产纤维素酶菌株的筛选及其降解秸秆的研究

发布时间：2020-03-30 05:39

【摘要】：木质纤维素类生物质被认为是地球上最丰富的可再生资源,通过将生物质转化生成生物燃料或制备高附加值产品具有重要的经济效益,并且合理有效的利用诸如玉米秸秆等农作物废弃原料可以减少污染,保护环境。纤维素复合酶能够高效水解木质纤维素生成可发酵性糖,进而生成生物燃料乙醇,因其反应条件温和,对环境无污染性,在生物质生产生物燃料的过程中发挥着重要作用。微生物既能够生产纤维素酶,又能够高效降解秸秆,因此,分离和筛选能够高产完整纤维素复合酶的秸秆降解菌株是目前的重要任务。本研究通过分离和筛选高产纤维素酶的秸秆降解菌株,优化产酶条件,并测定菌株纤维素酶水解的最适条件,耐受NaCl和离子液体能力等,测定菌株纤维素酶对离子液体预处理后秸秆的降解效果,提供了秸秆降解的有效途径,获得了能够耐受一定浓度NaCl和离子液体的纤维素酶。通过采集土壤样品、分离纯化、初筛和复筛,获得三株纤维素酶活力较高的菌株,经形态学和分子生物学鉴定,分别命名为Penicillium oxalicum HC6、Talaromyces verruculosus SQ6和Aspergillus terreus SQ7。对三种菌株进行产酶条件优化,在最适发酵产酶条件下,P.oxalicum HC6三种酶活力为FPase 0.20 U/mL,CMCase 0.63 U/mL,β-葡萄糖苷酶1.55 U/mL;T.verruculosus SQ6三种酶活力为FPase 0.26 U/mL,CMCase 0.62 U/mL,β-葡萄糖苷酶1.08U/mL;A.terreus SQ7三种酶活力为FPase 0.38 U/mL,CMCase 0.68 U/mL,β-葡萄糖苷酶0.61U/mL。并且,在0%-5.0%NaCl(w/v)浓度范围内,P.oxalicum HC6的CMCase和β-葡萄糖苷酶的产率增加,A.terreus SQ7的β-葡萄糖苷酶的产率增加,但T.verruculosus SQ6菌株产酶能力随NaCl浓度的增加呈下降趋势。测定了纤维素酶水解的最适pH值和温度,结果表明,P.oxalicum HC6纤维素酶的最适pH值是5.0,水解温度60℃,酶活力分别为FPase 0.20 U/mL、CMCase 0.71 U/mL、β-葡萄糖苷酶7.44 U/mL。T.verruculosus SQ6纤维素酶的最适pH值4.0,水解温度60℃,酶活力分别为FPase 0.30 U/mL、CMCase 1.08 U/mL、β-葡萄糖苷酶2.38 U/mL。A.terreus SQ7纤维素酶的最适pH值5.0,水解温度60℃,酶活力分别为FPase 0.45 U/mL、CMCase 0.96 U/mL、β-葡萄糖苷酶0.99 U/mL。同时,测定了菌株纤维素酶的耐受NaCl的能力,在0%-2.5%NaCl(w/v)浓度范围内,P.oxalicum HC6的CMCase和β-葡萄糖苷酶活力逐渐增加,T.verruculosus SQ6的β-葡萄糖苷酶活力增加。在0%-5.0%NaCl(w/v)浓度范围内,A.terreus SQ7的FPase酶活力增加,并且CMCase能够在15.0%NaCl(w/v)浓度下仍保留100%酶活力。测定了菌株纤维素酶对离子液体的耐受能力,在0%-2.5%离子液体(w/v)浓度范围内,P.oxalicum HC6的CMCase和β-葡萄糖苷酶活力具有较好的稳定性,A.terreus SQ7的FPase和CMCase则呈上升趋势。在0%-7.5%离子液体(w/v)浓度范围内,T.verruculosus SQ6的FPase酶活力呈上升趋势。经离子液体预处理后的玉米秸秆,采用菌株的纤维素酶水解72 h。P.oxalicum HC6纤维素酶水解产生12.29 mg还原糖,总糖产率24.58%。T.verruculosus SQ6纤维素酶水解产生13.35mg还原糖,总糖产率26.70%。A.terreus SQ7纤维素酶水解产生13.01 mg还原糖,总糖产率26.02%。结果表明,三种纤维素酶均可有效水解离子液体预处理后的秸秆,进而生产可发酵性还原糖,可进一步用于生产生物燃料或其它高附加值产品,并且通过使用秸秆生物质作为廉价基质可以减少对环境的污染。
【图文】：

木质纤维素,半纤维素,纤维素,半乳聚糖

东北农业大学理学硕士学位论文[18,19]。纤维素的化学式可以简写为(C6H10O5)n，其结构如图 1-1 所示[20]。半纤维素的物理和化学性质维素是木质纤维素生物质中丰富的非均相聚合物，主要由葡糖醛酸，，葡甘他多糖组成。草类和秸秆中主要含有阿拉伯聚糖，半乳聚糖和木聚糖，而木和软木中的半纤维素组分[21,22]。半乳聚糖，阿拉伯糖和阿拉伯半乳聚糖基团中，但是这些基团之间不会共用 β-1,4 糖苷键来连接骨架结构，而葡木中的主要成分。木糖醇是半纤维素聚合物的主链并且通过 β-1,4 糖苷键<30000，其结构如图 1-1 所示[20]。木质素的物理和化学性质素存在于所有植物的物质木质纤维素生中，通常是最复杂、最小的那部分非均相聚合物，主要由苯基-丙烷单元组成，最常见的是通过醚键连接，其和半纤维素之间以及周围的空隙。木质素由苯基丙烷，甲氧基和非碳水化合和大聚合物组成，它们将细胞壁各组分紧紧地结合在一起[23]，其结构如

路线图,路线,离子液体,预处理

引言素酶耐受 NaCl 和离子液体的能力。（3）合成离子液体 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[EMIM]CH3COOH），利用离子液体预处理玉米秸秆，采用纤维素酶水解离子液体预处理后的秸秆生物质 72 h，测定还原糖的产率，并与商品纤维素酶的水解产糖效果进行比较。1.5.3 研究技术路线
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X71;TK6

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