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Saturday, October 21, 2017

本课题组日本籍Yu Ito博士后顺利通过出站答辩

Posted by 建华 on 2017 年 6 月 12 日

 

作者:刘志芳  liuzhifang@xtbg.ac.cn

5月24日,由云南大学、中国科学院昆明植物研究所和版纳植物园7位专家组成的评议委员会,对植物系统发育与保护研究组李捷研究员指导的日本籍Yu Ito博士完成的博士后研究报告“Taxonomy, systematics and evolution of aquatic and wetland plants in Indo-Burma biodiversity hotspot: implications for conservation”进行了现场评议。

在站期间,Yu Ito(伊藤优)博士后为明确与评估水鳖科(Hydrocharitaceae)水车前属(Ottelia)和雨久花科(Pontederiaceae)雨久花属(Monochoria)的物种及种间界限,通过广泛收集亚洲—太平洋区域的样品,利用叶绿体与核基因的DNA序列数据,进行了物种界定的贝叶斯联合分析(Bayesian coalescent method),发现在广布的复合种中存在隐存种,记录发表了三个新物种:M. pedunculata, M. pseudohastata 和 O. petiolata。在对世界广布的水鳖科(Hydrocharitaceae)茨藻属(Najas)和谷精草科(Eriocaulaceae)谷精草属(Eriocaulon)的系统分类学研究中,围绕二者属下分类系统争议问题,通过分布区域平衡取样策略,分析了茨藻属的叶绿体与ITS序列数据,发现其属内亚属的分类处理得到非常高的支持,并依据分析结果对茎生亚属提出了新的分组处理;而谷精草属的叶绿体与phyC序列数据的分析结果却彻底颠覆了之前谷精草属属下分类系统。针对物种数量较多的茨藻属(Najas)与谷精草属(Eriocaulon)开展的进化显著性与优先保护种类的分析,揭示了N. ancistrocarpa具有较为明显的系统发育独特性,并将其列为茨藻属中第二位优先保护的物种;通过对谷精草属物种进化速率与生态性状的关联分析,探测到在谷精草属的核心类群中存在进化速率提升的现象,进一步分析证明倍性与生态转变都不能成为谷精草属物种提升进化速率的驱动力。

通过审议,评议专家们一致认为Yu Ito博士后在站期间聚焦Indo-Burma生物多样性热点区域的水生植物类群,开展了广泛而深入的分类与系统学研究,进一步揭示了水生植物多样性,并深入探索其形成机制,为开展水生植物类群的多样性保护提供了具有重要价值的科学依据。评议委员会认为Yu Ito博士后的出站报告立论依据充分,研究方法得当,数据分析方法可行,工作量大,数据翔实,写作规范,条理清晰,结果可靠,结论可信,创新性强,达到博士后出站要求,是一份优秀的博士后出站报告。

日本籍Yu Ito博士后与评议专家组合影

日本籍Yu Ito博士后作出站答辩

 

版纳植物园建立我国首个热带森林树种DNA条形码数据库

Posted by 建华 on 2016 年 1 月 14 日

随着全球气候变化的影响及人类活动的加剧,特别是热带经济作物如橡胶等的大面积种植,西双版纳作为我国生物多样性最丰富的地区之一,目前面临严重的威胁。DNA条形码能够利用一小段DNA序列快速进行物种鉴定,为生物多样性保护提供了一个极为有效的可靠途径。

版纳植物园植物系统发育与保护生物学研究组从2008年起,对西双版纳国家级自然保护区内不同植被类型的热带森林开展了区域DNA条形码研究。从隶属于76科、259属、655树种的2052个个体中获得了rbcL、matK、trnH-psbA和ITS四个DNA条形码片段的5583条序列;利用BLAST方法,结合传统形态学观察及专家鉴定,发现并纠正了野外鉴定错误的99个个体。此外,研究发现作为国际植物DNA条形码联盟推荐的标准条形码的rbcL和matK,对西双版纳热带森林乔木树种的鉴别能力有限,而补充条码ITS虽然受到测序成功率不高的限制,但其树种鉴别能力最高,进而建议将其与trnH-psbA联合共同列为西双版纳地区热带森林树种的DNA条形码;与世界其它热带地区相比,西双版纳地区DNA条形码的树种鉴别能力较低,推测可能与物种组成及共存种之间的差异有关。

本项研究首次建立了我国热带森林树种的DNA条形码数据库,为生物多样性的大尺度调查提供了有力的工具,促进了系统发育群落生态学等相关学科的快速发展;同时,为进一步对该地区开展系统发育多样性的评估和自然保护区合理有效的规划,以及珍稀濒危物种的保护提供了可能,为群落系统发育进化树的构建和外来入侵种的快速鉴定提供了重要的基础数据。

研究成果以Application of DNA Barcodes in Asian Tropical Trees – A Case Study from Xishuangbanna Nature Reserve, Southwest China为题发表在PLoS ONE上。

本项目受到科技部科技基础性工作专项(2012FY110400)的资助。

DNA 条形码在西双版纳热带地区四个样地的表现

DNA 条形码在西双版纳热带地区四个样地的表现

樟属群植物系统发育和生物地理研究取得新进展

Posted by 建华 on

全球约有三分之二的有花植物集中分布于洲际间断分布的热带地区,其中热带美洲有着全球最高的物种丰富度,其次是热带亚洲。分布于热带美洲和热带亚洲的很多生物类群呈现出热带环太平洋间断分布的格局。目前这两大生物多样性富集区正面临着巨大危机已是全球性的共识,而开展热带环太平洋间断分布格局成因与机制的探讨,将有助于分析新、旧世界热带森林群落的演化历史,探究新、旧世界热带生物多样性空间格局形成的历史过程,在全球的空间尺度上揭示森林群落对全球环境变化的响应。

樟属群包含了樟属(Cinnamomum)在内的四个属的植物,全球约有350余种。除分布于非洲的一种之外(Ocoteaikonyokpe),其余物种均分布于洲际间断分布的太平洋两岸热带地区,部分物种在亚洲的分布扩展到亚热带地区,是热带和亚热带常绿阔叶林的建群树种之一。版纳植物园植物系统发育与保护生物学研究组的博士研究生黄建峰在李捷研究员的指导下,联合澳大利亚、美国和德国等多国学者,选取了来自75个樟属群物种的94个样本,涵盖了樟属群植物的整个分布区,对该类群植物的系统发育和生物地理学问题开展了深入研究。得出以下主要结果和结论:1)樟属群植物包含有三个高度支持的单系分支,且基本对应于亚洲的樟组、肉桂组和美洲樟属类群;2)来自非洲的Ocoteaikonyokpe和澳洲樟属植物均聚在亚洲樟属肉桂组中,而来自热带美洲的AioueaMocinnodaphne样本与美洲樟属聚为一支;3)樟属群起源于距今约55个百万年前的劳亚古陆,正值北热带植物群兴盛时期,此时樟属群植物可以通过白令海峡或北大西洋陆桥在欧亚古陆和北美大陆之间进行扩散传播;4)发生在距今约50至48个百万年前的第三纪第一次全球降温过程导致了北美大陆和欧亚大陆樟属群植物发生隔离,而发生在距今约42至38个百万年前的第三纪第二次全球降温过程,导致了非洲Ocoteaikonyokpe与亚洲樟属的隔离分化;5)在全球降温变冷的过程中,作为热带、亚热带植物成分的樟属和樟属群植物向低纬度迁移,从高纬度消失,并在向低纬度南迁的过程中,发生了多次进入南美和一次进入澳洲的扩散事件,长距离扩散在其中可能发挥着关键作用。在长距离扩散过程中,取食樟属群植物肉质果实的鸟类可能扮演者重要角色;6)很多被放入樟属的叶化石,尤其是晚白垩纪的樟属叶化石,仅仅依靠叶化石的叶脉特征而归入樟属并不可靠。本研究证明,全球气候变迁,北热带植物群的兴盛、衰落和瓦解,以及生物类群的长距离扩散,最终塑造了樟属群的现代分布区;而樟属的化石记录显示其在早第三纪曾有一个广布北半球的古老分布区,其现代分布区只是其古老分布区的孑遗。

该研究是在国家自然科学基金(31370245和31200167)的支持下完成。相关结果以Origins and evolution of cinnamon and camphor: a phylogenetic and historical biogeographical analysis of the Cinnamomum group (Lauraceae)为题,发表在国际专业学术期刊Molecular Phylogenetics and Evolution上。

基于ITS+LEAFY+RPB2联合矩阵BEAST分析得到的系统发育树

基于ITS+LEAFY+RPB2联合矩阵BEAST分析得到的系统发育树

 

樟科鳄梨属群系统发育与生物地理学研究取得新进展

Posted by 建华 on 2014 年 8 月 10 日

樟科鳄梨属群植物是新、旧世界热带与亚热带森林群落中一个重要的被子植物基部类群,在樟科中的系统位置相当于族,共包含七个属:油丹属(Alseodaphne)、Apollonias属、檬果樟属(Caryodaphnopsis)、莲桂属(Dehaasia)、润楠属(Machilus)、赛楠属(Nothaphoebe)、鳄梨属(Persea)和楠属(Phoebe),约400~450种,主要分布于亚洲的热带至亚热带地区,但约有1/4的种类分布于美洲的热带至亚热带地区。该类群植物的分类学及系统演化关系一直存在疑问,其热带、亚热带亚洲—美洲间断分布格局的成因更缺乏深入细致的研究。

中科院西双版纳热带植物园植物系统发育与保护生物学课题组博士研究生李朗在导师李捷研究员和德国汉堡大学Jens G. Rohwer教授的共同指导下,针对樟科鳄梨属群植物所存在的系统学争议和生物地理学问题,开展了全面而深入的系统发育重建和生物地理学研究工作。在研究中通过选取鳄梨属群78个物种及相关类群9个物种,使用ITS和核单拷贝功能基因LEAFY作为分子标记,重建了鳄梨属群的系统发育。同时,利用分子钟分析,对鳄梨属群的起源和属群内几次重要的分化时间进行了推测,在结合形态学,古植物学,古地质学和古气候学等多学科证据进行综合分析后,得出如下结论:(1)确定鳄梨属群为一个单系类群,属群内润楠属和楠属各为一单系类群,油丹属、莲桂属和鳄梨属为复系类群,Apollonias属与鳄梨属、赛楠属与油丹属关系密切;(2)进一步证实了花被片特征是解决鳄梨属群系统学问题最重要的形态学性状,对于属群内各类群间的界定具有重要的分类学意义;(3)根据分子钟推测结果,鳄梨属群起源于始新世早期(~55.3 mya)鳄梨族—月桂族植物在劳亚古陆上的扩散过程中;(4)鳄梨属群在始新世中期经历了两次重要的分化(~51.9 mya,~48.5 mya),其现今热带、亚热带亚洲—美洲间断分布格局是由于始新世中后期全球气候变冷导致北热带植物群(Boreotropics)向低纬度地区退缩形成的隔离所致;(5)研究还发现了鳄梨属群中出现的亚洲和美洲,美洲和大西洋Macaronesia群岛之间的少数长距离扩散事件。

此项研究无疑为今后重建一个能反映樟科鳄梨属群系统演化关系的自然系统,更深入地了解该类群植物的多样性,以及持续利用与保护该类群植物提供了坚实的系统发育研究基础。同时,为揭示新、旧世界热带与亚热带森林群落中原始被子植物类群的起源、演化和扩散提供了可靠的研究证据,为探讨这些植物类群在大时间尺度上对环境变化的响应提供了可信的实例证明。此项研究成果已于近期在植物科学(Plant Sciences)Q1学术期刊American Journal of Botany上发表(http://www.amjbot.org/cgi/content/abstract/ajb.1100006v1)。

揭示亚洲地区外来植物飞机草的入侵来

Posted by 建华 on

随着经济全球化进程的加快,生物入侵已成为全球性的社会经济和环境问题。探究外来种成功入侵的机制是制定有效管理策略的前提,而了解外来种的引入途径、次数和传播路线有利于深入理解其入侵机制。飞机草(Chromolaena odorata)是世界公认的多年生入侵性杂草,原产于中、南美洲,现已扩散至非洲、亚洲、大洋洲和西太平洋群岛的大部分热带及亚热带地区,严重威胁着入侵地本地植物的生长、生物多样性和生态安全。揭示亚洲地区飞机草的地理来源、遗传多样性水平和可能的入侵机制对生物多样性的保护具有十分重要的现实意义和科学价值。

本组余香琴博士在李巧明副研究员的指导下,对中、南美洲及亚洲地区飞机草进行了谱系地理学及居群遗传学研究。通过与生物入侵生态学组合作,获得了原产地及入侵地亚洲地区共计46个居群522个个体,在亚洲地区的取样范围跨越了南纬8°至北纬25°的广阔区域。该研究利用2个叶绿体DNA片段、1个核基因片段及6个微卫星位点对亚洲地区飞机草的可能入侵机制及路线进行了探讨。尽管根据文献记录在亚洲存在两次单独的引入,本研究结果表明亚洲飞机草均为同一种(cpDNA和nrITS)单倍型,其在亚洲的入侵很可能只存在一次由西印度群岛向亚洲的引入,而之后飞机草被传入新加坡和马来半岛可能只是亚洲内部的扩散所至。基于微卫星DNA基因分型分析的结果也同样表明,亚洲飞机草的遗传多样性极低,绝大多数个体均为占绝对的主导地位的同一种基因型,在367个个体中仅有4个个体表现出不同的基因型。通过共享的单倍型和微卫星DNA遗传成分的一致性,确定了亚洲飞机草的真正来源地可能为西印度群岛的特立尼达和多巴哥岛屿及其周边区域。本研究支持同一物种内某些基因型的入侵能力要强于其它基因型的学术观点,即亚洲飞机草目前占主导地位的基因型具有更强的入侵能力,这很可能是飞机草能够成功入侵亚洲的重要原因之一。该研究结果以Invasion genetics of Chromolaena odorata (Asteraceae): extremely low diversity across Asia为题发表于国际专业期刊Biological Invasions上。 该研究得到了中国科学院科学基金135项目(XTBG-T01),和国家自然科学基金重点项目(30830027)的资助,在此表示感谢!

唇形科香茶菜属系统发育和生物地理学研究取得新进展

Posted by 建华 on

印度板块碰撞欧亚板块和阿拉伯半岛-非洲大陆撞击欧亚板块显著改变了亚洲地区的板块构造,前者导致了青藏高原的隆升,而后者则搭建了亚洲与非洲动植物区系的交流通道。以上两大地质历史事件无疑对相关物种的分布格局产生了深远的影响。然而,到目前为止,还很少有研究利用合适的植物类群同时针对以上两个科学问题进行探讨。香茶菜属隶属于唇形科荆芥亚科罗勒族,具有重要的药用价值,该属的现代分布中心为我国的横断山脉地区(涵盖本属近70%的物种),并且在世界范围内呈现亚洲-非洲间断分布格局(非洲仅分布有2种),为科研人员理解青藏高原隆升和亚洲-非洲大陆的连接对物种起源和演化的影响提供了理想的实验材料。

本组余香琴博士在李捷研究员的指导下,对唇形科香茶菜属植物进行了系统发育和生物地理学研究。通过对香茶菜属植物集中分布地——横断山脉地区进行了为期一个多月的科学考察,同时与日本东北大学的Masayuki Maki教授和英国皇家植物园邱园的Alan J. Paton博士合作,获得了世界范围内香茶菜属的宝贵研究材料,利用不同遗传背景的DNA序列,融入唇形科的可靠化石记录,重建了香茶菜属的系统发育和生物地理演化历史,并且对该属可能的染色体进化模式进行了分析。结果表明,包含非洲两物种在内的香茶菜属为一个单系类群,属内可分为四个分支,其中非洲2个物种组成一个独立的分支。有意思的是,通过结合分子系统学的染色体进化分析显示非洲2个特有种为异源多倍体。香茶菜属约在渐新世晚期起源于青藏高原及邻近地区,随后分别发生了向东亚地区、日本和非洲的扩散事件。其中,向非洲的扩散发生于中新世早期,研究认为通过阿拉伯半岛-非洲大陆撞击欧亚板块所形成的区系交流通道而扩散至非洲能够较为合理地解释香茶菜属的间断分布格局。此外,香茶菜属绝大部分物种的分化均发生于中新世晚期,且该属物种的分化速率在这一时期之后呈现显著上升,这与目前多数学者所认同青藏高原第三阶段的剧烈隆升大致吻合,为青藏高原隆升的相关地质学假说提供了生物地理学的证据支持。

该研究结果以Phylogeny and historical biogeography of Isodon (Lamiaceae): Rapid radiation in south-west China and Miocene overland dispersal into Africa为题发表于生物进化的国际主流期刊Molecular Phylogenetics and Evolution上。该研究得到了中国科学院科学基金135项目(XTBG-T01),和国家自然科学基金(31370245)等项目的资助,同时得到了中国科学院昆明植物所标本馆(KUN)的大力支持,在此一并表示感谢!

国家基因库-中国生物多样性的“看头”

Posted by 建华 on 2013 年 12 月 5 日

http://www.nationalgenebank.org/topic/biodiversity/index.html国家基因库的一个专题界面,中国生物多样性的概念。

     中国多样性的发展历史

  • 1992  国际公约CBD诞生1992年6月,由联合国主持,各国在巴西里约热内卢签署了《生物多样性公约》(Convention on Biological Diversity,简写为CBD),这个具有法律约束力的国际公约,主要目标是保护生物多样性,生物多样性组成成分的可持续利用,以公平合理的方式共享遗传资源的惠益。2012  每年保护物种的费用将高达760亿美元美国《科学》杂志公布的一项评估结果,保护全世界的濒危物种每年大约需花费40亿美元。如果这个数字还不足以让你惊讶,那么从事这项研究的科学家还报告说,有效保护栖息在重要地区的这些物种的努力可能每年会开出一张760亿美元的大账单。2013  多专家多角度的中国西南洞穴资源保护在4月19日的Science杂志上,中国科学院昆明动物研究所杨君兴研究团队与野生动植物保护国际 (Fauna & Flora International) Tony Whitten博士一起,发表了题为Drought and China”s cave species的Letter文章,指出中国西南地区长期的干旱将对洞穴生物构成严重威胁,而这种危险却一直被人们忽视。2005至2012年间,在世界银行资助下,全世界洞穴生物专家对广西洞穴生物多样性的研究也表明,中国西南地区的洞穴生物多样性已经成为一个崭新的世界生物多样性热点地区。
  • 越来越多环保视觉冲击,保护我们的地球生物世界国家基因组-保护生物多样性

  • 生物多样性这个概念描述了地球上生命形式的丰富多彩,它涵盖了陆地、淡水和海洋中的所有植物、动物和微生物。遗传基因、生态系统、物种的多样性三个层次代表着生物多样性,然而遗传基因是构建物种的蓝图,它决定了一个物种会长成什么样子,生活在哪里以及如何繁衍。同一物种的各成员之间遗传基因比较类似。

版纳植物园蕨类植物倒挂铁角蕨研究获进展

Posted by 建华 on 2013 年 8 月 22 日

蕨类植物倒挂铁角蕨Asplenium normale D. Don并非一个单型种,而是一个复杂的复合体类群(Asplenium normale complex),其具有广泛的分布范围,关于该复合体内包含的类群和范围以及类群间的系统演化关系,目前还存在有较大的争议。而且,倒挂铁角蕨存在二倍体和四倍体类群,不同倍性的类群间可能存在网状进化关系,使得倒挂铁角蕨的系统与分类学问题尤为突出。  

西双版纳热带植物园植物系统发育与保护生物学研究组博士研究生常艳芬,在导师李捷研究员、英国自然历史博物馆Harald Schneider教授和云南大学陆树刚教授的联合指导下,综合应用比较形态学、孢粉测量和流式细胞分析基因组值等方法,同时利用能反映母本遗传物质来源的四个叶绿体片段(trnL-trnFtrnG-trnRrps4-trnSrbcL)和一个能同时反映双亲遗传物质来源的单拷贝核基因pgiC,对倒挂铁角蕨复合体种开展系统生物学研究。研究结果显示,倒挂铁角蕨复合体种是一个由支持率较高的六个分支组成的单系类群,组成该类群的分支间存在异源多倍化的网状进化关系。研究还进一步对组成倒挂铁角蕨复合体的六个组成分支进行了初步的分类处理,明确了其中存在一个二倍体隐存种,再次证明在蕨类植物分类与系统学研究中不能仅以形态特征作为划分物种的标准。进而展望对倒挂铁角蕨复合体的研究还应在其分布的热带地区展开详细的调查,并比较多个低拷贝核基因的系统树及其各类群的繁育系统,研究这一复合体类群的遗传结构来解释其可能的谱系地理模式和物种形成方式。  

研究成果以Species diversity and reticulate evolution in the Asplenium normale complex (Aspleniaceae) in China and adjacent areas为题在线发表于TAXON 上。  

版纳园研究揭示传统的少数民族庭院生态系统能有效保存物种遗传多样性

Posted by admin on 2012 年 4 月 9 日

庭院作为一种传统的混农林生态系统在西双版纳地区少数民族生活中具有悠久的历史。当地的少数民族在生产劳作的过程中有意识地将一些有用的野生植物的种子、幼苗采集引入到庭院中栽培,加以管理,保存了丰富的植物物种。羽叶金合欢 [臭菜,Acacia pennata (Linn.) Willd] 是西双版纳及邻近地区少数民族普遍栽培的一种野生蔬菜,其栽培种广泛种植于庭院、绿篱、田地等生态系统中,栽培历史悠久。近年来该地区大量的森林砍伐,橡胶种植,对臭菜的自然居群破坏严重,极大地影响了野生臭菜的生存。

中科院西双版纳热带植物园植物系统发育与保护生物学研究课题组采用SSR分子标记对分布于西双版纳地区7个村寨的羽叶金合欢的庭院栽培居群及其对应采集来源地的野生居群进行了遗传多样性及居群遗传结构的分析。结果表明庭院中栽培的居群保存了野生居群90%的遗传变异。在每一个调查点,栽培居群与野生居群无论在等位基因的多态性还是在杂合度方面都没有显著差异,栽培居群和野生居群间也没有显著的遗传分化。研究结果表明庭院生态系统有效地保存了该物种的遗传多样性。我们的研究从分子水平,更细致地从遗传多样性的角度揭示了少数民族的庭院文化与植物遗传资源保护之间的关系;从这一点来说,利用传统知识和文化信仰来增强对植物多样性的保护,也是现代对野生植物资源进行保护的合理途径之一。

相关研究结果以Traditional home garden conserving genetic diversity: a case study of Acacia pennata in southwest China 为题在线发表于Conservation Genetics(DOI: 10.1007/s10592-012-0338-x)上。

樟科内“新”的基部类群─新樟属系统学研究的新进展

Posted by 建华 on 2010 年 11 月 11 日

樟科(Lauraceae)是被子植物基部较大的木本植物类群,其植物种类在社会经济和自然生态等方面都具有十分巨大的价值,但至今对樟科植物系统演化关系的认识却由于樟科植物的花小而树体高大和研究相对薄弱等原因仍十分模糊不清。

新樟属(Neocinnamomum H. Liu)是分布于亚洲东南部热带及亚热带地区的一个小属,在传统分类系统中一直被认为与樟属的关系密切。但近期的一些分子系统学研究却对此提出了质疑,而使新樟属在樟科内的系统学位置及其亲缘类群变得模糊起来。

中科院西双版纳热带植物园植物系统发育与保护生物学研究课题组(Laboratory of Plant Phylogenetics & Conservation)运用分子系统学研究手段,对包括新樟属5个物种及相关类群15个物种共22个样品进行取样,利用ITS、trnK和psbA-trnH三个分子片段序列进行分子系统学研究,同时结合比较形态学、生物地理学等方面的证据资料,进行综合分析后得出如下结论:①新樟属为单系类群,提出新樟属内以团伞状聚伞圆锥花序为原始的花序类型,进而演化出少至多花的团伞花序,最后特化为印尼新樟所独有的单花状态的花序演化序列;这是第一次明确地确认新樟属的单系类群地位,而新樟属内的花序演化与系统发育之间的关系也进一步说明花序类型是理解樟科内系统演化关系的关键性状。②新樟属与檬果樟属(Caryodaphnopsis Airy Shaw)为姊妹类群,作为起源古老且十分特化的类群,它们代表了樟科劳亚古陆起源的残余类群;这就明显推翻了新樟属与樟属亲缘关系密切的传统认识,而确立新樟属为樟科植物的基部类群之一,为樟科系统发育与生物地理学的深入研究提供了重要的研究基础。

此项研究是中科院西双版纳热带植物园植物系统发育与保护生物学研究课题组在植物系统与进化研究领域第五篇次将研究论文发表于植物科学(Plant Sciences) Q2期刊 Plant Systematics and Evolution (2010) 290: 173-184中。