小麦遗传育种中基因工程的应用现状与展望
我国小麦转基因研究的现状及前景
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２０１ １全国转基因新品种培育及产业化应用交流研讨会
３．存在的问题及前景展望
作物转基因育种和常规育种相比具有明显的发展优势，因为它不仅极大地拓 宽了育种的基因来源（如动物、植物、微生物和人工合成），而且可以实现高效 精确的遗传改良，更为重要的是抗病虫等转基因育种的发展将有效减轻农田的环 境污染。小麦是我国的重要粮食作物之一，其转基因研究无疑有非常重要的意义， 但目前小麦转基因研究中仍然存在较多的问题。
花粉管通道法是我国学者周光宇提出的一种菲常简便的植物转基因方法，其 基本原理是利用植物授粉后花粉萌发形成的花粉管，将外源ＤＮＡ送入胚囊中尚
基金项目：河南省科技厅项目（０６２３０１ １６００） 作者简介：李永春（１９７１－），男，博士，副教授，主要从事小麦功能基因组学和分子育种研究。通讯地址： 河南省郑州市农业路６２号，国家小麦中心２０５室。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｎｇｃｈｕｎｌｉ７１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．Ｃｌｌ。
２０１ １全国转基因新品种培育及产业化应用交流研讨会
我国小麦转基因研究的现状及前景
李永春，王潇，陈雷，尹钧· 河南农业大学／国家小麦工程技术研究中心，郑州，４５０００２
摘要：近年来，我国小麦转基因育种研究发展迅速，并成为常规育种的有效补充。分析了各类转基 因方法在小麦遗传转化中的应用情况，综述了我国小麦转基因分子育种的发展及现状，主要包括小 麦抗病虫、品质改良以及耐非生物逆境胁迫等方面的转基因研究，并分析了目前小麦转基因育种中 存在的问题及发展策略。
遗传学和基因工程技术在农作物改良中的应用
遗传学和基因工程技术在农作物改良中的应用简介：农作物的改良一直以来都是农业科学和种植业的重要课题之一。
随着遗传学和基因工程技术的不断进步，人们可以更有效地改良农作物，提高产量、抗病性和适应环境能力。
本文将探讨遗传学和基因工程技术在农作物改良中的应用，从传统的杂交育种到现代的基因编辑技术，为农作物改良带来的机遇和挑战。
一、遗传学在农作物改良中的应用1. 杂交育种：杂交育种是利用遗传学原理，将两个不同的亲本杂交，使其后代具有优良遗传特征的育种方法。
通过组合优势和杂种优势，可以获得较高的产量和抗病性。
例如，在水稻和小麦等作物中，通过杂交育种可以提高产量和抗病性，并改善营养价值。
2. 基因分析：通过对农作物基因组的解析和研究，可以识别并分析特定基因与农作物性状之间的关系。
基因分析可以帮助农业科学家了解农作物的遗传背景，从而更好地选择和改良目标基因。
例如，在研究中发现影响小麦耐旱性的基因，有助于培育抗旱品种。
3. 分子标记辅助选择（MAS）：MAS是一种利用分子标记检测农作物遗传背景的方法。
通过对目标基因的特定序列进行检测，可以选择带有所需基因或特征的潜在品种。
MAS可以帮助育种者进行定向选择，提高育种效率，并减少时间和资源的浪费。
二、基因工程技术在农作物改良中的应用1. 转基因技术：转基因技术是指将外源基因导入农作物，使其表达特定的功能或性状。
转基因技术已经广泛应用于改良农作物，如增加作物对病虫害的抵抗力、提高产量和改善营养价值等。
例如，转基因玉米具有抗虫基因，能够减少对农药的依赖并提高产量。
2. 基因剪接技术：基因剪接是一种通过修改农作物基因组中的特定区域，实现基因功能改变的技术。
通过剪接或删除目标基因，可以调整农作物的性状或产量。
例如，基因剪接技术可以用于调整植物的生长周期，使其能够更好地适应不同的环境条件。
3. 基因编辑技术：基因编辑技术是一种精确编辑农作物基因组的方法，可以针对特定基因进行修改和调整。
基因工程技术在农作物育种中的应用与发展
基因工程技术在农作物育种中的应用与发展一、引言基因工程技术（Genetic engineering）是一种通过改变生物体的遗传物质DNA的组成或结构，从而在基因层面上实现对生物特性的修改和改良的技术手段。
在农作物育种中，基因工程技术被广泛应用于提高作物产量、抗逆性和改善品质等方面，取得了显著的进展。
本文将重点探讨基因工程技术在农作物育种中的应用和发展。
二、基因工程技术在农作物产量提高中的应用1. 转基因作物转基因作物是通过将外源基因导入到目标作物中，实现对其生长发育、抗病虫害等方面进行改良的一种方法。
例如，将爆米花菌的Bt基因导入玉米中，使其具备抗虫害性，提高了玉米的产量和品质。
同样地，将拟南芥中的生长素合成基因转入水稻，使得水稻具有更快的生长速度和更高的产量。
2. 基因组选择基因组选择是通过对作物进行全基因组测序，并通过生物信息学手段进行分析，筛选出与目标性状相关的基因区域，从而实现选择和培育出具有优良性状的新品种。
这种方法不仅提高了育种效率，也避免了传统育种方法中的盲目性和随机性。
基因组选择技术在小麦、水稻等重要作物中的应用已经取得了一定的突破。
三、基因工程技术在农作物抗逆性改良中的应用1. 抗病虫害通过基因工程技术，科学家们成功导入一些植物来源的抗病虫害基因到作物中，从而提高了作物的抗病虫害能力。
例如，将抗白腐病基因导入到土豆中，使得土豆对白腐病的抵抗力增强。
这种方法不仅可以减少农药的使用，减轻环境污染，还可以提高农作物的产量和品质。
2. 抗逆性通过转基因技术，科学家们也成功导入了一些耐盐碱、耐旱、耐寒等逆境相关基因到作物中，从而提高了作物的逆境胁迫能力。
例如，使水稻中的HVA1基因在非逆境胁迫下能够高表达，以提高其耐旱性。
这些抗逆性基因的导入有助于农作物在恶劣环境中存活和生长，提高了作物的稳定产量。
四、基因工程技术在农作物品质改良中的应用1. 增强营养价值通过基因工程技术，科学家们可以向作物中导入一些增强营养价值的基因，如控制蓝光感受器基因的表达，提高蓝莓中花色苷类物质的含量，增强其抗氧化能力。
基因工程技术在植物遗传育种中的应用
基因工程技术在植物遗传育种中的应用植物遗传育种一直是实现高产、优质、抗性等农业生产目标的重要手段之一。
随着基因工程技术的不断发展，其在植物遗传育种中的应用也变得越来越广泛。
首先，基因工程技术可以实现对目标基因的精确编辑。
CRISPR/Cas9是目前应用较为广泛的基因编辑技术之一。
该技术通过设计合适的引物，使Cas9蛋白能够剪切DNA链上的目标序列，并且可以据此实现基因的添加、敲除、修饰等操作。
通过此技术，我们可以精确地编辑和控制植物基因，以强化其产量、抗性等性状。
其次，基因工程技术还能够使植物具有新的功能或特性。
例如，以转基因玉米为例，其在遗传上被加入了一种叫做Cry9C蛋白的物质，该物质能够有效对抗玉米象等害虫。
通过基因工程技术，我们可以向植物中加入外源基因，或是修改其内源基因，以实现更强的抗病、抗虫、耐盐碱等特性。
另外，基因工程技术还能够加速遗传育种的进程，并提高遗传育种效率。
传统的遗传育种需要耗费大量时间和人力，如今基因工程技术通过实现基因编辑和定点突变等操作，能够显著缩小育种周期和提高育种效率。
这对于种植业的发展带来了一系列的积极影响。
但同时，基因工程技术在植物遗传育种中的应用也存在一些问题需要注意和解决。
一方面，出于健康原因，有些人对转基因食品存在一定程度的抵制和顾虑。
因此，在把基因工程技术应用到植物遗传育种的同时，需采取各种有效措施，区别对待转基因和非转基因食品的产地和销售，以保证消费者食品安全和健康。
另一方面，基因工程技术是一种较新的技术，其发展过程中也会出现不少技术问题，对此需要科学家和研究人员们的不断研究和创新。
综上所述，基因工程技术在植物遗传育种中的应用具有很大的潜力。
其能够通过精确基因编辑、引入外源基因等操作手段，加强或创造新的抗性、耐性等特性，以实现高产、优质、抗病、抗虫、环保等农业生产目标。
但同时需要注意消费者健康与安全及技术问题等方面的问题。
因此，基因工程技术的应用需要科学家和研究人员们严谨的研究人员和管理人员更好的维护和与消费者建立良好的互信和交流。
基因修饰技术在作物育种中的应用
基因修饰技术在作物育种中的应用当谈到农业时，我们很少会联想到科技的应用。
但是，基因修饰技术有望解决全球粮食安全问题，尤其是在作物育种方面。
这项技术在向作物开发新品种方面展现出强大的潜力。
基因工程技术使得科学家能够在不影响品种特性的情况下，将目标特性从一个物种转移到另一个物种，因此有可能使作物更加适应环境，提高产量，并且耐受病虫害。
接下来我们将讨论基因修饰技术在作物育种中的应用。
一、作物胁迫耐受性农业作物经受严重的生物和非生物胁迫，包括细菌、真菌、病毒和昆虫等生物胁迫以及盐碱、干旱、水渍、高温和低温等非生物胁迫。
这些胁迫对作物产量和质量产生了极大的影响。
基因修饰技术可以使植物耐受各种类型的胁迫。
对于农业生产而言，这项技术的应用是非常实用的，尤其是困扰世界各地的干旱、盐渍和低温等条件。
例如，科学家们可以在比较易于操作的模式，如拟南芥(Arabidopsis thaliana)以及油菜、水稻、玉米、大豆和小麦等作物中，发现一些在逆境环境下表达水平变化的基因后，将其导入需要改良的物种。
因此，作物可以产生更多的耐受性，当环境发生变化时，其产量也不受影响。
二、对植物营养均衡的控制在世界各地，饥饿问题一直是一个严峻的挑战，基因改造的农作物有望成为解决这个问题的一种方法。
基因修饰技术可以根据每种作物的营养需要，精确地控制植物的营养成分，帮助作物携带更多的营养成分、抵御病虫害和提高产量。
经过基因修饰的植物可以生成更多的营养成分。
例如，人们可以使用高亲和性和选择性物质在植物细胞内导入可以产生营养物质的基因。
这些物质可以更快地成长并形成健康的作物，因为高营养成分的植物更具有免疫力。
此外，由于一些生长条件的缺乏，如水分和营养，作物会在很大程度上受到侵害。
通过基因修饰技术，科学家可以增加植物对这些缺乏的营养成分的需求和适应性，同时提高作物的抵抗力，以满足更多人口需求。
三、环境保护与可持续发展环境保护和可持续发展是当前世界上的热门话题，基因修饰技术也适用于这一领域。
小麦基因工程育种的研究
小麦基因工程育种的研究第一章：引言小麦是我国重要的粮食作物之一，它在维持国家粮食安全和农村经济的发展中发挥着重要的作用。
尽管在过去几十年中，我国小麦的种植面积和产量一直保持着较高的水平，但是随着人口的不断增长和城市化进程的加快，小麦的需求量仍在不断增加。
同时却面临着诸多挑战，如耕地资源的有限、自然灾害的频发、种植环境的恶劣等，这些问题都直接影响着小麦的生产和品质。
基因工程是应对这一问题的一种重要手段，为了进一步提高小麦的产量、抗逆性和品质，不断有谷物育种学者和生物技术研究人员在不断探索种质资源与基因工程相结合的模式。
在小麦基因工程育种的研究中，基因转化技术、分子标记辅助育种、遗传转化和基因编辑等技术发挥着重要的作用。
第二章：基因转化技术基因转化技术是指将外源基因导入到小麦基因组中，通过改变小麦基因组的结构和功能来实现对小麦外形和生长特性的调整。
基因转化技术包括物理方法转化、植物原生质体转化、细胞质基因转移等方式。
物理方法转化主要包括基因枪法和电渗法，这些方法已经广泛用于玉米、稻谷和小麦等植物的基因转化。
其中，基因枪法是最常用的方法之一，通过高压气枪将DNA枪弹射入到小麦幼胚的细胞核中，从而实现基因导入。
由于小麦细胞壁厚，因此使用基因枪法转化小麦是比较困难的。
植物原生质体转化技术是目前应用最广泛的小麦基因转化方法。
它主要通过基因枪法、化学转化和冷冻增效法等多种方法实现外源DNA的导入。
这些方法的优点是转化效率高、实验操作简便、适合大规模的转化。
目前已经利用植物原生质体转化技术成功转化了多个遗传工程小麦。
第三章：分子标记辅助育种分子标记辅助育种是一种利用分子生物学技术评估遗传多样性和谷物的遗传背景，并利用这些信息优化谷物育种的方法。
通过测定小麦DNA的特定区域，可以确定小麦的遗传背景和基因型。
这些信息可以在育种中选择遗传最多样性的亲本，并进行遗传分析和育种评估。
同时，可以根据这些数据制定更好的培育计划，实现小麦的优化育种。
小麦遗传育种的进展与应用
小麦遗传育种的进展与应用近年来，随着生物技术的不断发展，小麦遗传育种科技也在不断地提高。
小麦不仅是人们的主要粮食作物之一，还是世界上最主要的经济作物之一。
因此，小麦遗传育种对于促进农业发展、保障粮食安全、推进乡村振兴等具有非常重要的意义。
本文将重点介绍小麦遗传育种的进展与应用。
一、小麦基因组测序技术的发展小麦基因组测序是小麦遗传育种的重要技术之一。
随着测序技术的不断进步，小麦的基因组测序工作已经取得了一系列的成果。
2005年，小麦基因组测序工作正式启动，经过10年的努力，小麦A基因组、B基因组和D基因组分别被测序完成。
2018年，针对小麦的整合性基因组测序工作正式完成。
这项工作的完成，为了解小麦基因组结构、功能和演化等提供了重要的基础。
更重要的是，小麦基因组测序为进一步遗传育种和转基因育种提供了更有力的技术支撑。
二、小麦育种技术的发展随着生物技术的应用，小麦育种技术也在不断地提高。
小麦育种技术涉及到小麦的多个方面，包括小麦的品质、抗病性、适应性等。
a) 小麦品质改良技术小麦品质是小麦作为食品材料的主要指标。
小麦品质改良技术是小麦育种的重要组成部分之一。
传统的小麦品质改良技术主要是在育种过程中筛选优良品种。
近年来，随着基因工程技术的不断发展，越来越多的研究人员利用基因编辑技术和基因工程技术来改良小麦品质。
这些技术使得小麦的品质改良更加高效和精准。
b) 小麦抗病育种技术小麦是受很多病害和害虫危害的作物之一。
小麦抗病育种技术是指利用小麦遗传基础和相关技术，培育出抗病性更强的小麦品种。
传统的小麦抗病育种技术主要是利用育种过程中的自然遗传变异来实现。
但是由于传统育种方法的方式受到时间、资源等方面的限制，在达到理想的效果上有所欠缺。
因此，基因工程技术被广泛应用于小麦抗病育种方面。
利用基因工程技术可以将目标基因引入小麦基因组中，从而使得小麦具有更强的抗病性。
c) 小麦适应性改良技术小麦适应性是指小麦对环境变化的适应能力。
普通小麦遗传图谱研究现状与展望
ｌ ｅ ，ｉ ａｃｍｕ ｖ Ｙ ｓ ｒａ ，ｏａ ｎ ｏ ｏ ｏ Ｊ ， ｆ ｗ ｒＶｏ ｏ ｔ ｅ ． ｅｔｄ ｙＴ ｄｙａｄＴ ｍ ｒ ｗ［ ］ ｏ ｌ ａ ｅ ｒ
１ １ 构建群 体 ．
小麦是 世界上 种植 面 积最 大 、 总产 量 最 多 的粮食 作物 。在植 物学分类 上 ， 麦属 于禾本 科 中 的小 麦属 小 （ｒｉ ｍ Ｌ ） Ｔｉｃ ． 。普 通小 麦 的起 源是 由 Ａ、 ｔｕ Ｂ和 Ｄ三个 不 同染色体 组所组 成 ， 分 同源 染 色体 和 它 的多倍 性 部 给遗 传 研 究 带 来 了 问 题 ， 时 也 带 来 了 特 殊 的 机 同 遇 引。１８ ９９年 ， 由美 国小 麦 遗 传学 家 牵 头 成 立 了 国 际小 麦族 图谱促进组 织 （ｎｅ ａｏａＴ ｔｅｅＭａｐｎ Ｉｔ ｔ ｎｌ ｆｉ ａ ｐｉｇ ｎ ｒ ｉ ｉ ｃ
图谱和物理 图谱。随着小麦遗传研究的深入发展特别 是现代分子遗传技术的迅速提高 ， 小麦 的遗传作图得 到了快速发 展 ， 为小 麦 的遗传 育 种研 究 提供 了 良好 这
的基础 。
关键词 ： 小麦 ； 分子标记 ； 遗传图谱
中 图分 类 号 ： ｓ １ ． ２１ ５ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １０ —４ｏ （０ ０ ０ －０４０ ０ １ ７ ５ ２ ｌ ） ３ ６ －５ ０
Ｐａｔ ｃ ｎｅ２０ ，６ （ ） １ ３ ｌｎ Ｓｉ ｃ ，０ ３ １５ ６ ： ３３—１ ４ ． ｅ ２ ３
Ａ ｔｅ ｅｕｔｉ ａ ｔ ｉｔ［ ］ Ｐａｔ ｅ ，９ ２４ ２３ ｎｈｒ Ｒ ｓｌ Ｍ ｌ Ｓ ｒｉ Ｊ ． ｌ ｌ １９ ， ：５ ｓ ｓｎ ｅ ｅｌ ｙ ｎＣ ｌ
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小麦遗传育种中基因工程的应用现状与展望田秀平
小麦遗传育种中基因工程的应用现状与展望
田秀平、向春阳
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一、基因工程在小麦遗传育种中的应用概况：
1.基因转化技术在小麦遗传育种中的应用。
大多数转基因方法已被证明均可用于小麦基因转多。
效果最好的转基因方法是基因枪法。
转基因技术在小麦中应用十分广泛，主要应用在抗病、虫害、抗除草剂、改良小麦品质等方面。
到目前为止，小麦基因转化的目标基因和选择（标志）基因主要有报告基因类的GUS、CAT和LUC；抗抗生素类的NptⅡ、Hpt和抗除草剂类的Bar、EPSPs、Bxn、CP4和GOX。
这些基因在小麦上的利用主要是建立有效的遗传转化系统。
至今，已经导入小麦并在转基因植株中得到表达的目标基因主要有：改良小麦加工品质方面的基因，如：高分子量谷蛋白亚基（HMW）基因1Ax、1、1Dx5、1Dx10和重组高分子量谷蛋白亚基基因（GLPs）、水稻蛋白基因（TLP）、藜芦醇合成酶基因、大麦种子核糖滞活蛋白（RIP）基因和玉米Ds 转座子；嵌合雄性不育类基因，如：细胞骨架蛋白基因和核糖核酸酶类基因等；抗除草剂类基因，如Bar、EPSPs、Bxn、CP4和GOX。
目前，在转基因小麦中应用得最多的选择基因还是抗除草剂基因Bar。
2.分子标记技术在小麦遗传育种上的应用。
随着分子生物学的发展，开发了一类基于DNA变异的分子标记。
目前，已开发了多种分子标记，主要有：限制性片段长度多态性（RFLP）、随机扩增多态DNA（RAPD）、扩增片段长度多态性（AFLP）、简单序列重复（SSP）、序列特异扩增区域（SCAR）、序列标定位点（STS）、单链构象多态性（SSCP）、单核苷酸多态性（SNP）和数量可变串联重复（VNTR）等。
分子标记直接以DNA形式表现，不受环境条件和发育阶段的影响，标记的数目多、多态性高。
有许多分子标记表现为共显性，能提供完整的遗传信息。
分子标记可用于分子图谱构建、基因定位、DNA指纹库建立、鉴定与标记（外源）染色体片段、小麦遗传关系的研究、辅助育种等。
在小麦遗传育种研究中应用较多的是RFLP、RADP、SSR、STS、AFLP等。
目前已建立了小麦B组和D组及黑麦和一些山羊草染色体的理想指纹图谱。
在小麦多个抗叶锈基因上已建立了紧密连锁的分子标记，一些标记已经转换为PCR基础上的STS、SCAR标记。
目前，用RAPD已标记的小麦性状还有：小麦抗病虫性状（普遍腥黑穗病、叶锈病、白粉病、小麦蝇蚊、条纹花叶病毒、胞囊线虫，小麦质量性状（砰粒小麦镉吸收）。
另外，Luo（1996）等对位于中国春4DL端部的耐铝基因Alt2用xpsr-914和xpsr10051进行了标记，将中国春耐铝、耐盐基因导入了硬粒小麦，提高了硬粒小麦的抗铝和抗盐性。
此外，分子标记还可用来进行种性、种子质量鉴定。
John（1998）等研究结果认为AFLP非常适合于绘制小麦品种指纹图谱和鉴定品种真实性和纯度。
Dovidio(1993)等利用STS标记对硬粒小麦品种进行了鉴定。
二、基因工程在小麦遗传育种中的应用展望：
1.基因工程在小麦遗传育种中的存在的问题。
小麦分子标记技术目前尚不完全成
熟和完善，小麦中标记的多态性频率低，基因型依赖性强，分子连锁图谱多为RFLP、RADP 标记构建的，标记的基因数目有限，以PCR为基础的分子标记更少，产量、抗逆性等性状的QTL分子标记研究相对较弱，有利基因定位速度较慢，分子标记筛选和庆用的费用较高等等。
小麦转基因技术存在的主要问题有：小麦组织培养技术存在的问题，使再生性差的品种很难得到转基因植株；末成熟胚及其衍生物是小麦转基因的主要受体，受体比较单一；小麦转基因技术过份依赖基因枪法，费用昂贵；缺乏对农杆菌转化小麦的机理方面的深入研究；缺乏对很有优势的花粉管通道法在小麦转基因上应用的深入研究；由于小麦是异源6倍体，基因组较大，外源基因在转基因小麦中的表达较弱。
正是以上多方面原因，使全世界的转基因小麦集中在了少量几个并非生产实践所需或应用有限的基因型上。
2.基因工程在小麦遗传育种中的应用展望。
作为基因转化的受体取决于所用的转基因方法，而受体操作的难易又决定了转基因方法的成败。
小麦的胚性愈伤组织，特别是幼胚及其愈伤组织和幼胚盾片及其愈伤组织肯有较强的植株再生能力，成为迄今为止小麦基因转化的主要受体。
雌蕊，作为花粉管通道法及农杆菌——花粉通道法的唯一受体，随着其转基因方法的完善，有可能发挥主导作用。
小孢子、花粉大孢子和叶基作为小麦转基因的受体可能得到进一步的开发，但在不久的将来，不可能成为主要受体。
幼穗由于其转化效果好于胚，可能是小麦基因转化的一个很好的受体。
另外，人工重组的组成型启动子pEmuGN启动外源基因在转基因小麦等的表达强度比CaMV35s高许多倍，这将在小麦遗传转化上大有作为。
随着更高效的植株再生体系的建立和完善，小麦的转基因研究的进展会更快。
基因枪转化小麦将进入应用阶段，少量转基因小麦会进入大田试验甚至生产应用。
杆菌介导法、花法管通道法及两者结合的方法会得到深入研究并广泛用于小麦转基因实践。
更多的优良农艺性状基因特另是提高面粉营养价值、改良加工性状的品质基因、提高抗病虫、抗旱、促进植株N有效利用的基因将被导入和表达。
基因工程雄性不育体系将会得到完善，并初步用于杂交种子的生产。
同时反义基因技术也将初步用于小麦功能基历的研究。
将目标基因标记与育种结合起来，利用分子标记向栽培作物中引入新的等变异，丰富了小麦的遗传基础，进一步使小麦育种者将视野扩展到了小麦野生种及其近缘植物的评价和挖掘利用上。
目前，发展起来的基因芯片技术解决了传统核酸印迹杂交技术复杂、自动化程度低，检测目标分子数量少、成本高、效率低等不足。
已被广泛应用于基因表达研究、发现新基因等领域，将来有望在小麦遗传育种上发挥其重要作用。
（编号：2002-5-1-82）。