誘導(dǎo)發(fā)現(xiàn),D2和D3處理的SOD活性在前9 d都比CK活性高,下降趨勢也較D1和D4緩慢,D2處理SOD活性在第7 d時又出現(xiàn)上升現(xiàn)象,且始終比其他處理活性高,說明兩次誘導(dǎo)較好一些。

      圖2 丁二醇多次誘導(dǎo)處理下匍匐翦股穎SOD的活性Fig.2 Effects of 2,3-BD repeatedly induced on superoxide dismutase of creeping bentgrass

      2.3.2 丁二醇多次誘導(dǎo)對植株P(guān)OD酶活性的影響 與CK相比,2,3-BD誘導(dǎo)處理的植株能夠明顯提高植物體POD活性,且差異顯著(P<0.05)。接菌后植株體內(nèi)POD的活性大體呈先升高后降低再升高的趨勢,2,3-BD誘導(dǎo)處理整體較高。4個處理POD的活性都在第7 d有峰值,其中D1和D3有兩個峰值,且第7 d高于第3 d。D2處理的POD活性在第7 d最為活躍,分別比D1,D3 和D4處理提高了17.16%,6.67%和23.11%,是CK的1.36倍(圖3)。

      2.3.3 丁二醇多次誘導(dǎo)對植株CAT酶活性的影響 接菌后植物體內(nèi)CAT活性隨時間變化整體呈現(xiàn)下降再逐漸上升趨勢。接種病原菌后CK處理在第3 d急劇下降,之后持續(xù)緩慢上升。4個處理中,2,3-BD誘導(dǎo)處理在第1 d植物體內(nèi)CAT的活性均比CK低,且有顯著差異(P<0.05),之后其活性在第3~5 d呈緩慢下降現(xiàn)象,第7 d時又快速上升且達(dá)到峰值,與CK相比差異顯著。分別為CK的2.07、2.23、1.73、1.51倍,其中D2處理的CAT活性最強(qiáng)(圖4)。

      圖3 丁二醇多次誘導(dǎo)處理下匍匐翦股穎POD的活性Fig.3 Effects of 2,3-BD repeatedly induced on peroxidase of creeping bentgrass

      圖4 丁二醇多次誘導(dǎo)處理下匍匐翦股穎CAT的活性Fig.4 Effects of 2,3-BD repeatedly induced on catalase of creeping bentgrass

      2.3.4 丁二醇多次誘導(dǎo)對植株P(guān)AL活性的影響 2,3-BD處理提高了PAL的活性,但是變化幅度較大。D1處理組,PAL的活性在第1 d達(dá)到最高值,是CK的1.19倍,之后降低,在第7 d又達(dá)到一個峰值,但與CK相比差異不顯著(P<0.05);D2處理組中,PAL活性在第3、7 d出現(xiàn)2個峰值,與CK差異性顯著,其中,第3 d達(dá)到最高值,是CK的1.47倍,第7 d是CK的1.21倍。D3處理組中,2,3-BD誘導(dǎo)后植株體內(nèi)PAL活性也在第3、7 d有峰值,第3 d酶活性達(dá)到最高,是CK的1.32倍,但比2次誘導(dǎo)處理低一些;D4處理組中的酶活性呈逐漸降低后增高的趨勢,第7 d出現(xiàn)最低值,且與CK相比酶活性降低顯著,第1 d最高,是CK的1.14倍(圖5)。

      2.4 丁二醇多次誘導(dǎo)對植株體內(nèi)葉綠素和MDA的影響

      利用250 μmol/L的2,3-BD對匍匐翦股穎進(jìn)行多次誘導(dǎo)并接種褐斑病病原菌發(fā)現(xiàn),2,3-BD對葉綠素的含量和MDA的含量有一定影響。經(jīng)過2,3-BD誘導(dǎo)的4個處理組植株體內(nèi)葉綠素的含量明顯高于CK,差異顯著(P<0.05),但處理組間差異不顯著,說明多次誘導(dǎo)對葉綠素影響較小。

      試驗(yàn)對MDA的含量比較發(fā)現(xiàn),2,3-BD對MDA含量的影響較大,4個處理組中MDA的積累量均顯著低于CK,其中D2處理組的MDA積累量較其他處理組相比明顯最低(表3)。

      圖5 丁二醇多次誘導(dǎo)處理下匍匐翦股穎PAL的活性Fig.5 Effects of 2,3-BD repeatedly induced on phenylalanine ammonia-lyas of creeping bentgrass

      指標(biāo)處理1d5d10d15d20d葉綠素/(mg·g-1)D12.75a2.84a2.74a2.61a2.06aD22.83a2.89a2.85a2.72a2.14aD32.73a2.79a2.54ab2.49b2.11aD42.69a2.71a2.62ab2.55ab2.02aCK2.67a2.49b2.12c1.83c1.47b丙二醛含量/(μmol·L-1)D16.3a7.31c10.19c11.28d14.35dD26.67a7.15c9.26d10.15e12.93eD36.79a7.54bc11.78b12.35c15.21cD46.95a8.29b11.35b13.05b16.37bCK6.92a9.43a13.4a15.23a19.05a

      注:同列數(shù)據(jù)不同字母表示差異顯著(P<0.05)

      3 討論

      植物誘導(dǎo)抗病性(ISR)是通過利用外界生物或非生物等激發(fā)因子提高植株自身抗病潛能的一種方式,最終達(dá)到抵抗外界病原菌侵染,控制住植株病害的擴(kuò)散或者發(fā)生,提高植物自身的抗病能力[12]。之前已經(jīng)對以丁二醇作為誘導(dǎo)劑使匍匐翦股穎對褐斑病產(chǎn)生抗性做了較多研究[13-19]。引起植物誘導(dǎo)抗性激發(fā)子以及產(chǎn)生誘導(dǎo)抗性的植物種類都是多樣,每一種誘導(dǎo)抗病植株都有其自身的特點(diǎn)。同時也包括一些共同的特征,即非特異性、不完全性、滯后性和耗能性等。高濃度的接種病原菌,尤其在低水平的誘導(dǎo)條件下,將會降低誘導(dǎo)抗病性的有效性。因此,試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱颂骄客ㄟ^多次誘導(dǎo),是否對植物的抗病能力得到增強(qiáng)。

      3.1 丁二醇誘導(dǎo)對植株體內(nèi)葉綠素和MDA的動態(tài)變化

      試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),利用250 μmol/L的2,3-BD對匍匐翦股穎進(jìn)行多次誘導(dǎo)后能顯著提高植株的抗病能力。通過對接種病原菌后第1,7和15 d植株的病情指數(shù)觀察發(fā)現(xiàn),2,3-BD處理能有效降低植株的病情指數(shù),經(jīng)過兩次誘導(dǎo)的翦股穎植株其在抗病過程中病情指數(shù)最低,誘導(dǎo)效果最佳,達(dá)到了65.05%,比其他處理組的效果明顯。對植物葉綠素含量的測定以及MDA積累量的分析發(fā)現(xiàn),2,3-BD處理能使葉綠素含量有所增加,當(dāng)植物受到病原菌侵染后,植物體內(nèi)葉綠素的含量隨時間的變化呈逐漸降低的趨勢,未誘導(dǎo)處理下降趨勢明顯。研究結(jié)果與徐秉良等[20]、金珠等[21]在馬齒莧抗霜霉病中葉綠素含量的變化結(jié)果相似,說明,葉綠素含量的變化與植物抗病之間存在密切的關(guān)系。葉綠素是植物光合作用的基礎(chǔ),光合作用是衡量植物合成功能的重要生理指標(biāo)。葉綠素含量高,葉片光合作用越強(qiáng),積累的有機(jī)物質(zhì)也就越多,為抵御病原菌入侵提供的能量就越多,抗性也隨之增強(qiáng)。病原物侵染植物后,往往能與葉綠體發(fā)生相互作用,導(dǎo)致葉綠體解體,發(fā)病嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致葉綠素合成受阻,出現(xiàn)葉片褪綠、黃化或花葉等癥狀。但通過對比多次誘導(dǎo)的4個處理發(fā)現(xiàn),葉綠素的變化與誘導(dǎo)的次數(shù)沒有太大的相關(guān)性,因此,多次誘導(dǎo)對植株的抗病能力與葉綠素的變化無相關(guān)性。

      而MDA作為膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物與細(xì)胞膜的損害程度直接相關(guān),膜脂過氧化的加劇引起質(zhì)膜透性增大,致使大量電解質(zhì)外滲,說明MDA含量和電導(dǎo)率與細(xì)胞膜的損害程度直接相關(guān)[22]。其含量與植物抗病關(guān)系密切,通過研究發(fā)現(xiàn),接菌后植物體內(nèi)MDA的含量隨時間的增加呈逐漸上升的趨勢,與CK相比,2,3-BD誘導(dǎo)處理明顯降低了植物體內(nèi)MDA的積累量。同時比較多次誘導(dǎo)的4個處理組發(fā)現(xiàn),經(jīng)過兩次誘導(dǎo)的植株,其MDA的積累量明顯比其他處理的低,說明2,3-BD多次誘導(dǎo)對植株的抗病能力有一定程度的提升。

      3.2 丁二醇誘導(dǎo)對植株抗病相關(guān)酶活性的變化

      植物抗病過程中伴隨著一系列的生理生化變化和物質(zhì)代謝,其中催化這些生理生化以及代謝反正的酶為關(guān)鍵因子,試驗(yàn)中2,3-BD誘導(dǎo)處理翦股穎后能在一定程度上增強(qiáng)SOD、POD、CAT、PAL這4種關(guān)鍵酶。SOD是植物體內(nèi)防御活性氧毒性的保護(hù)酶,它能清除超氧化物陰離子自由基,提高植物抗逆性,SOD酶的活性在第1 d達(dá)到最高,之后逐漸下降但與CK相比差異顯著且始終高于CK,通過進(jìn)行多次誘導(dǎo)比較發(fā)現(xiàn)4次誘導(dǎo)處理SOD活性在第7 d時又出現(xiàn)上升現(xiàn)象,且始終比其他處理組活性高,試驗(yàn)結(jié)果表明2,3-BD處理能有效提高植株SOD的活性,且兩次誘導(dǎo)的效果要更好一些。

      POD是植物體內(nèi)存在的清除活性氧自由基的一種重要酶,防止過氧化物含量增多,活性的高低能反映出植物體內(nèi)自由基清除或抗氧化能力的強(qiáng)弱,可作為植物抗逆性的重要指標(biāo)。因此POD酶活性的增加有利于提高植物的抗病能力。結(jié)果顯示2,3-BD誘導(dǎo)處理的植株能夠明顯提高植物體POD活性,多次誘導(dǎo)的4個處理中POD的活性都在第7 d有峰值,但兩次誘導(dǎo)處理的POD活性在第7 d表現(xiàn)最為活躍,為效抵御病原菌的入侵提供條件。

      CAT也是植物體內(nèi)重要的活性氧清除酶類,其作用是將H2O2降解成為無毒害的H2O和O2,維持體內(nèi)的活性氧代謝平衡,保護(hù)膜結(jié)構(gòu),從而使植物能在一定程度上忍耐、減緩或抵抗逆境脅迫,因此,就成為植物在逆境中保護(hù)自身體系健康的酶系統(tǒng)中的一種。結(jié)果顯示,2,3-BD誘導(dǎo)處理使CAT的活性增加,接種病原菌后,其下降幅度也較對照緩慢,說明2,3-BD能夠使植株體內(nèi)的活性氧代謝達(dá)到平衡,增加其抗病性。

      PAL酶是植物產(chǎn)生誘導(dǎo)抗病性的關(guān)鍵酶類,多個研究表明在植物受到病原菌侵染時,在植物抗病初期體內(nèi)的PAL酶活性會迅速升高,說明PAL酶活性的升高有利于提高植物對病原菌侵染的抗性。試驗(yàn)中在接種病原菌后,PAL酶的活性變化幅度較大,但在整體分析,2,3-BD提高了PAL酶的活性,多次誘導(dǎo)的4個處理,不同誘導(dǎo)次數(shù)對植株體內(nèi)酶的活性影響也不盡相同,其中經(jīng)過兩次誘導(dǎo)處理的酶活性始終較對照高。多數(shù)的研究都表明,酶活性的提高能使植株表現(xiàn)出良好的抗病效果,說明2,3-BD能提高植株的抗病效果。

      4 結(jié)論

      使用外源誘導(dǎo)劑處理能提高寄主植物SOD、POD、CAT、PAL等酶的活性,與寄主抗性呈正相關(guān)性[23-27],而MDA含量的變化與植物的抗病性呈負(fù)相關(guān)[27],研究所測定的4種酶活性的變化和MDA含量的變化與匐翦股穎抗性的關(guān)系,與多數(shù)學(xué)者研究結(jié)果相似。試驗(yàn)結(jié)果顯示2,3-BD能提高植株的抗病效果,且多次誘導(dǎo)抗病效果更顯著,其中施用兩次誘導(dǎo)劑的效果相對最好。

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