简青霉对稻草秸秆降解条件最优化和机理研究

【摘要】：秸秆是全球含量最大的可再生清洁资源，这种丰富而廉价的资源由于秸秆分布零散、体积大、收集运输成本高以及综合利用经济性差等原因无法得到很好的利用，大量被浪费。近年生物法降解秸秆以其能耗小、成本低、无污染等优点越来越受到关注。真菌对秸秆的降解主要是通过分泌纤维素酶、半纤维素酶和木质素降解酶来对秸秆中的纤维和木质素结构进行水解和氧化作用，这些酶的酶活性可以用来衡量真菌对秸秆的降解能力。本文采用简青霉来对稻草秸秆进行降解，为了更好的模拟在现实中秸秆的生物降解过程，实验中以秸秆作为唯一碳源、氮源，只加入Mandel’s无机盐营养液进行固态发酵。对降解过程中纤维素酶、半纤维素酶和木质素降解酶的酶活性变化和纤维、木质素的降解效果进行分析，得到简青霉降解稻草秸秆时先对纤维素和半纤维素降解，木质素的降解相比较后期，而且木质素降解酶对木质素降解的作用有滞后性。为了能够达到最优的降解效果，本文通过三因素三水平实验对简青霉降解稻草秸秆的培养条件进行了优化，得到在最优培养条件是温度40℃、含水率80%、pH值8。 本文还通过对降解不同天数的秸秆进行红外光谱分析、环境扫描电镜分析和洗脱液的GC-MS分析来探索简青霉对稻草秸秆的降解机理，将这三种检测方法的结果综合分析可得简青霉对稻草秸秆降解的大致过程是先对表面蜡质和纤维素、半纤维素进行降解，对木质素进行侧链氧化和甲基化；然后木质素中的苯环被解链，并得到进一步降解。同时结合分析可以得到秸秆表面的硅结构的裸露程度可以作为秸秆降解程度的一个表征。此外，我们还发现碱木质素可以诱导简青霉提高木质素降解酶的产量，且对于LiP、MnP和Lac有不同的诱导效果。与愈创木酚和吐温80等常用诱导剂的对比发现，在适当的浓度下碱木质素的诱导效果要优于愈创木酚和吐温80。 【关键词】：简青霉 稻草秸秆 降解 培养条件优化 降解机理 诱导
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 插图索引11-12
• 附表索引12-13
• 第1章 绪言13-28
• 1.1 秸秆资源简介13-15
• 1.1.1 秸秆资源现状及组成13-14
• 1.1.2 秸秆降解意义和趋势14-15
• 1.2 秸秆生物降解15-24
• 1.2.1 降解秸秆的微生物16-17
• 1.2.2 秸秆主要结构17-18
• 1.2.3 木质素降解酶系18-22
• 1.2.4 纤维素降解酶系22
• 1.2.5 半纤维素降解酶系22-23
• 1.2.6 木质素降解过程23-24
• 1.2.7 降解方法的改进24
• 1.3 添加剂对真菌产木质素降解酶的作用24-26
• 1.3.1 表面活性剂对木质素诱导酶的作用25
• 1.3.2 诱导剂对木质素降解酶的诱导作用25-26
• 1.4 简青霉降解秸秆研究进展26-27
• 1.4.1 简青霉生物学背景26
• 1.4.2 简青霉应用26-27
• 1.5 课题思路提出与设计27-28
• 第2章 简青霉降解稻草秸秆条件最优化28-43
• 2.1 前言28
• 2.2 实验材料、设备与方法28-33
• 2.2.1 主要设备28-29
• 2.2.2 主要原料29
• 2.2.3 生长曲线测定29
• 2.2.4 发酵方法29-30
• 2.2.5 生化参数的测定30-32
• 2.2.6 理化参数的测定32-33
• 2.3 结果分析33-41
• 2.3.1 简青霉的生长曲线33-34
• 2.3.2 固态发酵时纤维素酶和半纤维素酶34
• 2.3.3 固态发酵时木质素降解酶系的酶活性情况34-36
• 2.3.4 固态发酵时秸秆的降解情况36-38
• 2.3.5 正交实验结果直观分析38
• 2.3.6 正交实验中各因素极差分析38-39
• 2.3.7 三因素三水平作用趋势图39-41
• 2.3.8 最佳实验条件验证41
• 2.4 本章小结41-43
• 第3章 简青霉降解稻草秸秆机理分析43-53
• 3.1 前言43
• 3.2 实验材料和方法43-44
• 3.2.1 主要设备43
• 3.2.2 主要原料43
• 3.2.3 秸秆固态发酵43-44
• 3.2.4 降解后性质的测定方法44
• 3.3 结果分析44-51
• 3.3.1 红外光谱结果分析44-46
• 3.3.2 气质联用结果分析46-50
• 3.3.3 环境扫描电镜结果分析50-51
• 3.3.4 综合分析51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 诱导剂对简青霉产木质素降解酶的影响53-60
• 4.1 前言53
• 4.2 实验材料和方法53-55
• 4.2.1 主要设备53-54
• 4.2.2 主要原料54
• 4.2.3 木质素的诱导效果及最佳浓度确定54
• 4.2.4 诱导剂的诱导效果的比较54-55
• 4.3 结果分析55-58
• 4.3.1 碱木质素诱导作用及最佳浓度分析55-56
• 4.3.2 不同诱导剂诱导效果对比56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-69
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录69-70
• 附录B 攻读硕士学位期间已撰写投稿在审的学术论文70-71
• 致谢71

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