纤维素酶高产菌株桧状青霉9-3的诱变选育及产酶条件研究

本文以桧状青霉9-3为出发菌株,采用硫酸二乙酯（DES）诱变,通过筛选得到一株酶活力高且遗传稳定性良好的菌株H16,其滤纸酶活力、β-葡萄糖苷酶酶活力与蛋白产量均较出发菌株相比均提高了4倍左右。并通过对发酵培养基以及发酵条件的优化,确定了最佳的产酶条件为：微晶纤维素浓度为2%,玉米浆干粉浓度为1.5%,发酵温度为30℃,初始pH为5.5,装液量为30 mL/250 mL,发酵周期为5 d。在优化的条件下,该菌株的纤维素酶和蛋白产量均进一步提高25%左右。     

化学预处理提高酒糟生物质酶解糖化效果

为促进酒糟生物质的酶解糖化,筛选适宜的预处理方法,以脱除木质素,提高综纤维素（纤维素和半纤维素之和）保留率为目标,研究比较了酸-超声波耦合（ultrasound-assisted acid pretreatment,UAAP）、液氨（pretreatment by soaking in aqueous ammonia,PSAA）、碱性双氧水（alkaline hydrogen peroxide pretreatment,AHPP）和酸性亚硫酸氢盐（bisulfite pretreatment,BP）4种预处理法对酒糟化学组分、结构特性和酶解得率的影响。结果表明,与其余3种方法相比,BP法处理后酒糟的纤维素和半纤维素保留率最高,分别为84.59%和84.87%,即综纤维素保留率为84.68%。与未处理酒糟（unpretreatment,UP）相比,4种方法预处理后酒糟的综纤维素酶解得率分别提高了49.12%（酸-超声波,UAAP）、55.48%（液氨,PASS）、92.79%（碱性双氧水,AHPP）和99.15%（酸性亚硫酸氢盐,BP）,其中BP法对酒糟酶解糖化的促进作用最有效。扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）和X-衍射（X-ray differaction,XRD）结果显示,酒糟经不同方法预处理后表观结构发生了明显变化,木质纤维网络结构遭到破坏,表面呈现无规则或形状各异的膨松状态,沟壑明显,孔隙率增加,比表面积增大,有利于提高水解酶的可及性。化学组分和结构特性的变化说明酒糟的酶解得率与综纤维素的保留、木质素的去除、表面微观形貌变化以及纤维素结晶度等因素直接相关。总之,酸性亚硫酸氢盐（BP）法是适用于酒糟生物质糖化预处理的一种有效可行方法。     

基于纤维素酶和果胶酶活力的康氏木霉固体发酵培养基配方研究

为找到廉价的优化培养基配方生产高活力的复合纤维素酶,该实验采用配方试验和双温度培养法对康氏木霉F244菌株进行固体发酵,测定滤纸酶、棉花酶、羧甲基纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、果胶酶活力并通过SPSS软件建立回归方程,其全相关系数分别达到0.852,0.941,0.964,0.703,0.899,而后利用无约束规划求解找到复合酶生产配方.结果表明在固体培养基中Tween80对纤维素酶和果胶酶的生产均存在抑制作用,理想固体产酶培养基是稻草粉、麸皮、(NH4)2SO4及水分的混合物;复合纤维素酶生产的适宜配方为稻草粉16%,麸皮24%、(NH4)2SO4 3%、含水率57%,该配方对应的滤纸酶、棉花酶、羧甲基纤维素酶、β-葡萄糖苷酶及果胶酶的期望酶活分别达到72,129,342,112和108g.     

汽爆玉米秸秆酶解时表观酶活及物料理化性质的变化

为推动汽爆玉米秸秆生产丁醇的工业化进程,从工程实际出发,针对汽爆玉米秸秆酶解过程进行研究,考察酶解液糖浓度、纤维素酶表观酶活以及搅拌器搅拌功率的变化,并利用显微镜、电镜、X-ray、以及粒度分布仪对酶解反应过程中物料物理化学性质的改变进行表征。结果表明：随着酶解反应的进行,酶解液糖浓度从初始的0持续增加到56.25 g/L,搅拌功率持续降低,由反应初期的32.3 W降低至反应后期的5.2 W,且都是在1 h内变化最快;纤维素酶表观酶活则表现为先降低后增加,然后再降低的趋势;在酶解过程中固体颗粒粒度呈现降低的趋势,比表面积逐渐增加,结晶度和微晶尺寸也有所降低,颗粒内部空腔增多。该研究为秸秆丁醇工业化提供参考。     

生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化过程氮素转化的影响

为了研究添加生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化处理过程中氮素转化特征的影响,分析堆肥过程中氮素的转化及损失规律,用西红柿茎蔓、玉米秸秆和猪粪按一定比例混合后添加不同比例的生物质炭,进行了为期30 d的堆肥发酵试验。结果表明,添加生物质炭能够提高堆体温度,使堆体快速进入高温期,延长高温持续时间,可降低挥发性氨的累积释放量,减少堆肥过程中的氮素损失,从而提高堆肥产品全氮的含量,并可促进堆肥后期NH+4-N向NO-3-N转化,提高非酸水解态氮的含量。添加生物质炭有利于堆肥的腐熟,在堆肥第18 d添加较高比例的生物质炭的处理其NH+4-N/NO-3-N≤0.5,堆肥产品达到腐熟。综合保氮和腐熟效果,蔬菜废弃物在堆肥化过程中以添加10%的生物质炭为最佳。     

羽毛酶解氨基酸肥对小麦根系形态及抗性酶活的影响

为废弃羽毛资源化利用及作物优质高产提供理论依据和技术支持,以中麦9号为研究对象,通过盆栽试验研究废弃羽毛酶解氨基酸肥（FEAF）对小麦根系形态、抗性酶活及单穗重的影响,并与海鱼酶解氨基酸肥（SFAF）和矿物源黄腐酸钾肥（BSFA）比较。结果表明：与不施液体肥（CK）相比,FEAF处理显著增加了小麦根系的主根数、根体积、根鲜重、根干重和根系活力,分别较CK增加25.00%、167.00%、111.00%、95.50%和51.57%。在抗性酶活方面,FEAF处理显著降低了小麦根系的丙二醛含量,增加了超氧化物歧化酶活、过氧化氢酶活和总抗氧化能力,其中丙二醛含量较CK降低20.47%,超氧化物歧化酶活、过氧化氢酶活和总抗氧化能力分别较CK提高36.57%、260.18%和219.77%。植株干物质积累和单穗重在FEAF处理下较CK分别增加95.45%和140.00%。与SFAF处理相比,FEAF处理的小麦根体积、根鲜重、根干重、过氧化氢酶活、总抗氧化能力和单穗重均显著增加,其中单穗重较SFAF处理增加30.43%,处理间差异达到显著水平。而与BSFA处理相比,FEAF处理的小麦根系上述指标和单...     

纤维素降解真菌A25-2的分离、鉴定及其产纤维素酶的酶学特性

本研究以Avicel-刚果红选择培养基为初筛培养基,从云南哀牢山国家级自然保护区和广西猫儿山国家级自然保护区的土壤样品中分离筛选得到4200株真菌,从中筛选出透明圈与菌落直径比较大、透明程度较为清晰的12个菌株。通过液体培养发酵,测定其上清液中的羧甲基纤维素酶活力、滤纸酶活力和Avicel酶活力,最终筛选出一株产该三种酶且其活力均最高的真菌菌株A25-2。通过对菌株A25-2形态学观察和其内转录间隔区（internal transcribed spacer,ITS）序列同源性比对分析,将菌株A25-2鉴定为哈茨木霉（Hypocrea lixii）。酶活测定结果表明菌株A25-2产纤维素酶的酶活力较高,在最适作用pH4.5和最适作用温度55℃下,其羧甲基纤维素酶活力为2.26IU/mL,滤纸酶活力为0.58IU/mL,Avicel酶活力为0.39IU/mL。薄层层析实验表明A25-2具有完整的纤维素酶系统。因此,真菌A25-2可作为饲料加工等生产和纤维素酶相关研究的备选菌株。     

鹅肝酶解物对酒精性脂肪肝的改善作用

为探索鹅肝酶解物对酒精性脂肪肝的防治效果,以6周龄SD大鼠为研究对象,将其随机分为对照组、模型组,以及鹅肝酶解物高(GLH-H)、低剂量处理组(GLH-L),其中对照组以Lieber-DeCarli液体对照饲料喂养,其他各组以Lieber-DeCarli乙醇液体饲料喂养;GLH-H、GLH-L处理组分别给药600、200 mg·kg^-1 BW(体质量)GLH进行干预,对照组和模型组分别给予相同体积的生理盐水灌胃,试验共持续5周。试验结束后测定各试验组大鼠的体质量、肝脏指数、血清中尿素氮、总胆固醇、甘油三酯及炎症因子,分析大鼠肠道微生物的组成,并对各试验组大鼠肝脏病理切片进行观察。结果表明,GLH处理明显降低了酒精性脂肪肝大鼠的肝脏指数(P<0.05),改善了酒精性脂肪肝大鼠肝脏脂肪变性程度,显著降低了大鼠血清中的尿素氮、总胆固醇、甘油三酯及炎症水平(P<0.05)。高通量测序发现,GLH可改善大鼠肠道微生物紊乱的现象。综上,GLH对酒精性脂肪肝的发生具有一定的预防作用。本研究结果为酒精性脂肪肝治疗药物的研究提供了新思路。     

组合酶催化体系产氢气的研究进展

氢是一种燃烧值高无污染的燃料。无细胞组合酶催化体系是以碳水化合物和水为底物,通过13种酶协同催化,生成2种产物：氢气和二氧化碳。该体系理论上1 mol葡萄糖可生成12 mol氢气,是微生物厌氧发酵的3倍。该文介绍了无细胞组合酶催化体系的发展历程、组成酶的特征、酶催化的步骤,最后对该体系优缺点和工业化应用进行了探讨。     

不同金属盐强化乙醇/水预处理对蔗渣酶解效率的影响

预处理过程可以破坏木质纤维素生物质的致密结构、降低生物抗性,是木质纤维素生物质经酶解制备糖基平台化学的重要步骤。该研究以蔗渣为原料,在预处理温度为160 ℃、预处理时间为10 min时,选取0.025 mol/L 的不同金属盐FeCl₃、CrCl₃、AlCl₃、CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂、NaCl、LiCl、Na₂CO₃对蔗渣进行乙醇/水预处理,并对预处理后样品进行酶解,探究不同金属盐强化乙醇/水预处理对蔗渣酶解效率的影响和规律,并进一步通过扫描电镜（scanning electron microscopy, SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）、傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR）和热重（thermogravimetric, TG）对蔗渣原料和预处理后的固体进行表征,探究金属盐强化乙醇/水预处理后蔗渣表面形貌与结构变化对酶解效率的影响,分析作用机理。结果表明:与原料甘蔗渣相比,不同金属盐强化乙醇/水预处理后样品中葡聚糖的质量分数从45.5%增加到77.2%,预处理后样品酶解48h后的葡萄糖得率也由51.14%增加到最高93.08%。其中,三价金属盐（FeCl₃、CrCl₃和AlCl₃）对蔗渣酶解效率的提升最为显著,这可归因于三价金属盐强化乙醇/水预处理可以更加有效的去除蔗渣中的半纤维素和木质素,增加酶对纤维素的可及性。后续表征分析也表明经过三价金属盐（FeCl₃、CrCl₃和AlCl₃）强化乙醇/水预处理后的样品比经过二价金属盐（CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂和CaCl₂）和一价金属盐（NaCl、LiCl和Na₂CO₃）强化乙醇/水预处理表面结构破坏更为彻底,结晶度相对增加最大,木素和半纤维素去除率最多,热稳定性也相对最高。该研究结果将为后续木质纤维素生物质的高效转化与利用提供参考。     

利用孔石莼类海藻制作生物质板材的工艺

该文以海藻的有效利用为出发点,利用孔石莼类海藻为原料,研制一种可自然降解的新型绿色环保材料——生物质板材,来取代现有的一部分塑料制品等。将海藻孔石莼在水饱和的状态下研碎,然后在恒温环境下进行自然纤维离解,从而提高纤维活性。再利用压缩成型方法将纤维二次连接以提高材料强度。最后利用电导传热干燥进行再脱水及纤维连接完成生物质板材制作。结果表明,孔石莼板材的破坏强度达到131 MPa,是一般聚乙烯发泡板材的4倍。因此,利用海藻、通过如上的制作工艺完全可以制作出性能优良的生物质板材。其高强度、可自然降解等特性,在营养钵、地面保温、覆盖等方面有很好的应用前景。     

棉花地上鲜生物量的高光谱估算模型研究

通过测试棉花6个生育时期350～2500 nm波段的冠层高光谱数据,采用连续统去除和波段深度归一化的分析方法,计算出棉花反射光谱550～750 nm波段深度参数(Dc);同时,将冠层反射光谱数据与棉花鲜生物量进行逐步回归分析,确定了近红外波段763 nm及红光波段670 nm是棉花鲜生物量的2个敏感波段,并组成了高光谱归一化植被指数(NDVI)和比值植被指数(RVI);基于Dc参数和NDVI、RVI植被指数,建立了棉花地上鲜生物量的5种单变量线性与非线性函数模型,分析表明,RVI的指数函数模型反演的棉花地上鲜生物量的估计值与实测值的相关系数最大(R=0.7289^**,RMSE=0.8776);5种函数模型方程,经检验均达到1%的极显著水平,其中,以指数函数、幂函数和双曲线函数构建的棉花鲜生物量估算模型精度相对较高;该研究采用高光谱植被参数和指数,实时、无损、动态、定量提取了棉花地上鲜生物量,为分析、模拟、评价、预测棉花群体大小,设计理想棉花群体及棉花高光谱遥感估产提供了科学的依据。     

适宜的水氮处理提高稻基农田土壤酶活性和土壤微生物量碳氮

为探讨节水灌溉与氮肥施用对稻田土壤微生物特性的影响,该试验采用防雨棚池栽试验,研究2个灌溉模式（常规灌溉与控制灌溉）与3个水平施氮量（90、180和270 kg/hm2））对稻基农田土壤脲酶活性、土壤过氧化氢酶活性、土壤磷酸酶活性、土壤转化酶活性、土壤微生物量碳及土壤微生物量氮的影响。研究结果表明,随着施氮水平增加,土壤脲酶活性和土壤微生物量氮增加,土壤过氧化氢酶活性、土壤磷酸酶活性、土壤转化酶活性、土壤微生物量碳、土壤微生物量碳与土壤微生物量氮的比值、土壤微生物熵均呈先增加后降低趋势;与常规灌溉相比,控制灌溉显著提高稻基农田土壤脲酶活性、土壤过氧化氢酶活性、土壤磷酸酶活性、土壤转化酶活性、土壤中微生物量碳、土壤微生物量氮、土壤微生物熵,降低土壤微生物量碳与土壤微生物量氮的比值。在该试验条件下,以控制灌溉模式下施氮量180 kg/hm2可获得最优的生物环境,土壤脲酶活性、土壤过氧化氢酶活性、土壤磷酸酶活性、土壤转化酶活性、土壤中微生物量碳、土壤微生物量氮分别达到3.02×10-2 mg/g、0.93 mL/g、5.70 mg/g、10.08 mL/g、237.58 mg/kg、52.60 m/kg。该研究对认识稻基农田水氮耦合关系、指导江淮丘陵季节性干旱区水稻优质节水高产高效栽培实践提供理论依据。     

生物质成型材料干馏裂解工艺试验

该文分别以锯末成型块和稻壳成型块为原料,研究了干馏热解最高温度和速度对碳热值、产率、质量的影响,试验结果表明:对生物质成型材料而言,炭的产量同样是热解温度和加热速率的函数。在低于400℃条件下,随着炭化温度升高,两种实验样品失重很快,当炭化温度由400℃升到600℃,焦炭产量只轻微的减少;进一步升到800℃,炭的重量减少至不到净重的3%(干基),但加热速度对生物质成型炭的质量比木材炭质量影响更大,过高的加热速率和原料过大含水率容易造成生物质成型碳产生裂纹,使成型炭的强度下降,从而影响炭的质量。从经济性角度考虑,碳化温度控制在400~500℃范围内,此时,炭的含碳量在76%~85%,炭产量在33%~40%。     

考虑焦油的生物质气化过程热力学模型

在生物质气化过程中焦油是不利产物,由于焦油成分的复杂性,传统生物质气化热力学模型均未考虑焦油。为了研究操作运行条件对燃气成分、焦油等影响,本文引入焦油模型化合物,考虑系统散热和碳不完全转化等因素影响,基于物质平衡、能量平衡和化学反应平衡建立了考虑焦油的生物质气化过程热力学模型。使用Newton-Raphson方法对模型进行了求解。利用文献数据验证了模型的有效性。最后,利用所建模型计算了空气预热温度、空气当量比、水蒸汽添加率等操作条件对燃气成分、焦油含量等指标的影响。结果表明,空气预热温度提高,焦油含量下降,气体热值提高;空气当量比从0.2提高到0.3,焦油含量降低,燃气中有效成分减少;水蒸汽添加率从0增加到10%,焦油含量下降,气化效率提高。研究结果可为生物质能低焦清洁利用提供参考。     

熔融盐-镍协同催化生物质热解制取富氢气体

在固定床反应器中研究了(Na_2CO_3-NaOH)熔融盐和镍对生物质三组分纤维素、半纤维素和木质素热解制氢的影响。结果表明,熔融盐中的氢氧化钠能吸收三组分热解产气中CO_2,从而有利于合成气中的CO转化成H2。熔融盐含有的碱金属Na~+和OH~-分别能促进半纤维素与纤维素、木质素的热解,木质素热解产氢量最高可达到1 148 m L/g,H2体积分数达到90.7%。熔融盐-镍协同作用时可以降低三组分产气中CH_4含量,与单独添加熔融盐相比,纤维素、半纤维素和木质素的CH_4产量分别下降35.0%、24.5%和12.0%。在熔融盐-镍的存在下,纤维素、半纤维素和木质素的最高产氢量分别达到910、714和1 106 m L/g,H2体积分数分别为77.6%,77.8%和91.6%。     

Effect of cattle slurry in grassland on microbial biomass and on activities of various enzymes

We examined the long-term effects of cattle slurry, applied at high rates, on microbial biomass, respiration, the microbial quotient (qCO₂) and various soil enzyme activities. In March, June, July, and October 1991, slurry-amended grassland soils (0–10 cm) contained significantly higher levels of microbial biomass, N mineralization and enzyme activities involved in N, P, and C cycling. With microbial biomass as the relative value, the results revealed that the slurry treatment influenced enzyme production by the microbial biomass. High levels of urease activity were the result not only of a larger microbial biomass, but also of higher levels of enzmye production by this microbial biomass. The ratio of alkaline phosphatase and xylanase to microbial biomass was nearly constant in the different treatments. The metabolic quotient (qCO₂) declined with increased levels of slurry application. Therefore it appears that microorganisms in slurry-amended soils require less C and energy if there is no competition for nutrients. The results of this study suggest that urease activity, nitrification, and respiration (metabolic quotient) can be used as indicators of environmental stress, produced by heavy applications of cattle slurry.     

Organic matter, microbial biomass and enzyme activity of soils under different crop rotations in the tropics

Soil organic matter level, soil microbial biomass C, ninhydrin-N, C mineralization, and dehydrogenase and alkaline phosphatase activity were studied in soils under different crop rotations for 6 years. Inclusion of a green manure crop of Sesbania aculeata in the rotation improved soil organic matter status and led to an increase in soil microbial biomass, soil enzyme activity and soil respiratory activity. Microbial biomass C increased from 192 mg kg^–1 soil in a pearl millet-wheat-fallow rotation to 256 mg kg^–1 soil in a pearl millet-wheat-green manure rotation. Inclusion of an oilseed crop such as sunflower or mustard led to a decrease in soil microbial biomass, C mineralization and soil enzyme activity. There was a good correlation between microbial biomass C, ninhydrin-N and dehydrogenase activity. The alkaline phosphatase activity of the soil under different crop rotations was little affected. The results indicate the green manuring improved the organic matter status of the soil and soil microbial activity vital for the nutrient turnover and long-term productivity of the soil. Received: 7 January 1996     

应用同步热分析仪确定小麦秸秆热解需热量

为了解决生物质热解过程需热量的定量问题,该文应用热重—差示扫描（TG/DSC）同步热分析仪对小麦秸秆进行了热解实验研究。将约5 mg的小麦秸秆粉样品装入带盖的铂铑坩锅中,放在热解炉中的DSC-cp高精度样品支架上,在流量为25 mL/min的高纯氮气吹扫下,以10 K/min的升温速率从常温升至973 K,记录生物质的热重(TG)曲线和差示扫描(DSC)曲线。通过对实验所得微分热重(DTG)曲线和DSC曲线对比分析,对小麦秸秆热解过程进行了详细的探讨。在DSC曲线上扣除水分的影响后对其积分得出热解过程需热量的规律。结果表明,要使1 kg干小麦秸秆完成从常温303 K到673 K,773 K,873 K的升温和热解,所需的总热量分别为523 kJ,558 kJ,592 kJ。     

制冷炊事兼用生物质成型燃料炉具的设计

为了解决当前农村能源紧缺的问题,依据当前农村普遍生活、炊事习惯和严格的热工计算,设计出农户制冷、炊事所需要的生物质成型燃料炉具。测试结果为：热效率40.6%,上火时间15 min,旺火时间62 min,炉具达到了国家的相关标准,符合生物质的燃烧特性,污染物排放量少,燃烧比较稳定,可为制冷系统稳定运行提供能量。