全 文 ：第 13 卷 第 2 期
2014 年 4 月
广州大学学报(自然科学版)
Journal of Guangzhou University(Natural Science Edition)
Vol． 13 No． 2
Apr． 2014
收稿日期:2014 － 01 － 17; 修回日期:2014 － 02 － 16
基金项目:国家自然科学基金资助项目(41373117，40930743)和广东省放射性核素污染控制与资源化重点实验室开放基金资助项目
(GZDX201301)
作者简介:宋 刚(1974 －) ，男，教授，博士． E-mail:songg2005@ 126． com
文章编号:1671-4229(2014)02-0081-07
芒萁———一种新发现的 226 Ｒa和 232 Th富集植物
宋 刚，冯颖思，祝秋萍，陆敏兴，陈迪云，陈永亨
(广州大学 a．环境科学与工程学院;b．珠江三角洲水质安全与保护省部共建教育部重点实验室;
c．广东省放射性核素污染控制与资源化重点实验室，广东 广州 510006)
摘 要:通过对珠江三角洲地区的植物和土壤进行长期的野外调查，重点寻找自然条件下放射性核素富集植
物．结果表明，芒萁( Dicranopteris dichotoma) 地上部分镭( 226Ｒa) 和钍( 232 Th) 的平均含量( 比活度) 分别为 248. 4
和 679. 8 Bq·kg －1，变化范围为 118. 3 ～ 565. 6 和 158. 3 ～ 2 272. 9 Bq·kg －1 ．地下部分( 根) 226Ｒa 和232Th的平
均含量分别为 157. 8 和 314. 3 Bq·kg －1，变化范围为 103. 8 ～ 239. 8 和 149. 3 ～ 563. 6 Bq·kg －1 ．对应的生物富
集系数( bioconcentration factor，BCF) 平均值为 1. 88 和 2. 74，转移系数( translocation factor，TF) 平均值为 1. 57 和
2. 02．芒萁对镭和钍有显著的富集特征，这一发现为研究天然放射性核素在植物中的超富集机理和污染土壤修
复提供了一种新的材料．
关键词:芒萁; 226Ｒa; 232Th; 生物富集系数; 转移系数
中图分类号:X 505 文献标志码:A
环境放射性主要是天然来源和人为来源． 人
类受到的环境辐射主要来自于铀(U)系、钍(Th)
系、40K等衰变产生的天然放射性． 随着我国核能
大发展、铀(钍)矿和伴生放射性矿的大量开发利
用，这些人类活动不仅对环境造成潜在的放射性
污染和射线辐射，还能通过植物—动物—人的食
物链造成人体内照射，严重威胁人类健康［1 － 2］． 目
前，还难以通过物理—化学方法治理大面积低剂
量的放射性污染，近些年来植物修复技术得到快
速发展［3 － 4］，使放射性污染治理技术有了更多新
的选择［5］．
放射性污染植物修复技术(Phytoremediation)
是根据植物根系吸收水分和养分的同时也吸收、
转化污染土壤和水体中的放射性核素，从而达到
清除核素、修复或治理环境为目的的一种修复技
术．植物修复技术的关键和核心是筛选超富集植
物，这是限制植物修复技术能否广泛应用的瓶颈．
国内外主要研究发现 430 多种重金属超富集植
物［6］，而对天然放射性核素超富集植物的研究还
比较少．放射性核素和重金属有很多相似之处，放
射性核素积累植物如何定义，能否借鉴重金属超
积累植物的定义还有待论证，但干植物中特定元
素浓度与干土壤中浓度之比值(CＲ)大于 1 的指
标已作为筛选放射性植物的标准［1］． 赵文虎［7］和
BＲOADLEY等［8］都开展了不同科不同种的植物
对90Sr和137Cs富集能力的研究，结果表明，强烈富
集放射性核素的植物主要存在于某些特定的科、
属内．开展深入的筛选工作应该针对有富集潜力
的特定科属植物．基于大量植物筛选的结果，向日
葵(Helianthus annuus)［9 － 11］、印度芥菜(Brassica
juncea)［12 － 13］、反枝苋(Amaranthus retroflexus)［14］
和扫帚苗(Kochia scoparia f． trichophylla)［15］等开
始应用于大田试验中，这些富集植物也要在特定
地域对特定放射性核素进行修复，其效果才比较
理想．
放射性污染植物修复技术的实际应用还受限
制，主要就是缺少具有富集能力、能适应特定环境
的超积累或积累植物． 超积累植物应该在自然环
境中筛选，高本底辐射区环境样品中的放射性比
活度较高，各个转化环节已达到平衡状态，对研究
天然放射性核素在环境介质(水—土壤—植物—
动物—人体)中迁移转化和富集规律等十分有利．
广州大学学报(自然科学版) 第 13 卷
广东省的花岗岩分布广泛，其中铀、钍等放射
性核素含量较高． 花岗岩在风蚀雨淋等自然力作
用下，铀、钍和镭等核素从岩体中不断释放出来，
造成天然放射性高本底地区． 特别是佛山—江
门—珠海、韶关、广州—深圳等地区的土壤放射性
核素含量相对较高［16 － 18］．因此珠江三角洲地区是
筛选天然放射性核素超富集植物非常理想的场
所．通过对珠三角经济区开展两年的野外调查和
采样，发现有些地方的芒萁(Dicranopteris dichoto-
ma)中226Ｒa和232Th［19］的含量较高，为了进一步确
定在高本底地区芒萁富集226 Ｒa 和232 Th 的能力，对
珠江三角洲经济区 12 个调查区的芒萁进行采样，
同点采集土壤样．
1 材料和方法
1． 1 调查区概况
广东省属于天然辐射高本底地区，与区域内
广泛分布的花岗岩和酸性火山岩密切相关． 广东
省 41%的国土面积被花岗岩覆盖，有一定比例的
岩体中放射性核素铀、钍丰度偏高，其中约 3 000
km2 花岗岩基岩区分布在珠江三角洲经济发达地
区．岩石经过长期风化作用，基岩区的残积土层发
育较厚．根据珠三角区域的地层、岩性和地质结构
等情况，选择 4 条(P1 ～ P4)线性调查区域，其中
P1 位于高要市更合镇沿 S264 道路两旁，P3 在高
明市沿 X504 道路两旁，两地山地较多，土层较厚，
芒萁大面积生长;P2 位于四会市马岗围，沿线鱼塘
和水田遍布，山地和路边芒萁生长较多;P4 位于东
莞市，由于城市化较快，大部分采样点位于城乡
区，部分荒地有芒萁生长． 7 个(S1 ～ S7)面积性调
查区域，其中 S1 位于从化市，大部分地方是山地，
花岗岩分布广，山上土层较薄，生长芒萁和灌木等
植被;S2 和 S3 分别位于广州市白云区和萝岗区，
以山地为主，土层较厚，在林间有大量芒萁;S4 位
于惠州市东部，以旱地和水田为主，芒萁较少;S5
位于深圳市西北部，S6 位于中山市五桂山，两地也
是以山地为主，土层(红壤)发育较好，林间芒萁分
布广;S7 位于台山市东南，花岗岩分布广，部分区
域土层较薄，芒萁分布广．在调查区域内采集芒萁
和土壤样．
1． 2 采样和前处理
根据调查区土壤背景和芒萁生长分布特点，
采集芒萁及对应的表层土壤(0 ～ 15 cm)供测试分
析．芒萁别名铁芒萁，属蕨类多年生草本植物，生
物量比较大． 适合生长在 pH 值 4. 5 ～ 5. 0 的酸性
土壤上，常见于我国长江以南湿润地区，低至中海
拔山地的路边开阔处或松树林下．
根据同位布点、同位采样的方法采集植物样
和土壤样．采植物样时，按照梅花形或 S 形法随机
采集多株芒萁的地上部分和根部，混合组成一个
植物样，样品装入尼龙网袋，并作好相关记录． 同
点采集土壤样，共采样 38 个．
土壤和植物样品的预处理严格按照《土壤中
放射性核素的 γ 能谱分析方法》(GB /T16145 －
1995)、《环境核辐射监测规定》(GB12379 － 90)和
《食品中放射性物质检验》(GB14883 － 94)国家标
准中的规定进行． 其中土样经分取、烘干、研磨和
过 60 目筛;植物样先用自来水冲洗干净表层灰尘
和根部土壤，再经烘干、炭化、灰化(至白色或灰白
色)处理后，装入圆柱型聚乙烯样品盒(φ75 mm ×
70 mm) ，密封平衡 20 d以上待测［18 － 20］．
1． 3 测量分析方法
1． 3． 1 测量方法
利用低本底高纯锗反康谱顿 γ 谱仪(BE3830
－ 7500SL，Canberra，USA)测量土样和植物样，按
式(1)计算放射性核素的比活度［19］．
As = A0(Ns － B)/［Ms(N0 － B) ］ (1)
式(1)中，As 是样品放射性核素比活度，Bq·kg
－1;
A0 是同一核素标准源活度，Bq;Ns 是样品相应放射
性核素特征峰净计数;B 是本底计数;Ms 是样品质
量，kg;N0 是标准源同一核素特征峰净计数
［19］．
1． 3． 2 数据分析
植物对特定重金属的富集能力主要用植物富
集系数(bioconcentration factor，BCF)和转移系数
(translocation factor，TF)来衡量．其计算方法如下:
BCF = Aplant /Asoil;TF = Aplant /Aroot (2)
式(2)中，Aplant是植物地上部分的放射性核素比活
度(Bq·kg －1) ;Asoil是土壤的放射性核素比活度
(Bq·kg －1) ;Aroot是植物根部的放射性核素比活
度(Bq·kg －1)．
2 结果与分析
通过开展珠江三角洲经济区辐射生态地球化
28
第 2 期 宋 刚等:芒萁———一种新发现的226Ｒa和232Th富集植物
学调查，发现区内部分区域土壤中238 U、226 Ｒa 和
232Th偏高，是全国和世界均值的 2 ～ 5 倍左
右［18 － 20］．但芒萁体内238U含量较低，有些样品含量
低于仪器检测限，而226 Ｒa 和232 Th 含量较高［19］． 因
此本文不再讨论238U的富集，重点研究芒萁富集226
Ｒa和232Th的特征．测量和计算结果见表 1．
表 1 芒萁地上部分、根部和土壤中226Ｒa和232Th含量及富集系数和转移系数
Table 1 BCFs and TFs of 226Ｒa and 232Th and its contents in aboveground，underground of Dicranopteris dichotoma and soils
采样区 样品号
芒萁地上部分
含量 /(Bq·kg －1)
芒萁根部含量 /
(Bq·kg －1)
土壤含量 /
(Bq·kg －1)
生物富集系数 /BCF 转移系数 /TF
Ｒa Th Ｒa Th Ｒa Th BCFＲa BCFTh TFＲa TFTh
S1 1 169． 6 923． 4 134． 6 320． 6 90． 3 186． 7 1． 88 4． 95 1． 26 2． 88
2 305． 1 722． 8 199． 4 321． 2 347． 8 560． 0 0． 88 1． 29 1． 53 2． 25
3 251． 8 1 115． 9 151． 7 563． 6 169． 0 511． 9 1． 49 2． 18 1． 66 1． 98
4 170． 9 298． 2 169． 2 281． 3 176． 2 189． 3 0． 97 1． 57 1． 01 1． 06
5 225． 0 975． 5 214． 2 366． 7 259． 7 376． 5 0． 87 2． 59 1． 05 2． 66
S2 6 352． 4 838． 7 239． 8 352． 4 457． 7 221． 0 0． 77 3． 80 1． 47 2． 38
S3 7 256． 9 383． 7 164． 7 317． 1 160． 2 176． 3 1． 60 2． 18 1． 56 1． 21
8 252． 7 373． 1 175． 5 355． 3 224． 0 262． 3 1． 13 1． 42 1． 44 1． 05
9 171． 6 316． 8 126． 2 217． 0 186． 6 233． 2 0． 92 1． 36 1． 36 1． 46
S4 10 124． 5 211． 1 103． 8 192． 0 62． 3 74． 8 2． 00 2． 82 1． 20 1． 10
S5 11 150． 9 474． 3 133． 5 262． 0 100． 2 701． 0 1． 51 0． 68 1． 13 1． 81
12 176． 6 261． 2 105． 1 269． 3 102． 8 410． 8 1． 72 0． 64 1． 68 0． 97
13 169． 0 252． 5 119． 0 250． 0 110． 2 408． 2 1． 53 0． 62 1． 42 1． 01
14 150． 9 306． 3 110． 2 239． 3 115． 7 113． 8 1． 30 2． 69 1． 37 1． 28
S6 15 478． 8 1 172． 4 187． 0 364． 1 123． 0 368． 1 3． 89 3． 19 2． 56 3． 22
16 303． 1 675． 4 162． 1 327． 9 189． 4 430． 3 1． 60 1． 57 1． 87 2． 06
17 356． 3 921． 0 132． 4 343． 7 113． 1 308． 9 3． 15 2． 98 2． 69 2． 68
18 263． 5 615． 6 128． 5 392． 1 113． 1 398． 7 2． 33 1． 54 2． 05 1． 57
19 193． 5 320． 0 150． 0 301． 8 70． 2 343． 5 2． 76 0． 93 1． 29 1． 06
S7 20 373． 0 529． 1 163． 6 332． 8 144． 0 211． 8 2． 59 2． 50 2． 28 1． 59
21 313． 6 2 018． 6 148． 6 431． 3 156． 4 240． 4 2． 00 8． 40 2． 11 4． 68
22 279． 5 2 272． 9 150． 3 452． 8 98． 4 336． 0 2． 84 6． 76 1． 86 5． 02
23 262． 2 1 007． 4 149． 8 322． 9 118． 4 174． 4 2． 21 5． 78 1． 75 3． 12
24 565． 6 2 057． 2 159． 3 332． 9 133． 8 224． 2 4． 23 9． 17 3． 55 6． 18
25 526． 1 1 283． 3 176． 6 360． 5 275． 6 384． 4 1． 91 3． 34 2． 98 3． 56
26 246． 9 479． 8 146． 1 257． 9 95． 8 132． 4 2． 58 3． 62 1． 69 1． 86
27 281． 4 371． 4 194． 1 281． 3 116． 5 279． 3 2． 41 1． 33 1． 45 1． 32
28 171． 5 557． 3 175． 0 275． 9 65． 3 102． 8 2． 63 5． 42 0． 98 2． 02
29 217． 4 923． 4 179． 7 375． 3 111． 3 279． 1 1． 95 3． 31 1． 21 2． 46
30 224． 6 802． 6 200． 5 323． 6 154． 0 218． 1 1． 46 3． 68 1． 12 2． 48
31 295． 7 408． 5 187． 2 352． 2 84． 2 254． 4 3． 51 1． 61 1． 58 1． 16
P1 32 158． 4 519． 0 177． 9 337． 0 143． 5 205． 1 1． 10 2． 53 0． 89 1． 54
P2 33 118． 3 242． 4 112． 6 240． 0 106． 8 121． 1 1． 11 2． 00 1． 05 1． 01
34 182． 4 203． 8 144． 7 214． 5 170． 5 182． 0 1． 07 1． 12 1． 26 0． 95
P3 35 249． 1 367． 9 188． 7 413． 4 217． 6 423． 6 1． 14 0． 87 1． 32 0． 89
36 169． 3 283． 5 152． 5 280． 7 151． 5 347． 6 1． 12 0． 82 1． 11 1． 01
P4 37 137． 2 158． 3 150． 8 149． 3 83． 4 105． 3 1． 65 1． 50 0． 91 1． 06
38 142． 3 189． 1 133． 0 171． 9 81． 6 139． 8 1． 74 1． 35 1． 07 1． 10
最小值 118． 3 158． 3 103． 8 149． 3 62． 3 74． 8 0． 77 0． 62 0． 89 0． 89
最大值 565． 6 2 272． 9 239． 8 563． 6 457． 7 701． 0 4． 23 9． 17 3． 55 6． 18
平均值 248． 4 679． 8 157． 8 314． 3 149． 5 279． 9 1． 88 2． 74 1． 57 2． 02
标准偏差 106． 3 526． 3 31． 2 80． 4 80． 0 138． 8 0． 86 2． 07 0． 60 1． 23
38
广州大学学报(自然科学版) 第 13 卷
2． 1 根部土壤天然放射性核素含量
从表 1 中可见，在 S1(从化)、S2(广州)和 S7
(台山)等研究区内，芒萁根部土壤中226 Ｒa 的含量
较高，这与土壤中238U 含量有关，238U 和226Ｒa 属于
同一衰变系列，在土壤中的含量变化趋势一致．大
部分研究区土壤中232 Th 含量较高，特别是 S1(从
化)、S5(深圳)和 S6(中山)等地土壤中232 Th 含量
高．因此，芒萁根部土壤中226 Ｒa 和232 Th 含量与研
究区的土壤样基本一致［18 － 20］．
2． 2 植物中的天然放射性核素的浓度水平
在研究区所采集的 38 个芒萁样品中，226 Ｒa
和232Th的含量较高(见表 1)． 在芒萁地上部分
中，226 Ｒa 和232 Th 的平均含量分别为 248. 4 和
679. 8 Bq· kg －1，变化范围为 118. 3 ～ 565. 6 和
158. 3 ～ 2272. 9 Bq· kg －1 ． 地下部分(根)226 Ｒa
和232Th 的平均含量分别为 157. 8 和 314. 3 Bq·
kg －1，变化范围为 103. 8 ～ 239. 8 和 149. 3 ～ 563. 6
Bq·kg －1 ． 所采集不同区域的 38 个芒萁样品的
226Ｒa和232Th含量高，芒萁对土壤中的226Ｒa 和232 Th
有吸收积累的特点．
2． 3 植物富集系数与转移系数
重金属超富集植物的界定标准是由 BAKEＲ
等［21］提出，严格意义上要求转移系数(TF)大于 1，
即植物地上部分与根部的重金属含量之比大于
1［22］．根据已有重金属的研究结果，土壤放射性核
素的超富集植物也可以定义为放射性核素 BCF值
大于 1 的植物． 各样品的放射性核素的生物富集
系数 BCFs 见表 1． 226 Ｒa 的 BCFs 范围为 0. 77 ～
4. 23，平均值 1. 88 ± 0. 86，其中 86. 8%的 BCFs 值
超过 1;232 Th 的 BCFs 范围为 0. 62 ～ 9. 17，平均值
2. 74 ± 2. 07，其中 84. 2%的 BCFs 值超过 1． 前人
的研究表明，一般植物226 Ｒa 的 BCF 为 10 －2 ～
10 －1［21 － 23］，有关226Ｒa和232Th等核素的植物 BCF ＞
1 的报道还很少． 研究发现的芒萁226 Ｒa 和232 Th 的
BCF值普遍大于 1，高于其他研究结果的 1 ～ 2 个
数量级．
通过对芒萁的地上部分及根部放射性核素含
量进行测量，并计算226Ｒa 和232 Th 由根部向地上部
分迁移的转移系数 TFs(见表 1) ，即植物地上部分
的重金属含量与地下部分(根)的重金属含量之
比．结果表明，芒萁对226 Ｒa 的 TFs 范围为 0. 89 ～
3. 55，平均值 1. 57 ± 0. 60，其中 92. 1%的 TFs值超
过 1;232Th的 TFs范围为 0. 89 ～ 6. 18，平均值 2. 02
± 1. 23，其中 92. 1%的 TFs 值超过 1． 因此，芒萁
对放射性核素226Ｒa和232Th的 BCF和 TF的平均值
都大于 1，表明芒萁对226 Ｒa 和232 Th 具有较强的富
集能力．
2． 4 芒萁地上部分、根部和土壤中核素含量之间
的相关性
结果表明，芒萁地上部分和根部226 Ｒa 和
232Th含量与土壤中相应核素含量呈显著正相关
(见图 1 ～ 4) ，表明芒萁对核素的富集作用受根系
图 1 芒萁地上部分和根部 Ｒa含量的相关性
Fig． 1 Ｒelationships of Ｒa contents in aboveground and un-
derground of Dicranopteris dichotoma
图 2 芒萁地上部分和土壤中 Ｒa含量的相关性
Fig． 2 Ｒelationships of Ｒa contents in aboveground of Dicran-
opteris dichotoma and soils
图 3 芒萁地上部分和根部 Th含量的相关性
Fig． 3 Ｒelationships of Th contents in aboveground and un-
derground of Dicranopteris dichotoma
48
第 2 期 宋 刚等:芒萁———一种新发现的226Ｒa和232Th富集植物
图 4 芒萁地上部分和土壤中 Th含量的相关性
Fig． 4 Ｒelationships of Th contents in aboveground of Dicran-
opteris dichotoma and soils
土壤中核素含量的影响． 芒萁地上部分 226Ｒa和
232Th含量普遍高于土壤和根部的含量，证明地上
部分对226Ｒa和232Th的富集作用．
2． 5 芒萁应用前景
芒萁广泛分布于广东等地，特别在花岗岩、紫
色砂页岩水土流失区分布广泛，且自然生长，具有
耐酸、耐瘠、适应性强等特点，既是亚热带酸性土
壤的指示植物，又是良好的水土保持植物［24］．芒萁
属于蕨类里白科植物，叶繁茂，根系发达． 根系由
根状茎和根组成，根状茎的直径为 2 ～ 4 mm;根很
细，呈簇状分布于根状茎上．无性繁殖(根状茎)的
能力很快，地上部分高 30 ～ 90 cm，生物量较大适
合刈割，有利于进行连续的植物提取修复．
根据野外调查和测量结果分析，芒萁基本满
足超富集植物的基本特征．另外，汪振立［25］和魏正
贵［26］等研究表明，芒萁对其它金属元素如稀土元
素也有明显的吸收富集作用，且其富集效应与金
属元素的存在状态和土壤地质条件有一定的相关
性．本研究初步表明，芒萁在修复大面积低浓度226
Ｒa和232Th污染的土壤方面有广阔的应用前景．但
是，芒萁富集放射性核素和重金属的富集机理、生
理生化作用等方面还值得深入研究．
3 结 论
芒萁地上部分和根部226Ｒa的平均含量分别为
248. 4 和 157. 8 Bq·kg －1，232 Th 的平均含量分别
为 679. 8 和 314. 3 Bq· kg －1 ． 相应的226 Ｒa 和
232Th的生物富集系数(BCF)平均值为 1. 88 和
2. 74，转移系数(TF)平均值为 1. 57 和 2. 02． 符合
超富集植物的基本特征．
本文虽获得了野生芒萁能富集226 Ｒa 和232 Th
的特征，但在高浓度226Ｒa 和232 Th 污染的土壤中是
否也具有超富集特征还没有试验证实．所以，有必
要模拟污染土壤开展种植试验，验证不同环境中
芒萁对226 Ｒa 和232 Th 的富集规律，同时开展芒萁
对226Ｒa 和232 Th 的吸收、富集、生理和生化等方面
的研究，以及利用芒萁进行复合污染土壤的环境
修复研究．
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Dicranopteris dichotoma:A newly found radium and
thorium-accumulating plant
SONG Gang，FENG Ying-si，ZHU Qiu-ping，LU Min-xing，CHEN Di-yun，CHEN Yong-heng
(a． School of Environmental Science ＆ Engineering;b． Key Laboratory of Water Safety ＆
Protection in the Pearl Ｒiver Delta;c． Ministry of Education ＆ Guangdong Province，Guangdong Provincial
Key Laboratory of Ｒadionuclides Pollution Control and Ｒesources，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China)
Abstract:It has conducted a series of field investigations in the background areas of the Pearl Ｒiver Delta re-
gion in Guangdong Province to search for natural radionuclides accumulating-plants for several years． The aver-
age specific activity of 226Ｒa and 232 Th in Dicranopteris dichotoma aboveground part were 248. 4 and 679. 8 Bq·
kg －1，and ranged from 118. 3 to 565. 6 Bq·kg －1，158. 3 to 2 272. 9 Bq·kg －1 respectively． The same as the
underground part (root)were 157. 8 and 314. 3 Bq·kg －1，and ranged from 103. 8 to 239. 8 Bq·kg －1，149. 3
to 563. 6 Bq·kg －1 respectively． The average bioconcentration factors (BCFs)of 226Ｒa and 232Th of D． dichoto-
ma were 1. 88 and 2. 74 respectively． Also the average translocation factors (TFs)were 1. 57 and 2. 02 respec-
tively． It has been discovered that D． dichotoma is radium and thorium-accumulating plant． D． dichotoma thus
provides us a new plant material to study the mechanism of natural radionuclides-accumulation and phytoremedi-
ation of the polluted soil．
Key words:Dicranopteris dichotoma;radium;thorium;bioconcentration factor;translocation factor
【责任编辑:陈 钢】
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