基因操作调控木质素含量和组分的研究进展

木质素作为木材的主要化学成分,在植物中具有重要的生物学功能。然而它的存在却制约了制浆造纸工业的发展,导致环境污染。因此,近来的试验期望通过调控木质素合成途径中的相关基因,来提高制浆造纸生产中原材料的质量。简要介绍了木质素生物合成中酶的调控对转基因植株木质素含量和组分,以及田间生长一定时期后的转基因植株对制浆影响的研究概况。适宜的低木质素含量和合理组分的转基因植株木材有望改善制浆造纸工业的经济和环境效益,实现该产业的可持续发展。     

木质素的化学改性方法及其应用

根据有关文献资料,综述了由制浆造纸黑液回收的木质素的化学改性方法及其应用的研究进展,内容主要包括木质素的磺化、磺甲基化,木质素与丙烯酰胺、丙烯酸和多元单体接枝共聚、缩合、交联,木质素的氧化氨解、稀硝酸氧化,木质素脱甲基化、硫化以及常温常压、高温加压等反应改性。综合分析表明,改性后木质素分子量提高,水溶性、表面活性增强,其改性产物分别在混凝土外加剂、石油开采、染料分散、肥料增效缓释、合成木材、削减地表径流、固沙保水等方面有良好的应用前景。木质素的化学改性既拓宽了木质素的应用范围,也提高了其实用价值。加强木质素的改性与应用研究对保护生态环境,推动工业木质素应用的发展,促进制浆造纸废液污染治理,开发可自然再生资源的有效利用具有重要意义。     

木质素化学改性制备缓释肥料的研究综述

木质素是自然界中最丰富的可再生芳香族资源,也是造纸制浆、木质纤维乙醇等农林精炼过程中的剩余物;其资源潜力巨大,如何有效地利用和开发木质素资源是行业亟须解决的问题。综述木质素的理化性质及化学改性的最新进展,重点介绍木质素包膜法、氧化氨化法、接枝共聚法、交联聚合法制备缓释肥料及应用评价,以期为木质素资源化利用提供参考。     

木质素在制备缓控释肥中的应用

木质素是自然界中含量丰富的芳香生物聚合物,也是生物质乙醇、制浆工业等生物质精炼厂的副产品,如何提升木质素的高附加值应用是亟待解决的问题。近年来,出现了大量利用木质素作为缓释肥载体的研究,木质素作缓释肥的载体,既可利用其物理特性吸附、包裹营养元素制备物理阻碍型缓控释肥;又可利用其活性基团与营养元素发生化学反应来制备化学合成型缓控释肥。本文综述了木质素在制备物理阻碍型包膜缓释肥中的应用,同时综述了木质素通过氨氧化反应、曼尼希反应和螯合反应制备化学合成型缓释氮肥、螯合微肥的应用现状。最后,探析了木质素缓释肥的物理缓释和化学缓释(氨氧化反应、曼尼希反应和螯合反应)机理。加强木质素的科学研究及应用开发对促进资源利用、环境保护有着重要的意义。     

碳源对白腐菌降解竹基质的影响

为探索竹生物制浆的适宜条件,该文研究了5种碳源对白腐菌降解竹基质中木质纤维素的影响。结果表明,外加碳源刺激菌丝生长,白腐菌对竹基质中不同组分的降解程度因外加碳源的种类而异;纤维素降解率对白腐菌降解木质素和半纤维素的选择性起着关键的影响;10%葡萄糖、5%木聚糖和10%麸皮都能显著提高木质素和半纤维素的选择性系数,其中5%木聚糖的效果最好;木质素和半纤维素的降解选择性系数从12 .91分别上升到41.45和78.83;添加复杂碳源麸皮和玉米秆粉对白腐菌降解竹子中木质素和半纤维素的促进作用可能是木质素降解酶、小分子物质及共代谢多种途径共同作用的结果。总之,在利用白腐菌进行竹生物制浆时适当添加富含半纤维素的物质有利于提高效率,降低成本。      

生长期和植株性别对工业大麻秆“三大素”的影响

研究工业大麻Cannabis sativa秆生长周期和植株性别对"三大素"(纤维素、半纤维素、木质素)生成规律的影响,可为该材料在新能源和可再生纤维制备方面的利用提供参考。用SAS软件分别分析不同生长期和植株性别对工业大麻秆"三大素"质量分数的相关性。结果表明:生长期对工业大麻秆纤维素、木质素质量分数的影响显著(P0.05),对半纤维素质量分数的影响不显著(P0.05);植株性别对工业大麻秆纤维素和半纤维素质量分数的影响显著(P0.05),对木质素质量分数的影响不显著(P0.05)。在整个生长期,"三大素"质量分数分别为380.8~525.0 g·kg-1,174.2~275.5 g·kg-1,109.8~235.8 g·kg-1;随生长期的延长,纤维素和半纤维素质量分数先增加后减小,木质素质量分数呈增加趋势,即在工业大麻秆的生长过程中纤维素和半纤维素的合成要早于木质素。生长期77 d时植株开始出现雌、雄性别的表观差异,雌株的纤维素和木质素质量分数大于雄株的,半纤维素小于雄株的;但雌雄株之间的化学成分差异产生的原因还有待进一步进行研究。     

制浆废液处理污泥改良酸性土壤的试验研究(Ⅰ)——污泥改土对土壤性质的影响

采用室内塑制质反应器培养方法,研究了制浆废液处理的木质素污泥对酸性土壤的改良效果.结果表明,木质素污泥能有效改良土壤酸性,使达到植物生长发育适宜的pH条件.同时,利用污泥改土能有效抑制酸壤中毒害元素的活性,有利于提高土壤中有效磷的含量,对促进植物吸收营养元素具有积极作用.木质素污泥改土的适宜用量为耕层土壤量的0.25%～0.50%,细度≤0.9mm.     

球磨杠柳木质素化学结构特性

对球磨的杠柳(Periploca sepium)采用含有0.05mol/L HCl的80%液体二氧六环在85℃处理4h、二甲基亚砜在85℃处理4h,以及8% NaOH在50℃处理3h,得到86%的原本木质素.采用FTIR、UV、液态1H和13C-NMR研究了酸性二氧六环、二甲基亚砜和碱溶性木质素组分的结构特征.结果表明:温和条件下,球磨与酸水解对分离的木质素大分子结构破坏不大.其中,温和酸水解使半纤维素和木质素之间醚键发生显著断裂,并使半纤维素发生部分降解.由于酸性二氧六环溶解的木质素主要来自初生壁,而碱溶性木质素主要来自次生壁,导致酸性二氧六环溶解的木质素与二甲基亚砜和碱溶性木质素结构不同.     

木质素磺酸铁肥研制及其对花生的施用效果

铁是植物生长必需的微量营养元素,缺铁影响作物产量和品质,降低植物性膳食中铁含量。施用铁肥是解决作物缺铁的有效措施之一。以作物秸秆亚铵法造纸废弃物木质素磺酸盐(LS)为原料,通过四因素三水平L9(34)正交设计,研究木质素磺酸铁的生产合成工艺,研发木质素磺酸铁肥产品。以花生为试验作物,通过土培试验,研究木质素磺酸铁的施用效果。秸秆亚铵法制浆造纸废弃物木质素磺酸盐对铁具有一定的螯合性,木质素磺酸铁实验室合成生产过程中,各因素对产品中铁含量的影响顺序为:反应初始p H反应温度Fe2+用量反应时间,从而确定了木质素磺酸铁肥生产合成的最佳反应条件,制备了固体木质素磺酸铁肥产品,Fe含量为12.65%,p H为6.98。土培试验中,花生植株未出现缺铁失绿时,土施和喷施木质素磺酸铁、硫酸亚铁和EDTA铁对植株地上部生物量、花生产量及新叶中活性铁含量均无明显影响。但连续种植两茬后,不施铁肥处理的花生远杂9102出现新叶缺铁失绿症状,土施和喷施木质素磺酸铁可显著提高远杂9102花生新叶叶绿素含量(SPAD值),喷施提高了叶片中活性铁含量。木质素磺酸铁对花生缺铁失绿有纠正效果,与硫酸亚铁和EDTA铁相比,没有明显区别。以作物秸秆亚铵法制浆造纸废弃的木质素磺酸盐为原料,可用来生产木质素磺酸铁肥产品,土施和叶面喷施产品对纠正花生缺铁失绿效果明显。     

DEAE-Sepharose Fast Flow分离纯化刺芹侧耳木质素降解酶

[目的]为Pleurotus eryngii—Co60-7木质素降解酶的分离纯化和综合利用提供试验依据。[方法]采用DEAE—Sepharose^TM Fast Flow离子交换介质,分别考察缓冲液pH值、流速和洗脱方式等对刺芹侧耳木质素降解酶分离纯化的影响,确定了最佳分离纯化层析条件。[结果]DEAE-Sephalose^TM Fast Flow分离纯化Pleurotus eryngii-Co60-7木质素降解酶的最佳层析条件为：选择20mmol／L,pH值为5．0醋酸钠一醋酸缓冲体系,3ml／min的流速,进行分步洗脱（100、200～300和1000mmoL／L NaCl的三步洗脱）,可较好地实现刺芹侧耳发酵液木质素降解酶初分,该纯化操作目标蛋白回收率达85％,纯化分离因素为2．71。[结论]该技术在分离纯化刺芹侧耳木质素降解酶上可行,具有潜在的工业应用价值。     

Practical approaches to green solvents

Solvents are widely used in commercial manufacturing and service industries. Despite abundant precaution, they inevitably contaminate our air, land, and water because they are difficult to contain and recycle. Researchers have therefore focused on reducing solvent use through the development of solvent-free processes and more efficient recycling protocols. However, these approaches have their limitations, necessitating a pollution prevention approach and the search for environmentally benign solvent alternatives. This report highlights opportunities for the practical implementation of such green solvents.     

有机溶剂法提取棉花纤维中木质素

[目的]有机溶剂法提取的木质素纯度较高,可进一步分析木质素单体的类型.研究针对有机溶剂法提取棉花纤维中的木质素尚未见报道,利用甲酸、乙酸提取棉纤维中的木质素.[方法]用甲酸、乙酸和水的不同配比提取棉花纤维中的木质素,以确定合适的甲酸、乙酸、水体积比,并将用该方法提取的木质察进行紫外扫描,比较提取的棉花纤维木质素与标样木质素的扫描曲线.[结果]当甲酸、乙酸、水的体积比为55∶25:20时得到的木质素最多,有机溶剂提取的棉花木质素与标样木质素的扫描曲线相似.[结论]有机溶剂甲酸、乙酸适合于分析棉花纤维中的木质素.该方法为进一步研究棉花纤维中的木质素单体类型奠定了基础.     

溶剂置换结晶法制备甘露糖的研究

[目的]介绍一种制备高纯度D-甘露糖晶体的方法.[方法]以甘露糖、葡萄糖混合溶液为原料,有机溶剂置换结晶法得到粗晶产品,乙醇浸泡洗涤晶体得到纯度在99％以上的甘露糖晶体.通过比较筛选适合的置换有机溶剂,在此基础上,考察了乙醇的用量、乙醇浸泡洗涤的时间对高纯度D-甘露糖晶体得率的影响.[结果]试验确定了置换溶剂乙醇的用量以及乙醇浸泡洗涤的时间：以乙醇为结晶置换溶剂,最佳用量为60％,以乙醇为洗涤溶剂,最佳浸泡洗涤时间为20～30 min,最终甘露糖纯度达到99％以上,收率60％以上.[结论]溶剂置换结晶法制备高纯度D-甘露糖晶体的结晶时间短、能耗低、操作简单.     

木质素生物降解的研究进展

木质素是重要的天然有机物,因其结构复杂、难降解,成为其他物质利用的障碍。利用生物方法能有效降解木质素,且污染少、能耗低。文章综述了木质素的分子结构、降解菌种类、生物降解机理与木质素生物降解酶的应用等,分析了木质素生物降解存在的问题,并就今后的研究方向和应用前景作了展望。     

坛紫菜藻红蛋白分离纯化研究

[目的]建立一种新型、高效、快速的藻红蛋白分离纯化方法,并对其分离机理进行探讨。[方法]以坛紫菜的藻红蛋白搅切法提取物为原料,首先通过100和500 kDa的超滤离心管对其进行超滤分离,再在Superose 12色谱柱上以不同种类和不同浓度的流动相对藻红蛋白粗提物进行等度洗脱,分析其分离机理,并优化分离条件。[结果]在0.05 mol/L NaCl等度洗脱的条件下,藻红蛋白在Superose12色谱柱上表现为典型的氢键吸附模式;在优化的条件下,通过超滤-Superose 12氢键吸附分离的方法,可以使坛紫菜藻红蛋白提取物纯度(A565/A280)达到7.98,总回收率52.9%。[结论]该研究结果表明藻红蛋白在Superose 12色谱柱上存在氢键吸附作用,同时,该研究所建立的超滤-Superose 12氢键吸附分离方法是一种新型、高效、快速的藻红蛋白分离纯化方法。     

堆肥化过程木质素降解和腐殖质形成的研究进展

好氧堆肥化作为处理有机固体废物的技术之一,可同时实现废物的无害化、减量化和资源化。堆肥原料中含量丰富且结构复杂的木质素是限制快速腐殖化速率的重要因素,堆肥化过程中形成的稳定腐殖质是良好的土壤修复剂和调理剂。强化木质素的降解,同时促进腐殖质的快速形成是提高堆肥效率和堆肥质量的关键。综述了微生物、预处理方法和添加剂对木质素降解的影响,总结了堆肥腐殖质的特征与形成过程、腐殖质的应用研究、以及腐殖质形成与木质素降解的关系。提出应从以下几个方面开展研究:(1)木质素酶催化机理、降解酶基因结构和表达调控机理;(2)木质纤维素的高效、低耗破壁预处理技术;(3)堆肥腐殖质的结构特征及其对土壤营养调控的作用机理。为有机物的快速腐殖化及堆肥腐殖质的资源化利用提供参考和依据。     

基于全溶体系的毛竹竹材木质素分离方法

  目的  以毛竹Phyllostachys edulis竹材为原料，经球磨分别通过LiCl/DMSO溶剂体系的溶解、再生处理、纤维素酶水解，得到的酶解残渣进行溶剂抽提、纯化，分离出竹材中的再生酶解木质素（RCEL）。  方法  木质素化学成分按照标准方法测定，木质素结构单元的变化通过红外、碱性硝基苯氧化、核磁共振波普分析，采用X射线衍射比较再生前后的纤维素结晶区变化。用凝胶渗透色谱测定木质素的分子量及其分布。  结果  经由化学成分结果得知:RCEL的得率和纯度都较高。经红外、元素分析、硝基苯氧化、凝胶渗透色谱、核磁共振等手段表征表明:分离得到的竹材RCEL为GSH型木质素，缩合程度略高于纤维素酶解木质素（CEL），其中，紫丁香基结构单元含量较高，达50%，分离过程中结构单元比例没有变化。从分子量及其分布来看，竹材RCEL数均分子量和重均分子量都较高，分离过程中木质素降解较少。经X射线衍射分析，经LiCl/DMSO体系溶胀处理后纤维素的结晶度有所下降。RCEL木质素热失重温度为200~600℃，600℃后失重趋于稳定，木质素缩合程度不同会导致不同的热解特性。  结论  基于LiCl/DMSO溶剂体系的分离方法，对木质素大分子结构有较好的保护作用，对碳水化合物有很好的降解作用，可以改变纤维素结晶区的结构，降低结晶度，从而能促进纤维素的降解，提高酶解效率，有利于高效分离CEL。与传统分离方法得到的球磨木质素（MWL）、CEL相比，经过LiCl/DMSO溶剂体系处理后得到的竹材RCEL，能较好地代表竹材的木质素。     

木材纤维素在LiCl/DMAc溶剂体系中的溶解特性

为了使木材纤维素改性以制备功能材料,该文研究了木材纤维素在LiCl/DMAc中的溶解特性,确定LiCl在木材纤维素溶剂体系中的重要作用,进一步验证了溶解机理,并对溶解产物进行了红外光谱分析.结果表明:①LiCl在LiCl/DMAc溶剂体系中起重要的作用,可与木材纤维素生成中间络合物,减少纤维素分子之间的氢键作用,提高其溶解性能.②非水溶剂法是对木材纤维素溶解的较好方法,红外谱图分析表明,在纤维素的特征吸收宽峰—OH的位置(3 400 cm-1),其吸收强度大大减小,即纤维素羟基缔合程度减小,分子间氢键受到破坏.③LiCl/DMAc溶剂体系能有效地溶解木材纤维素,为木材纤维素改性制备功能材料提供了较好的均相合成体系.      

木质素与生物燃料生产:降低含量或解除束缚?

生物质能源作为可再生性替代能源之一,其开发利用可为解决当前全球变暖、化石能源成本飞涨和环境污染等重大问题提供新的途径。木质纤维素是植物细胞壁的主要组成成分,也是地球上最丰富的可再生资源之一,可转化为生物酒精等液体生物燃料。木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素和木质素,三者之间由酯键、醚键和糖苷键等化学键连接,形成的木质素-糖类复合体是一种共价键聚合物,这些细胞壁成分的组成及其互作会影响多糖的水解作用,进而影响木质纤维素的转化利用效率,其中,木质素被认为是阻碍纤维素酶分解的主要物理障碍。当前,提高能源作物生物质的田间种植、生产效率及其工厂化降解、转化效率是生物质能源发展的热点和难点问题。由于木质素是木质纤维素生物量中除多糖之外含量最高的成分之一,提高木质素利用效率成为影响整个木质纤维素生物冶炼产能的关键。为此,文中从降低木质素含量和解除木质素束缚的角度出发,系统回顾了木质素在植物细胞壁中的发育沉积特征及其遗传改造研究进展,探究从植物细胞壁结构组成角度优化木质纤维素性状提高生物燃料产率的可能性,重点论述了降低能源植物木质素含量的遗传选育和基因改良策略,以及木质纤维素生物冶炼的预处理和分离技术。一方面,通过常规育种程序培育低木质素含量的生物能源作物品种,或是通过基因工程技术下调木质素的生物合成,对于提高木质纤维素利用效率和降低生物燃料生产成本均具有积极的作用。另一方面,以解除木质素束缚为目的的生物冶炼预处理技术是提高木质纤维素生物燃料工厂化生产效率的重要环节,主要包括酸预处理法、碱预处理法和有机溶剂预处理法,高效的预处理技术能够显著提高纤维素酶水解效率,增加生物酒精产量。文中最后对木质素与生物燃料生产的研究与应用前景进行了展望。     

植被重金属污染检测模型研究

利用高光谱遥感技术代替传统方法检测重金属污染,具有效率高、费用低、检测范围广等优点.但是高光谱影像的空间分辨率较低,为了提高精度需要提取影像的端元.鉴于纯净像元指数（Pixel Purity Index,PPI）法耗时长的缺点,提出一种基于高斯分布的波谱曲线概率法用于高光谱影像端元提取,并结合重金属胁迫下植被波谱响应变化建立了高光谱遥感影像的植被重金属污染检测模型.经过试验研究及分析,发现波谱曲线概率法端元提取的效果和精度与PPI相近,但是时间消耗明显减少.因此,建立的植被重金属污染检测模型可以用于高光谱遥感图像,具有一定的价值.