2024年4月2日發(作者:活動模板)

特產研究
SpecialWildEconomicAnimalandPlantRearch
127
DOI:10.16720/.2022.039
生態因子對中藥材品質影響的研究進展
王慶
1
,楊云成
2
,李丹丹
2,3
,肖逸飛
2
,陳松樹
3
,杜忠友
1
,楊濤
1
,王華磊
2,3※
2.
貴州大學農學院,(
1.
貴州貴陽國家農業科技園區管理委員會,貴州貴陽
550018
;貴州
3.
貴州省藥用植物繁育與種植重點實驗室,貴州貴陽
550025
)
貴陽
550025
;
摘要:藥用植物次生代謝產物絕大多數為藥效活性成分,同時在很大程度上決定了中藥材的品質。中藥材的品質除了受到品種和栽
培管理措施影響外,還受到生態因子的影響。本文重點從近年來有關海拔、氣象和土壤等生態因子對中藥材品質影響的研究進行綜
述,以期為科學合理保護中藥材種質資源和進一步提高中藥材品質提供一定參考。
關鍵詞:生態因子;中藥材;品質
S567.9;R282.71
中圖分類號:
A
文獻標識碼:
1001-472102-0127-06
文章編號:(
2022
)
WANGQing
1
,YANGYun-cheng
2
,LIDan-dan
2,3
,XIAOYi-fei
2
,CHENSong-shu
3
,DUZhong-you
1
,
YANGTao
1
,WANGHua-lei
2,3※
(
mentCommitteeofGuizhouGuiyangNationalAgriculturalScienceandTechnologyZone,Guiyang550018,
China;ltureCollegeofGuizhouUniversity,Guiyang550025,China;uKeyLaboratoryofPropagation
andCultivationonMedicinalPlants,Guiyang550025,China)
:Mostofthecondarymetabolitesofmedicinalplantsweretheactivecomponents,whichdeterminethequalityofTraditional
lityofChineMedicineswasaffectednotonlybyvarietiesandcultivationmanagementmeasures,
paper,theeffectsofaltitude,meteorology,soilandotherecologicalfactorsonthequalityofTraditional
ChineMedicineswerereviewedtoprovideareferenceforthescientificandrationalprotectionofTraditionalChineMedicinegerm-
plasmresourcesandfurtherimprovingthequalityoftraditionalChineMedicines.
:ecologicalfactor;TraditionalChineMedicine;quality
中藥材的品質由內在品質和外觀品質組成,內在
品質主要強調有效成分組分、含量及農殘等有害物質,
外觀品質則強調外在形狀、色澤和質地等
[
1,2
]
,中藥材生
長發育和品質的形成都受到植物生長環境的影響
[
3,4
]
。
中藥相對西藥具有安全性好、副反應少的優勢,然而中
藥的臨床效果卻令人擔憂,這不乏與中藥材品質有關。
當前提高中藥材品質的途徑主要有
3
種,一是選育優
2021-08-09
收稿日期:
質、高產和抗性強的優良品種;二是給特定中藥材制定
優良的栽培技術措施;三是選擇滿足中藥材生長的適
宜生態因子的區域。
生態因子作為影響中藥材品質的一個重要因素,
同時也作為道地藥材形成的源頭,一直都是中藥材品
質研究的熱點。中藥材常講究道地性
[
5
]
,從中也能理解
特定地域生態因子與中藥材品質的重大關系,生態因
基金項目:貴州大學國家級“大學生創新創業訓練計劃”項目(
2
);貴州大學引進人才項目(
2019#17
);貴州省藥用植物
2
號)繁育與種植人才基地(黔人領發〔
2020
〕
作者簡介:王慶(
1992-
),男,四川仁壽人,碩士,農藝師,主要從事藥用植物資源利用與栽培技術研究及農業推廣工作。
※
通訊作者:王華磊(
1979-
),男,博士,教授,從事藥用植物栽培研究。
128
特產
子是中藥品質形成的外因,其通過影響特定次級代謝
產物形成基因表達調控,從而影響次級代謝產物積累。
生態因子包括很多方面,如海拔、光照、溫度、水分和土
壤等,諸多生態因子都會對中藥材的品質產生影響。本
文重點從近年來有關海拔、光照、溫度、水分和土壤等
生態因子對中藥材品質的相關研究進行綜述,以期為
科學合理保護中藥材資源及藥材的種質創新提供科學
依據,同時也為進一步提高中藥材品質提供一定參考。
1海拔對中藥材品質的影響
海拔是藥用植物生長環境中的重要生態因子之
一,海拔的變化同時也意味著藥用植物生長環境中的
溫度、光照、土壤條件和空氣等其他生態因子的改變
[
6
]
。
隨著海拔的升高,溫度下降,同時也相當于緯度向北移
動,氣候發生變化,影響藥用植物分布,黃璐琦等
[
7
]
研
究表明,同一地域,海拔對藥用植物的影響遠大于其他
農化性質。由此有學者形象地的把海拔梯度喻為研究
植物生理生態與環境生態關系的“天然試驗場”
[
8
]
。
近年來,關于海拔對中藥材品質影響的研究報道
不斷增加。曾勇等
[
9
]
研究發現,在海拔
1400~1800m
內,紅天麻和綠天麻在
1800m
處的產量最高且品質
最優。紀瑛等
[
10
]
結合播種時期研究不同海拔對直播當
歸產量和品質的研究顯示,當歸直播適宜在
8
月下旬
秋季直播,適宜海拔范圍為
1500~2000m
。楊海燕
等
[
11
]
開展了海拔高度對豬苓產量和質量影響的研究,
結果顯示不同海拔條件下豬苓增產率在
26.00%~59.52%
之間,豬苓多糖含量在
1.62%~2.30%
之間,麥角甾醇
含量在
0.07%~0.13%
之間,同時在
1200~1250m
海拔
范圍內,陰坡坡向更適合栽培豬苓。寬葉纈草作為貴州
省中藥民族藥材,周鎂等
[
12
]
通過分析黔產寬葉纈草生
長區域海拔高度及其根中總黃酮的含量,探討海拔高
度對寬葉纈草根總黃酮含量的影響規律時發現,海拔高
度對黔產寬葉纈草根中總黃酮含量無顯著性影響,因此
在進行人工栽培寬葉纈草時不一定局限于高海拔區域。
鉤藤作為黔產道地中藥材,其主要藥效成分為生物堿類
次生代謝產物,徐佳瑜
[
13
]
在開展鉤藤主要藥效成分積累
的適宜條件研究時發現,鉤藤種植在海拔
800~1100m
時,其中積累的生物堿含量比種植在海拔
1100~1300m
的含量高,該項研究表明在貴州地區海拔
1100m
以
下的地區適合種植鉤藤。為進一步探究海拔如何影響
中藥材品質,孟肖
[
14
]
以藥用植物丹參為研究材料進行
不同海拔對其生長發育角度進行研究,結果發現丹參
研究
2022
年第
44
卷第
2
期
的可溶性糖和可溶性蛋白含量均隨海拔升高呈先升高
而后降低的趨勢,此外,丹參中
SOD
活性、
POD
活性
和
MDA
含量也受到不同程度的影響。綜合來看,不同
海拔高度會影響藥用植物對環境的適應能力,進而影
響中藥材關鍵代謝產物的含量。
2光照對中藥材品質的影響
光照是植物光合作用的主要因子,光照時數、質量
及強度是影響植物生長和次級代謝產物合成的關鍵因
素。鐵皮石斛對生長環境要求比較特殊,為喜陰植物,
林文亮
[
15
]
在開展栽培條件對鐵皮石斛品質影響研究中
發現,鐵皮石斛宜采用遮陽網降低光照進行栽培,適宜遮
陽率為
70%
。唐麗等
[
16
]
對鐵皮石斛研究中發現
2400Lx
低光照有利于提高鐵皮石斛多糖含量。朱肖鋒等
[
17
]
以
馬蹄金葉為研究對象,研究不同光照對其形態特征及
總黃酮含量影響,結果發現
76.19%
的透光率有利于
馬蹄金的生長并能提高馬蹄金葉中總黃酮的含量。
Donald
等
[
18
]
采用沙基培養法,研究光照強度對貫葉連
翹葉片的影響,發現增加光照強度,其葉片發育進程加
快,葉片中金絲桃素含量增加。馮世鑫等
[
19
]
采用不同
光照強度研究光照強度對金果欖植株生長的影響時發
現,過強或過弱的光均會影響植株生長,降低光合速
率、塊根生物量及活性成分含量,同時研究發現金果欖
植株生長的最佳自然光照強度為
33.2%
。此外,有研
究表明調節光質可以改變中藥材次生代謝產物的積
累,王立華
[
20
]
開展不同光質對開傘期靈芝子實體三萜
和多糖等含量的影響研究中發現,綠光處理靈芝子實
體中黃酮含量顯著高于其他處理,藍光處理子實體中
三萜和多糖含量顯著高于其他處理,黑暗條件下孢子
粉多糖含量顯著高于其他處理。徐哲等
[
21
]
研究光照脅
迫對滇黃精多糖代謝酶活性的影響時發現,光照能影
響蔗糖代謝酶的活性,隨著光照強度的增加,蔗糖合成
酶、蔗糖磷酸合成酶與尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶
活性升高,蔗糖中性轉化酶和蔗糖酸性轉化酶活性降
低,適度的光照強度才有利于滇黃精根莖多糖的積累。
3溫度對中藥材品質的影響
溫度密切影響著中藥材品質,過度高溫或低溫均
會影響礦物質的吸收和養分的運轉,進而抑制藥用植
物的代謝過程,中藥材有效成分積累受阻。研究表明適
宜的溫度有利于糖、淀粉等物質的合成,適當的高溫有
利于生物堿、蛋白質等物質的合成,適當的低溫則會促
進不飽和脂肪酸的合成
[
22
]
。王宗權等
[
23
]
研究發現黃芪
第
2
期
王慶,等:生態因子對中藥材品質影響的研究進展
129
中次生代謝物黃芪甲苷的含量主要受到溫度的影響。王
帥
[
24
]
利用黃芩愈傷組織驗證其次生代謝產物黃芩苷對
溫度變化的響應,結果發現溫度變化對黃芩愈傷組織
中黃芩苷含量產生顯著影響,當培養溫度低于
20
℃時,
黃芩苷的合成就會受到抑制,抑制效果隨溫度降低更
加明顯,進一步研究發現溫度變化主要是對黃芩苷生
物合成途徑中
PAL
、
C4H
、
4CL
、
CHS
和
CHI
等關鍵酶
基因產生了顯著影響。梁娟等
[
25
]
利用人工氣候箱通過
設置不同溫度,研究重樓光合特性和總皂苷含量受溫
度影響時發現,在適溫條件下(
18~24
℃)重樓葉綠素含
量、最大光合速率、光飽和點和表觀量子效率最高,同
時其根莖體內總皂苷含量最大,達到了
4.33%
,表明適宜
溫度條件有利于重樓植株生長和有效成分積累。
4水分對中藥材品質的影響
水是植物生存的重要資源,也是植物重要的組成
部分。不同水分狀況不僅影響植物生理生化過程,更會
影響植物次生代謝過程,進一步影響有效活性成分的
積累。不同藥用植物都有著不同的水分需求,同時每個
生長時期需求量也會有明顯差異。馬陽等
[
26
]
開展太子
參指標成分與不同生態因子的相關性研究發現,年降水
量是影響太子參指標成分含量的主導因素。唐麗等
[
16
]
在研究空氣濕度對鐵皮石斛生長發育及藥效成分含量
的影響中發現,空氣濕度主要影響鐵皮石斛莖粗、分蘗
數、
ETR
max
、
F
v
/F
m
、生物堿和黃酮含量,其中中等水平
濕度(晝
/
夜濕度
80%~65%
)有利于莖粗、分蘗數和葉
綠素熒光參數增加,而低濕度(晝
/
夜濕度
70%~55%
)
則有利于生物堿和黃酮的積累。趙宏光等
[
27
]
分析不同
土壤水分含量對三七有效成分積累時發現,隨著土壤
水分含量的升高,三七皂苷
R
l
和人參皂苷
Rg
l
含量沒
有明顯的變化趨勢,人參皂苷
Rb
l
和人參皂苷
Rd
含
量呈現出遞減的趨勢,土壤水分含量為田間最大持水
量的
56.4%
時
4
種皂苷總含量最高。逆境可以促進中
藥材活性組分的積累
[
28
]
,通常開展藥用植物次生代謝
產物研究時會干旱處理,適當給予藥用植物短時間的
干旱脅迫,可促進次生代謝成分的含量增加,有利于提
升中藥材的品質。劉大會等
[
29
]
研究發現輕度干旱可顯
著提高丹參地上及地下的生物量,促進根部二氫丹參
酮
I
、隱丹參酮、丹參酮
I
和丹參酮
IIA4
種丹參酮組
分以及丹酚酸
B
的合成與積累。
5土壤對中藥材品質的影響
5.1土壤質地對中藥材品質的影響
不同質地的土壤因理化性差異,具有不同的保水
保肥能力和通透性。通常認為壤土摒棄了砂土和黏土
的弊端,屬較為理想的土壤類型,但不同藥用植物對土壤
質地的要求存在差異,例如玄參適宜石灰巖類重壤
[
30
]
,
金銀花栽培于中性或稍偏堿性的砂質壤土中質量最佳
[
31
]
,
可見土壤類型對中藥材品質是有一定影響的。姚元枝
等
[
32
]
研究發現,不同土壤栽培天門冬后,土壤中的金
屬元素和土壤酶活性不同,黑色砂質土中的金屬元素
利用率和土壤酶活性較高,栽培于黑色砂質土的天門
冬中皂苷和可溶性糖、
K
+
和
Zn
2+
含量及塊根質量(鮮
重)均高于其他
3
種土壤中栽培的天門冬,結果表明
黑色砂質土是適宜天門冬人工栽培的土壤,且栽培時
需多施
K
肥,這有利于提高天門冬的產量和品質。閆
文蓉等
[
33
]
研究發現土壤中細粉粒比例及全氮含量的
提高有利于丹參脂溶性成分的積累,而土壤黏粒比例
的增加不利于水溶性成分的積累。鄒俊等
[
34
]
通過對活
血丹的生長、生理及活性成分測定探究土壤容重對其
生長與品質影響研究中發現,土壤容重對活血丹生長
和品質有顯著的影響,
1.0g/cm
容重土壤有利于活血
丹的生長和品質形成。綜合來看,不同藥用植物根據其
生理需求對土壤質地有所偏好,因此在藥用植物栽培
中應選擇適宜的土壤類型。
5.2土壤酸堿度對中藥材品質的影響
土壤酸堿度能綜合反映土壤各化學性質。土壤中
微生物活動、有機質合成分解、營養元素轉化與釋放、
養分保持能力等都與土壤酸堿度有關。藥用植物在栽
培過程中,土壤酸堿度通過影響土壤物理、化學及生物
學特性來影響植物對土壤養分的吸收,進一步影響中
藥材品質。羅敏等
[
35
]
開展皺皮木瓜質量與土壤理化性
質的相關性研究發現,皺皮木瓜中熊果酸和齊墩果酸
含量均與土壤
pH
呈極顯著負相關。鄒俊等
[
36
]
通過盆
栽試驗研究不同土壤酸堿度活血丹品質差異,結果發現
活血丹總黃酮、齊墩果酸和熊果酸含量變化趨勢與生長
指標一致,峰值出現在
pH
為
6.5
時,分別為
15.73mg/g
、
0.71mg/g
和
2.87mg/g
;綠原酸和咖啡酸含量在
pH
在
6.5~8.5
之間無顯著差異,整體高于其他
pH
處理;迷
迭香酸含量在
pH
為
7.5
時最高,為
2.26mg/g
,表明
土壤
pH
對活血丹生長、生理特性及其品質影響顯著,
中性或微酸性土壤利于活血丹的生長及其品質形成。
謝彩俠等
[
37
]
在研究土壤酸堿度和質地對盾葉薯蕷的
薯蕷皂苷元含量的影響時發現,質地對盾葉薯蕷中薯
蕷皂苷元含量差異不明顯,但生長在酸性、中性和微堿
性土壤中的盾葉薯蕷的薯蕷皂苷元含量較高,堿性越
130
特產
強,薯蕷皂苷元含量越低。可見,過酸過堿都不利于盾
葉薯蕷的正常發育和有效成分的積累,因此,保證適度
的酸堿范圍利于盾葉薯蕷的品質。
5.3營養元素對中藥材品質的影響
營養元素包括必須元素和微量元素,其主要來源
于土壤中的礦物質、有機質的分解和外界施肥。藥用植
物生長發育過程中離不開營養元素,營養元素的多少
以及營養元素間是否平衡都影響著藥用植物的生長發
育,最終影響中藥材的品質。在大量元素研究方面,曾
慧杰等
[
38
]
在探討氮、磷、鉀肥對金銀花產量和質量的
影響時發現,不同施肥處理中,磷肥與綠原酸含量表現
為正相關,且影響顯著,磷肥和鉀肥的協同作用與金銀
花中木犀草苷含量呈正相關。宋希梅等
[
39
]
在三七研究
中發現氮肥能顯著提高三七單位面積總皂苷產量,而
磷、鉀肥影響不明顯;針對
2
年生和
3
年生三七,適當
控制施氮量和施鉀量,增加施磷量,有利于提高單位面
積三七總皂苷產量。鄧秋林等
[
40
]
在川麥冬研究中發現,
氮磷鉀肥與有機肥合理配施可提高川麥冬中皂苷類和
黃酮類成分的含量,尤其是麥冬甲基黃烷酮
A
和麥冬
甲基黃烷酮
B
的含量。在微量元素研究方面,已有研
究表明微量元素是藥用植物藥效成分的構成因子,同
時影響藥用植物化學成分的形成和積累
[
41
]
。羅意等
[
42
]
利用不同配比微量元素對附子產量和質量的影響研究
中發現,適宜配比的鐵、鋅、硼、錳肥能顯著促進附子營
養器官的生長,增加附子產量和總生物堿含量。孟杰
等
[
43
]
考察不同濃度的鋅、硼、鉬肥配施對北柴胡產量
及柴胡皂苷
a
和柴胡皂苷
d
含量的影響時發現,一定
范圍內單施鋅、鉬肥均能夠增加北柴胡根部的產量,適
宜配比的鋅、硼、鉬配施能夠提高北柴胡的根部產量,
并能夠促進柴胡皂苷
a
和柴胡皂苷
d
的積累。此外,
土壤營養元素也會影響藥用植物中礦質營養元素含量
特征和有效成分。劉引等
[
44
]
研究不同產地菊花中礦質
元素含量特征及其與土壤養分和有效成分的相關性時
發現,菊花中
Cu
、
Zn
、
Cr
元素含量和有效成分呈正相
關,菊花中
Fe
、
Mn
、
Ni
含量與土壤中
AvP
、
AvK
、
TK
、
AvMn
、
AvCu
含量和有效成分呈負相關。
5.4微生物對中藥材品質的影響
土壤微生物在土壤物質和能量循環轉化過程中起
著重要的作用,影響著藥用植物對土壤養分的利用。譚
勇等
[
45
]
在三七種植前后土壤細菌群落結構與多樣性
分析中發現,三七植株的種植對土壤細菌群落組成在
門的分類水平上具有顯著的影響,三七種植前后變形
研究
2022
年第
44
卷第
2
期
菌門、藍藻門和放線菌門為調查土壤中的的優勢細菌
門。三七種植使紅游動菌屬明顯減少而假單胞菌屬明
顯增加。有研究表明微生物的分解和轉化對藥用植物
生長及中藥材的品質有重要作用,段佳麗等
[
46
]
采用大
田試驗研究放線菌劑對丹參生長及有效成分研究中發
現,放線菌劑蘸根處理丹參單株根鮮質量和干質量分
別較對照提高了
10.1%
和
8.2%
,丹參酮Ⅱ
A
、丹酚酸
B
、
丹參素含量和產量分別較對照增加了
19.4%
,
20.8%
,
27.1%
和
28.5%
,同時研究發現放線菌劑接種對丹參根
結線蟲侵染有一定抑制作用,可使大田根結線蟲侵染
率降低
50%
。盧明忠等
[
47
]
采用不同菌肥處理重茬太子
參研究中發現,重茬太子參外觀與頭茬相似,屬于短粗
類型,菌肥處理后太子參外觀較細長,太子參多糖含量
頭茬>菌肥
1
號>菌肥
2
號>重茬;太子參產量頭茬
>菌肥
2
號>菌肥
1
號>重茬,菌肥處理可提高重茬
太子參產量和品質。此外,菌肥、有機肥和無機肥配施
也能顯著提高中藥材品質,古今等
[
48
]
以燈盞花為研究
對象,研究有機肥、無機肥和微生物肥配施條件下燈盞
花生物量和有效成分含量的變化時發現,有機肥對于
燈盞花的初生代謝和次生代謝有重要作用,而菌肥的
添加對有機肥的肥效起放大作用,通過微生物的活動
促進了礦質養分的活化,增強了植物對養分的利用率。
此外,研究表明根際微生物和藥用植物根系之間的相互
作用對于植物的生長和品質形成也至關重要
[
49
]
。如
Zhai
等
[
50
]
研究發現木霉菌可通過上調黃花蒿中青蒿素生
物合成關鍵酶的表達促進青蒿素的合成,
Zhang
等
[
51
]
研究發現菌根真菌能夠通過上調類黃酮生物合成基因
的表達增加金線蓮中類黃酮的含量。
5.5重金屬對中藥材品質的影響
中藥材本來用途是治病救人,但中藥材中重金屬
超標會嚴重損傷人體的新陳代謝作用及正常的生理機
能。如汞會影響人的中樞神經系統;鉛會對人體神經系
統、消化系統、造血系統及生殖系統等產生毒害作用;
鎘對人有致畸、致癌和致突變作用等。隨著中藥材的廣
泛使用,中藥材重金屬污染問題也受到了高度重視,國
際上包括美國、德國、韓國和日本在內的多個國家及地
區均已制定了中藥材重金屬相關標準,我國在
2001
年
和
2005
年頒布了《藥用植物及制劑進出口綠色行業
標準》和《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》,對中
藥材重金屬含量進行了明確規定,主要集中在
Pb
、
Cd
、
As
、
Cu
及
Hg
等重金屬,一些學者也在集中開展中藥材
中這類型重金屬質量指標的測定工作
[
52
]
。中藥材對重
第
2
期
王慶,等:生態因子對中藥材品質影響的研究進展
131
金屬的富集涉及中藥材本身對重金屬的富集能力和土
壤中重金屬的含量。重金屬在自然界中分布廣泛,土壤
中重金屬含量超標會引起中藥材重金屬污染,造成中
藥材品質下降。張德林等
[
53
]
基于土壤
Cd
污染對川芎
產量和品質的研究表明,不同土壤鎘污染程度及
pH
對
川芎物質積累、次生代謝產物、鎘吸收富集規律影響不
同,低濃度鎘對川芎物質積累和次生代謝產物積累具
有
hormesis
效應。武征等
[
54
]
研究重金屬脅迫對夏枯草
主要生理特性和內在品質的影響時發現,隨著
Zn
、
Pb
、
Cu
和
Cd
處理濃度增大,葉片凈光合速率、蒸騰速率
和氣孔導度都呈下降趨勢;根、莖、葉和果穗的相應重
金屬含量總體呈上升趨勢,果穗熊果酸含量總體上都
有所升高,并在低濃度脅迫時熊果酸含量增加較快,后
隨處理濃度的進一步增大,熊果酸含量上升趨勢減緩,
研究初步確定在栽培夏枯草時,土壤重金屬
Zn
、
Pb
、
Cu
和
Cd
臨界值分別是
375mg/kg
、
400mg/kg
、
100mg/kg
和
1.0mg/kg
。可見土壤中重金屬含量超過臨界值后,
會影響中藥材品質。
6總結與展望
中藥材自藥用植物種植開始,就受到諸多生態因
子的影響,這些生態因子均影響中藥材次生代謝產物
合成與積累以及中藥材品質。不同生態因子對中藥材
品質的影響并不是孤立的,而是綜合性的。當前,關于
生態因子對中藥材品質影響研究仍主要集中在單一生
態因子對其影響,考察指標也主要從中藥材中所含成
分方面進行研究。中藥藥性是中藥材秉承了生態環境
中各要素變化形成的,是各種生態環境因子綜合作用
的結果,開展中藥材品質研究應加強生態因子對藥用
植物次生代謝物積累影響的多因素、定量化和綜合分
析研究,同時加強多種生態因子對藥用植物代謝過程
中關鍵基因、關鍵酶和關鍵調控過程影響的研究,系統
闡釋藥用植物有效成分成因和中藥材品質形成機制,
對進一步科學選擇藥用植物適宜生產區域、增強藥效、
全面提升中藥材品質都具有重要意義。
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