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FLORE ET VEGETATION DE MADAGASCAR
Tout d’abord, il nous apparait nécessaire de séparer soigneusement les notions relatives à la flore, fait historique, de celles relatives à la végétation, fait écologique.
Flore de Madagascar
Situé entre 12° et 25°30’ de latitude sud, Madagascar se trouve aux limites du monde tropical. Sa grande diversité et sa richesse floristique sont bien connues. Elles sont souvent attribuées à l’isolement ancien de l’île (120 à 140 millions d’année), à la grande diversité des écosystèmes naturels qui ont favorisé l’évolution des espèces végétales mises en place avant la séparation des continents (Rajeriarison, 1996).
La flore malgache présente un intérêt scientifique tout particulier en raison de sa diversité et de sa très grande richesse avec de 10.000 à 12.000 espèces recensées (Humbert, 1959), dont le niveau d’endémisme spécifique est supérieur à 80% (Koechlin et al., 1974).
Affinités et origine probable de la flore malgache
Les espèces mise en place avant la dislocation du continent Pangéen et la dérive Gondwanienne sont considérées comme les souches anciennes de la flore actuelle. Les recherches paléobotaniques (Wolfe, 1972, 1975 ; Aubreville, 1977) ont contribué à confirmer ce fait à l’échelle mondiale y compris Madagascar.
Les radiations de la flore à travers les continents gondwaniens ont fait également l’objet de nombreux travaux. Elles permettent d’expliquer l’existence de nombreuses espèces communes ou affines entre ces territoires aujourd’hui séparés. (Perrier de la Bâthie, 1921 ; Humbert, 1959 ; Leroy, 1978). Les modes et les moyens de transport ont été évoqués. Ils ont joué un rôle et ont contribué à l’enrichissement de la flore originelle. Madagascar est un centre extraordinaire de spéciation pour certains genres qui y ont trouvé les conditions tropicales favorables à la diversification phylétique (Aubreville, 1975). On pourrait citer :
– Grewia (Tiliaceae) avec 70-80 espèces,
– Vepris (Rutaceae) : 25 espèces à Madagascar et une à Ceylan,
– Mammea (Guttiferaeae) : 21 espèces à Madagascar et une en Afrique, une à deux espèces en Amérique,
– Symphonia (Guttifereae) : 16 espèces dont une en Afrique et une en Amérique (Rajeriarison, 1996).
L’île est également un centre d’endémisme : endémisme ancien pour les endémiques de rang taxonomique élevé et récent ou même actuel au niveau des espèces. Ainsi, Koechlin et al. (1974) ont approfondi cette question et l’ont attribuée à la différenciation sur place à partir d’un stock ancien. Suite à cette étude, deux familles sont à cet égard très remarquables, les Palmiers avec 15 genres endémiques sur 18 et 120 espèces et les orchidées qui se répartissent en 16 tribus, 61 genres et plus de 900 espèces, avec beaucoup d’affinités asiatiques (Humbert, 1959).
Rajeriarison (1996) a présenté huit familles endémiques connues : Didieraceae, Sphaerosepalaceae, Sarcolenaceae, Diegodendraceae, Humbertiaceae, Didymelaceae, Bembiciaceae, Kaliphoraceae. A partir de ces différentes considérations auxquelles il faut rajouter les connaissances sur la flore, les affinités des plantes de Madagascar ont été définies, et on reconnait aussi l’existence dans la flore malgache de plusieurs éléments : africain avec 24%, pantropical 42%, asiatique 7%, austral 3% ; l’élément récent dû au transport à longue distance, 15% ; élément véritablement malgache, 6%.
La mise en place de ces différents éléments aurait débuté au Crétacé (Koechlin et al., 1974), l’élément austral étant considéré comme plus ancien, suivi par les éléments pantropical et asiatique puis de l’élément africain. Certains de ces éléments se sont par la suite diversifiés dans plusieurs directions en colonisant d’autres régions du globe.
D’autres n’ont pas évolué et ont gardé leurs caractères primitifs que l’on trouve encore dans les espèces des forêts africaines et malgaches.
Aspect biogéographique
La flore malgache a toujours posé des difficiles problèmes aux biogéographes. Depuis les travaux de Perrier de la Bâthie (1936), beaucoup d’autres informations confirment la position clef de Madagascar en ce qui concerne l’évolution et la distribution des végétaux. Les informations relatives aux affinités des plantes malgaches doivent aboutir à la délimitation de leurs aires de répartition dans les anciens territoires gondwaniens.
Mais un des problèmes qui a été signalé par de nombreux auteurs concerne la proximité du continent africain par rapport à Madagascar. Malgré cette proximité, un nombre assez faible de genres est commun à Madagascar et à l’Afrique. On peut citer l’exemple des Palmiers (Melville, 1970) : 18 genres présents à Madagascar ne sont pas présents en Afrique. Pour les Bombacaceae, une seule espèce d’Adansonia en Afrique, alors qu’il y a six espèces à Madagascar (Koechlin et al., 1974) ; Gonioma (Apocynaceae), une espèce en Afrique du Sud et sept espèces malgaches (Markgraf et Boiteau, 1972) et d’autres encore.
Centre d’endémisme
Un certain nombre de centres d’endémisme a été identifié à l’issue des recherches floristiques et des analyses biogéographiques :
– Humbert (1955) avait divisé la région orientale en trois secteurs en fonction de la latitude : secteur Nord, secteur Est-moyen et secteur Sud-Est. Pour l’auteur, chaque secteur constituerait un centre d’endémisme caractérisé par son lot de taxons endémiques ;
– White, 1983 (In : Phillipson, 1994) considère la région orientale et la région occidentale comme des centres d’endémisme important, équivalents aux centres d’endémisme régionaux du continent africain. La ligne de partage entre ces deux régions correspond aux limites de partage géographique et climatique (Bastian, 1967) ;
– Selon Koechlin et al. (1974), le sud devait être considéré comme un centre d’endémisme du type « conservation » ;
– Les hauts Sommets de Madagascar (Tsaratanana, Marojejy, Ankaratra, Andringitra et Andohahela) devaient être considérés comme des centres d’endémisme très important, étant donné le fort pourcentage des espèces endémiques présentes dans la flore orophile.
Divisions floristiques et végétations de Madagascar.
La première division floristique de Madagascar est due à Baron R. (Baron, 1889-1890) qui distinguait trois régions (orientale, centrale et occidentale) essentiellement basées sur des critères floristiques, données numériques et originalités (Cornet et Guillaumet, 1976).
Figure 2 : Répartition de la végétation malgache
Divisions floristiques
Perrier de la Bâthie H. (1921) a proposé deux divisions : la flore du vent (région orientale, région centrale et la région du Sambirano) et la flore sous le vent (région occidentale et région méridionale). Lui-même (1936) traitant de biogéographie a proposé encore une amélioration des dénominations : la région du vent ou orientale (domaine oriental, domaine central et domaine du Sambirano) et la région sous le vent ou occidentale (domaine occidental et domaine du sud-ouest).
Enfin, Humbert H. (1955) a proposé une division botanique de Madagascar suivant la terminologie, la hiérarchie région, domaine et secteur. Ainsi, nous citons les différentes régions malgaches :
région malgache orientale : domaine de l’est, domaine (et secteur) du Sambirano, domaine du centre et domaine des Hautes Montagnes ;
région malgache occidentale : domaine de l’ouest et domaine du sud.
Etages bioclimatiques des végétations
La classification des végétations basée sur les étages bioclimatiques est inspirée des travaux d’Emberger (1971). Il a énoncé les deux principes fondamentaux suivants :
– la végétation est l’effet d’un milieu, en particulier du climat,
– l’étage bioclimatique de végétation est l’unité de végétation correspondant à un climat.
Le travail de Cornet A. (1974), basé sur le bilan hydrique et le régime thermique, en établissant une hiérarchie bioclimatique, coïncide avec la répartition de la végétation malgache (Figure 2).
Etages de végétation et principales formations végétales
Les cadres d’une classification des étages de végétation et de leurs principales formations végétales sont :
– Etage de végétation humide,
– Etage de végétation sub-humide,
– Etage de végétation montagnard
– Etage de végétation sec et semi-aride
– Etage de végétation sub-aride
Au point de vue climatique, Madagascar se situe parmi les climats intertropicaux comme climat tropical à tendance de saison thermique, caractérisé par des jours et des nuits nettement, mais faiblement, inégaux et une pluviosité concentrée à la période chaude (Emberger, 1945), avec cependant une température généralement inférieure à celles des stations comparables d’Afrique orientale.
Origine et répartition des plantes aromatiques
Les premières évaluations des végétaux aromatiques au sein des flores autochtones et introduites sont présentées dans quelques publications de base (Gattefosse, 1921 ; Perrier de la Bâthie, 1923 ; Decary, 1955). Ces auteurs ont mentionné les propriétés d’une soixantaine d’espèces qui nécessitent des études particulières en vue de la production de leurs huiles essentielles. Cet inventaire est loin d’être exhaustif et les données ont pu être complétées par la consultation des autres familles publiées dans la Flore de Madagascar et des Comores. Les études sur les origines des plantes recensées, leurs affinités avec les autres flores tropicales et leur répartition géographique sont tirées des travaux de Perrier de la Bâthie (1936), Dejardin et al. (1973) et Koechlin et al. (1974).
Répartition générale des espèces aromatiques
Le nombre des plantes aromatiques introduites et autochtones, recensées dans les cinq domaines phytogéographiques (Est, Sambirano, Centre, Ouest et Sud) atteint 110 espèces : 53% sont introduites et 47% autochtones. Parmi ces dernières, 86% sont endémiques. Le recensement effectué par Rakotovao et Randrianjohany (1996) a montré les résultats suivants : les quatre domaines (Est, Sambirano, Centre et Ouest) ont relativement la même richesse spécifique en matière de flore aromatique : 44, 21, 47 et 38 espèces. Par contre, le domaine sud reste le plus pauvre, avec uniquement 4 espèces aromatiques. Toutes ces espèces sont réparties dans 34 familles (Tableau 1).
Répartition par type biologique et par habitat
Malgré la même représentativité des principaux domaines (Est, Sambirano, Centre et Ouest) concernant le nombre des espèces aromatiques, la répartition de ces plantes en fonction des types biologiques et des types d’habitat présentent des différences notables :
– Les espèces ligneuses (arbres, arbustes, ou arbrisseaux) sont prédominantes dans les domaines oriental, occidental et du Sambirano (respectivement 75%, 60% et 57%) ; dans le domaine du centre, ce sont plutôt les espèces herbacées qui sont les plus nombreuses (55%) ;
– Le nombre élevé d’espèces aromatiques introduites, herbacées ou ligneuses, est très marqué dans tous les domaines sauf dans celui du Sud : Centre (68%), Est (75%), Ouest (50%) et Sambirano (90%) ; Sud (moins de 5%).
Du point de vue de l’habitat naturel (forêt primaire ou formations secondaires tels que les recrûs forestiers, les savanes, ou les pseudo-steppes), la répartition de 58 espèces aromatiques autochtones est caractérisée par :
– dans le domaine oriental, 76% appartiennent aux forêts denses ombrophiles de basse altitude, situées entre 0 à 800 m ;
– dans le domaine occidental, 12% seulement sont forestières ;
– dans le domaine central, le pourcentage des espèces pseudo-steppes est plus élevé (87%) ;
– dans le domaine du Sambirano, on n’a répertorié que deux espèces autochtones appartenant aux végétations secondaires.
Origine des plantes introduites
Près de 60% des plantes aromatiques introduites sont originaires des terres orientales (Indo-Malaisie, Australie, Nouvelle Calédonie et Asie Orientale). Les autres origines sont par ordre décroissant les pays tempérés de la Méditerranée et Europe occidentale et centrale (20%), l’Amérique du Sud (11%) et l’Afrique (9%).
La liste non exhaustive des plantes à parfum dans cet inventaire montre le potentiel économique évident qu’elles représentent. Parmi les plantes autochtones, de nombreux taxons intéressants sont plus ou moins inconnus des distillateurs à cause de l’insuffisance des études ou de la faible quantité de matériel envoyé pour analyses en Europe à leur époque. Il nous a été difficile d’obtenir des données économiques sur l’exportation des huiles essentielles car il n’existe pas d’organisme centralisant les données. L’examen des données montre cependant que les masses sont importantes (tableau 2).
Pour mieux situer les plantes qui font l’objet de nos travaux de recherches par rapport à la flore et à la végétation de Madagascar, précisons que quatre plantes poussent à l’étage de végétation sub-aride (domaine occidental), dans le fourré xérophile à Didieraceae et à Euphorbiaceae : Cymbopogon giganteus var. madagascariensis (Poaceae), Tana bojeriana (Apiaceae), et deux espèces de Croton (Euphorbiaceae). Une cinquième plante aromatique, Vepris madagascarica (Rutaceae), se situe à l’étage de végétation humide (domaine oriental), dans la forêt dense humide sempervirente de basse altitude. Toutes les plantes étudiées sont endémiques de Madagascar.
De nos jours, des travaux de recherche concernant les huiles essentielles de Madagascar contribuent à la valorisation de ces plantes aromatiques. Ainsi, nous citons à titre d’exemples les travaux effectués sur Helichrysum bracteiferum (Ramanoelina et al., 1992a), Helichrysum gymnocephalum (Afoulous et al., 2011), sur Lantana camara L. (Randrianalijaona et al., 2005), quatre espèces de Croton (Radulović N. et al., 2006), Helichrysum faradifani Scott E. (Ralijerison et al., 2005), sur Ravensara aromatica sonn. (Andrianoelisoa et al., 2006 ; Ramanoelina et al, 2006 ; Andrianoelisoa, 2008), sur le Niaouli (Ramanoelina, 1989 ; Ramanoelina et al., 1992b, 2007), sur Cinnamosma fragrans (Randrianarivelo et al., 2009). Ralambonirina et al. (2011) ont travaillé sur deux espèces d’Anthospermum et enfin, l’huile essentielle de Vepris ellioti (Bouchet et Valisolalao, 1989 ; Poitou et al., 1995).
De ce fait, nos travaux de recherche s’intéressent à la production des huiles essentielles de plantes aromatiques et médicinales de Madagascar. Ensuite la caractérisation de ces espèces par les différentes techniques d’analyses.
TECHNIQUES D’EXTRACTION DES METABOLITES SECONDAIRES.
Les métabolites secondaires représentent un ensemble de familles de molécules qui ne sont pas forcément essentielles à la survie d’une plante, d’une bactérie ou d’un champignon. Il s’agit en général des molécules de taille et masse faibles comparées à celles du métabolisme primaire (lipides, acides aminés et glucides). L’entraînement à la vapeur à l’échelle industrielle, l’hydro distillation à l’échelle du laboratoire ou l’expression à froid (zestes d’agrumes) permettent d’extraire ces métabolites secondaires pour obtenir des huiles essentielles. Les huiles essentielles sont constituées majoritairement par des terpènes mais également par des dérivés phénylpropanoïques ou des composés à chaîne linéaire. Les huiles essentielles présentent une importance économique importante dans les secteurs de la parfumerie et cosmétiques mais surtout dans l’industrie agroalimentaire.
Pour notre part, nous avons utilisé deux types d’extraction : un alambic d’un volume de 1500 L en acier inoxydable que l’on peut considérer comme un procédé d’extraction semi-industriel basé sur l’entrainement à la vapeur et un appareil de type Clevenger qui constitue le montage d’extraction classique au niveau laboratoire et est basé sur l’hydrodistillation.
Entrainement à la vapeur et hydrodistillation
L’hydrodistillation et l’entraînement à la vapeur d’eau constituent les procédés les plus anciens d’extraction ou de séparation de certaines substances organiques, procédés apportés par les Arabes au IXème siècle. Cette extraction utilise traditionnellement un alambic (Bruneton, 1993).
Le chauffage permet, dans une première étape de l’hydro distillation et de l’entrainement à la vapeur, de former de la vapeur d’eau qui détruit les structures cellulaires libérant les molécules. Les plus volatiles d’entre-elles sont entrainées par la vapeur dans un mélange hétérogène d’eau et de molécules organiques. La formation d’un azéotrope entre l’eau et chacun des constituants du mélange permet une volatilisation de ces métabolites secondaires même à une température d’ébullition inférieure à celle de chaque composé. Ainsi, des substances possédant des points d’ébullition assez élevés peuvent être extraites. Ensuite, la vapeur se condense dans un système réfrigérant (ou condenseur pour l’alambic) avant d’être récupérée dans un essencier ou vase florentin. En raison de sa plus faible densité, l’huile essentielle se place au-dessus de la phase aqueuse. Celle-ci qui contient des composés hydrosolubles est appelée hydrolat ou eau florale.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. FLORE ET VEGETATION DE MADAGASCAR
I.1 Flore de Madagascar
I.2 Divisions floristiques et végétations de Madagascar.
I.3 Origine et répartition des plantes aromatiques
I.3.1 Répartition générale des espèces aromatiques
I.3.2 Répartition par type biologique et par habitat
I.3.3 Origine des plantes introduites
II. TECHNIQUES D’EXTRACTION DES METABOLITES SECONDAIRES
II.1 Entrainement à la vapeur et hydrodistillation
III. IDENTIFICATION DES CONSTITUANTS DANS UN MELANGE COMPLEXE
III.1. Méthodes analytiques
III.2 Analyse par des couplages « en ligne » : Voie A
III.2.1 La CPG et les indices de rétention
III.2.2 Couplage d’une technique chromatographique avec une technique spectroscopique
III.2.2.1 Les couplages CPG-SM
III.2.2.2 Les couplages CPG-SM-SM
III.2.2.3 Le couplage CPGxCPG-SM
III.3 Identification des constituants après purification : Voie B
III.4 Analyse par RMN-13C sans séparation préalable : Voie C
III.4.1 Intérêt de la RMN-13C
III.4.2 Identification des constituants en mélange par RMN-13C
III.4.2.1 Observation et individualisation des signaux
III.4.2.2 Attribution des signaux
III.4.3 La méthode d’analyse développée au laboratoire
III.4.3.1 Application à l’analyse d’huiles essentielles
III.4.3.2 Caractérisation d’huiles essentielles
III.4.3.3 Identification de stéréo-isomères
III.4.3.4 Identification de molécules thermosensibles
III.4.3.5 Étude de la variabilité chimique
CHAPITRE II CARACTÉRISATION CHIMIQUE DE L’HUILE ESSENTIELLE DE CYMBOPOGON GIGANTEUS CHIOV. VAR. MADAGASCARIENSIS (A. CAMUS)
I. DESCRIPTION BOTANIQUE
I.1. Biosystématique
1.2 Genre Cymbopogon Spreng (Bosser, 1969)
1.3 Cymbopogon giganteus (Hochst) Chiov. var. madagascariensis (A. Camus)
II. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
II.1 Propriétés naturelles et utilisations
II.2 Etude bibliographique de l’huile essentielle de Cymbopogon giganteus Chiov
III. COMPOSITION CHIMIQUE DE L’HUILE ESSENTIELLE DE CYMBOPOGON GIGANTEUS CHIOV. VAR. MADAGASCARIENSIS (A. CAMUS)
III.1 L’huile essentielle de Cymbopogon giganteus var. madagascariensis
III.1.1 Analyse d’un échantillon d’huile essentielle par RMN-13C et par CPG(Ir)
III.1.2. Analyse de l’huile essentielle de Cymbopogon giganteus var. madagascariensis par combinaison de CPG(Ir), CPG-SM et RMN-13C
III.1.3. Composition chimique des huiles essentielles de Cymbopogon giganteus var. madagascariensis distillées à l’échelle laboratoire et se
III.1.5.1 Influence de la durée récolte/distillation
III.1.5.2 Influence du procédé de distillation
III.1.5.3 Influence du mode de conservation de l’huile essentielle
IV. IDENTIFICATION DES CONSTITUANTS PAR RAPPORT AUX DONNEES DE LA LITTERATURE
IV.1 trans- et cis p-mentha-2,8-dièn-1-hydroperoxyde (A et B)
IV.2 trans- et cis-p-mentha-1(7),8-dièn-2-hydroperoxydes (C et D)
V. PROPOSITION DE MONOGRAPHIE D’HUILE ESSENTIELLE D’AHIBERO
CHAPITRE III TANA BOJERIANA
I.1. Description botanique
I.2 Composition chimique de l’huile essentielle de Tana bojerana
I.2.1 Analyse d’un échantillon d’huile essentielle des parties aériennes
I.2.2. Fractionnement de l’huile essentielle de T. bojeriana
I.2.3. Bilan de l’analyse détaillée
I.3. Identification des constituants à partir des données de la littérature
I.3.1. Identification du dill Ether
I.3.2. Identification du trans-p-menth-2-ène-1,6-diol
I.4. Etude comparative de la composition chimique des HE des différentes parties de la plante
II. VEPRIS MADAGASCARICA H.
II.1. Description botanique
II.1.1 Le Genre Vepris Comm. Ex A. Juss (Humbert, 1950)
II.2. Etude bibliographique
II.2.1. Utilisations
II.2.2. Travaux antérieurs
II.3. L’huile essentielle de feuilles de Vepris madagascarica
II.3.1. Analyse d’un échantillon d’huile essentielle de Vepris madagascarica
II.3.2. Fractionnement de l’huile essentielle de Vepris madagascarica
II.4. Etude comparative de la composition chimique des huiles essentielles de feuilles (2008, 2009 et 2010) et d’écorces de tronc
CHAPITRE IV CARACTÉRISATION CHIMIQUE DE DEUX ESPÈCES DE CROTON, CROTON KIMOSORUM LEANDRI ET CROTON SP.
I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1. Description botanique
I.1.1 Croton kimosorum Leandri ou Zanapoly (Napoly)
I.1.2 Croton sp.
I.2. Propriétés et utilisations
I.2.1 Propriétés naturelles et utilisations
I.2.2 Extraits et huiles essentielles du genre Croton
II. L’HUILE ESSENTIELLE DES PARTIES AERIENNES DE C. KIMOSORUM
II.1. Analyse d’un échantillon d’huile essentielle des parties aériennes
II.2. Fractionnement de l’huile essentielle de C. kimosorum
II.3. Bilan de l’étude de la composition chimique de l’huile essentielle
II.4. Quantification par CPG avec utilisation des facteurs de réponse (FR)
II.5. Identification de molécules
II.5.1 Identification de l’(E)-isoélémicine à partir des données de la littérature 111
II.5.2 Identification de l’épi--bisabolol
III. L’HUILE ESSENTIELLE DES PARTIES AERIENNES DE CROTON SP. (ANDRIAMBOLAMENA)
III.1. Analyse d’un échantillon d’huile essentielle des parties aériennes
III.2. Fractionnement de l’huile essentielle de Croton sp.
III.3. Bilan de l’analyse détaillée de l’HE de Croton sp.
III.4 Comparaison de la composition chimique en fonction du mode d’extraction
IV. BILAN DE L’ETUDE DES HUILES ESSENTIELLES DE DEUX ESPECES DE CROTON DE MADAGASCAR
V. ACTIVITE ANTIMICROBIENNE
V. 1. Les activités antimicrobiennes des huiles essentielles
V. 2. Propriétés antimicrobienne et constituants d’huiles essentielles
V.3. Activité antimicrobienne de l’huile essentielle de Croton kimosorum
V.3.1 Evaluation de l’activité antimicrobienne par la technique de micro dilution en milieu liquide sur microplaque à 96 puits
V.3.2 Détermination de la Concentration Minimale Inhibitrice
V.3.4 Résultats et discussion
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
PARTIE EXPERIMENTALE
I. DIFFERENTES TECHNIQUES D’EXTRACTION
I.1. Extraction par hydrodistillation d’huile essentielle.
I.2. Extraction par entraînement à la vapeur d’eau d’huile essentielle
II. TECHNIQUES CHROMATOGRAPHIQUES ET SPECTROSCOPIQUES
II.1 Analyse par Chromatographie en Phase Gazeuse (CPG)
II.2 Analyse par CPG couplé avec Spectromètre de Masse (CPG-SM)
II.3 Résonance Magnétique Nucléaire (RMN)
III. TECHNIQUES DE SEPARATION
Chromatographie sur colonne de silice
IV. QUANTIFICATION PAR CPG METTANT EN OEUVRE LES FACTEURS DE REPONSE (FR)
V. ACTIVITE ANTIMICROBIENNE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
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