烘干干燥脫水對糯小麥籽粒角質率的影響

馬強 黃宗玲 李伯群 周鳳云

摘要?[目的]研究烘干干燥脫水對糯小麥籽粒角質率的影響，為糯小麥籽粒品質改良提供參考依據。[方法]以糯小麥渝L-1、12LF6-12為研究對象，以其普通小麥輪回親本渝02321、渝麥10號為對照，開展收獲后籽粒烘干干燥脫水和浸泡復水試驗。[結果] 在110 min烘干干燥過程中，渝L-1的角質籽粒和12LF6-12的半角質籽粒角質率分別在110和70 min下降為0，全部籽粒轉變為粉質，而渝02321角質籽粒和渝麥10號半角質籽粒角質率無明顯變化。在烘干干燥0、70和110 min 3個不同關鍵時間點，上述試驗材料籽粒相對含水量均隨烘干干燥時間的增加而逐漸減少;在烘干干燥同一時間點，試驗材料完整籽粒的相對含水量從高到低依次為12LF6-12、渝麥10號、渝L-1、渝02321。在浸泡復水處理24 h內，所有試驗材料籽粒吸水后都有明顯膨脹，粉質化后糯小麥籽粒仍然表現為粉質，但普通小麥籽粒角質率不斷下降，并出現粉質化趨勢。[結論]烘干干燥對普通小麥籽粒角質率的影響不明顯，但對糯小麥籽粒角質率的影響極顯著，是導致糯小麥籽粒粉質化轉變的重要外因;烘干干燥導致所有試驗材料籽粒脫水，對普通小麥籽粒角質率的影響不明顯，但糯小麥籽粒角質率下降至0，表明烘干干燥脫水是導致糯小麥籽粒粉質化轉變的直接原因。浸泡復水提高了所有試驗材料籽粒含水量，會降低普通小麥籽粒角質率，但對粉質化后糯小麥籽粒角質率的影響不明顯，表明烘干干燥脫水對糯小麥籽粒粉質化轉變的影響是一個不可逆轉的單向轉變過程。

關鍵詞?烘干干燥;脫水;糯小麥;籽粒;角質率

中圖分類號?S?512.1文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2020）01-0196-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.01.059

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effect of Bake Drying and Dehydration on the Percentage of Vitreous Waxy Wheat Kernel

MA Qiang1，HUANG Zong?ling2， LI Bo?qun1 et al

（1. Characteristic Crops Research Institute， Chongqing Academy of Agricultural Sciences，Chongqing402160; 2.Chongqing Jiulongpo Vocational Education Center， Chongqing 401329）

Abstract?[Objective] The effect of bake drying and dehydration on the percentage of vitreous waxy wheat kernel was studied，so as to provide reference for improving the quality of waxy wheat grain. [Method]Taking waxy wheat YuL?1 and 12LF6?12 as research objects and their recurrent parents Yu02321 and Yumai 10 as control， and bake drying dehydration and soaking rehydration experiments of grains after harvesting were carried out. [Result] During the drying process of 110 min， the percentage of vitreous kernel of YuL?1 vitreous grains and 12LF6?12 half?vitreous grains decreased to 0 at 110 min and 70 min， respectively， and all grains changed to silty， while the percentage of vitreous kernel of Yu02321 vitreous grains and Yumai 10 half?vitreous grains did not change significantly. At the three key time points of bake drying for 0 min， 70 min and 110 min， the relative moisture content of above tested materials decreased gradually with the increase of bake drying time. At the same time point of bake drying， the relative moisture content of the tested materials was 12LF6?12 > Yumai 10 > YuL?1 > Yu02321. During 24 hours of soaking rehydration treatment， the grains of all tested materials significantly swelled after absorbing water， waxy wheat grains remained silty after silting， but the percentage of vitreous kernel of common wheat grains declined continuously， and the trend of silting appeared. [Conclusion] Bake drying has no obvious effect on the percentage of vitreous kernel of common wheat grain， but has a significant effect on the percentage of vitreous kernel of waxy wheat grain， which is an important external cause leading to silty transformation of waxy wheat grain.Bake drying resulted all tested materials grain dehydration， and had no obvious effect on the percentage of vitreous kernel of common wheat grains， but the percentage of vitreous kernel of waxy wheat grains decreased to 0， which indicated that bake drying and dehydration was the direct leading to silty transformation of waxy wheat grain. Soaking rehydration increased the grain moisture content of all tested materials，and decreased the percentage of vitreous kernel of common wheat grain， but had no obvious effect on the percentage of vitreous kernel of waxy wheat grain after silting， which indicated that the effect of bake drying and dehydration on the transformation of waxy wheat grain was an irreversible one?way transformation process.

Key words?Bake drying;Dehydration;Waxy wheat;Grain;Percentage of vitreous kernel

小麥籽粒角質率的高低是衡量小麥品質好壞的一個重要外觀指標。現有研究表明角質率高的小麥籽粒千粒重高，容重高，胚乳質地好，淀粉粒與蛋白質基質結合緊密，面筋多，筋力大，出粉率高，灰分少，面粉流動性好，可生產出優質面粉[1]。角質率測定方法直觀、簡單、快速，提高小麥角質率可以較好地協調品質育種中的各種不利關系[2]。因此，通過小麥籽粒角質率高低可以快速判斷小麥品質的優劣，可用于輔助選擇優質小麥品種。

糯小麥是Nakamura等[3]通過將部分糯性基因小麥突變體Kanto107與江蘇白火麥人工雜交，創制含3對糯性基因、支鏈淀粉含量極高、直鏈淀粉含量極低的小麥新型種質資源。國內外學者已從遺傳學角度研究了糯小麥籽粒的粉質化現象，但尚未對糯小麥品種和籽粒含水量及其與籽粒粉質化之間的關系進行研究。Hoshino等[4]研究發現F2代粉質籽粒中糯性籽粒比例遠遠高于理論上的1/64，并推測糯性基因與粉質基因連鎖。姚金保等[5]在2個糯小麥品系與4個普通小麥品種的16個正反交組合F2代籽粒中鑒定出1 115粒糯性籽粒，發現這些籽粒絕大部分表現為粉質，少數為半角質，未發現角質型籽粒。張伯橋等[6]研究發現3個Wx基因同時發生變異會導致籽粒角質率降低，而部分Wx基因變異類型間及其與Wx基因正常類型間胚乳質地無顯著差異，表明糯質小麥胚乳表現為粉質，不是因為蛋白質含量低而引起的。筆者在糯小麥育種過程中也發現渝L-1、12LF6-12等糯小麥新品系在收獲貯藏時外觀表現為角質或半角質籽粒，但經過一段時間貯藏干燥，在準備播種時所有糯小麥品系籽粒外觀都表現為不透明的粉質，已經無法通過糯小麥籽粒角質率來快速判斷其品質。

為了提高糯小麥優質育種選擇效率，筆者以收獲貯藏時糯小麥渝L-1的角質籽粒和12LF6-12的半角質籽粒為研究對象，以其普通小麥輪回親本籽粒渝02321的角質籽粒和渝麥10號半角質籽粒為對照，開展了收獲后小麥籽粒的烘干干燥脫水和浸泡復水試驗，研究烘干干燥對糯小麥籽粒角質率變化的影響，探討烘干干燥脫水與糯小麥籽粒粉質化轉變間的關系，旨在為研究糯小麥籽粒粉質化的形成機理和糯小麥籽粒品質的改良提供參考依據。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

糯小麥1：渝L-1（重慶市農業科學院以渝02321為輪回親本選育的全糯質小麥新品系，收獲貯藏時籽粒表現為角質）。

糯小麥2：12LF6-12（重慶市農業科學院以渝麥10號為輪回親本選育的全糯質小麥新品系，收獲貯藏時籽粒表現為半角質）。

普通小麥對照1（CK1）：渝02321（重慶市農業科學院選育定型的角質小麥新品系）。

普通小麥對照2（CK2）：渝麥10號（重慶市農業科學院選育定型的半角質小麥新品種）。

1.2?試驗儀器與設備

BS210S型分析天平1臺、Φ4.5 cm×2.5 cm的鋁盒24個、GZX-GF101-2-BS-Ⅱ型電熱恒溫鼓風干燥箱1臺、內置藍色硅膠干燥劑的內徑Φ30 cm玻璃干燥器1個、內徑Φ15 cm×2.5 cm玻璃培養皿8個、取樣勺1個、鑷子1把、刀片1個、KMH-408型恒溫恒濕培養箱1臺。

1.3?試驗方法

1.3.1?小麥籽粒角質率觀測與分類標準。

小麥籽粒角質、半角質和粉質、角質率及籽粒類型劃分標準如下：角質為籽粒外觀透明、角質化程度高和剖面全是角質胚乳或角質胚乳大于75%，半角質為籽粒外觀比較透明、角質化程度較高和剖面角質胚乳小于75%而大于25%，粉質為籽粒外觀不透明、角質化程度極低和剖面角質胚乳小于25%或全是粉質胚乳。隨機選取小麥種子100粒，通過背光透視觀測小麥籽粒透明度和角質化程度來判斷小麥籽粒角質、半角質和粉質，不能判別時通過橫向切開發現籽粒觀測剖面角質胚乳比確認，并根據角質籽粒所占百分比確定小麥角質率。最后依據小麥角質率高低將小麥籽粒劃分為角質小麥（角質率≥70%）、半角質小麥（角質率30%～70%）和粉質小麥（角質率≤30%）3種類型。

1.3.2?小麥籽粒角質率觀測和取樣。

在收獲曬干后準備貯藏時，觀測渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麥10號等試驗材料籽粒透明度及其角質率和籽粒類型，各試驗材料分別取樣15 g，測定各樣品完整籽粒的初始相對含水量。然后，各取4個試驗材料完整籽粒約35 g，分別放入4個玻璃培養皿，置于80 ℃電熱恒溫鼓風干燥箱中烘干干燥，每隔10 min通過電熱恒溫鼓風干燥箱前玻璃窗，觀測1次糯小麥籽粒和對照普通小麥籽粒的透明度及其角質率，并記錄小麥籽粒類型。當發現糯小麥角質籽粒開始向粉質化轉變時（籽粒外觀由透明轉變為半透明），迅速打開干燥箱用取樣勺各取4個試驗材料樣品15 g放入玻璃培養皿中蓋好，迅速放進玻璃干燥器中冷卻備用。所有剩余樣品放入干燥箱中繼續干燥，直至所有糯小麥籽粒完全粉質化后（籽粒外觀完全不透明），迅速打開干燥箱將玻璃培養皿放進玻璃干燥器中冷卻備用。取烘干干燥過程中的8個冷卻備用樣品，同時測定完整籽粒的相對含水量。

1.3.3?小麥籽粒相對含水量測定。

參考《谷物及谷物制品水分的測定》（GB/T 21305—2007/ISO 712：1998）相關技術要求，重復3次，應用GZX-GF101-2-BS-Ⅱ型電熱恒溫鼓風干燥箱等儀器設備，采用二次烘干法測定渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麥10號在收獲貯藏時、糯小麥角質籽粒外觀開始向粉質化轉變時和所有糯小麥籽粒完全粉質化后的完整籽粒相對含水量（樣品顆粒大小超標，所測數據僅供參考）。

1.3.4?干燥籽粒浸泡復水處理。

在渝L-1和12LF6-12經烘干干燥完全粉質化后，參照張桂珍[7]的小麥品種種子浸泡試驗，在4個玻璃培養皿各放入2層濾紙并編號。從測定渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麥10號籽粒的相對含水量后的完整籽粒中，各取100余粒種子分別放在4個培養皿濾紙上，加適量的自來水浸泡種子，再放入20 ℃的KMH-408型恒溫恒濕培養箱內，進行浸泡復水處理。觀測時間分別設置為0、6、12、18和24 h，觀測籽粒外觀透明度及角質率，并記錄籽粒類型，在不能通過籽粒外觀透明度判斷籽粒類型時，用鑷子取出籽粒，用刀片橫向切開，觀察剖面角質胚乳所占的比例。

2?結果與分析

2.1?烘干干燥對小麥籽粒角質率的影響

在烘干干燥試驗中，觀測渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麥10號完整籽粒外觀透明度及其角質率，并記錄小麥籽粒類型，結果見表1。由表1可知，渝L-1在烘干干燥0～60 min時籽粒外觀透明度隨時間的增加而逐漸下降，籽粒角質率有所下降，但整體表現為角質小麥（角質率76%～100%）;在70 min時籽粒外觀透明度已經呈現出模糊不清的狀態，抽樣橫向切開發現籽粒剖面很光滑，透明的角質胚乳約占33.3%左右，籽粒角質率明顯下降，整體表現為半角質小麥;在110 min時籽粒外觀呈現出完全不透明狀態，抽樣橫向切開發現籽粒剖面很光滑、角質胚乳幾乎沒有，籽粒角質率為0，已經表現為粉質小麥。12LF6-12在烘干干燥0～60 min期間籽粒外觀透明度隨時間的增加由比較透明逐漸轉變為幾乎不透明，籽粒角質率明顯下降，但整體表現為半角質小麥（角質率32%～68%）;70 min時籽粒外觀透明度極低，抽樣橫向切開發現籽粒剖面比較光滑、角質胚乳含量已經低于25%，籽粒角質率低于20%，整體已經表現為粉質小麥（角質率為0）;110 min時籽粒外觀透明度極低，抽樣橫向切開發現籽粒剖面仍然比較光滑、幾乎沒有透明的角質胚乳，籽粒角質率幾乎為0，已經完全粉質化。渝02321在烘干干燥0～110 min期間籽粒外觀一直保持透明度極高的角質狀態，籽粒角質率高達100%，還有越干燥越透明的趨勢，整體表現為角質小麥。渝麥10號在烘干干燥0～110 min期間籽粒外觀透明度有所下降并呈現出粉質化趨勢，在110 min時抽樣切開發現籽粒剖面仍然光滑透明，其透明度和角質胚乳含量已明顯不如烘干前的狀態，籽粒角質率在60%左右，仍然表現為半角質小麥（角質率60%～67%）。

從上述試驗結果分析可看出：在110 min烘干干燥過程中，渝L-1的角質籽粒和12LF6-12的半角質籽粒角質率分別在110和70 min下降為0，全部轉變為粉質籽粒。其中，在烘干干燥過程中渝L-1的角質籽粒先轉變為半角質籽粒再轉變為粉質籽粒，其粉質化轉變過程包含半角質過渡期;12LF6-12半角質籽粒直接轉變為粉質，其粉質化轉變過程沒有包含半角質過渡期，表明糯小麥籽粒的粉質化轉變過程受其輪回親本遺傳背景的影響較大。然而，渝02321和渝麥10號籽料外觀雖然在烘干過程中有更透明和更不透明截然相反的變化趨勢，但其籽粒角質率無明顯變化，籽粒類型并未發生質的改變。

2.2?烘干干燥對小麥籽粒相對含水量的影響

在烘干干燥過程中，分別測定渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麥10號完整籽粒的初始含水量（烘干干燥0 min取樣）、粉質化轉變含水量（烘干干燥70 min取樣）和完全粉質化含水量（烘干干燥110 min取樣），結果見表2。由表2可知，在0 min時，渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麥10號的籽粒相對含水量分別為11.46%、11.84%、11.39%和11.72%;70 min時，渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麥10號的籽粒相對含水量分別為9.38%、9.77%、9.42%和9.64%;110 min時，渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麥10號的籽粒相對含水量分別為9.27%、9.46%、9.21%和8.42%。

從上述試驗結果分析可以看出，在烘干干燥0、70和110 min 3個不同關鍵時間點，渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麥10號的籽粒相對含水量均隨著烘干干燥時間的增加而逐漸減少。在烘干干燥同一時間點，4種試驗材料完整籽粒相對含水量從高到低依次為12LF6-12>渝麥10號>渝L-1>渝02321，即渝L-1與12LF6-12、渝02321與渝麥10號籽粒的相對含水量差異較大，而渝L-1與渝02321、12LF6-12與渝麥10號的籽粒相對含水量比較接近，表明糯小麥籽粒相對含水量受輪回親本的影響較大。

2.3?浸泡復水對小麥籽粒角質率的影響

對測定籽粒相對含水量后的完整籽粒進行24 h浸泡復水，觀測并記錄各試驗材料籽粒類型，結果見表3。由表3可以看出，各試驗材料浸泡復水后籽粒吸水膨大，含水量明顯增加。在浸泡復水24 h內，渝L-1和12LF6-12粉質化籽粒除了吸水膨大外，表現為不透明的粉質，沒有恢復成透明的角質或半透明的半角質的趨勢。浸泡復水18～24 h，渝02321角質籽粒吸水膨大，外觀透明度明顯下降，開始表現為半角質小麥（角質率37%～65%），隨著處理時間的延長，籽粒可能轉變為粉質小麥;渝麥10號半角質籽粒在浸泡復水18 h吸水膨大后，外觀開始表現為完全不透明的粉質小麥。從上述試驗結果可看出，在浸泡復水處理24 h內，所有試驗材料籽粒含水量都明顯增加，粉質化后糯小麥籽粒仍然表現為粉質，普通小麥籽粒角質率不斷下降，并出現粉質化趨勢。

3?討論

3.1?烘干干燥是導致糯小麥籽粒粉質化轉變的重要外因

在110 min烘干干燥過程中，糯小麥和普通小麥發生不同的變化，對照普通小麥渝02321和渝麥10號的籽粒類型未發生轉變，即烘干干燥對普通小麥籽粒透明度和角質率的影響不明顯;但糯小麥渝L-1和12LF6-12籽粒分別在110和70 min發生了粉質化轉變，表明烘干干燥是導致糯小麥籽粒粉質化轉變的重要外因。國內一些研究表明，普通小麥同一品種的籽粒角質率會受種植環境、籽粒蛋白質和淀粉含量、干燥條件等因素的影響。張建成等[8]研究表明小麥籽粒角質率變化受種植環境的影響極大，不同土壤質地、灌水次數、肥料與用量、播種密度和收獲期均對籽粒角質率都有影響。張鐵恒等[9]研究發現小麥籽粒角質率與蛋白質含量、谷蛋白大聚體含量呈極顯著正相關，與淀粉總量、直鏈淀粉含量呈極顯著負相關，與支鏈淀粉含量呈極顯著正相關。Bechtel等[10]將未成熟小麥硬麥收獲后分別置于室溫和低溫下，干燥后發現室溫下籽粒形成了硬質胚乳，低溫下籽粒則形成了軟質胚乳。但是，目前糯小麥籽粒有粉質化趨勢的現象已經有相關報道，如Hoshino等[4]、姚金保等[5]、張伯橋等[6]研究均發現糯質小麥籽粒胚乳表現為粉質或近粉質，但都是從遺傳學角度開展的研究和分析了粉質化的結果，他們未發現角質籽粒糯小麥可能與親本籽粒角質化程度或者觀察籽粒時間有關。因此，目前尚未見到烘干干燥對糯小麥籽粒角質率變化影響的相關研究報道。

該研究中烘干干燥所用材料是同一個小麥品系（品種）在同一種植環境和同一時間收獲的完整籽粒，完全可以排除土壤質地等環境因素對籽粒角質率的影響，也可以排除蛋白質和淀粉含量及組成差異對籽粒角質率的影響，更可以排除室溫下自然干燥對籽粒角質率的影響。糯小麥渝L-1和12LF6-12與輪回親本渝02321和渝麥10號的最大差異是直鏈淀粉含量低，支鏈淀粉含量高，這可能是導致糯小麥籽粒烘干干燥粉質化轉變的物質基礎，對糯小麥籽粒的粉質化轉變起著決定性作用。

3.2?烘干干燥脫水是導致糯小麥籽粒粉質化轉變直接原因

在110 min烘干干燥脫水過程的3個不同時間點，渝02321、渝L-1、渝麥10號和12LF6-12籽粒相對含水量隨著干燥時間增加而減少，這與靳朝義[11]研究小麥種子后熟作用時得出的“籽粒中水分含量在儲藏過程中稍有下降”結論相似。在烘干干燥同一時間點各試驗材料籽粒相對含水量從高到低依次為12LF6-12、渝麥10號、渝L-1、渝02321。烘干干燥導致糯小麥籽粒粉質化轉變的原因可能與糯稻干燥后糯質胚乳呈乳白色類似，即糯稻與非糯稻的主要形態差異是糯稻胚乳在干燥狀態下呈乳白色、不透明，是由于糯質胚乳淀粉粒內微孔大量存在，使胚乳干燥后充氣引起光線折射而導致糯質胚乳呈乳白色，這種乳白色、不透明質地與由于淀粉和蛋白質顆粒積累疏松引起的堊白有本質上的差別[12]。筆者在深入開展糯小麥淀粉顆粒相關研究時發現糯小麥籽粒在粉質化過程中糯質胚乳淀粉粒之間增加了大量不規則的管網狀結構，而普通小麥胚乳淀粉粒之間的結構則沒有顯著變化（相關研究內容將另文發表）。因此，可以初步推斷烘干干燥使得糯小麥籽粒胚乳脫水，導致糯小麥胚乳淀粉粒之間結構的改變，從而形成了大量不規則的管網狀微孔，胚乳內充氣引起光線折射而使得糯質胚乳表現出不透明和粉質狀態，表明烘干干燥脫水是導致胚乳結構改變，從而成為糯小麥籽粒粉質化轉變的直接原因。

3.3?浸泡復水對糯小麥粉質化籽粒的影響不明顯

在24 h浸泡復水處理過程中，糯小麥渝L-1和12LF6-12粉質化籽粒吸水膨大后角質率的變化不明顯，表明糯小麥籽粒一旦完成粉質化轉變后，通過浸泡復水提高其籽粒含水量已無法恢復其角質或半角質，糯小麥脫水粉質化是一個不可逆的單向轉變過程，這可能是因為糯小麥粉質化轉變過程中其籽粒內部的胚乳結構結構已發生了不可逆轉的改變。然而，對照渝02321和渝麥10號籽粒角質率隨浸泡時間的增加而不斷下降，這與張桂珍[7]的小麥籽粒浸泡試驗結果相一致。

對比分析烘干干燥脫水和浸泡復水試驗結果，發現小麥籽粒角質率除受遺傳基因控制外，還受到籽粒含水量等外在因素的影響。烘干干燥脫水對普通小麥角質籽粒角質率的影響較小，但對糯小麥粒角質率的影響較大，直接導致糯小麥籽粒的粉質化轉變。通過浸泡復水提高籽粒含水量對普通小麥籽粒角質率的影響較大，粉質化趨勢十分明顯，可能是因為吸水打亂了小麥胚乳淀粉顆粒與蛋白質之間緊密的排列結構，影響了散射光的通過，形成漫反射，從而導致籽粒角質率下降。但這對干燥后粉質化糯小麥籽粒角質率的影響較小，表明糯小麥籽粒烘干干燥脫水粉質化是一個不可逆的過程，可能在粉質化過程中籽粒內部結構已經發生不可逆轉的破壞。

4?結論

通過對糯小麥渝L-1、12LF6-12和對照普通小麥渝02031、渝麥10號等試驗材料籽粒進行烘干干燥脫水和浸泡復水試驗，發現烘干干燥對普通小麥渝02031和渝麥10號籽粒角質率的影響不明顯;但烘干干燥對糯小麥籽粒角質率的影響極大，渝L-1角質籽粒和12LF6-12半角質籽粒在烘干干燥70和110 min開始粉質化，所有糯小麥籽粒都轉變為粉質籽粒，籽粒角質率下降為0，是導致糯小麥籽粒粉質化轉變的重要外因，同時其粉質化時間還受輪回親本角質化程度的影響。在烘干干燥脫水過程中，烘干干燥導致所有試驗材料籽粒脫水，其籽粒相對含水量不斷減少，對普通小麥籽粒角質率的影響不明顯，但對糯小麥籽粒角質率的影響極顯著，是導致胚乳結構改變而成為糯小麥籽粒粉質化轉變的直接原因。浸泡復水提高了所有試驗材料的籽粒含水量，會降低普通小麥籽粒的角質率，但對粉質化后糯小麥籽粒角質率的影響不明顯，表明粉質化后的糯小麥籽粒已經無法恢復到角質或半角質狀態，烘干干燥脫水對糯小麥籽粒粉質化轉變的影響是一個不可逆轉的單向轉變過程。

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