PEG引发预防大豆种子吸胀冷害的研究

黑河3号大豆种子对低温吸胀非常敏感，PEG引发处理明显提高抗吸胀冷害能力。引发处理的效果与引发后种子含水量的提高有关。引发3天种子含水量达到34%左右。 引发处理过程中种子呼吸强度提高，呼吸商大于1。引发3天大豆种子胚根细胞ATP酶活性定位于质膜、细胞壁及细胞间隙。 引发种子和对照种子低温吸胀后，在常规增减条件下生理生化过程有显著的不同，这些差异与二者不同的种子活力水平有关。引发种子浸种过程中细胞物质损失少，膜选择性通透能力强。对照种子有大量物质外渗，特别是K+。引发种子常规培养条件下呼吸强度上升很快，RQ较低。对照种子呼吸强度很低。引发种子线粒体以L－Mal、α－Kg和Succ为底物时，具有较高的ADP／O和RC，并且氧化磷酸化活性出现早。对照种子线粒体氧化磷酸化功能不健全。引发种子胚根细胞ATP酶活性定位于质膜、核仁、胞间连丝及液泡膜。对照种子ATP酶活性在各亚细胞结构大为降低。 本文讨论了吸胀冷害的普遍性以及吸胀冷害对农业生产的影响，并推论低温吸胀主要导致敏感种子吸胀初期正在进行结构转化的膜系统不可逆损伤从而种子活力下降。PEG引发处理具有防止低温吸胀时膜系统伤损和修复种子成熟、加工、干燥贮藏阶段损伤的作用。PEG引发还预先活化了种子代谢系统。从而使种子萌发迅速、整齐，显著地提高敏感种子搞吸胀冷害能力，对于不存在吸胀冷害问题的种子，PEG引发也有提高种子活力的效果。

PEG诱导的柱胞鱼腥藻（Anabaenacylindrica）原生质球融合

以多盐复合液配制的ＰＥＧ溶液可诱导柱胞鱼腥藻原生质球融合，融合率约５％，融合时间６～４０ｍｉｎ，可发生两个或多个原生质球的融合，ＰＥＧ使用浓度１０％

Viscoelastic analysis of single-component and composite PEG and alginate hydrogels

Hydrogels, three-dimensional hydrophilic polymer networks, are appealing candidate materials for studying the cellular microenvironment as their substantial water content helps to better mimic soft tissue. However, hydrogels can lack mechanical stiffness, strength, and toughness. Composite hydrogel systems have been shown to improve upon mechanical properties compared to their singlecomponent counterparts. Poly (ethylene glycol) dimethacrylate (PEGDMA) and alginate are polymers that have been used to form hydrogels for biological applications. Singlecomponent and composite PEGDMA and alginate systems were fabricated with a range of total polymer concentrations. Bulk gels were mechanically characterized using spherical indentation testing and a viscoelastic analysis framework. An increase in shear modulus with increasing polymer concentration was demonstrated for all systems. Alginate hydrogels were shown to have a smaller viscoelastic ratio than the PEGDMA gels, indicating more extensive relaxation over time. Composite alginate and PEGDMA hydrogels exhibited a combination of the mechanical properties of the constituents, as well as a qualitative increase in toughness. Additionally, multiple hydrogel systems were produced that had similar shear moduli, but different viscoelastic behaviors. Accurate measurement of the mechanical properties of hydrogels is necessary in order to determine what parameters are key in modeling the cellular microenvironment. © 2014 The Chinese Society of Theoretical and Applied Mechanics; Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

双结晶性PEG-PCL两嵌段共聚物的合成，结晶行为和形态

聚乙二醇－聚ε-己内酯两嵌段共聚物（PEG-PCL）由于其在生物医用材料中的潜在应用而受到广泛的关注。然而，研究表明这类嵌段共聚物的许多性质，如药物渗透性，降解性能和机械性质等，都要受到它们的结晶行为与聚集态结构的显著影响。而在本课题开始之前，还没有关于PEG-PCL的结晶行为与形态的系统研究报道。因此，本文希望通过对PEG-PCL两嵌段共聚物结晶行为与形态的研究，能为这类生物降解高分子材料的工业应用提供一定的科学依据。本文使用辛酸亚锡为催化剂，甲氧基聚乙二醇（mPEG）为大分子引发剂，合成了一系列分子量分布比较窄，PCL质量百分含量为0.16-0.93的PEG-PCL两嵌段共聚物。两嵌段共聚物中的PEG段分子量固定为5000，共聚物的组成通过改变PCL链段的长度来调节。本文使用DSC，WAXD，常温或变温FTIR详细研究了PEG-PCL的结晶和熔融行为，使用偏光显微镜（POM）观察了PEG-PCL的结晶形态及结晶生长行为，利用SAXS研究了PEG-PCL的微观形态，得出了如下结果：（1）WAXD与FTIR的结果表明，两嵌段共聚物中的PEG与PCL形成微相分离的结晶微区，不存在两者的共晶或混晶。PCL含量为0.23-0.87的两嵌段共聚物中都能观察到的PEG与PCL的结晶。变温FTIR结果显示，当PCL含量低于或等于0.36，两嵌段共聚物中的PEG先从熔体中结晶；反之，当PCL含量等于或大于0.43，则熔体中PCL结晶先出现。（2）DSC结果表明，随着PEG-PCL中PCL段长度的增加，PCL段的结晶和熔融温度显著增加；相反，PEG段的结晶和熔融温度则显著降低。当PCL的质量分数由0增加至0.93，PEG的结晶度从79%降低至0，然而PCL的结晶度却不是单调变化，而是出现一个最大值。（3）在POM下观察PEG-PCL的36 oC等温熔体结晶过程，当PCL质量分数不超过0.36时，在偏光显微镜下只能观察到PEG球晶；而当PCL质量分数大于或等于0.56时，只能观察到PCL球晶；PCL含量为0.43和0.50的两种两嵌段共聚物中观察到了一种独特的同心球晶，同心球晶的中心部分形态类似于PCL球晶，而外部则类似于PEG球晶。PEG球晶与PCL球晶生长速率受PCL含量的影响显著：当PCL质量分数从0增加至0.50，PEG球晶的生长速率大大降低；然而，PCL球晶的生长速率却不是单调变化，而是在PCL质量分数为0.62时达到最大值。（4）SAXS结果表明，结晶后的PEG-PCL的微区结构是由交替的PEG与PCL的层状微区组成。共聚物的长周期在PCL质量分数为0.50时达到最大值。当PCL质量分数由0增加至0.50时，由于PCL层厚度的显著增加，共聚物的长周期显著增加；而当PCL含量由0.50继续增加至0.87，由于PEG层厚度的急剧降低，又使得共聚物的长周期迅速降低。（5）首次利用POM和微区红外光谱详细研究了PEG-PCL50/50(w/w)同心球晶的形成过程，发现同心球晶的形成是由于一种独特的结晶动力学造成的。另外，即使同心球晶的中心和外部的形态差别巨大，但是红外显微镜结果显示，两部分的组成却是相同的。

生物活性有机锗及HPCPC双水相分离生物大分子的研究

本论文内容主要分为4个部分：“有机锗化合物抑制Maillard反应的研究”、“Ge-132对体外培养幼鼠胰岛细胞的作用研究”、“PEG／磷酸盐双水相体系中生物大分子分配的研究”和“HPCPC（High Performance Centrifugal Partition Chromatography，高效离心分配色谱）双水相体系对生物大分子分离的研究”。前两部分主要从有机锗化合物防治糖尿病及其并发症的代谢机理和细胞学角度进行研究，本文引入HPCPC和双水相体系分离生物大分子的技术，为进一步阐明有机锗化合物在Maillard反应过程中的作用机理：对双水相体系中生物大分子的分配及HPCPC在双水相体系中分离生物大分子也做了大量的基础性研究，为开发HPCPC的应用作出了有价值的探索工作。本论文的主要创新点归纳如下：一、有机锗化合物对Maillard反应的抑制作用：针对国际上有机锗发展的前沿课题，在国内首先开展了有机锗化合物对Maillard反应抑制作用的研究，取得了有价值的研究结果。1、在模拟体内的生理条件下，研究了不同浓度Ge-132对精氨酸、组氨酸、甘氨酸和缬氨酸对Maillard反应荧光峰强度的影响：不同类型的氨基酸Maillard反应产物结构上的差异和不同浓度有机锗对组氨酸糖化反应420nm处特征吸光度的影响。2、苯丙氨酸是侧链带有苯环的芳香族氨基酸，是一种具有弱的天然荧光的生物小分子，其荧光最大发射位置在281.6nm。由于aillard反应是葡萄糖和氨基酸的-NHR基发生的反应，其反应产物的特征荧光在440nm附近。这两类荧光的发射位置相差较远，相互之间没有影响，因此利用荧光法观察Phe在反应过程中自身的荧光变化和Ge-132对Phe的Maillard反应荧光产物的抑制情况。3、血清白蛋白是哺乳动物体内的重要蛋白质，可作为多种内源性、外源性物质的存储和转运蛋白，其Maillard反应已经被广泛重视，但较复杂的实验条件限制了它的研究。通过观测蛋白质Maillard反应产物特征荧光的变化是一有效的研究方法。BSA的内源性荧光是由肽链色氨酸和酪氨酸残基贡献的，其最大发射位置340nm左右。其Maillard反应产物的特征荧光在440nm附近，这两类荧光发射位置相差较远，基本上没有影响，因此能够通过荧光光谱研究BSA的Maillard反应荧光产物的情况。本文观测了Ge-132对BSA的Maillard反应荧光产物的抑制作用，同时还通过荧光法确定了一个文献中没有的新的反应位点。4、本文研究了具有更高水溶性的一类双有机锗化合物(HO)_2Ge(CHR_1CHR_2COOH)_2．2H_20抑制Maillard反应的特性，结果证明它比Ge-132具有更高的抑制作用，我们通过化合物的构效关系解释了上述作用的机制。5、本文研究了Tb(Ge-132)_3和Eu(Ge-132)_3两种含稀土的配合物对氨基酸、蛋白质Maillard反应的影响，观察了稀土离子对Maillard反应体系的影响，对实验现象作出了合理的解释。二、Ge-132对体外培养幼鼠胰岛细胞的作用为进一步考察有机锗对糖尿病的防治作用，我们与白求恩医大合作，首次观察了Ge-132对体外培养的幼鼠胰岛细胞结构和功能的影响，研究了不同剂量的含锗化合物对幼鼠胰岛细胞分泌胰岛素的作用，认为低浓度的Ge-132对胰岛细胞分泌胰岛素具有明显的促进作用。该部分内容为首次报导。三、PEG／磷酸盐双水相体系中生物大分子分配的研究双水相萃取TPE(Aqueous Two-Phase Extraction)具有下述优点：生物相容性好、界面张力低、能量低、易于工业规模的放大、可以进行连续操作等。本论文系统地研究了各种蛋白质在PEG／磷酸盐体系中的分离情况，如在各种pH条件下，从6.8到9.2，各种分子量的PEG，包括PEGl000，2000，5000，6000，10000，和20000和磷酸盐双水相体系的物化性质，以及对lysozyme（溶菌酶），BSA（牛血清白蛋白），HSA（人血清白蛋白），Hemoglobin（血红蛋白）在各种体系中的分配系数，探讨了各种因素对生物大分子分配的影响。四、HPCPC在双水相体系对生物大分子分离的研究由于荧光光谱法证实了Ge-132对牛血清白蛋白Maillard反应的抑制作用。但对于如何能够分离出糖化产物，达到进行定量表征的目的是我们研究的一个重要内容。九十年代初，由日本研制出一种色谱中新技术HPCPC。HPCPC与传统的液相色谱(LC)和高效液相色谱(HPLC)不同，不需要固体作为支持体。流动相和固定相分别为两种不相混溶的液体，通过离心力的作用使其中一相作为固定相保持在类似多级萃取器的微小分配槽中，另一相作为流动相流经固定相。HPCPC在双水相体系的应用是一种利用多级连续萃取从双水相中分离生物物质的方法它具有运行时间快、高效高选择性，流动相与固定相之间比例可以任意改变，并在任何pH值均可进行正向和反向操作并且实验室规模可一步直接放大到生产规模。它不仅可以作为一种分离的工具，而且也是一种研究生物萃取反应动力学机理，反映热力学与动力学之间相关性的重要方法。本论文中研究了常用的两种双水相体系，利用PEG6000／Dex20000／H_20对BSA和Maillard反应产生的糖化BSA进行了初步分离，取得了一些阶段性结论。另外，通过对各种条件的筛选，选择了具有代表性的lysozyme和BSA，BSA和血红蛋白(Hb)进行HPCPC色谱仪上的分离，研究了色谱分离条件如：转数、流速、pH等对分离效率及理论塔板数的影响，取得了一系列重要的结论。为工业上大规模的生物样品分离提供了重要的参数。