DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 胶原蛋白属于细胞外基质的结构蛋白质，是细胞外基质的主要成分，相对分子质量约为300 kDa，含有一个或几个由α链组成的三螺旋结构的区域，是哺乳动物体内含量最多(约占总蛋白的25%~30%)，分布最广的功能性蛋白。胶原作为一种纤维状蛋白，可作为组织工程支架的优良生物材料 [ 1 ] [ 2 ] 。胶原作为生物医学材料，具有免疫原性低、生物相容性好、可生物降解、可止血等特点 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ，此外，胶原的三螺旋结构及自身的交联结构使其具有较高的强度，可满足机体对机械强度的要求，已成为组织工程中重要的角色。 脱细胞猪小肠粘膜下层基质是以猪小肠粘膜下层(SIS)为原料，通过脱细胞、成型和灭菌等工艺制备而成的膜状生物材料，其主要成分为胶原蛋白，还包含纤维连接蛋白、层粘连蛋白、生长因子等生物活性功能分子。现已广泛应用于肌腱、硬脑膜、腹壁等组织的修复以及重建。此外，也有报道将牛真皮、牛跟腱、猪皮等制备的胶原蛋白产品应用于临床治疗，具有良好的治疗效果 [ 8 ] - [ 13 ] 。 本文对比考察了猪小肠粘膜下层基质材料(VIDASIS)、进口猪小肠粘膜下层基质材料(BIODESIGN)以及市售脱细胞牛真皮基质(ADM)和胶原海绵(CS)四种胶原蛋白生物材料的物理性能，包括形貌、粗糙度、孔隙率、亲水性、力学强度以及变性温度，从而更加全面地掌握不同组织来源胶原蛋白生物材料的力学特性和物理性能，为产品不断提升品质提供参考价值。
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user: 2. 实验部分 2.1. 主要原料 脱细胞猪小肠粘膜下层基质材料(VIDASIS)，北京博辉瑞进生物科技有限公司产品；脱细胞猪小肠粘膜下层基质材料(BIODESIGN)，美国COOK生物公司产品；脱细胞真皮基质为采用牛真皮组织经脱细胞工艺处理后制备样品(AMD)，烟台正海生物科技股份有限公司产品；胶原蛋白海绵为牛跟踺提取胶原蛋白经冷冻干燥制备样品(CS)，天新福(北京)医疗器材股份有限公司产品。 2.2. 主要仪器 本研究所采用的主要仪器见表1。 Table 1 Mainly used instruments in this stud 仪器 型号 生产厂家 扫描电子显微镜 S4800 日本日立Hitachi公司 原子力显微镜 FastScan Bio 德国布鲁克分析仪器公司 真密度仪 JW-M100A 北京精微高博科学技术有限公司 视频光学接触角测量仪 DSA100 德国克吕士公司 医药包装性能测试仪 MED-1 济南兰光机电技术有限公司 差热热重同步分析仪 STA449C 德国耐驰仪器制造有限公司 表1. 本研究所使用的主要仪器 2.3. 形貌分析 通过扫描电镜观察四种样品的孔径和纤维结构。样品40℃条件下干燥24 h，离子溅射仪喷金，扫描电镜观察。 2.4. 表面粗糙度分析 利用德国布鲁克分析仪器公司的FastScan Bio原子力显微镜检测四组材料的粗糙度。扫描针尖采用Ф0.5 mm的高纯度钨，针尖与样品间的偏压为80 mV，扫描范围为1750 nm × 1750 nm，图像由Nano-Scope Analysis软件处理。 2.5. 孔隙率测定 用万分之一天平称量样品质量M，再用游标卡尺测量样品的尺寸并计算其视体积V，然后将样品放入样品杯中，利用真密度仪测量样品的真密度ρ 真 与样品的真实体积V 真 ，再利用如下公式计算样品的孔隙率ε。 其中，ρ 视 为视密度，ρ 视 = M/V； ρ 真 为真密度，即仪器的测量值。 2.6. 亲水性分析 将烘干的四种样品置于盖玻片上，将一滴水(约2 μL)滴在材料表面，用视频光学接触角测量仪测量水滴与材料的接触角，衡量材料的表面能。 2.7. 力学性能检测 将四种材料裁剪成宽度20 mm，长度30 mm的样品，夹具间的距离为15 mm，再将样品夹到夹具上，利用医药包装性能测试仪测量样品的力值、应力、应变及弹性模量。 2.8. 差热分析 将四种样品破碎成粉末，使用差热热重同步分析仪对样品进行差热和热重分析。最高温度600℃，升温速率10℃/min，气氛为空气。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 形貌分析 四种材料的表面及横截面形貌如图1所示，从图中可以看出两种SIS材料表面均可以看到胶原纤维 图1. 四种生物材料样品的扫描电镜图(a：VIDASIS表面；b：BIODESIGN表面；c：ADM表面；d：CS表面；e：VIDASIS侧面；f：BIODESIGN侧面；g：ADM侧面；h：CS侧面) 纵横交错排列，材料表面纤维明显，纤维直径约为1 μm，胶原纤维保留完好，长度在50 μm以上，未发现明显断裂纤维，都有连通孔通入材料内部。SIS纤维直径在从横截面形貌图可以看出两种SIS材料均为层状结构，分布均匀，但VIDASIS层间隙更大，更有利于新生细胞的进入生长。ADM表面较为平整，且致密，表面极少见连通孔，横截面存在许多孤立的块状物，为细胞外基质纤维的横切面，内部连通孔较多，此材料应为不同向的纤维堆叠而成。CS表面呈纤维细丝网状结构，从横截面形貌图可以看出材料孔径大小不一，孔连通性较好。总体而言，四种材料都有连通孔，但ADM表面致密平整，为微米级片状结构(长度在100 μm以上)，限制了细胞的长入，BIODESIGN样品内部连通孔相对其他样品较差，VIDASIS和CS样品连通效果最好。而CS由于采用胶原蛋白溶液冷冻干燥工艺制备，因此孔隙连通结构最好，孔径范围50~200 μm。 3.2. 粗糙度分析 原子力显微镜分析样品的粗糙度，结果如表2所示。VIDASIS和BIODESIGN的粗糙度较小，ADM的粗糙度明显大于SIS材料的，Rq、Ra值分别为224 nm、185 nm，而SIS材料粗糙度在100 nm以下。SIS表面相对平整，更易于细胞迁移修复，从而减少粘连发生的风险。CS由于粗糙度太大，超出了原子力探针的测试范围，无法测出其粗糙度。 3.3. 孔隙率测定 孔隙率是表征组织工程支架材料的标准之一。一方面，支架的孔隙是细胞进入支架内部的通道；另一方面，支架的孔隙也是营养物质、气体以及植入细胞的代谢产物进出支架内部的重要通道。两种SIS材料都具有一定的孔隙率，有利于细胞和血管的长入，有利于组织的修复，减少修复材料在体内的降解时间，加快组织的修复和伤口的愈合，满足组织工程支架材料的基本要求。 如表3所示，VIDASIS、BIODESIGN、ADM和CS的孔隙率分别为45.82%、44.07%、74.99%和98.84%，两种SIS材料孔隙率相近，都为45%左右。CS孔隙率最高，由于生产工艺等原因，其产品为多孔海绵状三维结构。ADM的孔隙率介于SIS材料和CS材料之间。 3.4. 亲水性测试 如图2所示，VIDASIS材料的水接触角为45˚ ± 1.7˚，BIODESIGN材料为46˚ ± 2.1˚，ADM材料为 Table 2 Results of roughness analysis by atomic force microscop 样品 原子力显微镜图像 粗糙度 Rq Ra VIDASIS 14.3 11.0 COOK 5.72 4.63 ADM 224 185 CS 海绵粗糙度太大，超出了AFM的测试范围 - - 表2. 原子力显微镜分析样品粗糙度的结果 Table 3 Results of porosity test of four biomaterial sample 样品 V/cm 3 ρ 视 /g∙cm −3 V 真 /cm 3 ρ 真 /g∙cm −3 ε/% VIDASIS 1.2133 0.6110 0.6556 1.1304 45.82 BIODESIGN 1.5068 0.6404 0.8446 1.1426 44.07 ADM 0.3377 0.2810 0.0845 1.1292 74.99 CS 11.0864 0.0101 0.1281 0.8793 98.84 表3. 四种生物材料样品的孔隙率测定结果 102˚ ± 0˚，CS为96.5˚ ± 4.95˚。水接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，水接触角越小表明材料亲水性越好。两种SIS产品的水接触角没有明显差异且均小于90˚，说明两个公司生产的SIS材料都具有很好的亲水性。ADM和CS的水接触角均大于90˚，材料呈疏水性。亲水效果好，利于体液浸润材料及血管化，有利于将细胞长入材料内部，并逐步在材料内部填满新生细胞，促进组织修复过程，加快病患处的修复和愈合。 图2. 四种生物材料样品的亲水性测试图 图3. 四种生物材料样品的力学性能测试结果 图4. 四种生物材料样品的差热分析结果(a: VIDASIS; b: BIODESIGN; c: ADM; d: CS) 3.5. 力学性能测试 力学性能测试结果如图3所示。VIDASIS最大力值为160.5 N，最大应力为40.1 MPa，最大应变为10%，弹性模量为124.43 MPa；BIODESIGN最大力值为157.5 N，最大应力为39.4 MPa，最大应变为12%，弹性模量为118.69 MPa；ADM的最大力值为184 N，最大应力为23.0 MPa，最大应变为31.3%，弹性模量为23.74 MPa；CS的最大力值为8.2 N，最大应力为0.072 MPa，最大应变为16.3%，弹性模量为4.78 MPa。综合比较，两种SIS材料的力学性能基本一致，且弹性模量明显优于其它两种材料，CS的力学性能较差。文献报道腹壁组织水平力学强度为10 ± 3.4 MPa，垂直力学强度为4.5 ± 2.0 MPa [ 14 ] ，因此两种SIS材料的力学强度可以满足腹壁修复要求，而CS材料由于力学性能较差，基本不可能用于腹壁缺损的修复。另外从材料极限伸长率进行对比，ADM材料弹性较大，其应变量为SIS材料的三倍以上，植入体内后随着胶原蛋白的降解与重塑，易发生收缩变形。 3.6. 差热分析 差热曲线可以反应材料物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应，因此可用于分析胶原蛋白的变性温度。如图4所示，四种材料的差热曲线表明在60℃~100℃附近存在一个热吸收峰，该峰为材料的变性温度，即胶原蛋白的三螺旋结构发生破坏的温度，VIDASIS、BIODESIGN、ADM和CS四种材料的变性温度分别为75.2℃、67.8℃、99.3℃和83.5℃，ADM、CS两种材料的变性温度明显高于SIS材料，ADM可能与含有弹性蛋白的约束有关，而CS材料的真空脱水工艺提高了胶原分子的变性温度。第二个吸热峰在220℃左右，四种材料差异不同，代表着胶原蛋白结构完全破坏。 四种材料的热重曲线均呈现出两个失重过程。第一阶段为室温至200℃，VIDASIS和BIODESIGN失重率皆约为10%左右，ADM和CS的失重率偏高些，约为15%，此过程是胶原样品中物理吸附水的解吸附过程；第二阶段为200℃至400℃，此过程是以胶原的热降解过程为主，也伴随着其它失重过程，如碳化和干馏等；而450℃以后的失重则更为复杂，主要是其热解产物发生碳化所引起的 [ 15 ] 。
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user: 4. 结论 本文考察了VIDASIS、BIODESIGN、ADM和CS四种胶原蛋白生物材料的物理性能。通过对比分析，不同组织来源与形式的胶原蛋白生物材料在特定的物理性能方面表现出差异性。 VIDASIS比BIODESIGN表面粗糙，前者孔隙率大于后者，CS的粗糙度和孔隙率比其他三者高，ADM介于三者之间。VIDASIS和BIODESIGN的亲水角比ADM和CS小，亲水性更好，更容易被体液润湿，可以与被修复组织更好地接触。VIDASIS和BIODESIGN力学强度最高，应变量小于ADM，CS的力学性能。正常情况下，人体胸部腹部肌肉收缩时胸压和腹压会升高，尤其是在咳嗽、排便以及重体力劳作时，压力上升尤为明显，修复受损的腹壁材料需要有一定的力学强度， CS的抗拉强度较低，无法满足使用要求，而SIS材料和ADM材料的抗拉强度远远超出腹壁的极限抗拉强度，满足腹壁损伤修复的使用要求。
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user: 摘 要 权利滥用是任何一个时期都会出现的问题，技术标准化下的技术锁定容易进一步加剧了知识产权的滥用。普通技术专利在经过多种博弈后进入标准并成为标准必要专利，专利技术的垄断性与标准的普适性相结合，在激烈的市场竞争下经济人会自觉或不自觉地排除或限制竞争以实现自身利益的最大化，垄断行为因此产生。在现有民法、知识产权法以及标准化组织对该类垄断行为规制存在明显缺陷时，反垄断以其自身优势具有介入的合理性与必要性。 关键词 :标准必要专利权滥用，垄断成因，反垄断规制必要性 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 标准必要专利首先属于专利，当然落入知识产权的保护范围。普通技术专利在经过多种博弈后进入标准并成为标准必要专利，在这种情况下，一般专利权人即成为标准必要专利权人，标准必要专利权人兼具一般专利人的权利义务与纳入标准后所特有的权利义务。通常情况下，专利标准化造成垄断的方式主要包括两种，一种是标准化前相关利益人的合谋协议垄断行为，另一种则是标准化后权利人的滥用行为。标准化前的垄断涉及到国家政策、行政力量以及市场等诸多因素的存在，而标准化后的垄断更多是在知识产权制度与反垄断框架下问题，也就是说，成为标准必要专利权利人的时间点前提是技术已经实现标准化，而这种专利标准化后的滥用问题正是本文所关注的重点。 文章首先从知识产权本身的属性出发，分析知识产权制度保护私权与保留公共利益之间的关系与矛盾；其次，需要对专利标准化所带来的垄断可能性进行分析；最后回归到现有知识产权体系或民法体系对专利标准化下标垄断行为的规制缺陷并强调反垄断规制介入的必要性。
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user: 2. 知识产权的“公地悲剧”与“反公地悲剧” 加勒特 哈丁(Garrett Hardin) 1968年在《科学》上发表《公地悲剧》 [ 1 ] ，通过开放牧场说明人口过度膨胀的问题。假设一个对所有人开放的牧场，每个放牧人都想从牧场中得到最大的经济效益，尽可能地多饲养羊只，过度放牧却导致收益减少；这种收益的减少导致牧羊人增加羊只以求获得更多收益，而其承担的不过是由于集团过度放牧所造成的损失的其中一份。因此，哈丁称之为一个“悲剧”。在这个公地自由使用的社会，每个人都是其中的一个牧羊人，极力的追求个人利益的最大化，所导致的只是不断的恶性循环并逐渐走向毁灭。 公地悲剧(The Tragedy of the Commons)理论揭露了公有产权的缺陷性并随后被运用于酸雨、饥荒、犯罪等社会上的各种问题上。属于所有人的财产就是不属于任何人的财产，所有人都可以得到的财富将得不到任何人的珍惜 [ 2 ] 。公地悲剧揭示了构建私有财产的必要性与必然性。知识产权作为私权得以保护，通过固定的产权制度避免创新成果被公地化。知识成果的产权制度排除了他人使用的权利，权利人能够从其他使用者身上收取一定的价格，这种排除与回报，刺激及增加后续的创新与社会福祉。 与公地悲剧理论相对应的是反公地悲剧(The Tragedy of the Anticommons)。反公地悲剧是指每个人都永远拥有使用资产的权利，但若未获得其他人的特别授权，任何人都无权使用资产的一种情况 [ 3 ] 。莫斯科商店问题的实例充分展示了过度细化与私有化的财产权所导致的资源无法有效利用的反公地悲剧。当过多的权利人被赋予排除他人使用一种稀缺资源的权利，并且没有人拥有使用这种资源的特权时，不同的所有者为了达成某种目的，相互设置障碍或限制对方权利的使用，最后的结果就是资源的浪费，这就是所谓的反公地悲剧。 公地悲剧与反公地悲剧揭示了财产化不足与过度财产化的对称性问题，延伸到知识产权领域，知识产权化进程的日益深入，知识产权给予知识成果以财产权的保护，但在今天互联互通、合作共赢社会，一件作品很有可能是在他权基础上创作而成的，而在专利领域，这种现象尤为明显。一件产品往往包含着数以百计、千计乃至上万项由他人拥有专利权的技术，在今天的通讯行业，这种彼此之间的技术依赖性更为突出。法律赋予知识产权(或专利)财产权的保护，其垄断性给予权利人禁止他人使用的排他权。这种在一个产品上存在多个财产权的不确定性，不可避免导致相互之间的排他与竞争，一方如果无法获得基础或必要专利权利人的许可，将会导致后续的创新与生产受到极大的影响，这种情况下，社会已有资源就得不到有效的充分利用，引发反公地悲剧在知识产权领域的蔓延。 知识产权领域的公地悲剧或是反公地悲剧在本质上都是知识产权不当使用的结果。知识产品的绝对共享将无法激励创新，而知识产权制度的建立赋予知识产权的垄断性权利，将增加交易成本，无法实现资源的最大化利用。从知识产权制度本身的目的出发，可以总结为激励创新与保留公共利益之间的关系与矛盾。因此，知识产权制度的实质是一种隐含了某种公权价值取向的私权现象罢了 [ 4 ] 。
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user: 3. 专利标准化垄断产生的原因 标准具有开放性，专利标准化解决了兼容性，能有效促进产品的流通性以及减少技术研发所导致的资源浪费；但另一方面，法律所赋予知识产权的垄断性，即独占性和排他性，在专利被纳入标准成为标准必要专利后却被技术标准以其网络效应和技术锁定效应进一步强化排他性。标准化过程本质上是一个技术筛选优化机制，天然具有反竞争的效果 [ 5 ] 。也就是说，这种强化很有可能使标准成为标准必要权利人实行垄断的工具，达到排除、限制竞争的目的。 与普通产品、技术竞争对比，技术标准往往具有较强的网络效应。当一种产品对另一名用户的价值取决于该产品别的用户的数量时，经济学家说这种产品显示出网络外部性，或网络效应 [ 6 ] 。尽管技术标准以自然性为主，但一项技术标准获得国家或社会的认可或推广，往往会导致该技术标准下产品生产者以及使用该技术标准的消费者数量的增加，这种增加自然会延伸标准的覆盖网络。当技术标准下的使用者数量超出临界容量 [ 7 ] ，就会产生自我增强的正反馈机制；也就是说，使用和遵循标准的人越多，在同一领域下所分到的蛋糕就越多，技术标准的价值就会随之上升，就越能吸引更多的使用者。这种自我增强的正反馈机制在网络效应行业，诸如信息行业、通讯领域等，表现更加深刻。比如当前的4G通讯标准，用户群为了追求更高效的即时通讯体验，纷纷加入到该技术标准下，随着4G通讯网络规模的扩大，更多的手机设备上选择4G网络，标准的稳定化同时又催生了与4G网络相补充的产品。这种双效果的网络效应促使技术标准的市场越发稳固，激励专利权人将其技术专利纳入到标准中。 这种网路效应与正反馈机制很容易把用户锁定在对该技术标准的路径依赖中。技术锁定是指标准使用者只能使用技术标准所涵盖的相关专利技术而不能选择其他可替代技术。标准化中出现技术锁定有两种情形：第一，标准所采纳的专利技术本身没有可替代技术，因而标准的制定者与使用者都别无他选；第二，已经制定和实施的标准采纳了某专利技术，虽然客观上存在该专利技术的可替代技术，但因为修改标准或使用其他标准的成本过高而导致标准使用者只能选择继续使用该专利技术 [ 8 ] 。这种锁定意味着对用户当前的技术有较强的依赖性且将来的选择将会受到当前选择下的成本、经验、习惯性等影响；对生产者而言更换新的技术标准意味着在研发投入、互补产品、新旧衔接上的各种成本的损耗与风险等等市场进入壁垒。这种高成本与高风险的转移无形中为新技术标准或专利标准的进入设置了重重障碍。 专利标准所带来的锁定效应与专利本身的法定垄断属性相结合，越发加强了标准必要专利权人在的优势地位，这种优势地位的增强为专利权人在专利标准化后对市场支配地位的滥用提供了温床。
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user: 5. 小结 文章主要从三大方面对反垄断法规制标准必要专利权人滥用市场支配地位的行为进行原因分析，包括知识产权的“公地悲剧”与“反公地悲剧”所体现的激励创新与保留公共利益之间的关系与矛盾，技术标准化所带来的技术锁定和网络效应与专利本身的垄断性相结合更容易引发权利人的垄断行为，以及通过对专利法、合同法与标准化组织在规制上的缺陷性进行分析，突出反垄断法规制的可行性与合理性，最后总结出反垄断法在规制该种垄断行为天然的优势。 知识产权在激励创新与保护社会公共利益之间的矛盾需要找到一个牢固的平衡点，否则，任何一方的过度倾斜都会因为天平的倒塌而造成知识产权的滥用。专利标准化后所造成的网络效应以及技术锁定无形中增加了市场参与者的转换成本且为竞争者进入市场设置了技术壁垒等，结合专利权的本身的垄断属性，标准必要专利权人更容易滥用市场支配地位做出垄断行为。当前知识产权制度与民法制度在解决标准必要专利权人滥用市场支配地位的垄断行为存在缺陷的情况下，反垄断法以其在规制专利标准化下的诸多优势当然具有介入的必要性。
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user: 摘 要 本论文采用剪切滞后模型，建立了碳纳米管复合材料的代表性体元模型，并且将碳纳米管看做一个有效纤维，模拟分析碳纳米管复合材料的主要形态特性。研究重点主要集中在碳纳米管与基体接触面的剪切应力，假设有效纤维与碳纳米管具有相同的直径和长度，运用应力连续条件和位移连续条件以及相关平衡方程等，推导得出计算所需要的复合材料界面处的切应力表达式，本论文推论得到的结果可以校核碳纳米管复合材料因滑动位移而产生的破坏。 关键词 :碳纳米管，界面切应力，轴向应力，剪切滞后模型，弹性理论 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 碳纳米管(CNTs)具有较高的强度和刚度，许多科学家已经将碳纳米管看作是最终增强材料，并且认为其具有很好的发展方向 [ 1 ] 。一些研究表明，只要有1%(按重量)的碳纳米管添加在基体材料中，会使复合材料的刚度增加36%至42% [ 2 ] 。碳纳米管的承载能力在复合材料中也得到证实 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。Ang和Ahmed [ 6 ] 及Li等 [ 7 ] 在Gao和Li [ 8 ] 的模型基础上建立了一种改进的剪切滞后模型，并且考虑了热残余应力和泊松收缩的影响。Wang等 [ 9 ] 研究了桥接法在碳纳米管增强复合材料拉出纤维接枝碳纳米管韧性分析中的应用，使用桥接法计算碳纳米管增强纳米复合材料的断裂韧性和预测碳纳米管接枝的常规短纤维的拉拔力位移响应。在考察了界面载荷传递对碳纳米管/聚合物复合材料应力分布以及弹性模量的影响方面，多尺度模型被广泛应用 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 。Banerjee等 [ 13 ] 及Lu和Hu [ 14 ] 采用有限元(FE)方法研究了纯碳纳米管和界面对玻璃状聚合物/单壁碳纳米管复合材料力学性能的影响。Chen等 [ 15 ] 在三级失效分析模型的基础上，研究了增强纤维在复合材料中的增韧效果。结果发现，较薄的增强纤维不一定赋予复合材料更好的断裂韧性。 近年来，剪切滞后模型和内聚力模型在碳纳米管增强复合材料界面特性进行研究中发挥了重要作用 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 。自从1991年发现以来 [ 20 ] ，碳纳米管得到广泛的应用。尽管碳纳米管复合材料的研究取得了一些突破性进展，但是其实际应用仍然面临诸多困难和挑战。例如，碳纳米管复合材料的力学性能不稳定，并且在大多数情况下对基体性能的提高水平有限，远低于预测值，与传统的纤维增强复合材料的性能很难相比。因此，基于碳纳米管的应用研究需要探索新的发展途径。此外，基于碳纳米管的新型复合材料的制备仍然是一个困难和昂贵的过程。 本文研究对象采用单壁碳纳米管复合材料，研究单壁碳纳米管复合材料接触面的切应力和基体与纤维的轴向应力，来初步探讨在界面处不存在化学键的碳纳米管复合材料的破坏情况。本文进行理论上的推导，运用细观力学中的剪切滞后方法，建立研究对象模型。因为碳纳米管复合材料的代表性体元的应变相同，而两部分杨氏模量不同，因而产生不同的应力。据此来研究其接触面的切应力。本文的特色在于：运用剪切滞后模型，采用应力连续和位移连续双重条件来进行推导，进而简化了推导过程及表达式，以及进行了量化便于计算。
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user: 2. 碳纳米管复合材料应力分析 本文采用剪切滞后模型研究碳纳米管复合材料，研究重点集中在碳纳米管与基体的接触面的剪切应力。由于碳纳米管复合材料的两部分具有相同的应变，而拥有不同的杨氏模量，假设两部分均为线弹性，因此产生不同的正应力。在接触面上同时属于不同部分，故会产生应力差。有平衡方程知，剪应力为两应力差的一半。本文采用Gao和Li [ 8 ] 的模型，但从应力连续和位移连续两个方向出发，来探讨碳纳米管复合材料界面的切应力，如图1所示。 2.1. 理论推导 图1所示为Gao和Li [ 8 ] 中的剪切滞后模型代表性体元示意图，他们借助此模型进行了弹性理论分析，并得出了界面剪切应力和纤维轴向应力的封闭解，本文将延伸扩展此模型的分析计算。 本文只研究碳纳米管复合材料的加强区(即包含碳纳米管部分)的应力，如图2所示。 2.2. 加强区界面间的应力 代表体单元在不考虑体力，在极坐标下的位移平衡方程： (1a) (1b) 其中 ， ， 和 是应力变量。对平衡方程(1b)，0到 对 积分得： (3) 有效纤维平均应力定义为： (4) 运用方程(4)，方程(3)变为 图1. 剪切滞后模型代表性体元示意图 图2. 所研究模型的截取部分 (5) 其中 (6) 因为在模型的边缘假设不存在任何应力，即其应力大小为0。故其边界条件为： (7a) (7b) 在碳纳米管复合材料中，界面处的正应力和切应力是连续的。因此边界连续条件为： (8a) (8b) 对平衡方程(1b)从a到R对r积分，并引入(6)，(7 b)，(8 b)得到以下表达式： (9) 其中 (10) 2.3. 计算界面的切应力 由于径向和环向应力与轴向应力相比是微不足道的，为了获得 和 ，首先假设 (11) 故有如下所示关系： (12) (13) 其中， 和 分别为碳纳米管和基体的轴向位移变量。由以上计算可以得出，如图3所示。 (14) (15) 应用位移应变关系，故有如下方程： (16) (17) 图3. 应力的平衡模型示意图 本构方程： (18) (19) 和 分别为纤维和基体的应变变量。如图3所示，为不使复合材料产生破坏，应力在模型的变化过程中不会产生突变，因为两部分有着不同的杨氏模量，相同的位移产生了不同的应力。而在模型中其应力连续。故应该由切应力来平衡两部分应力的差值。因此得到 (20) 由方程(5) (9) (22)得 (21) (22) 整理得 (23) (24) (25) 由公式(14)~(19)可以得出： (26) (27) 其中， ， 分别为碳纳米管和基体的体积分数。 由公式(26)和(27)可以得出 (28) 其中， ，因此，求解上面的二阶微分方程可以推导出界面剪切应力的表达式为 (29) 因此由公式(14)和(15)可以求得 (30) (31) 在碳纳米管与基体接触的界面处，当 时，界面剪切应力为0，即 (32) 由公式(29)可知， 。另外，由考虑在z方向上复合材料的力平衡可知： (33) 将公式(30)和(31)代入公式(33)中可以得出 (34) 如果施加在纤维端部的边界条件为 ，并且由公式(20)和(34)以及 可以求得 (35a) (35b) (35c) 因此界面剪切应力以及施加在纤维和基体上的轴向应力为 (36) (37) (38) 其中： (39)
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user: 3. 讨论 为了说明在前面的部分中开发的剪切滞后模型，进行碳纳米管增强聚合物复合材料参数研究，使用新推导的公式，样本数值结果如下。为了便于比较，相关的材料参数取为 ， ， ， 。图4和图5分别显示了复合材料纤维部分轴向应力和界面剪切应力分布情况。 图4. 纤维轴向应力分布曲线(AR = 12.8) 图5. 界面剪切应力分布曲线(AR = 12.8) 本文新推导的公式的结果与Cox [ 21 ] 和高庆和康国政 [ 22 ] 的研究结果进行比较，由于在参数上略有差异，并且本文未考虑端部正应力的影响，即纤维端部 ，图5中显示的高庆和康国政 [ 22 ] 的曲线是在未考虑端面正应力情况所得出的公式(18)的模拟结果，可以看出，本文所得结果与其未考虑端面正应力所得结果比较吻合。轴向应力在结果比较上有一定的差异，这主要由于本文是考虑应力连续，没有考虑界面的影响，界面的模量和结合状态的变化不同，推导的公式就有变化，并且本文界面剪切应力由纤维和基体两部分的轴向应力平衡所得，所以对结果就会产生一定的影响，但总体趋势与高庆和康国政 [ 22 ] 的结果是一致的。另一方面，本文所推结果与Cox [ 21 ] 所得结果具有一定的差异，Cox [ 21 ] 研究所得理论 图6. 不同长径比下的界面剪切应力分布曲线 图7. 不同长径比下的纤维轴向应力分布曲线 图8. 不同长径比下的基体轴向应力分布曲线 只能考虑界面结合完好时的情况，并没有考虑端部正应力和界面的影响。 图6~图8所示图形为纤维和基体的轴向应力、界面剪切应力沿纳米管长度的变化曲线。从图6可以看出最大界面剪切应力发生在纳米管的末端，且中间的剪切应力具有对称性(在图中对称曲线没有标出)。此外，纵横比越大，纳米管的剪切应力越小(相同的z条件下)。图7和图8表示沿纳米管长度的纳米管的轴向正应力的分布和基体中的轴向正应力分布，显然他们也是对称曲线。从图7中观察到纤维最大轴向正应力在z = 0处，也就是说在纳米管中间，而最小发生在其两端。此外可以看出，纵横比越大，轴向应力越高。同样从图8可以看出基体最大轴向应力发生在端部，最小发生在z=0处，纵横比越大，轴向应力越低。
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user: 4. 结论 本文采用剪切滞后模型，建立了复合缸嵌入式碳纳米管复合材料代表性体元模型，将碳纳米管看做一个有效纤维，模拟碳纳米管复合材料的主要形态特性。其中，有效纤维与碳纳米管具有相同的直径和长度。运用弹性理论，应力连续条件及位移连续条件，推得了应力表达式，及界面处的切应力表达式，从碳纳米管复合材料的破坏条件和实验的测量条件来看，简化的表达式更容易实现。最大界面剪切应力发生在纳米管的末端，且中间的剪切应力具有对称性，纵横比越大，纳米管的剪切应力越小，此外可以看出，纵横比越大，轴向应力越高。本文考虑应力连续并且界面剪切应力由纤维和基体两部分的轴向应力平衡所得，总体趋势及在纤维端部界面剪切应力和纤维轴向应力与他人的结果比较吻合。
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user: 摘 要 目的：研究超声辅助提取竹茹总黄酮的最佳工艺条件。方法：在单因素试验基础上，选取乙醇浓度、料液比、超声功率及超声时间为影响因素，采用中心组合实验设计，以竹茹总黄酮提取率为响应值进行响应面分析。结果最佳工艺条件为：乙醇浓度67%、料液比1:25、超声功率330 W、超声时间26 min，竹茹总黄酮得率为3.557%。结论：该工艺提取率高、操作简便，可为竹茹总黄酮的提取提供参考。 关键词 :竹茹，总黄酮，超声辅助，响应面法 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 竹茹(Bambusae caulis in taenias)为禾本科植物青秆竹Bambusatuldoides Munro、大头典竹Sinoca- lamusbeecheyanus (Munro) McClure var. pubescens P. F. Li或淡竹Phyllostachysnigra (Lodd.) Munro var. henonis (Mitf.) Stapf ex Rendle的茎秆的干燥中间层 [ 1 ] 。竹茹性微寒，味甘，归肺、胃、心、胆经，临床用于痰热咳嗽，胆火挟痰，烦热呕吐，惊悸失眠，中风痰迷，舌强不语，胃热呕吐，妊娠恶阻和胎动不安等症 [ 1 ] 。现代研究表明，竹茹中主要含有木栓酮、木栓醇、羽扇豆稀酮、羽扇豆稀醇和香树脂醇为主的五环三萜类化合物 [ 2 ] [ 3 ] ，并具有良好的降脂、降压、抗疲劳、抗肿瘤等活性 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 。而最新的研究表明竹茹中的多糖类成分具有显著的免疫调节活性 [ 7 ] 。而我们在前期研究中发现，竹茹中还存在大量的黄酮类成分，本研究在单因素实验的基础上，采用中心组合(Box-Benhnken)实验设计，优化超声辅助提取竹茹总黄酮的最佳工艺条件，为进一步研究竹茹的化学成分提供实验依据。
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user: 2. 材料与仪器 2.1. 实验材料 竹茹为江西省樟树市庆仁中药饮片有限公司生产饮片，经九江学院刘可越教授鉴定为淡竹Phyllostachysnigra (Lodd.) Munro var. henonis (Mitf.) Stapf ex Rendle茎秆的干燥中间层。芦丁对照品购自大连美仑生物技术有限公司(含量≥98%)，95%乙醇，亚硝酸钠，氢氧化钠，硝酸铝均为分析纯试剂。 2.2. 实验仪器 SB25-12DTD超声波清洗器(宁波新芝生物科技股份有限公司)；JSP-200型高速多功能粉碎机(浙江永康市金穗机械制造厂)；GZX-9030MBE电热鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)；EV341旋转蒸发仪(北京莱伯泰科仪器股份有限公司)；UV9100全自动紫外可见分光光度计(北京莱伯泰科仪器股份有限公司)；BS224S电子分析天平(赛多利斯科学仪器北京有限公司)。
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user: 3. 实验方法 3.1. 标准曲线的建立 精密称取芦丁对照品10.0 mg，置25 ml容量瓶中，加入80%乙醇溶液定容，得到400 µg/ml的芦丁母液。精密吸取0、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL芦丁标准液于10 ml容量瓶内，各加80%乙醇至5 ml，5%的NaNO 2 0.5 mL，摇匀静置6 min，加入10%的Al(NO 3 ) 3 0.5 mL，摇匀静置6 min，加入4%的NaOH 4 mL，摇匀静置15 min [ 8 ] 。在510 nm波长处测定吸光度(A)，以吸光度(A)为纵坐标，对照品浓度(C)为横坐标绘制标准曲线，实验结果见图1。 3.2. 单因素实验 以料液比(1:10，1:15，1:20，1:25，1:30)、乙醇浓度(40%，50%，60%，70%，80%)、超声功率(120，180，240，300，360W)、超声时间(10，15，20，25，30 min)为因素进行单因素实验，考察各个因素分别对竹茹总黄酮得率的影响。 3.3. Box-Behnken试验设计与数据处理 在单因素实验基础上，采用中心组合(Box-Behnken)试验设计方法，确定自变量，以竹茹总黄酮得率为响应值，采用响应面分析法安排实验以获取最佳提取条件，并用Design-Expert 8.0软件进行数据分析，实验设计因素水平见表1。 3.4. 最佳工艺验证实验 精密称取竹茹粉末3.00 g (平行3份)，根据2.3所得最佳提取工艺条件下提取竹茹总黄酮，计算总黄酮提取率。 图1. 芦丁标准曲线 Table 1 Response surface analysis of test design factors and level 水平 因素 A料液比(1:X) B乙醇浓度(%) C超声功率(W) D超声时间(min) −1 20 60 240 20 0 25 70 300 25 1 30 80 360 30 表1. 响应面分析试验设计因素和水平
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user: 4. 结果与分析 4.1. 单因素实验结果 4.1.1. 料液比对竹茹总黄酮的提取影响 在超声时间15 min、乙醇浓度60%、超声功率240 W的条件下，考察料液比(1:10，1:15，1:20，1:25，1:30)对竹茹总黄酮提取率的影响，实验结果见图2。由图2可见，随料液比的增加，竹茹总黄酮提取率明显升高，当料液比大于1:25 (g/mL)时，提取率增加趋于平缓。 4.1.2. 乙醇浓度对竹茹总黄酮的提取影响 在超声时间15 min，超声功率240 W，料液比1:20的条件下，考察乙醇浓度(40%，50%，60%，70%，80%)对竹茹总黄酮得率的影响，实验结果见图3。由图3可见，随着乙醇浓度的提高，竹茹总黄酮的提取率也随之升高，70%乙醇的提取率最高。 4.1.3. 超声功率对竹茹总黄酮的提取影响 在乙醇浓度60%，超声时间15 min，料液比1:20的条件下，考察超声功率(120，180，240，300，360 W)对竹茹总黄酮提取率的影响，实验结果见图4。由图4可见，随超声功率的增加，竹茹总黄酮提取率明显升高，当超声功率大于300 W时，提取率增加趋于平缓。 图2. 料液比对竹茹总黄酮的提取影响 图3. 乙醇浓度对竹茹总黄酮的提取影响 图4. 超声功率对竹茹总黄酮的提取影响 4.1.4. 超声时间对竹茹总黄酮的提取影响 在乙醇浓度60%，超声功率240 W，料液比1:20的条件下，考察超声时间(10，15，20，25，30 min)对总黄酮得率的影响，实验结果见图5。由图5可见，随着超声时间的增加，竹茹总黄酮提取率先升高后降低，提取时间为25 min时达到最高值。 4.1.5. 响应面Box-Behnken分析 响应面Box-Behnken实验设计及结果见表2，回归模型方差分析结果见表3。由表3的方差分析可知，模型的F检验结果P < 0.01，为差异有统计学意义；失拟度得出的F检验结果P > 0.05，为差异无统计学意义，这两者说明实验数据与模型相符，模型选择正确；各项的方差分析表明C，A 2 ，B 2 ，C 2 对总黄酮得率有显著的影响。各个因素对类黄酮提取率影响的程度大小的次序为超声功率>乙醇浓度>超声时间>料液比。 以竹茹总黄酮的提取率Y为响应值，各因素经回归拟合后的二次多项回归方程为： 根据回归方程作响应面和等值线图，见图6和图7。等高线图同一曲线上总黄酮得率相同，图形中心得率最高。两因素之间交互作用可以直观的通过中心区域的等值线圆形程度和位置来判断，等值线圆形形状越扁，且越偏离中心位置交互作用越大，对总黄酮得率的影响越显著。 4.1.6. 验证试验 对实验模型分析，得出最佳料液比为1:24.86，乙醇溶度为67.63%，超声功率为330.78 W，超声时间为25.86 min，求得理论总黄酮得率为3.495%。将条件修正料液比为1:25，乙醇溶度为68%，超声功率为330 W，超声时间为26 min，并在此条件下进行验证试验，平行三次，测得竹茹总黄酮提取率平均值为3.557%，与理论值相对误差为1.77% [ 9 ] ，表明该工艺稳定，重现性好。
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user: 5. 讨论 本研究采用响应面法优化超声辅助提取竹茹总黄酮的生产工艺。响应面法采用多元二次回归方法作为函数估算工具，利用多项式近似拟合多因子实验中因素和指标的相互关系，并对函数的等高线和响应面进行分析，研究响应面和因子，因子和因子之间的相互关系 [ 10 ] 。与正交试验设计相比，Box-Behnken 图5. 超声时间对竹茹总黄酮的提取影响 Table 2 Box-Behnken experimental design and result 序号 料液比(A) 乙醇浓度(B) 超声功率(C) 超声时间(D) 总黄酮提取率(%) (Y) 1 0 0 0 0 3.338 2 0 −1 −1 0 2.729 3 −1 −1 0 0 2.723 4 −1 0 0 −1 2.645 5 0 1 0 −1 3.243 6 0 0 0 0 3.296 7 −1 0 −1 0 2.205 8 1 1 0 0 2.507 9 1 −1 0 0 2.588 10 0 0 −1 −1 2.500 11 0 0 −1 1 2.784 12 0 0 1 1 3.113 13 0 1 −1 0 2.286 14 0 0 0 0 3.338 15 0 0 0 0 3.478 16 0 0 1 −1 2.928 17 −1 0 0 1 2.886 18 −1 0 1 0 3.302 19 1 0 −1 0 2.450 20 0 0 0 0 3.529 21 1 0 0 1 2.775 22 0 −1 0 1 3.244 23 1 0 0 −1 2.642 24 −1 1 0 0 2.282 25 0 1 0 1 2.931 26 0 1 1 0 2.785 27 0 −1 1 0 3.172 28 1 0 1 0 3.343 29 0 −1 0 −1 3.200 表2. 响应面Box-Behnken实验设计及结果 Table 3 Regression model variance analysis result 变异来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 模型 3.2901 10 0.3290 6.7663 0.0002 显著 A-料液比 0.0057 1 0.0057 0.1176 0.7356 B-乙醇浓度 0.2192 1 0.2192 4.5088 0.0478 显著 C-超声功率 1.1340 1 1.1340 23.322 0.0001 显著 D-超声时间 0.0275 1 0.0275 0.5666 0.4613 AB 0.0324 1 0.0324 0.6663 0.4250 AC 0.0104 1 0.0104 0.2139 0.6492 A 2 1.3548 1 1.3548 27.863 <0.0001 显著 B 2 0.5427 1 0.5427 11.162 0.0036 显著 C 2 0.5872 1 0.5872 12.078 0.0027 显著 D 2 0.1255 1 0.1255 2.5829 0.1254 残差 0.8752 18 0.0486 失拟项 0.8341 14 0.0595 5.7926 0.0512 不显著 纯误差 0.0411 4 0.0102 总变异 4.1653 28 表3. 回归模型方差分析结果 图6. 料液比和乙醇浓度对竹茹总黄酮提取率交互作用的响应面图和等高线 图7. 料液比和超声功率对竹茹总黄酮提取率交互作用的响应面图和等高线 设计可以评价指标和因素间的非线性关系，对实验影响因素的研究更为全面，能够精确反映提取工艺的最佳条件，并能从图形分析寻求最优实验考察因素值，具有周期短，回归方程精度高，条件预测性好等优点，对于非线性影响因素的预测指导性更强，因此具备更好的推广应用价值 [ 11 ] 。 本研究采用4因素3水平响应面法对竹茹总黄酮的提取工艺进行优化，最终确定了最佳提取条件，验证实验测得竹茹总黄酮提取率平均值为3.557%，与理论值相对误差为1.77%，充分验证了所建立的模型的正确性。实验表明超声辅助提取竹茹总黄酮效率高、操作简便，可为其生产及进一步研究提供参考。
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user: 摘 要 香蕉是热带亚热带植物，低温是影响其生长及产量的重要环境因子，温度低于 15 ℃ 就会抑制香蕉的正常生长。因此，研究香蕉品种的抗寒性具有重要的价值及意义。本文对国内外香蕉抗寒的生理生化、分子生物学及育种方面的研究进行了总结，旨在为培育香蕉抗寒新种质提供参考。 关键词 :香蕉，抗寒性，研究进展 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 香蕉属芭蕉科(Musaceae)芭蕉属(Musa L.)，是仅次于柑桔类的世界第二大水果，鲜果消费量和贸易量均居全球水果之冠 [ 1 ] 。全球有130多个国家(地区)种植香蕉，主要分布在亚洲、拉丁美洲和非洲的发展中国家 [ 2 ] 。香蕉被联合国粮农组织(FAO)认定为仅次于水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食作物，是一些发展中国家和地区农民的主要食粮。 香蕉原产于亚洲东南部，属热带水果，温度是影响香蕉生长发育的重要因素。其适宜的生长温度在 27 ℃ 左右， 14 ℃ 以下停止生长， 10 ℃ 以下发生寒害而导致减产 [ 3 ] 。我国香蕉主产区分布在北纬18˚~30˚之间，以广东、海南、广西、福建、台湾、云南等为主要产区。除海南部分地区外，我国绝大部分香蕉产区属于香蕉非最适宜种植区，冬季多受低温冻害影响。近年来几次大的寒流均对我国香蕉产业造成了巨大影响 [ 1 ] 。1999年冬季低温使广东蕉区损失达6亿元；2008年春季特大寒害致使全国香蕉产区损失超过25亿元 [ 4 ] 。2011年春季寒害也给亚热带香蕉产区带来较大影响，特别是广西蕉区，春植蕉基本绝收 [ 5 ] 。低温冷害严重影响了香蕉产量并制约着香蕉产业的健康发展。 本文就目前国内外对香蕉抗寒方面的研究进行归纳，包括香蕉抗寒的生理生化研究、分子研究以及抗寒品种培育研究等，旨在为香蕉抗寒品质改良及香蕉生产推广提供理论依据。
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user: 2. 香蕉抗寒的生理生化研究 低温是植物经常遭受的一种非生物逆境胁迫，会引起细胞膜脂相变、细胞水分代谢失衡、体内酶活性降低和光合速率下降，最终可导致一系列的生理代谢紊乱，使植物的器官或组织受到损伤甚至死亡。一般认为香蕉寒害与细胞膜系统受损(脂质过氧化及生物自由基伤害)有较大关系 [ 3 ] 。有关香蕉的抗寒生理生化研究主要集中在香蕉叶片组织结构、质膜系统、保护酶类、渗透调节物质等生理生化指标的测定上。测定的生理指标主要有电导率、半致死温度、丙二醛含量(MDA)、可溶性蛋白、可溶性糖、水杨酸、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)等 [ 6 ] 。 同时，通过喷施外源植物生长调剂来调节、增强香蕉抗寒性的研究也有一定报道 [ 5 ] 。植物生长调节剂大致可分为激素类物质和非激素类物质两大类，非激素类物质又可细分为非激素类有机物质和非激素类无机物质。非激素类物质主要包括：H 2 O 2 和CaCl 2 [ 7 ] [ 8 ] 、NO [ 9 ] 、壳聚糖和甜菜碱 [ 10 ] [ 11 ] 、维生素C、大豆多肽、肌醇和磷酸二氢钾 [ 12 ] 等。激素类物质主要包括：多效唑、脱落酸和油菜素内酯 [ 13 ] [ 14 ] 、多胺 [ 15 ] 、茉莉酸甲酯 [ 16 ] 、水杨酸甲酯 [ 17 ] 、水杨酸 [ 18 ] 、乙稀利 [ 19 ] 和5-氨基乙酰丙酸 [ 20 ] 等。这些研究为香蕉抗寒机理研究奠定了良好基础，但这些外源物质只能在一定程度上增加细胞保护酶的活性，提高香蕉抗寒能力幅度有限，未能取得实质性进展，无法从根本上解决香蕉的寒害问题。
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user: 3. 香蕉抗寒的分子研究 随着分子生物学研究的逐渐深入，低温胁迫下香蕉基因表达变化及分子机制方面的研究也逐渐开展。Kang等 [ 21 ] 采用mRNA差异显示法克隆了低温下水杨酸诱导的差异带。Santos等 [ 22 ] 则分析了香蕉在低温下的表达序列标签，在2286个高质量序列中，有715个来自于全长cDNA克隆，共获得149个全长基因。祁君凤等 [ 23 ] 构建了香蕉叶片在低温处理下与常温对照的差异表达消减cDNA文库，发现有相当多的未知功能基因参与了香蕉抗寒的过程，也检测出与低温胁迫时间(10~24 h范围内)呈正相关的低温特异表达基因。冯冬茹等 [ 24 ] 构建了大蕉冷诱导差减文库，得到约50个低温下表达增强的候选克隆，通过半定量分析发现大蕉疏水蛋白基因MpRci在低温处理后的表达相较处理前上调，鉴定为低温诱导差异表达基因。 香蕉抗寒基因的发掘和功能研究的报道也逐年增多，已鉴定出的与香蕉抗寒性相关的功能基因主要包括冷胁迫相关蛋白基因、钙信号转导蛋白基因、抗氧化酶相关基因、膜脂相关蛋白基因、维持细胞功能类相关蛋白基因、代谢途径催化酶相关基因等 [ 25 ] 。如从冷胁迫处理的巴西蕉幼苗中获得的1，5-二磷酸核酮糖梭化/加氧酶小亚基(rbcS-mc)基因 [ 26 ] 、红素氧还原蛋白基因 [ 27 ] 和从大蕉(Musa paradisiaca L. ABB Group)中克隆的冷诱导质膜蛋白基因(MpRCI) [ 28 ] 。而张妙霞 [ 29 ] 则以福建三明野生香蕉叶片为材料，克隆了低温胁迫下的Ⅰ类几丁质酶基因(Chi12)和β-1，3-葡聚糖酶基因(gsp)。匡云波 [ 30 ] 克隆了香蕉栽培品种“天宝蕉”(Musa spp. cv. Tianbao)叶片中11个糖代谢关键酶基因，并对其在低温胁迫下的表达进行了研究。张俊芳等 [ 31 ] 从巴西蕉中克隆到一个乙烯应答因子结合蛋白基因MaERF，尖孢镰刀菌侵染及低温胁迫条件下均使该基因在香蕉中上调表达，推测其在香蕉胁迫反应中可能发挥重要作用。赖志宸等 [ 32 ] 从旗山野生蕉和天宝蕉叶片中克隆获得ω-3脂肪酸去饱和酶基因FAD7，分别命名为MuFAD7-1和MaFAD7-1，并在不同温度胁迫下对其表达进行分析，发现天宝蕉MaFAD7-1转录水平变化小，而旗山野生蕉MuFAD7-1在普通香蕉停止生长的临界温度13℃时表达量显著升高，并达到峰值，降至4℃时仍然维持较高水平，进一步验证了野生蕉MuFAD7-1可能具有抗寒基因的功能。而从果实中克隆得到的与低温胁迫响应相关的基因主要有膨大素基因(MaExp) [ 33 ] 、热激蛋白基因(sHSPs) [ 34 ] 、MaCOL1基因 [ 35 ] 和编码连接组蛋白H1基因MaHIS1 [ 36 ] 等。 中国热带农业科学院热带生物技术研究所徐碧玉课题组也一直致力于香蕉抗逆分子生物学的研究，该课题组研究人员已鉴定出能够响应多种逆境条件下的香蕉抗逆相关基因，证明了香蕉苹果酸脱氢酶基因(MaMDH) [ 37 ] 、钙调蛋白基因(MaCAM) [ 38 ] 、泛素结合酶基因(MaUCE2) [ 39 ] 、谷胱甘肽硫转移酶(glutathione S-transfera-ses， GSTs) [ 40 ] 、乙醇脱氢酶基因 [ 41 ] 和胁迫相关蛋白基因(MaSAP1) [ 42 ] 能够响应低温胁迫，表明这些基因可能在香蕉应对低温等非生物胁迫过程中起重要作用。 在香蕉中，低温信号转导中发挥作用的转录因子的相关研究则较少。已克隆鉴定的转录因子基因主要是从香蕉果实中得到的WRKY [ 43 ] 、MYC/MYB [ 44 ] 、bHLH [ 45 ] 和NAC [ 46 ] 类。研究发现这些转录因子可能参与了ICE-CBF冷信号转导通路的调控网络。杨洋等 [ 46 ] 从三明野生蕉中克隆了Whirly (WHY)基因，生物信息学分析显示该基因属于植物Whirly转录因子基因家族，且Whirly转录因子在不同低温胁迫下表达水平有较大差异，推测该转录因子可能参与了包括抗寒等多个抗逆途径的调控。而Yang等 [ 48 ] 则首次利用RNA-Seq和定量蛋白质组学技术研究了抗寒大蕉与冷敏感香蕉抗寒性差异的分子机理。2015年，Yang等 [ 49 ] 再次利用转录组测序技术对抗寒大蕉和冷敏感香蕉的关键差异基因进行了分析，发现在抗寒大蕉冷胁迫处理后的3 h和6 h，分别有10和68个差异表达基因；而在冷敏感香蕉中，则有40和238个。而且还发现了17个仅在抗寒大蕉中表达的差异表达基因，这些基因主要包括信号转导、非生物胁迫、铜离子平衡、光合作用与光呼吸、糖应激和蛋白修饰等。 综上所述，香蕉抗寒分子机制的研究大致经历了通过相关分子技术获得差异片段，克隆抗寒相关基因，克隆调控抗寒相关基因的转录因子等几个阶段。这些研究对理解香蕉抗寒机制起到一定的促进作用，但大多是单基因功能的分析和探讨，基因间的相互作用和上游调控途径并不明晰。目前，虽然香蕉A基因组测序结果已经公布 [ 50 ] ，但与胁迫密切相关的Ｂ基因组的测序进展缓慢。microRNA在转录后水平调控基因的表达，为全面、深刻地揭示低温胁迫下香蕉基因表达调控网络提供了新的视角。 MicroRNA (miRNA)是一类长约18~24 nt的内源非编码单链小分子RNA，它通过转录后降解或抑制翻译过程参与基因的表达，具有高度的保守性、时序性和组织特异性 [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] 。研究发现，miRNA不仅参与植物的整个发育过程，还在植物应对逆境胁迫应答反应中起着重要的调控作用 [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] 。有关香蕉miRNA的研究起步较晚，报道较少。D'Hont等 [ 50 ] 利用“Pahang”的基因组信息预测了来自A基因组的235个保守miRNA。Davey等 [ 58 ] 在基于香蕉两个原始祖先A和B基因组水平上，分别预测到了47和42个香蕉保守miRNA家族，同时也预测到28个新的miRNA。宋长年等 [ 59 ] 和叶可勇等 [ 60 ] 利用香蕉EST和GSS分别对香蕉miRNA进行了生物信息学预测。Chai等 [ 61 ] 对通过生物信息学预测得到的miRNA进行了实验验证及靶基因的表达验证。Bi等 [ 62 ] 和Ghag等 [ 63 ] 分别利用高通量测序方法对香蕉果实成熟相关及叶片发育相关miRNA进行了挖掘鉴定。而通过不同逆境或同一逆境不同胁迫程度的处理来鉴定香蕉逆境相关miRNA的研究则少见报道。本文作者对我国香蕉种质长梗蕉(Musa balbisiana)进行了低温胁迫处理，构建了低温胁迫处理小RNA文库和对照文库，并采用高通量测序技术及生物信息学分析方法，从中筛选出了64个显著差异表达的miRNA [ 64 ] 。这些基因将是研究香蕉耐寒的重要基因资源，为今后研究香蕉miRNA响应非生物胁迫、解析香蕉适应逆境的分子机制、培育抗逆香蕉种质奠定基础。
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user: 4. 香蕉抗寒种质培育 植物优异的抗寒性首先来自于优异的种质与遗传。培育抗寒优良品种，是减轻香蕉寒害的有效手段和根本途径。但香蕉主栽品种均为三倍体，难以通过传统的杂交育种方式获得优质、高产、抗性强的优良新品种。因此，利用诱变育种和转基因技术来选育香蕉新品种成为必要。陈蔚 [ 65 ] 使用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(Ethyl methyl sulphonate， EMS)对香蕉假茎茎段进行处理，然后诱导薄片外植体再生出新的植株，并结合设置低温进行定向筛选，最终获得2株抗寒性较高的植株。与对照相比，2株抗寒性较高的植株经低温胁迫处理后，叶片只有轻度的萎蔫现象，恢复生长后，受害叶片基本都可恢复生长，而对照植株则叶片萎蔫严重，恢复生长后形成褐斑坏死，不能恢复生长；而且，常用的抗寒生理指标相对电导率和过氧化物酶(POD)活性的测定表明，2株抗寒性较高的植株相对电导率分别比对照低13.7%和14.6%，其POD活性则分别比对照高35.7%和65.4%。张建斌等 [ 66 ] 发明了一种抗寒香蕉种质的筛选方法，其利用香蕉未成熟雄花的胚性愈伤组织进行 60 Co γ射线辐射处理后，采用三次低温筛选技术，极大的提高了抗寒突变种质的筛选效率，缩短了培育香蕉抗寒品种的周期。 随着转基因技术的成熟，利用转基因技术将抗寒基因转入香蕉的研究也逐渐有所报道。Shekhawat等 [ 67 ] 利用转基因的方法将脱水素基因MusaDHN-1转入香蕉，发现该基因在叶片中的表达受干旱、盐、冷害、氧化物、重金属及植物激素的诱导。刘凯等 [ 68 ] 在东莞大蕉中超表达拟南芥CBF1基因，改善了大蕉植株抗低温胁迫的能力。韩丽晓等 [ 69 ] 将YHem1基因转入巴西蕉，发现该基因可以提高香蕉植株耐冷性。虽然目前并未见有应用价值的转基因品种的报道，但随着香蕉A基因组测序的完成，系统挖掘香蕉抗寒基因成为可能，这将为香蕉的抗寒基因工程育种奠定基础。
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user: 5. 展望 研究培育具有较高抗寒能力、产量和品质优良的香蕉品种是香蕉育种的新挑战，这方面的研究已引起很多科研人员的极大兴趣。植物的抗寒性是十分复杂的生理生化过程，是由多基因控制的数量性状，受很多因素与条件的制约。因此，研究香蕉的抗寒性，需要收集抗寒性较强的种质资源，综合评价它们在低温胁迫条件下的生理生化反应及基因表达调控情况，掌握其抗寒的生理、生化和分子机制，挖掘其中有用的基因资源，这样才有利于改良香蕉栽培品种的抗寒能力。随着生物技术的发展，特别是香蕉A、B基因组测序的完成，通过诱变育种、抗寒基因分离、克隆及基因转化技术的应用，相信将来会培育出一批具有较高抗寒能力的优质高产香蕉新品种。