摘要 為篩選用于所發(fā)明簾狀錨固培養(yǎng)生物反應器培養(yǎng)床的纖維，模擬反應器通過纖維絲將培養(yǎng)液浸潤傳質(zhì)到愈傷組織細胞的流程創(chuàng)制了“纖維水平浸潤傳質(zhì)模擬裝置”，結(jié)合改進的煙酸、維生素B、維生素B HPLC 同步檢測法，流動相洗脫體系采用庚烷磺酸鈉溶液∶乙腈=90∶10（V∶V）等度洗脫等，研究16種纖維集束對MS培養(yǎng)液中煙酸、維生素B和維生素B的水平浸潤傳質(zhì)效應。結(jié)果表明，16種纖維集束水平浸潤傳質(zhì)具有升降MS培養(yǎng)液中煙酸、維生素B濃度的效應，但效應持續(xù)時間均不超過84 min，且具有較明顯種類間差異，秸稈和木材纖維的作用效應弱于莖皮和竹材纖維。慈竹、青皮竹竹材纖維集束中煙酸濃度的升降較明顯，在0.02～2.58 μg/mL，苧麻莖皮纖維集束中煙酸濃度的升幅最高，達3.17 μg/mL，是原濃度的5倍多，持續(xù)時間72 min。青皮竹、毛竹竹材纖維集束傳質(zhì)液中維生素B的濃度出現(xiàn)下降至零點的效應，苧麻莖皮纖維集束中出現(xiàn)較原濃度升高2倍的高點，其他種類纖維集束中3種維生素的濃度升降較小。雖然植物纖維集束會導致傳質(zhì)液中3種維生素的濃度升高或降低，但作用效應的持續(xù)時間均只在纖維集束飽和吸液后的84 min內(nèi)。

關(guān)鍵詞 植物纖維；MS培養(yǎng)液；煙酸；維生素B；浸潤傳質(zhì)效應；HPLC

中圖分類號 Q 813.1⁺1 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）16-0006-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.16.002

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Horizontal Infiltration and Mass Transfer Effects of Plant Fibers on Nicotinic Acid and Vitamin B in MS Culture Medium

ZHOU Chun-chang，DU Ya-tian，PENG Feng-zhen

（Hunan Provincial Key Laboratory of Forest Products and Chemical Engineering，Jishou University，Zhangjiajie，Hunan 427000）

Abstract In order to screen the fibers used in Curtain-liking Anchoring Culture Bioreactor，a “Fiber Horizontal Infiltration Mass Transfer Simulation Device” was created by simulating the process of the reactor to infiltrate and transfer the culture solution to the callus cells through the fiber silk.In combination with the improved simultaneous detection methods for nicotinic acid，vitamin B，and vitamin B HPLC，the mobile phase elution system used sodium heptanesulfonate solution：acetonitrile=90∶10（V∶V） equal degree elution，etc.The effects of mass transfered by horizontal infiltration in 16 plant fiber bundles on nicotinic acid，vitamin B and vitamin B of MS medium were studied.The results showed that the horizontal infiltration mass transfer in 16 plant fiber bundles had the effect of increasing or decreasing the concentration of nicotinic acid and vitamin B of MS culture medium，but the effect duration was not more than 84 min，and there was a significant difference between species.The effect of herb stalk and wood fiber was weaker than that of stem bark and bamboo wood fiber.The concentration of niacin in bamboo fiber bundles of Bambusa emeiensis and Bambusa textilis showed significant changes，ranging from 0.02 to 2.58 μg/mL.The highest increase for niacin concentration was observed in Boehmeria nivea stem bark fiber bundles，reaching 3.17 μg/mL，which was more than five times the original concentration and lasted for 72 minutes.The vitamin B concentration in the mass transfer fluid of Bambusa textilis and Phyllostachys heterocycla fiber bundle decreased to zero，and the concentration of vitamins B in the mass transfer fluid through Boehmeria nivea stem bark fiber bundle increased to two times as much as the original concentration，while the concentration of three vitamins in other fiber bundles increased or decreased slightly.Although plant fiber bundle can lead to an increase or decrease of the three vitamins concentration of the mass transfer fluid，the duration of the effect is only within 84 minutes after the fiber bundle were infiltrated and fulled adequately by the medium fluid.

Key words Plant fiber;MS culture solution;Nicotinic acid;Vitamin B;Infiltration mass transfer effect;HPLC

基金項目

國家自然科學基金地區(qū)基金項目（31660077）。

作者簡介 周春長（1994—），男，湖南永州人，碩士研究生，研究方向：林產(chǎn)資源工程。*通信作者，副教授，碩士生導師，從事林產(chǎn)資源工程研究。

收稿日期 2023-09-06

在植物細胞培養(yǎng)生產(chǎn)有用植物次生代謝產(chǎn)物的過程中，營養(yǎng)物質(zhì)供給方式大體分為2類：一類是直接將植物細胞浸沒或間歇性浸沒在培養(yǎng)液中進行培養(yǎng)，細胞直接懸浮在營養(yǎng)液中吸取營養(yǎng)物質(zhì)；另一類是將植物細胞植于凝膠狀固態(tài)培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)。但均因成本、代謝穩(wěn)定性控制、無菌控制、連續(xù)培養(yǎng)、工業(yè)化放大等方面存在的問題而未能被商業(yè)化應用^［1-4］。在探索南方紅豆杉愈傷組織大規(guī)模連續(xù)培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉醇時，研究發(fā)明了簾狀錨固培養(yǎng)生物反應器及培養(yǎng)法^［5］，即將植物愈傷組織用凝膠粘固接種到垂直懸掛的反應器培養(yǎng)床纖維網(wǎng)上，利用纖維絲的水平毛細浸潤作用將培養(yǎng)液從培養(yǎng)床的內(nèi)壁浸潤傳質(zhì)給外壁的愈傷組織，技術(shù)的關(guān)鍵在于纖維絲與愈傷組織細胞、培養(yǎng)液間具有高度親和性，才有利培養(yǎng)液水平浸潤傳質(zhì)、植物細胞與纖維絲相結(jié)合吸收獲取營養(yǎng)物質(zhì)。因此，纖維絲網(wǎng)能否將MS培養(yǎng)液中的各種溶質(zhì)以水平浸潤方式從纖維網(wǎng)內(nèi)側(cè)水帶傳質(zhì)到外側(cè)，是被選擇纖維必須具備的關(guān)鍵功能因素。

煙酸（維生素B）、維生素B和維生素B都是植物細胞代謝過程中自身合成的維生素B族化合物^［6-8］，屬短距離運輸類營養(yǎng)物質(zhì)，參與細胞內(nèi)諸多重要代謝環(huán)節(jié)。煙酸和維生素B作為酶促反應的輔助因子參與包括糖酵解、戊糖磷酸途徑和三羧酸循環(huán)在內(nèi)的通用代謝途徑中^{［6，8］}。維生素B除了作為重要的輔酶因子參與生物體基本代謝^［9］、生長發(fā)育以及對非生物脅迫的響應^［10］、植物抗病反應以外^［11］，還具有抗氧化活性，在細胞內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)中具有重要的調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)，維生素B是純態(tài)氧及超氧陰離子有效的清除劑，在強光下，擬南芥（Arabidopsis thaliana）flu突變體會產(chǎn)生純態(tài)氧，導致細胞壞死，而維生素B處理可以消除這種壞死反應^［9］。因此補給外源維生素 B 族物質(zhì)對植物愈傷組織培養(yǎng)極為重要。

植物纖維主要有種子纖維、莖皮纖維、木纖維和維管束纖維。國內(nèi)外學者多數(shù)圍繞不同植物纖維的微觀幾何特征及功能特性展開研究^［12-15］。纖維與流體間相互作用方面，主要圍繞纖維通過毛細管效應進行吸水排濕開展研究，如開發(fā)功能性紡織纖維材料^［16-19］、先進材料表面功能化^［19-20］、仿生樹木毛細管水分傳輸開發(fā)設(shè)計樹狀包心紗、設(shè)計構(gòu)建可控微液流兩性（親水性與疏水性）分子纖維織物等^{［17，21-27］}。傳質(zhì)（Mass Transfer）是化學工程學的概念，屬化學過程工程學的研究領(lǐng)域，是物質(zhì)濃度在體系中不均勻而發(fā)生的質(zhì)量轉(zhuǎn)移過程^［28］。某一組分在兩相（或某一相）中的濃度尚未達到相平衡時，這一組分就會由比平衡濃度高的一相轉(zhuǎn)入濃度低的一相，直至兩相間濃度達到平衡為止，圍繞相關(guān)的固-液、氣-液、液-液等系統(tǒng)之間的傳質(zhì)過程研究報道較多。曹炳陽等^［29］采用分子動力學方法，模擬氬納米液滴在鉑金屬模型固體表面的浸潤，探討了納米結(jié)構(gòu)對流體浸潤性質(zhì)的影響規(guī)律。有人利用中空纖維膜生物反應器進行植物細胞培養(yǎng)^［30］，將植物細胞隔離浸沒在中空纖維膜外的營養(yǎng)液中，屬于液固直供傳質(zhì)系統(tǒng)。目前利用液體在纖維集束的毛細空間中水平浸潤移動轉(zhuǎn)移進行物質(zhì)質(zhì)量傳遞的研究鮮見報道。筆者選擇了14種資源豐富、生產(chǎn)容易、較有代表性植物的莖皮、木材、竹材和秸稈4類纖維，采用自主創(chuàng)制的模擬培養(yǎng)床質(zhì)量傳遞流程的“纖維水平浸潤傳質(zhì)模擬裝置”，結(jié)合HPLC檢測，對16種纖維集束水平浸潤傳質(zhì)MS培養(yǎng)液中維生素B族的效應進行了考察，以期為利用纖維集束進行毛細質(zhì)量傳遞及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試材。

莖皮纖維：小構(gòu)樹（Broussonetia kazinoki S.et Z.）、苧麻［Boehmeria nivea （L.） Gaudich.］；竹材纖維：慈竹（Bambusa emeiensis ‘viridiflavus’）、青皮竹（Bambusa textilis McClure）、毛竹［Phyllostachys heterocycla （Carr.） Mitford cv.Pubescens］；木材纖維：白楊（Populus alba）、馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）、小構(gòu)樹、苧麻；秸稈纖維：荻［Triarrhena sacchariflora （Maxim.） Nakai］、蘆竹（Arundo donax）、五節(jié)芒［Miscanthus floridulus （Labill.） Warb.ex Schum.et L Laut.］、甘蔗（Saccharum officinarum）、小麥（Triticum aestivum L.）、水稻（Oryza sativa）、玉米（Zea mays Linn），均為自制。

1.1.2 試劑。

配制MS培養(yǎng)基試劑：MgSO·7HO、KHPO、KNO、CaCl·2HO、ZnSO·7HO、FeSO·7HO、鹽酸硫胺素（維生素 B）、鹽酸吡哆醇（維生素 B）、甘氨酸、6-芐基腺嘌呤（6-BA，≥99%）、HBO（≥99.5%）、MnSO·HO、NaMoO·2HO（≥99.9%）、CuSO·5HO、EDTA（≥99.99%）、KI（≥99.99%）、萘乙酸（NAA，≥98.0%）均購于 Sigma 公司;煙酸（維生素 B，>99.0%，購于TCI公司）; 2，4-D（≥98.0%，購于aladdin公司）; CoCl·6HO（廣州市金華大化學試劑有限公司）;NHNO、蔗糖（市售食品級）。HPLC檢測用試劑：維生素 B（鹽酸硫胺素）、維生素 B（鹽酸吡哆醇），對照品，HPLC 級，純度≥99%，Sigma 公司；煙酸（維生素 B），對照品，HPLC 級，純度>99%，TCI 公司；乙腈（HPLC 級，美國 TEDIA 試劑有限公司）；庚烷磺酸鈉（TCI 公司）；三乙胺（Adamas 公司）；冰醋酸（Fisher 公司）；蒸餾水自制。

1.1.3 儀器與設(shè)備。

LC-1260高效液相色譜儀（1260無限二極管陣列檢測器，美國安捷倫公司）； Waters Symmetry C分析柱（250 mm ×4.6 mm ×5 μm，美國沃特世公司）；萬分之一天平（ML-204，瑞士梅特勒·托利多公司）；十萬分之一天平（AEG-220，日本島津公司）；紫外可見分光光度計（U-3900，日本日立公司）；水分測定儀（HB43-S，瑞士梅特勒·托利多公司）；哈希便攜式水質(zhì)分析儀（HQ 40 d，美國哈希公司）；全自動立式高壓蒸汽滅菌鍋（廈門致微儀器有限公司）；纖維水平浸潤傳質(zhì)模擬裝置（自主研制），蠕動泵（東京理化器械株式會社）。傳質(zhì)液收集管、量筒、容量瓶等。

1.1.4 改進型MS液體培養(yǎng)基。

大量元素： MgSO·7HO 370 mg/L、 KHPO 170 mg/L、KNO 1 900 mg/L、NHNO 1 650 mg/L、CaCl·2HO 440 mg/L；微量元素： HBO 6.200 mg/L、MnSO·4HO 22.300 mg/L、ZnSO·7HO 8.600 mg/L、NaMoO·2HO 0.250 mg/L、CoCl·6HO 0.025 mg/L、CuSO·5HO 0.025 mg/L、KI 0.830 mg/L；鐵鹽： FeSO·7HO 27.8 mg/L、Na-EDTA 37.3 mg/L；有機成分：肌醇 100.0 mg/L、煙酸 0.5 mg/L、鹽酸吡哆醇（維生素B） 0.5 mg/L、鹽酸硫胺素（維生素B） 0.1 mg/L、甘氨酸 2.0 mg/L；植物生長調(diào)節(jié)劑：6-芐基腺嘌呤（6-BA） 2.8 mg/L、2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D） 1.2 mg/L、萘乙酸（NAA） 4.0 mg/L；碳源：蔗糖 20 000 mg/L。

1.2 試驗方法

1.2.1 植物纖維水平浸潤傳質(zhì)模擬試驗。

1.2.1.1 水平浸潤傳質(zhì)及其基本原理。

水溶液在不受任何外力的作用下沿水平纖維集束浸潤，將水溶性物質(zhì)從纖維集束的一端水帶傳質(zhì)到纖維集束另一端的過程，即為植物纖維集束的水平浸潤傳質(zhì)。其過程為當集束飽和吸滿水溶液后，水平浸潤至末端的水溶液受重力作用不斷形成液滴滴下，驅(qū)動液體表面張力轉(zhuǎn)換為水平毛細浸潤拉力，牽引集束中的毛細水柱形成持續(xù)的毛細微液流，通過定時收集持續(xù)滴落的液滴進行相關(guān)溶質(zhì)物質(zhì)濃度的檢測來對植物纖維水平浸潤傳質(zhì)對相關(guān)溶質(zhì)物質(zhì)濃度的作用效應進行研究。

1.2.1.2 纖維水平浸潤傳質(zhì)模擬裝置及其工作原理。

如圖1所示，模擬簾狀錨固培養(yǎng)生物反應器培養(yǎng)液傳質(zhì)流程的裝置簡稱“纖維水平浸潤傳質(zhì)模擬裝置”，由不銹鋼箱體、培養(yǎng)液入口、液流分散擋板、纖維試樣管（長5.3 cm、內(nèi)徑15 mm、壁厚0.3 mm）、液滴收集管架、液滴收集管架升降控制桿、培養(yǎng)液回收斗、培養(yǎng)液回收瓶、培養(yǎng)液循環(huán)供給系統(tǒng)（蠕動泵、硅膠管等）等組成。

工作原理如圖1a所示，培養(yǎng)液沿箭頭方向在傾斜的液流分散擋板作用下形成均勻的薄層向下自由流動，至末端邊緣垂直向下自由流經(jīng)水平的纖維試樣管的A端伸出的纖維集束，后沿集束中的纖維細胞水平浸潤至B端，當被試纖維集束飽和吸滿培養(yǎng)液形成連續(xù)的毛細水柱后，至B端的培養(yǎng)液受重力作用形成液滴，當重力大于纖維與培養(yǎng)液間的作用力時，液滴即自由滴落入收集管中，定時收集液滴即可獲得所需試樣。

1.2.1.3 植物纖維對煙酸、維生素B、維生素B水平浸潤傳質(zhì)效應的考察。

如圖1所示，將被試植物纖維經(jīng)含水量校正后稱取相同質(zhì)量（W，干重1 g）的纖維各3份，分別捋成整齊的纖維集束，裝進纖維試樣管內(nèi)，纖維集束從試樣管兩端各伸出1.1 cm，然后水平裝入裝置，將“1.1.4”配制的MS培養(yǎng)液注入裝置的培養(yǎng)液儲液瓶中，開啟蠕動泵將培養(yǎng)液泵入裝置的培養(yǎng)液入口，然后按“1.2.1.1”和“1.2.1.2”用樣品收集管收集液滴，每集滿（10.0±0.5） mL為1個檢測樣（低于10.0 mL，樣本量不夠礦質(zhì)成分檢測），記下時間t（i=1，2，…，n），所收集傳質(zhì)液樣用0.45 μm 微孔濾膜過濾，密封冷藏待檢測用。然后采用HPLC對樣液中煙酸、維生素B、維生素B的濃度進行檢測，直至樣品中被測物濃度S（j=1，2，…，n）不再變化即停止收集檢測樣，然后以被檢測物濃度S為縱坐標、t為橫坐標，以i=1時的時間為零點作圖，以考察植物纖維集束對培養(yǎng)液中3個成分的傳質(zhì)效應。

植物纖維集束自 A 端受樣至 B 端全潤濕的過程（圖1），為植物纖維集束水平浸潤傳質(zhì)的初始潤濕階段，需2～14 min，該研究受現(xiàn)有研究手段限制，植物纖維集束對傳質(zhì)液中維生素B族濃度的作用效應僅限于纖維集束 B 端形成液滴滴落后持續(xù)時段內(nèi)的過程，即從植物集束B端第一滴液滴形成并滴入試樣收集瓶中開始，至采樣液滴中煙酸、維生素B的濃度不再變化為止。

1.2.2 煙酸、維生素B、維生素B HPLC 同步檢測方法的建立。

1.2.2.1 檢測波長的確定。以50 μg/mL煙酸、維生素B、維生素B的甲醇標準溶液為樣品，以甲醇為參比，分別在紫外可見光譜儀中采用200～400 nm 紫外光譜進行掃描檢測，光譜圖顯示（圖2），3種物質(zhì)在270 nm 處的吸光度較好，且與樣品 HPLC 檢測圖譜相互驗證，在該檢測波長下雜峰最少，故確定270 nm 作為 HPLC 法的檢測波長。

1.2.2.2 等度洗脫方法的建立。

為一次進樣能同時檢測煙酸、維生素B、維生素B的濃度，參照程民^［31］的HPLC方法，改進了流動相洗脫體系庚烷磺酸鈉溶液-乙腈的配比，使3種物質(zhì)分離，最終色譜檢測條件如下：色譜柱為 Waters Symmetry C（250 mm ×4.6 mm×5 μm ）；柱溫30 ℃，流速為0.5 mL/min，DAD 紫外檢測器，檢測波長為270 nm，進樣量為20 μL；流動相采用庚烷磺酸鈉溶液∶乙腈=90∶10（V∶V）等度洗脫。時間約20 min。

1.2.2.3 對照品標準溶液的配制。

用感量為0.01 mg 半微量天平分別準確稱取煙酸、維生素B、維生素B對照品各0.005 g 置于3個100 mL 容量瓶中，用流動相（庚烷磺酸鈉溶液∶乙腈=90∶10）溶解并分別定容至100 mL，得濃度為50 μg/mL 的3種物質(zhì)的標準溶液，置于冰箱中冷藏備用。

1.2.2.4 線性關(guān)系考察。精確吸取煙酸、維生素B、維生素B 3種對照品標準溶液各0.08、0.10、0.20、0.40、0.80、1.00 mL 分別置于6個10 mL 容量瓶中，用流動相（庚烷磺酸鈉溶液∶乙腈=90∶10）定容至10 mL，配制成濃度梯度為0.4、0.5、1.0、2.0、4.0、5.0 μg/mL的3種對照品的混合標準溶液，用0.45 μm 濾膜過濾，按“1.2.2.2”所得色譜條件進樣檢測，每個樣檢測3次，然后以3次檢測的平均峰面積Y（煙酸）、Y（維生素B）、Y（維生素B）為函數(shù)，以3次檢測的平均質(zhì)量濃度X（煙酸）、X（維生素B）、X（維生素B）為自變量進行線性回歸分析（圖3），得到回歸方程：Y=53.05X-0.85（R²=0.999 6）、Y=30.08X+1.03（R²=0.999 8）、Y=61.36X+2.19（R²=0.999 9）。經(jīng)線性回歸分析檢驗表明，煙堿、維生素B、維生素B在0.4～5.0 μg/mL具有良好線性關(guān)系。

1.2.2.5 精密度試驗。

以任意濃度的煙酸、維生素B、維生素B對照品標準液進行重復進樣檢測，色譜條件同“1.2.2.2”，進樣量20 μL，重復進樣6次，測定峰面積，根據(jù)峰面積和線性回歸方程分析計算得到煙酸、維生素B、維生素B濃度的RSD 分別為1.52%、1.92%和2.22%（表1），均符合精密度要求。

1.2.2.6 穩(wěn)定性試驗。

選擇任意濃度的煙酸、維生素B、維生素B對照品標準液，按“1.2.2.2”色譜條件，每間隔3 h進樣一次，重復進樣6次，每次進樣量20 μL，測定峰面積，根據(jù)所得的峰面積和線性回歸方程分析計算得出煙酸、維生素B、維生素B濃度。結(jié)果顯示（表2），煙酸、維生素B、維生素B濃度的RSD 分別為1.33%、1.00%和1.53%，說明儀器和供試品在18 h內(nèi)穩(wěn)定性均較好。

1.2.2.7 重復性試驗。

取5份按“1.1.4”配制的 MS 培養(yǎng)基溶液，用 0.45 μm 微孔濾膜過濾至試管中制備成供試樣品溶液，然后按照“1.2.2.2”色譜條件進樣檢測，進樣量為20 μL，根據(jù)所測得樣品中煙酸、維生素B、維生素B的峰面積和標準曲線回歸方程，分別計算出樣品中3種成分的濃度。統(tǒng)計分析結(jié)果顯示（表3），樣品中煙酸濃度的RSD 為3.52%、維生素B濃度的RSD為4.86%、維生素B濃度的RSD為0（維生素B因其在 MS 液體培養(yǎng)基中濃度太低，未能得到有效的檢測數(shù)據(jù)，所以只進行了 HPLC 法建立）。結(jié)果表明重復性均較好。

1.2.2.8 含量測定。

按“1.2.2.2”色譜條件進樣檢測，根據(jù)所測得的色譜峰面積和標準曲線回歸方程計算出樣品中煙酸、維生素B、維生素B的濃度。

1.2.2.9 對照品與樣品的 HPLC 檢測圖譜。

配制10 μg/mL的3種物質(zhì)（煙酸、維生素B、維生素B）對照品標準混合溶液（流動相溶解定容），準確吸取對照品標準混合溶液和樣品溶液各 20 μL，按照“1.2.2.2”色譜條件，分別手動進樣檢測，色譜圖（圖4）顯示，樣品溶液與對照品標準溶液中煙酸、維生素B、維生素B的出峰保留時間（5.3、10.0、16.6 min）相吻合，吸收峰明顯，證明該方法可行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類植物纖維集束水平浸潤傳質(zhì)煙酸的效應

圖5顯示，14種植物的4類纖維集束在水平浸潤傳質(zhì)MS培養(yǎng)液過程中，具有升降煙酸濃度的作用效應，且均表現(xiàn)在纖維集束飽和吸液后較為短暫的時段內(nèi)（表4）。慈竹、青皮竹竹材纖維集束的作用效應最為顯著，濃度為0.02～2.58 μg/mL，苧麻莖皮纖維集束導致的升幅最大，濃度高達3.17 μg/mL，比原濃度高5倍多，且持續(xù)時間較長，達72 min，其次是小構(gòu)樹莖皮、青皮竹竹材和蘆竹秸稈纖維集束，比原濃度高3倍多，但持續(xù)時間較短，蘆竹秸稈纖維最短，為42 min。白楊木材纖維集束對煙酸濃度影響較小，但持續(xù)時間最長，達84 min。所有纖維對煙酸濃度的作用效應均持續(xù)在42～84 min，之后均回歸至接近原濃度。

2.2 不同種類植物纖維集束水平浸潤傳質(zhì)維生素B的效應

從圖5和表4可以看出，14種植物的4類纖維集束水平浸潤傳質(zhì)對MS培養(yǎng)液中維生素B濃度的作用效應具有較明顯的種類間差異，其中莖皮纖維集束的作用效應最明顯，持續(xù)時間最長。苧麻莖皮纖維集束水平浸潤傳質(zhì)液中維生素B濃度較原液高出2倍多，為1.38 mg/L，且持續(xù)時間比小構(gòu)樹莖皮纖維長，為56 min；竹材纖維集束則導致維生素B濃度出現(xiàn)升降波動現(xiàn)象，青皮竹、毛竹竹材纖維集束出現(xiàn)了0濃度點，毛竹纖維集束卻使維生素B濃度升高至0.78 mg/L，持續(xù)時間最長，達73 min，慈竹纖維集束對維生素B濃度的影響較弱；甘蔗渣纖維集束導致傳質(zhì)液中維生素B濃度降至0.17 mg/L，其他植物纖維集束對維生素B濃度的作用效應均較小，且持續(xù)時間均在纖維集束飽和吸液后的17～73 min，之后均恢復至接近原液濃度。

維生素B在MS培養(yǎng)液中濃度太低，受儀器靈敏度限制，利用HPLC法未能檢出。

根據(jù)上述結(jié)果，由14種植物的4類纖維制作的纖維集束對水平浸潤傳質(zhì)MS培養(yǎng)液中煙酸、維生素B濃度的作用效應均較小，持續(xù)時間均在84 min以內(nèi)，且存在纖維種類間的差異，秸稈和木材纖維的作用效應弱于莖皮和竹材纖維。相對從接種到生長平衡需月余的培養(yǎng)周期，該作用的效應可以忽略，因此該差異是否代表植物纖維作為植物愈傷組織培養(yǎng)附著基質(zhì)的優(yōu)劣尚需進一步的培養(yǎng)應用驗證。

3 結(jié)論

為了建立簾狀錨固培養(yǎng)生物反應器支持植物愈傷組織附著錨固最佳纖維篩選的方法，確立篩選最佳纖維種類的考察因素，該研究采用HPLC檢測和自主創(chuàng)制的“纖維水平浸潤傳質(zhì)模擬裝置”，選擇14種具代表性植物的莖皮、木材、竹材、秸稈纖維制成16種纖維集束，進行了水平浸潤傳質(zhì)MS培養(yǎng)液的試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，16種纖維集束均具有短時升降MS培養(yǎng)液中煙酸、維生素B濃度作用效應，慈竹、青皮竹竹材纖維集束中煙酸濃度的升降較明顯，為0.02～2.58 μg/mL；苧麻莖皮纖維集束中煙酸濃度的升幅最高，達3.17 μg/mL，是原濃度的5倍多；青皮竹、毛竹竹材纖維集束傳質(zhì)液中維生素B濃度出現(xiàn)了下降至0點的效應，苧麻莖皮纖維集束中出現(xiàn)較原濃度升高2倍的高點，其他種類纖維集束中3種維生素的濃度升降較??；秸稈和木材纖維的作用效應弱于莖皮和竹材纖維，但在有限的傳質(zhì)距離（5.3 cm）內(nèi)，效應持續(xù)時間均未超過84 min，在培養(yǎng)床內(nèi)的實際傳質(zhì)距離（約0.5 cm）遠短于該試驗裝置的距離，故該效應持續(xù)的時間還會更短。因此，利用植物纖維作為植物愈傷組織培養(yǎng)的支持基質(zhì)并進行營養(yǎng)液中溶質(zhì)物質(zhì)的質(zhì)量傳遞應該可行，但相關(guān)的基礎(chǔ)研究如傳質(zhì)速率、傳質(zhì)模型的建立、纖維的耐受性、傳質(zhì)其他營養(yǎng)成分的效應及其機制等，均需進一步研究。

參考文獻

［1］ LUCYSZYN N，QUOIRIN M，KOEHLER H S，et al.Agar/galactomannan blends for strawberry （Fragaria×ananassa Duchesne） cv.Pelican micropropagation［J］.Scientia horticulturae，2006，107（4）：358-364.

［2］ SCHOLTEN H J，PIERIK R L M.Agar as a gelling agent：Differential biological effects in vitro［J］.Scientia horticulturae，1998，77（1/2）：109-116.

［3］ LEE T J，ZOBAYED S，F(xiàn)IRMANI F，et al.A novel automated transplanting system for plant tissue culture［J］.Biosystems engineering，2019，181：63-72.

［4］ BHATIA S，SHARMA K，DAHIYA R，et al.Modern applications of plant biotechnology in pharmaceutical sciences［M］.Massachusetts：Academic Press，2015：31-107.

［5］ 杜亞填.一種簾狀錨固培養(yǎng)生物反應器及利用該反應器進行植物細胞、組織或器官培養(yǎng)的方法：CN20071003515.63［P］.2010-12-29.

［6］ DAWSON R F，CHRISTMAN D R，BYERRUM R U.Biosynthesis of nicotinic acid in plants and microbes［J］.Methods in enzymology，1971，18：90-113.

［7］ HILL R E，HIMMELDIRK K，KENNEDY I A，et al.The biogenetic anatomy of vitamin B6［J］.Journal of biological chemistry，1996，271（48）：30426-30435.

［8］ GOYER A.Thiamine in plants：Aspects of its metabolism and functions［J］.Phytochemistry，2010，71（14/15）：1615-1624.

［9］ DANON A，MIERSCH O，F(xiàn)ELIX G，et al.Concurrent activation of cell death-regulating signaling pathways by singlet oxygen in Arabidopsis thaliana［J］.The plant journal，2005，41（1）：68-80.

［10］ CHEN H，XIONG L M.Pyridoxine is required for post-embryonic root development and tolerance to osmotic and oxidative stresses［J］.Plant journal，2005，44（3）：396-408.

［11］ RISTIL?M，STRID H，ERIKSSON L A，et al.The role of the pyridoxine （vitamin B6） biosynthesis enzyme PDX1 in ultraviolet-B radiation responses in plants［J］.Plant physiology and biochemistry，2011，49（3）：284-292.

［12］ CARR D J，CRUTHERS N M，LAING R M，et al.Fibers from three cultivars of New Zealand flax （Phormium tenax）［J］.Textile research journal，2005，75（2）：93-98.

［13］ MURAILLE L，AGUIé-BéGHIN V，CHABBERT B，et al.Bioinspired lignocellulosic films to understand the mechanical properties of lignified plant cell walls at nanoscale［J］.Scientific reports，2017，7：1-11.

［14］ LIU M，F(xiàn)ERNANDO D，DANIEL G，et al.Effect of harvest time and field retting duration on the chemical composition，morphology and mechanical properties of hemp fibers［J］.Industrial crops and products，2015，69：29-39.

［15］ ILANGOVAN M，GUNA V，HU C Y，et al.Curcuma longa L.plant residue as a source for natural cellulose fibers with antimicrobial activity［J］.Industrial crops and products，2018，112：556-560.

［16］ BABAR A A，MIAO D，ALI N，et al.Breathable and colorful cellulose acetate-based nanofibrous membranes for directional moisture transport［J］.ACS applied materials & interfaces，2018，10（26）：22866-22875.

［17］ MAO N，PENG H，QUAN Z Z，et al.Wettability control in tree structure-based 1D fiber assemblies for moisture wicking functionality［J］.ACS applied materials & interfaces，2019，11（47）：44682-44690.

［18］ BAI H，JU J，ZHENG Y M，et al.Functional fibers with unique wettability inspired by spider silks［J］.Advanced materials，2012，24（20）：2786-2791.

［19］ FANGUEIRO R，F(xiàn)ILGUEIRAS A，SOUTINHO F，et al.Wicking behavior and drying capability of functional knitted fabrics［J］.Textile research journal，2010，80（15）：1522-1530.

［20］ ZHAO Y，WANG H X，ZHOU H，et al.Directional fluid transport in thin porous materials and its functional applications［J］.Small，2017，13（4）：1-22.

［21］ OWENS T L，LEISEN J，BECKHAM H W，et al.Control of microfluidic flow in amphiphilic fabrics［J］.ACS applied materials & interfaces，2011，3（10）：3796-3803.

［22］ TIAN X L，JIN H，SAINIO J，et al.Droplet and fluid gating by biomimetic janus membranes［J］.Advanced functional materials，2014，24（38）：6023-6028.

［23］ MAZLOUMPOUR M，RAHMANI F，ANSARI N，et al.Study of wicking behavior of water on woven fabric using magnetic induction technique［J］.The journal of the textile institute，2011，102（7）：559-567.

［24］ MEKHITARIAN L，SOBAC B，DEHAECK S，et al.Evaporation dynamics of completely wetting drops on geometrically textured surfaces［J］.EPL，2017，120（1）：1-8.

［25］ GRIFFITH L G，SWARTZ M A.Capturing complex 3D tissue physiology in vitro［J］.Nature reviews molecular cell biology，2006，7：211-224.

［26］ KRISHNAN S R，BAL J，PUTNAM S A.A simple analytic model for predicting the wicking velocity in micropillar arrays［J］.Scientific reports，2019，9：1-9.

［27］ ZHANG Y，WANG H P，CHEN Y H.Capillary effect of hydrophobic polyester fiber bundles with noncircular cross section［J］.Journal of applied polymer science，2006，102（2）：1405-1412.

［28］ 陳智杰.微藻培養(yǎng)體系光傳遞與氣液傳質(zhì)現(xiàn)象研究［D］.北京：北京科技大學，2017.

［29］ 曹炳陽，陳民，過增元.納米結(jié)構(gòu)表面浸潤性質(zhì)的分子動力學研究［J］.高等學?；瘜W學報，2005，26（2）：277-280.

［30］ 黃艷，趙德修，李佐虎.利用生物反應器培養(yǎng)植物細胞的研究進展（Ⅱ）［J］.植物學通報，2001，18（6）：665-671.

［31］ 程民.高效液相色譜法測定小兒復方四維亞鐵散中維生素 B1、B6 和煙酸的含量［J］.安徽醫(yī)藥，2011，15（6）：701-702.