不同纤维降解酶作用顺序对玉米秸秆降解的影响

发布时间：2020-06-04 23:04

【摘要】：玉米秸秆是世界上最丰富的农业副产品之一。然而,由于其化学和物理结构复杂,使其不易被微生物和酶降解为单体。因此,需要对玉米秸秆预处理,以提高其降解能力,从而更有效地利用其作为生物燃料生产或畜牧业饲料的来源。研究表明,通过蒸汽爆破能有效增加玉米秸秆的酶解效率。玉米秸秆的降解需要大量不同特性的酶。然而,每一种酶达到最大酶活性所需反应条件(酸碱度和温度等)不同。因此,我们假设不同的酶反应顺序能影响玉米秸秆的降解效果。研究目的为研究不同的酶反应顺序对玉米秸秆降解效果的影响。本研究中共包含两个实验。第一个实验是以玉米秸秆为底物,第二个实验是以蒸汽爆破预处理玉米秸秆为底物。第一个实验采用完全随机设计。处理数为24(4*3*2*1),重复数为3次。使用四种酶:纤维素酶(Cel)(50°C、p H=4.8)、半纤维素酶(hem)(50°C、p H=5)、果胶酶(Pec)(50°C、p H=4)和漆酶(Lac)(30°C、p H=3)。随后,按照一定顺序分四步将这些酶与玉米秸秆混合培养(每个步骤培养6小时),每步评估单个酶的作用效果。底物(玉米秸秆)与酶在醋酸钠缓冲液中反应。每步结束后收集上清液进行化学分析。结果表明,不同的酶作用顺序处理组间有显著差异,说明不同纤维降解酶作用顺序影响玉米秸秆的降解效果及产物的化学成分。这些纤维降解酶的最佳作用顺序(以不同步骤的总还原糖计)为hem-cel-pec-lac(2.2mg/ml),最劣作用顺序为Lac-Pec-Hem-Cel(0.8mg/ml)。除以漆酶为起始酶的处理组的还原糖含量较低外,以其他酶为起始的处理组的还原糖含量增加。无论酶的类型如何,木糖在第一步的所有过程中都表现出较高的水平。结果表明,葡萄糖的产生完全取决于酶反应顺序中纤维素酶(Cel)的位置。因此,酶的作用顺序可能是改善玉米秸秆降解效果的有效方法之一。第二实验采用完全随机设计。处理数为24(4*3*2*1),重复数为3次。研究中的所有材料都已经充分混匀。使用四种酶:纤维素酶(Cel)、半纤维素酶(Hem)、果胶酶(Pec)和漆酶(Lac)。随后,首先对玉米秸秆进行蒸汽预处理,然后按照一定顺序分四步将这些酶与玉米秸秆混合培养,评估不同的酶反应顺序对蒸汽爆破玉米秸秆的降解效果。通过扫描电镜(SEM)和X射线分析,不同酶的作用顺序改变了玉米秸秆的理化结构。在降低葡萄糖含量的同时,还增加了还原糖、总酚和木糖含量的释放。结果表明,处理间差异显著,说明纤维降解酶的不同作用顺序影响玉米秸秆的降解效果及产物的化学成分。最佳的酶作用顺序为Hem-cel-pec-lac,该组的还原糖(43.34mg/ml),葡萄糖(1mg/ml),木糖(14.7mg/ml),半乳糖醛酸(0.06mg/ml),总酚(20.6mg/ml)都显著高于其他处理组。因此,酶的作用顺序可能是影响玉米秸秆降解效果的有效方法之一。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S216.2

【参考文献】