樺褐孔菌對(duì)秸稈的降解效率和降解模式研究.pdf

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(gòu)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(yù)處理木質(zhì)纖維素中具有非常高的價(jià)值。雖然國(guó)內(nèi)外近年來(lái)就如何提高某些種類白腐菌降解木質(zhì)纖維素的效率、轉(zhuǎn)化率、降解酶產(chǎn)生進(jìn)行研究，但是白腐菌的選擇性降解還處于研究階段，對(duì)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(duì)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(duì)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(xué)分析法對(duì)木質(zhì)纖維素材料在發(fā)酵過(guò)程中的木質(zhì)素、半纖維素、纖維素的動(dòng)態(tài)降解率進(jìn)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(duì)木質(zhì)纖維素降解過(guò)程中的化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)以及結(jié)晶度進(jìn)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(dòng)態(tài)產(chǎn)生以及與木質(zhì)纖維素降解效率之間的關(guān)系。
　　本論文研究目標(biāo):
　　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(xué)機(jī)理;
　　2、探明不同類型秸稈木質(zhì)纖維素誘導(dǎo)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(jié)果表明:
　　1、三種木質(zhì)纖維素材料均能促進(jìn)樺褐孔菌菌絲體的生長(zhǎng)，且效果非常顯著。麥稈、稻稈、玉米秸稈在第8天的促進(jìn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)菌絲體的生長(zhǎng)。
　　2、樺褐孔菌在發(fā)酵前期對(duì)麥稈木質(zhì)素的降解具有選擇性，對(duì)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(duì)麥稈、稻稈、玉

5、米秸稈中木質(zhì)素的降解率分別達(dá)到72.0％，38.9％，47.1％;半纖維素的降解率分別達(dá)到46.1％，43.8％，39.1％;纖維素的降解分別達(dá)到55.5％，45.6％，54.6％。樺褐孔菌對(duì)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(qiáng)的選擇性，而對(duì)于初始木質(zhì)素含量高于18％的玉米秸稈，推測(cè)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(jìn)而導(dǎo)致選擇性降解木質(zhì)素不強(qiáng)。對(duì)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(duì)偏

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

7、、玉米秸稈纖維素結(jié)晶度分別從46.1％降至34％、49.6％降至36％、51.2％降至46.6％。SEM結(jié)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(duì)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(shí)驗(yàn)對(duì)麥稈每處理2天進(jìn)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(jìn)一步驗(yàn)證樺褐孔菌木質(zhì)素對(duì)麥稈選擇性降解木質(zhì)素。
　　4、在12天發(fā)酵處理過(guò)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(gè)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(shì)基本相同。結(jié)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(qiáng)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(duì)產(chǎn)生各類降解酶產(chǎn)生時(shí)間影響不大。木質(zhì)素降解酶LiP和MnP在發(fā)酵處理