科研产出
粉垄耕作提高土壤养分有效性并促进甘蔗维管组织发育和养分吸收
《植物营养与肥料学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：[目的]研究粉垄耕作对宿根蔗和新植蔗生长过程中土壤养分含量、甘蔗对养分吸收以及植株解剖形态的影响,为粉垄耕作技术推广提供理论依据。[方法]以桂糖42号为供试材料进行田间试验,以常规耕作为对照（CK,耕作深度25 cm）,粉垄耕作（垂直旋深40 cm）为处理,甘蔗种植采用新植甘蔗和宿根两种方法。在甘蔗主要生育期,采集植株和土壤样品,测定土壤中速效氮磷钾含量以及甘蔗对养分的吸收和积累量,同时测定叶中氮代谢酶活性和根系活力,观测根系维管束形态结构,并测定根系活力。[结果]与常规耕作相比,粉垄耕作条件下,土壤容重降低了8.6%～16.9%,土壤速效氮、有效磷含量分别提高了8.7%～77.6%和8.2%～25.6%,差异显著;甘蔗叶片氮磷含量提高,增幅分别为11.4%～19.4%和5.3%～34.8%;显著提高了甘蔗出苗率、分蘖率、株高、茎径、有效茎数、产量。粉垄耕作下,甘蔗茎维管束更大,分布更密集,蔗茎维管束数量、维管束面积、后生木质部导管直径、韧皮部面积显著增加,新植蔗和宿根蔗茎维管束面积分别增加了15.2%和16.7%,维管束数量分别增加28.0%和17.8%;后生木质部导管直径分别提高7.8%和7.9%;韧皮部面积分别增加29.7%和30.8%;在苗期、伸长期和成熟期,粉垄耕作的甘蔗根系活力分别比传统耕作处理增加了1.29、1.39和1.25倍,新植蔗叶谷氨酰胺合成酶（GS）活性分别增加了149.6%、36.5%和65.6%,宿根蔗叶GS活性分别增加了65.9%、36.0%和93.3%（P<0.05）;在苗期和伸长期,新植蔗叶片谷氨酸合成酶（GOGAT）分别显著提高了40.3%和69.1%,宿根蔗分别增加37.9%和42.4%;苗期粉垄耕作宿根蔗亚硝酸还原酶（NR）活性显著高于常规耕作甘蔗9.5%。[结论]粉垄耕作可改善土壤理化性状,提高速效氮磷含量,改善甘蔗维管组织,提高甘蔗体内氮磷含量,提高根系活力和氮代谢相关酶活性,有利于甘蔗吸收和转运氮素,促进了氮代谢和氨基酸的合成,为蛋白质的合成提供了物质基础,促进甘蔗生长发育,实现甘蔗增产增收。
关键词： 粉垄耕作 甘蔗 土壤速效养分含量 土壤容重 氮代谢酶活性 维管组织 产量
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粉垄对甘蔗根系结构发育及呼吸代谢相关酶活性的影响
《中国农业科学 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：【目的】探讨甘蔗粉垄技术增产增糖的根系细胞生理学机制,为粉垄技术推广提供理论依据。【方法】以桂糖42号为供试材料进行粉垄耕作处理（耕作深度40 cm）,以常规耕作为对照（耕作深度25 cm,CK）,分别测定土壤速效养分,甘蔗农艺性状及产量和糖分、根系形态、根毛区组织细胞结构、根系活力、苹果酸脱氢酶、细胞色素氧化酶等呼吸代谢相关酶活性。【结果】（1）与常规耕作相比,新植蔗土壤的碱解氮和速效磷分别增加了8.7%和17.9%;宿根蔗土壤增加了10.4%和25.6%,且不同耕作方式间同一指标差异显著;（2）粉垄新植蔗出苗率和分蘖率比常规耕作分别提高了25.0%和17.4%,宿根蔗分别提高了30.6%和11.7%。砍收时,粉垄新植蔗株高、茎径、单茎重、有效茎、产量分别提高了13.2%、17.6%、29.0%、5.3%、12.9%,粉垄宿根蔗分别增加了7.6%、22.2%、70.3%、18.7%和12.9%,且不同耕作方式间同一指标差异显著;（3）粉垄甘蔗根长、根直径、根体积、根尖数、根表面、根鲜重、根干重比常规耕作分别增加20.9%—42.3%、12.3%—71.0%、33.3%—71.0%、6.4%—61.6%,21.8%—64.1%、26.8%—64.4%和32.6%—95.3%,且不同耕作方式间同一指标差异显著;（4）与常规耕作相比,粉垄甘蔗根毛区和根毛细胞更长,根毛排列更疏松有序,根尖细胞壁增厚,细胞质、粗糙型内质网和高尔基体更丰富,线粒体数目更多且嵴清晰,细胞核结构更紧致;粉垄新植蔗根毛长度、根毛密度、单位面积根毛总长度和细胞中线粒体数目分别增加了53.3%、73.0%、111.1%和37.5%;粉垄宿根蔗以上指标也分别增加了38.9%、95.9%、82.6%和53.8%,且不同耕作方式间同一指标差异显著;（5）与常规耕作相比,粉垄甘蔗根系活力在整个生育期均显著增强,在苗期、伸长期和成熟期分别增加了1.29倍、1.39倍和1.25;（6）与常规耕作相比,粉垄苹果酸脱氢酶（MDH）、细胞色素氧化酶（CytcA510）和多酚氧化酶（PPO）活性在苗期和伸长期均显著增加,在苗期,新植蔗粉垄甘蔗苹果酸脱氢酶、细胞色素氧化酶和多酚氧化酶活性分别提高了22.9%、28.1%和38.9%,宿根蔗以上各指标分别提高23.0%、20.3%、27.7%,差异显著;在伸长期,新植粉垄甘蔗分别显著提高21.2%、41.8%和33.7%,宿根蔗各指标分别提高27.4%、26.8%和53.3%;成熟期,除了细胞色素氧化酶差异不显著外,粉垄新植蔗和宿根蔗的苹果酸脱氢酶、多酚氧化酶活性均显著提高。【结论】粉垄可提高速效氮和速效磷含量,改善甘蔗根系的营养,提高根系活力和呼吸代谢相关酶活性,有利于根系组织细胞结构和根系形态的发育,从而进一步促进根系对水肥的吸收。
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种茎直接补种宿根蔗延长年限新技术降本增效分析与展望
《甘蔗糖业 》 2021
摘要：2015～2017年,基于当时广西蔗区主栽品种ROC22宿根蔗缺株断垄严重而开展了种茎直接补种宿根蔗延长年限研究,利用桂辐98-296种茎直接补种ROC22、桂糖42号、桂柳05-136宿根蔗的田间试验。根据3年的试验结果表明,桂辐98-296种茎直接补种处理蔗茎产量比对照平均增产19.3920t/hm2,增幅33.51%,种茎补种处理蔗茎蔗糖分比对照高0.04%。经济效益分析结果表明:宿根蔗因年限延长2年而年节约种植成本平均为1234.2元/hm2,种植者纯增收平均为4898.8元/hm2,制糖企业新增工业产值平均为14838.0元/hm2。综合部分制糖企业多点及其它甘蔗品种的示范表征结果,完善与提炼出具有创新性和实用性的"种茎直接补种宿根蔗延长年限栽培技术体系"。对该技术在广西蔗区生产未来大面积推广应用,对蔗糖产业提质和降本增效,以及利用机械化作业以提高补种作业劳动生产率进行了展望,并提出了一定的推广建议。
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耐旱与旱情敏感甘蔗品种根际土壤细菌群落组成及功能比较
《西南农业学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：【目的】比较耐旱性不同甘蔗品种根际土壤的细菌群落结构及功能,为筛选和开发利用有益功能细菌及构建新型甘蔗耐旱评价体系提供理论依据。【方法】选用耐旱甘蔗品种桂辐98-296和旱情敏感甘蔗品种桂糖36号,在设施内进行桶栽管理,以不种植甘蔗的盆土为空白对照（CK）;采集其根际土壤及CK土壤样品,基于MiSeq高通量测序技术分析各土壤样品的细菌群落结构。【结果】桂辐98-296根际土壤的优势细菌数量在门、纲、目、科、属、种和可操作分类单元（OTU）7个分类水平上均高于CK;桂糖36号根际土壤优势细菌数量仅在目、属、种和OTU 4个分类水平上高于CK;在门分类水平,变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、厚壁菌门（Firmicutes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidota）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）细菌均是2个甘蔗品种根际土壤及CK土壤共有的优势细菌门类;桂辐98-296根际土壤还富集了绿弯菌门、放线菌门和芽单胞菌门等具有提升植物耐旱能力的细菌门类,其丰度占比均高于桂糖36号相应的细菌门类;在属分类水平,马杜拉菌属（Actinomadura）、norankcActinobacteria、unclassifiedoFrankiales和norankoJG30-KF-CM45是2个甘蔗品种根际土壤的优势菌属;与桂糖36号相比,norankfNitrosomonadaceae和norankcActinobacteria是桂辐98-296根际土壤特有的优势细菌属。【结论】与旱情敏感甘蔗品种桂糖36号相比,耐旱甘蔗品种桂辐98-296根际土壤中富集了丰度高占比、且具有提高植物抗逆功能的绿弯菌门、放线菌门和芽单胞菌门等优势细菌门类;同时还富集了未分类的放线菌属和金霉素链霉菌属等特有优势细菌属,并拥有更丰富的信号分子与相互作用功能。桂辐98-296根际土壤中富集的特有优势细菌属norankfNitrosomonadaceae和norankcActinobacteria有望作为提高甘蔗耐旱能力的备选功能菌属开发利用。
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基于高通量测序分析间作猫豆对甘蔗根际土壤微生物的影响
《南方农业学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：【目的】探究甘蔗间作猫豆对甘蔗根际土壤微生物多样性的影响,为改善甘蔗根际土壤微生物群落结构及促进甘蔗生长提供理论参考。【方法】采用单因素试验设计,分析单作甘蔗（CK）和甘蔗间作猫豆（T处理）2种种植方式对甘蔗根际土壤养分的影响,并采用Illumina20HiSeq高通量测序技术,在门和属水平上分析甘蔗根际土壤微生物群落结构,在种水平进行主成分（PCA）分析。【结果】T处理的根际土壤中全氮、全钾、水解性氮、有效磷和有机质含量均大于CK。T处理的根际土壤中细菌的丰富度和多样性高于真菌的丰富度和多样性;T处理的根际土壤中细菌丰富度高于CK,但差异不显著（P>0.05,下同）,其多样性显著高于CK（P<0.05,下同）;T处理的根际土壤中真菌的丰富度和多样性均显著高于CK。CK和T处理土壤样品的主要优势细菌门为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）,其相对丰度均大于10.00%,优势细菌属分别为水恒杆菌属（Mizugakiibacter）、游动四孢属（Luedemannella）、乳杆菌属（Acidothermus）和布氏杆菌属（Bryobacte）,但T处理根际土壤样品中水恒杆菌属、游动四孢属和乳杆菌属的相对丰度分别较CK下降2.47%、1.78%和0.68%,其他细菌属分别增加0.10%～0.86%。CK和T处理根际土壤中优势真菌门为子囊菌门（Ascomycota）,分别为80.00%和92.00%,其次是担子菌门（Basidiomycota）,分别为8.00%和6.00%,排名前3的优势真菌属均为戴氏霉属（Taifanglania）、毛壳属（Chaetomium）和镰刀菌属（Fusarium）。CK和T处理的6份根际土壤样品在种水平上的主成分（PCA）分析结果显示,细菌群落PC1的变异为29.37%,PC2的变异为20.26%,二者的总贡献率为49.63%;真菌群落PC1的变异为33.44%,PC2的变异为27.73%,二者的总贡献率为56.17%。CK与T处理的细菌群落分别属于不同象限,CK位于第1和第3象限,而T处理位于第2和第4象限。【结论】甘蔗间作猫豆可改善甘蔗根际的土壤养分状况,改变甘蔗根际微生物的群落结构,提高细菌和真菌的丰富度和多样性,但未影响优势菌门的排序。
关键词： 甘蔗 猫豆 间作 根际 土壤微生物 高通量测序 群落结构
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秸秆覆盖对广西甘蔗地土壤水分与结构变化的影响
《南方农业学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：【目的】探讨秸秆覆盖对广西甘蔗地土壤孔隙结构、孔隙数量、连通性等性质的影响,分析土壤孔隙结构特点及水分运移通道特征,为广西地区甘蔗生产中的科学合理种植提供理论依据。【方法】设秸秆覆盖（SM）与无秸秆覆盖对照（CK）2种处理,利用CT扫描成像技术和ImageJ软件获取土壤孔隙结构数据并测定土壤有机质,结合原位监测获得的5、20、40 cm深度的土壤含水量数据,对比分析不同处理的孔隙结构特点及土壤水分运移通道特征。【结果】SM处理010 cm土层的有机质含量显著高于CK（P<0.05,下同）;相同深度下SM处理的土壤含水量均高于CK。040 cm土层中,SM处理的土壤孔隙面密度显著大于CK,而CK的土壤孔隙复杂度显著高于SM处理。SM处理的孔隙数量（19190个）、直径≥1 mm孔隙数量（952个）、孔隙度（0.07%）及比表面积（1.64 mm-1）均显著大于CK对应值（9415个,690个,0.06%,1.43 mm-1）。土壤孔隙三维结构显示,CK的总孔隙数量少且多分散在020 cm土层,空间分布呈明显的分层现象;而SM处理的总土壤孔隙数量多且均匀分布在整个空间,无明显孔隙分布分层现象,且其连通性孔隙发育较完善。【结论】秸秆覆盖处理可有效提高广西甘蔗地的土壤含水量,增加土壤孔隙数量,从而整体提高土壤孔隙连通性,对土壤孔隙结构改善有一定积极影响,有利于促进甘蔗根系的生长发育。
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甘蔗间作不同豆科作物对甘蔗植株内生细菌多样性的影响
《热带作物学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：解析甘蔗间作不同豆科作物对甘蔗植株内生细菌多样性的影响,旨在评价甘蔗间作不同豆科作物对甘蔗植株健康状况及抗性的作用效果。结果发现,与单作的甘蔗（CK）相比,甘蔗间作黄豆显著提高甘蔗内生细菌的多样性和丰富度;间作绿豆虽然有助于提升甘蔗植株内生细菌多样性与丰富度,但与CK之间无显著差异;间作花生导致甘蔗植株内生细菌多样性与丰富度显著降低。门分类水平,与CK相比,间作处理甘蔗植株中变形杆菌门（Proteobacteria）内生细菌丰度占比急剧下降,放线菌门（Actinobacteria）以及属于其他（others）分类的内生细菌丰度占比上升;属分类水平,与CK相比,间作处理甘蔗植株中泛菌属（Pantoea）和Burkholderia-Paraburkholderia属丰度占比下降,红球菌属（Rhodococcus）内生细菌丰度占比上升;另一方面,unclassifiedf<sub>Micrococcaceae和Pseudarthrobacter是间作甘蔗植株中特有的内生细菌优势属,但同时草螺菌属（Herbaspirillum）和Williamsia属内生细菌缺失。此外,Rubrobacter、norankf<sub>MSB-1E8、类诺卡氏菌属（Nocardioides）、norankc<sub>Actinobacteria、norankf<sub>Euzebyaceae、Gaiella、Defluviicoccus、 norankf<sub>Elev-16S-1332、 noranko<sub>Acidimicrobiales、 norankf<sub>Propionibacteriaceae、noranko<sub>Gaiellales、norankf<sub>Gemmatimonadaceae是甘蔗/黄豆间作（A）处理中甘蔗植株特有的内生细菌优势属;链霉菌属（Streptomyces）、马赛菌属（Massilia）、分枝杆菌属（Mycobacterium）、甲基杆菌属（Methylobacterium）、Sinomonas、罗思河小杆菌属（Rhodanobacter）、金黄色杆菌属（Chryseobacterium）、根霉菌属（Rhizomicrobium）是甘蔗/绿豆间作（B）处理中甘蔗特有的内生细菌优势属。甘蔗/花生间作模式下,甘蔗植株根系中不存在特有的内生细菌优势属;而草螺菌属（Herbaspirillum）和Williamsia是甘蔗单作模式下甘蔗植株根系中特有的内生细菌优势属。甘蔗间作黄豆和绿豆不仅有助于提升甘蔗植株根系内生细菌的多样性与丰富度,而且改善了甘蔗植株根系内生细菌群落结构组成,尤其间作黄豆效果更佳;与之相反,甘蔗间作花生无助于提高甘蔗植株根系内生细菌的多样性与丰富度,亦不利于改善甘蔗植株根系内生细菌群落结构组成。
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甘蔗套种马铃薯机械化栽培对土壤微生物多样性及甘蔗养分吸收的影响
《南方农业学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：【目的】研究甘蔗套种马铃薯机械化栽培对土壤微生物多样性和甘蔗养分吸收的影响,为该套种模式的推广应用提供理论依据。【方法】采用大田随机区组试验,设甘蔗单作（对照）和甘蔗套种马铃薯2种栽培模式,每种种植模式分为根际区和非根际区进行土壤采集,即甘蔗单作区的根际土、非根际土及甘蔗套种区的根际土、非根际土。利用传统测定方法和Illumina高通量测序技术分析2种栽培模式下的土壤理化性质、甘蔗养分吸收和微生物多样性的差异。【结果】与甘蔗单作相比,套种区甘蔗根际土的有机质、水解性氮、有效磷和速效钾含量分别显著提高4.93%、12.32%、6.40%和8.92%（P<0.05,下同）;非根际土的有机质、水解性氮、有效磷和速效钾含量分别显著提高10.50%、56.01%、48.31%和51.52%;套种区显著降低了土壤容重,提高了土壤含水量。套种区土壤的真菌Shannon、ACE和Chao1指数显著高于单作区,Simpson指数显著低于单作区;土壤细菌Shannon、Simpson、ACE和Chao1指数则与单作区无显著差异（P>0.05,下同）。套种提高了土壤细菌酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和浮霉菌门（Planctomycetes）及真菌担子菌门（Basidiomycota）、毛霉菌门（Mucoromycota）和其他未知真菌类群的比例,降低了细菌变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和杆菌属门（Patescibacteria）及真菌子囊菌门（Ascomycota）的比例。相关分析结果显示,土壤pH、速效钾、土壤容重和土壤含水量对土壤细菌及真菌群落的影响较大,其中土壤细菌群落中的拟杆菌门和厚壁菌门分别与土壤容重和土壤有效磷呈显著正相关,绿弯菌门和芽单胞菌门分别与土壤容重和土壤速效钾呈显著负相关;土壤真菌群落中的子囊菌门与土壤容重呈显著正相关,担子菌门与土壤容重呈显著负相关。套种显著降低了苗期甘蔗对磷和钾的吸收量,对生长后期甘蔗的养分吸收无显著影响。【结论】甘蔗套种马铃薯机械化栽培可有效改善土壤理化性质,改变土壤微生物群落结构,提高甘蔗产量和含糖量,增加经济效益,实现土地的用养结合,是较合理的套种模式。
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不同甘蔗品种根际土壤酶活性及微生物群落多样性分析
《热带作物学报 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：通过桶栽试验,比较了8个甘蔗品种吸氮效率的差异以及不同品种根际土壤酶活性和微生物群落多样性的差异,以期为甘蔗生产上的选种以及蔗地土壤生产力的维持提供科学支持.在甘蔗大生长期末期收集甘蔗植株和根际土壤,比较不同品种甘蔗植株的吸氮效率和氮肥利用率、测定根际土壤蔗糖酶以及脲酶活性、利用Miseq高通量测序技术对甘蔗根际细菌群落多样性进行分析.研究结果表明,不同甘蔗品种在大生长期末期的吸氮效率存在一定差异,8个品种的植株平均吸氮效率为17.95%~27.57%,氮肥利用率为22.15%~34.02%,其中吸氮效率及氮肥利用率最高的品种是'桂糖44号',最低的是'桂选B9';8个品种的根际土壤蔗糖酶活性3.51~6.56mg/(g·d),脲酶活性1.12~1.42 mg/(g·d),不同品种间存在一定差异,土壤酶活性表现较高的品种为'桂糖48号'和'新台糖22号',而'粤糖93159'的土壤酶活相对较低.高通量测序分析结果显示,8个不同品种甘蔗根际土壤细菌种群结构存在一定差异,不同品种间在优势菌群组成上差异不显著,主要差异表现在优势菌属的丰度上,其中'桂糖44号'和'粤糖93159'均以Bacillus为最主要的优势菌属,而其他6个品种的主要优势菌属均为Chryseolinea.冗余分析结果显示,甘蔗氮吸收率、土壤碱解氮含量以及土壤pH对土壤微生物群落结构的影响最大;相关性分析表明,不同甘蔗品种吸氮效率的差异以及部分土壤理化指标均与根际土壤微生物群落中不同优势菌门存在一定的相关性;根系微生物菌群结构的差异可能在一定程度上影响了甘蔗的吸氮效率.本研究结果初步揭示了不同甘蔗品种氮肥利用率与根际微生物群落结构的相关关系,为深入研究甘蔗根际微生物多样性及功能与环境因子之间的关系提供了借鉴.
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干旱胁迫对甘蔗根系碳氮代谢的影响
《南方农业学报 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：[目的]探究甘蔗根系响应水分变化的碳氮代谢生理应答机理,为后续研究甘蔗的抗旱性和高产栽培研究提供参考.[方法]以新台糖22号为试验材料,在大棚中采用桶栽方式,模拟自然干旱胁迫过程,在处理开始后第0、1、3、5、7、9、11、15、19和25 d采样并测定土壤水含量及甘蔗根系的水含量、碳水化合物和氮同化产物含量及关键酶活性,分析各项指标干旱胁迫后的动态变化趋势.[结果]干旱胁迫下,甘蔗根系水含量逐渐降低,至干旱胁迫第25 d时,根系水含量降至19.42%,较第0 d(75.64%)时降低56.22%(绝对值).随着干旱胁迫时间的延长,氮代谢中脯氨酸和游离氨基酸含量随着干旱程度的加重而逐渐增加,于干旱处理第25 d时均达最高值,分别为85.69和20.08 mg/gFW,而硝酸还原酶活性变化呈前期降低、中期升高、后期又逐渐下降的波动变化趋势.碳代谢中的可溶性糖含量波动升高,干旱胁迫第19 d时达最高值(4.47 mg/gFW),干旱胁迫第25 d时出现回落;淀粉含量与可溶性糖含量变化趋势相反,干旱胁迫第25 d时淀粉含量降至最低值(0.55 mg/gFW),但淀粉酶活性逐渐升至最高值[18.15 mg/(gFW·min)].[结论]干旱胁迫下甘蔗根系通过调节碳氮代谢关键酶活性、碳水化合物和氮同化物含量从而避免干旱对根系的伤害,保障甘蔗正常生长发育,但根系只能在一定时间范围内抵御干旱胁迫造成的伤害,因此需要在干旱初期阶段做好防范措施.
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