樺褐孔菌對秸稈的降解效率和降解模式研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、木質(zhì)纖維素是地球上主要的可再生生物資源,由木質(zhì)素、半纖維素和纖維素構成但目前木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的利用率極低,這主要是由于木質(zhì)素包裹纖維素和半纖維素因而難以被降解。
  白腐菌是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一類能直接降解木質(zhì)纖維素的真菌,在生物預處理木質(zhì)纖維素中具有非常高的價值。雖然國內(nèi)外近年來就如何提高某些種類白腐菌降解木質(zhì)纖維素的效率、轉化率、降解酶產(chǎn)生進行研究,但是白腐菌的選擇性降解還處于研究階段,對其他白腐菌如樺褐孔菌(Inonotus o

2、bliquus)在自然界中和液體深層培養(yǎng)中對木質(zhì)纖維素的降解模式、降解效率和降解酶的研究仍是空白。
  本論文研究了液體發(fā)酵樺褐孔菌對不同類型的木質(zhì)纖維素材料(麥稈、稻稈、玉米秸桿)的降解效率和降解模式,旨在發(fā)現(xiàn)新的高效降解和選擇性降解木質(zhì)素的白腐菌。本論文采用van soest化學分析法對木質(zhì)纖維素材料在發(fā)酵過程中的木質(zhì)素、半纖維素、纖維素的動態(tài)降解率進行分析,利用傅立葉紅外光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XR

3、D)對木質(zhì)纖維素降解過程中的化學結構、表面結構以及結晶度進行了表征,并研究了樺褐孔菌液體發(fā)酵體系中木質(zhì)纖維素降解酶的動態(tài)產(chǎn)生以及與木質(zhì)纖維素降解效率之間的關系。
  本論文研究目標:
  1、探明不同類型秸稈木質(zhì)纖維素的液體發(fā)酵樺褐孔菌降解模式和異質(zhì)性,明確樺褐孔菌選擇性降解作用和酶學機理;
  2、探明不同類型秸稈木質(zhì)纖維素誘導的液體發(fā)酵樺褐孔菌木質(zhì)纖維素降解酶系(木質(zhì)素降解酶、半纖維素降解酶、纖維素降解酶)的主要組

4、成和產(chǎn)生規(guī)律。
  結果表明:
  1、三種木質(zhì)纖維素材料均能促進樺褐孔菌菌絲體的生長,且效果非常顯著。麥稈、稻稈、玉米秸稈在第8天的促進率最大分別為20.1%,9.7%,6.9%。這可能是由于樺褐孔菌能夠降解木質(zhì)纖維素中的纖維素、半纖維素并作為碳源營養(yǎng)物質(zhì),進而促進菌絲體的生長。
  2、樺褐孔菌在發(fā)酵前期對麥稈木質(zhì)素的降解具有選擇性,對稻稈、玉米秸稈木質(zhì)纖維素的降解不具有選擇性。發(fā)酵12天后樺褐孔菌對麥稈、稻稈、玉

5、米秸稈中木質(zhì)素的降解率分別達到72.0%,38.9%,47.1%;半纖維素的降解率分別達到46.1%,43.8%,39.1%;纖維素的降解分別達到55.5%,45.6%,54.6%。樺褐孔菌對于初始木質(zhì)素含量在15%左右的麥稈木質(zhì)纖維素,具有很強的選擇性,而對于初始木質(zhì)素含量高于18%的玉米秸稈,推測由于木質(zhì)素含量的升高,樺褐孔菌降解木質(zhì)素的能力有限進而導致選擇性降解木質(zhì)素不強。對于初始木質(zhì)素含量低于12%的稻桿,由于木質(zhì)素的含量相對偏

6、低進而木質(zhì)素的存在不會影響纖維素和半纖維的降解,因此對木質(zhì)素的降解也比較低。
  3、FTIR通過木質(zhì)纖維素特征峰的比值確定樺褐孔菌對三種木質(zhì)纖維素中各組分的降解速率,進一步確定樺褐孔菌對麥稈具有選擇性降解木質(zhì)素,而對稻桿、玉米秸稈屬于同步降解。XRD結果顯示隨著發(fā)酵進程,稻稈、麥稈、玉米秸稈木質(zhì)纖維素的結晶度呈現(xiàn)一定程度的下降,說明液體樺褐孔菌能降解木質(zhì)纖維素材料中纖維素的結晶區(qū),這將有利于纖維素的進一步降解利用。其中麥稈、稻桿

7、、玉米秸稈纖維素結晶度分別從46.1%降至34%、49.6%降至36%、51.2%降至46.6%。SEM結果顯示麥稈、稻稈、玉米秸稈木質(zhì)纖維素在樺褐孔菌液體發(fā)酵6天后,表面都出現(xiàn)各種裂縫、孔洞、斷層等降解區(qū)域。由于樺褐孔菌對麥稈木質(zhì)纖維素在發(fā)酵前期具有選擇性降解木質(zhì)素,本實驗對麥稈每處理2天進行SEM分析發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵2天發(fā)現(xiàn)麥稈表面出現(xiàn)小孔并出現(xiàn)了空洞,進一步驗證樺褐孔菌木質(zhì)素對麥稈選擇性降解木質(zhì)素。
  4、在12天發(fā)酵處理過程中

8、,系統(tǒng)研究樺褐孔菌發(fā)酵處理麥稈、稻桿、玉米秸稈三種不同類型的秸稈木質(zhì)纖維素分泌木質(zhì)素降解酶、纖維素降解酶、半纖維素降解酶產(chǎn)酶規(guī)律。其中添加麥稈發(fā)酵樺褐孔菌木質(zhì)素降解酶LiP和MnP酶活均高于添加稻稈和添加玉米秸稈酶活,分別比添加稻稈和添加玉米秸稈酶活LiP和MnP增加了31%,88%和121%,131%;纖維素降解酶中添加麥稈、稻桿CMC酶和FPA酶活均比添加玉米秸稈要高,添加麥稈和稻桿最高酶活分別是添加玉米秸稈CMC和FPA酶活的1.

9、2、1.2倍和1.6、1.5倍。樺褐孔菌產(chǎn)β-Glucosidase在整個處理階段酶活都比較高,其中添加麥稈的β-Glucosidase也明顯高于添加稻桿和玉米秸稈;半纖維素降解酶添加麥稈、稻桿、玉米秸稈的大致趨勢基本相同。結果表明:木質(zhì)纖維素各組分的降解率與樺褐孔菌分泌木質(zhì)素降解酶、纖維素降解酶、半纖維素降解酶產(chǎn)生的強度有一定程度的影響,但添加不同類型秸稈木質(zhì)纖維素對產(chǎn)生各類降解酶產(chǎn)生時間影響不大。木質(zhì)素降解酶LiP和MnP在發(fā)酵處理

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