【摘 要】
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木质纤维素是组成植物结构的主要成分,木质纤维素经过处理可以转化成液体、固体和气体,也是生产多种化学品的原料。目前木质纤维素利用率较低,其主要原因在于木质纤维素中存在的木质素难于降解和转化,因此大大降低了其利用率。自然条件下木质素是通过微生物一系列代谢过程来分解的,其中内生真菌降解木质素的效果是最有潜力的。为此,本研究以金花葵为研究对象,筛选可以产漆酶的金花葵内生真菌并评价其降解木质素的性能,对降解
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目（31930076）； 高等学校学科创新引智计划（111 计划）B20088； 黑龙江头雁创新团队项目；
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木质纤维素是组成植物结构的主要成分,木质纤维素经过处理可以转化成液体、固体和气体,也是生产多种化学品的原料。目前木质纤维素利用率较低,其主要原因在于木质纤维素中存在的木质素难于降解和转化,因此大大降低了其利用率。自然条件下木质素是通过微生物一系列代谢过程来分解的,其中内生真菌降解木质素的效果是最有潜力的。为此,本研究以金花葵为研究对象,筛选可以产漆酶的金花葵内生真菌并评价其降解木质素的性能,对降解作用效果优异的内生真菌通过形态学方法和分子生物学方法来鉴定内生真菌的种属。为提高木质纤维素的转化效果,将超声波物理技术融入到内生真菌降解木质纤维素的反应过程中,以此提高降解木质素的效果,全面评价了金花葵内生真菌F-7降解木质素的性能和降解木质素的初步机制,研究结果如下:1、产漆酶内生真菌的筛选及鉴定:本研究通过内生真菌在培养基显色反应中的现象和内生真菌对木质素降解效果对112株菌株进行定性和定量的筛选,得到一株具有降解木质素功能的内生真菌F-7;进而对这株内生真菌进行分离纯化,依据形态学观察分析鉴定和分子生物学的进一步鉴定得出内生真菌F-7属于球毛壳菌Chaetomium globosum,将该株菌作为降解木质素的实验菌株。2、通过对松木屑中木质纤维素降解效果的对比实验,评价了金花葵内生真菌F-7特异性降解木质素性能。对单独超声波处理、单独内生真菌处理及内生真菌与超声波结合处理样品方法三者进行比较研究分析。其中成分测定结果显示:内生真菌Chaetomium globosum与超声波结合的处理方法对木质素的降解效果较好。通过扫描电镜技术和红外光谱技术分析可知,内生真菌F-7与超声波结合处理方法对木质纤维素作用效果最优异,破坏了木屑的表面结构,使内生真菌成功地在木屑中定殖,相应官能团也发生了一系列变化。3、通过单因素实验,确定了内生真菌结合超声波处理降解木质素的最佳条件:物理方式超声波预处理木屑的时间20 min,功率为200 W,松木屑与内生真菌菌液的料液比例为1:20,内生真菌处理所需的时间设定为4天,酸碱度为7,反应环境温度设置为30℃。在此基础上,设计了中心组合与响应面优化实验,最终确定其最优培养条件为:培养时间为7天;培养温度设置为30℃;酸碱度p H值7.0;此时松木屑木质素的降解率为35.82%。4、应用成分分析和分子对接技术探讨了金花葵内生真菌F-7降解木质素的初步机制:利用GC-MS对三种木质素含量进行分析,对羟基苯基和愈创木基的含量分别从0.46 mg/g增加到0.70 mg/g和从9.31 mg/g增加到11.87 mg/g,而紫丁香基的含量没有明显变化,这表明球毛壳菌中分泌的漆酶可能具有特殊的选择性。将三种木质素单体与漆酶分子对接后,松柏醇的羟基是通过GLU-460和SER-113氨基酸的活性基团来形成的,且与蛋白质结合牢固,而芥子醇的苯环含有两个甲氧基,增加了分子体积和疏水性,使材料不容易与溶剂结合,降低了漆酶氧化酚类降解木质素的能力,与之前的研究结果相符。综上,本论文率先从金花葵花部分离筛选出一株特异性降解木质素的内生真菌Chaetomium globosum,为了激发这株内生真菌的潜在应用价值,内生真菌结合超声波处理的方法具有较好的木质素去除效果。因此,特异性产漆酶的内生真菌结合超声波处理木质素是一种高效环保的绿色处理技术,该处理方法的优势在于反应过程时间较短,反应较温和的特点,且绿色环保,成本较低,易于工业化应用等特点,其产业化应用前景巨大。
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