利用纤维素酶生产燃料酒精的研究进展

植物利用二氧化碳,通过光合作用产生的木质纤维是地球上最丰富、最廉价而又可再生的资源,木质纤维主要成分是纤维素和半纤维素,纤维素和半纤维素的利用一直是研究热点课题。而纤维素酶能有效地将农作物秸杆等富含纤维素的物质水解为葡萄糖,最终经过发酵产生生物酒精。由于天然纤维素是最丰富的资源,因此高效低价的纤维素酶对于最终解决人类文明发展的能源与环境问题具有化时代的意义,有广阔的发展前景。目前,纤维素酶的生产主要是采用微生物发酵的方法,以丝状真菌为主,产酶效果最好的真菌是里氏木霉。在此,简述了纤维素酶的组成、降解机理及所用菌株等方面的研究进展。     

耐高温木质纤维素降解菌株的分离筛选、鉴定及降解工艺的研究

本研究旨在筛选出在高温条件下具有较强木质纤维素降解酶活性的细菌菌株,探究其降解秸秆木质纤维素的特性。从太白山林区温泉采集土壤样品并在高温条件下进行富集培养,利用脱色圈试验和比色法筛选出目标菌株,通过形态观察和16S rDNA序列分析鉴定菌株种类。对高温富集初筛所得菌株的纤维素酶、漆酶、木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶活性进行测定。菌株X-08的纤维素酶活为0.02872 U/mL,菌株M-17的MnP、LiP和Lac酶活分别为51 U/mL、672 U/mL和192 U/mL。鉴定出菌株X-08为Anoxybacillus rupiensis,M-17为Geobacillus thermocatenulatus。采用双菌降解玉米秸秆,20天后木质素和纤维素的降解率分别达到24.51%和20.47%。研究结果为农业废弃物生物降解提供了新的细菌菌种资源,并为秸秆中木质纤维素的降解处理方法提供了新的思路。     

碱处理对甜高粱秸秆渣组成结构及酶解糖化效果的影响

以甜高粱品种M81为试验材料,以清洗烘干后未经处理的甜高粱渣为对照,在常温、高温高压、微波条件下Ca(OH)₂和常温条件下NaOH处理甜高粱秸秆渣,调查处理后甜高粱秸秆渣木质纤维素组成结构及纤维素酶酶解糖化情况。结果表明,采用的4种处理都能有效地改变甜高粱渣木质纤维素组成结构,其中氢氧化钠常温长时间处理对于木质素与半纤维素的溶降效果最好,3种石灰处理对半纤维素的溶解也均有一定作用。扫描电镜观察石灰高温高压与氢氧化钠常温两种处理对于木质纤维素结构的改变不同,前者木质纤维素表层木质素结构被侵蚀严重,呈破碎状附着在纤维素表面,内部纤维结构仍紧密排列,后者木质纤维素束状结构溶胀降解,表层木质素成分被大量去除,被包裹的纤维素组分显露,纤维素网断裂且纤维素表面出现许多小孔。经这4种方式处理后的甜高粱渣,木质纤维素中纤维素与半纤维素经纤维素酶酶解糖化,葡萄糖和木糖产物浓度都有所提高,分别达到对照的1.5、2.1、1.9、4.2倍和3.1、5.0、4.9、2.4倍;木质纤维素纤维组分的直接转化率与相对转化率的含义与计算方法不同,两种计算方式对于甜高粱木质纤维素生物质原料预处理方式的选择和效果的综合评价具有指导意义。     

一株纤维素降解菌的筛选与鉴定

为了解决玉米秸秆降解率低下问题,本研究从以氨基酸尾液为氮源的自然发酵堆肥中筛选稳定的纤维素降解菌,为制备高效的秸秆腐熟剂奠定基础。采用刚果红染色法进行初筛、采用纤维素酶活测定及玉米秸秆降解率测定来进行复筛,并通过形态学及分子生物学方法对高效降解菌株进行鉴定。结果表明筛选得到一株高效降解纤维素的菌株SC2,其滤纸酶活、内切葡聚糖酶活、外切葡聚糖酶活和β-葡聚糖苷酶活分别为17.70、58.97、16.85和79.26 U/mL,对玉米秸秆的降解率达到33.07%,根据其菌落特征、产孢结构、孢子形态及ITS序列鉴定SC2为黑曲霉(Aspergillus niger)。菌株SC2具有较好的纤维素降解能力,能够有效的促进秸秆的降解,可以用于制备玉米秸秆腐熟剂。     

秸秆纤维素分解菌的分离筛选

利用纤维素分解菌生产发酵饲料是当前饲料业的一个发展方向，它可将纤维素分解为牲畜可利用的糖。此项试验从各种土壤及饲料中分离到12株能分解纤维素的菌株。分别测定滤纸分解度、CMC酶活、FPA酶活和天然纤维素酶活，筛选出6株对天然秸秆纤维素有较强降解能力的菌株。通过改变其培养基中天然纤维素的含量，发现随着培养基中天然纤维素含量的增加，酶活力也随之升高。     

草菇菇渣栽培双孢蘑菇过程中的理化性状和木质纤维素分解利用研究

;[目的]本研究以废棉种植草菇的菇渣为主要原料,设计双孢蘑菇的堆肥配方并在工厂化条件下种植。[方法]通过在堆肥期和栽培期样品采集,从培养料理化性质、木质纤维素含量及相关降解酶酶活、蘑菇生物学效率等方面,探究该菇渣培养料栽培双孢蘑菇的可行性。[结果]结果表明：以废棉基质为主的草菇菇渣含氮量1.8%以上,本试验配方二次发酵结束后含氮量达2.37%;在堆肥阶段,有62.03%的纤维素被利用,39.2%的木质素被利用;在发菌阶段,有29.32%的半纤维素被利用,木聚糖酶活性呈上升趋势,有21.38%木质素被利用,漆酶活性在发菌阶段达到最高,半纤维素和木质素与其相关降解酶变化呈正相关;在出菇阶段,各组分利用率均有所下降,有15.38%的纤维素被利用,有19.60%的半纤维素被利用,9.54%木质素被利用,相关降解酶活性变化与纤维素、半纤维素、木质素变化呈正相关。双孢蘑菇产量为22.48 kg/m2,生物学转化率达51.38%,表明以草菇菇渣为主要原料,添加豆粕、石膏、黍杆的配方生产双孢蘑菇效果良好。[结论]本试验获得了高效高产的以草菇菇渣为主要原料生产双孢蘑菇的配方,达到了资源循环利用的目的。(图4 表5 参31)     

秸秆腐熟快速启动条件的研究

以加速秸秆降解速度为出发点，研究了速效碳源、速效氮源和接种量对M1、M15、M19混合菌产纤维素酶和半纤维素酶能力的影响。结果表明，蔗糖和尿素是秸秆降解的首选速效碳源和氮源，通过正交实验筛选出蔗糖、尿素和接种量的最适配比为2.0%、1.4%和10%。     

近红外光谱法测定玉米秸秆纤维素和半纤维素含量

为了解玉米秸秆资源可转化碳水化合物物质基础,建立了玉米秸秆中纤维素及半纤维素近红外分析模型。利用傅里叶变换近红外漫反射光谱(NIRS)技术和化学计量学软件,结合偏最小二乘法(PLS),通过光谱采集,进行了近红外光谱模型预测及验证。探讨了不同预处理方法对玉米秸秆纤维素和半纤维素含量的NIRS模型影响,获得理想分析模型,相关系数(R)≥0.909。实验结果表明模型对纤维素、半纤维素含量预测平均相对误差为2.34%和2.13%,预测值与化学值误差较小。说明该模型可准确、快速并大量检测玉米秸秆中纤维素和半纤维素含量,提高秸秆生物质资源利用率,促进生物质转化工艺过程。     

稻草秸秆栽培金针菇（Flammulina velutipes）基质 降解特性研究

对稻草秸秆栽培金针菇不同生长阶段，基质木质纤维成分的变化和与基质主要成分降解相关的几种胞外酶的变化规律进行了研究。结果表明：纤维素和半纤维素的降解主要集中在生殖生长期，木质素在营养生长期降解迅速；与纤维素降解相关的两种酶活性从培养初期到结束一直保持比较平稳的趋势；与木质素降解相关酶在菌株培养初期活性较高，木聚糖酶活性初期活性很低，在子实体形成期一直保持较高水平，淀粉酶活性高峰出现在初期，蛋白酶活性在初期和子实体形成期较高，但整体上酶活性变化较为平稳。     

玉米芯酶解饲料

玉米芯（玉米轴）营养比较丰富，但70％以上是由纤维素、半纤维素和其他复杂的多糖所组成，在牲家畜体内难以消化。如果应用纤维素酶、木聚糖酶或果胶酶进行水解，则可提高其营养价值和消化吸收率。     

青贮稻秸秆对山羊生长性能和血液生化指标的影响

旨在研究不同处理方式对青贮稻秸秆发酵的影响和青贮稻秸秆对山羊生长性能和血液生化指标的影响。在稻秸中加入乳酸菌、纤维素酶和糖蜜进行混合青贮,结果发现：在稻秸秆中添加2.5 g/t 乳酸菌、600 g/t 纤维素酶、4%糖蜜和加水200 kg/t 进行混合青贮能够降低pH(P＜0.01)、丁酸和丙酸浓度(P＜0.05);显著提高干物质(P＜0.01)、粗蛋白(P＜0.05)和可溶性碳水化合物(P＜0.01)含量,而粗脂肪、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维则相反。将青贮稻秸替代30%、60%和100%粗饲料进行饲喂山羊。结果显示：替代100%组羊的末重和平均日增重显著高于其他各组(P＜0.01),料重比最低;各组的平均日采食量无显著差异。替代60%组山羊的血清碱性磷酸酶浓度(P＜0.01)和总胆固醇含量(P＜0.05)均显著降低。综上所述,稻秸秆中添加2.5 g/t 乳酸菌、600 g/t 纤维素酶、4%糖蜜和加水200 kg/t 进行混合青贮的效果较好,且青贮稻秸代替100%粗饲料能够提高山羊的生长性能,降低成本     

我国玉米骨干自交系秸秆纤维品质分析

通过对我国20世纪60年代以来应用广泛的27份骨干亲本自交系的秸秆纤维成分研究,结果显示自交系秸秆纤维品质中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、纤维素(CELLU)、半纤维素(HCELLU)和木质素(ADL)平均含量分别为47.657%、24.551%、21.096%、20.906%和3.776%;不同自交系间秸秆NDF、ADF、CELLU和ADL含量呈显著或极显著差异,HCELLU无显著差异性;各纤维组分含量之间具有显著或极显著相关性;不同年代间自交系秸秆纤维品质NDF、ADF、CELLU、和HCELLU含量有相似的变化规律,即20世纪90年代初至今各组分含量较高;ADL含量在不同年代自交系秸秆中含量变化不大。     

玉米秸秆纤维素提取及半纤维素与木质素脱除工艺探讨

为了获取优质的纤维素,以玉米秸秆为原料,通过对纤维素提取工艺的探讨,确定了既能保持纤维素提取量,又可较多脱除半纤维素和木质素的工艺条件。试验结果表明,在NaOH溶液的质量分数为5%、反应温度为55℃、反应时间为1.5 h条件下,半纤维素的脱除率达到92.82%;在NaClO2溶液浓度为9.5 g/L、处理温度75℃条件下,木质素脱除率达到64.32 %。在此工艺条件下,玉米秸秆纤维素含量达到70.12%。     

玉米茎剪断力研究

玉米秸秆是东北农牧交错地区冷季重要饲料来源。决定玉米秸秆饲料品质的结构部位是茎,茎的剪断力直接反映其物理特征。本文选择四密21、农大3138和登海1号3个玉米品种进行试验。将玉米植株叶片、叶鞘及果穗等去除,按50 cm高度分段,研究了玉米茎不同高度处剪断力随时间变化情况。研究结果表明,随着时间推进,茎的剪断力逐     

甘蓝型油菜籽粒含油量、蛋白质、纤维素及半纤维素含量QTL分析

以甘蓝型黄籽油菜GH06和甘蓝型黑籽油菜P174为亲本,通过单粒法连续自交8代构建重组自交系群体,应用SSR标记绘制31个连锁群(LGs)的遗传连锁图谱,图谱总长1437.1 cM,相邻标记间的平均距离为3.89 cM。对4个不同环境下RIL8群体中每个株系籽粒含油量、蛋白质、纤维素和半纤维素含量进行了近红外分析,性状相关性表明含油量与其他3个性状均表现负相关,蛋白质含量与纤维素和半纤维素分别表现负相关和正相关。结合构建的遗传图谱采用复合区间作图法分析4个性状QTL,共检测到26个QTL,分布在N2、N3、N8、N9、N11、N13、N16和N17连锁群上,其中8个含油量QTL可解释表型变异的4.96%~21.83%;6个蛋白含量QTL,可解释表型变异的3.12%~14.28%;4个纤维素含量QTL,可解释表型变异的4.60%~17.29%;8个半纤维素含量QTL,可解释表型变异率的6.66%~16.68%。在N8上,发现有含油量QTL与半纤维素含量QTL重叠的区段。在N9上,发现有纤维素含量QTL与半纤维素含量QTL重叠的区段,上述2个区段重叠QTL加性效应方向相反。本研究认为油菜种子含油量、蛋白质、纤维素和半纤维素属于典型的数量性状,受环境影响较大,与这些QTL紧密相关的分子标记可为下一步分子标记辅助育种提供一定技术支撑。     

健宝（Jumbo）生长及营养成分动态研究

健宝是近年来引入我国适于农田种植的新型牧草。在内蒙古西辽河平原种植株高可达350cm-360cm,株高增长速率最大达5.50cm/d,单株干物质积累速率最大值为5.3g/d,最大LAI达14.72,LAI>5的持续日数长达90d之多。粗蛋白质含量与株高负相关达极显著水平（r=-0.9894）,粗蛋白质含量（%）与株高（cm）线性回归方程为：y=21.9853-0.0543x;粗纤维含量与株高正相关达极显著水平（r=0.9765）,粗纤维含量（%）与株高（cm）线性回归方程为：y=16.1915+0.0404x。生长季内干草产量持续增加 ,鲜草产量及粗蛋白质产量后期略有下降。     

5株纤维菌属菌株的分离、鉴定及产酶活性研究

旨在将贵州的玉米秸秆生物质资源通过微生物降解还田,应用到烤烟轮作生产上。以植烟土壤为材料,采用刚果红染色法以及CMCase活性测定进行菌株的筛选,通过失重法测定秸秆降解率。实验共获得44株分解纤维素菌株;初筛获得20株纤维素分解菌。选择D/d较大的5株菌株,通过拮抗实验共获得复合菌剂10株。5株高效纤维素分解菌初步鉴定为Cellulosimicrobium cellulans与Cellulosimicrobium funkei（同源性都达100%）;通过CMCase活性测定,复合菌剂酶活高于单一菌剂,选择酶活高(314.39 U/mL)且作用时间短（5天）的菌剂进行秸秆降解实验,25天降解率达53.35%,是对照的1.87倍。因此,5株菌株可作为贵州烟区玉米秸秆还田的潜在开发菌种,这对于资源有效利用、环境友好和植烟土壤连作障碍改良具有重要意义。     

甜高粱茎秆主要饲用品质性状的遗传研究

摘 要： 通过配置三个正反交组合,研究饲用高粱茎秆的糖锤度、粗蛋白和粗纤维等饲用品质性状的遗传规律。结果表明,糖锤度、粗蛋白和粗纤维不存在细胞质效应,其F1代杂种优势不明显且与双亲存在显著正相关;糖锤度、粗蛋白及粗纤维的广义遗传力分别为74.5%、61.8%、64.4%。三个性状均表现出了数量性状的特征。     

花生壳纤维素提取及半纤维素与木质素脱除工艺探讨

为了获取优质的纤维素,以花生壳为原料,通过对纤维素提取工艺的探讨,确定了既能保持纤维素提取量,又可较多脱除半纤维素和木质素的工艺条件。试验结果表明,在NaOH溶液的质量分数为4%、反应温度为55℃、反应时间为2 h条件下,半纤维素的脱除率为80.67%;在15 g/L NaClO2和31 mL/L乙酸联合处理、处理温度75℃条件下,木质素脱除率为47.29%。提取出的花生壳纤维素含量可达40%以上。说明在此工艺条件下,能够提取出含半纤维素和木质素较少的优质纤维素。     

化控剂对东北春玉米茎秆理化特性及抗倒伏的影响

通过探讨春玉米茎秆纤维素、半纤维素和木质素含量及木质素合成相关酶活性对不同化控剂的响应, 明确化控剂调控茎秆抗倒伏能力的力学机制, 可为生产上化控剂的合理运用提供理论依据。2015年和2016年在东北农业大学向阳实验实习基地进行大田定位试验, 以玉米品种东农253为材料, 分别于六叶期喷施吨田宝(代号DTB)及DCPTA [2-(3,4-二氯苯氧基)三乙胺]和ETH (2-氯乙基膦酸)复配剂(代号KP), 对照为清水, 完全随机区组排列。分析玉米不同生育时期茎秆抗折力、抗倒伏指数、木质素、纤维素和半纤维素含量及木质素合成关键酶的活性变化对不同化控剂处理的响应。喷施化控剂可显著提高茎秆4-香豆酸: CoA连接酶(4CL)和肉桂醇脱氢酶(CAD)活性, 以及纤维素含量、半纤维素含量、木质素含量、茎秆抗折力和抗倒伏指数, 显著降低实际倒伏率。相关分析表明, 茎秆抗倒伏指数与木质素含量、半纤维素含量呈极显著正相关(相关系数分别是0.67和0.64); 茎秆抗折力与纤维素含量呈极显著正相关(相关系数为0.89); 木质素含量与CAD活性呈极显著正相关(相关系数为0.89), 与4CL活性呈显著正相关(相关系数为0.51), 而与苯丙氨酸转氨酶(PAL)和酪氨酸解氨酶(TAL)活性均没有显著相关性。六叶期喷施化控剂通过提高茎秆木质素合成相关酶的活性(特别是CAD和4CL的活性), 改善茎秆纤维品质性状, 显著增强了春玉米茎秆的抗倒伏能力。