生物質(zhì)白腐菌改性與抗性變化的關(guān)系研究.pdf

1、由于能源危機日益嚴(yán)重，利用木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)獲取生物基產(chǎn)品成為研究熱點。通過纖維素酶水解反應(yīng)從生物質(zhì)中得到發(fā)酵底物——糖類是獲取生物基產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是在天然木質(zhì)纖維素中，纖維素的低可及度與結(jié)晶性、木質(zhì)素與半纖維素的屏障效應(yīng)、木質(zhì)素對纖維素酶的非有效吸附、酶的吸附與解吸附、反應(yīng)過程的非均相性等諸多因素導(dǎo)致生物質(zhì)對纖維素酶水解具有很強的抗性，成為生物質(zhì)有效利用的瓶頸。預(yù)處理是減弱抗性，有效釋放酶水解底物，提高生物質(zhì)利用效率的重要途徑。諸

2、多白腐菌對木質(zhì)素具有強降解能力的特性為生物預(yù)處理技術(shù)發(fā)展開辟了新空間。因此，本論文以建立生物質(zhì)白腐菌改性體系及明確其與抗性變化的內(nèi)在聯(lián)系及作用規(guī)律為主要內(nèi)容進行研究。主要研究結(jié)果如下：
　　 以玉米秸稈、稻草、竹粉三種生物質(zhì)為原料，研究了來自神農(nóng)架自然保護區(qū)典型生境的33 株擔(dān)子菌對生物質(zhì)改性的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同生物學(xué)屬性的擔(dān)子菌對生物質(zhì)的改性效果差異顯著，不同擔(dān)子菌菌株與生物質(zhì)類型之間需要組配。適合玉米秸稈、稻草、竹粉三種生物

3、質(zhì)的菌株依次為菌株CD2、Pleurotus sp. 4號、Coriolusversicolor。通過改變擔(dān)子菌降解環(huán)境與條件可優(yōu)化改性效果，與其它組合及對照相比，菌株CD2 改性玉米秸稈效果顯著，改性后玉米秸稈疏松、顏色變淺。纖維素酶酶解后糖化率高達62.0%，比未處理的玉米秸稈原料提高231.6%，由此建立了具有應(yīng)用前景和研究價值的“CD2-玉米秸稈”固體發(fā)酵改性體系。對菌株CD2 進行分子鑒定，確定其分類地位為：擔(dān)子菌門、傘菌亞門

4、、傘菌綱、多孔菌目（無褶菌目）、齒耳菌科、耙菌屬Irpex lacteus。該菌株在PDA與玉米秸稈基質(zhì)上最適生長溫度不同，分別為30℃與28℃。
　　 在不同降解階段，I.Lacteus CD2 通過對木質(zhì)纖維素不同組分的選擇性降解對玉米秸稈進行改性、腐朽。早期選擇性降解半纖維素，中期選擇性降解與修飾木質(zhì)素，后期同步降解三種木質(zhì)纖維素組分。改性與腐朽過程中木質(zhì)纖維素超分子官能團發(fā)生變化的主要類型為醚鍵水解轉(zhuǎn)化、脫甲基、開環(huán)降解

5、等。對腐朽過程中木質(zhì)素降解酶活性及胞外酶液鐵還原能力研究表明：腐朽早、中期未分泌胞外木質(zhì)素降解酶，但具有鐵還原能力，后期胞外濾液具有較低的LiP酶活性。另外，該菌株具有胞壁漆酶。木質(zhì)素選擇性迅速降解時期無胞外木質(zhì)素降解酶活性，表明I.Lacteus CD2降解木質(zhì)素具有非胞外木質(zhì)素降解酶主導(dǎo)的特殊機制。
　　 為明確I.Lacteus CD2 改性玉米秸稈后酶解糖化率顯著提高的基質(zhì)特征，對不同處理后的玉米秸稈樣品進行酶解反應(yīng)過程

6、動力學(xué)與酶解負(fù)荷動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，基于Bailey模型提出的“轉(zhuǎn)化率-酶負(fù)荷”公式能夠很好地描述轉(zhuǎn)化率隨酶負(fù)荷的變化規(guī)律，擬合參數(shù)最大轉(zhuǎn)化率P1可用于表征生物質(zhì)底物酶解轉(zhuǎn)化的潛力。以生物質(zhì)中不能被轉(zhuǎn)化的能源底物的比例定義酶解抗性，依托P1建立了生物質(zhì)酶解抗性的定量評價方法。量化的酶解抗性與I. Lacteus CD2 預(yù)處理后玉米秸稈糖化率呈負(fù)相關(guān)，說明該定量指標(biāo)能夠科學(xué)、全面地表征生物質(zhì)酶解的基質(zhì)特征。
　　 進一步通過組分測定

7、、XRD、N2 吸附法、ESEM等手段，從I. Lacteus CD2 改性過程中木質(zhì)素修飾與含量變化、半纖維素含量變化等化學(xué)障礙解除，結(jié)晶度、比表面積、孔徑分布、表面微觀結(jié)構(gòu)等物理屏障變化等多個角度，研究了I. Lacteus CD2降低玉米秸稈酶解抗性的機制。結(jié)果表明：多種因素共同促使I. Lacteus CD2降低酶解抗性，包括木質(zhì)素修飾、降解，半纖維素含量降低，比表面積、孔隙度增加，菌絲對植物組織的穿透及細胞壁的腐蝕。其中，酸不