【摘要】：木質(zhì)纖維素占綠色植物干重的35%-50%,它是地球上分布最廣、含量最豐富的碳水化合物,其合成降解過(guò)程是自然界碳素循環(huán)的中心環(huán)節(jié)。通過(guò)酶學(xué)技術(shù)可以將木質(zhì)纖維素降解轉(zhuǎn)化形成可溶性糖及生物化學(xué)產(chǎn)品,因此這對(duì)于解決目前世界能源危機(jī)、環(huán)境污染等問(wèn)題具有十分重要的意義。但是高等植物細(xì)胞壁在進(jìn)化過(guò)程中形成的木質(zhì)纖維素成分復(fù)雜包括纖維素、半纖維素以及果膠等難降解物質(zhì),除此之外,核心構(gòu)架的纖維素是由β-1-4糖苷鍵連接而成的超分子化合物,這種高分子化合物在構(gòu)成植物細(xì)胞壁過(guò)程中通過(guò)氫鍵、范德華力等作用力形成了多級(jí)高度結(jié)晶結(jié)構(gòu),這種高度結(jié)晶結(jié)構(gòu)不容許微生物及酶分子在糖鏈之間或者是內(nèi)部自由擴(kuò)散,我們將植物與植物材料抵抗微生物及酶降解的各種特性統(tǒng)稱為“生物質(zhì)抗降解屏障(biomass recalcitrance)"纖維素的酶解速率較低還有一個(gè)重要原因是纖維素酶是以特定的方向、特定的接觸面對(duì)纖維素底物進(jìn)行降解,這一過(guò)程是一個(gè)非均質(zhì)的逐層降解過(guò)程。基于以上纖維素降解過(guò)程中的問(wèn)題,本研究從不同于傳統(tǒng)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的底物出發(fā),借助于宏觀整體測(cè)定手段對(duì)熱纖梭菌(Clostridium thermocellum)以及纖維小體降解結(jié)晶纖維素在整體上測(cè)定反應(yīng)纖維素結(jié)構(gòu)的各個(gè)參量,除此之外,我們通過(guò)超微手段對(duì)熱纖梭菌以及纖維小體降解結(jié)晶纖維素進(jìn)行觀察、分析比較,試圖解釋熱纖梭菌以及纖維小體高效降解結(jié)晶纖維素機(jī)制。研究中取得一下成果：通過(guò)掃描電子顯微鏡以及原子力顯微鏡對(duì)熱纖梭菌降解結(jié)晶纖維素進(jìn)行更進(jìn)一步觀察分析,能夠觀察到熱纖梭菌依附于結(jié)晶纖維素對(duì)其進(jìn)行降解,發(fā)現(xiàn)降解過(guò)程中能夠形成明顯溝壑形貌,并且對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性、定量分析,初步總結(jié)熱纖梭菌降解結(jié)晶纖維素作用模式。通過(guò)學(xué)習(xí)、純化得到熱纖梭菌產(chǎn)纖維小體,為實(shí)驗(yàn)室建立纖維小體純化平臺(tái),并從熱纖梭菌培養(yǎng)碳源、培養(yǎng)時(shí)間以及纖維小體最適溫度、pH優(yōu)化得到纖維小體活性較高的綜合條件。纖維小體降解Whatman No.1濾紙及結(jié)晶纖維素PH105,通過(guò)還原糖測(cè)定纖維小體對(duì)結(jié)晶纖維素轉(zhuǎn)化率,采用宏觀實(shí)驗(yàn)手段對(duì)不同時(shí)間梯度的降解底物進(jìn)行整體測(cè)定,通過(guò)紅外吸收及XRD實(shí)驗(yàn)表明底物成分以及結(jié)晶度變化,結(jié)合切片技術(shù)借助于掃描電子顯微鏡以及原子力顯微鏡超微手段對(duì)纖維小體降解結(jié)晶纖維素進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)纖維小體從外到內(nèi)首先對(duì)無(wú)定型纖維素或者是較小的結(jié)晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐層降解,微纖絲在會(huì)發(fā)生重排但是沒(méi)有出現(xiàn)整根微纖絲斷裂的現(xiàn)象。通過(guò)比較分析對(duì)照Whatman No.1濾紙、纖維小體以及熱纖梭菌降解Whatman No.1濾紙3D圖示、表面積以及粗糙度發(fā)現(xiàn)熱纖梭菌較纖維小體更能夠?qū)Y(jié)晶纖維素表面形成形貌改變,超微結(jié)構(gòu)也發(fā)現(xiàn)熱纖梭菌不管是對(duì)整體形貌還是單根微纖絲來(lái)說(shuō),纖維小體能夠?qū)Y(jié)晶纖維素形成有效降解,單根微纖絲的高度發(fā)生明顯的降解變化,但是較熱纖梭菌而言降解效率較低。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：X172

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本文編號(hào)：2285086