彭金鳳,姚兆群,包亞洲,曹小蕾,陳美秀,陳虹嬌,趙思峰
(新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用自治區(qū)高校重點實驗室/石河子大學農(nóng)學院,新疆石河子 832003)
【研究意義】甜瓜(CucumismeloL.)是世界十大水果之一,其營養(yǎng)豐富、果實甜美、氣味芳香,備受人們喜愛[1]。中國甜瓜產(chǎn)量在世界總產(chǎn)量中占據(jù)半壁江山[2],新疆是國內(nèi)最適合種植甜瓜的地區(qū)之一,在2009年新疆種植甜瓜面積達到86.7×103hm2,甜瓜產(chǎn)業(yè)是新疆發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一[3]。然而埃及列當在新疆很多甜瓜產(chǎn)區(qū)均有分布,常造成甜瓜產(chǎn)量嚴重損失,甚至造成大面積絕收[4],有效控制列當為害對保障新疆甜瓜生產(chǎn)具有十分重要的意義?!厩叭搜芯窟M展】埃及列當是一類高度危險的寄生性種子植物[4],因其自身沒有葉綠素,生長完全依賴于吸盤在寄主根部截留寄主的水分和營養(yǎng)物質(zhì)[5],其不但具有強大的繁殖能力并且衍生而來的龐大種子庫可在土壤中存留數(shù)十年之久[6],同時這些種子只有在寄主根系分泌物刺激下才會萌發(fā),這使得對埃及列當發(fā)生區(qū)的控制極為困難[7]。目前對埃及列當?shù)姆乐沃饕捎萌斯ぐ纬突瘜W藥劑的噴施涂抹,雖然能夠減少出土列當?shù)臄?shù)量,但是費時,費力,還有可能對環(huán)境造成污染。故培育抗列當品種是應(yīng)對列當危害最經(jīng)濟可行、環(huán)境友好的防治方法[8],目前已在蠶豆、向日葵、豌豆、番茄、煙草等作物上挖掘出一些抗列當?shù)牟牧蟍9],然而列當抗性育種是一個漫長而艱難的過程,且一旦列當小種發(fā)生變異,很容易導致抗性喪失?!颈狙芯壳腥朦c】新疆地處亞歐大陸中部,甜瓜栽培歷史悠久,地方品種資源數(shù)量多、分布廣[10],存在抗或耐埃及列當寄生的品種或材料的可能性很大,但迄今為止尚未有對新疆甜瓜品種抗埃及列當寄生的能力進行全面評價研究。研究新疆31個甜瓜品種對埃及列當?shù)目剐猿潭群退??!緮M解決的關(guān)鍵問題】從新疆主要甜瓜產(chǎn)區(qū)收集31個栽培甜瓜品種,采用根室法、溫室盆栽和田間小區(qū)鑒定的方法,對其抗埃及列當寄生的能力進行評價,為新疆甜瓜抗列當育種和品種合理布局提供參考。
1.1材料
共收集31個甜瓜品種,分別購于哈密市、昌吉市、石河子市和阿克蘇市的農(nóng)資市場,其中可樂納西甘生產(chǎn)于新疆吉豐種業(yè)有限公司;新育皇后生產(chǎn)于昌吉市聯(lián)創(chuàng)種子有限責任公司;網(wǎng)紋黃旦子生產(chǎn)于新疆現(xiàn)代種業(yè)有限公司;西開心生產(chǎn)于昌吉市金土地種子有限責任公司;金甜蜜17號生產(chǎn)于烏魯木齊興農(nóng)種子公司;比斜克其、卡拉喀西、超早豐生產(chǎn)于新疆西域種業(yè)股份有限公司;金瑩蜜86-1、黃麗生產(chǎn)于新疆金豐種業(yè)有限責任公司;白蘭瓜、金早蜜、黃旦子、伽師瓜、其里甘、脆紅密、蜜三號、納西甘、比斜克可洪、白莎蜜、綠美人、黃醉仙、世紀蜜、金早密45號、蜜一號生產(chǎn)于新疆昌吉市益豐種苗有限責任公司;比西克新75、比西克新90、亞洲密25號、亞洲密17號、卡拉克什、斯力克65生產(chǎn)于新疆昌吉市新科種子有限責任公司。埃及列當種子采自新疆維吾爾自治區(qū)第六師軍戶農(nóng)場,經(jīng)形態(tài)學和分子輔助鑒定為埃及列當。
1.2 方 法
1.2.1 根室法抗性評價
參照Samejima[11]等的方法略做調(diào)整,將購買的甜瓜種子經(jīng)5%的次氯酸鈉消毒20 min后,室溫浸泡5 h,在育苗盤中催芽直至長出1片真葉后,將幼苗轉(zhuǎn)移至含有一塊無菌海綿,其表面覆蓋兩層無菌濾紙直徑為15 cm的培養(yǎng)皿中,瓜根平鋪于濾紙上且葉片朝上擺放在皿外。取約200粒經(jīng)70%酒精處理2 min,1%次氯酸鈉處理20 min后的埃及列當種子均勻撒在幼苗根系上,用于模擬甜瓜根系與埃及列當種子的互作過程。
每個品種10次重復,做好標簽后擺放在組培室中培養(yǎng),植株生長期間適時補充水分及20% Long Ashton營養(yǎng)液,保證甜瓜正常生長。培養(yǎng)30 d后,當大多數(shù)甜瓜根系上有列當瘤狀莖出現(xiàn)時,將各處理品種的整個根系放在解剖鏡下觀察鑒定。埃及列當種子在不同甜瓜品種根系上的寄生狀態(tài)可分為4種類型:Ⅰ型為列當種子萌發(fā)長出芽管但未建立寄生關(guān)系(圖1a);Ⅱ型為列當種子萌發(fā)后建立寄生關(guān)系但未長出吸器(圖1b);Ⅲ型為列當種子萌發(fā)建立了寄生關(guān)系并已長出吸器(圖1c);Ⅳ型為列當種子萌發(fā)建立寄生關(guān)系并已長出瘤狀莖(圖1d)。在顯微鏡下統(tǒng)計不同品種甜瓜幼苗接種列當種子后的列當種子萌發(fā)率及4種寄生狀態(tài)的列當種子個數(shù)占接種數(shù)量的百分比,同時進行方差分析。圖1
注:a:列當萌發(fā)但未寄生;b:列當寄生但未長出吸器;c:列當寄生長出吸器;d:列當寄生長出瘤狀莖
Note: a:failure to attach to the root; b: successful attachment but no haustorium; c:successful parasitism with haustorium; d:successful parasitism with shoot elongation
圖1 埃及列當種子在甜瓜根系上的寄生狀態(tài)
Fig.1 Parasitism of Orobanche aegyptiaca seedlings inoculated onto muskmelon root
1.2.2 溫室盆栽抗性評價
參照王文軍等[12]的方法和標準并略作調(diào)整。土壤、蛭石、沙子按照2∶1∶1的比例配置成培養(yǎng)土,埃及列當種子按500 mg/kg的量接種于培養(yǎng)土后混勻裝盆(16 cm × 10 cm)。將甜瓜種子經(jīng)5%次氯酸鈉消毒20 min,室溫浸泡5 h后播入培養(yǎng)盆,每盆中播種3粒甜瓜種子,覆2 cm培養(yǎng)土,澆透水。當甜瓜出苗后2~3葉期進行定苗,每盆留1株壯苗。每個品種10次重復,試驗在光照溫室(溫度20~28℃,相對空氣濕度約40%,光照時長14 h/d)中進行。在播種45 d后,當大多數(shù)甜瓜根部都有列當出土時,對甜瓜洗根鑒定,鑒定時,對被列當寄生的甜瓜株數(shù)和每株上寄生的列當個數(shù)進行計數(shù),參照公式(1)和(2)來計算寄生率和寄生程度,按表1標準對甜瓜對埃及列當?shù)目剐缘燃夁M行分類鑒定[12]。
寄生率(%)=花盆內(nèi)被寄生甜瓜株數(shù)/花盆內(nèi)甜瓜總株數(shù)×100%。
(1)
寄生程度=盆內(nèi)列當數(shù)/盆內(nèi)甜瓜株數(shù)。(2)
1.2.3 田間小區(qū)抗性評價
參照王鵬東等[13]的方法略有調(diào)整,試驗于2017年在石河子大學實驗站網(wǎng)室(66.7 m2)進行,將采集的埃及列當種子均勻撒至該網(wǎng)室土壤中并淺翻后均勻耙平。試驗采用隨機排列,每個品種重復10次。將網(wǎng)室土壤裝入營養(yǎng)缽(32 cm × 28 cm)內(nèi)壓緊后埋入土壤中,露出地表約5 cm。將培育好的甜瓜幼苗(培育方法如1.2.1所示)移入營養(yǎng)缽,澆透水,在甜瓜長出3~4片真葉時開始定苗,每個營養(yǎng)缽內(nèi)留2株幼苗。田間管理按常規(guī)進行,在埃及列當首次出現(xiàn)后(30 d時)開始對每個甜瓜品種上列當寄生數(shù)進行調(diào)查,每15 d一次,共調(diào)查3次。統(tǒng)計鑒定方式與盆栽試驗相同,參照計算公式(1)(2)鑒定甜瓜對埃及列當?shù)目剐缘燃塠12]。表1
表1 甜瓜對埃及列當抗性等級鑒定標準
Table 1 Identification standards of Orobanche aegyptiaca resistance level for muskmelon
1.3 數(shù)據(jù)處理
用SPSS統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析。
2.1 根室法抗性評價
根據(jù)甜瓜上接種的埃及列當種子的寄生狀態(tài),可將31個甜瓜品種分為3種類型。第一類包括斯力克等20個甜瓜品種,對埃及列當較為敏感,所接種的列當種子正常生長至第Ⅳ種寄生狀態(tài)。其中斯力克65對埃及列當種子萌發(fā)誘導活性最高,列當種子萌發(fā)率為74.78%,新育皇后對埃及列當種子萌發(fā)誘導活性最低,萌發(fā)率為45.20;第二類包括亞洲密17號等9個甜瓜品種,所接種的列當種子生長停滯在第III種寄生狀態(tài)。其中亞洲密17號對埃及列當種子萌發(fā)誘導活性最高,埃及列當種子萌發(fā)率為67.47%,白莎蜜誘導活性最低,萌發(fā)率為45.72;第三類包括網(wǎng)紋黃旦子和金甜蜜17號2個甜瓜品種,所接種的列當種子生長停滯在第Ⅱ種寄生狀態(tài)。其中網(wǎng)紋黃旦子對埃及列當種子萌發(fā)誘導活性較高,萌發(fā)率為54.48% ;金甜蜜17號次之,萌發(fā)率為43.52%。表2
2.2 溫室盆栽抗性評價結(jié)果
根據(jù)埃及列當?shù)募纳屎图纳潭瓤蓪?1個甜瓜品種分為4種類型。第一種類型包括納西甘和卡拉喀西2個甜瓜品種,表現(xiàn)出高感列當水平,埃及列當寄生率均為100.00%,寄生程度分別為13.00和10.25。第二種類型包括比西克新75等23個甜瓜品種,表現(xiàn)出感列當水平。其中比西克新90上埃及列當?shù)募纳屎图纳潭茸罡?,分別為100%和10.00。第三種類型包括亞洲密17號等5個甜瓜品種,表現(xiàn)出抗列當水平。其中超早豐上埃及列當?shù)募纳屎图纳潭茸罡?,分別為75.00%和4.25。 金甜蜜17號為第四種類型,表現(xiàn)出高抗列當水平,埃及列當寄生率為33.33%,寄生程度為0.33。表3
表2 埃及列當在不同甜瓜品種上的寄生狀態(tài)
Table 2 Parasitism of Orobanche aegyptiaca in different muskmelon varieties
注:Ⅰ:列當萌發(fā)但未寄生(圖1a);Ⅱ:列當寄生但未長出吸器(圖1b);Ⅲ:列當寄生長出吸器(圖1c);Ⅳ:列當寄生長出瘤狀莖(圖1d)。 不同字母表示品種間在0.05水平存在顯著性差異
Note: Ⅰ: failure to attach to the root due to a lack of haustorium formation(Fig. 1a); Ⅱ : successful attachment but no haustorium; (Fig. 1b); Ⅲ : successful parasitism with haustorium (Fig. 1c); Ⅳ:successful parasitism with shoot elongation(Fig. 1d). The different normal letters indicate significant difference among varieties at 0.05 level
表3 溫室盆栽條件下甜瓜不同品種對列當?shù)目剐?br/>Table 3 The broomrape-resistance of the different muskmelon varieties in greenhouse
材料名稱Materialname寄生率Parasitismrate(%)寄生程度Parasitismdegree抗性水平Resistancelevel納西甘Naxigan10000a1300aHS卡拉喀西Kalakaxi10000a1025abHS比西克新90Bixikexin9010000a1000abcS金瑩蜜86-1Jinyingmi86-110000a900abcdS其里甘Qiligan10000a900abcdS斯力克65Silike6510000a833abcdeS新育皇后Xinyuhuanghou10000a800abcdefS可樂納西甘Kelenaxigan10000a667bcdefgS伽師瓜Jiashi10000a633bcdefghS比斜克可洪Bixiekekehong10000a633bcdefghS卡拉克什Kalakeshen10000a633bcdefghS金早密45號Jinzaomi4510000a550bcdefghS世紀蜜Shijimi10000a475bcdefghS黃旦子Huangdanzi10000a400cdefghS黃醉仙Huangzuixian10000a350defghS比斜克其Bixiekeqi10000a333defghS綠美人Greenbeauty10000a325defghS黃麗Huangli10000a300defghS白莎蜜Baishami10000a250efghS西開心Xikaixin10000a200fghS比西克新75Bixikexin8333ab167ghS蜜三號Mi38333ab150ghS金早蜜Jinzaomi8000ab460bcdefghS蜜一號Mi18000ab380defghS白蘭瓜Bailan8000ab220efghS超早豐Chaozaofeng7500ab425bcdefghR脆紅密Cuihongmi7500ab125ghR亞洲密17號Yazhoumi177273ab255efghR亞洲密25號Yazhoumi257143ab157ghR網(wǎng)紋黃旦子Wangwenhuangdanzi7143ab129ghR金甜蜜17號Jintianmi173333b033hHR
注:不同字母表示品種間在0.05水平存在顯著性差異
Note: The different normal letters indicate significant difference among varieties at 0.05 level
2.3 田間小區(qū)抗性評價結(jié)果
根據(jù)埃及列當?shù)募纳屎图纳潭瓤蓪?1個甜瓜品種分為3種類型。第一種類型包括納西甘等3個甜瓜品種,表現(xiàn)出高感列當水平,列當寄生率均為100.00%,其中納西甘上埃及列當寄生程度最高,為17.50。第二種類型包括比西克新75等27個甜瓜品種,表現(xiàn)出感列當水平。其中其里甘上埃及列當?shù)募纳屎图纳潭茸罡?,?00%和10.00。金甜蜜17號為第三種類型,表現(xiàn)出抗列當水平,埃及列當寄生率為50.00%,寄生程度為1.67。
在列當寄生期間,按1.4方法在甜瓜移栽后30、45和60 d時對田間列當寄生情況進行系統(tǒng)調(diào)查,在30 d時,埃及列當在不同抗列當水平的甜瓜上的寄生程度均在較低水平。在45 d時, 納西甘、伽師瓜2個甜瓜品種上埃及列當寄生程度已達到10.00以上; 比西克新90等28個品種上埃及列當?shù)募纳潭刃∮跒?.17~5.67, 金甜蜜17號上埃及列當?shù)募纳潭葍H為0.11。在60 d時,納西甘等3個品種上埃及列當寄生程度均達到10.00以上,其里甘等27個品種埃及列當?shù)募纳潭葹?.11~10.0,金甜蜜17號上埃及列當?shù)募纳潭葍H為1.67,表現(xiàn)出抗列當寄生的特性。表4,圖2
表4 田間條件下甜瓜不同品種對列當?shù)目剐?br/>Table 4 The broomrape-resistance of the different muskmelon varieties in field
材料名稱Materialname寄生率Parasitismrate(%)寄生程度Parasitismdegree30d45d60d抗性水平Resistancelevel納西甘Naxigan10000a117abc1200a1750aHS伽師瓜Jiashi10000a117abc1067a1183bHS比斜克可洪Bixiekekehong10000a139ab472cd1172bcHS其里甘Qiligan10000a017bc383cd1000bcdS亞洲密25號Yazhoumi2510000a011c233cd956bcdeS白莎蜜Baishami10000a000c328cd944bcdefS卡拉克什Kalakeshen10000a022abc567bc833bcdefgS黃麗Huangli10000a022abc278cd806bcdefgS黃旦子Huangdanzi10000a100abc339bc783bcdefgS亞洲密17號Yazhoumi1710000a022abc467cd772bcdefgS綠美人Greenbeauty10000a05abc194cd750bcdefgS超早豐Chaozaofeng10000a144a328cd683bcdefghS世紀蜜Shijimi10000a033abc511c667cdefghS比西克新90Bixikexin9010000a017bc533bc644defghS脆紅密Cuihongmi10000a078abc389cd611defghS比西克新75Bixikexin10000a025abc200cb550defghS比斜克其Bixiekeqi10000a022abc267cd533defghS黃醉仙Huangzuixian10000a022abc378cd500defghS西開心Xikaixin10000a011c150cd494defghS金早密45號Jinzaomi4510000a022abc367cd450efghS新育皇后Xinyuhuanghou10000a022abc289cd422fghS卡拉喀西Kalakaxi10000a022abc267cd417fghS金早蜜Jinzaomi10000a011c178cd411ghS金瑩蜜86-1Jinyingmi86-110000a011c189cd378ghS斯力克65Silike6510000a033abc167cd344ghS網(wǎng)紋黃旦子Wangwenhuangdanzi10000a000c122cd306ghS蜜三號Mi38333a000c117cd639defghS白蘭瓜Bailan8333a022abc239cd378ghS可樂納西甘Kelenaxigan8333a044abc189cd311ghS蜜一號Mi17778a011c417cd611defghS金甜蜜17號Jintianmi175000b000c011d167hR
注:不同字母表示品種間在0.05水平存在顯著性差異
Note: The different normal letters indicate significant difference among varieties at 0.05 level
注:A:抗列當品種;B:感列當品種;C;高感列當品種
Note: A: resistant; B: susceptible; C: high sensible
圖2 田間小區(qū)中埃及列當在不同甜瓜品種上的寄生量
Fig.2 The Parasitism in different muskmelon Varieties of Orobanche aegyptiaca in the field
目前,瓜列當在新疆哈密地區(qū)、吐魯番地區(qū)、和田地區(qū)以及喀什地區(qū)發(fā)生較為普遍,對新疆甜瓜的種植和生產(chǎn)造成很大影響,在哈密地區(qū)、喀什地區(qū)造成很多地塊甜瓜絕收,造成了巨大損失[14]。對列當?shù)姆乐畏椒ㄖ饕捎棉r(nóng)業(yè)防治,化學防治以及生物防治,但由于列當危害主要在地下,等發(fā)現(xiàn)時已造成較大損失,同時列當?shù)奈髋c寄主導管緊密聯(lián)接,使得其防治極為困難[15]。防治列當?shù)闹攸c在于如何減少種子庫,阻止列當快速繁殖,避免列當從疫區(qū)擴散,并使成本降低到農(nóng)民可以接受的程度;而另外一條前景較為廣闊的途徑是培育抗列當?shù)钠贩N[8]。
目前,對列當?shù)目剐澡b定主要采用室內(nèi)盆栽試驗[16]、田間試驗[13]、種子發(fā)芽試驗[17]以及根室試驗[18]。吉林省研究人員采用室內(nèi)人工盆栽接種鑒定及田間自然侵染法,對 52 份向日葵資源進行鑒定,篩選出抗列當材料40份,中抗材料3份[19]。王文軍等[12]通過人工盆栽接種試驗對黑龍江41份向日葵資源進行了抗列當鑒定及抗源篩選,篩選出免疫材料24份,高抗4份,抗性6份,高感1份;從鑒定結(jié)果可以看出,農(nóng)家種及常規(guī)種對列當均沒有免疫材料,常規(guī)種抗性明顯低于雜交種,油用向日葵抗性強于食用向日葵,具有國外親緣關(guān)系的種質(zhì)抗性大多強于本地種質(zhì)。任祥祥等[17]采用種子發(fā)芽試驗,通過鑒定向日葵幼苗階段分泌刺激列當種子發(fā)芽物質(zhì)的多寡,比較不同向日葵品種對列當種子發(fā)芽的刺激程度差異,推斷該向日葵品種資源有無育種潛力,并進行抗列當種質(zhì)資源篩選。Fernándezaparicio等[20]采用田間自然侵染法先對從西班牙收集到的234個小扁豆(Lensculinaris)進行初步抗鋸齒列當(Orobanchecrenata)鑒定,其次采用根室試驗結(jié)合室內(nèi)盆栽試驗的方法對田間篩選出的35個小扁豆品種進行對鋸齒列當抗性表型的研究,從鑒定結(jié)果可以看出,小扁豆對鋸齒列當?shù)目剐员硇褪腔诩闹鲗α挟數(shù)奶颖軝C制。
目前對寄主抗列當鑒定已形成了多種方法,田間試驗方法的優(yōu)點是可直接觀察列當寄生情況,獲得可靠抗性結(jié)果;缺點是必須通過田間種植,鑒定時間長,且需要在列當發(fā)生區(qū)開展,具有一定的地域局限性。室內(nèi)盆栽鑒定在試驗中能夠很好的控制環(huán)境的影響,列當種子的接種數(shù)量以及來源。種子發(fā)芽試驗是一種簡便的抗列當種質(zhì)資源鑒定與篩選方法,但是該鑒定方法需要在當?shù)夭杉寥罉悠?,并且目前尚不清楚向日葵刺激列當種子發(fā)芽物質(zhì)在土壤中的活性可以保持多長時間[17]。根室試驗在國外對寄生性雜草抗性鑒定中應(yīng)用廣泛,相比于其他鑒定方法,根室法鑒定更加快捷、經(jīng)濟,并且能夠近距離觀察到寄生性雜草的萌發(fā)、附著以及寄主的潛在抗性[20],但這種方法目前沒有統(tǒng)一的分級標準。上述鑒定方法雖然都能夠?qū)纳噪s草的抗性水平進行鑒定,但是單獨使用某一種方式可能得不到完全有效、準確的的鑒定結(jié)果。因此,必須使用多種鑒定方式相結(jié)合才能合理評價寄主植物抗列當水平。
研究采用根室法、溫室盆栽和田間小區(qū)測定,對31份甜瓜品種抗埃及列當?shù)某潭冗M行評價。在根室試驗中,根據(jù)甜瓜上接種的列當種子的寄生狀態(tài),大致可將31個甜瓜品種分為3種類型,其中 金甜蜜17號、網(wǎng)紋黃旦子對埃及列當種子萌發(fā)誘導活性較低,并且能夠明顯抑制已經(jīng)建立寄生關(guān)系的列當?shù)纳L。類似的抗性表型在西班牙扁豆中也曾報道過,但對于導致列當發(fā)育停滯的原因沒有進行進一步的研究[20]。根據(jù)甜瓜上埃及列當?shù)募纳屎图纳潭?,室?nèi)盆栽試驗中可將31個甜瓜品種分為4種類型,田間小區(qū)試驗中,可分為3種類型。在根室試驗和室內(nèi)盆栽試驗中,埃及列當?shù)姆N子數(shù)量是定量的,同時測定時間相對較短,亞洲密17號、超早豐、亞洲密25號和網(wǎng)紋黃旦子4個品種在這兩個試驗中表現(xiàn)出耐寄生特性,在田間試驗中第60 d時寄生程度達到了感列當寄生水平。研究采用多種評價方法篩選獲得了1個抗列當寄生品種,但其抗寄生機制目前尚不清楚,還需要對抗、感甜瓜品種在與列當互作過程中組織結(jié)構(gòu)、生理生化變化,以及遺傳特性等角度進一步深入研究,以求進一步明確該甜瓜品種對埃及列當?shù)目剐詸C制。
通過根室法、溫室盆栽和田間小區(qū)測定,供試的31個甜瓜品種中,金甜蜜17號為1個抗列當品種,抗列當寄生品種,亞洲密17號、超早豐、亞洲密25號、網(wǎng)紋黃旦子為耐列當品種,其余26個品種均為易感或?qū)α挟敿纳舾?。目前,新疆栽培的甜瓜品種抗列當寄生的品種或材料較少,多為易感品種或材料,這是導致新疆甜瓜產(chǎn)區(qū)埃及列當危害嚴重的主要原因之一。
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