【摘 要】
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木质纤维素是世界上最丰富的可再生资源之一,作为低成本的绿色资源,大量的木质纤维素资源通常用以燃烧这种廉价、快速但污染严重的方法被利用。而通过生物酶解的方法,将木质纤维素转化为还原糖,将之作为清洁能源和生物化工产品的生产原料,可大大提高木质纤维素的利用价值。由于木质纤维素成分多样,多种木质纤维素降解酶共同酶解产糖能够有效提高木质纤维素的转化效率,而纤维二糖脱氢酶是一种能够促进纤维素酶降解作用的辅助蛋
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木质纤维素是世界上最丰富的可再生资源之一,作为低成本的绿色资源,大量的木质纤维素资源通常用以燃烧这种廉价、快速但污染严重的方法被利用。而通过生物酶解的方法,将木质纤维素转化为还原糖,将之作为清洁能源和生物化工产品的生产原料,可大大提高木质纤维素的利用价值。由于木质纤维素成分多样,多种木质纤维素降解酶共同酶解产糖能够有效提高木质纤维素的转化效率,而纤维二糖脱氢酶是一种能够促进纤维素酶降解作用的辅助蛋白。纤维二糖脱氢酶与多种木质纤维素降解酶之间存在协同关系,在木质纤维素降解应用中具有重要作用,为解决生物质转化效率问题提供了一条可行的途径。本研究基于木质纤维素降解酶和多种酶联合降解杨木纤维产糖进行了研究,主要结果如下:(1)以云芝和灰树花为纤维二糖脱氢酶基因供体,通过PCR扩增得到纤维二糖脱氢酶基因,得到云芝纤维二糖脱氢酶基因全长为3107 bp,灰树花纤维二糖脱氢酶基因全长为3378 bp。通过对云芝和灰树花的纤维二糖脱氢酶氨基酸序列、二级结构、三级结构进行分析,发现二者之间存在相似的蛋白性质和蛋白结构,且拥有相同的结构域,细胞色素C结构域和黄素脱氢酶结构域;由系统发育树分析可知,二者进化关系较近。(2)黑曲霉是一种重要的纤维素酶生产菌,具有相对完整的木质纤维素降解酶系统,其在丝状真菌中也是一种良好的蛋白质表达宿主。使用丝状真菌表达载体pBARGPE1-Hygro构建了两个重组表达载体pBARGPE1-Hygro-tcdh和pBARGPE1-Hygro-gcdh。以黑曲霉C112为基因表达宿主,通过PEG介导的原生质体法,将重组表达载体分别导入黑曲霉并使纤维二糖脱氢酶基因在黑曲霉中成功表达,经12%SDS-PAGE分析得到分子量大小为80 KDa左右的目的蛋白。对两株重组黑曲霉的纤维二糖脱氢酶活性进行检测,分别为24.59 U、36.63 U。(3)以杨木纤维为诱导物,在相同条件下,培养黑曲霉C112和重组黑曲霉C112-tcdh、黑曲霉C1 12-gcdh,经过酶活性测定发现黑曲霉C1 12-gcdh的纤维素酶、内切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、锰过氧化物酶活性有明显的提高,分别提高了 28.57%、32.77%、35.07%、121.69%;而黑曲霉C1 12-tcdh的木质纤维素降解酶活性却没有出现明显变化。说明重组灰树花纤维二糖脱氢酶能够使黑曲霉C112的纤维素酶和锰过氧化物酶的活性提高。(4)研究了酶激活剂、激活剂添加浓度、反应温度、反应pH、反应时间、漆酶添加量、纤维二糖脱氢酶添加量、纤维二糖酶添加量对杨木纤维酶解产糖的影响。结果表明,最佳产糖条件是:2.5 mg/mLNaF、反应温度50℃、反应pH4.8、反应时间48 h、漆酶添加量40 U/g、纤维二糖脱氢酶添加量55 U/g、纤维二糖酶添加量80U/g。通过响应面分析进一步优化了三种酶的添加量,得出理论上最佳酶添加量组合:漆酶添加量38.558 U/g、纤维二糖酶添加量89.679 U/g、纤维二糖脱氢酶添加量55.485U/g。分析得出三种酶对杨木纤维产糖的影响:纤维二糖酶>漆酶>纤维二糖脱氢酶。与纤维素酶酶解产糖浓度相比,纤维素酶联合其它三种酶酶解产糖浓度提高了 76.65%。
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