77份文心兰种质资源表型性状遗传多样性分析

张叶; 叶蓓蕾; 邬静; 刘乐; 黎维诗; 郝代成; 谢尚潜; 凌鹏

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2021.08.009

热带作物学报 >

2021 , Vol. 42 >Issue 8: 2183 - 2190

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.08.009

种质资源与遗传育种

77份文心兰种质资源表型性状遗传多样性分析

张叶 ¹ ,
叶蓓蕾 ¹ ,
邬静 ¹ ,
刘乐 ¹ ,
黎维诗 ² ,
郝代成 ² ,
谢尚潜 ¹ ,
凌鹏 ^,¹^,^*

展开

1.热带特色林木花卉遗传与种质创新教育部重点实验室（海南大学）,海南海口 570228
2.海南博大兰花科技有限公司,海南海口 570311

*凌鹏,E-mail： 18389807612@163.com。

张叶（1995—）,女,硕士研究生,研究方向：文心兰种植资源遗传育种。

Copy editor: 沈德发

收稿日期: 2020-10-15

要求修回日期: 2020-12-14

网络出版日期: 2021-09-09

基金资助

海南省重大科技计划项目(ZDKJ201815)

版权

收起

Analysis of Genetic Diversity of Phenotypic Traits of 77 Oncidium Germplasm Resources

ZHANG Ye ¹ ,
YE Beilei ¹ ,
WU Jing ¹ ,
LIU Le ¹ ,
LI Weishi ² ,
HAO Daicheng ² ,
XIE Shangqian ¹ ,
LING Peng ^,¹^,^*

Expand

1. Key Laboratory of Genetics and Germplasm Innovation of Tropical Special Forest Trees and Ornamental Plants, Ministry of Education, Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China
2. Hainan Boda Orchid Technology Co., Ltd., Haikou, Hainan 570311, China

*LING Peng,E-mail： 18389807612@163.com。

Received date: 2020-10-15

Request revised date: 2020-12-14

Online published: 2021-09-09

Copyright

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Fold

摘要

对文心兰77份种质资源的28个表型性状进行测定与评价,通过相关性分析、主成分分析及聚类分析获得其表型遗传多样性。结果表明：21个数量性状的遗传多样性指数均值达1.85,变化区间为1.36~2.07,其中数值最大为株幅（2.07）;在7个质量形状中,除叶色性状外的其他表型性状的多样性指数均大于1,均值为1.23,最大表现为唇瓣颜色（1.79）。相关性分析结果表明数量性状之间关系复杂,大部分性状之间呈现显著或极显著的正相关。主成分分析筛选出4个特征值大于1的主成分,累计贡献率达74.079%,由蕊柱长、中萼宽、花枝长、花朵数量、侧萼长和宽、唇瓣宽7个表型特征向量组成。聚类分析表明,文心兰种质划分为5大类群,其中第Ⅰ类群的15个品种为小株型,适合作为办公室小盆花;第Ⅳ类群由30个品种组成,为农艺性状综合表现良好,较适合做鲜切花的品种。研究结果可为文心兰新品种的培育及杂交亲本的选择提供理论基础。

关键词： 文心兰; 表型性状; 种质资源; 遗传多样性

本文引用格式

张叶 , 叶蓓蕾 , 邬静 , 刘乐 , 黎维诗 , 郝代成 , 谢尚潜 , 凌鹏 . 77份文心兰种质资源表型性状遗传多样性分析[J]. 热带作物学报, 2021 , 42(8) : 2183 -2190 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.08.009

Abstract

28 traits of 77 Oncidium germplasm resources were measured and evaluated. The correlation analysis, principal component analysis and cluster analysis of the traits of Oncidium were used to obtain the phenotypic genetic diversity analysis results. The average value of genetic diversity index of 21 quantitative traits reached 1.85, and the variation range was 1.36 to 2.07, with the largest value being the plant width (2.07). In the quality shape, the diversity index of other phenotypic traits except leaf color traits was greater than 1, with an average value of 1.23, and the largest manifestation was the lip color (1.79). The correlation analysis results showed that the relationship between quantitative traits was complex, and most of the traits showed significant or extremely significant positive correlation. Four principal components with eigenvalue greater than 1 were screened out by principal component analysis, and the cumulative contribution rate reached 74.079%. It was mainly composed of Oncidium gynandrium length, middle sepal width, flowering branches length, number of flowers, sidesepal width, lip width, and sidesepal length phenotypic characteristics. The study could provide a theoretical basis for the breeding of new varieties of Oncidium and the selection of hybrid parents.

Key words： Oncidium; phenotypic trait; germplasm resource; genetic diversity

文心兰（Oncidium）为兰科文心兰属植物,又名吉祥兰、跳舞兰、舞女兰等。文心兰原产于中南美洲和北美洲,其形态妖娆、花色丰富、花期较长,是世界上重要的切花和盆花品种之一^[1,2]。文心兰虽种间和属间均可进行杂交,但属间与种间杂交亲和力都较差,甚至品种间也存在自交不亲和与杂交不亲和的现象,使得文心兰品种选育工作进展缓慢,在新品种登录上远不比蝴蝶兰、石斛兰等其他兰科植物^[3]。目前商业化的文心兰品种比较单一,主要以南西（Oncidium Gower Ramsey）为主,国内文心兰新品种的选育起步较晚,其新品种的选育主要利用表型变异筛选有益变异株^[4,5]。

表型性状研究是最直观和基础的植物种质资源遗传多样性研究方法,并且是植物优良品种选育的基础。了解和掌握种质资源的多样性水平,对挖掘有益资源、创制新种质等具有重要意义^[6]。在花卉研究中,连子豪等^[7]使用相关性分析和主成分分析等方法分析红掌主要观赏性状的遗传多样性,确定了3个主成分,并将91份红掌种质分为6个类群,为红掌遗传改良、种质创新提供了理论依据。王宏利等^[8]对30份建兰种植资源进行相关分析,测定了25个表型性状,将其供试品种分为4个集群,主成分分析确定了花长、唇瓣长等主要特征向量,为建兰品种的选育和推广提供了理论依据。

目前,文心兰研究主要集中在文心兰抗病性研究^[9]、基因的克隆与表达^[10]、组织培养快繁^[11]等方向,而关于文心兰种质表型性状的研究仅有陈和明等^[12]和李永清等^[1]分别对15份和24份种质进行了报道。本研究通过对77份文心兰种质资源的深入分析,筛选出其重要的表型性状,旨在为文心兰植物育种提供科学理论依据,促进文心兰新品种的选育。

1 材料与方法

1.1 材料

供试的77份文心兰种质资源,采集于海南博大兰花科技有限公司东山基地种质资源圃（110°14′33.1″ E,19°47′29.7″ N）（表1）,棚内夏季温度25~42 ℃,冬季温度20~30 ℃,年相对湿度70%~80%,光照强度20 000~30 000 lx。每份种质随机选择生长健壮的成年植株5株,共计385株,并将其在相同的环境条件下种植和管理。夏季每2天浇水1次,冬季每3天浇水1次。营养生长期每周喷施1次高氮肥,5~6次氮肥后使用平衡肥,防止徒长,生殖生长期每月用2000倍液的平衡肥进行一次灌根。

表1 77份文心兰品种材料

Tab. 1 List of 77 Oncidium germplasm resources

序号 No.	种质名称 Name of material	序号 No.	种质名称 Name of material	序号 No.	种质名称 Name of material
1	雪莲（柠檬黄变异株）	27	ONZ 9007（福建）	53	巧克力文心兰（广州）
2	红樱桃（台湾）	28	文心兰 301（福建）	54	ONR 2003（福建）
3	水蜜桃（台湾）	29	302（福建）	55	红鸟（广州）
4	红香水（广州）	30	HOM-6（福建）	56	夏威夷（广州）
5	天香（广州）	31	火山皇后（广东）	57	红猫（福建）
6	春枫（广州）	32	罗曼香（广州）	58	甜红豆（福建）
7	七彩湖（福建）	33	白梦香（台湾）	59	巧克力文心兰（云南）
8	蜂后（福建）	34	文心兰1号（贵州）	60	甜姐
9	三唇瓣（福建）	35	ON 042（台湾）	61	巧克力香水（台湾）
10	蜜糖（广州）	36	南茜（广州）	62	金色老虎（福建）
11	柠檬绿（广州东莞）	37	魔鬼文心（福建）	63	浮光跃金（福建）
12	巧克力文心兰（三亚）	38	白仙女（福建）	64	海伦（福建）
13	新奇士（福建）	39	红瓢虫（福建）	65	褐蜘蛛（广州）
14	珠海文心（福建）	40	小桃红（福建）	66	金香（广州）
15	蜘蛛兰（广州）	41	三色香水（广州）	67	红梦香（广州）
16	白雪（不详）	42	红孩儿（广州）	68	加菲猫（福建）
17	ONZ 9004（福建）	43	紫薇（广州）	69	ONC 051（福建）
18	未来之星（不详）	44	欧洲之星（广州）	70	Sakura（台湾）
19	博大1号（南西变异株）	45	夫4（不详）	71	柠檬绿变异1号
20	黄金2号（广州）	46	ONY 2043（福建）	72	黄金3号（广州）
21	小蜜蜂（福建）	47	小火球（福建）	73	门神（广州）
22	SM-2（台湾）	48	ONC.YF（台湾）	74	巧克力文心兰（海口）
23	柠檬绿叶艺	49	湘妃（福建）	75	无斑香水（福建）
24	柠檬绿变异5号	50	ONY 3052（福建）	76	黄梦香（广州）
25	黄金18（广州）	51	三色香水（福建）	77	ONY.8062（福建）
26	紫精灵（福建）	52	芭蕾舞女（福建）

1.2 性状调查与测定

本研究调查和测定385株文心兰种质资源的28个表型性状,记录并分析2018和2019两年表型性状数据。记录性状包括数量性状和质量性状,其中数量性状21个：株幅、株高、叶长、叶宽、假鳞茎长、假鳞茎宽、假鳞茎厚、花朵数、花枝长度、分叉数、中萼长、中萼宽、侧萼长、侧萼宽、花瓣长、花瓣宽、唇瓣长、唇瓣宽、花梗直径、蕊柱长、宽等;质量性状8个：叶色、花香、主花色、花萼颜色、花瓣颜色、唇瓣颜色、花瓣颜色数量、花序梗硬度。数量性状使用游标卡尺、卷尺等测量工具测取数据并记录其均值;质量性状根据《文心兰种质资源描述规范及数量质量控制规范》^[13]进行评估与统计。

1.3 数据分析

使用Microsoft Excel 2007软件对数据进行处理并计算平均值（$\bar{x}$）、标准差（SD）及变异系数（CV）,根据平均值和标准差对所有数量性状进行10级分类^[13],第1级X_i=(X-2s),中间每一级增加0.5s,直到第10级为X_i=(X+2s)。计算每一级的相对频率（P_i）,进而计算各性状的多样性指数。多样性指数采用Shannon-Wiener diversity index（H°）^[14],计算公式如下：

$H´=-\sum\limits_{i=1}^{n}{{{P}_{i}}Ln{{P}_{i}}}$

其中Ln为自然对数,P_i为每一级别相对频率（某性状第i级别内包含材料数占总材料的百分比）。此外,分别采用SPSS 25.0和R 3.6.2软件对77份385株种质资源进行主成分分析、相关性分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 文心兰种质资源数量性状遗传多样性分析

21个数量性状观察与测定结果表明‘三唇瓣’‘巧克力文心兰（云南）’等文心兰品种没有假鳞茎,‘红孩儿’‘欧洲之星’等19个文心兰品种的主花枝存在没有分枝现象（表2）。供试文心兰的21个数量性状变异系数的值域为22.56%~ 82.81%,平均值为49.51%（表2）。其中,侧萼长的变异系数最大,高达82.81%,蕊柱宽变异系数最小为22.56%。侧萼长、花朵数变异系数均在80%以上,说明这两个数量性状的多样性比较丰富（表2）。

表2 77份文心兰种质资源数量性状表型多样性分析

Tab. 2 Analysis of phenotypic diversity of quantitative characters of 77 Oncidium germplasm resources

性状 Traits	极小值 Min	极大值 Max	极差 Range	平均值 Average	标准差 SD	变异系数 CV/%	多样性指数 H'
株幅/cm	12.33	88.00	75.67	30.52	12.05	39.50	2.07
株高/cm	12.17	159.92	147.75	32.62	18.89	57.91	1.66
叶长/cm	8.83	40.50	31.67	23.61	7.95	33.67	2.03
叶宽/cm	1.27	7.53	6.27	3.06	1.04	33.87	1.94
假鳞茎宽/mm	0.00	67.33	67.33	25.89	10.52	40.63	1.97
假鳞茎长/mm	0.00	128.29	128.29	67.23	25.73	38.27	2.02
假鳞茎厚/mm	0.00	56.86	56.86	32.28	11.34	35.11	1.98
分枝数	0.00	17.67	17.67	5.12	4.08	79.64	1.85
花朵数	1.00	147.00	146.00	38.22	31.54	82.50	1.89
花枝长/cm	7.33	150.00	142.67	53.04	28.42	53.58	1.96
花瓣长/mm	3.60	61.61	58.01	17.11	11.20	65.47	1.52
花瓣宽/mm	3.02	22.32	19.29	7.40	3.72	50.22	1.75
性状 Traits	极小值 Min.	极大值 Max.	极差 Range	平均值 Average	标准差 SD	变异系数 CV/%	多样性指数 H'
侧萼长/mm	4.67	95.76	91.09	19.00	15.73	82.81	1.36
侧萼宽/mm	2.56	17.33	14.77	6.18	2.97	48.07	1.88
中萼长/mm	5.60	72.75	67.15	17.29	13.70	79.24	1.43
中萼宽/mm	2.75	16.39	13.64	6.79	2.95	43.51	1.87
唇瓣长/mm	2.93	62.18	59.26	22.05	9.91	44.92	1.82
唇瓣宽/mm	4.56	44.84	40.27	21.69	9.10	41.94	1.99
蕊柱长/mm	2.94	14.65	11.71	7.37	2.46	33.43	1.92
蕊柱宽/mm	2.27	9.41	7.14	5.48	1.24	22.56	1.96
花梗直径/mm	0.98	5.33	4.35	3.02	1.09	36.08	2.03

21个数量性状的遗传多样性指数（H´）数值的变化范围为1.36~2.07,平均值为1.85。其中供试文心兰材料株幅的多样性指数最高为2.07,最小值表现在中萼长性状上,数值为1.43。结果表明77份文心兰种质资源表型性状多样性丰富,遗传差异较大（表2）。

2.2 文心兰种质资源质量性状多样性分析

根据《文心兰种质资源描述规范及数量质量控制规范》标准,将7个质量性状进行等级划分,并基于等级值计算其遗传多样性（H°）指数。结果显示7个质量性状的多样性指数分布在0.65（叶色）~1.79（唇瓣颜色）之间。叶色性状中有55个文心兰品种具有深绿色特点,占总数的71.43%;无或极弱花香的文心兰有47份,占比为61.04%;所观测文心兰的花萼颜色和花瓣颜色一致,其中以黄色的最多为30份,占总数的38.96%;黄色唇瓣的文心兰最多为31份,占总数的40.26%;在以花朵颜色数目分类中,以2种花色的文心兰品种最多,有45份,占总数的58.44%;以花序梗硬度分类的组别中,中等硬度的文心兰品种共有36份,占总数的46.75%。7个质量性状中,除叶色（0.65）多样性指数小于1,其余质量性状多样性指数均大于1,因此文心兰大部分的质量性状表现出较高的遗传多样性（表3）。

表3 文心兰种质资源质量性状多样分析

Tab. 3 Variety analysis of qquality traits of Oncidium germplasm resources

性状 Traits	描述 Describe	赋值标准 Assign a value standard	数量 Amount	占总数百分比 Percentage of total/%	多样性指数 H°
叶色	黄绿	1	1	1.30	0.65
	青绿	2	21	27.27
	蓝绿	3	0	0.00
	深绿	4	55	71.43
花香	无或极弱	1	47	61.04	1.04
	弱	2	15	19.48
	中等	3	3	3.90
	强	4	12	15.58
花萼颜色花瓣颜色	绿	1	3	3.90	1.75
	黄	2	30	38.96
	红	3	6	7.79
	白	4	3	3.90
	褐	5	17	22.08
	紫	6	6	7.79
	复色	7	7	9.09
	其他	8	5	6.49
唇瓣颜色	绿	1	2	2.60	1.79
	黄	2	31	40.26
	红	3	7	9.09
	白	4	8	10.39
	褐	5	11	14.29
	紫	6	6	7.79
	复色	7	6	7.79
	其他	8	6	7.79
花朵颜色数量	1种	1	13	16.88	1.09
	2种	2	45	58.44
	3种	3	15	19.48
	3种以上	4	4	5.19
花梗硬度	弱	1	15	19.48	1.04
	中	2	36	46.75
	强	3	26	33.77

2.3 文心兰种质资源数量性状相关性分析

对21个数量性状进行相关分析,性状间呈极显著相关的共有126对,其中正相关109对,负相关17对。性状间呈显著相关的共有17对,其中正相关13对,负相关4对（表4）。在与植株相关的性状中株幅与株高、叶长、叶宽、假鳞茎长、宽和厚、花梗直径呈极显著正相关,其中株幅与株高的正相关性最强,相关系数达到0.914（表4）。在与花朵大小相关的性状花瓣宽与花瓣长、侧萼长和宽、中萼的长和宽、唇瓣的长和宽、蕊柱的长,均呈极显著正相关,其中极显著正相关最大为花瓣宽与中萼宽,相关系数达0.959（表4）。大部分性状都表现出显著和极显著的相关性, 可以看出文心兰的21数量性状中,大部分性状之间呈现显著或极显著的相关性,各个性状间关系密切且复杂。

表4 文心兰种质资源数量性状相关性分析

Tab. 4 Correlation analysis of 77 Oncidium germplasm resources

2.4 文心兰种质资源表型性状主成分分析

对77份文心兰种质资源的21个数量性状进行主成分分析（表5）,根据特征值大于1的原则,筛选出4个主成分,累计贡献率为74.079%,这4个主成分涵盖了文心兰绝大部分数量变异性状。主成分1特征值7.752,方差贡献率35.235%,占主导地位,该主成分中影响大的是蕊柱长、花瓣长、中萼宽,主要是与花朵大小相关的数量性状;主成分2特征值为5.472,方差贡献率为24.873%,该主成分影响较大的是花枝长、花朵数;对主成分3影响较大是侧萼宽和中萼宽;对主成分4影响较大的性状是唇瓣宽和侧萼长。每个主成分值按照绝对值大小选择2个主要特征向量,在4个主成分中筛选出蕊柱长、中萼宽、花枝长、花朵数量、侧萼宽、唇瓣宽、侧萼长7个主要特征向量,可作为文心兰新品种选育亲本评价的重要形态指标。

表5 77份文心兰种质资源数量性状主成分分析

Tab. 5 Principal component analysis of quantitative characters of 77 Oncidium germplasm resources

性状 Traits	主成分 Principal component
性状 Traits	PC1	PC2	PC3	PC4
株幅	0.449	0.663	-0.008	0.175
株高	0.254	0.435	0.023	-0.232
叶长	0.557	0.654	-0.180	0.012
叶宽	0.728	0.278	0.099	0.148
假鳞茎宽	0.477	0.698	0.323	0.112
假鳞茎长	0.535	0.639	-0.023	0.057
假鳞茎厚	0.554	0.708	0.066	0.079
分枝数	-0.272	0.710	0.227	0.199
花朵数	-0.229	0.736	-0.035	0.125
花枝长	0.096	0.813	-0.236	-0.075
花瓣长	0.813	-0.424	-0.179	0.280
花瓣宽	0.661	-0.399	0.291	-0.130
侧萼长	0.742	-0.381	-0.310	0.396
侧萼宽	0.783	-0.275	0.461	-0.119
中萼长	0.777	-0.412	-0.236	0.351
中萼宽	0.790	-0.273	0.453	-0.107
唇瓣长	0.722	-0.264	-0.445	-0.065
唇瓣宽	0.596	-0.016	-0.442	-0.621
花梗直径	0.499	0.526	-0.253	-0.266
蕊柱长	0.822	-0.209	0.135	-0.017
蕊柱宽	0.563	-0.013	0.307	-0.248
特征值	7.752	5.472	1.799	1.274
方差贡献率/%	35.235	24.873	8.179	5.792
累计贡献率/%	35.235	60.108	68.287	74.079

2.5 文心兰种质资源聚类分析

对77份文心兰种质资源利用R语言ward对其进行聚类分析,将其分为五大类群（图1）,并计算了5个分类所占总数比例（图2）。

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图1 77份文心兰种质资源聚类分析

数字为表1中相应的品种序号。

Fig. 1 Cluster analysis of 77 Oncidium germplasm resources

The numbers are the serial Numbers of the corresponding varieties in Table 1.

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图2 5个类群所占总数比例

Fig. 2 Five flower types of Oncidium germplasm groups

第Ⅰ类群包含14个品种,占整个种质资源的18.18%。这个类群的主要特征是株幅小,花梗多细软,花小但花量较多,株型小,适合做办公室小盆花,以‘田姐’‘梦香’‘红瓢虫’等为主要的代表品种。

第Ⅱ类群包含7个品种,占整个种质资源的9.09%。这一类群的主要特征是大花型盆花,花朵少且无分支,以‘红鸟’‘欧洲之星’等为主要代表。

第Ⅲ类群包含个11个品种,占整个种质资源的14.29%。这一类群主要特点是花枝分叉量较少,且有些品种没有分叉,花朵数量相对较少,花枝长度适中,较适宜作中型盆花,主要代表品种如‘海伦’‘红猫’等。

第Ⅳ类群共有30个品种,占整个种质资源的38.96%,是种类最多的一个类群。这一类群主要特点是株型较大,花枝较长且花梗粗壮,农艺综合性状良好,适合作为鲜切花品种,市场主要切花品种以‘博大1号’‘南茜’等为代表。

第Ⅴ类群共有15个品种,占整个种质资源的19.48%。这个类群的主要特点是花朵大小居中,花朵数量较多,花枝长且相对较软,适合做盆花造型,假鳞茎肥厚,以“巧克力系列”品种为代表。

3 讨论

本研究对77份文心兰种质资源28个表型性状进行多样性分析、相关性分析、主成分析、聚类分析鉴定文心兰优质表型性状。变异系数是描述性状离散程度的量,变异系数大于10%,表明该性状不同种质间的差异较大^[15,16,17]。文心兰数量性状的变异系数为22.56%~82.81%,说明文心兰种质资源性状具有较高的多样性水平和品种改良的潜力。多样性指数是评价种质资源多样性的重要指标^[18]。本研究的28个文心兰表型性状多样性指数为0.65~2.07,多样性指数变化范围较广可能是由于文心兰能够进行广泛的种间和属间杂交,亲本来源复杂多样导致^[19]。性状相关性可以通过一种性状的表型间接反映另一种性状的表型,提高选择效率,加快育种进程^[20]。相关性分析表明,不同品种的花朵大小相关数量性状之间呈现差异显著或极显著正相关,这也与陈和明等^[12]的研究相符。通过主成分分析,筛选出蕊柱长、中萼宽、侧萼长与宽、唇瓣宽、花枝长度和花朵数量7个主要特征向量,包含了文心兰的主要表型成分,可为文心兰新品种的选育提供重要参考价值。聚类分析将77份文心种质资源分为5类。其中第Ⅰ类群株型较小,花朵小而多,花梗较软,可作为小型盆栽亲本材料加以利用;第Ⅳ类群,花枝整体较长且硬度较大,花朵数量较多且花小适中,最为适合做鲜切花的亲本材料。表性性状是环境与基因共同作用的结果,在不同的原生环境因素下可能会导致文心兰种质资源表型性状差异的出现^[21]。

表型性状评价是种质资源鉴定与保护的重要环节,也对综合农艺性状潜力和育种工作起到至关重要的作用^[22]。通过对文心兰77份种质资源表型性状的综合评价,不同文心兰种质资源存在很大的表型差异,且不同性状间存在不同程度的相关性,筛选出的7个特征向量和主要聚类分群为文心兰优良性状的选育提供理论依据。未来的工作将分子标记技术与文心兰表型性状评价相结合,为创造优质种质资源、挖掘优异基因提供科学的理论基础。

参考文献

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