【摘要】：芒草是優(yōu)質(zhì)能源作物,生物質(zhì)產(chǎn)量高,對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。由于木質(zhì)纖維乙醇生產(chǎn)成本高,轉(zhuǎn)化效率低,故必須尋找可提高生物質(zhì)酶解效率的理想預(yù)處理方式和酶解條件,并篩選出優(yōu)質(zhì)的芒草材料。本研究利用10份有代表性的芒草材料,分析了汽爆預(yù)處理對芒草秸稈細(xì)胞壁成分、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)因子和孔隙度的影響;揭示了影響汽爆材料酶解效率的細(xì)胞壁關(guān)鍵因子和酶解產(chǎn)糖的優(yōu)化條件,鑒定了高效降解產(chǎn)糖的優(yōu)質(zhì)芒草材料,并提出了優(yōu)質(zhì)芒草材料高效降解的模型。此外,本研究還比較了三種表面活性劑對芒草汽爆材料酶解效率和乙醇產(chǎn)量的影響,初步探討了三種表面活性劑作用的特異性。主要結(jié)果如下:1.經(jīng)過汽爆預(yù)處理,10份芒草材料直接酶解效率可增加1.30-5.97倍,纖維素含量相對增加,半纖維素和木質(zhì)素含量降低;此外,汽爆后材料纖維素的結(jié)晶度(Cr I)提高,聚合度(DP)降低,半纖維素主要單糖(Ara,Xyl)的含量降低,且Xy1/Ara比率(即半纖維素分支度的倒數(shù))相應(yīng)提高;木質(zhì)素單體含量不同程度降低。2.關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn):木質(zhì)素H-單體是影響原材料直接酶解的唯一負(fù)向因子;纖維素DP,半纖維素含量及Xyl和Ara的含量、木質(zhì)素S-單體的含量,是影響汽爆材料酶解效率的負(fù)因子。汽爆材料的Xyl和木質(zhì)素S-單體含量負(fù)向影響DY值;纖維素DP、Xyl和Ara含量、S-單體含量皆負(fù)向影響DY/DB比率,解釋了DY/DB是芒草汽爆材料直接酶解效率的關(guān)鍵正因子。3.芒草汽爆材料孔隙度的測定,得出大孔隙(DY)與小孔隙(DB)的比率(DY/DB)是影響汽爆材料酶解效率的關(guān)鍵正向因子。4.三種表面活性劑(Tween-80、PEG4000、Silwet L-77)提高酶解效率的最適濃度分別為:2%、0.5%和1%。其中1%Silwet L-77能夠有效提高原材料的酶解效率,2%Tween-80對汽爆材料的酶解效率最高。5.1%Na OH預(yù)處理汽爆材料,酶解添加2%Tween-80處理(1%Na OH+2%Tween-80),可使優(yōu)質(zhì)秸稈材料完全降解。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),該處理使木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)破壞最嚴(yán)重,導(dǎo)致酶解效率最高。6.添加三種表面活性劑后,乙醇產(chǎn)量均高于對照,其中1%Na OH+2%Tween-80和1%Na OH+0.5%PEG4000處理,乙醇產(chǎn)量均達(dá)到最高(約16.2%),比對照增加2.2倍。蛋白濃度測定發(fā)現(xiàn),1%Na OH+2%Tween-80酶解液中的纖維素酶的濃度最高,表明該處理能最大程度的利用纖維素酶,并初步解釋了該處理產(chǎn)糖產(chǎn)醇的效率最高。
【圖文】：

圖1.1芒草的四個種（王艷婷等2016）Fig.1.1 Four major Miscanthus species (Wang et al 2016)1.2.2 芒草能源植物的特點芒草作為能源植物，受到廣泛受關(guān)注和推崇，主要是因為其自身的綜合優(yōu)勢和特點：（1）強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力：芒草的生態(tài)適應(yīng)能力強(qiáng)，從熱帶地區(qū)到寒溫帶地區(qū)，從山地到灘涂，芒草都能保持正常生長，充分顯示了不與人爭地爭糧的優(yōu)勢特點（彭良才 2011）。（2）高生物質(zhì)產(chǎn)量：芒草為 C4 植物，多年生、光合效率比 C3 植物高，可高效利用光能固定二氧化碳并以生物質(zhì)形式存儲于植物中，是目前干物質(zhì)產(chǎn)量最高的能源植物之一，，在我國黑龍江和山東等省份，荻和南荻的干物質(zhì)年產(chǎn)量為 37.5t/hm2- 43.8 t/hm2（Lewandowski et al 2000; Heaton et al 2008;王春燕等 2009；范

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017 屆博士研究生學(xué)位（畢業(yè)）論文壁胞壁的結(jié)構(gòu)物細(xì)胞最重要的特征結(jié)構(gòu)，也是地球上最大的可再生的主要部分。植物細(xì)胞壁由三部分組成，即：初生壁（PSecondary wall，sw）和胞間層（Middle lamella，ml）（。初生壁是在細(xì)胞早期伸長過程中形成的，為正在生長發(fā)育旺盛部位的細(xì)胞只有初生壁，對維護(hù)細(xì)胞形態(tài)層的分子轉(zhuǎn)運擴(kuò)散、儲備碳水化合物等均起著非常重停止生長時，初生壁內(nèi)側(cè)逐漸增厚，微纖絲的排列更于植物機(jī)械組織等特定的細(xì)胞中。在兩個相鄰細(xì)胞間ork et al 1986）。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S216

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張保才;周奕華;;植物細(xì)胞壁形成機(jī)制的新進(jìn)展[J];中國科學(xué):生命科學(xué);2015年06期

2 王艷婷;徐正丹;彭良才;;植物細(xì)胞壁溝槽結(jié)構(gòu)與生物質(zhì)利用研究展望[J];中國科學(xué):生命科學(xué);2014年08期

3 王麗婷;李清明;蘇小軍;蔣怡樂;田開忠;熊興耀;;芒草蒸汽爆破降解產(chǎn)物的分析[J];中國農(nóng)學(xué)通報;2013年05期

4 易自力;;芒屬能源植物資源的開發(fā)與利用[J];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年05期

5 廖莎;李巧云;關(guān)欣;黃慧瓊;;芒荻類植物的利用價值及其在我國西北地區(qū)的利用[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年27期

6 彭良才;;論中國生物能源發(fā)展的根本出路[J];華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版);2011年02期

7 余強(qiáng);莊新姝;袁振宏;亓偉;王聞;王瓊;楊麗芳;譚雪松;;木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)高溫液態(tài)水預(yù)處理技術(shù)[J];化工進(jìn)展;2010年11期

8 張敬輝;藍(lán)強(qiáng);李公讓;李海斌;薛玉志;;纖維素酶降解影響因素研究[J];鉆采工藝;2010年05期

9 方詡;秦玉琪;李雪芝;王祿山;汪天虹;朱明田;曲音波;;纖維素酶與木質(zhì)纖維素生物降解轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展[J];生物工程學(xué)報;2010年07期

10 范希峰;左海濤;侯新村;武菊英;;芒和荻作為草本能源植物的潛力分析[J];中國農(nóng)學(xué)通報;2010年14期

本文編號：2694838