木质纤维素是世界上储量最多的可再生生物质资源,它具有分布普遍、来源丰富的特点。在化石燃料资源面临着不可再生、自然环境逐渐恶化的形势和危机下,采用方便廉价的木质纤维素生产乙醇等液体燃料和相关化学产品,可以有效缓解人类面临的能源和环境两大危机,改善对化石能源的依赖,降低对自然环境的破坏,促进全球经济的可持续发展。自然环境中生活着大量以木质纤维素为碳源的微生物,它们可以利用自身分泌到胞外的纤维素酶来降解环境中的木质纤维素供自身生长繁殖。基于此,我们可以通过这些微生物来对木质纤维素资源进行开发利用。这是对地球上取之不尽用之不竭的木质纤维素资源开发最合理有效的途径,这种利用方式还具有对环境破坏小的优势。丝状真菌对自然环境中的木质纤维素的降解扮演着非常重要的角色,发挥着重要的作用。所以,对木质纤维素酶进行酶系组成和诱导表达这两方面的研究对于未来高效利用木质纤维素资源具有非常重要的理论意义和应用价值。影响木质纤维素酶基因表达纤维素酶的第一因素是碳源,在自然界中,丝状真菌的木质纤维素酶基因只有在纤维素底物存在的条件下才会被诱导表达[1]。但是纤维素本身是一种不溶性物质,它不能直接诱导木质纤维素酶基因的表达。然而真菌自身能通过本底表达的方式表达出极少量的纤维素酶,这些极少量的纤维素酶分泌到胞外后能够分解环境中的木质纤维素,生成可溶性的糖类,通过这些可溶性的糖类进入真菌胞内来诱导纤维素酶基因表达,从而实现大量纤维素酶的分泌形成[2]。为了鉴定是哪种寡糖在发挥诱导作用,迄今为止已对多种寡糖和它们的衍生物进行了大量详细的研究。结果表明纤维二糖、槐糖、乳糖这几种糖类以及它们的衍生物都可以引发诱导多种丝状真菌分泌产生纤维素酶。但是如果以二糖物质作为诱导底物,生产成本太高,不利于诱导纤维素酶合成的工业化生产。所以寻找廉价的诱导底物进行纤维素酶生产成为了亟待解决的重要课题。本课题采用高木质素含量的生物质材料、低木质素含量的生物质材料、无木质素含量的生物质材料作为里氏木霉生产纤维素酶的诱导底物筛选对象,对三大类生物质材料进行成分分析,然后利用它们分别作为诱导底物诱导里氏木霉生产纤维素酶,对其诱导产生的不同酶组分酶活力,胞外蛋白含量,糖化能力进行比较。探寻里氏木霉胞外产酶的最佳诱导底物,有效提高里氏木霉胞外纤维素酶酶活力。通过荧光辅助糖电泳(FACE)解析无木质素含量的生物质材料对里氏木霉产酶显著提高的原因;通过蛋白组学(ITRAQ)从蛋白水平上表征无木质素含量的生物质材料调整里氏木霉胞外酶蛋白含量,达到更优的酶系组成。为今后纤维素酶的全面深入的和工业化应用奠定理论基础。本研究工作主要包括以下部分:1.不同木质素含量生物质材料对里氏木霉诱导产纤维素酶的影响分别选用高木质素含量的生物质材料,低木质素含量的生物质材料,无木质素含量的生物质材料作为里氏木霉生产纤维素酶的诱导底物筛选对象,对三大类生物质材料进行成分分析,然后利用它们分别作为诱导底物诱导里氏木霉生产纤维素酶,对其诱导产生的不同酶组分酶活力,胞外蛋白含量,糖化能力进行比较。探寻里氏木霉胞外产酶的最佳诱导底物为无木质素含量的诱导底物,它能有效提高里氏木霉胞外纤维素酶酶活力。2.通过荧光辅助糖电泳(FACE)解析无木质素含量的生物质材料对里氏木霉产酶显著提高的原因在研究发现无木质素含量的诱导底物在诱导里氏木霉产纤维素酶过程中具有较好的诱导效果后,我们进一步研究确认了无木质素含量的生物质材料对真菌诱导产酶具有普遍适用性。为了找到无木质素含量的生物质材料诱导里氏木霉产酶提高的原因,我们通过荧光辅助糖电泳解析后发现紫菜通过纤维素酶水解后产生大量的二糖,三糖物质。二糖和三糖通过LC-MS分别鉴定为龙胆二糖,木三糖。之前有报道龙胆二糖和木三糖都可作为纤维素酶和半纤维素酶天然的诱导因子,均可以在较低浓度下诱导里氏木霉大量表达纤维素酶和半纤维素酶。这表明正式这些天然的诱导因子诱导了里氏木霉高产纤维素酶。3.通过蛋白组学(ITRAQ)从蛋白水平上表征新型诱导底物组合诱导里氏木霉胞外产纤维素酶的组分更加平衡。在研究无木质素含量的诱导底物能更有效提高里氏木霉胞外产纤维素酶的原因后。在蛋白水平上,通过蛋白组学(ITRAQ)同样印证了通过新型诱导底物组合诱导里氏木霉胞外生产的纤维素酶组分比例更加平衡,纤维素酶中的外切酶、半纤维素酶中淀粉酶、α-葡聚糖酶,1.3-葡聚糖酶,果胶酶在胞外比例均上调,真正达到纤维素酶和半纤维素酶优化配比,也解释了新型诱导底物诱导的纤维素酶水解生物质材料能力提高的原因。