特异性降解木质素木豆内生真菌的筛选、鉴定及其对木质纤维素降解特性研究

摘要

木质纤维素是自然界中唯一存在的能够同时提供液体、气体以及固体燃料的可再生资源，并且木质纤维素还可以作为原料生产多种化学品。我国木质纤维素资源非常丰富，但目前木质纤维素利用率相对较低，其主要原因在于木质纤维素中存在的木质素难于降解和转化，因此大大降低了纤维素以及半纤维素的利用率。在自然界中，降解木质素主要是通过微生物来完成的，其中真菌是目前发现的对木质素降解最有潜力的微生物，因此本论文以筛选具有降解木质素的木豆内生真菌为主要研究内容。本研究从前期分离获得的180株木豆内生真菌中筛选得到一株特异性降解木质素的木豆内生真菌，并对其形态学和分子生物学特征进行了鉴定。将特异性降解木质素的内生真菌结合超声波辅助处理桦木屑，以木质素的降解率和纤维素的保留率为评价指标，优化了其处理过程中的条件，并对超声波处理、真菌处理以及真菌结合超声波辅助处理对桦木屑中木质纤维素降解效果进行了对比研究。研究结果如下:
　　1、筛选出一株特异性降解木质素的木豆内生真菌，并对其进行了系统的分类鉴定;
　　利用平板显色反应和木质素降解实验，筛选到一株特异性降解木质素的木豆内生真菌M-16。利用形态学以及分子生物学鉴定该菌株属于疣孢漆斑菌Myrothecium verrucaria。因此，将菌株M-16作为后续实验菌株。
　　2、通过优化超声处理的时间、功率以及真菌处理时间、料液比、pH、温度等条件，确定了内生真菌结合超声波辅助处理降解木质素的最佳条件;
　　内生真菌结合超声波辅助处理的最佳条件为:超声处理的时间20min，功率200W，料液比1∶20，温度30℃，真菌处理时间4天以及pH7。在此工艺条件下处理桦木屑，最终木质素的降解率高达67.95％，并且纤维素的保留率可达79.63％。
　　3、对超声波处理、真菌处理以及真菌结合超声波辅助处理对桦木屑中木质纤维素降解效果进行了对比研究;
　　超声波处理、真菌处理以及真菌结合超声波辅助处理对桦木屑中木质纤维素降解效果的含量测定结果显示:真菌结合超声波辅助处理对桦木屑处理效果最好，其木质素的去除率可达67.95％，分别是单独超声波处理和真菌处理的4.94倍、1.49倍。并通过红外光谱和扫描电镜对处理前后的桦木屑进行了表征，其化学结构和表观结构的变化表明，真菌结合超声波处理对木质纤维素的内部结构破坏最大，并且有部分木质素的内部官能团受到破坏。真菌处理的效果次之，超声波处理的效果最差。
　　综上，本论文首次筛选获得一株特异性降解木质素的木豆内生真菌，并采用真菌结合超声波辅助处理的方法降解天然木质纤维素原料桦木屑中的木质素，降解后的木质素的去除率较高且纤维素的保留率也相对较高。该方法具有反应时间短，反应条件温和，无污染，处理成本低，易于工业化应用等特点，因此，真菌结合超声波辅助处理是一种高效环保的绿色处理技术，有望应用于今后的工业生产过程中。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 木质纤维素的结构

1．2．1 纤维素

1．2．2 半纤维素

1．2．3 木质素

1．3 木质纤维素的预处理

1．3．1 预处理的必要性

1．3．2 物理预处理

1．3．3 化学预处理

1．3．4 物理化学预处理

1．3．5 生物预处理

1．4 植物内生真菌的研究概况

1．4．1 植物内生真菌简介

1．4．2 植物内生真菌的多样性

1．4．3 植物内生真菌的功能

1．5 论文选题意义及研究内容

1．5．1 论文的选题意义

1．5．2 论文的研究内容

2 特异性降解木质素木豆内生真菌的筛选及鉴定

2．1．2 实验仪器

2．1．3 实验试剂

2．1．4 相关培养基及试剂的配制

2．2 实验方法

2．2．1 菌种活化和平板培养

2．2．2 特异性降解木质素木豆内生真菌的筛选

2．2．3 桦木屑中木质素降解率以及纤维素保留率的测定

2．2．4 特异性降解木质素木豆内生真菌的鉴定

2．2．5 统计学处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 特异性降解木质素木豆内生真菌的筛选

2．3．2 特异性降解木质素木豆内生真菌的鉴定

2．4 本章小结

3 超声波辅助木豆内生真菌M-16降解木质素工艺研究

3．1 实验材料、仪器及试剂

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．1．3 实验试剂

3．1．4 相关培养基及试剂的配制

3．2 实验方法与步骤

3．2．1 超声波处理时间对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．2．2 超声波处理功率对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．2．3 真菌处理时间对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．2．4 真菌处理的料液比对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．2．5 真菌处理的pH对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．2．6 真菌处理的温度对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．2．7 桦木屑木质素降解率、纤维素保留率的测定

3．2．8 统计学处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 超声波处理时间对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．3．2 超声波处理功率对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．3．3 真菌处理时间对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．3．4 真菌处理的料液比对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．3．5 真菌处理的pH对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．3．6 真菌处理的温度对桦木屑木质纤维素降解的影响

3．4 本章小结

4 超声波辅助内生真菌降解木质素比较研究

4．1 实验材料、仪器及试剂

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．1．3 实验试剂

4．1．4 相关培养基及试剂的配制

4．2 实验方法与步骤

4．2．1 超声波处理桦木屑

4．2．2 真菌处理桦木屑

4．2．3 超声波辅助内生真菌处理桦木屑

4．2．4 桦木屑经处理前后主要组成成分分析

4．2．5 桦木屑经处理前后扫描电镜分析

4．2．6 桦木屑经处理前后红外光谱分析

4．2．7 统计学处理

4．3 结果与讨论

4．3．1 桦木屑经处理前后主要组成成分分析

4．3．2 桦木屑经处理前后扫描电镜分析

4．3．3 桦木屑经处理前后红外光谱分析

4．3．4 超声波辅助内生真菌处理方法与其它结合处理方法的比较分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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