2. 江西省萍乡市农业技术推广中心,江西 萍乡 337000
3. 江西省水生生物保护救助中心,江西 南昌 330045
2. Pingxiang Agricultural Technology Extension Center of Jiangxi Province, Pingxiang 337000, China
3. Aquatic Conservation and Rescue Center of Jiangxi Province, Nanchang 330096, China
克氏原螯虾(Procambarus clarkii)俗称小龙虾,原产于北美洲,1929年由日本引入我国江苏省,目前是我国养殖产量最多的经济淡水甲壳类动物[1]。随着近年来小龙虾产量的迅速上升,适宜的保活方法对其品质保证具有重要意义。水产动物常用保活方式主要分为麻醉保活和低温休眠保活[2]。麻醉保活会使水产动物存在休药期,如间氨基苯甲酸乙酯甲磺酸盐(3-aminobenzoic acid ethyl ester methanesulfonate, MS-222)常被用于鱼虾类的麻醉保活,但需经21天休药期方可进入市场销售[3]。丁香酚也是一种高效且廉价的水产麻醉剂,但在光照下会发生化学反应,且其在鱼体内的代谢是否会产生有害物质尚不清楚[4]。同时,麻醉剂在实际使用过程中安全用量难以把握,不同麻醉剂受温度和水产动物种类不同,有效用量不同,过高的浓度或者过长的麻醉时间均会造成水产动物死亡[5]。相比而言,低温休眠保活则是一种低成本、无毒无害、绿色环保的休眠保活方式。水产动物在适宜的低温条件下会进入休眠或半休眠状态,此时水产动物的呼吸速率明显降低,活动力及对氧气的需求显著降低,从而增加休眠时间[6-8]。鱼、虾、贝等存在一个固定的生态冰温区,采用适宜的降温方法到达生态冰温区内可以实现低温休眠[9]。然而,不同的鱼种适宜的低温环境不同,过高或过低都会影响保活率。有研究表明,生态冰温、梯度降温、贮运环境、梯度升温都将影响低温休眠存活率[10-11]。因此根据物种不同,需采用不同降温方法及不同休眠温度,才能达到良好的休眠保活效果。
克氏原螯虾在每年的5—7月集中上市,短时间大量上市会导致市场供大于求。然而,在克氏原螯虾上市淡季,尤其每年12月到翌年的2月,又有一定的市场需求。因此,利用克氏原螯虾属于变温动物,具有低温休眠的习性,采用低温保活方法进行反季节销售能极大地缓解上述两个行业难题。但是目前针对克氏原螯虾长时间低温休眠保活的研究相对欠缺。因此,本研究采用低温休眠的方法对克氏原螯虾进行保活,首先通过观察在低温环境不同行为特征确定其临界休眠温度和临界死亡温度;其次,根据不同降温速率、休眠温度和升温速率下的存活率,探索克氏原螯虾的最适休眠条件;最后,根据低温休眠后的表观性状、血清中酸性磷酸酶(acid phosphatase, ACP)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, AKP)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和丙二醛(malondialdehyde, MDA)以及肌肉品质的变化情况等,探究低温休眠在克氏原螯虾反季节上市的现实价值。
1 材料与方法 1.1 实验材料实验动物由江西彭泽虾蟹科技小院示范基地(29°92′N, 116°65′E)提供。实验前将克氏原螯虾在(25.0±1.0) ℃的循环水中暂养1周。随机挑选体重(17.98±0.83) g、体长(6.55±0.07) cm、体质健壮、体表无伤的克氏原螯虾置于水位4 cm的水族箱内进行实验。
1.2 实验方法 1.2.1 克氏原螯虾的临界温度将60尾克氏原螯虾随机分为3个平行组,每个平行组20尾,初始温度为25 ℃,降温速率5 ℃/h。通过观察克氏原螯虾在不同温度下的生理、行为特征以判定临界休眠温度和临界死亡温度。以克氏原螯虾步足活动减缓,侧躺水底,反应迟钝或对外界刺激无反应,螯足抓力弱或无抓力为特征,出现以上特征时开始计时10 min,转移到25 ℃水中后能存活的原所处温度作为其临界休眠温度[12]。水温降至休眠温度后继续降温,以克氏原螯虾螯足无抓力、步足下垂和心跳停止时的温度作为其临界死亡温度[13]。
1.2.2 克氏原螯虾的最适休眠条件本研究共选用体重、生理状态相近的克氏原螯虾240尾,随机分为4组,20尾/组,每组3个平行。实验初始水温为25 ℃, 4个组分别采用2 ℃/h、3 ℃/h、4 ℃/h、5 ℃/h速率降温至临界休眠温度,12 h后观察克氏原螯虾的行为特征,统计克氏原螯虾存活数,计算其存活率(X1):
X 1= W1/20 ×100%
式中,W1为克氏原螯虾降温处理后平均存活尾数。
本研究共选用体重、生理状态相近的克氏原螯虾2400尾,随机分为4个组,200尾/组,每组3个平行。初始水温为25 ℃,采用存活率最高的降温速率进行降温至休眠温度,4个组分别采用1 ℃、3 ℃、5 ℃、7 ℃的休眠温度进行休眠。休眠过程中,保持水温稳定。每天检查存活情况,及时清理粪便。每隔15 d计算各组存活率(X2):
X 2= W2/200 ×100%
式中,W2为克氏原螯虾休眠后平均存活尾数。
在克氏原螯虾休眠60 d后,将存活率最高的休眠温度组的克氏原螯虾随机分为4组,每组3个平行。4个组分别以2 ℃/h、3 ℃/h、4 ℃/h、5 ℃/h升温到25 ℃, 12 h后观察克氏原螯虾的行为特征。统计克氏原螯虾存活数,计算其存活率。
1.2.3 样品采集在休眠0 d、15 d、30 d、45 d、60 d四个休眠时间点采集克氏原螯虾血淋巴。在1 ℃、3 ℃、5 ℃、7 ℃的4个休眠温度组随机选取10尾克氏原螯虾,分别从围心腔采集血淋巴,离心(4 ℃、8000 r/min、10 min)取上清液,用于检测血清生理生化指标。在休眠0 d和60 d,随机选取最适休眠温度组中10尾克氏原螯虾,采集肝胰腺和肌肉,将肝胰腺称重,肌肉于−80 ℃保存用于理化性质和鲜味氨基酸含量检测。
1.2.4 克氏原螯虾低温休眠保活实验及指标测定表观性状测定:分别测量和称量克氏原螯虾的体长、体重和肝胰腺重,参照以下公式计算其肥满度和肝胰腺指数。
肥满度(condition factor, CF, g/cm3)=(体重/ 体长3)×100
肝胰腺指数(hepatosomatic index, HSI, %)= (肝胰腺质量/虾体重)×100
免疫和抗氧化指标测定:ACP和AKP的活性用硝基酚磷酸钠法测定,SOD活性用Water-soluble tetrazolium salt-1法测定,MDA含量用硫代巴比妥酸法检测。试剂盒均购自南京建成生物工程研究所有限公司。
肌肉品质测定方法如下:
(1)肌肉系水力测定:肌肉系水力的测定参考Honikel等[14]运用的方法。称取克氏原螯虾肌肉样品,用滤纸将肌肉包裹起来,并将其放入15 mL离心管中,1000 r/min,室温,离心15 min之后,将肌肉样本从滤纸中全部取出来并对其进行称量,计算系水力(%);
(2)蒸煮损失率测定[15]:将称量好的肌肉样品装入塑料袋中密封,置于75 ℃的水浴锅中15 min,待冷却到室温,用滤纸吸干表面的水分后进行称重,计算其蒸煮损失率(%);
(3)pH测定[16]:将克氏原螯虾肌肉样品进行研磨,称量肌肉和蒸馏水(1 : 10),充分混合30 min后,用pH检测滤液pH;
(4)肌肉质构特性测定[17]:取克氏原螯虾腹部第三节肌肉,剪切为2 cm长,1 cm厚的块状,以质构剖面分析方法(TA.TX Plus质构仪)测定肌肉的硬度、弹性、内聚性、黏附性、胶粘性和咀嚼性等指标;
(5)肌肉鲜味氨基酸含量测定[18]:称量4种氨基酸标准品之后,制备成浓度为5 mg/mL的混标线性母液,将母液与L-Alanine-d4和Phenylanine-d2溶液混匀制成混合内标溶液(IS),均保存于−20 ℃冰箱。将样本研磨后和质谱水混合制成稀释样本,取稀释样本50 μL,加入200 μL含混合内标的沉淀剂(乙腈 : 甲醇=1 : 1), 0 ℃静置30 min, 12000 r/min、4 ℃离心10 min,取全部上清进行LC-MS分析。
1.3 数据处理所有结果均采用平均值±标准误($\bar{x}\pm \text{SE}$)表示。采用SPSS 26.0进行单因素方差分析(one-way ANOVA), P>0.05表示差异不显著,P<0.05表示差异显著,P<0.01表示差异极显著。
2 结果与分析 2.1 克氏原螯虾临界温度和最适休眠条件的探索 2.1.1 克氏原螯虾的临界温度以5 ℃/h的速率降温,克氏原螯虾的行为特征从最开始的安静,逐渐出现应激反应,进而反应缓慢迟钝,最后进入休眠状态。随着水温的持续降低,克氏原螯虾对刺激无反应并逐渐开始死亡。水温在20~25 ℃时,虾无应激,活动正常;当水温降至13 ℃,部分虾开始出现尾部抽搐、跳窜、浮出水面等应激反应;水温降到10 ℃,大部分虾保持不动,对外界刺激反应迟钝;当水温降到7 ℃,全部虾进入休眠状态;当水温降到5 ℃,部分虾开始侧躺水底,抓起有轻微反应;当水温降到3 ℃,全部虾对外界刺激无反应,此时观察发现部分侧躺水中的虾心脏跳动缓慢;在0 ℃时,克氏原螯虾侧躺水底,步足僵直,假死不动,无应激反应;继续降温,克氏原螯虾心跳停止,出现死亡(表1)。因此,将7 ℃作为克氏原螯虾的临界休眠温度,0 ℃作为克氏原螯虾低温休眠下的临界死亡温度。
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表1 克氏原螯虾在−1~25 ℃温度范围内的行为特征 Tab. 1 Behavioral characteristics of Procambarus clarkii at temperatures ranging from −1 ℃ to 25 ℃ |
本研究条件下,克氏原螯虾在2 ℃/h的降温、升温速率下的存活率显著高于5 ℃/h存活率(表2)(P<0.05);降温速率2 ℃/h时,克氏原螯虾的存活率最高,为(97.50±1.12) %;升温速率2 ℃/h时,克氏原螯虾的存活率最高,为(98.33±1.05) %。因此,选择2 ℃/h为最佳休眠保活的降温、升温速率。
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表2 降温、升温速率对克氏原螯虾存活率的影响 Tab. 2 The effects of cooling rate and heating rate on the survival rate of Procambarus clarkian=3; $\bar{x}\pm \text{SE}$; % |
在15 d、30 d、45 d、60 d四个休眠时间点分别计算不同休眠温度下克氏原螯虾的存活率。克氏原螯虾在休眠温度5 ℃和7 ℃时的存活率高于休眠温度为1 ℃和3 ℃;休眠15 d,休眠温度7 ℃ 时虾的存活率显著高于1 ℃ (P<0.05);休眠30 d,休眠温度为7 ℃时虾的存活率显著高于1 ℃和3 ℃(P<0.05);休眠45 d和60 d,休眠温度为5 ℃和7 ℃虾的存活率显著高于休眠温度1 ℃和3 ℃(P<0.05),并且在休眠60 d后,休眠温度5 ℃时的虾存活率最高,为(60.50±2.02)% (图1)。因此,选择5 ℃作为保活的最佳休眠温度。
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图1 休眠温度对克氏原螯虾存活率的影响不同的小写字母表示同一时间不同温度间差异显著(P<0.05). Fig. 1 The effects of dormancy temperature on survival rate of Procambarus clarkiaDifferent lowercase letters indicate significant difference among different temperatures at the same time (P<0.05). |
在2 ℃/h的降温速率、5 ℃休眠和2 ℃/h的升温速率条件下,克氏原螯虾休眠60 d,其表观性状指标的影响见表3。克氏原螯虾体重、体长、肥满度和肝胰腺重均呈现不同程度降低,肝胰腺指数略有上升,但各指标变化均不显著(P>0.05)。
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表3 最适休眠条件对克氏原螯虾表观性状的影响 Tab. 3 The effects of optimum dormancy conditions on phenotypic characteristics of Procambarus clarkia n=10; $\bar{x}\pm \text{SE}$ |
由图2可知,在2 ℃/h的降温速率、5 ℃休眠和2 ℃/h的升温速率条件下,克氏原螯虾在休眠15 d、30 d、45 d、60 d四个休眠时间点,血清中ACP、AKP、SOD活性呈现先升高后降低的趋势,而MDA含量呈现先降低后升高的趋势;ACP、SOD活性和MDA含量均无显著变化(P> 0.05);休眠30 d时,AKP活性显著高于其他休眠时间点(P<0.05);休眠60 d 时,AKP活性显著低于其他时间点(P<0.05)。
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图2 最适休眠条件不同休眠时间下克氏原螯虾血清生理生化指标变化情况a. 酸性磷酸酶;b. 碱性磷酸酶;c. 超氧化物歧化酶;d. 丙二醛. 不同小写字母不同表示差异显著(P<0.05). Fig. 2 Changes of serum physiological and biochemical indexes of Procambarus clarkii under optimal dormancy conditions for different dormancy timesa. ACP, b. AKP, c. SOD, d. MDA. Different lowercase letters indicate significant difference (P<0.05). |
在2 ℃/h的降温速率、5 ℃休眠和2 ℃/h的升温速率条件下,克氏原螯虾休眠60 d。克氏原螯虾肌肉系水力、pH、黏附性、弹性、胶粘性、咀嚼度有所下降,蒸煮损失率有所上升,但与休眠0 d相比均无显著性差异(P>0.05)。与0 d相比,克氏原螯虾的肌肉硬度和恢复性显著降低(P<0.05),内聚性显著升高(P<0.05)(表4);肌肉中的丙氨酸含量有所增加,天冬氨酸、谷氨酸和甘氨酸含量有所减少,但均无显著性差异(P> 0.05)(表5)。
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表4 最适休眠条件对克氏原螯虾肌肉理化性质的影响 Tab. 4 The effects of optimal dormancy conditions on muscle physicochemical properties of Procambarus clarkia n=10; $\bar{x}\pm \text{SE}$ |
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表5 最适休眠条件对克氏原螯虾肌肉鲜味氨基酸含量的影响 Tab. 5 The effects of optimal dormancy conditions on amino acids content in muscle of Procambarus clarkia n=10; $\bar{x}\pm \text{SE}$; mg/g |
对虾属于变温动物,其体温会随着环境温度的变化而变化,必须依靠行为变化对其体温进行调节。临界温度指生物进行正常生命活动所需的环境温度的上限或下限。不同地域、不同养殖种类其临界休眠、临界死亡温度不尽相同。本研究首先通过梯度降温,发现7 ℃时克氏原螯虾进入休眠状态,温度降低至0 ℃时,开始出现大量死亡。因此判断临界休眠温度为7 ℃,与已报道虾、蟹类休眠温度范围基本一致。管维良[19]研究表明南美白对虾在6 ℃、8 ℃能够进入休眠状态,高于10 ℃则无法进入休眠。张艳春等[20]发现水温低于9 ℃,红螯虾出现明显应激反应,水温为6 ℃出现大量死亡,推断红螯螯虾的临界死亡温度是6 ℃。因为克氏原螯虾春夏季节上市,养殖气温较高。因此,如直接对捕获的虾进行低温保存,温度骤降容易引起强烈刺激,存活率受到影响。在本研究中,将捕获后的虾暂养,暂养后通过不同降温、升温速率进行休眠和复苏,使其逐渐适应温度变化,逐渐提高虾的温度耐受能力。本研究发现,克氏原螯虾有水保活的最佳方法是以2 ℃/h速率降温,5 ℃有水条件下保活,再以2 ℃/h速率升温复苏,其保活时间最久且保活率最高。在此休眠条件下休眠15 d存活率79.83%,休眠30 d存活率70.33%,休眠60 d存活率仍有60.5%。与已有相关虾蟹类报道相比,本研究采用的低温保活策略在时间上明显延长,且存活率更高。杨世平等[21]将墨吉明对虾幼虾从29 ℃海水中转入24 ℃、34 ℃的水体96 h后,存活率80 %以上;转入19 ℃的水体中,96 h存活率仅为50 %。徐德峰等[22]通过不同降温速率,最终维持在5 ℃采用无水冰温条件下保藏凡纳滨对虾,24 h内存活率98.5 %以上。同样地,有研究表明将罗氏沼虾放置在冷冻锯木屑中保活,以(2.52± 0.18) ℃/h速率降温,(15±1) ℃条件下保存,最长16.47 h可以维持存活率95%[23]。这些研究均只能满足虾的短时间保存需求,未能给出更长时间的活体保藏方法及保活率等基础数据。本研究结果为克氏原螯虾的长时间活体保存提供了重要理论基础和数据支持。
3.2 最适休眠条件对克氏原螯虾表观性状的影响低温休眠时,鱼类的呼吸速率显著降低,新陈代谢几乎降至零,基本无任何活动行为,仅受到强烈刺激才可能产生缓慢反应,但机体仍然需要消耗营养物质来维持基本的生命活动[24]。低温胁迫对水产动物的直观影响表现为体重、肝体指数和肥满度等形体指标不同程度的变化[25]。因此,低温休眠保存还要对克氏原螯虾的表观性状进行评估,以保证虾的品相。本研究发现,以2 ℃/h速率降温,5 ℃有水条件下保活60 d,逐渐升温至5 ℃复苏后其体重、体长、肥满度、肝胰腺重量、肝胰腺指数等均未发生显著性变化。其中体重、肥满度、肝胰腺重量略有下降,可能因肝胰腺和肌肉是克氏原螯虾重要的营养储存场所,当低温休眠时机体仍然会消耗其部分营养物质维持极低的代谢。这与大部分低温保存水产品的报道相同。吴东蕾[26]探究低温胁迫对红螯光壳螯虾(Cherax quadricarinatus)影响时发现,9 ℃组的红螯光壳螯虾肝胰腺比显著小于25 ℃。周康奇等[27]通过将中国圆田螺(Cipangopaludina chinensis)于4 ℃储存不同时间发现,低温56 d和对照组0 d相比体重下降了7.6%。大量研究表明,当保活温度不低于临界死亡温度时,温度越低,水产品保活时间越长且复苏后的营养成分保留越好[21,28-29]。本研究中,保活温度5 ℃低于目前虾蟹类保活报道的保活温度,同时结果也表明,低温保活60 d时克氏原螯虾的肥满度、体重、体长等表观性状与0 d相比没有显著变化,营养物质消耗微乎其微。可见,本研究的克氏原螯虾低温保活方法具有实际应用价值。
3.3 最适休眠条件对克氏原螯虾血清生理生化指标的影响水产动物在受到温度变化、饥饿等胁迫后,机体会产生应激反应[30]。ACP是一种多功能的磷酸单酯水解酶,对维持动物的生理机能和免疫至关重要的作用,AKP是一种重要的代谢调控酶,能增强甲壳动物的抗病性[31-32]。低温、缺水和饥饿等应激源可能导致氧化应激并在鱼和虾中诱导抗氧化反应,从而影响SOD水平[33]。本研究中,克氏原螯虾在低温休眠过程中,ACP、SOD虽然呈现先增加后降低的趋势,但变化不显著。而AKP则在30 d呈现显著性升高后,60 d显著性下降。这与目前大量相关报道趋势类似,李豫等[34]研究发现低温胁迫7 d后,军曹鱼(Rachycentron canadum)幼鱼血清中AKP含量显著上升。同样,付东勇等[35]研究表明,暗纹东方鲀(Takifugu fasciatus)低温应激早期,SOD活性会显著性升高,而在长时间低温应激后会有下降趋势。罗胜玉等[36]发现,将黄姑鱼(Nibea albiflora)进行低温胁迫后,其肝脏、肌肉和鳃组织的SOD也呈先升高再降低的趋势。李志强[37]对中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)进行不同时间低温处理后,肝胰腺中ACP、AKP、SOD呈现先升高后降低趋势。究其原因可能是低温休眠初期,机体受到低温和饥饿胁迫造成克氏原螯虾免疫应激,但长时间延长机体适应低温环境,应激逐渐减少,血液中相关免疫酶活指标回落。MDA是脂质过氧化产物,它在一定程度上可以反映细胞的氧化损伤程度[38]。本研究中,MDA含量呈现先降低后升高的趋势,但变化不显著,这与相关报道存在一定差异。杨丰等[12]研究表明,罗氏沼虾在20 ℃有水保活24 h内,血液中MDA含量先升后降。肝胰腺作为虾体抗氧化反应的主要器官,其组织内 MDA 含量与肝实质细胞凋亡数量显著性正相关,可间接测定肝脏系统受损程度。本研究中,MDA含量在低温保活过程呈先降低后增加,说明在保活前期,5 ℃低温对虾体肝脏的氧化代谢有一定抑制作用,MDA含量下降,SOD升高快速清除过氧化物,肝脏受到保护。而随着保活时间延长,虾体无氧代谢增强,导致肝细胞受损,SOD活性下降,而MDA含量增加,而此时虾的存活率也明显下降。
3.4 最适休眠条件对克氏原螯虾肌肉品质的影响硬度、弹性、内聚力、咀嚼性、恢复性等都是反映肌肉理化性质的指标[39]。蒸煮损失率与系水力用来指示克氏原螯虾的肌肉蛋白结构和肌肉品质是否发生了变化[40]。谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和甘氨酸等鲜味氨基酸含量会影响肌肉的风味[41]。在本研究中,克氏原螯虾在最适休眠条件下休眠60 d,虽然克氏原螯虾肌肉的硬度和恢复性显著下降,但内聚性显著升高。可能是由于保活初期,温度降低对克氏原螯虾造成刺激。克氏原螯虾为了抵抗不良影响,肌肉中的糖原被分解代谢成水和二氧化碳,肌肉中的水分增加,肌肉纤维的紧密程度发生变化,但对虾肉品质影响有限。虾体肌肉的系水力、pH、黏附性、弹性、胶粘性、咀嚼度和蒸煮损失等理化性质及鲜味氨基酸含量均没有显著变化。大量研究表明,低温保活能够有效保存肌肉营养物质,风味物质等。徐德峰等[22]研究表明,在低温无水保活的条件下,凡纳滨对虾的食用品质并没有降低。罗丽俐等[42]通过对太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)在生态冰温(0 ℃)条件下保活,可以有效减缓其品质变劣速率。高加龙等[43]对香港牡蛎(Magallana hongkongensis)在4 ℃、10 ℃ 和15 ℃条件下保活不同时间后发现,4 ℃保活时,其营养物质损失相对较低,更利于储存和运输。在本研究中,克氏原螯虾在最适休眠条件下休眠60 d,虾肌肉理化性质仅肌肉硬度、恢复性和内聚性3个指标发生显著性变化,其他指标均未发生显著变化,说明该低温休眠环境对克氏原螯虾肌肉品质影响有限,保证了低温保存过程虾肉自身的品质。
4 结论综上所述,基于低温休眠原理,本研究以2 ℃/h的降温速率、5 ℃休眠保活及2 ℃/h的升温速率复苏的条件为克氏原螯虾的最适低温休眠保活条件。在该条件下休眠60 d,克氏原螯虾表观性状变化不显著;随着休眠时间的延长,存活率不断降低,至60 d存活率仍有(60.50±2.02)%,克氏原螯虾免疫和抗氧化调节功能减弱;此外,虾体肌肉硬度、恢复性和内聚性3项理化性质发生显著变化,其他理化性质及风味氨基酸没有发生显著变化。本研究通过分析降温速率、保藏温度、升温速率等过程对克氏原螯虾保活效果的影响,为克氏原螯虾长时间低温有水保活提供了理论基础和技术支持。
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