2023-07-11 09:02:35
黑龍江省北大荒農(nóng)墾集團總公司九三分公司高粱收獲現(xiàn)場。 受訪者供圖
“高粱矮化實際上是高粱育種的里程碑式成果，促使我國高粱生產(chǎn)發(fā)生了一次革命性的進步?！?br>
你還記得“青紗帳”嗎？抗戰(zhàn)年代，游擊隊員穿梭其中，與敵人展開英勇斗爭，正如歌曲《保衛(wèi)黃河》所傳唱的那樣，“河?xùn)|河北高粱熟了，萬山叢中，抗日英雄真不少，青紗帳里，游擊健兒逞英豪”。這里的“青紗帳”指的就是高粱，通常印象中，高粱長得比較高，一般能長到三米左右，成熟之后伸手摸不到穗子，一株株筆直矗立田中，密密叢叢，齊整挺拔，一望無際。
可如今，人們逐漸發(fā)現(xiàn)高粱慢慢變矮了，高高的“青紗帳”不見了蹤影，在一些地區(qū)，有的高粱品種成熟后才剛到一個成年人的腰際?！白罱?0年，高粱由原來的高稈變成了矮稈，現(xiàn)在高粱株高普遍是1.2到1.8米，超過2米的已經(jīng)不多了。”國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員刁現(xiàn)民說，“高粱矮化實際上是高粱育種的里程碑式成果，促使我國高粱生產(chǎn)發(fā)生了一次革命性的進步。”
高粱變矮了
在焦少杰的印象里，上世紀(jì)七八十年代的東北，成片成片的高粱地像是紅彤彤的海洋，株株稈高穗大，沒過人頭，足有兩三米之高?！拔倚〉臅r候，高粱還是高稈的，那個年代高粱從頭到尾都能用，成熟的籽粒脫完了可以做糧食，可以做飼料，也可以造酒，莖稈還可以做建筑材料。”焦少杰說。
焦少杰長期在黑龍江從事高粱矮化育種工作，目前是黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所所長、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家，他也見證了高粱株高由高到低的變化。
“我以前用高粱稈編過農(nóng)村家里的炕席、裝糧食的穴子、房屋的頂棚，高粱秸稈還能用來做小園的籬笆?！苯股俳芙榻B，幾十年前的農(nóng)村，高粱稈在老百姓家里有很大的用處，去掉穗的高粱稈俗稱秫秸，秫秸耐腐蝕，是北方老百姓蓋房搭棚常用的建筑材料。除此之外，秫秸還經(jīng)常被制成“饃盤子”“蓋簾”等用具，用來盛放饅頭或者臨時放置包好的餃子。
“那個年代老百姓需要高稈高粱，矮稈品種沒人種。大家種高粱的目的很明確，第一要收糧食，第二要用它圍籬笆、編炕席、做各種用具?！奔质∞r(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所研究員、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家李繼洪說。
隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)進步，人們生活用具也變得豐富起來，塑料制品、金屬制品等滿足了人們的日常生活需要，由高粱稈制作的建筑材料和手工用具也就逐漸被淘汰了，高稈高粱品種也逐步開始退出歷史舞臺。
20世紀(jì)90年代，焦少杰參加工作之后，高粱選育也開始逐步朝著矮化的方向發(fā)展。焦少杰介紹，1991年，“八五”國家重點科技攻關(guān)項目實施，高粱矮稈育種列入其中。
“從20世紀(jì)50年代到現(xiàn)在，全國主推高粱雜交種的株高呈現(xiàn)出逐步降低的趨勢，高粱雜交種從最初的2.5至3米之間降到了如今的1至1.6米之間，主推雜交種的平均株高僅為1.35米?！奔质∞r(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所研究員陳冰嬬介紹。
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021年我國高粱播種面積1069.8萬畝，總產(chǎn)量337.7萬噸，單產(chǎn)約為每畝315.7公斤?！按致怨浪悖壳爸邪捀吡黄贩N占全國種植面積已經(jīng)達到70%左右。”遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所研究員、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家鄒劍秋表示。
如今，當(dāng)高粱成熟后，站在黑龍江省北大荒農(nóng)墾集團總公司九三分公司鶴山農(nóng)場的高粱地里，一眼望去，高粱依然是片片火紅，但與以往不同的是，它不再高過人頭，遠遠就能看到地里忙碌的工作人員，高粱變矮了。
高粱為何要矮化
“高粱矮化育種實際上是‘主動’和‘被動’并行的過程?！苯股俳鼙硎?，受“綠色革命”的啟發(fā)，降低作物株高以增加抗性和糧食產(chǎn)量是一種趨勢，高粱也同樣適用。
20世紀(jì)60年代以來，全球范圍的“綠色革命”使得小麥、水稻等主糧作物產(chǎn)量大幅增加，高粱不再是人們賴以生存的口糧，由主糧變?yōu)殡s糧作物之一。
改革開放之后，隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活水平的提高，高粱的主要用途也逐步從食用向釀造原料轉(zhuǎn)變，種植面積逐步下降。伴隨而來的是高粱生產(chǎn)方式和栽培目的的變化，適宜機械化栽培的高粱品種逐漸受到農(nóng)民的歡迎。
“高稈稀植大穗的高粱品種理論上講產(chǎn)量很高，但是抗性不行，可能今年風(fēng)調(diào)雨順，產(chǎn)量能達到1000斤，但是明年一場大風(fēng)可能就剩500斤、300斤了，這是很不穩(wěn)定的。無論是生產(chǎn)還是生活上，老百姓更需要矮稈品種，倒逼我們育種單位提供株高相對矮的高粱。”焦少杰說。
隨著高粱的集中化、規(guī)?；?jīng)營，以及釀酒企業(yè)對優(yōu)質(zhì)高粱的需求增加，高粱的機械化栽培也正在成為提高高粱產(chǎn)量和品質(zhì)，減輕勞動負擔(dān)，降低農(nóng)業(yè)投入成本的選擇。“以往粒用高粱品種主要以人工收獲為主，大部分品種植株偏高不適宜機械化收割，現(xiàn)在隨著土地連片種植、種植大戶、農(nóng)業(yè)專業(yè)種植合作社、酒業(yè)原糧生產(chǎn)基地的逐年增加，機械化栽培方式已成為高粱種植的必然趨勢?！崩罾^洪說。
“農(nóng)業(yè)已經(jīng)由原來的小農(nóng)經(jīng)濟過渡到產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟，有著商品化生產(chǎn)和大面積輕簡化栽培的特點?！钡蟋F(xiàn)民認為，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)商品化生產(chǎn)建立在農(nóng)業(yè)機械和化肥農(nóng)藥的基礎(chǔ)之上，株高兩三米的高粱抗倒伏性很差，不耐化肥也不耐密植，株高過高，機收時上端莖葉吞入太多，籽粒損失大，下端留茬太高，不利于滅茬整地。
同時，高粱生產(chǎn)面臨著農(nóng)村勞動力外流，人工成本上漲的問題?！案吡环N植勞動強度大，農(nóng)村留守勞動力不足以支持人工間苗和收獲，農(nóng)村人口老齡化的趨勢和昂貴的人工成本嚴(yán)重影響到農(nóng)民種植高粱的積極性?！鄙轿鬓r(nóng)業(yè)大學(xué)（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院）高粱研究所研究員、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家平俊愛說道。
“像美國、澳大利亞以及歐洲的一些發(fā)達國家，在20世紀(jì)50年代就開始選育適宜機械化生產(chǎn)的高粱品種，降低株高增加抗倒性，60年代就實現(xiàn)了高粱生產(chǎn)的機械化?！钡蟋F(xiàn)民介紹，我國的高粱分布廣泛，主要集中在東北、華北和西南三大主產(chǎn)區(qū)，其中東北主產(chǎn)區(qū)主要包括遼寧省、吉林省和黑龍江省，華北主產(chǎn)區(qū)主要包括山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)和河北省，總體種植面積約為652.2萬畝，主要是粳高粱，但近年來隨著市場需求的變化，這些地方糯高粱的比例在快速提高；西南主產(chǎn)區(qū)包括四川省、貴州省和重慶市，種植面積約為273.3萬畝，主要是糯高粱，不同主產(chǎn)區(qū)的育種單位也正在培育適宜機械化生產(chǎn)的矮化高粱品種。
高粱如何變矮的
“矮化育種是一個漫長而又艱難的過程，并非完全是近20年的事情，而是歷經(jīng)老一輩科學(xué)家的努力和積累，才有了今天的結(jié)果。”焦少杰表示，雖然過去生產(chǎn)上對矮稈高粱需求不大，但育種科學(xué)家并沒有停止中矮稈高粱的選育。20世紀(jì)90年代，高士杰、盧慶善等人瞄準(zhǔn)了印度高粱種質(zhì)地理遠緣、中矮稈、抗病性強、配合力高等優(yōu)點，以改進抗病性，提高配合力為首要研究方向，利用印度高粱開展中矮稈、耐密植育種研究，育成了不同的中矮稈雜交種，為之后高粱真正意義上的矮化奠定了基礎(chǔ)。
2008年，國家谷子產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和國家高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系成立，也就是國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的前身，對于谷子高粱等小宗作物育種科學(xué)家而言，他們也迎來了新的發(fā)展機會。“產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系成立之后，全國的高粱育種隊伍形成合力，育種專家形成共識，把矮化當(dāng)作目標(biāo)，組織全國統(tǒng)一攻關(guān)，因此才有現(xiàn)在的業(yè)績?！苯股俳苷f道。
同雜交水稻相似，高粱的矮化也是利用三系法進行雜交育種的。培育一個優(yōu)良的矮化雜交種需要培育矮化的不育系、保持系和恢復(fù)系，培育這三系也是高粱育種科學(xué)家們的重點工作。
“高粱變矮的秘密藏在四個矮稈基因里，這些基因?qū)χ旮哂酗@著的控制作用。”談到高粱矮化的關(guān)鍵，平俊愛說，矮化育種就是篩選出矮稈性狀突出的高粱植株，再通過三系法把不同高粱的優(yōu)良性狀整合在一起，產(chǎn)生一些新的基因組合，使得雜交的高粱后代帶有變矮的性狀。
“由于國外引進的高粱矮稈不育系生育期太長、生態(tài)適應(yīng)性差，不能在我國直接應(yīng)用，必須進行馴化改良?！崩罾^洪說。20世紀(jì)60年代之后，東北三省以及內(nèi)蒙古結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩硖卣?，利用國外引進的矮稈TX3197A不育種質(zhì)，育成了一批高粱早熟不育系和早熟恢復(fù)系，具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟等優(yōu)良性狀，也更適合當(dāng)?shù)仄贩N選育。
“2003年，黑龍江推出了真正意義上的矮稈高粱雜交品種龍雜7號，由于熟期早，機械化種植技術(shù)和配套機械不成熟，推廣面積很小，效益沒法跟大豆比?！苯股俳苷f道，以龍雜7號為代表的這批早熟品種只是單純的矮，沒有考慮到種子的拱土能力、株型、抗倒伏等適宜機械化栽培的性狀。
面對高粱育種過程中出現(xiàn)的問題，各育種單位加強國外和國內(nèi)矮稈資源的篩選與利用，不斷創(chuàng)制矮稈不育系和恢復(fù)系，通過多種方法、多種策略進行矮稈耐密宜機收雜交種的選育。
焦少杰團隊以早熟和株型改良為重點，將早熟、矮稈、耐密植整合在一起，以龍雜17、龍雜18為代表的系列高粱品種被選育出來，并在黑龍江推廣。焦少杰說：“這批品種株高在1米左右、最早熟品種所需積溫在2060℃，將我國高粱種植區(qū)域向北延伸了100公里，最遠種到北緯50°的內(nèi)蒙大楊樹古里農(nóng)場，填補了高緯度地區(qū)無高粱品種的空白?！?/p>
在吉林，李繼洪團隊在前人研究的基礎(chǔ)上，繼續(xù)選育中矮稈品種，進一步降低高粱株高。最終選育出吉雜140、吉雜159、吉雜160等矮稈、耐密植、適宜機械化收獲的高粱雜交種。矮化育種的另一個更加明顯的效果是種植密度的增加，目前矮化高粱品種種植密度已突破1萬株每畝，甚至可達到2萬株每畝，高密度增加了群體產(chǎn)量。早熟高粱雜交種高度降至1.4米以下，其中吉雜140、吉雜159現(xiàn)已成為春播早熟區(qū)的主推品種。
而這些品種的背后，離不開育種科學(xué)家夜以繼日的艱辛付出。春夏北育、秋冬南繁，“候鳥”般的生活方式是他們的常態(tài)。為了縮短育種時間，冬季到海南進行南繁育種是一項必然的選擇。所謂南繁，就是指將本地秋收后的作物種子，在冬季拿到南方亞熱帶或熱帶地區(qū)進行加代繁殖的方法。
“選育一個新品種要花費很長的時間，培育一對不育系和保持系需要至少5年的時間，恢復(fù)系也要3年的時間，總體下來要花費5至8年的時間?！逼娇劢榻B，這還遠遠沒有結(jié)束，選出的雜交種在經(jīng)歷5年左右的鑒定、品比、多點區(qū)域試驗示范后才能成為一個真正合格的雜交種。往往幾千份的鑒定材料最后只有幾份能夠留下，這是優(yōu)中選優(yōu)、精中選精的過程。
矮化后的高粱去哪了
近20年，根據(jù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系統(tǒng)計，全國各育種單位針對市場和產(chǎn)業(yè)的需求，共育成71個矮稈耐密、適宜機械化作業(yè)的釀酒專用高粱新品種，為高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了品種支撐，促進了高粱生產(chǎn)方式全面機械化的變革，實現(xiàn)了科研、企業(yè)、農(nóng)民種植戶等多主體受益。
在遼寧，鄒劍秋團隊推出的遼粘3號品種，具有高淀粉、高產(chǎn)、單寧適中等特點，抗倒伏易機收，受到了很多種植戶的歡迎，也成為很多知名酒企愿意使用的釀造原料，促進了農(nóng)民增收、企業(yè)增效。
“去年，我們種植的高粱一畝地就打下了1800多斤，有的甚至達到了2000斤?！崩顫h奎興奮地說道，他所種植的品種就是遼寧省農(nóng)科院高粱研究所推出的遼粘3號。
李漢奎是遼寧省朝陽市建平縣馬場順達農(nóng)機服務(wù)專業(yè)合作社的理事長，他所在的合作社一共種植了800多畝高粱。2016年，他在建平縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心了解到酒用高粱新品種遼粘3號，抱著試試看的態(tài)度種植了40多畝?！耙荒晗聛恚馐且划€地就打下了1500多斤高粱，而我們本地‘大高粱’品種最多也才產(chǎn)1000多斤。”李漢奎說。
2017年，李漢奎開始大面積推廣遼粘3號，在遼寧省農(nóng)科院高粱研究所的指導(dǎo)下，合作社還創(chuàng)建了200多畝的高粱示范田。“我們當(dāng)?shù)赜衩坠茸痈吡蝗箢愝啿绶N植，遼粘3號穗大高產(chǎn)看著稀罕人，1.7米高還不容易倒秧，機械化種植收割很方便?！崩顫h奎介紹，2017年，以遼粘3號為主的高粱品種開始從建平縣馬場鎮(zhèn)往周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)擴展，越來越多的農(nóng)戶和種植大戶到他的示范田參觀學(xué)習(xí)，目前，整個建平縣已經(jīng)有高粱10萬多畝。
“如果打理好的話，近兩年高粱普遍能達到每畝1800至1900斤，每年國慶期間收獲后就拉到酒廠做原料了，現(xiàn)在很多酒廠比如古井貢、五糧液都愿意收遼粘3號，潮糧的收購價能到每斤1.35元到1.55元，折算成干糧最高能到每斤1.9元，去年我們合作社一畝地純收入能達到1200元左右?！崩顫h奎說。
根據(jù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系統(tǒng)計，經(jīng)過體系十年的聯(lián)合攻關(guān)，高粱生產(chǎn)方式發(fā)生了重大變革，正在從傳統(tǒng)向現(xiàn)代化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，不僅在矮稈易機收的品種培育上取得突破，還集成了“矮稈品種降株高、寬行縮距促通透、單粒點播免間苗、機械收獲免人工”高粱機械化輕簡生產(chǎn)技術(shù)，每公頃節(jié)約人工60至90個，節(jié)本增效3000元以上。
好品質(zhì)的雜交種同樣也帶來了可觀的經(jīng)濟效益，焦少杰團隊推出的龍雜17品種以200萬元價格轉(zhuǎn)讓給嫩江宏糧種業(yè)有限公司，龍雜18以200萬元轉(zhuǎn)讓給依安德邦農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司。李繼洪團隊推出的吉雜140、吉雜159分別以33萬元和100萬元的價格轉(zhuǎn)讓給種子企業(yè)。根據(jù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系統(tǒng)計，近十年，全國共有27個高粱品種經(jīng)營權(quán)成功轉(zhuǎn)讓給相關(guān)企業(yè)，獲得轉(zhuǎn)讓費用1671萬元。
山西汾酒歷史悠久，高粱是其釀酒的原料之一。2012年，平俊愛團隊和山西杏花村汾酒廠股份有限公司技術(shù)中心合作開展了高粱品種釀酒試驗研究?！案吡坏牡矸酆繘Q定了出酒率的高低，一般淀粉含量越高，出酒率就越高，單寧含量則與優(yōu)質(zhì)酒率相關(guān)。目前新登記的高粱雜交種單寧含量在1%到2%之間，清香型白酒的釀造試驗表明，當(dāng)單寧含量大于等于1.3%時，與優(yōu)質(zhì)酒率成正比?！逼娇劢榻B，晉雜22號優(yōu)質(zhì)酒率最高，晉雜23號出酒率最高，2013年被汾酒集團分別命名為汾酒1號、汾酒2號，成為汾酒釀造專用高粱品種。2022年8月，晉中21-1被汾酒集團命名為汾酒高粱30，確定為新的汾酒釀造專用品種。高粱育種在科技成果轉(zhuǎn)化方面取得了一系列新進展，科研、企業(yè)、市場、產(chǎn)地之間的聯(lián)系更加緊密，也促進了高粱育種的良性循環(huán)。
矮化之后的新目標(biāo)
“矮化育種是一種趨勢，但高粱并非越矮越好，除去個別地區(qū)比如黑龍江有其超早熟特殊性，高粱株高可以降到1米，其他地區(qū)的高粱株高在1.5至1.8米高較為理想?！钡蟋F(xiàn)民介紹，目前全國各地育成的中矮稈高粱品種并非達到完美，或多或少存在著不同的問題，比如高粱緊湊株型如何和矮稈整合，高粱如何在鹽堿旱薄地發(fā)揮好的效益，如何利用新技術(shù)精準(zhǔn)獲取基因進行生物育種等等。
高粱株型的改善仍然十分重要?！案吡恢旮呓档偷耐瑫r，株型沒有變化，比如葉片沒有變窄，葉夾角沒有變小等?！逼娇劢榻B，現(xiàn)在的高粱還存在一個主要問題就是對除草劑特別敏感，使用不當(dāng)容易造成藥害，對產(chǎn)量造成一定的影響。
“葉片過寬和夾角過大，會限制高粱種植密度的提升，今后我們主要從品種的品質(zhì)、株型上進行改良，讓葉片變窄上挺，同時在抗除草劑品種選育上下功夫，爭取‘十四五’末，育成株型相對較好、適宜密植、豐產(chǎn)性更高的品種?！标惐鶍缯f，株型緊湊的品種才更適合密植，將來才會有較大的增產(chǎn)幅度。
培育適宜鹽堿地種植的高粱品種也是目前頗具潛力的方向。“高粱抗旱、耐澇、耐鹽堿、生物產(chǎn)量高，中國是鹽堿地大國，目前高粱雜交種的抗逆性還需要提高。接下來，如何選育出適宜在鹽堿、干旱地區(qū)栽培的耐逆高粱品種是擺在眼前的課題。”鄒劍秋說道。2023年中央一號文件提出，持續(xù)推動由主要治理鹽堿地適應(yīng)作物向更多選育耐鹽堿植物適應(yīng)鹽堿地轉(zhuǎn)變，做好鹽堿地等耕地后備資源綜合開發(fā)利用試點。鄒劍秋表示，我們將繼續(xù)以提高中矮稈高粱的抗逆性為重要目標(biāo)，提高比較優(yōu)勢，挖掘發(fā)展?jié)摿?，促進高粱在鹽堿地、休耕區(qū)、“鐮刀彎”等區(qū)域種植，有效提高邊際性土地利用率，保證18億畝耕地紅線和國家糧食安全。
新型育種技術(shù)亟需加快應(yīng)用步伐?！斑^去，我們做矮化育種更多是憑借經(jīng)驗和直覺，通過肉眼觀察高粱性狀，來挑選帶有矮化基因的品種，往往不夠精準(zhǔn)，容易失敗。”平俊愛介紹，從“十四五”規(guī)劃開始，全國各育種單位逐漸使用分子輔助育種技術(shù)，可以更好地摸清育種材料中所含有的矮稈基因、株型基因等，以提高矮化育種的成功率，目前已經(jīng)取得不錯效果，未來將繼續(xù)創(chuàng)新育種技術(shù)，提高育種效率。
高粱品種選育要圍繞釀酒行業(yè)企業(yè)需求開展?！凹纫傻矸酆枯^高、單寧含量適中的優(yōu)質(zhì)品種，滿足釀酒企業(yè)需要，也需符合農(nóng)民對高粱產(chǎn)量和種植效益的要求?！逼娇郾硎尽?/p>
開展多元化品種選育和定向育種也是將來高粱育種的方向之一?！俺伺嘤劸茖Ｓ眯碗s交種之外，培育在生產(chǎn)上真正能推廣開的飼料專用型雜交種、食用型高粱雜交種，甚至針對不同畜禽開展專用型雜交種的培育。”吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所研究員、高粱抗逆育種材料創(chuàng)制崗位科學(xué)家王鼐表示，針對不同的地理環(huán)境和企業(yè)的釀造需求，開展定向育種也將成為一種趨勢。“低單寧的飼料高粱有著巨大的市場，這樣的品種可以種植在玉米不能種植的鹽堿地和旱地，緩解市場對玉米飼料需求的壓力，也充分發(fā)揮高粱的耐逆作用，培育這樣的高粱品種也是國家谷子產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的攻關(guān)目標(biāo)?！钡蟋F(xiàn)民說。
夏日已至，在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院公主嶺試驗基地，200余畝的高粱地綠油油一片，生機盎然，基地的工作人員已陸續(xù)完成除草、追肥和苗情調(diào)查，開始為下一步的工作做準(zhǔn)備。陳冰嬬說：“現(xiàn)在已經(jīng)有高粱陸續(xù)抽穗了，有的材料已經(jīng)套上了白色的授粉袋，即將開始新一輪的雜交授粉，為下一代的品種選育打好基礎(chǔ)?！?/p>
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