CN108342329A - 玫烟色棒束孢if-1106菌株液体发酵优化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玫烟色棒束孢IF‑1106菌株液体发酵优化工艺,发酵步骤如下:步骤一、取出玫烟色棒束孢IF‑1106菌株活化,接种在PDA培养基上,在25℃的霉菌培养箱中培养;步骤二、每50ml液体培养基包含MgSO4·7H2O:0.5g、KCl:0.5g、KH2PO4:1.0g、FeSO4·7H2O:0.1g、蔗糖和蛋白胨,其中蔗糖浓度为4.3%,蛋白胨浓度为0.7%;步骤三、将菌株培养10d后,加入含0.1%的吐温80无菌水,制成孢子悬浮液,浓度调节为1×107孢子/ml;步骤四、在培养皿中加入液体培养基灭菌后,在无菌条件下按照15%体积比的接种量,接入孢子悬浮液,在温度为20~30℃、摇床转速为150r/min的全黑暗条件下发酵培养6~7d。本发明为玫烟色棒束孢IF‑1106菌株的大规模生产及产业化应用奠定基础,具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及微生物液体发酵工艺领域,具体的说是玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体发酵优化工艺。
背景技术
玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea),属于半知菌亚门(Deuteromycotian)、丝孢纲(Hyphomycetes)、丝孢目(Moniliales)、丛梗孢科(Moniliaceae)、棒束孢属(Isaria),是一种重要的昆虫病原真菌,地理分布广泛,对多种农林害虫具有侵染作用,能侵染烟粉虱(Bemisia tabaci)、温室白粉虱(Aleurodes vaporariorum)、小菜蛾(Plutellaxyllostella)、菜青虫(Pierisrapae linne)、柑橘木虱(Diaphorina dtri)等多种农林害虫。
山西农业大学在田间分离到了一株玫烟色棒束孢菌株,命名为IF-1106,保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏日期为2013年4月23日,保藏编号CGMCCNo.7514。通过初步实验证明该菌对烟粉虱等害虫有较高的致病力,因此希望用该菌来防治此类害虫。据白僵菌有关培养条件及其与毒力关系的研究(李农昌、樊美珍、李春如等.安徽农业大学学报,1996,23(3):254-259)报道,培养条件对菌株的产孢量及致病力均有较大影响,且产孢量是我们筛选优良菌株的重要指标。此外,不同菌株的生物学特性之间有所差异。因此,了解影响该玫烟色棒束孢菌株菌落生长及产孢的环境因子,是利用该菌防治害虫的基础。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足,提供一种产孢量大的玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体发酵优化工艺。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体发酵优化工艺,发酵步骤如下:
步骤一、取出玫烟色棒束孢IF-1106菌株活化,接种在PDA培养基上,在25℃的霉菌培养箱中恒温培养;
步骤二、制备液体培养基,每50ml液体培养基包含MgSO4·7H2O:0.5g、KCl:0.5g、KH2PO4:1.0g、FeSO4·7H2O:0.1g、蔗糖和蛋白胨,其中控制蔗糖浓度为4.3%,蛋白胨浓度为0.7%;
步骤三、将步骤一中玫烟色棒束孢IF-1106菌株培养10d后,加入含0.1%的吐温80无菌水,制成孢子悬浮液,浓度调节为1×107孢子/ml;
步骤四、在培养皿中加入步骤二中的液体培养基灭菌后,在无菌条件下按照15%体积比的接种量,接入步骤三中的玫烟色棒束孢IF-1106菌株的孢子悬浮液,在温度为20~30℃、摇床转速为150r/min的全黑暗条件下发酵培养6~7d。
优选地,所述步骤四中培养温度为25℃。
优选地,所述步骤四中发酵培养的时间为6.5d。
优选地,所述步骤四中液体培养基与培养皿的体积比为1:5。
本发明的有益效果是:本发明为玫烟色棒束孢IF-1106菌株的大量生产提供了一种最适其产孢的液体培养基配方、培养温度、光照条件、转速和接种量,为玫烟色棒束孢IF-1106菌株的大规模生产及产业化应用奠定基础,具有良好的应用前景。
附图说明
图1是不同碳源、氮源的液体培养基培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量。
图2是不同碳源、氮源的液体培养基培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株产孢量。
图3是不同碳源浓度的液体培养基培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量。
图4是不同碳源浓度的液体培养基培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株产孢量。
图5是不同氮源浓度的液体培养基培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量。
图6是不同氮源浓度的液体培养基培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株产孢量。
图7是不同温度培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量。
图8是不同温度培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株产孢量。
图9是不同光周期培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量。
图10是不同光周期培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株产孢量。
图11是不同转速和接种量培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量。
图12是不同转速和接种量培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株产孢量。
图13是不同培养时间培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量。
图14是不同培养时间培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株产孢量。
图15是蛋白胨和蔗糖的浓度对菌丝生物量的影响曲面图。
图16是蛋白胨浓度和培养时间对菌丝生物量的影响曲面图。
图17是蔗糖浓度和培养时间对菌丝生物量的影响曲面图。
图18是蛋白胨和蔗糖的浓度对产孢量的影响曲面图。
图19是蛋白胨浓度和培养时间对产孢量的影响曲面图。
图20是蔗糖浓度和培养时间对产孢量的影响曲面图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对对本发明做进一步说明,除非特别说明,本发明所采用的试剂、测量方法和设备均为本技术领域常规的试剂、方法和设备。
实施例1
玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体发酵最优工艺,发酵步骤如下:
步骤一、取出玫烟色棒束孢IF-1106菌株活化,接种在PDA培养基上,在25℃的霉菌培养箱中恒温培养;
步骤二、制备液体培养基,每50ml液体培养基包含MgSO4·7H2O:0.5g、KCl:0.5g、KH2PO4:1.0g、FeSO4·7H2O:0.1g、蔗糖2.15g和蛋白胨0.35g,使得蔗糖浓度为4.3%,蛋白胨浓度为0.7%;
步骤三、将步骤一中玫烟色棒束孢IF-1106菌株培养10d后,加入含0.1%体积比的吐温80无菌水,制成孢子悬浮液,浓度调节为1×107孢子/ml;
步骤四、在培养皿中加入步骤二中的液体培养基灭菌后,在无菌条件下按照15%体积比的接种量,接入步骤三中的玫烟色棒束孢IF-1106菌株的孢子悬浮液,在温度为25℃、摇床转速为150r/min的全黑暗条件下发酵培养6.5d,液体培养基与培养皿的体积比为1:5。
液体发酵培养是为了大量培养玫烟色棒束孢IF-1106菌株,方便用于生产。采用本发明实施例1的液体发酵工艺得到的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量和产孢量均较大,尤其是产孢量达到最大7.41×105孢子/ml。
实施例2
不同碳源、氮源对玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养菌丝生物量及产孢量的影响
2.1试验方法
将实施例1步骤二中的碳源蔗糖分别替换为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖,氮源分别替换为蛋白胨、硝酸钠,组合成6种液体培养基,其他条件接种量为10%、温度为25℃、摇床转速为120r/min的12L/12D的条件下发酵培养7d,液体培养基与培养皿的体积比为1:5。对6种液体培养基培养后的玫烟色棒束孢IF-1106菌株的菌丝生物量和产孢量分别进行统计。孢子数进行镜检,菌丝进行过滤,过滤时用的滤纸提前烘干至恒重,用蒸馏水洗涤,于60℃烘箱中烘干,电子天平称重。
2.2试验分析
玫烟色棒束孢IF-1106菌株在不同碳源、氮源液体培养基下培养的菌丝生物量和产孢量如图1和图2所示。在图1和图2中,培养基1为含葡萄糖和蛋白胨的液体培养基,2为含葡萄糖和硝酸钠的液体培养基,3为含蔗糖和蛋白胨的液体培养基,4为含蔗糖和硝酸钠的液体培养基,5为麦芽糖和蛋白胨的液体培养基,6为含麦芽糖和硝酸钠的液体培养基。液体培养条件下需要碳源、氮源为玫烟色棒束孢IF-1106菌株提供营养,从图1和图2中可看出包含不同碳源、氮源的液体培养基培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量和产孢量均不同,且差异显著,玫烟色棒束孢IF-1106菌株在包含蔗糖、蛋白胨的液体培养基上培养的菌丝生物量和产孢量均最大,分别为16.43mg/ml和6.50×105孢子/ml,并且含有蛋白胨的液体培养基1、3、5培养的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量和产孢量都较不含蛋白胨的液体培养基2、4、6培养的大。
实施例3
不同浓度的碳源、氮源对玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养菌丝生物量及产孢量的影响
3.1试验方法
将实施例1步骤二中的蔗糖浓度分别替换2%、3%、4%、5%,与浓度为1%的蛋白胨组合成4种液体培养基,其他条件接种量为10%、温度为25℃、摇床转速为120r/min的12L/12D的条件下发酵培养7d,液体培养基与培养皿的体积比为1:5。将实施例1步骤二中的蛋白胨浓度分别替换0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,组合成4种液体培养基,其他条件接种量为10%、温度为25℃、摇床转速为120r/min的12L/12D的条件下发酵培养7d,液体培养基与培养皿的体积比为1:5。
对上述8种液体培养基培养后的玫烟色棒束孢IF-1106菌株的菌丝生物量和产孢量分别进行统计。孢子数进行镜检,菌丝进行过滤,过滤时用的滤纸提前烘干至恒重,用蒸馏水洗涤,于60℃烘箱中烘干,电子天平称重。重复上述试验方法3次,检测结果取其平均数。
3.2试验分析
玫烟色棒束孢IF-1106菌株在不同碳源浓度液体培养基下培养的菌丝生物量和产孢量如图3和图4所示。碳源浓度不同,菌丝生物量和和产孢量均不同,且差异显著。玫烟色棒束孢IF-1106菌株在蔗糖浓度为5%的条件下菌丝生物量最大,为8.05mg/ml,在4%条件下产孢量最大,为7.04×105孢子/ml,随着蔗糖浓度的升高,产孢量降低,蔗糖浓度为4%时最适该菌孢子的产生。
玫烟色棒束孢IF-1106菌株在不同氮源浓度液体培养基下培养的菌丝生物量和产孢量如图5和图6所示。氮源浓度不同,玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量和和产孢量均不同,且差异显著。玫烟色棒束孢IF-1106菌株在氮源浓度0.5%时菌丝生物量和产孢量均最大,分别为12.09mg/ml和11.5×105孢子/ml,随着蛋白胨浓度的增加,菌丝生物量和产孢量菌均降低。
实施例4
不同培养温度对玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养菌丝生物量及产孢量的影响
4.1试验方法
将实施例1步骤四中的的培养温度分别替换为20℃、25℃、30℃,其他条件蔗糖浓度为4%、蛋白胨浓度为0.5%、接种量为10%、摇床转速为120r/min的12L/12D的条件下发酵培养7d,液体培养基与培养皿的体积比为1:5,形成3种玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养工艺。对上述3种液体培养工艺培养后的玫烟色棒束孢IF-1106菌株的菌丝生物量和产孢量分别进行统计。孢子数进行镜检,菌丝进行过滤,过滤时用的滤纸提前烘干至恒重,用蒸馏水洗涤,于60℃烘箱中烘干,电子天平称重。重复上述试验方法3次,检测结果取其平均数。
4.2试验分析
玫烟色棒束孢IF-1106菌株在不同培养温度条件下的菌丝生物量和产孢量如图7和图8所示。玫烟色棒束孢IF-1106菌株的菌丝生物量和产孢量受培养温度影响,不同培养温度条件下培养的菌丝生物量及产孢量差异不显著。玫烟色棒束孢IF-1106菌株在30℃时培养得到的菌丝生物量和产孢量均最大,分别为12.42mg/ml和3.33×105孢子/ml,三个不同培养温度条件下培养的菌丝生物量和产孢量差异不显著,30℃时产孢量最大,25℃产孢均匀,25℃为最适培养温度。
实施例5
不同培养光周期对玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养菌丝生物量及产孢量的影响
5.1试验方法
将实施例1步骤四中的全黑暗培养条件分别替换为每天光照0h、12h、24h,即全黑暗、半天光照半天黑暗、全天光照条件,其他条件蔗糖浓度为4%、蛋白胨浓度为0.5%、接种量为10%、温度为25℃、摇床转速为120r/min下发酵培养7d,液体培养基与培养皿的体积比为1:5,形成3种玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养工艺。对上述3种液体培养工艺培养后的玫烟色棒束孢IF-1106菌株的菌丝生物量和产孢量分别进行统计。孢子数进行镜检,菌丝进行过滤,过滤时用的滤纸提前烘干至恒重,用蒸馏水洗涤,于60℃烘箱中烘干,电子天平称重。
5.2试验分析
玫烟色棒束孢IF-1106菌株在不同光周期条件下培养得到的菌丝生物量和产孢量如图9和图10所示,在图9和图10中光周期24L表示全天光照,12L/12D表示半天光照半天黑暗,24D表示全天黑暗。玫烟色棒束孢IF-1106菌株的菌丝生物量和产孢量受光周期的影响,不同光周期培养得到的菌丝生物量及产孢量差异不显著。玫烟色棒束孢IF-1106菌株在全光照条件下培养菌丝生物量最大,为13.38mg/ml,该菌在全黑暗条件下产孢量最大,为3.17×105孢子/ml。随着光照时间的延长,菌丝生物量增加,产孢量有下降的趋势。在液体大量培养条件下可以选择全黑暗条件培养,促进孢子的产生。
实施例6
不同转速条件及不同接种量对玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养菌丝生物量及产孢量的影响
6.1试验方法
将实施例1步骤四中的接种量分别替换为1%、5%、10%、15%,摇床转速分别替换为120r/min、150r/min、180r/min,其他条件蔗糖浓度为4%、蛋白胨浓度为0.5%、温度为25℃的全黑暗的条件下发酵培养7d,液体培养基与培养皿的体积比为1:5,形成12种玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养工艺。对上述12种液体培养工艺培养后的玫烟色棒束孢IF-1106菌株的菌丝生物量和产孢量分别进行统计。孢子数进行镜检,菌丝进行过滤,过滤时用的滤纸提前烘干至恒重,用蒸馏水洗涤,于60℃烘箱中烘干,电子天平称重。
6.2试验分析
液体培养转速和接种量的不同,得到的玫烟色棒束孢IF-1106菌株菌丝生物量和产孢量不同,玫烟色棒束孢IF-1106菌株在不同转速和接种量培养条件下得到的菌丝生物量如图11所示,该菌在不同转速和接种量培养条件下得到的产孢量如图12所示。不同转速和接种量培养得到的菌丝生物量及产孢量差异显著。玫烟色棒束孢IF-1106菌株在转速为120r/min、接种量为15%时培养得到的菌丝生物量最大,为20.98mg/ml,该菌在150r/min、接种量为15%时培养得到的产孢量最大,为25.5×105孢子/ml。
实施例7
不同培养时间对玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养菌丝生物量及产孢量的影响
7.1试验方法
将实施例1步骤四中的的培养时间替换为10d,其他条件蔗糖浓度为4%、蛋白胨浓度为0.5%、接种量为15%、摇床转速为150r/min的全黑暗条件下发酵培养液体培养基与培养皿的体积比为1:5,每过24h取3个培养皿对其培养后的玫烟色棒束孢IF-1106菌株的菌丝生物量和产孢量分别进行统计。孢子数进行镜检,菌丝进行过滤,过滤时用的滤纸提前烘干至恒重,用蒸馏水洗涤,于60℃烘箱中烘干,电子天平称重,检测结果取其平均数。
7.2试验分析
玫烟色棒束孢IF-1106菌株在不同培养时间下得到的的菌丝生物量和产孢量如图13和图14所示,不同培养时间下培养得到的菌丝生物量及产孢量差异显著。从接种开始,随着培养时间的延长,菌丝生物量及产孢量均成明显增长的趋势,到第6d时菌丝生物量达到最大值,为21.13mg/ml,此后随着培养时间的延长,菌丝生物量开始下降;到第7d时产孢量达最大值,为8.00×105孢子/ml。此后随着培养时间的延长,产孢量开始下降。综合分析菌丝生物量和产孢量可知,玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体培养的最佳时间为6-7d为宜。
实施例8
8.1试验方法
在上述单因素试验的基础上,选取对发酵影响较大的3个因素即蔗糖浓度、蛋白胨浓度、培养时间,根据Box-Behnken试验设计原理,以蔗糖浓度(A)、蛋白胨浓度(B)、培养时间(C)3个因素为自变量,以发酵所得的菌丝生物量(Y1)和产孢量(Y2)为响应值,利用Design-Expert 10.0软件进行三因素三水平的响应面试验设计,得到玫烟色棒束孢液体发酵的适宜工艺参数。
表1响应面分析因素与水平
8.2试验分析
利用Design-Expert 10.0软件的Box-Behnken试验设计,以蔗糖浓度、蛋白胨浓度、培养时间3个因素为自变量,以发酵所得的菌丝生物量(Y1)和产孢量(Y2)为响应值,进行响应面试验,结果如表2所示,对表2数据进行多元二次回归拟合,建立发酵工艺参数回归模型。回归方程分别为:
菌丝生物量
Y1=18.29-1.36A+0.42B+0.36C-2.05AB+0.82AC-0.72BC+1.34A2-2.36B2-0.90C2
产孢量
Y2=7.35-0.05A+0.39B+0.086C-0.13AB+0.045AC-0.067BC+0.13A2-0.73B2-0.16C2
表2响应面优化试验设计与结果
表3回归方程分析(菌丝生物量)
注:*P<0.05,差异显著;**P<0.01,差异极显著。
由表3可知,菌丝生物量的二次回归模型的F值为133.63,P<0.001,表明该模型达到了极显著水平;失拟项是模型中数据的变异,失拟项P=0.0592>0.05,说明失拟项差异不显著,试验无失拟因素存在,能反应实际情况,回归模型是适合的;试验模型的决定系数R2=0.9868,说明菌丝生物量的实验结果与模型预测结果有着良好的一致性,试验模型的校正系数R2 Adj=0.9228,试验结果有92.28%受试验因素的影响。因此,结果可靠,此模型可以对菌丝生物量结果进行分析和预测。回归方程各项方差分析中F检验可以判断自变量对因变量的影响,由此得到各因素对菌丝生物量影响的主次顺序为A>B>C,即蛋白胨浓度对菌丝生物量影响最大,其次是蔗糖浓度,最后是培养时间。由回归方程和方差分析还可知,模型中一次项A、B、C、交互项AB、AC、BC及二次项A2、B2、C2对菌丝生物量的影响达到极显著水平(P<0.01)。
表4回归方程分析(产孢量)
由表4可知,产孢量的二次回归模型的F值为17.08,P<0.001,表明该模型达到了极显著水平;失拟项是模型中数据的变异,失拟项P=0.5328>0.05,说明失拟项差异不显著,试验无失拟因素存在,能反应实际情况,回归模型是适合的;试验模型的决定系数R2=0.9005,说明菌丝生物量的实验结果与模型预测结果有着良好的一致性,试验模型的校正系数R2 Adj=0.8938,试验结果有89.38%受试验因素的影响。因此,结果可靠,此模型可以对产孢量结果进行分析和预测。回归方程各项方差分析中F检验可以判断自变量对因变量的影响,由此得到各因素对菌丝生物量影响的主次顺序为A>C>B,即蛋白胨浓度对菌丝生物量影响最大,其次是培养时间,最后是蔗糖浓度。由回归方程和方差分析还可知,模型中一次项B和二次项B2对产孢量的影响达到极显著水平(P<0.01)。
通过Box-Behnken试验得到的多元二次回归模型所作的响应面图,响应面图形是响应值对各试验因素A、B、C所构成的三维空间的曲面图。在其他试验因素固定不变的情况下,考察交互项对菌丝生物量和产孢量的影响,响应面分析图可用于评价试验因素对菌丝生物量和产孢量影响的两两交互作用。各因素交互作用对响应值的影响如图15-20所示。响应面坡度越陡峭,表明响应值对于操作条件的改变越敏感,该因素对菌丝生物量和产孢量的影响越大;反之则表明因素对菌丝生物量和产孢量的影响越小。在交互项对菌丝生物量的影响中,三个因素两两之间的交互作用明显,而在交互项对产孢量的影响中,三个因素两两之间的交互作用不明显,这与方差分析的结果一致。
利用Design-Expert 10.0软件进行工艺参数的优化组合,得到预测的菌丝生物量最大的发酵条件为蛋白胨浓度0.85%、蔗糖浓度4.34%,培养时间6.21d,菌丝生物量为21.09mg/ml;产孢量最大的发酵条件为蛋白胨浓度0.62%、蔗糖浓度4.23%,培养时间6.54d,产孢量为8.04×105孢子/ml,综合考虑菌丝生物量和产孢量,设置蛋白胨浓度为0.7%,蔗糖浓度为4.3%,培养时间为6.5d,得到的菌丝生物量为19.62mg/ml,产孢量为7.41×105孢子/ml。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改修改调整,这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体发酵优化工艺,其特征在于:发酵步骤如下:
步骤一、取出玫烟色棒束孢IF-1106菌株活化,接种在PDA培养基上,在25℃的霉菌培养箱中恒温培养;
步骤二、制备液体培养基,每50ml液体培养基包含MgSO4·7H2O:0.5g、KCl:0.5g、KH2PO4:1.0g、FeSO4·7H2O:0.1g、蔗糖和蛋白胨,其中控制蔗糖浓度为4.3%,蛋白胨浓度为0.7%;
步骤三、将步骤一中玫烟色棒束孢IF-1106菌株培养10d后,加入含0.1%体积比的吐温80无菌水,制成孢子悬浮液,浓度调节为1×107孢子/ml;
步骤四、在培养皿中加入步骤二中的液体培养基灭菌后,在无菌条件下按照15%体积比的接种量,接入步骤三中的玫烟色棒束孢IF-1106菌株的孢子悬浮液,在温度为20~30℃、摇床转速为150r/min的全黑暗条件下发酵培养6~7d。
2.如权利要求1所述的玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体发酵优化工艺,其特征在于:所述步骤四中培养温度为25℃。
3.如权利要求1所述的玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体发酵优化工艺,其特征在于:所述步骤四中发酵培养的时间为6.5d。
4.如权利要求1所述的玫烟色棒束孢IF-1106菌株液体发酵优化工艺,其特征在于:所述步骤四中液体培养基与培养皿的体积比为1:5。
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