芒草和水稻细胞壁组分连接方式与生物质降解效率动态关系的比较研究

摘要

通过将自然界中广泛存在的生物质转化为能源用于生产使用，对于缓解时下由于化石能源大量使用而引起的环境污染及能源危机，具有重要的现实意义。自然界中存在着丰富的生物质，植物木质纤维是其中储量最大的一类。但如何突破细胞壁屏障，将这一巨大的资源通过预处理、酶解及发酵后，有效地转化为能源，已成为时下一个重要的研究方向。在这一研究方向中，阐明细胞壁组分结构对降解转化效率的影响机制，又是一个研究热点。本研究以此为主要内容，通过对筛选得到的具有相似细胞壁组分含量，但降解效率差异显著的芒草（C4植物）/水稻突变体(C3植物)材料进行分析，初步探讨了细胞壁组分之间连接方式与降解效率之间可能存在的相互联系，主要研究结果列举如下:
　　1.在所测定的两类材料里，同一酶解处理后，水稻不同材料中所释放的各类细胞壁组分，在含量排序上比较一致;而在芒草不同材料中，除单糖及其衍生物符合上述规律外，木质素单体与酚类物质均变化较大。这一结果显示:在具有不同降解效率的水稻材料之间，其组分在参与细胞壁的构成上，具有高于芒草的一致性。
　　2.将材料按照降解效率高低划分为不同组后，相关性分析表明:芒草与水稻都存在细胞壁特定木质素单体（芒草为木质素单体H或G，水稻为木质素单体S）与其它组分相互连接，对降解效率的影响（水稻的影响因素多于芒草）;而在单糖及其衍生物、木质素单体与酚类物质之间的相互联系对降解效率的影响方面，芒草主要表现为单糖Ara、Xyl与酚类物质通过酯键或醚键的相互连接对于降解效率的降低作用;水稻主要表现为单糖衍生物GalUA、木质素单体H与S（木质素单体G）与酚类物质通过酯键或醚键的相互连接对于降解效率的降低（提高）作用。
　　3.本研究的部分推断结果，与现在较公认的细胞壁组分之间的连接形式相符合（多糖-酯-阿魏酸-醚-木质素），且这类连接在不同类型材料中对降解效率的影响均表现为负作用。同时，在两类材料中，也存在相同连接类型复合体结构（如单糖-醚键-酚类物质，木质素单体-醚键-酚类物质）对材料降解效率产生相反影响的现象，凸显不同物种间细胞壁结构与降解效率相互关系的复杂性。

目录

声明

摘要

缩略语表(Abbreviations)

1 文献综述

1．1 能源与新型能源

1．1．1 能源与新型能源的定义

1．1．2 生物质能源的定义及主要类型

1．2 我国生物质能源的发展现状与展望

1．3 生物质能源(生物乙醇)的转化方式

1．4 植物细胞壁的层次结构与组成成分

1．4．1 植物细胞壁的层次结构

1．4．2 植物细胞壁的组成成分

1．5 细胞壁组分间酚类键合作用与降解效率相互关系的研究进展

1．6 本研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验方法

2．2．1 细胞壁组分的化学提取和测定

2．2．2 细胞壁组分的酶解提取和测定

2．2．3 细胞壁的酸或碱预处理及酶解

2．2．4 细胞壁酸或碱预处理后酶解残渣的表面结构观察

2．2．5 细胞壁组分测定数据的相关性分析

3 结果与分析

3．1 材料细胞壁基本特性的比较

3．1．1 细胞壁组分含量的比较

3．1．2 降解效率的比较

3．1．3 酸或碱预处理后酶解残渣表面结构特征的比较

3．2 酶解产物细胞壁组分的测定

3．2．1 酶解产物的单糖及其衍生物组成

3．2．2 酶解产物的木质素单体组成

3．2．3 酶解产物的酚类物质组成

3．3 酶解产物细胞壁组分之间的相关性

3．3．1 芒草酶解产物细胞壁组分之间的相关性

3．3．2 水稻酶解产物细胞壁组分之间的相关性

3．3．3 结果总结归纳

4 讨论

4．1 植物细胞壁结构的复杂性

4．2 植物细胞壁结构的复杂性对降解效率的影响

4．3 能源植物细胞壁结构的遗传改良

参考文献

附录

致谢