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生物资源·利用

不同部位杜仲皮品质综合评价及其与土壤理化性质的相关性分析

  • 张国霞 1, 2 ,
  • 黎晓星 1 ,
  • 费元开 3 ,
  • 周鑫伟 2 ,
  • 张家春 1, 2
展开
  • 1. 贵州中医药大学,贵州 贵阳 550025
  • 2. 贵州省植物园,贵州 贵阳 550004
  • 3. 遵义红枫圣源林业种植专业合作社,贵州 遵义 563100
张家春(1988—),男,福建三明人,硕士,正高级工程师,从事土壤与植物资源利用研究。

张国霞(2000—),女,贵州遵义人,硕士研究生,从事中药及民族药资源分类鉴定与质量控制研究。

Copy editor: 吴思文

收稿日期: 2024-12-06

  网络出版日期: 2025-08-14

基金资助

贵州省省级科技特派员创新创业服务·培训示范点(示范基地)建设项目

贵州省高层次创新型人才培养项目(黔科合平台人才〔2016〕5666)

Comprehensive evaluation of the quality of different parts of Eucommia ulmoides bark and its correlation analysis with soil physical and chemical properties

  • ZHANG Guoxia 1, 2 ,
  • LI Xiaoxing 1 ,
  • FEI Yuankai 3 ,
  • ZHOU Xinwei 2 ,
  • ZHANG Jiachun 1, 2
Expand
  • 1. Guizhou University of Traditional Chinese Medicine, Guiyang 550025, China
  • 2. Guizhou Botanical Garden, Guiyang 550004, China
  • 3. Zunyi Hongfeng Shengyuan Forestry Planting Professional Cooperative, Zunyi 563100, China

Received date: 2024-12-06

  Online published: 2025-08-14

摘要

为探究不同部位杜仲皮的综合品质特征及影响其品质的主导土壤因子。本研究以贵州遵义市播州区人工种植的15年生杜仲为对象,分别采集其对应生长土壤样品以及树干上、中、下3个部位的杜仲皮,通过检测土壤理化性质,分析3个部位的有效成分(松脂醇二葡萄糖苷、京尼平)、微量元素(锌、硒、镍、锰、铁)及重金属(镉、铜、铅、砷、汞)含量,结合主成分分析进行综合品质评价,并开展土壤理化性状与杜仲皮品质的相关性分析。结果表明,有效成分松脂醇二葡萄糖苷和京尼平含量由高到低依次为中部位>上部位>下部位;锌、镍和铁含量由高到低依次为上部位>下部位>中部位,硒和锰含量由高到低依次为下部位>中部位>上部位;3个部位的杜仲皮中重金属含量均未超标。主成分分析表明,上、中和下3个部位杜仲皮综合得分分别为0.813、-0.278和-0.536,上部的杜仲皮品质较优。相关性分析表明,在杜仲皮上部,松脂醇二葡萄糖苷含量与土壤有效磷含量,铅含量与土壤全磷含量呈负相关;砷含量与土壤pH,汞含量与土壤速效钾含量呈正相关。在杜仲皮中部,砷含量与土壤全磷含量,锰含量与土壤碱解氮含量呈负相关;汞含量与土壤pH呈正相关。在杜仲皮下部,京尼平含量与土壤全磷含量,锌含量与土壤全氮含量,锰含量与土壤碱解氮含量呈负相关;铜含量与土壤有效磷含量,铅含量与土壤pH呈正相关。综上,研究区杜仲的生长土壤肥力良好,上部的杜仲皮品质较优,基于不同部位的品质差异,可分部位采收杜仲皮以提高资源利用效率。

本文引用格式

张国霞 , 黎晓星 , 费元开 , 周鑫伟 , 张家春 . 不同部位杜仲皮品质综合评价及其与土壤理化性质的相关性分析[J]. 安徽农学通报, 2025 , 31(15) : 99 -104 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.15.024

Abstract

This investigation aimed to explore the comprehensive quality characteristics of different parts of Eucommia ulmoides bark and the dominant soil factors affecting its quality. 15-year-old Eucommia ulmoides artificially cultivated in Bozhou District, Zunyi City, Guizhou Province were taken as the research object. Soil samples corresponding to their growth and the bark of Eucommia ulmoides from the upper, middle and lower parts of the tree trunk respectively were collected. Through the detection of soil physical and chemical properties, the contents of effective components (pinoresinol diglucoside, genipin), trace elements (zinc, selenium, nickel, manganese, iron) and heavy metals (cadmium, copper, lead, arsenic, mercury) in different parts of Eucommia ulmoides bark were analyzed, a comprehensive quality evaluation in combination with principal component analysis was conducted, and correlation analysis between soil physical and chemical properties and the quality of Eucommia ulmoides bark was carried out. The results showed that the contents of pinoresinol diglucoside and genipin, from high to low, were in the order of middle part > upper part > lower part. The contents of zinc, nickel and iron from high to low were in the order of upper part > lower part > middle part, and the contents of selenium and manganese from high to low were in the order of lower part > middle part > upper part. The heavy metal content in the bark of Eucommia ulmoides from the three parts did not exceed the standard. Principal component analysis indicated that the comprehensive scores of the upper, middle and lower parts of Eucommia ulmoides bark were 0.813, -0.278 and -0.536 respectively, and the quality of the upper part of Eucommia ulmoides bark was better. Correlation analysis indicated that in the upper part of Eucommia ulmoides bark, the content of resinol diglucoside was negatively correlated with the available phosphorus content in the soil, and the lead content was negatively correlated with the total phosphorus content in the soil. The arsenic content was positively correlated with soil pH, and the mercury content was positively correlated with the available potassium content in the soil. In the middle part of Eucommia ulmoides bark, the arsenic content was negatively correlated with the total phosphorus content of the soil, and the manganese content was negatively correlated with the alkali-hydrolyzable nitrogen content of the soil. The mercury content was positively correlated with soil pH. In the lower part of Eucommia ulmoides bark, the content of genipin was negatively correlated with the total phosphorus content of the soil, the zinc content was negatively correlated with the total nitrogen content of the soil, and the manganese content was negatively correlated with the alkali-hydrolyzable nitrogen content of the soil. The copper content is positively correlated with the available phosphorus content in the soil, and the lead content is positively correlated with the soil pH. In conclusion, the soil fertility for the growth of Eucommia ulmoides in the study area is good, and the quality of the upper part of the Eucommia ulmoides bark is superior. Based on the quality differences of different parts, it is advisable to harvest the Eucommia ulmoides bark by part to improve the efficiency of resource utilization.

杜仲(Eucommia ulmoides)是杜仲科杜仲属植物,主要分布于湖北、四川、云南、贵州、河南等地[1]。杜仲皮具有降血压、降血糖等多种药理作用,含有松脂醇二葡萄糖苷、京尼平、桃叶珊瑚苷等有效成分,其中松脂醇二葡萄糖苷是《中国药典》规定的杜仲皮含量测定的指标性成分[2-3]。杜仲作为大宗药材之一,目前已在多个领域广泛应用[4-6]
土壤是植物生长的物质基础,直接影响其产量和品质[7]。张强等[8]研究指出,土壤肥力直接影响了黄芪的产量、品质和营养元素的含量以及初生、次生代谢产物的形成。李晶[9]研究表明,土壤中全氮、速效钾、速效磷等物质的含量影响了丹皮化学成分的积累。闫文蓉等[10]研究认为,全氮含量的提高有利于丹参脂溶性成分的积累。李向民等[11]研究表明,皂素含量与土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效铁、有效锌含量密切相关。杜仲有效成分、微量元素及重金属含量均是影响其品质的关键因素。当前关于杜仲皮的研究多集中于化学成分、药理作用及栽培技术等方面,其不同部位品质评价的研究有待进一步深入。为此,深入探究杜仲皮不同部位的品质差异,对充分发挥其药用价值具有重要意义。
本文以上、中、下3个部位杜仲皮为研究对象,分析其生长土壤pH及肥力,不同部位的有效成分、微量元素及重金属含量,并对土壤理化性质与杜仲皮品质进行相关性分析,为杜仲资源的高效利用及产业高质量发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2023年7月,采集贵州遵义市播州区枫香镇杜仲种植示范区采集种植15年的杜仲生长区域土壤样品(FXDZT-1、FXDZT-2、FXDZT-3),装入塑料袋带回实验室,于阴凉处自然风干后,磨碎过60目筛,备用。同时采集杜仲皮样品,根据树干高度将其划分成上、中、下3个部分。样品经105 ℃高温杀青5 min后,置于50 ℃恒温条件下烘干,粉碎后过80目筛,装袋密封保存备用。试验仪器包括LC-10ATVP型高效液相色谱仪(岛津实验器材有限公司),KQ3200B型超声波清洗器(昆明市超声仪器有限公司),DIamond TII型纯水机(Thermo Fisher公司)。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 生长土壤pH及肥力检测

参照孔垂思等[12]的研究方法进行土壤理化指标检测。土壤pH采用玻璃电极法测定,土壤有机质含量采用硫酸-重铬酸钾容量法检测,全氮含量采用凯氏定氮法检测,全磷含量采用钼锑抗比色法检测,全钾含量采用火焰光度法检测,碱解氮含量采用碱解扩散法检测,有效磷含量采用分光光度法检测,速效钾含量采用火焰光度法检测。

1.2.2 品质测定

1.2.2.1 有效成分

精密称取适量松脂醇二葡萄糖苷、京尼平标准品,置于20 mL容量瓶中,加甲醇溶解并定容,制成质量浓度0.5、0.3 mg/mL的混合标准品溶液,备用。将3 g杜仲皮样品剪碎并揉成絮状,精密称取2 g,置于索氏提取器中,加入适量三氯甲烷,加热回流6 h,弃去三氯甲烷提取液,待三氯甲烷完全挥发后,将药渣重新置于索氏提取器中,加入适量甲醇,加热回流6 h,回收适量甲醇提取液,转移至10 mL容量瓶中,加甲醇定容,摇匀后过滤,保留滤液[3]。色谱条件参照竹炳等[13]的研究方法,色谱柱为Waters HSS-T3柱(150 mm×2.1 mm,1.8 μm);流动相为0.1%甲酸水溶液(A)-0.1%甲酸乙腈溶液(B),梯度洗脱:0~20 min,2%~30% B;20~35 min,30%~50% B;35~42 min,50%~95% B;体积流量0.3 mL/min;柱温50 ℃;检测波长254 nm;进样量10 µL。

1.2.2.2 金属元素

按照陈宏降等[14]的研究方法检测锌、镍、锰、铁、铬、镉、铜、铅、砷、汞含量;按照周鑫伟等[15]的研究方法检测硒含量。以WM/T 2—2004《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》、ISO 18664:2015《传统中药—传统中药中使用的中药材中重金属含量的测定》为参照标准,分析杜仲皮上、中、下3个部位的重金属含量。

1.3 数据分析

使用Microsoft Excel 2019软件进行数据处理,利用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析和相关性分析,采用GraphPad Prism 9软件进行主成分分析及可视化作图。

2 结果与分析

2.1 杜仲生长土壤pH及肥力

表1可知,生长土壤pH在5.49~6.00,平均值为5.70,整体呈弱酸性;养分含量如下:有机质含量在20.0~30.4 g/kg,全氮含量在1.65~1.85 g/kg,全磷含量在0.22~0.43 g/kg,全钾含量在21.40~28.40 g/kg,碱解氮含量在118.30~139.83 mg/kg,有效磷含量在2.80~8.80 mg/kg,速效钾含量在142.68~151.02 mg/kg。参照邵金平等[16]研究的土壤肥力因子等级标准(表2),对各指标进行评价。有机质含量(25.60 g/kg)处于3级,为中等水平;全氮含量(1.72 g/kg)处于2级,为较丰富水平;全磷含量(0.31 g/kg)处于5级,为缺乏水平;全钾含量(25.40 g/kg)处于1级,为丰富水平;碱解氮含量(131.27 mg/kg)处于2级,为较丰富水平;有效磷含量(5.10 mg/kg)处于4级,为较缺水平;速效钾含量(147.10 mg/kg)处于3级,为中等水平。综上,土壤全磷、有效磷含量偏低,全钾、全氮、碱解氮等关键养分较充足,整体肥力条件适合杜仲生长。
表1 杜仲生长土壤pH及养分特征
土壤样品 pH 有机质/(g/kg) 全氮/(g/kg) 全磷/(g/kg) 全钾/(g/kg) 碱解氮/(mg/kg) 有效磷/(mg/kg) 速效钾/(mg/kg)
FXDZT-1 5.49 20.00 1.67 0.43 21.40 139.83 8.80 142.68
FXDZT-2 5.62 26.40 1.65 0.22 26.40 118.30 2.80 147.60
FXDZT-3 6.00 30.40 1.85 0.29 28.40 135.68 3.70 151.02
平均值 5.70±0.27 25.60±5.25 1.72±0.11 0.31±0.11 25.40±3.61 131.27±11.42 5.10±3.24 147.10±4.19
表2 土壤理化性质等级标准
等级 有机质/(g/kg) 全氮/(g/kg) 全磷/(g/kg) 全钾/(g/kg) 碱解氮/(mg/kg) 有效磷/(mg/kg) 速效钾/(mg/kg) 养分等级
1 >40 >2.00 >1.0 >25 >150 >40 >200 丰富
2 30~40 1.50~2.00 0.8~1.0 20~25 120~150 20~40 150~200 较丰富
3 20~30 1.00~1.50 0.6~0.8 15~20 90~120 10~20 100~150 中等
4 10~20 0.75~1.00 0.4~0.6 10~15 60~90 5~10 50~100 较缺
5 6~10 0.50~0.75 0.2~0.4 5~10 30~60 3~5 30~50 缺乏
6 <6 <0.50 <0.2 <5 <30 <3 <30 极缺

2.2 不同部位杜仲皮的品质分析

图1可知,上、中、下3个部位的杜仲皮松脂醇二葡萄糖苷含量均超过2020年版《中国药典》规定的0.10%标准;松脂醇二葡萄糖苷和京尼平含量在3个部位间差异均无统计学意义(P>0.05),且含量变化趋势一致,3个部位有效成分含量由高到低均为中部位>上部位>下部位。
图1 杜仲皮不同部位有效成分含量

(A)京尼平含量,(B)松脂醇二葡萄糖苷含量;ns表示处理间差异在0.05水平无统计学意义。

表3可知,5种微量元素(锌、硒、镍、锰、铁)的含量均以中部最低,其中,锌、镍、铁含量变化规律是上部位>下部位>中部位,硒和锰含量变化规律是下部位>上部位>中部位;杜仲下部位的硒含量高于中部位,差异具有统计学意义(P<0.05)。由表4可知,3个部位的铜、铅、砷和汞含量均未超标。镉含量变化规律是上部位>中部位>下部位,铜含量变化规律是上部位>下部位>中部位,铅含量变化规律是下部位>中部位>上部位,砷含量变化规律是上部位>中部位=下部位,汞在3个部位中含量一致。重金属元素、除硒外的其余微量元素在杜仲不同部位的含量差异均无统计学意义(P>0.05)。
表3 不同部位杜仲皮的微量元素含量单位:(mg/kg)
部位
8.98±1.54 a 0.10±0.04 ab 2.41±1.94 a 109.33±62.93 a 96.03±35.72 a
6.91±0.49 a 0.05±0.02 b 0.80±0.18 a 90.47±27.56 a 69.37±12.27 a
7.24±1.09 a 0.14±0.01 a 1.33±0.50 a 111.33±65.77 a 85.80±24.67 a

注:同列小写字母表示不同部位中含量差异在0.05水平具有统计学意义。

表4 不同部位杜仲皮的重金属含量单位:(mg/kg)
部位/标准
8.53±3.91 a 0.20±0.06 a 3.93±0.37 a 2.30±2.02 a 0.10±0.03 a 0.01±0 a
4.22±0.49 a 0.15±0.04 a 3.54±0.59 a 2.39±2.84 a 0.08±0.01 a 0.01±0 a
6.31±2.73 a 0.13±0.02 a 3.86±1.16 a 3.41±3.66 a 0.08±0.01 a 0.01±0 a
WM/T 2—2004 - 0.30 20.00 5.00 2.00 0.20
ISO 18664:2015 - 2.00 - 10.00 4.00 3.00

注:-表示无此元素含量限定标准。

2.3 不同部位杜仲皮的主成分分析

由表5~6可知,前4个主成分的特征值均大于1,累计方差贡献率达89.17%,故提取为主成分。其中,第1主成分(PC1)的特征值为4.700,方差贡献率为39.17%。京尼平、镉、汞、锌、镍、锰和铁在PC1上有较高的载荷,说明以上指标主要集中在PC1上。第2主成分(PC2)的特征值是2.659,方差贡献率为22.16%。铅和汞在PC2上有较高载荷,说明铅和汞主要集中在PC2上。第3主成分(PC3)的特征值是2.029,方差贡献率为16.90%,铜、砷和铁在PC3上有较高载荷,说明铜、砷和铁主要集中在PC3上。第4主成分(PC4)的特征值是1.312,方差贡献率为10.94%,松脂醇二葡萄糖苷和硒在PC4上有较高载荷,说明松脂醇二葡萄糖苷、硒主要集中在PC4上。由于12个变量主要集中在前4个主成分上,因此,决定将12个变量更换为4个新变量(PC1、PC2、PC3和PC4),计算得出杜仲3个部位的PC1、PC2、PC3、PC4得分和综合得分。由表7可知,3个部位的综合得分由高到低依次为上部(0.813分)>中部(-0.278分)>下部(-0.536分),三者间差异无统计学意义(P>0.05)。
表5 主成分特征值及方差贡献率
主成分 特征值 方差贡献率/% 累积方差贡献率/%
1 4.700 39.17 39.17
2 2.659 22.16 61.33
3 2.029 16.90 78.23
4 1.312 10.94 89.17
5 0.826 6.88 96.05
6 0.296 2.46 98.51
7 0.157 1.31 99.82
8 0.023 0.18 100.00
表6 前4个主成分的主要变异来源
项目 主成分
PC1 PC2 PC3 PC4
京尼平 -0.756 0.540 -0.153 0.132
松脂醇二葡萄糖苷 0.552 0.334 0.279 0.645
0.812 0.113 0.075 -0.088
-0.514 0.431 -0.643 -0.335
0.241 -0.850 0.154 -0.376
0.418 -0.233 -0.773 0.298
0.617 -0.722 -0.148 0.010
0.731 0.498 -0.427 -0.014
0.341 0.415 0.149 -0.647
0.808 0.416 0.025 -0.317
0.710 0.404 0.536 0.084
0.693 -0.042 -0.610 0.041
表7 不同部位杜仲皮的综合得分 (分)
部位 PC1 PC2 PC3 PC4 综合得分
1.089 0.659 -0.808 -0.127 0.813 a
-0.882 -0.665 0.434 0.835 -0.278 a
-0.206 0.006 0.373 -0.708 -0.536 a

2.4 土壤理化性质与杜仲皮的相关性分析

表8可知,在杜仲皮上部,松脂醇二葡萄糖苷含量与土壤有效磷含量呈负相关(r=-0.997,P<0.05);土壤铅含量与土壤pH呈正相关(r=0.998,P<0.05);土壤砷含量与全氮含量呈正相关(r=1.000,P<0.05);土壤汞含量与速效钾含量呈正相关(r=0.999,P<0.05)。在杜仲皮中部,土壤砷含量与全磷含量呈负相关(r=-0.999,P<0.05);土壤汞含量与土壤pH呈正相关(r=1.000,P<0.05);土壤锰含量与碱解氮含量呈负相关(r=-0.999,P<0.05)。在杜仲皮下部,京尼平含量与土壤全钾含量呈负相关(r=-0.998,P<0.05);土壤铜含量与有效磷含量呈正相关(r=0.999,P<0.05);土壤铅含量与土壤pH呈正相关(r=1.000,P<0.01);土壤锌含量与全氮含量呈负相关(r=-0.998,P<0.05);土壤锰含量与碱解氮含量呈负相关(r=-1.000,P<0.01)。
表8 土壤理化性质与不同部位杜仲皮的品质指标的相关性分析
部位 指标 pH 有机质 全氮 全磷 全钾 碱解氮 有效磷 速效钾
松脂醇二葡萄糖苷 0.526 0.821 0.214 -0.992 0.878 -0.798 -0.997* 0.804
0.998* 0.940 0.922 -0.467 0.896 0.034 -0.637 0.949
0.953 0.754 1.000* -0.118 0.677 0.391 -0.318 0.773
0.946 0.997 0.785 -0.687 0.982 -0.234 -0.820 0.999*
0.457 0.772 0.135 -0.999* 0.837 -0.843 -0.988 0.754
1.000* 0.925 0.937 -0.431 0.878 0.075 -0.605 0.936
-0.141 0.264 -0.462 -0.843 0.368 -0.999* -0.716 0.236
京尼平 -0.837 -0.986 -0.608 0.844 -0.998* 0.466 0.936 -0.980
-0.629 -0.886 -0.335 0.968 -0.932 0.715 0.999* -0.872
1.000** 0.912 0.948 -0.401 0.861 0.108 -0.579 0.923
-0.964 -0.778 -0.998* 0.156 -0.705 -0.356 0.353 -0.796
-0.092 0.311 -0.418 -0.868 0.413 -1.000** -0.749 0.283

注:*、**分别表示指标间相关性在0.05、0.01水平具有统计学意义。

3 结论与讨论

土壤是植物生长的主要营养来源,其肥力特征在一定程度上影响了药材品质[17]。土壤肥力可用于评价植物的生长潜力,同时为施肥量提供一定的参考。本研究结果发现,研究区杜仲生长土壤肥力呈弱酸性,全钾、碱解氮、速效钾和有机质均处于中等及以上水平。与其他杜仲产区土壤相比[18],研究区杜仲生长土壤中全钾、碱解氮的含量较高,这为杜仲的生长和品质形成奠定了良好的基础。
本研究分析上、中、下3个部位杜仲皮的成分差异,结果表明,3个部位杜仲皮的松脂醇二葡萄糖苷含量均超过了2020年版《中国药典》的规定,中部杜仲皮含有的松脂醇二葡萄糖苷、京尼平含量最高。作为人体必需的微量元素,硒的生物学功能是产生硒蛋白的硒代半胱氨酸残基,这是硒作为必需抗氧化剂和细胞保护微量营养素的基础[19]。郑访江等[20]研究表明,硒元素可能通过抗氧化作用、血管舒张作用、抑制炎症反应以及调节自主神经等多种机制在高血压的治疗上发挥作用。3个部位杜仲皮的微量元素含量存在差异,中部杜仲皮的硒含量明显低于下部,可能说明不同部位杜仲皮的药理作用存在差异。硒元素在杜仲皮不同部位的含量差异为进一步研究杜仲皮的价值提供新的视角,也为采取分部位采收的方式提高杜仲经济价值提供参考依据。
主成分分析表明,3个部位杜仲皮的综合得分由高到低依次为上部(0.813分)>中部(-0.278分)>下部(-0.536分),上部综合品质最优。从重金属含量来看,杜仲适合在酸性土壤中生长,但其部分有效成分适合在偏碱性土壤中积累。在重金属含量不超过相关标准的前提下,可适当提升土壤pH。蔡萍等[21]研究认为,土壤pH与杜仲的槲皮素含量呈正相关。为了避免冗余数据干扰核心结果,本文仅展示具有显著相关性的指标。相关性分析表明,土壤pH与上、下部位杜仲皮的铅含量以及中部位的汞含量呈正相关;全磷含量与中部杜仲皮的砷含量呈负相关,说明在不造成土壤砷污染的情况下,可适当施加磷肥;全钾含量与下部杜仲皮中的京尼平含量呈负相关,说明京尼平含量随着全钾含量的降低而上升;碱解氮含量与中、下部杜仲皮的锰含量呈负相关;有效磷含量与上部杜仲皮的松脂醇二葡萄糖苷含量呈负相关,说明有效磷含量降低会促进松脂醇二葡萄糖苷累积;有效磷含量与下部位杜仲皮中的铜含量呈正相关。
综上,研究区杜仲的生长土壤肥力较好,中、上部杜仲皮中硒含量较高,上部位的杜仲皮综合品质较好,杜仲土壤理化性质与杜仲皮的成分指标具有一定的相关性。采用分部采收的方式,有利于提高杜仲的经济价值。本研究取样地点相对集中,采样量稍显不足,仅关注不同部位杜仲皮的内在品质,未涉及其外在形态。后续研究将扩大采样范围、增加采样量,以全面评价杜仲皮的品质。
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