能源植物细胞壁键合酚类物质与降解效率关系的研究

论文摘要

利用木质纤维素生产生物燃料相对于化石燃料具有持久、经济、环境的优势。然而,由于木质纤维素天然的抗降解结构特性,使得必须通过预处理打破细胞壁复杂交联状态所造成的这一障碍。预处理的目的是改变木质纤维素宏观和微观结构及其超微化学组成,从而提高酶水解效率,增加可发酵糖的产量。目前,多种策略已经应用到有效利用木质纤维素上。因此,深入理解细胞壁组成、聚合以及调控方式,有助于合理调控能源作物细胞壁。本研究的目的是在探索芒草和水稻秸秆细胞壁结合的酚类物质与细胞壁其它组分以及细胞壁降解关系的基础之上,寻找并发现木质纤维素降解的关键因子。对于野生芒草和水稻T-DNA插入突变体的成熟茎秆进行细胞壁多糖和酚类物质成分分析。非晶体纤维素（3.37-6.14%）、果胶（0.7-7.39%）、酸溶木质素（1.83-5.01%）的含量在水稻和芒草秸秆中都很低。最高的半纤维素（31.6%）和酸不溶木质素（29.4%）以及最低晶体纤维素含量（31.96%）都在芒草中。水稻和芒草中,4M KOH提取液中主要的单糖是木糖和阿拉伯糖。通过HPLC测定木质素单体发现,芒草中的G、S比水稻要高,H和水稻几乎相当。芒草（G+S）/H在2.6-2.9之间,水稻则是1.39-2.08,显示出芒草细胞壁木质化强度高于水稻。我们鉴定了八种主要的细胞壁键合酚类物质,发现其组成和含量上具有多样性。不同野生基因型的芒草,酯键结合的酚类物质总量在1.87-4.59mg/g之间,而水稻只有1.97±0.14 mg/g。阿魏酸主要是以醚键和细胞壁聚合体连接（48.1-62.5%）,对香豆酸则主要以酯键的形式结合到细胞壁上（51.9-76.6%）。所有材料不同细胞壁提取阶段的残渣结晶度有一定程度的多样性。最后,通过水稻和芒草降解效率比较后发现,碱预处理在常温下能够有效的提高秸秆预处理效率,降低成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 1 文献综述
• 1.1 植物细胞壁的研究进展
• 1.1.1 植物细胞壁的功能与结构
• 1.1.2 植物细胞壁的分子元件
• 1.1.3 植物细胞壁的生物合成
• 1.2 植物细胞壁酚类物质的研究进展
• 1.2.1 酚类物质的结构和功能
• 1.2.2 酚类物质的生物合成
• 1.2.3 酚类物质的提取和鉴定
• 1.3 木质纤维素降解转化
• 1.3.1 生物质与生物能源
• 1.3.2 能源植物与能源作物
• 1.3.3 木质纤维素的降解转化
• 1.4 本研究的目的与意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料和仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 细胞壁组分的提取和测定
• 2.2.2 秸秆细胞壁酸碱预处理
• 2.2.3 纤维素的聚合度和结晶度测定
• 3 结果与分析
• 3.1 细胞壁成分测定
• 3.2 半纤维素单糖以及TFA水解液单糖组成分析
• 3.3 木质素单体组成
• 3.4 细胞壁酚类物质组成和结构
• 3.5 秸秆纤维素的聚合度
• 3.6 秸秆预处理和酶解
• 4. 讨论
• 4.1 植物细胞壁复杂结构及多元功能
• 4.2 植物细胞壁组分的提取和测定方法
• 4.3 植物细胞壁大分子的交联剂-酚类物质
• 4.4 木质纤维素降解转化
• 参考文献
• 附录
• 致谢