【摘要】：植物細(xì)胞壁是由不同多糖組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。儲(chǔ)藏于植物細(xì)胞壁中的含量豐富的木質(zhì)纖維素(生物質(zhì))可以通過各種物理化學(xué)預(yù)處理和生物酶解方法轉(zhuǎn)化為生物乙醇等能源產(chǎn)品,纖維素酶解在生物質(zhì)酶解中是至關(guān)重要的一步。在生物質(zhì)降解過程中,細(xì)胞壁的抗降解性是阻礙生物能源產(chǎn)業(yè)化的最重要因素,因此,研究生物質(zhì)原料的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)對(duì)于改進(jìn)生物質(zhì)降解工藝流程及定向培育可高效利用的能源作物具有重要意義。本課題分為兩個(gè)部分:免疫熒光法檢測芒草細(xì)胞壁降解中的多糖變化部分主要利用細(xì)胞壁多糖特異抗體檢測直接酶解過程中或酸、堿預(yù)處理加酶解過程中,芒草莖稈細(xì)胞壁中纖維素、半纖維素、果膠多糖的變化,結(jié)合吸光度法測定己糖、戊糖、糖醛酸的含量以及氣相質(zhì)譜測定單糖含量的變化,揭示細(xì)胞壁各組分之間的聯(lián)系和對(duì)預(yù)處理酶解的影響度,為深入理解芒草細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和芒草的定向能源作物育種的研究提供一定依據(jù)。本課題取得的主要結(jié)果如下:1.在預(yù)處理及酶解過程中,基本組織及薄壁細(xì)胞最先被降解,其次是維管束的韌皮部,維管束中原生木質(zhì)部是最難降解的組織;2.堿預(yù)處理對(duì)纖維素基本不起作用,而酸預(yù)處理能去除少量纖維素;3.酸處理酶解釋放戊糖、己糖均低于堿處理酶解釋放量,而且酸堿預(yù)處理后酶解戊糖、己糖釋放量顯著高于直接酶解;4.酸堿預(yù)處理不能去除XyG(木葡聚糖),但XyG是酶解中最先被去除的成分;酸堿預(yù)處理對(duì)部分甲酯化的HG(同聚半乳糖醛酸)的降解效果明顯,對(duì)半纖維素多糖的作用并不明顯;5.本實(shí)驗(yàn)所用材料中,芒的戊糖、己糖、糖醛酸釋放量在預(yù)處理酶解過程中始終高于荻,單糖釋放量也有相同的規(guī)律;6.半纖維素主要成分Xylan不易去除,隨著預(yù)處理酶解的進(jìn)行,戊糖釋放量(比色法)及xylose單糖含量(GC-MS)始終呈增長趨勢。第二部分是關(guān)于微生物中近期發(fā)現(xiàn)的一種新型氧化酶真菌多糖單氧化酶(PMO),該酶在高等植物中的研究尚為空白。纖維素酶解在生物質(zhì)降解中是至關(guān)重要的一步。傳統(tǒng)的纖維素酶通過加水脫氫切斷纖維素鏈,得到寡聚糖,最終被降解成單糖。近期發(fā)現(xiàn)的新型氧化酶PMO改變了傳統(tǒng)纖維素酶解的模式,通過對(duì)C1端或C4端的氧化切斷糖苷鍵。這種類型的酶具有平滑的底物結(jié)合表面和Cu離子活性中心,與纖維素晶體區(qū)結(jié)合,氧化酶切作用還需要電子供體和O2。隨著研究的深入發(fā)現(xiàn)PMO的底物十分多樣化,除了纖維素,半纖維素、淀粉等多糖都能被其氧化降解,從而揭示了PMO在細(xì)胞壁降解中扮演著重要的角色。PMO在細(xì)菌和真菌中的研究已十分廣泛,但在高等植物中的功能未知。本文將紅色面包霉中的PMO基因Nc PMO-2轉(zhuǎn)入高等植物擬南芥和水稻中,試圖研究真菌纖維素氧化酶PMO在高等植物中發(fā)揮的作用及對(duì)生物質(zhì)降解效率的影響。主要結(jié)果如下:1.人工合成Nc PMO-2 c DNA序列,構(gòu)建PMO-p D1301S與PMO-p UBI超表達(dá)載體,分別轉(zhuǎn)入擬南芥和水稻,得到超表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株;2.擬南芥超表達(dá)植株表現(xiàn)出分支位置降低的表型,水稻超表達(dá)植株表現(xiàn)出分蘗增多、結(jié)實(shí)率降低、秸稈生物量增加的表型;3.擬南芥超表達(dá)植株成熟莖稈細(xì)胞壁成分中,纖維素含量顯著升高,晶體纖維素比例降低;水稻超表達(dá)植株纖維素及晶體纖維素含量均顯著降低;4.擬南芥與水稻超表達(dá)植株酶解糖化效率均顯著升高,升高幅度達(dá)12%-25%。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S578

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 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

2 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(bào)(自然科學(xué)版);2012年05期

3 詹偉君;任君霞;金松恒;黃有軍;潘寅輝;鄭炳松;;能源植物芒草的農(nóng)學(xué)特性研究進(jìn)展[J];浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

4 謝光輝;;能源植物分類及其轉(zhuǎn)化利用[J];中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

5 ;Genetic Engineering of Energy Crops: A Strategy for Biofuel Production in China[J];Journal of Integrative Plant Biology;2011年02期

，

本文編號(hào)：2319384