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Genetic Model of Several Plant-type Characters and Their Canonical Correlation with Ear-kernel Characters in Maize

玉米几个株型性状的遗传模型及其与穗粒性状的典型相关分析



全 文 : 
第 28 卷 第 6 期 作 物 学 报 V ol. 28, N o. 6
2002 年 11 月  829~ 834 页 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 829~ 834 N ov. , 2002
玉米几个株型性状的遗传模型及其与穗粒性状的典型相关分析Ξ
蔡一林 王久光 孙海燕 王国强
(西南农业大学农学系, 重庆 400716)
摘 要 以 10 个玉米自交系及其按 4×6 组配的 24 个杂交组合为材料, 研究了玉米 5 个株型性状的杂种优势, 遗传模
型, 遗传相关及其与穗粒性状的简单相关和典型相关。结果表明, 雄穗分枝数的平均杂种优势最大, 叶面积次之, 叶形
系数、叶夹角、叶向值则较小。叶形系数、叶夹角的遗传符合加性遗传模型; 叶向值、雄穗分枝数符合加性 显性遗
传模型, 前者为部分显性, 减效等位基因显性, 后者为超显性, 增效等位基因显性; 叶面积的遗传受加性 上位性效
应控制。株型性状间相关性较大的有: 叶面积与叶形系数 (rg= - 0. 7881) , 叶面积与雄穗分枝数 (rg= 0. 7047) , 叶形系
数与叶向值 (rg= - 0. 4281) , 叶形系数与雄穗分枝数 (rg= - 0. 6562) , 叶夹角与叶向值 (rg= 0. 7388)。株型性状与穗粒
性状组间的关联性主要是由叶面积、叶向值与穗长、行粒数、单株产量的相关引起。
关键词 玉米; 株型性状; 穗粒性状; 遗传模型; 典型相关
中图分类号: S513   文献标识码: A
Genetic M odel of Severa l Plan t- type Characters and The ir Canon ica l Correla tion
with Ear-kernel Characters in M a ize
CA I Yi2L in WAN G J iu2Guang SUN H ai2Yan WAN G Guo2Q iang
(D epartm ent of A g ronom y , S outhw est A g ricultural U niversity , Chongqing 400716, China)
Abstract A n experim en t w ith the augm en ted N CÊ design including 4×6 crosses and 10 m aize inbreds w as
conducted to investigate the heterosis, genetic model and geno type co rrelation of 5 p lan t2type characters asw ell
as the simp le co rrelation and canon ical co rrelation betw een p lan t2type characters and ear2kernel characters. T he
result show ed that the o rder in average heterosis w as tassel branch> leaf area> leaf shape coefficien t> leaf o ri2
en tation value> leaf angle. T he genetic model analysis indicated that additive modelw as adequate fo r leaf shape
coefficien t and leaf angle, and additive2dom inance model fo r leaf o rien tation value and tassel branch, and addi2
tive2ep istasis model fo r leaf area. Furthermore, decreasing allele w as partly dom inan t fo r leaf o rien tation value,
but increasing allele w as superly dom inan t fo r tassel branch. T he sign ifican t co rrelation ex isted in fo llow ing
p lan t2type characters: leaf area and leaf shape coefficien t ( rg = - 0. 7881) , leaf area and tassel branch ( rg = 0.
7047) , leaf shape coefficien t and leaf o rien tation value (rg= - 0. 4281) , leaf shape coefficien t and tassel branch
(rg= - 0. 6562) , leaf angle and leaf o rien tation value (rg= 0. 7388). T he relationsh ip betw een p lan t2type char2
acters and ear2kernel characters w as m ain ly due to the co rrelation betw een leaf area, leaf o rien tation value and
ear length, kernel num ber per row , yield per p lan t.
Key words M aize; P lan t2type character; Ear2kernel character; Genetic model; Canon ical co rrelation
  选育理想株型是玉米育种的重要目标之一, 掌
握株型性状的遗传规律则是株型育种的前提。一些
学者利用配合力分析法将株型性状的遗传控制区分
为加性效应和非加性效应[ 1~ 4 ], 只有少数学者按
M ather 和 J ink s 模型及莫惠栋方法检验株型性状的
遗传是否存在上位性效应[ 1, 5, 6 ]。不少学者也进行
了株型性状与产量的相关性分析[ 7~ 10 ]。由于各人所
用材料和所处环境各异, 研究结果不尽相同, 而且Ξ 基金项目: 重庆市农作物育种攻关项目 (20016651)资助。
作者简介: 蔡一林 (19582 ) , 男, 教授, 研究方向: 玉米遗传育种
Received on (收稿日期) : 2001207211, A ccep ted on (接受日期) : 2002201210

由于各人的侧重点不一样, 研究的性状也有差别。
本试验采用增广N CÊ 设计及分析, 对穗上叶平均
面积, 穗上叶叶向值等 5 个影响群体光合作用及通
风透光状况的重要株型性状进行加性, 加性 显
性及加性 显性 上位性效应遗传模型检验,
并利用典型相关分析法研究株型性状与穗粒性状间
的相关, 为玉米株型育种提供理论依据。
1 材料和方法
1. 1 材料及设计
1999 年选择株型性状差异较大的 10 个自交系
(082、502196、8531、095 作母本, 832、478、材 112
8、4822、C315、003 作父本) , 按 4×6 方式组配成
24 个杂交组合。2000 年将上年所配组合及其亲本
自交系按完全随机区组设计, 在西南农业大学教学
实习农场试验, 重复 3 次, 小区面积 0. 02 亩, 每小
区种 3 行, 行距 1m , 每行种 10 穴, 穴距0. 444 m ,
每穴双株定苗, 折每 667m 2 密度 3000 株。灌浆初
期, 在每小区中间一行选定 10 株, 调查雄穗分枝数
(X 5) , 穗上每片叶的全长 (L ) , 叶基至最高点的距
离 (L f ) , 叶片与水平面的夹角 (X 3) , 叶片的最大宽
度 (W ) , 并分别按下式计算穗上叶平均面积 (简称
叶面积, X 1) , 穗上叶叶向值 (简称叶向值, X 4) 和
穗上叶平均叶形系数 (简称叶形系数, X 2 )。成熟
时, 每小区收获已选定的 10 株果穗, 晒干后考查穗
长 (X 6) , 秃尖长 (X 7) , 穗行数 (X 8) , 行粒数 (X 9) ,
百粒重 (X 10)和单株产量 (X 11)。
叶面积= 2 (L ×W × 0. 75) ön
叶向值= 2X 3 (L f öL ) ön
叶形系数= 2 (L öW ) ön
式中 n 为穗上叶片数。
1. 2 统计分析
杂种优势分析按平均优势法进行[ 11 ] , 其计算公
式为:
平均优势 (% ) = 100 (F - M P ) öM P
式中 F 为杂种一代性状均值, M P 为双亲性状平均
值。
表现型相关、遗传型相关及环境型相关分析按
方差 协方差分析法进行[ 12 ]。
遗传模型分析按莫惠栋 1991 年提出的方法进
行[ 13 ]。
典型相关分析按D PS 程序进行[ 14 ]。
2 结果与分析
2. 1 株型性状的杂种优势
株型性状的平均优势如表 1。
表 1  株型性状的平均优势 (% )
Table 1  Average heterosis(% ) of plant- type characters
项目
Item
叶面积
L eaf area
叶形系数
L eaf shape coefficient
叶夹角
L eaf angle
叶向值
L eaf orientation value
雄穗分枝数
Tassel branch
平均值 M ean 19. 12 3. 96 - 0. 27 - 3. 84 44. 21
变异系数
Coefficient of variability
10. 17 6. 13 5. 35 9. 63 18. 36
  由表 1 可知, 各组合优势平均值及变异系数以
雄穗分枝数最大, 叶面积次之, 表明这两个性状的
杂种优势较大, 但不同组合间差异也较大。叶形系
数, 叶夹角和叶向值的杂种优势较小或无优势, 而
且不同组合间变化不大, 一般是杂种一代倾向于叶
形系数大、叶夹角及叶向值小的亲本。
2. 2 株型性状的遗传模型
各株型性状的方差分析结果 (表 2) 中, 绝大多
数 F 值达到显著或极显著水平, 表明这些株型性状
存在着普遍的遗传差异, 可进一步作遗传模型测
验, 结果如表 3。在表 3 中, 如果Ho∶Β= 0 被否定
(线性回归显著) , 而Ho∶Β= 1 被接受 (与 1 差异不
显著) , 就可推断性状符合加性 显性模型, 这
时可进一步测验HO∶p q= uv , 若Ho∶p q= uv 被否
定, 可推断母、父本的增减效等位基因频率不同。
如果Ho∶Β= 0 被接受或ö和 Ho∶Β= 1 被否定, 表
明该性状不符合加性 显性遗传模型, 这时有两
种可能: ① 不存在显性效应, ② 除加性、显性效应
外, 还有上位性效应。
  由表 3 知, 叶向值、雄穗分枝数两性状的Ho∶Β= 0 被否定, 而 Ho∶Β= 1 被接受, 表明此两性状
符合加性 显性遗传模型。又由 Ho∶p q= uv 的
显著性知, 控制叶向值的增减效等位基因频率在母、
父本间不等。叶面积Ho∶Β= 0被接受, 叶形系数
Ho∶Β= 0 被 接 受 和Ho∶Β= 1 被 否 定, 叶 夹 角
Ho∶Β= 1被否定, 表明这三性状不符合加性 显
038                     作  物   学  报                    28 卷

表 2  株型性状方差分析的 F 值
Table 2  F value of ANOVA for plant- type characters
变异来源
Source of variation
叶面积
L eaf area
叶形系数
L eaf shape coefficient
叶夹角
L eaf angle
叶向值
L eaf orientation value
雄穗分枝数
Tassel branch
基因型 Genotypes 7. 053 3 9. 393 3 4. 463 3 14. 553 3 8. 793 3
亲本 Parents 7. 963 3 13. 213 3 7. 403 3 27. 593 3 8. 663 3
母本 Fem ale parents 2. 10 17. 373 3 5. 153 3 10. 243 3 15. 213 3
父本 M ale Parents 5. 373 3 13. 353 3 7. 873 3 32. 413 3 3. 523 3
母对父 Fem ale vs. m ale 38. 543 3 0. 03 11. 783 3 55. 503 3 14. 993 3
杂种 Hybrids 5. 013 3 7. 813 3 3. 493 3 9. 993 3 6. 593 3
由于母 Due to fem ales 9. 453 3 32. 983 3 8. 973 3 11. 363 3 10. 893 3
由于父 Due to m ales 6. 173 3 11. 533 3 6. 663 3 30. 883 3 16. 033 3
母×父 Fem ales×m ales 55. 863 3 22. 913 3 20. 193 3 2. 753 3 38. 783 3
亲本对杂种 Parent vs. hybrid 45. 963 3 11. 433 3 0. 17 2. 19 60. 513 3
  3 5% 水平上显著, 3 3 1% 水平上显著; 下同。
  3 and 3 3 , Significant at the 5% and 1% levels, respectively; the sam e below.
表 3  株型性状的遗传模型测验
Table 3  Test of genetic model for plant- type characters
项目
Item
叶面积
L eaf area
叶形系数
L eaf shape coefficient
叶夹角
L eaf angle
叶向值
L eaf orientation value
雄穗分枝数
Tassel branch
b 0. 4243 0. 1459 0. 5462 0. 8458 0. 6210
Sb 0. 3762 0. 1605 0. 0906 0. 1454 0. 2140
t1 (Test Ho: Β= 0) 1. 128 0. 909 6. 0293 3 5. 8173 3 2. 9003
t2 (Test Ho: Β= 1) 1. 530 5. 3203 3 5. 0093 1. 061 1. 771
F (Test Ho: pq= uv) 0. 288 2. 570 2. 263 30. 7803 3 3. 472
表 4  测验 Ho: h= 0, Ho: I= 0 的 F 值
Table 4  F value for testing Ho: h= 0 and Ho: I= 0
项目
Item
叶面积
L eaf area
叶形系数
L eaf shape coefficient
叶夹角
L eaf angle
Ho: h= 0 1. 13 2. 54 2. 23
Ho: I= 0 6. 143 3 2. 95 1. 82
性遗传模型, 需进一步测验显性, 上位性是否存
在, 结果于表 4。
  由表 4 知, 除叶面积的上位性极显著外, 其余
性状的显性, 上位性效应均不显著, 表明叶面积的
遗传符合加性 上位性遗传模型, 而叶形系数、
叶夹角则为加性遗传模型。
对于符合加性 显性遗传模型的叶向值和雄
穗分枝数的显性性质和显性方向作进一步分析, 结
果于表 5。
表 5  性状的显性性质与显性方向分析
Table 5  Dom inant property and direction for characters
项目
Item
叶向值
L eaf orientation value
雄穗分枝数
Tassel branch
W r- V r 2. 03 - 3. 14
r 0. 7843 3 - 0. 6933
  由表 5 知, 叶向值的 (W r- V r) > 0, 相关系数
( r= 0. 784) 达极显著正相关, 表明叶向值显性的平
均性质为部分显性, 显性方向为减效等位基因显
性。雄穗分枝数的 (W r- V r) < 0 及显著的负相关
(r= - 0. 693)则表明雄穗分枝数显性的平均性质为
超显性, 但不同组合可变异从部分显性至超显性,
显性方向为增效等位基因显性。
综上所述, 叶夹角、叶形系数符合加性遗传模
型; 叶面积符合加性 上位性遗传模型; 叶向值
符合加性 显性遗传模型, 显性的平均性质为部
分显性, 显性方向为减效等位基因显性; 雄穗分枝
数符合加性 显性遗传模型, 显性的平均性质为
超显性, 增效等位基因显性。
2. 3 株型性状间的相关
株型性状间的表现型相关系数 ( rp )、遗传型相
关系数 ( rg)及环境型相关系数 ( re)列于表 6。
  由表 6 可知, 叶面积与叶夹角、叶向值的相关
系数较小, 表明叶片大小与株型的紧凑程度没有本
质的联系; 叶形系数与叶夹角的相关性较小, 但与
叶向值有较大的遗传负相关, 即叶片越细窄, 叶向
值越小; 叶夹角、叶向值与雄穗分枝数相关性较
小, 但叶面积、叶形系数与雄穗分枝数有较大的遗
1386 期          蔡一林等: 玉米几个株型性状的遗传模型及其与穗粒性状的典型相关分析          

传相关, 但方向相反, 即叶面积越大, 叶片越短宽,
雄穗分枝数越多; 叶面积与叶形系数有较大的遗传
负相关, 而叶夹角与叶向值有较大正相关。
表 6  株型性状间的相关系数
Table 6  Correlation coeff ic ien t among plant- type characters
项目
Item
叶形系数
L eaf shape
coefficien t
叶夹角
L eaf
angle
叶向值
L eaf o rien tation
value
雄穗分枝数
Tassel
branch
叶面积 rp - 0. 5864 - 0. 1359 - 0. 2127 0. 5033
L eaf area rg - 0. 7881 - 0. 2108 - 0. 1849 0. 7047
re - 0. 1921 0. 0046 - 0. 3178 0. 0800
叶形系数 rp - 0. 0273 - 0. 3109 - 0. 5479
L eaf shape rg - 0. 1511 - 0. 4281 - 0. 6562
coefficien t re 0. 2131 0. 0388 - 0. 3117
叶夹角 rp 0. 7136 - 0. 1714
L eaf angle rg 0. 7388 - 0. 3881
re 0. 7034 0. 2825
叶向值 rp - 0. 0255
L eaf o rien ta2 rg - 0. 0818
tion value re 0. 1675
  综上所述可以看出, 叶片的大小、雄穗分枝数
的多少并不影响株型的紧凑程度, 而叶片的形状则
对株型的紧凑程度产生一定的影响。
2. 4 株型性状与穗粒性状的相关
2. 4. 1 简单相关  株型性状与穗粒性状的表现
型相关系数、遗传型相关系数及环境型相关系数列
于表 7。
从表 7 知, 所有性状间的环境相关系数均较
小, 表现型相关系数与遗传型相关系数的符号基本
一致, 但遗传型相关系数更能反映性状间的本质联
系。根据遗传型相关系数看出, 雄穗分枝数仅与百
粒重有较大正相关, 而与其他穗粒性状的相关性则
较小。叶夹角仅与秃尖长有较大负相关, 叶形系数只
与秃尖长、穗行数有较大正相关。与穗粒性状相关最
密切的是叶面积和叶向值。叶向值与秃尖长、穗行
数、百粒重及单株产量有较大负相关, 而叶面积与穗
长、行粒数、百粒重及单株产量有较大正相关。
表 7  株型性状与穗粒性状的相关系数
Table 7  Correlation coeff ic ien t between plant- type characters and ear-kernel characters
项目
Item
穗长
Ear length
秃尖长
Barren tip
length
穗行数
Row num ber
per ear
行粒数
Kernel num ber
per row
百粒重
1002grain
w eigh t
单株产量
Yield per
p lant
叶面积 rp 0. 6690 - 0. 1460 - 0. 0705 0. 4336 0. 3455 0. 6778
L eaf area rg 0. 8354 - 0. 2351 - 0. 1273 0. 6003 0. 5191 0. 9085
re 0. 1861 0. 1072 0. 1088 - 0. 2116 - 0. 0237 - 0. 0261
叶形系数 rp 0. 0833 0. 4168 0. 4977 0. 1283 - 0. 3145 0. 1025
L eaf shape rg 0. 1160 0. 5491 0. 5662 0. 1287 - 0. 3236 0. 1118
coefficient re - 0. 0248 0. 0372 0. 3164 0. 1732 - 0. 2952 0. 0815
叶夹角 rp - 0. 1443 - 0. 3386 - 0. 1613 0. 1056 - 0. 3855 - 0. 2061
L eaf angle rg - 0. 2350 - 0. 5906 - 0. 2354 0. 1417 - 0. 4025 - 0. 2207
re 0. 1506 0. 3775 0. 0620 - 0. 0281 - 0. 3515 - 0. 1869
叶向值 rp - 0. 2044 - 0. 5033 - 0. 6019 0. 0715 - 0. 3804 - 0. 3792
L eaf orientation rg - 0. 2501 - 0. 6496 - 0. 6949 0. 0866 - 0. 4077 - 0. 4134
value re 0. 0570 0. 2058 - 0. 1015 - 0. 0419 - 0. 3050 - 0. 1870
雄穗分枝数 rp 0. 1964 0. 0091 - 0. 2377 - 0. 0552 0. 3800 0. 1236
Tassel rg 0. 2526 - 0. 0122 - 0. 2822 - 0. 0777 0. 5321 0. 1338
branch re - 0. 0049 0. 0802 - 0. 0919 0. 0517 0. 0159 0. 0965
  综上所述, 株型越紧凑, 单株产量越低, 但秃
尖长越短。穗上叶平均面积越大, 单株产量越高,
而且叶面积的大小与株型的紧凑程度无关。为此,
在培育紧凑株型时, 可保持较大的穗上叶平均面
积。这样既能有较大的单株生产力, 又能增加群体
密度, 从而达到提高单产的目的。
2. 4. 2 典型相关  株型性状与穗粒性状组间的
典型相关系数计算结果列于表 8。
  由表 8 知, 株型性状与穗粒性状的 5 个典型相
关系数中, 前 3 个较大且极显著, 后 2 个较小且不
显著, 前 3 个相关系数所包含的相关信息占两组变
量间总相关信息的 79. 9%。为此, 对前 3 对典型变
量的系数进行分析就能基本上反映这两组变量间相
关的主要信息。分析前 3 对典型变量的构成 (表 9)
238                     作  物   学  报                    28 卷

可知, U 1 中 X 1 (叶面积) 的系数明显大于其他性状
的系数, V 1 中 X 6 (穗长) 的系数明显大于其他性状
的系数, 这说明第一对典型变量的相关主要是由于
叶面积与穗长的相关引起的。U 2 中以 X 4 (叶向值)
的系数较大, V 2 中 X 9 (行粒数) 的系数明显大于其
它性状的系数, 这说明第二对典型变量的相关主要
是由叶向值和行粒数的相关引起的。U 3 中以X 4 (叶
向值)和X 1 (叶面积)的系数较大, V 3 中以X 11 (单株
产量) 的系数最大, 表明第三对典型变量的相关主
要是由叶向值、叶面积和单株产量的相关引起的。
表 8  株型性状与穗粒性状的典型相关系数
Table 8  Canon ica l correlation coeff ic ien t for plant- type
characters and ear-kernel characters
典型相关系数
Canonical co rrelation
coefficien t (Κi) 卡方统计量ς2 自由度df 显著水平Α Κ2i2Κ2i
0. 9207 85. 2004 30 0. 0000 0. 3081
0. 8805 50. 0798 20 0. 0002 0. 2818
0. 7590 24. 5617 12 0. 0170 0. 2094
0. 7289 10. 9072 6 0. 0913 0. 1931
0. 1449 0. 2706 2 0. 8711 0. 0076
表 9  株型性状与穗粒性状前 3 对典型变量的构成
Table 9  F irst 3-pa irs canon ica l var iables for plant-
type characters and ear-kernel characters
U 1= 0. 9010X 1+ 0. 3472X 2- 0. 1673X 3- 0. 1614X 4+ 0. 1171X 5
V 1= 0. 8910X 6+ 0. 0875X 7+ 0. 0798X 8- 0. 3226X 9+ 0. 2948X 10
+ 0. 0341X 11
U 2= - 0. 3231X 1+ 0. 6146X 2+ 0. 2885X 3- 0. 6574X 4
+ 0. 0482X 5
V 2= - 0. 3914X 6+ 0. 3639X 7+ 0. 2393X 8+ 0. 7591X 9
+ 0. 1514X 10- 0. 2409X 11
U 3= 0. 5686X 1+ 0. 3453X 2- 0. 0788X 3+ 0. 5769X 4- 0. 4675X 5
V 3= - 0. 4649X 6+ 0. 0699X 7- 0. 2341X 8+ 0. 0295X 9
- 0. 4648X 10+ 0. 7123X 11
  综合前三对典型变量的分析结果看出, 株型性
状与穗粒性状组间的相关主要是由于株型性状中的
叶面积、叶向值和穗粒性状中的穗长、行粒数, 单
株产量的相关引起的, 这与简单相关分析结果基本
一致。
3 讨论
雄穗分枝数具有最大正向平均优势, 符合加
性 显性遗传模型, 显性性质为超显性, 显性方
向为增效等位基因显性, 它与穗粒性状基本不相
关。因此, 玉米杂交种及其亲本自交系, 应在满足
授粉的条件下, 尽量减少雄穗分枝数, 以避免分枝
过多既遮光, 又消耗养分的不利影响。
叶形系数具较小的正向平均优势, 一般杂交种
的叶形系数在两亲本之间, 并略倾向于大值亲本,
其遗传主要受加性效应控制。在自交系的选育中,
可提早对叶形系数进行选择改良。由于叶形系数与
主要穗粒性状相关性较小, 可以选择叶片较细窄的
亲本杂交, 使杂交种叶片变得较细窄, 改善群体通
风透光状况。
叶夹角的杂种优势十分微弱, 受加性基因效应
控制。因此, 要改良杂交种叶片着生角度的大小,
必须注意亲本自身性状的选择, 只有两亲本平均茎
叶夹角小, 才能组配出茎叶夹角小的杂交种。同
时, 茎叶夹角的改良不会对单株产量产生影响。
叶向值是株型性状中最重要的性状之一, 它是
玉米株型紧凑程度的综合体现。本试验中, 叶向值
表现为负向平均优势, 受加性 显性效应控制,
显性性质为部分显性, 显性方向为减效等位基因显
性。因此, 在紧凑株型育种中, 宜选用株型紧凑的
两个亲本杂交以获得株型紧凑的杂交种。由于叶向
值只与叶夹角有较大正相关, 在对株型紧凑程度进
行改良时, 不会对其它株型性状如叶面积产生影
响。简单相关分析和典型相关分析均表明叶向值与
穗粒性状有非常密切的关系, 因此, 在对叶向值进
行改良时, 必须注意穗粒性状的相应变化, 充分协
调个体和群体的矛盾。
叶面积具有较大的正向平均优势, 符合加
性 上位性遗传模型, 与穗长、行粒数、百粒重
及单株产量有极显著正相关关系, 而且是株型性状
与穗粒性状典型相关的主要性状。因此, 在育种中
要特别重视叶面积的改良。根据杂种优势是利用了
位点间相互搭配的上位性, 通过群体改良积累优良
的位点间搭配以后的自交系的组配, 可提高育种水
平。
株型性状与穗粒性状在关联性上起作用的主要
是叶面积、叶向值、穗长、单株产量等性状, 重视
这些性状的选择, 对实现玉米高产、紧凑的育种目
标具有重要价值。
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