












收稿日期:2023-12-07
基金項目:貴州省科技支撐重點項目[黔科支撐合(2022)重點016號];貴州省山地農業關鍵核心技術攻關項目(GZNYGJHX-2023008);貴州省辣椒產業技術體系遺傳育種功能實驗室項目(GZLJCYJSTX-02)
作者簡介:王楠藝(1997-),男,貴州畢節人,碩士,助理研究員,主要從事辣椒種質資源遺傳改良與創新研究。(Tel)18786544646;(E-mail)wangnanyi0202@163.com
通訊作者:何建文,(Tel)13985586211;(E-mail)569809092@qq.com
摘要: 為探究辣椒品質的綜合評價方法及影響辣椒品質的關鍵氣象因子,以卓椒52、驕陽6號和辣研12號3個辣椒品種為供試材料,在貴州省麻江縣、云南省硯山縣、湖南省長沙市、重慶市石柱縣4個辣椒主產區進行栽培試驗,并進行辣椒品質指標測定,采用相關性分析、主成分分析、逐步回歸等方法,明確影響辣椒品質的關鍵氣象因子,建立辣椒品質綜合評價模型與氣候品質評價模型,并對4個辣椒主產區的氣候資源優勢進行比較。結果表明,種植于4個種植點的3個辣椒品種品質指標存在較大的變異,其中辣椒二氫辣椒素含量、辣椒紅素含量、辣椒素含量的變異系數均在50%以上,而還原糖含量、氨基酸含量、粗脂肪含量、粗纖維含量變異系數均在20%以內。種植于云南省硯山縣的卓椒52品質綜合評價最優,而供試的3個辣椒品種種植于貴州省麻江縣的辣椒品質總體優于其他3個種植區。根據主成分載荷值篩選出的辣椒品質指標為辣椒素含量、二氫辣椒素含量和粗脂肪含量。影響辣椒品質的關鍵氣候因子為辣椒定植至采收期的平均相對濕度和總降水量。4個種植點的氣象因子主成分得分分屬4個象限,而7個氣象因子的主成分載荷值分屬3個象限,其中,與辣椒品質相關的關鍵氣象因子平均相對濕度和總降水量位于第2象限,與貴州省麻江縣的氣象因子主成分得分一致。說明貴州省麻江縣的氣象條件有利于提升辣椒的品質。本研究結果為進一步的辣椒優質栽培、品質評價及種植區劃提供了依據。
關鍵詞: 辣椒;品質;綜合評價;氣象因子
中圖分類號: S641.3 文獻標識碼: A 文章編號: 1000-4440(2024)08-1483-10
Comprehensive evaluation method of pepper quality and key meteorological influencing factors
WANG Nanyi1, FU Wenting1, SUN Sisi2, ZHOU Peng1, YANG Ya1, WU Di1, YU Fei2, HE Jianwen1
(1.Institute of Guizhou Sericulture (Pepper) Research, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006, China;2.Guizhou Institute of Mountain Meteorological Sciences, Guiyang 550002, China)
Abstract: In order to explore the comprehensive evaluation methods of pepper quality and the key meteorological factors affecting pepper quality, cultivation experiments were carried out in four main pepper producing areas of Majiang in Guizhou, Yanshan in Yunnan, Changsha in Hunan and Shizhu in Chongqing with three pepper varieties (Zhuojiao 52, Jiaoyang 6 and Layan 12) as experimental materials, and the quality indices of pepper were determined. The key meteorological factors affecting the quality of pepper were determined by correlation analysis, principal component analysis and stepwise regression. The comprehensive evaluation model and climate quality evaluation model of pepper quality were established, and the advantages of climate resources in the four main pepper producing areas were compared. The results showed that there were great variations in the quality indices of three pepper varieties planted in four planting sites. The variation coefficients of dihydrocapsaicin content, capsanthin content and capsaicin content in pepper were all above 50%, while the variation coefficients of reducing sugar content, amino acid content, crude fat content and crude fiber content were all within 20%. The comprehensive evaluation of the quality of Zhuojiao 52 planted in Yanshan County, Yunnan province was the best, while the quality of the three pepper varieties planted in Majiang County, Guizhou province was better than that of the other three planting areas. The quality indices of pepper screened according to the principal component load values were capsaicin content, dihydrocapsaicin content and crude fat content. The key climatic factors affecting the quality of pepper were the average relative humidity and total precipitation from planting to harvest. The principal component scores of meteorological factors in four planting sites belonged to four quadrants, while the principal component load values of seven meteorological factors belonged to three quadrants. Among them, the average relative humidity and total precipitation of the key meteorological factors related to pepper quality were located in the second quadrant, which was consistent with the principal component score of meteorological factors in Majiang County, Guizhou province. It indicated that the meteorological conditions of Majiang in Guizhou were conducive to improving the quality of pepper. The results of this study provide a basis for further high-quality cultivation, quality evaluation and planting regionalization of pepper.
Key words: pepper;quality;comprehensive evaluation;meteorological factor
辣椒(Capsicum annuum L.)屬于茄科、辣椒屬,是典型的淺根系一年生或多年生植物,也是中國重要的經濟作物之一[1-2]。貴州位于中國西南部青藏高原至華南丘陵的過渡地帶,屬于典型的高原山地地貌,季節分明、雨量充沛、雨熱同期,屬典型的亞熱帶季風氣候。貴州88個縣(市)空氣質量平均優良天數比例高達98.7%,具有開展辣椒種植的生態環境優勢。貴州作為中國辣椒種植大省,其辣椒種植面積、加工規模與經濟效益、市場規模均位居全國第一[3]。貴州辣椒具有香辣協調、品味溫醇的獨特品質[4-5],在國內辣椒市場具有獨特的優勢。
隨著人民生活水平日益提高,辣椒栽培也從單純追求高產逐漸轉變為高產、優質兼顧[6]。一般而言,作物品質不僅受品種基因型制約,同時也受到種植區的生態環境及田間管理措施的影響[7]。目前關于不同辣椒資源(品種)的品質差異已有許多研究[8-11],但現有研究大多是在相同的生態環境下開展的,往往忽略了生態環境對辣椒品質的影響。此外,在辣椒種植氣候適宜性分析[12-13]、辣椒種植氣候區劃分[14-15]及基于氣候的辣椒產量模型[16]等方面亦有較多研究,但研究中對環境條件對辣椒品質的影響、辣椒品質形成的主要氣象因子及貴州辣椒品質優異的機制還缺乏深入分析。為此,本研究以卓椒52、驕陽6號和辣研12號3個辣椒品種在貴州麻江、湖南長沙、云南硯山、重慶石柱4個辣椒主產區進行栽培試驗,在品質指標測定及其主成分分析的基礎上,建立辣椒品質綜合評價模型,并分析不同種植區氣象條件對辣椒品質的影響,找出影響辣椒品質的關鍵氣象因子,為辣椒的優質栽培、品質評價、適宜種植區區劃提供依據,以促進中國辣椒產業健康發展。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
選用貴州卓豪農業科技有限公司、遵義市農業科學院、貴州省辣椒研究所分別選育的卓椒52、驕陽6號、辣研12號3個辣椒品種為試驗材料,于2022年5月1日定植于貴州麻江縣、云南硯山縣、湖南長沙市、重慶石柱縣4個辣椒主產區(表1)。田間定植采用隨機區組排列,起壟栽培,每壟雙行定植,每穴定植1株,各種植區株距均為45 cm、行距60 cm,各種植區田間管理水平基本一致。辣椒采收期各種植區各品種選取長勢一致的10株植株,采用隨機取樣法,采集辣椒第2~4層無病蟲害、大小一致的達到市場采收標準的商品果45個,貴州麻江試驗點采集的辣椒樣品立即放入液氮冷存后送至貴州省辣椒研究所實驗室,其他3個試驗點采集的辣椒樣品先放入液氮冷存后再放入裝有干冰的泡沫盒中運送至貴州省辣椒研究所實驗室,所有辣椒樣品運至實驗室后統一用自封袋密封放入-80 ℃冰箱冷藏,進而進行辣椒果實營養成分的測定。
1.2 氣象數據分析
各試驗點氣象數據由貴州省山地氣象科學研究所進行實地觀測,包括辣椒從移栽到采收全生育期的逐日平均溫度、最高溫度、最低溫度、平均相對濕度、日照時數、降水量。統計各種植區不同辣椒品種從移栽到采收全生育期的總降水量、累積日照時數、平均溫度、最高溫度、最低溫度、平均相對濕度及全生育期≥10 ℃的有效積溫。
1.3 品質指標測定
將采集的各處理辣椒鮮果隨機分為3組,參照GB 5009.7-2016[17]、GB 5009.6-2016[18]、GB/T 5009.10-2003[19]、GB/T40348-2021[20]、NY/T1381-2007[21]進行還原糖含量、粗脂肪含量、粗纖維含量、辣椒紅素含量、辣椒素含量、二氫辣椒素含量等品質指標的測定。采用茚三酮顯色法[22]進行辣椒果實氨基酸含量測定。
1.4 研究方法
1.4.1 品質因子及氣候因子篩選 將辣椒品質的7個品質指標及辣椒全生育期7個氣象因子原始數據進行標準化處理,并進行主成分分析,利用主成分將品質因子及氣象因子進行簡化,從而找出影響辣椒品質的主要品質因子及氣象因子。
1.4.2 辣椒品質綜合評價模型和辣椒氣象品質評價模型的構建 辣椒品質指標標準化數據進行主成分分析后,根據特征值大于1的條件進行主成分提取,并計算其主成分得分[23-24]:
Yi=∑7j=1wijXi(1)
式中,Yi為第i個特征值大于1的主成分,wij表示第i個特征值大于1的主成分第j個變量(品質指標)的權重,Xj為辣椒第j個品質指標。
再以主成分的方差貢獻率為權重,構建綜合評價模型:
Y=∑mi=1αiYi(2)
式中,αi和Yi分別為第i個特征值大于1主成分的方差貢獻率和得分,m為的主成分數量,Y為辣椒品質綜合得分。
以辣椒各品質指標為因變量,氣象因子為自變量,利用逐步回歸方法構建辣椒氣象品質評價模型。
1.5 數據分析
采用Excel 2010進行數據統計與整理,使用SPSS 26.0進行主成分分析、處理間差異顯著性分析以及品質指標之間、品質指標與氣象因子之間的相關性分析(雙尾檢驗)。使用Origin 2021對試驗數據進行作圖。
2 結果與分析
2.1 辣椒發育進程及氣象因子分析
各種植點3個辣椒品種的生長發育過程基本一致。5月1日移栽后,6月中旬進入初花期,7月上旬進入坐果期,8月中下旬采收(表1)。各種植點氣象條件存在一定的差異,辣椒定植至采收的平均氣溫在20.8~26.4 ℃,其中云南硯山種植點的平均氣溫最低,為20.8 ℃,定植至采收期間極端最高氣溫僅為30.8 ℃,比其他種植點低。各種植點定植至采收期間平均相對濕度為77.7%~81.1%,其中云南硯山種植點最高,重慶石柱種植點最低。定植至采收期間總降水量由高到低依次為湖南長沙、云南硯山、貴州麻江、重慶石柱。4個種植點≥10 ℃有效積溫介于1 151.5~1 818.5 ℃,與平均溫度相一致(表2)。
2.2 種植于不同種植點的辣椒品質差異
4個種植點3個辣椒品種的品質指標如表3所示。從表中可以看出,同一品種不同種植點、同一種植點不同品種間的品質指標均存在較大差異。4個種植點3個辣椒品種辣椒紅素含量平均值為31.35 μg/g,其中種植于貴州省麻江縣的卓椒52辣椒紅素含量最高,達到77.39 μg/g,顯著高于其他處理,種植于湖南省長沙市和貴州省麻江縣的驕陽6號辣椒紅素含量較低。4個種植點3個辣椒品種還原糖含量平均為12.42 mg/g,種植于貴州省麻江縣的辣研12號與種植于重慶市石柱縣的驕陽6號還原糖含量較高,顯著高于其他處理。而種植于湖南省長沙市的辣研12號還原糖含量最低,僅為9.19 mg/g。4個種植點3個辣椒品種的氨基酸含量平均值為40.31 μmol/g,其中種植于貴州省麻江縣的驕陽6號和辣研12號氨基酸含量較高,顯著高于其他處理,種植于湖南省長沙市的驕陽6號氨基酸含量顯著低于其他處理,僅為33.47 μmol/g。4個種植點3個辣椒品種的平均粗脂肪含量為15.26%,其中,種植于云南省硯山縣的卓椒52粗脂肪含量高達18.58%,顯著高于其他處理,種植于重慶市石柱縣和貴州省麻江縣的辣研12號及種植于貴州省麻江縣的驕陽6號粗脂肪含量較低。4個種植點3個辣椒品種的平均粗纖維含量為23.01%,其中,種植于湖南省長沙市的卓椒52粗纖維含量最高,為27.39%,顯著高于其他處理,種植于重慶市石柱縣的辣研12號粗纖維含量最低,僅為15.55%。4個種植點3個辣椒品種的平均辣椒素含量為2.56 g/kg,其中,種植于貴州省麻江縣和云南省硯山縣的卓椒52辣椒素含量較高,種植于云南省硯山縣的辣研12號最低,僅為0.83 g/kg,顯著低于其他處理。4個種植點3個辣椒品種的平均二氫辣椒素含量為1.16 g/kg,其中,種植于貴州省麻江縣的卓椒52二氫辣椒素含量最高,達2.98 g/kg,顯著高于其他處理,種植于云南省硯山縣的辣研12號最低,僅為0.15 g/kg。
4個種植點3個辣椒品種的7項品質指標的變異系數范圍為10.74%~78.64%,其中,二氫辣椒素含量變異系數最大,為78.64%,辣椒紅素含量、辣椒素含量的變異系數略低,分別為58.99%和53.13%,粗纖維含量、還原糖含量、氨基酸含量和粗脂肪含量的變異系數均在20%以下,分別為17.66%、13.41%、12.97%、10.74%(表4)。
2.3 辣椒品質指標間的相關性
4個種植點3個辣椒品種的品質指標間的相關性如表5所示。從表中可以看出,辣椒素含量與粗纖維含量呈極顯著正相關,相關系數為0.720。二氫辣椒素含量與粗纖維含量呈顯著正相關,與辣椒素含量呈極顯著正相關,相關系數分別為0.666與0.972。
2.4 辣椒品質綜合評價模型及各種植點辣椒品質綜合得分
2.4.1 辣椒品質指標主成分分析 辣椒品質指標標準化數據經過主成分分析tHGXaHl+pu7G/Jc3yxMvo2Tj4BmT6z/W1txxwLPRLEE=后得到2個特征值大于1.000的主成分。其中,主成分1的特征值為2.926,方差貢獻率為42.31%,辣椒素含量和二氫辣椒素含量貢獻相對較大,載荷值分別為0.940和0.915,對綜合評價結果均起到正向作用,表明主成分1主要與辣椒的辣味相關。主成分2的特征值為1.644,方差貢獻率為23.48%,粗脂肪含量貢獻最大,載荷值為0.869,對綜合評價結果亦起到正向作用,表明主成分2主要與辣椒的口味相關。2個主成分累計方差貢獻率達65.79%,說明這2個主成分能反映大部分的辣椒品質信息(表6)。
2.4.2 辣椒品質綜合評價模型建立 根據各個變量的權重,構建主成分1和主成分2的得分函數,表達式分別為:
Y1=0.253X1+0.217X2+0.292X3+0.028X4+0.472X5+0.546X6+0.532X7(3)
Y2=-0.400X1-0.524X2-0.172X3+0.678X4+0.170X5+0.149X6+0.159X7(4)
式(3)和式(4)中,X1、X2、X3、…、X7分別為標準化的辣椒紅素含量、還原糖含量、氨基酸含量、粗脂肪含量、粗纖維含量、辣椒素含量和二氫辣椒素含量。
進一步結合各主成分方差貢獻率,得到辣椒品質綜合評價模型為:
Y=0.4231Y1+0.2348Y2(5)
式中,Y1、Y2分別為主成分1和主成分2的得分,Y為辣椒品質綜合評價得分。
2.4.3 不同種植點辣椒品質綜合評價 根據綜合評價模型,得到各種植點3個辣椒品種品質的綜合得分如表7所示。從表7可知,4個種植點卓椒52辣椒品質的綜合得分從高到低依次為:云南省硯山縣>貴州省麻江縣>湖南省長沙市>重慶市石柱縣;驕陽6號辣椒品質的綜合得分從高到低依次為:貴州省麻江縣>湖南省長沙市>云南省硯山縣>重慶市石柱縣;辣研12號品質的綜合得分從高到低依次為貴州省麻江縣>湖南省長沙市>云南省硯山縣>重慶市石柱縣。綜合評價結果表明種植于不同種植點相同品種辣椒品質呈現較大的差異,其中,以種植于貴州省麻江縣的辣椒品質較高,3個品種中有2個品種綜合評價結果高于其他種植區,種植于重慶市石柱縣的辣椒品質相對較差,3個品種綜合評價得分均低于其他種植區。4個種植點3個辣椒品種以云南省硯山縣種植點卓椒52品質綜合得分最高,重慶市石柱縣辣研12號品質綜合得分最低。
2.5 不同種植點影響辣椒品質的主要氣象條件
2.5.1 不同種植點辣椒品質與氣象因子的相關性分析 品質指標與辣椒生長期氣象因子的相關性如表8所示。從表8中可以看出,辣椒紅素含量與辣椒全生育期平均溫度、≥10 ℃有效積溫呈極顯著負相關,與生育期最高溫度、最低溫度呈顯著負相關,與生育期平均相對濕度呈顯著正相關;還原糖含量與生育期總降水量呈極顯著負相關;氨基酸含量與生育期最高溫度、生育期累積日照時數呈極顯著負相關,與生育期平均溫度、生育期≥10 ℃有效積溫呈顯著負相關,與生育期平均相對濕度呈極顯著正相關;粗脂肪含量與生育期總降水量呈極顯著正相關;粗纖維含量未與任何氣象因子達到顯著相關水平;辣椒素含量與生育期平均相對濕度呈顯著正相關,與生育期累積日照時數呈顯著負相關;二氫辣椒素含量與生育期平均相對濕度呈極顯著正相關,與生育期累積日照時數呈極顯著負相關。
2.5.2 辣椒氣象品質評價模型 相關性分析結果表明除了粗纖維含量外,辣椒其他品質指標與氣象因子存在較好的相關性,因此可利用氣象因子評價辣椒品質。利用逐步回歸方法構建辣椒氣象品質評價模型如表9所示。從表9可知,辣椒品質指標主要受生育期平均相對濕度和生育期總降水量的影響,構建的逐步回歸方程均達顯著性水平,表明構建的各辣椒氣象品質評價模型具有較高的擬合性。
2.5.3 不同種植點影響辣椒品質的關鍵氣象因子 對4個辣椒種植點的氣象因子進行主成分分析,提取出2個主成分PC1和PC2,方差貢獻率分別為63.1%、26.0%,累計方差貢獻率達到89.1%(圖1)。湖南省長沙市、貴州省麻江縣、云南省硯山縣、重慶市石柱縣4個辣椒種植點氣象因子主成分得分分屬第1、第2、第3、第4象限。而氣象因子主成分載荷亦有不同的分布,其中,辣椒生育期最低溫度、≥10 ℃有效積溫及生育期平均溫度位于第1象限,辣椒生育期平均相對濕度及總降水量位于第2象限,生育期最高溫度和生育期累積日照時數位于第4象限。即辣椒生育期最低溫度、≥10 ℃有效積溫及平均溫度與氣象因子主成分PC1和PC2均呈正相關,生育期平均相對濕度及總降水量與PC1呈負相關,與PC2呈正相關,生育期最高溫度和累積日照時數與PC1呈正相關,與PC2呈負相關。由于本研究中構建的辣椒氣象品質模型表明影響辣椒果實品質的主要氣象因子為辣椒定植至采收期的平均相對濕度和總降水量(表8),而貴州省麻江縣的氣象因子主成分得分PC1<0、PC2>0,因此,可以認為4個辣椒主產區中,貴州省麻江縣生產的辣椒品質更優。
3 討論
辣椒果實中含有氨基酸、辣椒素類、脂肪等多種營養成分[25-26],以及豐富的類胡蘿卜素、維生素C、維生素A等多種微量營養成分[27-28],有助于人體健康。本研究利用3個貴州辣椒品種在4個不同辣椒主產區的7個品質指標進行品質差異分析和綜合評價,結果發現7個品質指標的變異系數范圍為10.74%~78.64%,其中二氫辣椒素含量變異系數最高,為78.64%,這與蓬桂華等[8]、付文婷等[9]的研究結果基本一致;粗脂肪含量的變異系數最小,為10.74%,說明粗脂肪含量受品種及生態環境影響較小[29];品質指標主成分分析得到2個特征值>1的主成分,累計方差貢獻率為65.79%,可體現辣椒品質的主要信息。其中,第1主成分方差貢獻率為42.31%,辣椒素含量和二氫辣椒素含量貢獻最大,主要與辣椒果實辣味相關,第2主成分方差貢獻率為23.48%,粗脂肪含量貢獻最大,主要與辣椒口味相關。根據2個主成分建立的綜合評價模型,辣椒品質的形成受品種和生態環境的共同影響。卓椒52在4個種植點的綜合評價結果由高到低依次為云南省硯山縣、貴州省麻江縣、湖南省長沙市、重慶市石柱縣,驕陽6號在4個種植點的綜合評價結果由高到低依次為貴州省麻江縣、湖南省長沙市、云南省硯山縣、重慶市石柱縣,辣研12號在4個種植點的綜合評價結果由高到低依次為貴州省麻江縣、湖南省長沙市、云南省硯山縣、重慶市石柱縣。
氣象因子是影響作物產量和品質的主要環境因素[30-33]。本研究通過同一品種在不同種植點的栽培試驗,分析了氣象條件與辣椒品質之間的相關性。研究發現還原糖含量、粗脂肪含量、氨基酸含量、辣椒紅素含量、辣椒素含量、二氫辣椒素含量與相關氣象因子均表現出顯著或極顯著相關性,而粗纖維含量與7個氣象因子間均無顯著相關性,說明辣椒粗纖維含量可能是主要由品種的遺傳因素決定,受種植環境的影響較小。辣椒紅素含量與生育期平均溫度、≥10 ℃有效積溫極顯著負相關,與最高溫度顯著負相關,與平均相對濕度顯著正相關;還原糖含量與總降水量極顯著負相關;氨基酸含量與最高溫度、累積日照時數極顯著負相關,與平均溫度、≥10 ℃有效積溫顯著負相關,與平均相對濕度極顯著正相關;粗脂肪含量與總降水量極顯著正相關;辣椒素含量與平均相對濕度顯著正相關,與累積日照時數顯著負相關;二氫辣椒素含量與平均相對濕度極顯著正相關,與累積日照時數極顯著負相關。上述結果表明辣椒品質受溫度因子與水分因子影響較大,這與樊曉蕓等[34]的研究結果基本一致。其中辣椒還原糖含量與生育期總降水量極顯著負相關,說明在辣椒生育期降水量越多,糖分累積越少,這與櫻桃的結果[35]基本一致。逐步回歸分析結果表明生育期平均相對濕度和總降水量是影響辣椒品質的主要氣象因子,同時主成分分析結果表明影響辣椒品質的2個主要氣象因子(平均相對濕度和總降水量)在貴州省麻江縣種植點貢獻最大,推測貴州辣椒品質優良的原因可能在于其平均相對濕度和總降水量有利于辣椒品質的形成。
4 結論
貴州省選育的3個辣椒品種在貴州省麻江縣、湖南省長沙市、重慶市石柱縣、云南省硯山縣4個主產區品質指標表現出一定的差異性,其中二氫辣椒素含量、辣椒紅素含量和辣椒素含量的變異系數均在50%以上,而粗脂肪含量、氨基酸含量、還原糖含量和粗纖維含量的變異系數均低于20%。利用綜合評價模型對4個種植點的辣椒品質進行比較發現,驕陽6號與辣研12號的品質在貴州省麻江縣的表現均優于其他種植點,卓椒52在貴州省麻江縣的品質表現僅次于云南省硯山縣,說明貴州省麻江縣種植的辣椒品質優于其他3個種植點。辣椒生育期氣象條件與辣椒品質指標的相關性分析結果表明生育期平均相對濕度和總降水量是影響辣椒品質的關鍵氣象因子,主成分分析結果亦表明生育期平均相對濕度和總降水量氣象因子在貴州省麻江縣種植點表現出較大的貢獻,這可能是貴州省麻江縣種植點辣椒品質優良的主要原因。本研究結果為辣椒適宜種植區分類、辣椒引種及高品質辣椒種植提供理論依據,有利于促進辣椒產業化持續發展。
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(責任編輯:石春林)