工业木素固沙材料生物效应的评价

论文摘要

生物质固沙材料（Biomass sand stabilization material,BSSM）是南京林业大学以禾草制浆废液中的木质素为主要原料研制的、集固沙与生态修复于一体的新型固沙功能高分子材料。本论文以造纸厂副产品——木质素磺酸铵为原料合成BSSM,为明确BSSM应用过程中的环境行为,特别是生物降解性能及转化途径,选用白菜种和高茅羊草种进行BSSM对植物生长影响试验,以及选用白腐菌、漆酶-ABTS体系、锰过氧化物酶分别对BSSM进行试验研究。选用白菜种和高茅羊草种,进行BSSM对植物生长影响试验,结果表明：BSSM（200-800 ppm）对白菜和高茅羊发芽率影响不显著：但BSSM可以促进白菜种子和高茅羊草种的萌发,缩短种子的萌发时间,促进生物量的积累。选择白腐菌与BSSM通过36天的培养,BSSM的木质素磺酸盐含量下降了16.3%,说明BSSM可能发生了降解,而BSSM中有机质含量几乎没有变化,从一定程度上符合腐殖质形成学说。利用白腐菌Phanerochaete sordiada YK-624菌株在Kirk培养液下制备并初纯化得到了含较高锰过氧化物酶（MnP）活性的酶液,该酶发挥较好活性的条件为：温度35℃,H2O20.6 mmol/L,pH值4.5,而Mn2+浓度对其影响较小。制备出的锰过氧化物酶具有很好的降解木质素能力,用其对BSSM进行试验研究,研究表明：BSSM对MnP酶活性没有抑制作用,具有较好的生物降解性能,并初步确定了BSSM经MnP处理后，存在一定的脱甲氧基现象,苯环骨架遭破坏,其结构上不饱性增强,可能生成醌类物质等不饱和结构的中间产物。在漆酶酶学性质测定的基础上确定了漆酶-ABTS体系对BSSM生物降解时采用的条件：1mmol/L ABTS.pH 4.5的200 mmol/L乙酸-乙酸钠缓冲体系、反应温度35℃。然后通过测定反应过程中漆酶酶活以及磺酸基、共轭羰基、醌型结构含量等的变化,结合紫外-可见光光谱、红外光谱、氢-核磁共振谱、分子量分布等分析,证实了BSSM对漆酶活性没有抑制作用,具有较好的生物降解性能,并初步确定了BSSM在漆酶-ABTS体系生物降解中存在的反应位点主要是酚羟基、羰基、甲氧基、苯环侧链取代基等,醌类物质是重要的中间产物。BSSM高分子量部分含量减少了,特别是8000-18300之间减少量很显著,而分子量小于8000的部分却有所增加。初步说明漆酶-ABTS体系对BSSM有降解和聚合双重作用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 固沙方式的种类
• 1.1.1 工程固沙
• 1.1.2 生物固沙
• 1.1.3 化学固沙
• 1.2 化学固沙材料的研究进展
• 1.2.1 化学固沙的基本原理
• 1.2.2 化学固沙材料的研究进展
• 1.2.3 木质素类固沙材料的研究进展
• 1.2.4 化学固沙存在的问题
• 1.3 木质素磺酸盐生物降解的研究
• 1.3.1 木质素降解菌体系
• 1.3.2 木质素降解酶系
• 1.3.3 木质素降解酶系的降解机制
• 1.4 课题研究目的和意义
• 1.5 本论文实验方案设计
• 1.6 本论文的实验内容
• 1.6.1 BSSM的制备
• 1.6.2 BSSM对植物生长影响的研究
• 1.6.3 白腐菌对BSSM生物降解的研究
• 1.6.4 漆酶酶学性质的研究
• 1.6.5 锰过氧化物酶的制备以及酶学性质的研究
• 1.6.6 漆酶-ABTS体系对BSSM生物降解的研究
• 1.6.7 锰过氧化物酶对BSSM生物降解的研究
• 1.7 本论文的主要创新点
• 第二章 生物质固沙材料的制备
• 2.1 材料与仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 生物质固沙材料（BSSM）的制备
• 2.2.2 水分、灰分测定
• 2.2.3 总木质素含量测定
• 2.2.4 有机质含量测定
• 2.2.5 原性糖含量
• 2.3 实验分析与讨论
• 2.3.1 原料与BSSM的化学组成
• 2.3.2 BSSM的固沙效果
• 2.4 小结
• 第三章 生物质固沙材料对植物生长的影响
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 指标的分析测定
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 BSSM对植物发芽的影响
• 3.2.2 BSSM及原料对植物生物量的影响
• 3.3 小结
• 第四章 白腐菌对BSSM的降解
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 PDA（Potato Dextrin Agar）培养基
• 4.1.3 液体培养基
• 4.1.4 指标的分析测定
• 4.1.5 白腐菌对BSSM的生物降解
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 生物降解过程中木质素磺酸盐含量的变化
• 4.2.2 生物降解过程中有机质含量的变化
• 4.3 小结
• 第五章 漆酶酶学性质的研究
• 5.1 实验材料与方法
• 5.1.1 漆酶
• 5.1.2 漆酶活性的测定方法
• 5.1.3 漆酶的酶学性质
• 5.2 结果分析与讨论
• 5.2.1 温度对漆酶酶活的影响
• 5.2.2 pH值对漆酶酶活的影响
• 5.3 小结
• 第六章 锰过氧化物酶的制备及酶学性质
• 6.1 实验材料与方法
• 6.1.1 菌株
• 6.1.2 主要试验仪器
• 6.1.3 液体培养基
• 6.1.4 MnP的纯化
• 6.1.5 MnP活性的测定
• 6.1.6 MnP酶学性质
• 2O₂对MnP活性的影响'>6.1.7 H₂O₂对MnP活性的影响
• 2+对MnP活性的影响'>6.1.8 Mn²⁺对MnP活性的影响
• 6.2 实验结果与讨论
• 6.2.1 温度对MnP活性的影响
• 6.2.2 pH值对MnP活性的影响
• 2O₂对MnP活性的影响'>6.2.3 H₂O₂对MnP活性的影响
• 2+对MnP活性的影响'>6.2.4 Mn²⁺对MnP活性的影响
• 6.3 小结
• 第七章 漆酶-ABTS体系对BSSM生物降解
• 7.1 实验材料与方法
• 7.1.1 实验材料
• 7.1.2 主要试验仪器
• 7.1.3 指标的分析测定
• 7.1.4 漆酶测定方法
• 7.1.5 漆酶对BSSM的生物降解
• 7.1.6 ABTS用量的确定
• 7.1.7 分子量分布的测定
• 7.1.8 波谱分析
• 7.2 结果分析与讨论
• 7.2.1 ABTS用量的确定
• 7.2.2 漆酶对BSSM的生物降解
• 7.3 小结
• 第八章 锰过氧化物酶对BSSM的生物降解
• 8.1 实验材料与方法
• 8.1.1 锰过氧化物酶
• 8.1.2 MnP活性的测定
• 8.1.3 MnP对BSSM的生物降解
• 8.1.4 磺酸基含量的测定
• 8.1.5 共轭羰基和醌型结构含量的测定
• 8.1.6 波谱分析
• 8.2 结果分析与讨论
• 8.2.1 MnP处理BSSM过程中MnP活性的变化
• 8.2.2 磺酸基含量的变化
• 8.2.3 共轭羰基和醌型结构含量的变化
• 8.2.4 紫外光谱分析
• 8.2.5 红外光谱分析
• 8.3 小结
• 总结
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract