氨基酸离子液体预处理玉米秸秆及处理残液对番茄生长的影响

发布时间：2020-07-19 06:24

【摘要】：玉米秸秆中含有大量木质素、半纤维素等难降解物质,难以实现高效利用,故降解前通常需要预处理。基于传统型的离子液体存在毒性强、生物降解性差、处理残液难以利用等缺点,对环境产生二次污染,因此本文选择了安全性高、对环境友好的新型氨基酸离子液体——胆碱脯氨酸盐([Ch][Pro])对玉米秸秆进行预处理。通过单因素实验和响应面分析法对预处理条件进行优化,采用红外光谱扫描和成分分析实验研究[Ch][Pro]对玉米秸秆结构和成分变化的影响,并利用纤维素酶对预处理前后的玉米秸秆进行酶解,验证[Ch][Pro]的预处理效果;并进一步对处理后[Ch][Pro]残液对微生物的毒性及其对盆栽实验条件下番茄生长的影响进行了研究。主要实验结果如下:通过单因素实验选出最佳的反应条件,在此基础上,采用Box-Behnken法对预处理过程中的反应条件进行优化,[Ch][Pro]对玉米秸秆的最佳预处理条件为反应温度92℃、反应时间1.5h、固液比1:13,模型预测的最大木质素提取率为32.55%。验证实验结果与模型的预测值十分接近,表明该结果有效。红外光谱扫描结果表明,[Ch][Pro]对玉米秸秆的复杂结构会造成一定破坏,波长1600cm~(-1)代表木质素的特征吸收峰,此处的特征峰几乎全部消失,说明[Ch][Pro]降解木质素效果显著。波长1720-1744cm~(-1)处伸缩振动峰强度减弱,表明[Ch][Pro]可不同程度地去除秸秆中的木质素或半纤维素。成分分析结果表明,[Ch][Pro]处理能降低秸秆中的木质素含量,且降低纤维素的结晶度来提高总糖含量。利用纤维素酶对预处理前后的秸秆酶解48h后,发现预处理后秸秆的酶解率可达64.89%,是预处理前的2.98倍。从处理残液对微生物生长的研究中发现,多粘类芽孢杆菌与150mg·kg~(-1)的处理残液混合后,在LB平板上可正常生长,且菌落特征明显。将处理残液作用于番茄盆栽中,结果表明:不同浓度的处理残液对番茄植株的生长会产生不同影响。残液处理后的番茄株高、茎粗、鲜重、干重、根系抗氧化酶活性和土壤酶活性等均有不同程度提高,其中50mg·kg~(-1)残液处理效果最好,番茄的株高、茎粗和鲜重较对照分别提高了44.02%、34.05%和82.77%;叶绿素总量提高了37.10%;根系中SOD、POD和CAT活性分别提高了60.04%、125.56%和123.28%,60天植株根系SOD活性可达81.18 U·g FW~(-1),是30天的1.51倍;MDA的含量降低了26.69%;土壤中脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶较对照分别提高了66.67%、92.00%和64.29%,60天土壤中的脲酶活性达1.49 mg·g~(-1)·d~(-1),是30天的4.97倍。番茄根际土壤中的细菌和放线菌的数量增加,真菌的数量减少,使土壤类型从真菌型逐渐转变为细菌型。说明施加处理残液能有效地促进植株的生长,提高植物的光合作用和抗氧化能力,改善土壤微环境,增强土壤肥力,可以作为潜在的肥料资源应用到生产中。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S641.2;S38
【图文】：

示意图,玉米秸秆,预处理,示意图

展及能源短缺问题的日益严峻，越来越多的研究人员开始寻，因此秸秆的再利用问题也就成为当下的研究热点（Jiang et., 2013；Zhao et al., 2009）。中的主要成分包括纤维素（cellulose）、半纤维素（hemicellu，这三种成分的总量约占总干重质量的 90%左右（纤维素、别占 30%-40%、35%-48%和 15%-25%），除三大组分外，秸类、矿物质等（Gibson, 2012；Pauly et al., 2010）。纤维素之间相互包裹缠绕、结构致密，导致玉米秸秆降解和再利用困目前，解决这一难题的主要方法是通过生物质预处理的技术素的外层木质素分解脱除，使致密结构打开（图 1-1）。大质的处理和加工，玉米秸秆的组分会发生分离，内层组分得将其转化成对人类有用的物质，从而缓解当前面临的资源紧进经济的可持续发展（安艳霞，2016）。

高效液相色谱,高效液相色谱

图 2-1 高效液相色谱Fig.2-1 The high performance liqu还原糖含量水杨酸作为一种氧化剂可与还原，颜色的深浅与还原糖的浓度成配制：分为 A、B 两液，具体的试剂配置准曲线的绘制mL 洁净的干燥刻度试管进行编号萄糖反应液。将试管放到沸水浴时加水定容至刻度线处，摇匀，

标准曲线,标准曲线,葡萄糖

氨基酸离子液体预处理玉米秸秆及处理残液对番茄生长的影响表 2-3 葡萄糖标准曲线的制作Table 2-3 Production of glucose standard curve1mg/mL 葡萄糖标准液(mL)蒸馏水(mL)DNS(mL)0 2.0 1.5 0.2 1.8 1.5 0.4 1.6 1.5 0.6 1.4 1.5 0.8 1.2 1.5 1.0 1.0 1.5 1.2 0.8 1.5 1.4 0.6 1.5 1.6 0.4 1.5 标准曲线如图 2-2 所示，标准曲线的回归方程为 y=1.2042x-0.以看出在葡萄糖浓度为 0-0.8mg·mL-1范围内线性关系良好。

【参考文献】