Crops ›› 2021, Vol. 37 ›› Issue (5): 211-218.doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2021.05.032

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Diversity Analysis of Seed Vigor-Related Traits of Spring Soybean Landraces in North China

Guo Yuqi(), Wang Caijin, Wang Yang()   

  1. Department of Modern Agriculture and Ecological Environment, Heilongjiang University, Harbin 150080, Heilongjiang, China
  • Received:2021-05-30 Revised:2021-07-20 Online:2021-10-15 Published:2021-10-14
  • Contact: Wang Yang E-mail:253575235@qq.com;2004084@hlju.edu.cn

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188

Abstract:

In this study, ten vigor-related traits, including seedling fresh weight, seedling height, hypocotyl length, germination rate, germination potential and germination index were analysed in 104 northern spring soybean landraces, and diversity analysis was carried out. The results showed that there were abundant genetic variations in seed vigor-related traits of soybean landraces. The coefficients of variation among different traits were from 17.65% to 35.42%, of which the coefficient of variation of germination potential was the largest, which was 35.42%, and the coefficient of variation of hypocotyl length was the smallest, which was 17.65%. Correlation analysis showed that, except the hypocotyl length was negatively correlated with root volume, root surface area and total root length, there were significant or extremely significant positive correlations among the other traits. Cluster analysis divided 104 soybean local resources into four groups, group III had the largest mean values of seedling fresh weight, seedling height, hypocotyl length, germination rate, germination potential, germination index, and main root length, group IV had the largest mean values of total root length, root volume, and root surface area. The cumulative contribution rate of the first four principal components in principal component analysis reached 87.854%. The first principal component reflected the robustness of the soybean root system; the second principal component reflected the germination speed; the third principal component reflected the elongation ability of the above-ground part; the fourth principal component reflected the elongation ability of the underground part. The membership function value divided 104 materials into three categories according to their vigor, and selected eight highly vigorous landraces (Baoxiandou, Tangyuantujiazi, Huangdou, Baoqingxiaojinhuang, Helongyoutai, Fujinsilihuang, Niumaohuang, and Wangqingshenxiandong) which can be used as parent materials for breeding highly vigorous soybean varieties.

Key words: Soybean, Landrace, Seed vigor traits, Diversity analysis

Table 1

Number and name of tested soybean landraces"

编号
Number		 名称
Name		 来源
Source		 编号
Number		 名称
Name		 来源
Source
1 九台猪眼豆 吉林 53 克旗小黑豆 内蒙古
2 白露豆 吉林 54 快豆 黑龙江
3 小金黄 吉林 55 苗圃 黑龙江
4 安达白眉 黑龙江 56 茶色豆 吉林
5 小白脐 辽宁 57 黑豆 辽宁
6 伊通绿大豆 吉林 58 牛毛黄 辽宁
7 通化平顶黄 吉林 59 铁荚青 吉林
8 四粒黄 吉林 60 青扎豆 内蒙古
9 汪清神仙洞 吉林 61 白秣食豆 吉林
10 黄豆 吉林 62 保险豆 黑龙江
11 安图黑色大豆 吉林 63 黑脐大豆 黑龙江
12 海伦嘟噜豆 黑龙江 64 蓑衣领 黑龙江
13 宁安小黑脐 黑龙江 65 青皮四粒黄 黑龙江
14 绥卫土丝子 黑龙江 66 白花矬 吉林
15 蛟河紫花小白豆 吉林 67 黄壳 辽宁
16 临江灰毛豆 吉林 68 白毛子 辽宁
17 满地金 黑龙江 69 小白眉 吉林
18 一窝蜂 吉林 70 金黄豆 黑龙江
19 大粒黄 吉林 71 褐脐丰地黄 吉林
20 爱辉本地种 黑龙江 72 嘟噜豆 吉林
21 九台无限白花 吉林 73 抚松有限白花 吉林
22 天鹅蛋 辽宁 74 安图白花绿大豆 吉林
23 安图黑豆 吉林 75 方正白露豆 黑龙江
24 逊克小秧豆 黑龙江 76 双小金黄 吉林
25 满仓金 辽宁 77 铁荚 辽宁
26 辉南牛毛黄 吉林 78 长白小黄豆 吉林
27 大金黄 吉林 79 宝清小金黄 黑龙江
28 辉南紫花黑豆 吉林 80 宝清大白眉 黑龙江
29 小黄壳 吉林 81 蛟河小黑豆 吉林
30 荆山扑 黑龙江 82 伊通满仓金 吉林
31 蛟河天鹅蛋 吉林 83 汤原秃荚子 黑龙江
32 抚松花嘟噜豆 吉林 84 安图小黑豆 吉林
33 四粒黄（农16） 黑龙江 85 汤原猴顶奎 黑龙江
34 白脐小金黄 黑龙江 86 黄金塔 吉林
35 元宝金 黑龙江 87 辉南紫花小黑豆 吉林
36 一窝猴 辽宁 88 四粒黄（农27） 黑龙江
37 兔眼豆 吉林 89 大白眉 吉林
38 平顶香 吉林 90 富锦四粒黄 黑龙江
39 和龙油太 吉林 91 克山大金黄 黑龙江
40 白露豆（小白花） 黑龙江 92 临江大黄豆 吉林
41 前郭尖叶褐荚豆 吉林 93 白铁荚青 辽宁
42 铁荚四粒黄 吉林 94 白铁荚 辽宁
43 海龙丰地黄 吉林 95 青磨石豆 辽宁
44 扁大粒 吉林 96 青豆 辽宁
45 小猪腰 黑龙江 97 青皮豆 辽宁
46 永丰豆 黑龙江 98 关石锁大豆 黑龙江
47 舒兰大叶黄金塔 吉林 99 辉南白花铁荚 吉林
48 小灰脐 黑龙江 100 玉石豆 辽宁
49 崩皮 吉林 101 牛毛青 辽宁
50 小黑脐 吉林 102 黄毛豆 辽宁
51 小洋豆 吉林 103 缩尖豆 辽宁
52 黑滚豆 辽宁 104 白皮子 辽宁

Table 2

Statistical description of ten seed vigor-related traits of soybean landraces"

性状
Trait		 最大值
Max.		 最小值
Min.		 平均值
Mean		 标准差
SD		 极差
Range		 变异系数
CV (%)		 遗传多样性指数
H′
苗鲜重Seedling fresh weight (g) 3.34 0.94 1.78 0.36 2.40 19.93 1.90
苗高Seedling height (cm) 13.05 4.05 8.87 1.68 9.00 18.95 2.08
下胚轴长Hypocotyl length (cm) 12.97 5.11 8.75 1.54 7.85 17.65 2.03
发芽率Germination rate (%) 100.00 28.00 78.30 19.00 72.00 24.27 1.87
发芽势Germination potential (%) 98.00 8.00 59.90 21.22 90.00 35.42 2.02
发芽指数Germination index (%) 16.58 3.69 12.07 3.19 12.89 26.41 1.94
总根长Total root length (cm) 285.78 44.62 138.58 47.37 241.16 34.18 1.99
根体积Root volume (cm3) 1.15 0.35 0.67 0.18 0.80 26.28 2.02
根表面积Root surface area (cm2) 53.12 11.89 28.77 8.01 41.22 27.84 2.06
主根长Main root length (cm) 30.03 9.64 17.60 4.23 20.39 24.02 2.06

Table 3

Correlation analysis of phenotypic traits of soybean landraces"

性状
Trait		 苗鲜重
Seedling
fresh weight		 苗高
Seedling
height		 下胚轴长
Hypocotyl
length		 发芽率
Germination
rate		 发芽势
Germination
potential		 发芽指数
Germination
index		 总根长
Total root
length		 根体积
Root
volume		 根表面积
Root surface
area		 主根长
Main root
length
苗鲜重Seedling fresh weight 1
苗高Seedling height 0.492** 1
下胚轴长Hypocotyl length -0.037 0.111 1
发芽率Germination rate 0.471** 0.430** 0.076 1
发芽势Germination potential 0.439** 0.633** 0.080 0.824** 1
发芽指数Germination index 0.476** 0.517** 0.090 0.980** 0.916** 1
总根长Total root length 0.526** 0.437** -0.197* 0.304** 0.425** 0.350** 1
根体积Root volume 0.629** 0.278** -0.300** 0.505** 0.442** 0.502** 0.683** 1
根表面积Root surface area 0.611** 0.387** -0.283** 0.413** 0.450** 0.437** 0.930** 0.898** 1
主根长Main root length 0.343** 0.233* -0.087 0.335** 0.360** 0.353** 0.724** 0.511** 0.679** 1

Fig.1

The cluster map of soybean germplasm resources based on 10 seed vigor-related traits"

Table 4

Diversity analysis of seed vigor-related traits of soybean groups"

性状
Trait		 类群ⅠGroupⅠ 类群ⅡGroupⅡ 类群Ⅲ Group Ⅲ 类群Ⅳ Group Ⅳ
遗传多样
性指数
H′		 均值
Mean		 变异
系数
CV (%)		 遗传多样
性指数
H′		 均值
Mean		 变异
系数
CV (%)		 遗传多样
性指数
H′		 均值
Mean		 变异
系数
CV (%)		 遗传多样
性指数
H′		 均值
Mean		 变异
系数
CV (%)
苗鲜重Seedling fresh weight (g) 1.31 1.26 26.23 1.38 1.78 16.20 1.04 2.09 8.81 2.03 2.05 8.18
苗高Seedling height (cm) 1.93 5.32 33.26 2.02 8.96 15.75 1.39 11.69 10.52 1.81 8.64 9.48
下胚轴长Hypocotyl length (cm) 1.93 8.37 12.48 1.94 8.77 17.86 1.39 10.64 7.30 1.77 7.44 13.27
发芽率Germination rate (%) 1.78 40.08 29.09 1.86 82.13 17.07 1.39 83.75 8.46 1.81 80.73 19.45
发芽势Germination potential (%) 1.61 16.08 39.83 1.90 62.89 26.93 1.39 76.25 15.86 1.86 62.07 29.27
发芽指数Germination index (%) 1.59 5.33 28.72 1.92 12.66 18.52 1.39 13.53 10.49 1.81 12.45 21.53
总根长Total root length (cm) 1.67 82.02 34.68 1.93 128.03 20.41 1.39 207.51 18.53 1.86 211.85 16.10
根体积Root volume (cm3) 1.82 0.44 17.95 2.07 0.65 21.84 0.56 0.70 7.58 1.86 0.89 15.95
根表面积Root surface area (cm2) 1.78 18.16 25.84 2.08 27.21 18.31 1.39 35.41 8.97 2.12 41.30 14.09
主根长Main root length (cm) 1.74 13.49 19.46 1.73 17.28 19.36 1.39 24.38 16.68 1.62 22.00 14.45
平均值Mean 1.72 – 26.75 1.88 – 19.22 1.27 – 11.32 1.86 – 16.17

Table 5

Principal component analysis of phenotypic traits of soybean landraces"

性状Trait 主成分Component
1 2 3 4
苗鲜重Seedling fresh weight 0.724 -0.051 0.115 -0.434
苗高Seedling height 0.623 0.308 0.309 -0.476
下胚轴长Hypocotyl length -0.109 0.593 0.689 0.199
发芽率Germination rate 0.769 0.497 -0.286 0.177
发芽势Germination potential 0.797 0.482 -0.111 0.053
发芽指数Germination index 0.807 0.520 -0.234 0.143
总根长Total root length 0.789 -0.457 0.264 0.048
根体积Root volume 0.812 -0.354 -0.178 -0.032
根表面积Root surface area 0.859 -0.468 0.062 0.010
主根长Main root length 0.658 -0.347 0.271 0.483
特征值Eigenvalue 5.256 1.873 0.911 0.746
贡献率Contribution rate (%) 52.560 18.727 9.111 7.455
累积贡献率
Accumulated contribution rate (%)		 52.560 71.287 80.398 87.854

Table 6

Classification and percentage of seed vigor traits of tested soybean materials"

种子活力
Seed vigor		 D值区间
D-value
interval		 种子份数
Number
of seeds		 占比
Percentage
(%)
低活力Low vigor [0.1,0.4) 31 29.81
中等活力Medium vigor [0.4,0.7) 65 62.50
高活力High vigor [0.7,1.0) 8 7.69

Table 7

Description of related traits of high seed vigorous soybean landraces"

编号
Number		 名称
Name		 类群
Group		 苗鲜重
Seedling fresh
weight (g)		 苗高
Seedling
height (cm)		 下胚轴长
Hypocotyl
length (cm)		 发芽率
Germination
rate (%)		 发芽势
Germination
potential (%)		 发芽指数
Germination
index (%)		 总根长
Total root
length (cm)		 根体积
Root volume
(cm3)		 根表面积
Root surface
area (cm2)		 主根长
Main root
length (cm)
9 汪清神仙洞 Ⅳ 2.39 9.51 6.94 96.00 80.00 15.13 285.78 1.07 53.12 26.42
10 黄豆 Ⅳ 1.93 9.00 5.11 97.00 87.00 15.59 210.48 1.04 44.06 20.66
39 和龙油太 Ⅲ 1.94 9.75 10.52 95.00 94.00 15.75 248.32 0.73 38.94 30.03
58 牛毛黄 Ⅳ 2.01 8.94 8.65 88.00 78.00 14.15 242.05 0.96 46.57 17.87
62 保险豆 Ⅳ 2.24 9.50 7.31 59.00 51.00 9.41 281.81 0.92 49.40 20.62
79 宝清小金黄 Ⅳ 1.81 9.13 6.49 100.00 90.00 16.18 178.37 1.07 42.36 22.67
83 汤原秃荚子 Ⅳ 2.06 7.49 6.75 100.00 56.00 14.71 188.46 0.98 41.38 22.34
90 富锦四粒黄 Ⅳ 2.26 7.96 8.08 70.00 44.00 10.37 221.55 1.15 47.99 25.36
[1] 杨莹. 中国野生大豆与地方品种群体对斜纹夜蛾抗生性的评价和遗传解析. 南京:南京农业大学, 2016.
[2] 范虎, 文自翔, 王春娥, 等. 中国野生大豆群体农艺加工性状与SSR关联分析和特异材料的遗传构成. 作物学报, 2013, 39(5):775-788.
[3] 狄胜强, 陈力强, 魏长平, 等. 甘肃大豆地方品种农艺性状的分布模式. 大豆科学, 2018, 37(1):67-74.
[4] 杨守臻, 李初英, 陈怀珠, 等. 广西春大豆地方品种农艺性状鉴定及聚类分析. 广西农业科学, 2005, 36(1):71-74.
[5] 张彩英, 段会军, 常文锁, 等. 大豆遗传资源农艺性状的鉴定和筛选. 中国农学通报, 2004, 20(5):115-117,121.
[6] 李艳花, 杜成章, 陈红, 等. 重庆大豆地方资源多样性评价及群体表型特点研究. 植物遗传资源学报, 2013, 14(6):1025-1030.
[7] 李明松, 吕美琴, 康蓉蓉, 等. 福建省春大豆种质资源的形态多样性研究. 福建农业学报, 2014, 29(3):214-219.
[8] 张振宇, 韩旭东, 郭泰, 等. 东北优质大豆品种的遗传多样性分析. 农学学报, 2015, 5(6):15-20.
[9] 何琳, 何艳琴, 刘业丽, 等. 2012年北方春大豆国家区试大豆品种纯度鉴定、分子ID构建及遗传多样性分析. 中国农学通报, 2014, 30(18):277-282.
[10] Sun Q, Wang J, Sun B. Advances on seed vigor physiological and genetic mechanisms. Agricultural Sciences in China, 2007, 6(9):1060-1066.
doi: 10.1016/S1671-2927(07)60147-3
[11] Kolchinskil E M, Schuch L O B, Peske S T. Seeds vigor and intra-specific compettion in soybean. Ciência Rural, 2005, 35(6):1248-1256.
doi: 10.1590/S0103-84782005000600004
[12] 郑光华, 史忠礼, 赵同芳, 等. 实用种子生理学. 北京: 农业出版社, 1990: 145.
[13] Wang Z, Wang J, Bao Y, et al. Quantitative trait loci controlling rice seed germination under salt stress. Euphytica, 2011, 178(3):297-307.
doi: 10.1007/s10681-010-0287-8
[14] 颜启博, 毕辛华. 国际种子检验规程. 国际种子检验协会修订. 北京: 技术标准出版社, 1980.
[15] 丁银灯, 胡相伟, 聂石辉, 等. 谷子种质资源表型及SSR遗传多样性分析. 植物遗传资源学报, 2018, 19(6):1210-1221.
[16] 聂石辉, 彭琳, 王仙, 等. 鹰嘴豆种质资源农艺性状遗传多样性分析. 植物遗传资源学报, 2015, 16(1):64-70.
[17] Keylock C J. Simpson diversity and the Shannon-Wiener index as special cases of a generalized entropy. Oikos, 2005, 109(1):203-207.
doi: 10.1111/oik.2005.109.issue-1
[18] 刘铎. 紫花苜蓿(Medicago sativa L.)品种耐碱性生理差异及硅诱抗效应. 北京:中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所), 2018.
[19] 杨学乐, 何录秋, 张璐, 等. 湖南芝麻种质资源农艺性状的遗传多样性. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2019, 45(6):577-582.
[20] 陆育生, 林志雄, 邱继水, 等. 黄皮种质资源果实性状多样性分析及其数量分类研究. 园艺学报, 2016, 43(10):1903-1915.
[21] 张新草, 薛项潇, 姜深, 等. 大豆种质发芽期耐盐碱性鉴定及指标筛选. 西北农业学报, 2020, 29(3):374-381.
[22] 成亮, 张义茹, 贾亚涛, 等. 山西名优品牌小米米色及挥发性香味物质分析. 分子植物育种, 2019, 17(10):3340-3347.
[23] 张建成, 王辉. 不同成熟度花生种子发芽率及活力差异性研究. 种子, 2005, 24(1):3-4.
[24] 王显国, 韩建国, 陈志红, 等. 新麦草种子成熟过程中活力变化的研究. 草地学报, 2000, 8(4):306-311.
[25] 毛培胜, 韩建国, 浦心春, 等. 高羊茅种子成熟过程中的活力变化. 中国草地, 1997(2):36-41.
[26] 林鹿, 傅家瑞. 花生种子贮藏蛋白质合成和累积与活力的关系. 热带亚热带植物学报, 1995, 4(1):57-60.
[27] 林鹿, 傅家瑞. 花生种子活力的形成. 中山大学学报(自然科学版), 1996, 35(3):23-27.
[28] 文自翔, 赵团结, 郑永战, 等. 中国栽培和野生大豆农艺品质性状与SSR标记的关联分析I.群体结构及关联标记. 作物学报, 2008, 34(7):1169-1178.
[29] 张军, 赵团结, 盖钧镒. 大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析. 作物学报, 2008, 34(12):2059-2069.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2008.02059
[30] 崔国惠, 倪中福, 刘志勇, 等. 小麦杂种优势群研究Ⅲ普通小麦和斯卑尔脱小麦微卫星分子标记遗传差异的研究. 农业生物技术学报, 1999(4):333-338.
[31] 陈庆山, 于仁敬, 辛大伟, 等. 大豆细菌性斑点病抗性品种和种质资源筛选. 东北农业大学学报, 2016, 47(1):1-8.
[32] 赵雪, 吕春梅, 韩英鹏, 等. 大豆种质对菌核病的耐病性评价及资源筛选. 安徽农业科学, 2014, 42(16):5014-5017.
[33] 吕景良, 吴百灵, 岳德荣, 等. 吉林省大豆品种资源研究-Ⅶ. 品种抗病虫特性. 吉林农业科学, 1991(1):4-8.
[34] 刘光宇. 耐盐大豆文丰7号苗期耐盐性的生理特性分析及耐盐基因精细定位. 北京:中国农业科学院, 2011.
[35] 赵兴震. 大豆耐旱性评价及耐旱相关基因挖掘. 北京:中国农业科学院, 2020.
[36] 王帅, 张子戌, 齐广勋, 等. 基于SSR标记分析大豆疫霉根腐病抗源的遗传多样性. 植物遗传资源学报, 2020, 21(2):394-402.
[1] Liu Xin, Yang Fang, Deng Junbo, Wang Aiai, He Nian, Chen Yan. Phenotypic Analysis and Comprehensive Evaluation of Soybean Strains in Jianghan Plain of China [J]. Crops, 2021, 37(5): 57-63.
[2] Li Qiong, Chang Shihao, Wu Tingting, Geng Zhen, Yang Qingchun, Shu Wentao, Li Jinhua, Zhang Donghui, Zhang Baoliang. Analysis of Genetic Diversity and Genetic Relationship for 120 Soybean Germplasms [J]. Crops, 2021, 37(4): 51-58.
[3] Chu Guanghong, Zhang Jianxin, Wang Cong, Zhao Zhanying. Effects of Topping at Different Nodes at Seedling Stage on Root Growth and Yield of High-Yield Spring Soybean [J]. Crops, 2021, 37(3): 195-201.
[4] Qin Ning, Li Junru, Li Wenlong, Du Hui, Li Xihuan, Zhang Caiying. Screening of Elite Germplasms and Identification of Seed Tocopherol and Its Component Contents in Soybean [J]. Crops, 2021, 37(3): 34-39.
[5] Su Yang, Yang Jing, Guo Yong, Du Weijun, Qiu Lijuan. Whole Genome Discovery and Analysis of Genes Related to 100-Seed Weight in Soybean [J]. Crops, 2021, 37(3): 8-18.
[6] Li Candong, Guo Tai, Wang Zhixin, Zheng Wei, Zhao Haihong, Zhang Zhenyu, Xu Jiefei, Guo Meiling. Evaluation and Determination of Yield Evaluation Indicators of Soybean Mainly Cultivated Varieties in the Central and Eastern of Heilongjiang Province [J]. Crops, 2021, 37(2): 45-51.
[7] Wang Caijin, Di Wenjing, Ma Shumei, Wang Yang. Mining the Elite Allele of Resistance of Cercospora sojina Hara Race 1 in Soybean Resources [J]. Crops, 2020, 36(6): 189-196.
[8] Zhao Yuyang, Song Jian, Qiu Lijuan. Proteomic Comparation Analysis of Thylakoid in Leaves of G-Locus Near Isogenic Line in Soybean [J]. Crops, 2020, 36(6): 8-16.
[9] Zeng Yanhua, Xie Hexia, Jiang Yufeng, Zhou Jinguo, Xie Xiaodong, Zhou Haiyu, Tan Xianjie, Qin Lanqiu, Cheng Weidong. Genetic Diversity of Popcorn Landraces Based on SNP Markers [J]. Crops, 2020, 36(5): 65-70.
[10] Chang Shihao, Yang Qingchun, Shu Wentao, Li Jinhua, Li Qiong, Zhang Baoliang, Zhang Donghui, Geng Zhen. Comprehensive Analysis of Main Agronomic Traits of Summer Sowing Soybean Varieties (Lines) in Huang-Huai-Hai Region [J]. Crops, 2020, 36(3): 66-72.
[11] Xu Ran, Wang Caijie, Zhang Lifeng, Li Wei, Zhang Yanwei, Lin Yanhui, Li Weiu. The Breeding of Soybean Variety Qihuang 34 by Phenotypic Design Breeding Technology [J]. Crops, 2020, 36(3): 73-78.
[12] Huang Junxia,Huang Tian,Rao Demin,Zhang Minghao,Meng Fangang,Yan Xiaoyan,Zhang Wei. Effects of Water and Fertilizer Integration and Chemical Control Measures after Flowering on Soybean Yield and Physiological Characteristics [J]. Crops, 2020, 36(2): 82-87.
[13] Wang Mingyao,Cao Liang,Yu Qi,Zou Jingnan,He Songyu,Qin Bin,Wang Mengxue,Zhang Yuxian. Effects of Melatonin Soaking on Germination of Soybean Seeds under Saline-Alkali Stress [J]. Crops, 2019, 35(6): 195-202.
[14] Zhang Yongfang,Qian Xiaona,Wang Runmei,Shi Pengqing,Yang Rong. Identification of Drought Resistance of Different Soybean Materials and Screening of Drought Tolerant Varieties [J]. Crops, 2019, 35(5): 41-45.
[15] Liu Nianxi,Chen Liang,Li Zhi,Liu Baoquan,Liu Jia,Yi Zhigang,Dong Zhimin,Wang Shuming. Advances in Molecular Markers of Soybean Disease Resistance [J]. Crops, 2019, 35(4): 10-16.
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