疣孢漆斑菌酶系对玉米秸秆木质素影响及酶解增效作用机理研究
发布时间：2021-05-26 15:25
农作物秸秆中木质纤维素含量约占80%,是一种重要的生物质资源,但其综合利用水平亟待提升。如何高效转化和利用秸秆资源受到研究者们的广泛关注。基于糖平台的生物炼制技术是木质纤维素原料资源化利用的有效途径之一。生物质中的木质素是纤维素酶水解的天然抗性屏障,是影响酶促反应高效进行的因素之一。如何安全、有效,最大程度地去除木质素成为研究的热点。微生物法以其强木质素降解能力及绿色环保的优势在工业化生产中具有一定的应用潜力。在这一过程中,筛选出木质素降解效果好、产酶活性高的菌株是开发利用秸秆资源的关键。本研究以玉米秸秆为原料,从自然界中筛选对木质素具有优良降解性能的菌株,对玉米秸秆进行预处理以降低木质纤维素的酶解抗性屏障,系统评价目的菌株对玉米秸秆的降解效果,并通过选育诱变及发酵条件的优化提高目的菌株对玉米秸秆中木质素的降解能力;采用高通量测序技术和生物信息学分析,探索木质素降解相关的关键酶基因的功能,揭示相关基因的表达活动规律,探讨目的菌株对玉米秸秆酶解增效作用的机制。为微生物转化玉米秸秆的工业化生产提供理论基础,促进玉米秸秆综合利用水平的提升。主要研究结果如下:（1）以碱木质素为唯一碳源定量筛选...
【文章来源】：吉林农业大学吉林省
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 文献综述
1.1 秸秆资源与利用现状
1.1.1 玉米秸秆的综合利用现状
1.1.2 玉米秸秆的成分与结构
1.1.3 玉米秸秆的生物炼制
1.2 玉米秸秆预处理研究进展
1.2.1 玉米秸秆预处理技术
1.2.2 木质素生物降解酶系概述
1.3 疣孢漆斑菌研究进展
1.3.1 疣孢漆斑菌概述
1.3.2 疣孢漆斑菌及其酶系应用现状
1.4 菌种选育研究概述
1.4.1 诱变育种技术简介
1.4.2 ARTP诱变系统在微生物诱变育种中的应用
1.5 功能基因组学研究概述
1.5.1 转录组学研究进展
1.5.2 降解木质纤维素真菌功能基因组学研究进展
1.6 课题研究目的与意义
1.7 研究的主要内容
1.8 技术路线
第二章 木质素降解菌的筛选及对玉米秸秆降解效果评价
2.1 实验材料与仪器
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验试剂
2.1.3 实验仪器
2.1.4 培养基
2.2 实验方法
2.2.1 木质素降解菌的分离
2.2.2 木质素降解菌的筛选
2.2.3 木质素降解菌固态发酵玉米秸秆
2.2.4 粗酶液提取及酶活力测定
2.2.5 目的菌株鉴定
2.2.6 疣孢漆斑菌生长特性分析
2.2.7 玉米秸秆成分分析
2.2.8 玉米秸秆结构分析
2.3 结果与分析
2.3.1 菌株分离
2.3.2 菌株的筛选
2.3.3 木质素降解菌预处理玉米秸秆后酶解糖化效率分析
2.3.4 木质素降解菌发酵玉米秸秆酶活力测定
2.3.5 目的菌株生物学测定
2.3.6 疣孢漆斑菌的生长状况
2.3.7 疣孢漆斑菌发酵玉米秸秆过程中产酶历程分析
2.3.8 疣孢漆斑菌预处理对玉米秸秆成分的影响
2.3.9 疣孢漆斑菌预处理对玉米秸秆表观结构的影响
2.3.10 疣孢漆斑菌预处理对玉米秸秆结晶度的影响
2.3.11 疣孢漆斑菌预处理对玉米秸秆化学基团的影响
2.3.12 木质素降解产物分析
2.4 讨论
2.5 小结
第三章 疣孢漆斑菌对玉米秸秆木质素降解及纤维素转化作用研究
3.1 实验材料与仪器
3.1.1 实验材料
3.1.2 实验试剂
3.1.3 实验仪器
3.2 实验方法
3.2.1 常压室温等离子体(ARTP)诱变
3.2.2 疣孢漆斑菌致死率测定
3.2.3 高通量筛选突变株
3.2.4 正向突变株遗传稳定性测定
3.2.5 野生型菌株与突变株对玉米秸秆木质素降解效果分析
3.2.6 单因素实验优化玉米秸秆木质素降解条件
3.2.7 响应面法优化玉米秸秆木质素降解条件
3.2.8 疣孢漆斑菌预处理玉米秸秆
3.2.9 玉米秸秆再生工艺筛选
3.2.10 不同化学方法预处理玉米秸秆
3.2.11 玉米秸秆纤维素转化率测定
3.2.12 物料衡算
3.3 结果与分析
3.3.1 疣孢漆斑菌致死率曲线
3.3.2 疣孢漆斑菌突变株的筛选
3.3.3 正向突变株遗传稳定性
3.3.4 野生型菌株与突变株T0701木质素降解能力分析
3.3.5 突变株T0701降解玉米秸秆木质素条件优化
3.3.6 疣孢漆斑菌预处理后玉米秸秆纤维素转化率测定
3.3.7 疣孢漆斑菌预处理与其他方法预处理比较分析
3.3.8 两步法预处理后玉米秸秆纤维素转化率分析
3.3.9 两步法预处理对玉米秸秆成分的影响
3.3.10 两步法预处理对玉米秸秆表观结构的影响
3.3.11 两步法预处理对玉米秸秆化学结构的影响
3.3.12 物料衡算
3.4 讨论
3.5 小结
第四章 疣孢漆斑菌酶解增效作用机理初步研究
4.1 实验材料与仪器
4.1.1 实验材料
4.1.2 实验试剂
4.1.3 实验仪器
4.2 实验方法
4.2.1 总RNA提取及质量检测
4.2.2 转录组测序
4.2.3 生物信息学分析
4.3 结果与分析
4.3.1 样品RNA提取及质量检测
4.3.2 Illumina HiSeq测序拼接
4.3.3 测序数据统计
4.3.4 样品重复性相关检查
4.3.5 Unigene的功能注释
4.3.6 疣孢漆斑菌降解木质素过程中差异表达基因分析
4.4 讨论
4.5 本章小结
第五章 疣孢漆斑菌利用玉米秸秆高产漆酶及在2-氯酚降解中的应用
5.1 实验材料与仪器
5.1.1 实验材料
5.1.2 实验试剂
5.1.3 实验仪器
5.2 实验方法
5.2.1 漆酶的产生及酶活力测定
5.2.2 漆酶突变株的筛选
5.2.3 突变株遗传稳定性测定
5.2.4 突变株产漆酶条件优化
5.2.5 漆酶粗酶液降解2-氯酚研究
5.2.6 高效液相法(HPLC)检测2-氯酚含量
5.3 结果与分析
5.3.1 疣孢漆斑菌产漆酶历程分析
5.3.2 Amplex Red法高通量筛选漆酶突变株
5.3.3 正向突变株遗传稳定性测定
5.3.4 突变株M-6高产漆酶单因素实验优化
5.3.5 正交试验
5.3.6 漆酶粗酶液降解2-氯酚效果分析
5.4 讨论
5.5 小结
结论
创新点
参考文献
致谢
作者简介
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]生防外生菌根真菌的筛选及其生长和发酵条件优化[J]. 杜颐林,张旭辉,李勇. 河南农业科学. 2017(06)
[2]糙皮侧耳发酵玉米秸秆转录组揭示木质素降解相关途径[J]. 马蕊,赵飞,范寰. 饲料研究. 2017(09)
[3]12C6+辐照环境下酵母高产β-葡聚糖菌株筛选及条件优化研究[J]. 李垄清,马良,李文建. 食品科技. 2017(03)
[4]培养基及培养条件对冬虫夏草菌固体发酵产分生孢子的影响[J]. 张宗耀,梁关海,梁蕾,吕延华,李文佳,谢俊杰. 菌物学报. 2016(04)
[5]真菌固态载体预处理对不灭菌玉米秸秆降解的影响[J]. 郭建斌,郭亚琳,赵倩,吴树彪,董仁杰. 农业机械学报. 2016(05)
[6]秸秆深还及配施化肥对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构的影响[J]. 张艳鸿,窦森,董珊珊,谭岑,李立波,林琛茗. 土壤学报. 2016(03)
[7]解淀粉芽孢杆菌MN-8对玉米秸秆木质纤维素的降解[J]. 李红亚,李术娜,王树香,王全,薛茵茵,朱宝成. 应用生态学报. 2015(05)
[8]以微生物发酵床养猪垫料为主要基质的哈茨木霉FJAT-9040固体发酵培养基优化[J]. 曾庆才,肖荣凤,刘波,胡桂萍,陈燕萍. 热带作物学报. 2014(04)
[9]白腐真菌预处理对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷影响实验[J]. 柳珊,吴树彪,张万钦,庞昌乐,邓宇,董仁杰. 农业机械学报. 2013(S2)
[10]转录组测序（RNA-seq）策略及其数据在分子标记开发上的应用[J]. 李小白,向林,罗洁,胡标林,田胜平,谢鸣,孙崇波. 中国细胞生物学学报. 2013(05)
博士论文
[1]水稻木聚糖酶抑制蛋白的功能和表达模式研究[D]. 侯春晓.浙江大学 2014
[2]细菌Novosphingobium sp.B-7和Comamonas sp.B-9降解木质素及其降解基因研究[D]. 陈跃辉.中南大学 2013
硕士论文
[1]Bacillus Ligniniphilus L1降解木质素机理的初步研究[D]. 谢长校.江苏大学 2016
本文编号：3206608
【文章来源】：吉林农业大学吉林省
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 文献综述
1.1 秸秆资源与利用现状
1.1.1 玉米秸秆的综合利用现状
1.1.2 玉米秸秆的成分与结构
1.1.3 玉米秸秆的生物炼制
1.2 玉米秸秆预处理研究进展
1.2.1 玉米秸秆预处理技术
1.2.2 木质素生物降解酶系概述
1.3 疣孢漆斑菌研究进展
1.3.1 疣孢漆斑菌概述
1.3.2 疣孢漆斑菌及其酶系应用现状
1.4 菌种选育研究概述
1.4.1 诱变育种技术简介
1.4.2 ARTP诱变系统在微生物诱变育种中的应用
1.5 功能基因组学研究概述
1.5.1 转录组学研究进展
1.5.2 降解木质纤维素真菌功能基因组学研究进展
1.6 课题研究目的与意义
1.7 研究的主要内容
1.8 技术路线
第二章 木质素降解菌的筛选及对玉米秸秆降解效果评价
2.1 实验材料与仪器
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验试剂
2.1.3 实验仪器
2.1.4 培养基
2.2 实验方法
2.2.1 木质素降解菌的分离
2.2.2 木质素降解菌的筛选
2.2.3 木质素降解菌固态发酵玉米秸秆
2.2.4 粗酶液提取及酶活力测定
2.2.5 目的菌株鉴定
2.2.6 疣孢漆斑菌生长特性分析
2.2.7 玉米秸秆成分分析
2.2.8 玉米秸秆结构分析
2.3 结果与分析
2.3.1 菌株分离
2.3.2 菌株的筛选
2.3.3 木质素降解菌预处理玉米秸秆后酶解糖化效率分析
2.3.4 木质素降解菌发酵玉米秸秆酶活力测定
2.3.5 目的菌株生物学测定
2.3.6 疣孢漆斑菌的生长状况
2.3.7 疣孢漆斑菌发酵玉米秸秆过程中产酶历程分析
2.3.8 疣孢漆斑菌预处理对玉米秸秆成分的影响
2.3.9 疣孢漆斑菌预处理对玉米秸秆表观结构的影响
2.3.10 疣孢漆斑菌预处理对玉米秸秆结晶度的影响
2.3.11 疣孢漆斑菌预处理对玉米秸秆化学基团的影响
2.3.12 木质素降解产物分析
2.4 讨论
2.5 小结
第三章 疣孢漆斑菌对玉米秸秆木质素降解及纤维素转化作用研究
3.1 实验材料与仪器
3.1.1 实验材料
3.1.2 实验试剂
3.1.3 实验仪器
3.2 实验方法
3.2.1 常压室温等离子体(ARTP)诱变
3.2.2 疣孢漆斑菌致死率测定
3.2.3 高通量筛选突变株
3.2.4 正向突变株遗传稳定性测定
3.2.5 野生型菌株与突变株对玉米秸秆木质素降解效果分析
3.2.6 单因素实验优化玉米秸秆木质素降解条件
3.2.7 响应面法优化玉米秸秆木质素降解条件
3.2.8 疣孢漆斑菌预处理玉米秸秆
3.2.9 玉米秸秆再生工艺筛选
3.2.10 不同化学方法预处理玉米秸秆
3.2.11 玉米秸秆纤维素转化率测定
3.2.12 物料衡算
3.3 结果与分析
3.3.1 疣孢漆斑菌致死率曲线
3.3.2 疣孢漆斑菌突变株的筛选
3.3.3 正向突变株遗传稳定性
3.3.4 野生型菌株与突变株T0701木质素降解能力分析
3.3.5 突变株T0701降解玉米秸秆木质素条件优化
3.3.6 疣孢漆斑菌预处理后玉米秸秆纤维素转化率测定
3.3.7 疣孢漆斑菌预处理与其他方法预处理比较分析
3.3.8 两步法预处理后玉米秸秆纤维素转化率分析
3.3.9 两步法预处理对玉米秸秆成分的影响
3.3.10 两步法预处理对玉米秸秆表观结构的影响
3.3.11 两步法预处理对玉米秸秆化学结构的影响
3.3.12 物料衡算
3.4 讨论
3.5 小结
第四章 疣孢漆斑菌酶解增效作用机理初步研究
4.1 实验材料与仪器
4.1.1 实验材料
4.1.2 实验试剂
4.1.3 实验仪器
4.2 实验方法
4.2.1 总RNA提取及质量检测
4.2.2 转录组测序
4.2.3 生物信息学分析
4.3 结果与分析
4.3.1 样品RNA提取及质量检测
4.3.2 Illumina HiSeq测序拼接
4.3.3 测序数据统计
4.3.4 样品重复性相关检查
4.3.5 Unigene的功能注释
4.3.6 疣孢漆斑菌降解木质素过程中差异表达基因分析
4.4 讨论
4.5 本章小结
第五章 疣孢漆斑菌利用玉米秸秆高产漆酶及在2-氯酚降解中的应用
5.1 实验材料与仪器
5.1.1 实验材料
5.1.2 实验试剂
5.1.3 实验仪器
5.2 实验方法
5.2.1 漆酶的产生及酶活力测定
5.2.2 漆酶突变株的筛选
5.2.3 突变株遗传稳定性测定
5.2.4 突变株产漆酶条件优化
5.2.5 漆酶粗酶液降解2-氯酚研究
5.2.6 高效液相法(HPLC)检测2-氯酚含量
5.3 结果与分析
5.3.1 疣孢漆斑菌产漆酶历程分析
5.3.2 Amplex Red法高通量筛选漆酶突变株
5.3.3 正向突变株遗传稳定性测定
5.3.4 突变株M-6高产漆酶单因素实验优化
5.3.5 正交试验
5.3.6 漆酶粗酶液降解2-氯酚效果分析
5.4 讨论
5.5 小结
结论
创新点
参考文献
致谢
作者简介
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]生防外生菌根真菌的筛选及其生长和发酵条件优化[J]. 杜颐林,张旭辉,李勇. 河南农业科学. 2017(06)
[2]糙皮侧耳发酵玉米秸秆转录组揭示木质素降解相关途径[J]. 马蕊,赵飞,范寰. 饲料研究. 2017(09)
[3]12C6+辐照环境下酵母高产β-葡聚糖菌株筛选及条件优化研究[J]. 李垄清,马良,李文建. 食品科技. 2017(03)
[4]培养基及培养条件对冬虫夏草菌固体发酵产分生孢子的影响[J]. 张宗耀,梁关海,梁蕾,吕延华,李文佳,谢俊杰. 菌物学报. 2016(04)
[5]真菌固态载体预处理对不灭菌玉米秸秆降解的影响[J]. 郭建斌,郭亚琳,赵倩,吴树彪,董仁杰. 农业机械学报. 2016(05)
[6]秸秆深还及配施化肥对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构的影响[J]. 张艳鸿,窦森,董珊珊,谭岑,李立波,林琛茗. 土壤学报. 2016(03)
[7]解淀粉芽孢杆菌MN-8对玉米秸秆木质纤维素的降解[J]. 李红亚,李术娜,王树香,王全,薛茵茵,朱宝成. 应用生态学报. 2015(05)
[8]以微生物发酵床养猪垫料为主要基质的哈茨木霉FJAT-9040固体发酵培养基优化[J]. 曾庆才,肖荣凤,刘波,胡桂萍,陈燕萍. 热带作物学报. 2014(04)
[9]白腐真菌预处理对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷影响实验[J]. 柳珊,吴树彪,张万钦,庞昌乐,邓宇,董仁杰. 农业机械学报. 2013(S2)
[10]转录组测序（RNA-seq）策略及其数据在分子标记开发上的应用[J]. 李小白,向林,罗洁,胡标林,田胜平,谢鸣,孙崇波. 中国细胞生物学学报. 2013(05)
博士论文
[1]水稻木聚糖酶抑制蛋白的功能和表达模式研究[D]. 侯春晓.浙江大学 2014
[2]细菌Novosphingobium sp.B-7和Comamonas sp.B-9降解木质素及其降解基因研究[D]. 陈跃辉.中南大学 2013
硕士论文
[1]Bacillus Ligniniphilus L1降解木质素机理的初步研究[D]. 谢长校.江苏大学 2016
本文编号：3206608
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