全 文 ：3 7 6 植物主理学报 , 1 8 ( 们 : 3 7 6 一 3 8 2
A
`健`一 P 儿y t o p 人y s 诬0 10 此应〔 、〔一 5 1 , 理云` ,l
!
N aC I对小麦苗叶片脯氨酸氧化酶活性和游离脯氨酸
累积的影响
吕芝香 乙 引 `
(南京大学生物条 . 南京 2 10 0 0幻
提 要
在含 N aC I营养液中培养的小麦幼苗较之无
N a C I营养液中的幼苗 , 其脯氨酸氧化酶活性降
低 , 而游离脯氨酸含量则升高 ;培养液的渗透势越
低 . 培养时间越长 , 则脯氨酸氧化酶的活性越低 ,
且 游离脯氨酸的含量越高 。去除胁迫后酶活性恢
复 , 脯氨酸含量下降 。 不同渗透剂对氧化酶活性抑
制强弱顺序为 M听L: > N a c[ > 甘露醇 、 引起脯氨酸
累积效应的强度顺序为 M g C 12 > N ac l ) 甘露醇 。 超
微结构显示 , 高 N a 。 浓度 下部分线粒体结构受损
伤 , 膜和晴部分消失 。
关键词 : N a创 , 脯氨酸氧化酶 , 脯氨酸 , 线粒体 ,
超 微结构
当植物遭受环境胁迫时脯氨酸积累是
一 个普遍现象 ( 汤章城 19 8理) 。盐逆境造成
植物游离脯氨酸的积累已有较多报道 ( 吕
芝 香 等 19 8 2 , 一9 8 6 , 19 8 7 , S te w a r t 等
19 8 6
,
e h a n d l
e : 等 19 8 7 ) 。但从脯氨酸氧化
来说明盐胁迫下脯氨酸积累的报道尚不多
见 。 B u川 等 ( 19 8 3 )发现 . 当 N a C I存在时 ,大
麦脯氨酸氧化受阻 。 我们研 究了盐境下小
麦幼苗叶片脯氨酸氧化酶活性 与游离脯氨
酸 累积之间的关 系和 N a CI 对线粒体超微
结构的影响 , 由脯氨酸氧化说明盐逆境中
植物游离脯氨酸积 累的原因 。
幼苗 , 移栽在砂基 H oa gl an d 营养液中 。分 3组处理 ;
1
. 分别加含 N a e l 渗透势为一 0 . 16 . 一 0 . 3 8 . 一
0
.
6 0
, 一 2 . 0 0 , 一 2 . 」oM几 和 一卜 S D M凡 的营养
液 , 培养 Z d ; 2 . 在含 N a e l渗透势为一 , 0 0 M p a 、
含 M g cl :渗透势为一 1 . 0 M aP 和含甘露醇渗透势
为吸 . 0 M aP 的营养液 , 分别培养 l , 2 . 3 , 4 , s d
和 6 d ; 3 . 用含 N a cl 渗透势为一 1 . 0 MaP 和渗透
势为一 0 . 16 M aP H oa g lan d 的营养液交替培养 . 幼
苗在含 N a C I渗透势为一 , . 0 MaP 的营养液中培
养 Z d 后 , 移到 一 0 . 16 M P a 营养液培养 3 d ;然后再
在含 N a C I渗透势为一 1 . 0 M aP 营养液培养 Z d 。
以 上试验在 2 5 〔 暗室中进行 , 并分别取样 , 重复 3
次
线粒体分离 参照件小南等 日 9 8创方法 。
脯氨酸氧化酶活性测定 参照 H u a n g 等 ( 1 9 7 9) 方
法 , 在 2 5 ( 、 检测 60 o m 波长光吸收下降值 。 一个
酶活力单位为每分钟还原 1 n m ol Z , 6 一二氯酚靛酚
( D e P I P )钠盐所需的酶量 。 以 l o w r y 等 ( 1 9 5一) 方
法测定蛋白质含量 ,
游离脯氨酸含量的测定 参照朱广廉等 ` 1 9 8 3 ) 方
法 , 在波长 5 1 5 n m 下定量 。
线粒体超微结构的观察 取上述分离的线粒体 ,
先用 2% 戊二醛固定飞 h , 再用 l %饿酸固定 0 . 5 h .
乙醇脱水 。 用 E oP n 包埋 , 切片后经醋酸铀和柠檬
酸铅双 层染色 , 在 .ET M 一 1 005 电镜下观察 。
/ 士 哦二 目 门、
N a CI 对小麦苗叶片脯氨酸氧 化酶活性和材 料 与 方 法
幼苗培养 参照 吕芝 一香等 ( 198 1) 方法 , 选取地 上
部高 3 e m 的小麦口争汪二、 ,l “ 尸女` ,、 m , N a n D a N o · 8 )
一, 9 2一 。 卜 0 8收至11; 10 9 2一 0 2 2 6修回 。
、 现在中国科学院上海植物生理研 究所攻读博士 。
N acl 对小麦苗叶片脯氨酸氧化酶活性和游离脯氨酸累积的影响
游离脯氮酸含且的影响
在含 N a C I渗透势为一 0 . 16 , 一 0 . 3 8 ,
一 0 . 6 0 , 一 1 . 0 0 , 一 1 . 4 0M P a 和一 1 . 8 0M P a
的营养液中 , 小麦苗叶片脯氨酸氧化酶活
性 和 游 离 脯 氨 酸 含 量 的 变 化 见 图 1 。
H oa gl an d营养液培 养的幼苗 , 氧化酶活性
较高 ,脯氨酸含量很低 。 当受到 N a CI 胁迫
后 , 叶片的酶活性被抑制 ,随着溶液渗透势
的降低抑制加强 。 当外部溶液的渗透势为
一 1 . 8 0 M aP 时 , 脯 氨 酸 氧 化酶 活 性 比
H oa gl a n d 营养液 的幼苗降低 43 % ,脯氨酸
含量则相反 , 随溶液渗透势的降低而提高
( P < 0
.
0 1 )
。
生长在含 N a cl 渗透势为一 1 . 0 M几
营养液的小麦苗叶片 ,脯氨酸氧化酶活 j性
和游离脯氨酸的含量如图 2所示 。培养在 含
N a cl 营 养液里 的幼 苗 , 氧化 酶活性 被抑
制 。 培养时 间越长 , 酶活性降低越甚 (尸 <
0
.
0 1 ) ; 脯氨酸含量正好相反 , 培养时间越
长 ,累积越明显 ,仅在第 6天含量略有下降 ,
用含 N a CI 渗透势为一 1 . 0 M aP 的营
养液和 一 0 . 1 6 M aP H oa gl a nd 营 养液 交替
妙口三à,J
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1
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.
40
O s n l o t i e P o r e n t ia l o f e u l t u r e s o l u t i o l l
一 1
.
8 0
(入I P a )
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图 l 盐境中小麦苗叶片脯氨酸氧化酶活性和游
离脯氨酸含量
F啥 . 1 P r of i n e 以 id a 、 e a e t i v i t y a n d f r e e P r o l i n e e o n -
et n t in lae v e s Of w h e a t 咒 e d l i n g s u n d e r 撇 It s t r e s s
\ , /川 :
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、苦ù札抓神纯o。。
1 2 3 4
图 3 营养液和含 N a cl 营养液交替培养的小麦
苗叶片脯氨酸氧化酶活性和游离脯氨酸含量
iF g
.
3 P r o l i n e o x id a s e a e t i v i t y a n d f r e e Pr o l i n e e o n
一
t e n t i n l e a v e s o f w h ae t
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n gs a l t e r n a t e l y e u l t u r e d i r l
n u t r i e n t s o l u t i o n w i th o u t N a C I a n d th a t e o n at in i n乏互
N a C I
1
.
S e e d l i n别 be f o r e s a l t s r r e s ; 2 . eS e d l i n gs a l,te r Z ` l
in n u t r i e n t s o l u t i o n e o n at i n i n g N a C I ; 3
.
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e d l i n gs a -f
,
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, th e n 3 r l
i n n u t r i e n t s o l u t i o n ; 4
.
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s o l u t i o n e o n t a i n i n g N a C I
,
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r l
w i th o u t N a C I a n d a g a i n 2 d i n n u t r i e n t s o l u t i o n co
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肠 n l e (d )
图 2 含 N a CI 渗透势为一 1 . 0 M aP 的营养液中
小麦苗叶片脯氨酸氧化酶活性和游离脯氨酸含量
F ig
.
2 P r o l i n e o x id a se
a e t iv i t y a n d f r e e P r o l in e e o n
-
te n r i n l e a v e s o f w h e a t s e ed l i
n 岁 e u l t u r e d i n n u t r i e n t
so l u t i o n e o n t a i n in g N a C I a n d w i t h a n “ m o t i e po t e n t i a l
o f 一 1 . 0 0 M P a
植 物 生 理 学 报 1 8卷
间延长 , 氧化酶活性均降低 (图 4 ) , 而脯氨
酸含量均大为提高 (图 5 ) 。不同渗透剂对脯
氨酸氧化酶活性和脯氨酸累积的影响不
同 , 在相同渗透势的不同渗透剂对氧化酶
抑 制的 强弱顺 序是 M g o , > N ac l > 甘露
醇 ,而对脯氨酸的积累效应的强弱顺序为
M g e l
Z
> N a e l> 甘露醇 。
M g C I \一蚕
0.心
扩红一尸
(沙。粤目Eà。uō10ód、ó
培养的幼苗 , 叶片脯氨酸氧化酶活性和游
离脯氨酸含量的变化见 图 o3 胁迫前的幼
苗 , 酶活性较高 , 脯氨酸含 量很 低 。 在 含
N a CI 营养液中培养Z d ; 叶片酶活性 由胁迫
前 7 . 2 0士 0 . 2 5 U m g一 ’ p r o t e i n 下降为 4 . 6 9
士 .0 23 U m g一 ` rP ot ie n , 而 脯 氨酸含 量 由
0
.
5 9 士 0 . 0 7 m g g 一 ` D W 提 高 为 2 . 1 6 士
0
·
0 4 m g g一 ’ D W ; 用含 N a e z营养液培养 Z d
又在 Hoa ig an d 营养液培养 3 d , 叶片酶活性
上升伊 < 0 . 0 5 ) ,而脯氨酸含量下降伊 <
0
.
0 1 ) ; 幼苗用含 N a e l 营养液和 H oa g一a n d
营养液培养后 ,再次用含 N a cl 营养液培养
Z d
, 叶片酶活性再次下降 (P < 0 . 0 1 ) ,而脯
氨酸含量再次上升少< 0 . 0 1) 。可以看 出 ,
在含 N a cl 营养液的小麦苗叶片脯氨酸氧
化酶活性和游离肺氨酸含量变化呈 负相
关 。
分别培养在含甘露醇 、 N a cl 和 M g cI Z
的渗透 势为一 1 . 0 M aP 的营养液 中的小
麦苗 , 叶片脯氮酸氧化酶活性和游离脯氨
酸含量见图翅和 5 。 无论培养在含甘露醇还
是含 N a CI 或 M g C 12营 养液 的幼 苗 , 培养 时
3
丁一 n e ( d )
图 5 含 N a cl , M gcl Z和甘露醇的渗透势为 一
1
.
o oM aP 的营养液中小麦…苗叶片游离脯氨酸含量
F ig
,
5 F r e P r o l i n e e o n t e n t i n l e a v e s o f w h ae t
s e e d l in g s e u l t u r e d in n u t r沁n t s o l u t i o n e o n t a i n in g N a -
C I
,
M g C 1。 o r m a n n i t o l w i t h a n o s m o t i e o f 一 1 . 0 0
M aP
M a n n i t
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N a C玉
丹`ō七以孟d.吮é ,`
(三。脚ó.E、nà
合下二。.双P一xou10ód
3 4
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( d )
图 4 含 N a CI , M蚁12和甘露醇的渗透势为一 1 . 0
M aP 的营养液中小麦苗叶片脯氨酸氧化酶活性
F ig
.
4 P r o l in e o x id a s e a e t iv i ty in le a v e s o f w h ea t
se ed l i
n g s e u l t u r ed i
n n u t r i e n t s ul u t i o n co
n t a in in g N a
-
cl
.
M g C 1
2 o r m a n n i olt w i
t h a n 韶m o t i e po 加 n iat l o f 一
1
.
0 0 M P a
N a CI 对小麦苗叶 片线粒体超微结构 的影
响
在 H oa gl a nd 营养液和加 N a CI 的营养
液中培养的幼苗 , 叶片线粒体的超微结构
见图版 I 。 培养在无 N a cl 的营养液 中 , 线
粒体结构完整而清晰 (图版 I a) ;在含 N a -
lC 渗透势为一 1 . 0 M aP 的营养液中胁迫 2
d 的幼苗 ,结构模 糊 ,峪膜部分消失 (图版
I b
, 箭头 所示 ) ; 在 含 N a cl 渗 透 势 为一
1
.
8 0 M P a 的营养液培养 Z d 或含 N a e l 渗
透势为一 1 . 0 M P a 的营养液培养 6 d , 峪
膜消失更明显 (图版 I 。 ,箭头所示 )或几乎
消失 (图版 I d ) ,部分线粒体外膜破裂 (图
版 I d ,箭头所示 ) 。
4期
N Ca I对小麦苗叶片脯氨酸氧化酶活性和游离脯氨酸累积的影响
讨 论
盐胁迫下引起植物体 内游离脯氨酸积
累 的 现象 已 有 较 多 的 报 道 ( 吕芝 香 等
1 9 82
,
19 8 6
,
19 8 7
,
s t e w a r t 等 19 8 6 , e h a n -
dle
: 等 1 98 7 ) 。累积机理是脯氨酸氧化受抑
制和合成被促进 , B hu l 等 ( 19 8 3) 将脯氨酸
的前体 “ C 谷氨酸加入离体大麦叶片的试
验表明 ,盐境下脯氨酸合成加强 ,同时氧化
作用下降 。 本文从盐境下氧化酶活性的变
化进一步证明 ,其变化确与游离脯氨酸积
累有密切相关 。从图 1可见当外部溶液渗透
势从一 0 . 16 M P a 下降为 一 l , 5 0 M P a 时 ,
氧化酶活性降低 43 % , 而脯氨酸含量增加
近 4倍 ; 培养时间越长 , 酶活性降低越明显
(图 2 ) 。脯氨酸积累与酶活性变化的这一现
象 ,提示脯氨酸的积 累不仅由于脯氨酸氧
化酶受抑制 , 还可能 因脯氨酸合成被促进
( s t e w a r t 19 7 8
,
H a n d a 等 1 9 8 6 ) 和蛋 白质
合成受 抑 制 ( F u k u t o k u 等 1 9 8 1 , B u h l 等
1 9 8 3) 的结果 。解除胁迫后酶活性恢复 , 脯
氨酸含量下降 , 可用来解释脯氨酸氧化酶
在正常细胞中保持较低的游离脯氨酸水平
方面起调节作用 ( s t e w a r t 等 1 9 7 7 ) 。
盐境下脯氨酸氧化酶活性的下降与线
粒体超微结构损伤有关 。而且膜系统是盐
害的主要部 位 (玩 o p o l d 等 1 9 8 4 ) 。 植物 的
脯氨酸合成是在细胞质中进行 , 氧化作用
发生在线粒体 , 氧化酶存在于线粒体内膜
上 ( B o g g e s 等 一9 7 8 , E l t h o n 等 1 9 8 1 ,
1 9 8 2)
。 本研 究 中在含 N a cl 渗透势为 一
1
.
0 0 M aP 溶液 中胁迫 Z d , 线粒体就轻度
受损伤 , 峪膜 已部分被破坏 (图版 I b) ,胁
迫 6 d 或在一 1 . 80 M P a 下胁迫 Z d 后 , 峙膜
大部分消失 ( 图版 I c , d) ,线粒体外膜部分
破裂 (图 6 d ) 。并且胁强加大和胁迫时间延
长 ,氧化酶抑制明显时 ,游离脯氨酸的积累
也 明显 (图 1 , 2 ) 。 逆境对植物造 成渗透胁
迫 , 线粒体 内部酸性脂酶酶原得到 激活
( S t e w a r t 等 19 8 0 ) , 破坏了线粒体结构和
膜组分比例 , 线粒体膜的不饱和脂肪酸含
量增加 (件小南等 1 98 6 ) 。因此很可能盐境
提高了线粒体膜的不饱和脂肪酸含量 , 有
利盐离子跨膜进入线粒体 ,破坏了线粒体
的结构 , 抑制脯氨酸氧化酶活性 ,是造成脯
氨酸积累的一个重要机制 。
参 考 文 献
吕芝香 、 沈恒冠 、 张增报 、 仲崇信 。 在淡水和海水中
大米草种子萌发及其游离氨基酸成分的 比较 。 植
物生理学报 19 8 1 , 7 : 2 8 1一 2 8 6
吕芝香 、 仲崇信 。 N a cl 对大米草幼苗游离氨基酸成分
和脯氨酸含量的影响 。 植物生理学报 1 9 8 2 , 8 :
3 9 3一 3 98
吕芝香 、 许 斌 、 毕展光 。 在 N ac l 、 M g C 12和 。 C 12砂
基培养液中小麦幼苗游离脯氨酸的积累 . 南京大
学学报 ( 自然科学版 ) 2 9 8 6 , 2 2 : 1 0 0 - 1 05
吕芝香 、 朱永亮 、 陈诗林 。 盐演中光照和 黑暗对小麦
幼苗脯氨酸和蔗糖积累的影响 。 南京大学 学报
( 自然科学版 ) 1 9 8 7 , 23 : 1 5一 2 2
朱广廉 、 邓兴旺 、 左卫能 。 植物体内游离脯氨酸的测
定 。 植物生理学通讯 19 8 3 ( 1 ) : 35一 3 7
件小南 、 沈曾佑 、 张志 良、 颜季琼 。 水分胁迫对植物
线粒体结构和脯氨酸氧化酶活性的影响 。 植物生
理学报 1 9 8 6 , 12 : 3 8 8一 39 5
汤章城 。 逆境条件下植物体脯氨酸积累及其可能的意
义 。 植物生理学通讯 19 8 4 ( 1 ) : 15一 2 6
oB 路 e s S F , K oc Ppe D E . o x id a t i o n o f Pr o l i n e 协 ,
P l a n t m i toc h
o n d r i a
. 凡执艺 丹今s汉 1 9 7 8 , 6 2 :
2 2一2 5
B u h l M B
,
S t e w a r t C R
.
fE fe
e t o f N a CI
o n Pr o l i n e
s卿巾 e s is a n d u r i l以 r i o n in e x e i s ed 加 r l e y lea ves .
产饥” “ 月匆叙 1 9 8 3 , 7 2 : 6 6 4一 6 6 7
Ch an d l
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,
T h or pe T A
.
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r a e t e r i z a t i o n o 一,
g r o w t h
,
w a t e r 了e l a t i o n s , a n d rP o l in e a e e u m u l a 一
t i o n in s o d lu m s u lfa t e t o l e r a n t ca l lu s o f 之扮“ 留反翅里
朋产绍 L . e v W es t a r ( C a n o l a ) . 产切扣之外笋交叱
1 9 8 7
,
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1 0 6一 1 1 1
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,
S t e w a r t C R
.
S u bm i toc h o n d r i a l以 : a t i o r -
,
a n d e l e e t r o n t r a n s op
r t e h a r a e et r is t i韶 o f e n z y m 已弓
3 8 0 植 物 生 理 学 报 1 8卷
in v o lv ed i
n rP o lin e o x i da t ino
. 了公” “ 月娜叙
1 9 81
, 肠7 : 7 8 0一 7 8 4
E l t h o n T E
,
S t e w a r t C R
.
P r ol in e O x i da t i
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o n 由 ia in v o l v e m e n t o f N A D , r e la t i o n s ih P
t o or n i th in e m e扭 ob l i s m , a n d is d ed n e s o n th e in -
n e r m e m加a n e . 月劝“ 尸甸s诚 19 8 2 , 7 0 : 5 6 7一
5 7 2
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H u a n g A H C
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w a et r s t r es
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c e d P r o l i n e a e e u m u l a t i o n i n
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. 月油 “ 丹即丽汉 1 9 7 9 , 6 3 :
5 3 1一 5 3 5
H a n da 5
.
H a n血 A K , H a s e朋 w a P M , B r e s s a n R A ·
P r o l in e a e e u m u l a t i on
a n d t h e a d a P at t i o n of e u l
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a n t e e l l t o w a t e r s t r es
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L o w r y O H
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P r o t e i n m e a s u r e m e n t w i th th e f ol in e Ph e n o l
r ea 罗 n t . ,1 6 应记 〔枷叨刁 1 9 5 1 , 1 9 3 : 2 6 5一 2 7 5
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.
E v id e n c e of r t o x i e i t y e f
-
f ce ts o f as l t o n me m b
r a n e s
. 爪 S at P les R C 。 T oe n -
n i e珊 n G H ( de s ) aS l in i t y T o l e r a n ce in P l a n t :
S t r a te g i e s f or C r o P Im P r o v e m e n t
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N e w Y o tk
19 8 4
,
P 6 7一7 5
S te w a r t C R
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A s P i n a l l D
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I n h i b i t i o n o f rP iol
n e o x ida t ion by w
a t e r st r e留·
不伙刀泛乃匆戚建 1 9 7 7 , 5 9 : 9 3 0一9 3 2
S te w a r t C R
.
R o l e o f ca r b o h y d r a tes i
n P r of i n e a c u
-
m u 饭t i o n in w i l t e d ab r le y le a v es . 矛公口之外梦似
1 9 7 8
, 6 1 : 7 7 5一 7 7 8
S t e w a r d C R
。
H a n s o n A D
,
P r ul in e a e e u m u la t io n a s
a m e t a bo l ie r es po
n s e t o w a t e r s t r es
. 翔 T u r n e r
N C
,
K r a m e r PJ (曰 s ) , A d a P at t i o n
W
a te r a n d H igh T
e m pe r a t u r e S t r e s
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o f P l a n tS t o
N e w Y or k
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1 7 3一 1 8 9
S te w a r d C R
,
V oe t比 r g G , aR y a因 t i PJ . hT e e f fe e t
o f be
n z y l a de
n in e
, c y e lho
e x im id e
, a n d co
r d y e e P in
o n w i l t i n g
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