谷子简化栽培技术研究进展与发展方向

18

󰀁

编辑󰀁杜晓东

谷子简化栽培技术研究进展与发展方向

程汝宏,师志刚,刘正理,夏雪岩,相金英,陈󰀁媛

(国家谷子改良中心,河北省农林科学院谷子研究所,河北省杂粮研究实验室,河北石家庄󰀁050031)

摘要:介绍了近年来谷子简化栽培技术的研究进展,并提出了培育抗除草剂简化栽培谷子品种、研发关键生产环节配套的农业机械、通过农机与农艺相结合实现谷子简化栽培的发展方向,同时提出了通过育种与植保手段减轻谷子鸟害的思路。

关键词:谷子;简化栽培;栽培技术;研究进展;发展方向

中图分类号:S515󰀁󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁󰀁文章编号:1008󰀁1631(2010)11󰀁0001󰀁04ProgressandDevelopmentDirectionofSimplifiedCultivationTechnologyofFoxtailMilletCHENGRu󰀁hong,SHIZhi󰀁gang,LIUZheng󰀁l,iXIAXue󰀁yan,XIANGJin󰀁ying,CHENYuan(NationalMilletImprovementCenter,

InstituteofMilletCropsofHebeiAcademyofAgricultureandForestrySciences,Cereal

CropsResearchLaboratoryofHebeiProvince,Shijiazhuang󰀁050031,China)

Abstract:Theprogressofsmiplifiedcultivationtechnologyoffoxtailmilletisintroduced󰀁Thedevelopmentdirectionofbreedingherbicideresistantvarietiesanddevelopingagriculturalmachineryareputforward󰀁Thoughtofreducingbirddamagethroughthemethodsofbreedingandplantproductionisgiven󰀁

Keywords:Foxtailmillet;Smiplifiedcultivation;Cultivationtechnology;Progress;Developmentdirection󰀁󰀁谷子起源于我国,已有8700a以上的栽培历史

[1]

,1󰀁1󰀁对谷子产量的错误认识

长期以来,谷子一直被看作为低产作物而受到忽视,种植面积一再被压缩。而实际上,通过我国谷子科研工作者的不懈努力,谷子已经不再是低产作物,而是旱薄地的优势作物、水肥地的高产作物。新品种大面积单产6000kg/hm、小面积单产7500~9000kg/hm已很普遍,如河北省农林科学院谷子研究所育成的冀谷14号1994年最高单产为8649kg/hm2002年最高单产达9105󰀁6kg/hm产12150kg/hm的高产纪录。1󰀁2󰀁谷子自身特性的问题

谷子是小粒半密植性作物,千粒重仅3󰀁0g左右,单位重量种子数量多达30万~35万粒/kg,而适宜的留

2

2[3]

2[2]

2

2

种植面积占世界谷子总种植面积的80%,是我国的特色作物。近年来,随着杂粮热的兴起,谷子市场前景看好,价格日益攀升,2008年河北省小米加工企业的普通商品谷子收购价格达到3󰀁6元/kg,是玉米市场价格(1󰀁65元/kg)的2󰀁18倍。也就是说,谷子4500kg/hm

2

2

的产值相当于玉米9825kg/hm的产值,而在瘠薄旱地上,玉米产量低而且不稳,化肥和农药的投入也远高于谷子,因此,谷子已经成为干旱地区的高效作物和农民增收的重要经济来源。但是,当前的谷子生产技术仍然十分落后,间苗、除草、收获仍依赖于人工操作,不符合现代农业的要求,成为制约谷子规模化生产的瓶颈难题。

,谷丰2号

;张家口市农业科

学院育成的张杂谷5号2007年经专家测产,创造了单

1󰀁我国谷子生产存在的问题

󰀁󰀁建国初期,全国谷子年种植面积高达987万hm,

2

苗密度为37󰀁5万~75󰀁0万株/hm,即用种量仅为2󰀁55~4󰀁50kg/hm,很难实现精量播种,因为谷子多种植在旱薄地,管理粗放,墒情难以保证,精量播种难以保证全苗。为此,千百年来,我国农民形成了根深蒂固的󰀁有钱买种无钱买苗󰀁的思想,谷子生产一直采用大播种量(15󰀁0~30󰀁0kg/hm)保证全苗、再通过人工间苗达到适宜留苗密度的栽培方式;同时,普通谷子品种缺乏适宜的除草剂,谷田除草一直靠人工作业。人工间苗、除草不仅体力劳动繁重,而且谷子苗期一旦遇到连续阴雨天气,极易造成苗荒和草荒而导致严重减产甚至绝收,常年因此减产30%左右,这是近年来谷子种植面积不断萎缩的主要原因之一。

1󰀁3󰀁农村劳动力结构的变化和谷子生产机械化程度的欠缺2

2

2

在我国农业生产史上曾发挥过举足轻重的作用。谷子具有营养丰富、耐旱耐瘠、粮草兼用等特点,在杂粮热日益升温、水资源短缺日趋严重以及畜牧业不断发展的形势下,谷子理应在农业种植结构调整和国际贸易中占有重要地位。而实际情况却恰恰相反,近年来,我国谷子年种植面积已逐渐萎缩至目前的87万hm。出现这种不正常现象的主要原因有以下4个方面:

收稿日期:

2010󰀁09󰀁10(2006BAD02B02)

作者简介:程汝宏(1963-),男,河北卢龙人,硕士,研究员,主

要从事谷子新品种选育工作。2

基金项目:国家谷子产业技术体系资助;国家科技支撑计划项目

󰀁2󰀁

河北农业科学2010年

近年来,随着农业机械化程度的提高,小麦、玉米生产变得非常简便,大量的农村劳动力务工经商,农村已形成以老人、妇女为主从事农业生产的格局;同时,以往用于晾晒脱粒的晒场逐渐消失。由于谷子面积小、种植分散,农机科研和生产单位出于效益的考虑,基本不从事谷子生产机械的研发,缺少谷子生产的农业机械,导致谷子生产仍然以人工操作为主,高强度的劳动使得老人和妇女难以承受,而晒场的消失加大了谷子脱粒的难度。

1󰀁4󰀁鸟害问题得不到有效解决

鸟害问题得不到有效解决,使得零星种植的谷田消失,加剧了谷子生产面积的萎缩。

谷种导致谷种吸水困难,出苗率较低,因此应用效果不理想。

2󰀁3󰀁2󰀁谷子化控间苗技术󰀁2001年山西省农业科学院谷子研究所筛选出一种特殊的化学制剂,对谷种进行处理,使其既能正常发芽出苗、发挥群体顶土出苗的作用,又能在出苗后自行死亡,处理谷种与同品种正常谷种按一定比例混合播种,从而实现谷子免间苗的目的。但是,该方法在生产应用中仍存在较多问题,主要表现在:

(1)不同墒情条件下播种量不好掌握,播种过多仍需人工间苗,播种过少或在干旱条件下导致缺苗断垄;(2)该方法不能解决人工除草的难题。2󰀁4󰀁化学除草技术

为了实现谷子化学除草,国内外研究人员曾进行了大量探索,但研究结果表明,谷子对所有商业化生产的除草剂均表现敏感可勉强使用

[16]

[13~15]

2󰀁谷子简化栽培的发展历程

2󰀁1󰀁精量播种与栽培方式研究

谷子间苗问题一直是谷子科研工作者关注的主要问题。1962年内蒙古昭乌达盟农科所提出谷子精量播种不间苗技术

[4]

,只有少数除草剂在低剂量下

,如阿特拉津等,但低剂量下除草效果

2

较差。1998年南开大学研制出新型除草剂44%谷友可湿性粉剂,推荐剂量为2󰀁1kg/hm,

2

;1965年河北省农学会提出谷子宽垄密

[5]

对水量为

植少间苗技术。1983年河北省农作物所提出夏谷小

[6]

750kg/hm,于谷子播种后出苗前封地使用。1999年以来,河北省农林科学院谷子研究所与南开大学合作,经过几年的反复示范和剂型改进,结果表明,该除草剂在墒情条件好、使用剂量适宜的情况下除草效果可达90%以上。但是,在墒情不足的情况下,除草效果不理想,而在使用过量(超过2󰀁1kg/hm)或苗期阴雨较多的情况下药害明显,对谷苗有明显的抑制作用,甚至导致谷苗死亡。因此,该除草剂只能在技术条件较好的地区控制使用,目前应用面积仅为谷子生产总面积的3%左右。

2󰀁5󰀁矮化育种研究

为了提高谷子抗倒伏、耐密植能力,进而提高产量水平,我国谷子育种工作者开展了谷子矮化育种研究,并育成了豫谷8号、冀张谷6号(矮88)、赤谷9号等矮秆品种。实践证明,应用这些矮秆类型虽然可以提高种植密度30%~50%,在一定程度上可以减少间苗用工,但却普遍存在着抗旱耐瘠性差、早衰、结实性差等难以克服的问题

[16,17]

2

密垄不间苗技术。实践证明,宽垄密植少间苗技术和

精量播种不间苗技术虽然可以节省间苗用工,但因播种量较小时在旱地往往导致缺苗,全苗地块又往往密度过高,造成田间通风透光性差,病害、倒伏严重,因此,未能得到大面积推广。目前谷子主产区主要采用撮留苗方式间苗,该方法间苗省工,结合半精量播种技术效果较好。但由于农民习惯于大播种量,致使撮内苗数过多,造成茎秆细弱、穗小、易倒伏等,间苗省工的效益难以补偿产量的损失。1987年李东辉

[7]

提出谷子小包

装精量播种技术,方法是将用高浓度尿素处理后不能发芽的谷种与正常谷种混和播种,初步达到了免间苗或少间苗的效果。该方法虽然起到了一定的积极作用,但由于谷粒太小,且多数种植在坷垃较多的旱地上,谷苗顶土力差,要靠群体顶土才能保证出苗,使得小包装精量播种技术的应用范围受到限制。2󰀁2󰀁机械化播种

1980年前后各地纷纷研究了谷子机械化播种技术

[8~12]

,仅适宜在水浇地上推广。目前的

,在平原地区示范效果很好,可将谷种播量控制

2

推广谷子品种,90%以上仍为中、高秆品种。2󰀁6󰀁抗除草剂育种研究

1981年以来,法国的H󰀁Darmency等近缘种野生青狗尾草(SetariaViridis,

[18,19]

在4󰀁5~7󰀁5kg/hm,能够达到少间苗或不间苗的目的。但是,由于这些播种机械多数只是对小麦播种机进行简单的播量调整,播种质量不高,因为谷子籽粒太小,播种过程中排种器容易堵籽,导致播种不均匀而缺苗断垄。同时,自1985年我国全面实行家庭联产承包责任制后,各农户谷子种植面积小而且分散,且大部分种植在丘陵山区,使得联产承包责任制以前推广的大型播种机械很难操作,目前已很少使用。2󰀁3󰀁种子处理技术

2󰀁3󰀁1󰀁谷种丸化技术󰀁1993年河北省农林科学院谷子研究所试图通过谷种丸化实现精量播种免间苗,但丸化在谷子的

2n=2X=18)群

体中发现了抗除草剂的突变体,经过筛选和遗传研究,得到受细胞质基因控制的抗阿特拉津(Atrazine)材料;加拿大研究人员从野生青狗尾草中发现受核显性单基因控制的抗拿捕净(Sethoxydmi)材料,以及受2对连锁的细胞核隐性基因控制的抗氟乐灵(Trifuraline)

[20,21]

材

料。通过杂交、回交等手段,将青狗尾草的抗除草剂基因转移到栽培谷子中。1993年河北省农林科学院谷子研究所将法国、加拿大的谷子抗除草剂基因引入中国栽第11期程汝宏等:谷子简化栽培技术研究进展与发展方向

󰀁3󰀁

培品种中,创制出谷子抗除草剂材料,并分发到全国多家谷子育种单位,开始了我国的谷子抗除草剂育种。但是,十几年过去了,抗除草剂谷子品种仍未在生产上得到大面积应用,育成的抗除草剂品种也寥寥无几。造成这样局面的主要原因有4点:(1)单一的抗除草剂品种不能解决谷子人工间苗的难题;

(2)抗氟乐灵类型抗

(3)抗拿捕净类型

性水平偏低,除草剂浓度不易掌握;

3󰀁2󰀁简化栽培谷子品种配套栽培方法

3󰀁2󰀁1󰀁主体播种量󰀁主体播种量为化学间苗后留下抗除草剂品系的播种量。根据种子发芽率、田间出苗率、当地适宜的留苗密度、品种千粒重(不同的品种千粒重不同,应以实际测定结果为准)来计算,其中,主体播种量为抗拿捕净品系的播种量,辅助播种量为不抗拿捕净的同型姊妹系的播种量。主体播种量计算公式为:

主体播种量(kg/hm)=当地适宜的留苗密度(万株/hm)(g)

󰀁100

2

2

虽然抗性水平高,但拿捕净对双子叶杂草无效,除草不彻底,需要与专杀双子叶杂草的除草剂配合使用,导致除草成本过高;

(4)细胞质抗除草剂基因是由叶绿体

[22]

󰀁发芽率(%)󰀁出苗率(%)󰀁千粒重

突变产生的,对光合作用有不利影响,应用细胞质抗除草剂基因要在产量上付出代价

,同时,细胞质抗除

草剂基因抗性遗传不稳定,杂种后代抗性易出现分离。由于上述原因,致使谷子抗除草剂育种出现了前期热、近期冷的局面。

3󰀁2󰀁2󰀁混配比例󰀁主体播种量与辅助播种量的比例应适当,一般为1󰀁(0󰀁5~2󰀁0)。适宜的混配比例与当地习惯的播种量和留苗密度有关,在留苗密度相对固定的前提下,习惯的播种量越大,辅助播种量的比例就越大;在采用精量播种的情况下,辅助播种量的比例应较小。3󰀁2󰀁3󰀁总播种量󰀁总播种量是根据主体播种量和最佳混合比例计算得出的。总播种量一般为7󰀁5~15󰀁0kg/hm。几年的试验示范结果表明,目前在缺少精量播种机械的情况下,河北省农林科学院谷子研究所育成的冀谷25在冀中南一般采用1󰀁2的混合比例,总播种量为15󰀁0kg/hm,即抗拿捕净品系5󰀁0kg/hm加上不抗拿捕净同型姊妹系10󰀁0kg/hm,充分混合均匀。生产应用时还要考虑地块的具体情况,平原春白地或贴麦茬播种地块播种量为13󰀁5~15󰀁0kg/hm;麦收耕地后播种的地块,特别是联合收割机收获小麦的地块,由于麦茬较多,影响谷子的播种质量,谷子播种量以15󰀁0~17󰀁25kg/hm较佳;山区丘陵旱薄春播地块播种量以12󰀁0~13󰀁5kg/hm较佳。当然,不同品种适宜的留苗密度不同,冀谷25属于适合密植型的品种,其他品种应考虑适宜的留苗密度并采用合理的配比和总播种量。3󰀁2󰀁4󰀁喷施剂量及时期󰀁由于拿捕净只能杀灭单子叶杂草,对双子叶杂草完全无效,因此要实现彻底除草,就必须采用其他防治双子叶杂草的除草剂与拿捕净配合。通过大量筛选,发现适合谷田双子叶杂草防治的除草剂有2种,即谷友和百阔净,两者任选一种。谷友(44%可湿性粉剂)为苗前除草剂,对单子叶和双子叶杂草均有效,于谷子播种后出苗前均匀喷施于地表,最佳剂量为1500g/hm,最高剂量为1800g/hm,对水量为750kg/hm;百阔净(2甲四氯水剂,有效成分750g/L)为苗后除草剂,只对双子叶杂草有效,使用剂量为600~750mL/hm,对水量为600kg/hm。3󰀁2󰀁4󰀁1󰀁使用方法。第1种方法:谷子播种后出苗前于地表均匀地喷施44%谷友可湿性粉剂,最佳剂量为1500g/hm,最高剂量为1800g/hm,对水量为750kg/hm;谷苗4~5叶期喷施12󰀁5%拿捕净乳油,剂量为1200~1500mL/hm,对水量为450~600kg/hm。第2种方法:谷苗4~5叶期混合喷施拿捕净和百阔净,其中拿捕净剂量为1200~1500mL/hm、

2

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22

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2

3󰀁谷子简化栽培技术的研究进展

󰀁󰀁2003年河北省农林科学院谷子研究所提出了综合运用育种手段和栽培措施实现谷子简化栽培的技术思路,2006年󰀁简化栽培谷子品种选育及其配套栽培方法󰀁获得国家发明专利(专利号:ZL200410058088󰀁9)。该方法的核心技术是:利用现有的抗除草剂基因,改变国内外普遍采用的单纯培育抗除草剂品种的育种方法,通过杂交、回交等育种手段,培育出抗除草剂、不抗除草剂或抗不同除草剂的同型姐妹系或近等基因系,把2~3个同型姐妹系或近等基因系按一定的比例混和播种,通过喷施特定除草剂达到同时实现化学间苗和除草的目的。

3󰀁1󰀁简化栽培谷子品种选育方法

该项发明具有6种育种技术方案:(1)不抗除草剂的常规品种+细胞质抗阿特拉津近等基因系的培育;(2)常规谷子品种+细胞核抗拿捕净近等基因系的培育;

(3)细胞核抗拿捕净品系+不抗除草剂的同型姊

(4)兼抗阿特拉津和拿捕净的双抗品系

(5)兼抗阿特拉津

妹系的培育;

+抗阿特拉津同型姊妹系的培育;

和拿捕净的双抗品系+抗阿特拉津近等基因系的培育;(6)常规品种+兼抗阿特拉津和拿捕净的双抗近等基因系+抗阿特拉津近等基因系的培育。

由于阿特拉津是细胞质内叶绿体突变产生的抗除草剂特性,对光合作用产生一定的不利影响,导致谷子产量损失,很难选育出高产的类型,因此,目前不将其作为重点使用,而是重点使用细胞核显性单基因控制的抗拿捕净材料。通过多年实践,目前最简单实用的方法是采用第3种方法,即细胞核抗拿捕净品系+不抗除草剂的同型姊妹系。目前,河北省农林科学院谷子研究所采用该方法育成的简化栽培新品种冀谷25、冀谷29分别于2006年和2008年通过了全国谷子品种鉴定委员会鉴定,并在河北、河南和山东大面积示范成功。󰀁4󰀁

2

河北农业科学2010年

百阔净剂量为600~750mL/hm,对水量为450~600kg/hm2。

3󰀁2󰀁4󰀁2󰀁注意事项。(1)若谷子播种量过大或杂草出土较早,可以分2次使用拿捕净,其中,第1次在谷苗2~3叶期使用,剂量为750mL/hm;第2次在谷苗6~8叶期使用,剂量为1050~1200mL/hm。(2)如果因墒情等原因导致出苗不均匀时,苗少的部分则不喷拿捕净。(3)注意要在晴朗无风、12h内无雨的条件下喷施除草剂,确保不使药剂飘散到其他谷田或其他作物上。(4)拿捕净兼有间苗和除草作用,垄内和垄背都要均匀喷施,且不漏喷。

3󰀁2󰀁5󰀁其它管理措施󰀁谷苗封垄前,结合追肥进行耘地培土,以防除新生杂草,同时促进支持根生长和防止倒伏。

2

2

量的精量控制,而且必须保证播种均匀。目前的普通小麦播种机可以通过调节播种量应用于谷子播种,但每次播种时必须反复调试才能保证播种量适宜。因此,最好的办法是研制专门针对谷子播种的小型播种机或者播种耧。谷子收割机可以在小麦割晒机的基础上进行改造,还应研发针对丘陵地区的小型割晒机。最终的发展方向是实现谷子联合收割脱粒。目前,河北省农林科学院谷子研究所与河北省农业机械化研究所、武安市农机推广站、邯郸县冶金机械配件厂等单位合作,研发了谷子播种机2台、割晒机1台、联合收割机1台,经过反复试验改进,播种机、割晒机可望在2011年夏季定型,联合收割机已经基本定型并在邯郸县、大名县进行了66󰀁67hm的收割作业,效果良好,可望大面积推广。4󰀁3󰀁通过育种与植保手段减轻谷子鸟害

谷子鸟害问题尽管难以解决,但减轻为害还是可以实现的。

4󰀁3󰀁1󰀁育种手段󰀁鸟类特别是麻雀喜食谷子,但对不同类型的品种为害程度不同。多年的实践证明,中长刚毛品种较中短刚毛和长刚毛品种为害轻,褐色籽粒品种较黄粒及其他粒色品种为害轻。因此,通过育种手段,将中长刚毛、褐色籽粒聚合于同一品种,可以更有效减轻鸟害。

4󰀁3󰀁2󰀁趋避方法󰀁目前飞机场普遍采用的物理驱鸟方法非常有效,但成本较高,而且驱鸟设施在大田使用容易丢失,因此不适宜在谷子生产上推广使用。最佳方法是研发对人畜无毒、无味且不影响谷子品质的鸟类化学趋避剂。参考文献:

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43-45󰀁

2

4󰀁谷子简化栽培的发展方向

4󰀁1󰀁发掘对单子叶和双子叶杂草均有效的抗除草剂基因以降低除草成本

2006年河北省农林科学院谷子研究所从加拿大新引进了抗咪唑乙烟酸(Imazethapyr)除草剂的青狗尾草材料,经室内和田间鉴定,该抗除草剂材料遗传稳定、抗性强、受显性寡基因控制,其相应的除草剂不仅可以防治禾本科杂草,而且适用于苘麻、反枝苋和藜等阔叶杂草,因此,可以使用单一除草剂达到较彻底除草的目的;同时,咪唑乙烟酸是目前广泛应用于大豆田除草的常用除草剂,价格低廉,除草成本只有󰀁拿捕净+谷友󰀁成本的1/3,因此具有更广阔的应用前景。目前,河北省农林科学院谷子研究所已将狗尾草抗咪唑乙烟酸基因转入谷子中,育成了一批性状基本稳定的抗咪唑乙烟酸谷子育种材料,预计3a内可应用于谷子生产。4󰀁2󰀁研发谷子生产机械

未来的谷子生产必将走规模化、产业化的发展道路,而要适应这一发展趋势,谷子生产必需在推广抗除草剂品种的基础上,研发关键生产环节的配套农机,走农机与农艺相结合的发展道路。当前,急需的谷子生产机械的顺序依次是脱粒机、收割机和播种机。

长期以来,谷子脱粒一直依靠传统的碾压方法,有的采用小麦脱粒机脱粒,但是,小麦脱粒机脱谷子需要把谷穗晒干,而且要脱粒2~3遍,效率很低,在晒场缺乏的情况下更难操作。近年来,河北、山西和陕西等地先后试制了谷子脱粒机,但多数效果不好。效果较好的是河北华勤机械有限公司、河北省农业机械化研究所有限公司和河北省农林科学院谷子研究所联合研制的中小型谷子脱粒机,脱穗效率为1500kg/h左右,可以在谷子收获后不经晾晒直接脱粒,一次脱净率为98%左右,而且可以带秸秆脱粒(效率为1000kg/h,一次脱净率为98%左右),机型也较小。

播种机、收割机相对简单,但播种机的关键是播种

(下转第18页)

󰀁18󰀁3󰀁结论与讨论

3󰀁1󰀁化控间苗谷种栽培技术

河北农业科学2010年

不是连阴雨,影响也不大。

化控间苗谷种的特点是间苗省工、省力,不受品种的限制,可广泛种植,但是,它对整地质量要求比较严。若春季无适时耙耱,地高低不平,土坷垃多,造成播种不匀和出苗率下降,直接影响种植化控间苗技术的效果。因此,特干旱年份和整地不好的地块,不宜种植化控间苗谷种。

化控间苗谷种与常规种比较有许多优点,也有不足之处:

(1)幼苗间苗不如人工间苗株距均匀;

(2)若

土壤地下害虫多,咬伤幼苗产生缺苗短垄的比例较常规种多。这些问题有待于我们进一步研究改进,使化控间苗技术更加完善。参考文献:

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影响化控间苗谷种栽培技术的因素,归纳起来有2类:一类是属于已知的因素,如土质、墒情、土壤肥力、播期等,这些因素可以通过调整配比、增减播量解决;另一类是未知的因素,如播种后连阴下雨。因为MND制剂是化学药剂,下雨时间长会降低药效,影响化控间苗技术的效果。因此,在播种不误农时、预知有下雨的情况下,最好雨后种植,即使播种后下雨,只要

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