Cultivo con LEDs UVB: seguimiento y resultados

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I. Seral

En un artículo previo publicado en el número 3 del año 2019, se analizaban las ventajas obtenidas gracias a la utilización de la luz ultravioleta en el cultivo de cannabis en interiores. En esa ocasión, se recomendaba la utilización de fluorescentes UVA/UVB por su facilidad de uso y adquisición. Una de las razones que se esgrimían para esta elección, frente al uso de lámparas LED, era la dificultad para adquirir LEDs UVB adecuados a precios razonables, esto no ocurría en el caso de los LEDs UVA, mucho más fáciles de conseguir y a precios más asequibles.
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Aspecto del cultivo en la fase vegetativa.
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LED UVB y su espectro lumínico
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Esquema de conexión de la lámpara LED UVB

Esta situación ha ido cambiando últimamente, al haber aparecido en el mercado nuevos modelos de LED UVB a disposición de cualquier usuario. Estos nuevos LEDs UVB, si bien exigen un cierto conocimiento para una utilización correcta, permiten añadir de manera muy precisa y eficiente la radiación UVB necesaria para activar el receptor UVR8, responsable, entre otros efectos, del aumento en el porcentaje de cannabinoides como el THC.

El objetivo de este artículo será proporcionar la información necesaria para la fabricación de una lámpara led UVB, facilitar la elección de los leds adecuados y sus parámetros de utilización, usándolos en un ejemplo concreto y comparando los resultados de su uso con un cultivo sin luz UVB.

Tipos de leds UVB

La luz UVB (280nm-320nm) interactúa con el receptor UVR8, siendo la longitud de onda 285 nm la más eficaz en la activación de éste. Otras longitudes de onda cercanas, como los 280 nm o 300 nm, actúan igualmente sobre la proteína UVR8, pero lo hacen en menor medida, exigiendo mayores tiempos de exposición. Estas frecuencias son menos eficaces, y por tanto, exigen un mayor consumo energético.

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Primera semana de floración

Al usar una longitud de onda de 300 nm, se necesitarían alrededor de 10 veces más tiempo de exposición que con 285 nm, usando la misma potencia de irradiación. Las lamparas fluorescentes UVB para reptiles normalmente solo alcanzan los 295-300 nm. Por esta razón, con el uso de LEDs de 285 nm, podremos reducir en gran medida los tiempos de exposición, con el consiguiente ahorro en la factura eléctrica.

Se suele argumentar que los beneficios del uso de luz UVB pueden lograrse igualmente aumentando la luz UVA y la luz azul, sin embargo, para igualar la eficacia de la luz UVB, es necesario un gran aumento de irradiación en esas otras longitudes de onda, siendo posible la aparición de efectos secundarios negativos en otros procesos fundamentales, como el de la fotosíntesis.

Algunos fabricantes de lámparas LED UVB, destinadas al cultivo del cannabis y otras plantas aromáticas, usan LED de 280 nm, más comunes y con un menor precio que los de 285 nm. Sin embargo, la utilización de esta longitud de onda es un error. La lámparas son menos eficientes, y su uso entraña un riesgo mayor, no solo son más peligrosas para el usuario, sino que las plantas recibirán una cantidad de radiación UVB mucho más dañina que usando LEDs de 285 nm. En ningún caso se deben utilizar LEDs inferiores a 280 nm, conviene recordar que los LEDs más eficientes en la eliminación de virus y bacterias, usados en la esterilización, tienen 275 nm.

Aunque la absorción espectral del fotorreceptor UVR8 alcanza el máximo en los 285 nm, algunas respuestas fotomorfológicas tienen una mayor efectividad fotónica en torno a los 290-300 nm. Esto último está relacionado con el factor de trancripción HY5, que influye en la respuesta del ya mencionado receptor UVR8. Esto implica que lo ideal sería usar LEDs de 285 nm junto a otros de 290-300 nm.

Lamentablemente, la eficiencia de los LEDs de 290-300 nm en el mercado es bastante inferior a la obtenida por los de 285 nm, llegando a ser hasta 1/5 parte de la de estos últimos. Así mismo, son difíciles de encontrar y no son baratos. Solamente un modelo de 295 nm perteneciente a la marca Rayvio cumple las expectativas con un precio adecuado y una emisión de 10 mw. Sería el LED ideal a utilizar, pero se encuentra agotado hace tiempo.

En cualquier caso, al tener los propios LEDs de 285nm, parte de su emisión en la franja entre los 290 nm y 300 nm, podemos considerar que, usando únicamente LEDs de 285 nm, podremos cubrir las necesidades de irradiación UVB en la franja 290-300 nm.

Una vez decidida la longitud de onda de los LEDs UVB a utilizar, que será de 285 nm, hay que tratar de encontrar una marca de calidad probada y que fabrique los LEDs con la mayor eficiencia y vida útil posible. El fabricante Seoul-Viosys, líder en la fabricación de LEDs ultravioletas, produce los LEDs de 285 nm más eficientes del mercado y con una mayor vida útil que el resto. Para una mayor comodidad en el montaje final de la lámpara, es fundamental que los LEDs vengan montados en una superficie adecuada, como es un montaje de los llamados en estrella.

El modelo de LED elegido finalmente fue el CUD8GF1B de 285 nm, de la ya mencionada Seoul-Viosys, montado en estrella. Cada led usa 6 voltios y la intensidad media de uso es de 100 miliamperios, su flujo radiante es de 10mw, usando la intensidad mencionada, siendo el más eficiente del mercado en esa longitud de onda. Su precio ronda los 20 euros por unidad.

Podemos relacionar el conocido índice de radiación ultravioleta (IU) con el flujo radiante de un led de 285 nm en un metro cuadrado con una sencilla fórmula: multiplicando los milivatios (mw) emitidos por el LED por el factor 0,108.

El resultado nos dará el índice ultravioleta equivalente en esa superficie. De esta manera, si emitimos por ejemplo 50 mw de 285 nm, equivaldría a un IU de media intensidad, de 5,4. Aunque el índice ultravioleta hace referencia al riesgo de exposición ultravioleta en humanos, nos sirve para hacernos una idea de las condiciones de irradiación con que someteremos a las plantas.

Esta misma fórmula nos servirá para averiguar cuánto tiempo de exposición en 1 m2 con los LEDs de 285 nm necesitaremos para simular determinadas condiciones de irradiación UV. Por ejemplo, si queremos imitar la irradiación de un lugar con un índice ultravioleta 8 durante 6 horas diarias, usaríamos 75 mw de flujo radiante con LEDs a 285 nm durante 6 horas.

Es conveniente considerar que estos cálculos no tienen en cuenta la existencia de días nublados o lluviosos, e igualmente que muchas de las genéticas actuales, tras reproducirse en cultivos de interior durante décadas sin luz ultravioleta, han ido paulatinamente perdiendo la resistencia a la misma que tenían las variedades de cannabis originales.

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Segunda semana de floración

Las plantas toleran mucho mejor el UVB si se encuentran expuestas a una fuerte intensidad lumínica, esto sucede en el exterior, donde se pueden alcanzar los 2000 PPFD. Tendremos que tener en cuenta esto cuando usemos intensidades mucho menores, como ocurre en los cultivos de interior (600-1200 PPFD). Así pues, es conveniente utilizar la luz UVB con mesura hasta averiguar el nivel adecuado para cada variedad en concreto.

Como norma general, 30-40 mw durante tres horas al día serían necesarios para aumentar significativamente la proporción de THC, llegando incluso hasta un 30%. Se podría pasar, por ejemplo, de un 20% a un 26%. Naturalmente, no todas las variedades reaccionarán igual frente a la presencia de luz UVB. Las genéticas originarias de zonas ecuatoriales o de alta montaña podrán resistir una mayor intensidad de irradiación y se adaptarán mejor a la luz UVB.

Construcción de la lámpara LED UVB

Este artículo no tendría mucho sentido si existieran en el mercado lámparas LED UVB adecuadas para el pequeño cultivador. Lamentablemente, solo se encuentran luminarias diseñadas para superficies muy grandes y a unos precios bastante altos. Por supuesto, los fabricantes dan por hecho que el usuario conoce cómo usarlas y los tiempos de exposición adecuados. El uso de estas lámparas, demasiado potentes, en un pequeño cultivo, dañaría seriamente las plantas en un breve espacio de tiempo.

El objetivo consistió en construir de la manera más sencilla y económica una lámpara UVB. Una vez determinados los LEDs a utilizar, es necesario calcular el número apropiado de éstos para lograr un flujo radiante UVB adecuado sobre la superficie de cultivo (1 m²).

En este sentido, se decidió que una irradiación entre 40 y 100 mw, sería la más adecuada al permitir cierta flexibilidad en los horarios de aplicación. Con solo de 4 a 6 LEDs UVB del modelo anteriormente mencionado, distribuidos correctamente, estarían cubiertas las necesidades de luz UVB.

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Tercera semana de floración

En este caso, se decidió escoger un número de 4 LEDs distribuidos en dos perfiles de aluminio de 80 cm de longitud y 4 cm de anchura. En cada uno de ellos se colocaron dos LEDs UVB conectados en serie a una distancia adecuada para cada led iluminara ¼ de m².

Cada perfil se conectó en paralelo a un driver de corriente constante de 10-25 V a 300 ma. De esta manera, cada perfil en paralelo recibe una intensidad de 150 ma, y cada LED emitirá un flujo radiante de 15mw, lo que proporcionará un total de 60mw por metro cuadrado. Al utilizar 4 LEDs en lugar de 6, se ha optado por forzar un poco los LEDs (20 mw por LED es la intensidad máxima recomendada en este modelo).

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Cuarta semana de floración
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Quinta semana de floración

En lugar del driver, puede utilizarse un transformador de voltaje constante a 12V como los utilizados para iluminar las tiras LEDs corrientes, o incluso, si se conectan todos los LEDs en serie, se puede usar uno de 24V.

Llegados a este punto, es necesario advertir, como se hizo en el artículo previo sobre luz ultravioleta, acerca de la peligrosidad de este tipo de luz. En ningún caso se debe mirar directamente a los LEDs UVB mientras estén encendidos. Tampoco se debe trabajar con las plantas o estar observándolas mientras se emite luz UVB. Las superficies reflectantes de la tienda incrementan el peligro de que esa luz alcance al cultivador, por lo que el uso de gafas adecuadas (filtro UV 400) y guantes están altamente recomendados. Es mucho más seguro programar la exposición UVB en horarios donde no se trabaje con las plantas, y en el caso de tener que acceder al cultivo, sencillamente apagar previamente la luz UVB.

Este tipo de LEDs a 285 nm tienen una longitud de onda más peligrosa que las lámparas UVA/UVB para reptiles. Al emitir solamente en una estrecha franja del espectro cercana al UVC, no emiten luz visible, al contrario de lo que ocurre con los fluorescentes UVB. Por esta razón, no sabremos si están funcionando o si por el contrario, debido a un mal contacto, están apagados.

La solución a este problema es relativamente sencilla, en este caso, al optar por un driver de corriente constante se pudo añadir un LED de seguridad. Estos drivers, al proporcionar un voltaje variable, permiten añadir en cada perfil unos LED con luz visible conectados en serie a los LED UVB. De esta manera , si observamos que estos LEDs están encendidos, señalarán que el circuito está cerrado, y los LEDs UVB también funcionan. Estos LED de luz visible añadidos servirán también como luz de seguridad, al advertir de la emisión de radiación UVB en cada momento.

El coste total de la luminaria es relativamente pequeño, bastará con unos 120 euros, un coste similar al de adquirir dos tubos fluorescentes UVA/UVB para cubrir la misma superficie. Sin embargo, estos últimos consumirán unos 70 vatios y deberán sustituirse anualmente, mientras que la lámpara LED consumirá solo unos escasos 5 vatios y la vida útil de sus diodos puede llegar a ser de 3 a 5 años dependiendo de las condiciones de uso.

Es recomendable al usar luz UVB, añadir luz UVA al mismo tiempo. En la actualidad, muchas lámparas LED destinadas al cultivo, ya se venden con LEDs UVA integrados. En cualquier caso, adquirir tiras rígidas o flexibles LED de luz UVA es sencillo, existen muchos modelos y se encuentran fácilmente. Se recomienda en este caso añadir al menos unos 15-20 vatios de luz UVA, preferiblemente de 365nm y 385nm.

El uso de LEDs UVB exige cierta disciplina y ser especialmente cuidadosos, los cultivadores que prefieran una solución más sencilla y con menores riegos deberían optar por usar en su lugar las tradicionales lámparas fluorescentes UVA/UVB que se trataron en profundidad en el artículo previamente mencionado.

SEGUIMIENTO DE CULTIVO CON LEDS UVB

Con el objetivo de evaluar la eficacia de la lámpara led, averiguar los criterios de utilización y observar los resultados producidos por la misma se realizó un cultivo con los siguientes parámetros:

Área de cultivo: 1 m².

-Temperatura: 28o C.  

-Humedad relativa: 70% (vegetativo ) y 60% (floración).

-Iluminación led: Luz principal: LEDs Samsung modelo LM301H 3500K.

            Luz complementaria : Leds Osram Oslon Square hyper-red 660 nm.

            Leds Osram Oslon SSL 120 730 nm.

            Leds UVA 365 nm y 385 nm.

            Leds UVB Seoul-Viosys CUD8GF1B 285 nm.

-Substrato: Coco 60% y perlita 40%.

-Macetas: Tipo Airpot

-Nutrientes: Megacrop 1a versión.

-Sistema de riego: Drain and waste.

-Variedades: Genéticas tipo old school sin origen comercial. Una variedad 80% sativa (4 plantas) y otra 80% indica (5 plantas). Ambas de floración rápida. Se usaron clones con características conocidas previamente, con el objetivo de observar diferencias significativas con resultados anteriores.

Periodo vegetativo

Los clones se plantaron con 15 cm de altura, y se les sometió a un fotoperiodo de 18/6. Este horario se complementó con un tratamiento EOD (End of day) consistente en añadir luz proveniente de LEDs rojo lejano a 730 nm (Far red) al finalizar el día, inmediatamente después de apagarse las luces. En este caso, se utilizaron 10 vatios de rojo lejano durante un minuto.

El periodo vegetativo duró 12 días, en un principio se proporcionaron 200 PPFD y se utilizaron, además de la luz blanca principal, 15 vatios de LEDs de 660 nm, 5 vatios de LEDs de 730 nm (efecto Emerson), 10 vatios de LEDs UVA y 60 mw de luz UVB durante una hora diaria.

Se incrementó diariamente la intensidad de los LEDs blancos y complementarios hasta llegar al final del periodo vegetativo a los 500-600 PPFD. La periodicidad de la aplicación de los 60 mw de luz UVB se aumento paulatinamente hasta una hora y 45 minutos diarios.

Tanto el uso de rojo lejano durante el día, el tratamiento EOD, y el uso de luz UVA y UVB durante el periodo vegetativo, no son muy comunes en los cultivos de interior. Sin embargo, en el exterior estas radiaciones están presentes desde la germinación. Se escogió esta estrategia de iluminación con la pretensión de simular las condiciones del exterior y al añadir UVB desde el principio, se permitió a las plantas adaptarse a ella para admitir mayores intensidades en la floración.

Periodo de floración

El fotoperiodo elegido durante toda la floración fue el clásico 12/12 y se usó el mismo tratamiento EOD aplicado con anterioridad.

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Sexta semana de floración
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Octava semana de floración
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Séptima semana de floración

1a semana. Se aumentó la intensidad lumínica hasta llegar a los 750 PPFD y la emisión UVB hasta las 3 horas diarias (60mw). Se observaron los primeros síntomas de exceso de luz UVB en las hojas superiores de la variedad índica. Por precaución se redujo el tiempo de emisión UVB hasta 2 horas y media.

2a semana. La intensidad se hizo crecer hasta los 1000 PPFD, y se mantuvo el mismo tiempo de emisión de luz UVB.

3a semana. Se elevó la intensidad lumínica hasta 1200 PPFD, la potencia de los LED con longitudes de onda complementarias (660,730,UVA) se aumentó proporcionalmente y cada día se aumentó el tiempo de exposición UVB hasta alcanzar las 3 horas diarias (60 mw). La fase de estiramiento fue claramente menos agresiva que en cultivos previos con los mismos clones, algo sin duda debido a la radiación UVA/UVB. La floración se desarrolló con mayor rapidez de lo habitual, en este caso, probablemente debido al uso de rojo lejano y UVB.

4a semana. Las condiciones lumínicas anteriores se mantuvieron a excepción de la exposición UVB, que se llevó hasta una duración de 3 horas y media al día. En ese momento, se observaron de nuevo pequeñas señales de exceso de radiación UVB, y se decidió no sobrepasar este nivel de emisión.

5a semana. No se realizó ningún cambio en las condiciones lumínicas. Las plantas fueron adaptándose a los niveles de UVB sin más problemas. Los primeros efectos atribuibles al uso de luz UVB comenzaron a manifestarse, la variedad índica empezó a presentar signos de madurez con la aparición de los primeros pistilos marrones. La variedad sativa produjo flores con pistilos violeta, el número de los mismos fue mucho mayor que en anteriores cultivos del mismo clon. La producción de terpenos igualmente creció por encima de los niveles observados con anterioridad.

6a semana. El crecimiento de las flores continuó sin problemas, y los efectos atribuibles a la radiación UVB fueron cada vez más evidentes. Las dos variedades suelen producir unas pocas flores masculinas durante las ultimas semanas de floración en condiciones normales. En esta ocasión, se observó un ligero aumento de estas flores, quizás debido al estrés añadido por el uso de luz UVB. En el caso de la variedad sativa, estas flores masculinas aisladas fueron de color violeta en lugar de amarillo. Es la primera vez que se observó en esta variedad esta curiosa característica.

Al final de la semana, la variedad indica llegó a un estado muy avanzado de maduración, las hojas comenzaron a presentar un color violeta en los extremos, de nuevo esta característica no había sido observada nunca en esta variedad, tampoco en exteriores.

7a semana. A lo largo de esta semana, empezó a acelerarse el cambio en los pigmentos de las plantas, la clorofila fue despareciendo por el efecto del UVB y fue siendo sustituida por las antocianinas, que dieron una tonalidad violeta en el caso de las variedades índicas y púrpura en las sativas. La producción de resina fue excelente en ambos casos. En este momento, se consideró que la variedad indica estaba totalmente madura.

8a semana. Las plantas se cortaron el día 52 desde el comienzo de la floración, en los últimos días se produjo un considerable aumento los colores púrpuras y violetas.

Conclusiones

El tratamiento con luz UVB a lo largo de todo el ciclo vital del cannabis, no solo ha servido para determinar las dosis de irradiación máximas toleradas por las variedades cultivadas, sino que también ha permitido la observación de una serie de cambios en el desarrollo y morfología de las plantas. Estos cambios se hacen más evidentes al comparar las mismas genéticas con y sin el añadido de luz UVB.

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Comparativa entre el desarrollo de un cogollo con y sin UVB

Las plantas expuestas a los rayos UVB crecieron más compactas de lo habitual y presentaron hojas ligeramente más estrechas y coriáceas. El tránsito a la floración se acortó, y la duración total de la misma se redujo en unos días. En las primeras semanas de floración, el estiramiento disminuyó notablemente, confirmando la información existente sobre la capacidad de la luz UVB para contrarrestar los efectos de un ratio rojo/rojo lejano negativo.

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Detalle de una flor macho de color púrpura

En cuanto a las características de las flores, se produjo un aumento del ratio cálices/hojas, un aumento en la producción de resina y un incremento muy acusado de pigmentos secundarios como la antocianina. La producción de terpenos fue algo mayor de lo normal, aunque en este caso, la luz UVA pudo haber influido igualmente.

Los efectos no deseables, atribuidos al exceso de exposición, fueron similares a los producidos por exceso de intensidad lumínica, el llamado bleaching o blanqueamiento en las hojas más expuestas a la radiación. Estas hojas también presentaban sus extremos curvados hacia arriba (canoeing), de la misma manera que ocurre cuando existen problemas de temperatura y transpiración. La progresiva adaptación desde el periodo vegetativo a la luz UVB permitió minimizar el alcance de sus efectos negativos.

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Planta índica madura
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Detalle del cogollo central de una de las índicas

La producción final no cambió con respecto a otras cosechas con las mismas genéticas, aunque hay que señalar que, al acortar el tiempo de floración en unos días, con un proceso de maduración claramente acelerado, podría producirse una disminución en la producción. Una manera de evitar esto pasaría por alargar ligeramente el periodo vegetativo, aprovechando la ventaja de una fase de estiramiento más moderada, y también, aumentando si es posible la intensidad lumínica de la luz principal, lo que a su vez serviría de protección ante los efectos no deseables de los rayos UVB. Si no fuera posible aumentar la intensidad, otra opción sería usar un fotoperiodo más largo, como por ejemplo 13/11. Este último caso sería el más indicado en las variedades tipo índica.

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Aspecto de las sativas al final de la floración.
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Otra vista de las variedades sativas
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Detalle de un cogollo sativa

 

En cuanto a la potencia final del producto, no se realizaron análisis de laboratorio, pruebas subjetivas determinaron un claro aumento de la misma en comparación con cultivos anteriores con los mismos clones sin añadir UVB.

Si se tuviera que destacar un efecto por encima de los demás, sería el cambio en el colorido en las hojas y las flores. Este cambio no se produjo por una bajada en las temperaturas, ni por lavado final del substrato (flushing). La luz UVB al destruir la clorofila fue dando visibilidad a otros pigmentos, en este caso, las antocianinas.

Un efecto interesante de la luz UVB, que se comprobó satisfactoriamente, fue su capacidad para disminuir la población de trips (Frankliniella occidentalis). No fue necesario aplicar ningún producto para limitar su población (aceite de neem). Al ir aumentando los niveles de radiación UVB, estos insectos dejaron de reproducirse con facilidad y no llegaron a causar ningún daño.

En definitiva, los beneficios de la luz UVB son evidentes, no solo se trata del aumento de potencia, sino también de la reducción del tiempo de floración, el aumento del colorido, los cambios morfológicos en las plantas y la protección frente a las plagas. Estos son, entre otros, resultados muy interesantes para el cultivador, que con una inversión relativamente pequeña podrá mejorar la calidad del producto final, disminuyendo las diferencias entre los resultados de interior y exterior.

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Evolución del mismo cogollo sativa a los 14, 21, 28, 35, 42 y 49 días de floración.

 

Para concluir, volver a insistir en la necesidad de extremar las medidas de seguridad cuando se trabaja con radiación ultravioleta con una longitud de onda corta como es el caso de los 285 nm. Igualmente, recordar que este tipo de radiación es un arma de doble filo, en este caso es siempre mejor quedarse corto que pasarse, las plantas necesitarán un periodo de adaptación y habrá que averiguar los niveles que se adecuen mejor a cada tipo de variedad. Los resultados presentados en este artículo han de servir como base para la utilización de LEDs UVB, no han de tomarse como datos absolutos.

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