河蚬的生态习性及其对重金属的富集作用

河蚬的生态习性及其对重金属的富集作用刘 敏 ,熊邦喜 3 (华中农业大学水产学院 ,湖北武汉 430070)摘要 目的 为增加对河蚬的认识 ,更好地利用其在医药健康和环境监测方面的作用 。 方法 简要概括河蚬的繁殖习性 、生长分布 、生 物扰动活动等生态习性 ,介绍河蚬富集重金属的种类 、富集机制 、单一和联合重金属的富集作用及金属污染与河蚬贝壳运动的关系 。提 出利用河蚬来进行生物监测所存在的问题 ,对其在医药健康领域的利用提出建议 。 结果 河蚬在水体中分布广 ,生活期长 ,对部分有毒 物质及重金属有很强的富集作用 ,通过直接测量死亡率和体内重金属的浓度或者间接测定相关的耗氧率 、排氨率 、MT 浓度 、及其他蛋白 和酶的活性变化 ,能反应出水体的污染程度 ,对环境变化具有指示作用 。 结论 加强该领域的研究 ,使其更好地为人类健康服务 ,具有 重要意义 。关键词 河蚬 ;生态习性 ;重金属 ;富集中图分类号 S917文献标识码 A文章编号 0517 - 6611 (2008) 01 - 00221 - 04Ecological Characteristics of Corbicula fl umi nea and Its Effect on the Heavy Metals AccumulationLIU Min et al ( College of Fishery , Huazhong Agricultural University , Wuhan , Hubei 430070 )Abstract The objective of the experiment is to improve the understanding of Corbicula f luminea so as to better apply its function in medicine , health and environment monitoring. The ecology characteristics of Corbicula f luminea including reproductive habit , growth and distribution , biology disturbance were reviewed , the type of heavy metals , accumulation mechanism , accumulation effect of single and joint heavy metals , the relationship between mental pollu 2 tion and the movement of the shells were introduced. The paper has proposed problems in using Corbicula f luminea to monitor environment , and put for2ward suggestions about the animal s application in medicine , health , and environment monitoring. The conclusion is that it is essential to strengthen re 2search on this domain , serve better for human health , which has more important significance .Key wordsCorbicula f luminea ; Ecological characteristics ; Heavy metals ; Accumulation河蚬 ( Corbicula f luminea) ,俗称沙蜊 、蜊潦 ,瓣腮纲 (Lamel2libranchia) 、真瓣鳃目 ( Eulamellibranchia) 、异齿亚目 ( Heterodon2 ta) 、蚬 科 ( Corbiculidae) 、蚬 属 ( Corbicula ) , 双 壳 类 软 体 动 物 。 壳长约 28 mm , 厚而硬 ,呈圆底三角形 ;壳顶膨胀 ,突出 ,具有 同心圆的粗生长轮脉 ; 壳内面紫色 ,有光泽 。河蚬栖息于淡 水及咸淡水的江河 、湖泊及入海口 ,原产我国 ,现已广泛分布 于世界各地水域 ,成为数量较大的重要底栖动物 ,并成为江 河水库等淡水生态系统的优势种 ,影响着当地水生生态系统 的物质循环 。由于生活区域环境不同 ,河蚬形成黑蚬 、黄蚬 、 黑褐色花纹蚬等 。近年来 ,河蚬 (特别是黑蚬) 由于营养价值 高 ,在国内外市场热销 。河蚬不仅营养价值很高 ,而且对肝 病 、恶性贫血 、高血压 、心脏病等均有显著疗效 。我国江浙 、 福建 、广东等地群众喜食用 。河蚬是我国一个重要的出口水 产品 。日本 、韩国每年向我国进口上万吨的鲜活河蚬 ,作醒 酒 、护肝药膳 。大量研究表明 ,由于河蚬对环境变化敏感 ,可 以作为环境检测的指示生物 。目前国内外对河蚬的研究主 要集中在生物学特性 、分类 、胚胎发育 、人工繁殖 、时空分布 、 营养成分分析 、呼吸和排泄等生理生化活性 、对潮间带无机 氮迁移转化的影响 、对重金属及有毒物质的富集作用等方 面 。由于受人类活动的影响 ,水域污染加剧 ,尤其是一些难 降解的有毒 、有害重金属类污染物质在沉积物和生物体中不 断累积 ,对水体生态环境构成了直接和潜在的危害 。由于软 体动物中的一些双壳类是人类的直接食品 ,所以它们的健康 状况会直接影响人类的健康 。为增加对河蚬的认识 ,更好地 利用它在医药健康和环境监测方面的作用 ,笔者对河蚬生态 习性及其对重金属的富集作用作一概述 。1 生态习性1. 1 繁殖习性河蚬生活在底质为砂 、砂泥或泥砂的江河 、湖泊 、池沼 、沟渠中 ,以通海江河的咸淡水交汇处分布密度较大 ;营穴居生活 ,穴居深度 25 cm。水温低于 5 时 ,停止摄 食 ;高于 32 时 ,可能死亡 ;适宜生长水温为 932 。河蚬 杂食性 ,摄食底栖藻类 、浮游生物和有机碎屑等 ,以鳃过滤的 方式取食 。河蚬 3 月龄 ( 壳长 1. 11. 2 cm) 达性成熟 ,雄雌异体 ( 偶有雄雌同体) ,分批成熟 、分批产卵类型 ,体外受精 。在福建的生殖期为 112 月 ,以 78 月为盛期 ; 在江苏以 6月上旬至 9 月下旬为盛期 。在适宜孵化的条件下 ,受精卵的 胚体在担轮幼体期之后脱膜 ,此时体长 200 m ; 脱膜后进入 面盘幼体期 ,期间营浮游生活 ;结束浮游生活后沉入水底 ,再 经 1530 d 的发育 ,变态为针尖状的幼蚬 ,开始埋栖生活 ,这 时把壳体埋在泥砂中 ,只露出水管进行呼吸和摄食 、排泄1 。1. 2 水体分布 软体动物的生长 、分布与水生植被 、食物等 关系密切 。如 ,保安湖中由于缺乏碎屑 、细菌和浮游植物等食物资源 ,河蚬的密度较低2 。20 世纪 6080 年代 ,由于洪 泽湖存在有利于河蚬生长与繁殖的环境 ( 如适宜的流速 、底质和食物资源等) ,河蚬逐渐成为优势种3 。水体中理化因 子总磷 、氨氮 、铜 、铬等尤其是 COD 的变化对河蚬的分布 、密度等也有着较大的影响4 。河蚬的种群密度和生物量随水 体富营养化的加剧而下降 ,其分布型为核心型 。近岸带河蚬的密度和生物量明显高于敞水区 ,有利于捕捞5 。在水体富 营养化较严重的江苏昆承河 ,水体理化因子对河蚬的分布和 种群密度产生一定程度的影响 。较高浓度的营养盐 ( 氮和 磷) 抑制河蚬的分布和产量4 。1. 3 生物扰动 底栖动物的栖息活动和分布受沉积作用的影响很大 。河口区沉积过程活跃 ,在一定程度上影响底栖动 物的定着 、栖息和活动 。在沉积速率较高的粗颗粒区域 ,底栖动物的生物量和密度很低 ,常难以发现 ;但在粗颗粒沉积 少而有机物含量较高的区域 ,常常有大量底栖生物 ,形成特殊的生物群落 。底栖生物的生命活动又常干扰水底沉积物作者简介 刘敏 (1984 - ) ,女 ,安徽临泉人 ,硕士研究生 ,研究方向 :水生生态 。 3 通讯作者 。收稿日期 2007208223的里层结构 ,改变其性质 ,尤其是大量食沉积物的底栖动物 。这种活动成为生物扰动 。陈振楼等探讨了双壳类底栖动物河蚬对长江口潮滩沉积物 - 水界面无机氮交换的影响及机蛎的 Cd 和 Pb 含量明显高于高 盐 度 组 牡 蛎 的 Cd 和 Pb 含量22。Phillips 用贻贝 Medulis 进行了一些试验 ,发现在盐制6。研究发现 ,潮滩无机氮界面交换中 ,河蚬的钻穴活动度为 1. 5 %时贻贝对 Cu 、Cd 的蓄积比在盐度为 3. 5 %时快 。因此 ,在制定水质标准时 , 盐度是 应 该 考 虑 的 主 要 因 素 之能增加向上覆水方向氨氮和硝氮的通量值 ;河蚬长期栖息对界面的生物扰动和代谢物排放能促进氨氮向上覆水的释放 ,并逐渐加强沉积物氧化层中的硝化活动 ;界面附近河蚬的扰 动和喷灌活动改变了沉积物中无机氮的垂直剖面特征 ,加速 了沉积物中有机质的矿化分解和两相界面间氨氮的离子交 换 ,促进沉积物氮库向滨岸水体的释放输出 。余婕等在底栖 动物对潮滩 N 迁移转化的影响研究中发现 ,河蚬主要通过排 泄和生物扰动影响 N 在沉积物 - 水界面间的迁移转化7 。 在富氧的环境下 ,底栖动物的活动使得 NO32N 在上覆水中有 明 显 的 持 续 累 积 效 应 ,NH42N 在 较 深 层 孔 隙 水 中 积 累 , 而 NO22N 易在沉积物中累积 。2 河蚬对重金属的富集由于河蚬具有分布广泛 、个体较大 、生活史较长 、不主动 摄取食物 、容易采集等特点 ,同时由于河蚬是一种滤食性的动物 ,以水中的浮游生物 (如硅藻 、绿藻 、原生动物 、轮虫等)为食料8 ,对毒物有很高的浓缩系数 ,能直接反映水体的重 金属污染 ,被认为是非常适于作为水生生态毒理学上的重金一23。通过分析春 、秋 2 个季节长江口滨岸带采样点的盐度与河蚬重金属累积量的关系 ,发现秋季河蚬体内累积的 Cu 、Zn 含量分别与盐度呈正相关 ,而春季两者之间的相关性不 大 ,说明盐度对底栖动物重金属累积量的影响机理比较复 杂 。Denton 等认为 ,盐度的变化会影响水体金属的形态和金 属间的作用 ,从而影响金属的生物可利用性22 。河蚬体内的 Cu 含量与沉积物的粒径存在 0. 01 水平显 著的正相关 ;河蚬体内 Zn 含量与沉积物中有机质含量存在 一定的正相关 ;河蚬体内 Pb 含量与沉积物中有机质含量存 在负相关21 。金属间的相互作用一般都是通过采样分析而得出的 。研究表明 ,长江口滨岸带分布最为广泛的底栖动物河蚬体内 Cu2Cr 、Cu2Ni 、Zn2Cr 、Zn2Ni 、Cr2Ni 之 间 呈 显 著 正 相 关 ,Zn2Pb 之间呈显著负相关21 。孙平跃等研究表明 ,季节变化对河蚬积累重金属没有明 显的影响 ,春季和秋季河蚬体内的重金属含量较为接近24 。河蚬体内 Cu 的积累量在不同大小个体间存在着明显的差 异 ,大个体体内的 Cu 含量明显高于小个体 ; 但 Zn 、Cd 、Cr 和Pb 的含量在不同大小个体间的差异不明显 。总体上看 ,季节 变化和个体大小对河蚬积累重金属的影响均不是很显著 。吴宏海等研究了水体中低浓度镉(1g/ L) 单独存在以及 低浓度镉 (1 g/ L) 和腐殖酸 (1 、10 mg/ L) 共存情况下河蚬对低浓度镉的蓄积和释放25 。结果发现 ,2 种处理方式下均存在镉在河蚬体内蓄积的现象 。该蓄积效应与蓄积时间呈显 著线性正相关 ,但在腐殖酸影响下其河蚬对低浓度镉的蓄积减少 。研究还表明 ,低浓度镉进入河蚬体内后难以释放 。腐殖酸对镉从河蚬体内的释放效应影响极小 。不同溶氧环境 对河蚬体内重金属的富集作用也不同 。缺氧条件下鳃中镉 的累积更明显26 。研究表明 ,其他底栖动物的生物扰动也会影响重金属在 河蚬体内的累积 。在有颤蚓活动的底泥中 ,Cd 随着沉积物的再悬浮转移释放到上覆水中 ,在河蚬体内的生物积累有 限 ,并且不依赖于藻类的摄食 。在无生物扰动的条件下 ,Cd 随河蚬摄食有变化 。河蚬通过摄食藻类使得 Cd 在其体内积 累 。有藻类时河蚬体内 Cd 含量高 ,无藻类时河蚬体内 Cd 含 量低 ,且加入藻类的最后 10 h 河蚬体内 Cd 含量最高27 。2. 3 单一和联合金属在河蚬体内的富集 当水域受到污染时 ,最先接触污染物质的是活动力差的贝类品种 ,因无回避 能力 、暴污时间较长 ,易将有害物质富集于体内 ,使同区域的 贝类产品重金属含量高于甲壳类 、鱼类 , 从而使贝类正常的 生长代谢受影响 。以河蚬作为指示生物 ,采用室内培养方法 ,研究不同浓 度重金属的单独 、联合作用的毒性效应 。研究表明 ,水体中 不同浓度 (1050g/ L) 的 Cd 和 Cu 单独作用下 ,河蚬体内的 Cd 和 Cu 含量分别与其在该环境中的暴露时间和浓度呈显属污染生物指示物9 - 102. 1 富集重金属种类。大量研究表明 ,河蚬体内所富集的重金属主要有 Cu 、Zn 、Pb 、Cd 、Cr 、Ni 。河蚬对不同的金属有不同的富集能力 ,同时河蚬身体的不同部位对金属的富集能力 不同 。研究表明 ,河蚬对沉积物中的重金属元素 Cu 、Zn 的富集能力强 ,对 Pb 、Cr 的富集能力弱 。其中 ,河蚬体内 Pb 含量与沉积物中 Pb 含量呈 0. 01 水平显著负相关11 - 13 。河蚬不 同部位的重金属含量分析结果表明 ,大部分重金属都集中在 肉质部中 ,含量约为钙质外壳的 12. 41 793. 8 倍 ,且壳内的 重金属含量与肉内的重金属含量没有相关性13 。另外 ,河 蚬对其他有机和无机污染物 ,如多氯联苯 ( PCBs) 14 、甲基汞 (MeHg) 15 、三氯乙烯 ( Trichloroethylene ) 和甲苯 ( Toluene ) 16 、 矿山开采排出物17 、有机杀虫剂18 - 19 等物质 ,也有明显的吸 收积累作用 ,并且吸收达到平衡的时间较长 。研究发现 ,河 蚬肾和鳃对 Cd 的富集能力较强 ,外套膜和腹足对甲基汞的 富集能力较好 ,而汞在内脏团中累积较多 。同时 ,污染物的 分布与河蚬早期幼体的死亡率一致 。从表层水到间隙水再 到沉积物 ,随着 Zn 、Cu 、Cr 等金属离子浓度的不断增大 ,河蚬 幼体的死亡率也逐渐升高20 。2. 2 影响河蚬对重金属富集的因素生物对重金属的积累 与水温 、季节变化及其本身的繁殖 、生长等生理活动有密切的关系 。尤其是温度 ,可影响底栖动物的生理过程 ,从而使动物的富集量产生季节性差异 。李丽娜等通过对影响长江 口滨岸带河蚬体内重金属富集量的 4 个主要非生物因子依 次进行分析 ,发现河蚬对 Cu 、Zn 、Cr 、Ni 4 种重金属元素累积 的总体趋势是夏季 春秋 ,说明较高温度有助于河蚬对重金 属的吸收21 。许多学者针对不同的研究对象研究了盐度对底栖动物 重金属富集量的影响 。Denton 等研究表明 ,盐度对棘刺牡蛎( Saccostrea echinata) 累积 Cd 和 Pb 有明显的影响 ,低盐度组牡著正相关28 - 29,在同样浓度的 Cd 和 Cu 共同存在的环境中河蚬体内的 Cd 和 Cu 含量仍与环境中该物质的浓度呈显著木瓜蛋白酶酶解液清除能力最强 ,羟自由基 (OH) 的清除率可达到 57. 89 %39 。从河蚬中提取的糖蛋白 ( CFp2a) 具有体 外抗癌作用 ,能明显抑制肝癌细胞 BEL7404 的增殖 ,并诱导 细胞凋亡40 。采用 20 和 40g/ ml CFp2a 分别处理 BEL740448 h 后 ,用流式细胞仪 ( FCM) 检测细胞凋亡情况 ,可以在 DNA直方图上观察到典型的亚“G1”峰 ,凋亡率分别为 10. 99 %和15. 51 %41 。河蚬肌肉蛋白经热水提取 、冷冻处理及 2 次水 解处理后得到的肌肉蛋白水解产物对血管紧缩素有明显的抑制作用 ,能明显降低心脏的收缩压和舒张压42 。因此 ,河蚬在医药健康领域也有很高的应用价值 。3 小结河蚬是淡水水域系统底栖动物的重要组成部分 ,在水体 中分布广 ,生活期长 ,对部分有毒物质 、重金属有很强的富集作用 ,通过直接测量死亡率和体内重金属的浓度或者间接测 定相关的耗氧率 、排氨率 、MT 浓度及其他蛋白 、酶的活性变化 ,能反映水体的污染程度 ,对环境变化具有指示作用 。但 是 ,目前河蚬作为生物监测指示生物的现场监测和室内试验研究中 ,往往由于复杂因素的影响导致结果难以解释 ,而且 由于急性致死或慢性中毒试验等生物监测的持续时间长 ,较难用于实时监测 。因此 ,仍需完善已有的各项指标的检测方正相关 ,且随着暴露时间的延长均表现出对污染物质积累的增加28。在 Zn 、Cu 联 合 作 用 时 , 两 者 也 呈 现 明 显 的 正 相关12。但也有研究表明 ,在低浓度 (1 g/ L) 的 Cd 、Zn 、Cu 联合作用时 ,积累效应与暴露时间呈显著正相关 ,而在浓度为10g/ L 的 Cd 、Zn 、Cu 联合作用时 ,河蚬对 Cd 的吸收发生明 显的抑制29 。这种波动的情况也出现在类似的试验中30 , 其原因仍有待进一步的研究 。这说明河蚬对水体中较低浓度重金属有明显的积累效应 。 水体重金属含量对河蚬的耗氧率和排氨率也有影响 。与受 100 、200 、400 g/ L 重金属镉和铜的单独和联合污染情 况下河蚬耗氧率和排氨率进行比较 ,结果表明随着重金属浓度的增大 ,河蚬的耗氧率 、排氨率均有明显的下降31 。因此 ,当环境中金属元素含量超出河蚬的阈值时 ,即使河蚬并未表 现出死亡的效应 ,通过测定呼吸和排泄过程中耗氧率和排氨率的变化也可以反映毒性效应 。随着工农业的迅速发展 ,有毒化学品的数量和种类也急 剧增加 ,多种污染物同时进入水环境 ,在水体中共存 ,所以单 一毒物的毒性试验结果往往不能客观反映出污染物共存对 人类的危害程度 。因此 ,在对毒性较强的单一重金属的污染 研究并且进行理化监测的同时 ,要注重在多种重金属联合作 用的情况下进行理化监测和生物监测相结合的研究 。河蚬 是世界范围淡水水域中广泛分布的底栖动物 ,也是重要的淡 水经济贝类 。以往试验已经显示 ,河蚬对高浓度的有机物污 染物 、重金属等淡水中常见污染物反应灵敏 ,而对于中 、低浓 度的污染则具有相当高的蓄积能力 ,且体内的浓度与在水体 中的暴露时间和浓度有明显的相关关系 。因此 ,河蚬这一重 要的淡水底栖生物可以作为水环境中的污染物尤其是重金 属污染物的监测指示生物 ,为我国城市河流 、湖泊等水体中 的重金属生物监测提供有益的参考 。2. 4 重金属污染与河蚬贝壳运动 目前 ,在重金属污染与 河蚬贝壳运动方面也有相关研究 。Damien 等利用电磁感应 技术 ,采用机械方法研究河蚬贝壳的运动 ,同时研究河蚬在 受到污染后的闭壳反应之后 , 通过壳的闭合反应表达重金属毒性的设备和方法32 。Hutchinson 等于 1993 年用激光质谱微探针对软体动物河蚬的角质层生物监测 ,发现经过不同 重金属类型 、剂量的污染后河蚬产生不同的特征图谱 ,可以 与未 污 染 情 况 下 的 典 型 图 谱 进 行 对 照 来 反 映 重 金 属 毒法与手段 。河蚬不仅营养价值很高 ,而且对肝病 、恶性贫血 、高血压 、心脏病等均有显著疗效 。蛋白酶解液具有清除羟自由基的能力 ;糖蛋白 ( CFp2a) 具有体外抗癌作用 ,能抑制肝癌 细胞的增殖 ;肌肉蛋白水解产物对血管紧缩素有明显的抑制 作用 。因此 ,加强在这一领域的研究具有重要意义 。 参考文献1刘月英 ,张文珍 ,王跃先. 中国经济动物志 淡水软体动物M. 北京 :科学出版社 ,1979 :119 - 123.胡传林 ,黄祥飞. 保安湖渔业生态和渔业开发技术研究文集C. 北京 :科学出版社 ,1991.朱松泉 ,窦鸿身. 洪泽湖水资源和水生生物资源M. 合肥 :中国科技大学出版社 ,1993.凌去非 ,宋学宏 ,康华东 ,等. 昆承湖河蚬资源及水体理化因子的初步探讨J . 水利渔业 ,2001 ,21 (1) :44 - 46.邓道贵 ,周琼 ,过龙根 ,等. 巢湖富营养化对河蚬和环棱螺分布及种群密度影响J . 应用生态学报 ,2005 ,16 (8) :1502 - 1506.陈振楼 ,刘杰 ,许世远 ,等. 大型底栖动物对长江口潮滩沉积物 - 水界面无机氮交换的影响J . 环境科学 ,2005 ,26 (6) :43 - 50.余婕 ,刘敏 ,侯立军 ,等. 底栖穴居动物对潮滩 N 迁移转化的影响J .海洋环境科学 ,2004 ,23 (2) :1 - 4.周一兵 ,尹春霞 ,杨建立. 菲律宾蛤仔的呼吸与排泄对三种重金属慢性毒性的反应J . 大连水产学院学报 ,1998 ,13 (1) :8 - 16.23456789 GRANEY R L ,CHERRY D S ,CAIRNS J J . 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Process Biochemistry ,2006 ,41 :2276 - 2281.(上接第 214 页)分别为 0. 910 1 、0. 908 5 ,说明线性度很好 。2. 3 计算程序 鲁西黄牛成年母牛体重计算程序界面 ,见 图 1 ,界面包括体尺数据输入框 ,模型类别选择框 ,分别输入测得的数据并选择其中的模型后点击计算 ,即可在体重输出窗口显示计算结果 。度而言 ,根据回归模型来计算拟合值与实测值之间的决定系数 ( R2 ) ,通过比较 R2 值的大小以择其优劣更为适宜 。第1 个回归模型的 R2 值大于第 2 个回归模型的 R2 值 ,因此以 选择第 1 个回归模型更为适宜 ,但如果同时考虑体尺测量的繁琐程度可以考虑第 2 个回归模型 。(2) 在实测体重与估测体重数据比较中发现 410 kg 体 重是一个界值 ,实测体重小于 410 kg 的成牛母牛 ,2 个模型 的体重估测值有略高于实测值的趋势 ,而大于 410 kg 的成 牛母牛 ,估测值则有略低于实测值的趋势 。这可能与鲁西 黄牛的饲养水平和营养因素有关 。(3) 根据 2 个回归模型用 Visual Basic 6. 0 软件编写了鲁 西黄牛成年母年的体重计算程序 ,此程序为免安装的可执 行程序 ,具有操作简单 ,界面友好 ,实用性强 ,替代了人工繁琐的计算过程 ,提高计算的精确性 。参考文献1王占红 ,何永涛 ,郭维春 ,等. 沿江牛成年母牛体重与体尺指标的相关与回归分析J . 中国畜牧杂志 ,2007 ,43 (1) :12 - 13.杨公社 ,毛玉胜. 用二元回归方程式估测秦川牛成牛母牛的体重J .黄牛杂志 ,1983 (3) :39 - 47.武彬 ,庞之洪 ,陈幼春 ,等. 黄牛体尺差异性分析方法的研究J . 畜牧兽医学报 ,1990 ,21 (2) :121 - 126.张显华 ,王威 ,王振民. 黄牛体尺的聚类与主成分分析J . 黄牛杂志 ,1997 ,23 (2) :9 - 10.张爱玲 ,张丽娟 ,耿社民 ,等. 秦川母牛不同年龄阶段体尺和体重的主成分分析J . 西北农林科技大学学报 :自然科学版 ,2003 ,31 (2) :29 -32.洪楠 ,侯军. 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