熱纖梭菌及纖維小體降解結(jié)晶纖維素超微結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、木質(zhì)纖維素占綠色植物干重的35％-50％，它是地球上分布最廣、含量最豐富的碳水化合物，其合成降解過(guò)程是自然界碳素循環(huán)的中心環(huán)節(jié)。通過(guò)酶學(xué)技術(shù)可以將木質(zhì)纖維素降解轉(zhuǎn)化形成可溶性糖及生物化學(xué)產(chǎn)品，因此這對(duì)于解決目前世界能源危機(jī)、環(huán)境污染等問(wèn)題具有十分重要的意義。但是高等植物細(xì)胞壁在進(jìn)化過(guò)程中形成的木質(zhì)纖維素成分復(fù)雜包括纖維素、半纖維素以及果膠等難降解物質(zhì)，除此之外，核心構(gòu)架的纖維素是由β-1-4糖苷鍵連接而成的超分子化合物，這種高分子化合物

2、在構(gòu)成植物細(xì)胞壁過(guò)程中通過(guò)氫鍵、范德華力等作用力形成了多級(jí)高度結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這種高度結(jié)晶結(jié)構(gòu)不容許微生物及酶分子在糖鏈之間或者是內(nèi)部自由擴(kuò)散，我們將植物與植物材料抵抗微生物及酶降解的各種特性統(tǒng)稱(chēng)為“生物質(zhì)抗降解屏障(biomass recalcitrance)”[1]，纖維素的酶解速率較低還有一個(gè)重要原因是纖維素酶是以特定的方向、特定的接觸面對(duì)纖維素底物進(jìn)行降解，這一過(guò)程是一個(gè)非均質(zhì)的逐層降解過(guò)程。
　　基于以上纖維素降解過(guò)程中的問(wèn)題

3、，本研究從不同于傳統(tǒng)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的底物出發(fā)，借助于宏觀整體測(cè)定手段對(duì)熱纖梭菌(Clostridium thermocellum)以及纖維小體降解結(jié)晶纖維素在整體上測(cè)定反應(yīng)纖維素結(jié)構(gòu)的各個(gè)參量，除此之外，我們通過(guò)超微手段對(duì)熱纖梭菌以及纖維小體降解結(jié)晶纖維素進(jìn)行觀察、分析比較，試圖解釋熱纖梭菌以及纖維小體高效降解結(jié)晶纖維素機(jī)制。研究中取得一下成果:
　　通過(guò)掃描電子顯微鏡以及原子力顯微鏡對(duì)熱纖梭菌降解結(jié)晶纖維素進(jìn)行更進(jìn)一步觀察分析，能

4、夠觀察到熱纖梭菌依附于結(jié)晶纖維素對(duì)其進(jìn)行降解，發(fā)現(xiàn)降解過(guò)程中能夠形成明顯溝壑形貌，并且對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性、定量分析，初步總結(jié)熱纖梭菌降解結(jié)晶纖維素作用模式。
　　通過(guò)學(xué)習(xí)、純化得到熱纖梭菌產(chǎn)纖維小體，為實(shí)驗(yàn)室建立纖維小體純化平臺(tái)，并從熱纖梭菌培養(yǎng)碳源、培養(yǎng)時(shí)間以及纖維小體最適溫度、pH優(yōu)化得到纖維小體活性較高的綜合條件。纖維小體降解Whatman No.1濾紙及結(jié)晶纖維素PH105，通過(guò)還原糖測(cè)定纖維小體對(duì)結(jié)晶纖維素轉(zhuǎn)化率，采用宏觀

5、實(shí)驗(yàn)手段對(duì)不同時(shí)間梯度的降解底物進(jìn)行整體測(cè)定，通過(guò)紅外吸收及XRD實(shí)驗(yàn)表明底物成分以及結(jié)晶度變化，結(jié)合切片技術(shù)借助于掃描電子顯微鏡以及原子力顯微鏡超微手段對(duì)纖維小體降解結(jié)晶纖維素進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)纖維小體從外到內(nèi)首先對(duì)無(wú)定型纖維素或者是較小的結(jié)晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐層降解，微纖絲在會(huì)發(fā)生重排但是沒(méi)有出現(xiàn)整根微纖絲斷裂的現(xiàn)象。
　　通過(guò)比較分析對(duì)照Whatman No.1濾紙、纖維小體以及熱纖梭菌降解Whatman No.1濾紙3D圖示、表面積以