基于金屬納米材料的堆肥功能微生物酶的酶學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用研究.pdf

1、堆肥是一項經(jīng)濟有效的有機固體廢物處理技術(shù)，關(guān)于堆肥技術(shù)的研究引起廣泛關(guān)注。堆肥功能微生物酶學(xué)是堆肥技術(shù)的核心，然而在功能酶的酶學(xué)性質(zhì)及實現(xiàn)其高效利用的調(diào)控研究中，仍有較大的拓展空間。本論文研究利用金納米材料獨特的性質(zhì)及優(yōu)勢，對功能酶在天然木質(zhì)纖維素、工業(yè)堿木質(zhì)素酶解改性過程的酶學(xué)性質(zhì)進行了深入分析，系統(tǒng)地研究了功能酶的吸附傳輸特性及與低分子活性物質(zhì)的協(xié)同作用機制;構(gòu)建了適用于復(fù)雜堆肥進程的功能酶活性及其抑制劑的檢測技術(shù)，以及氧化應(yīng)激水平

2、檢測技術(shù)，以支持完善功能酶的酶學(xué)性質(zhì)研究;并兼顧功能酶固定化技術(shù)，以期實現(xiàn)功能酶應(yīng)用于實際堆肥滲濾液中的污染物處理。
　　工業(yè)木質(zhì)素是一類產(chǎn)量巨大的可再生利用資源，其酶法改性回收利用日益受到關(guān)注，而酶與木質(zhì)素基質(zhì)問的吸附可影響最終改性效果。因此本論文結(jié)合膠體金標記技術(shù)以及電鏡技術(shù)研究了Trametesversicolor漆酶(EC1.10.3.2)在堿木質(zhì)素改法過程中的吸動動力學(xué)及等溫模型，以及介體物質(zhì)ABTS（2，2'-聯(lián)氮雙(

3、3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽）對漆酶吸附行為的影響。結(jié)果顯示漆酶及LMS體系（漆酶-活性介體體系）在堿木質(zhì)素表面的吸附相平衡可用Langmuir吸附等溫模型描述，且較好的滿足準二級動力學(xué)。ABTS的存在使得漆酶的吸附速率提高，促進了漆酶在堿木質(zhì)素表面的吸附。堿木質(zhì)素經(jīng)過72h的改性處理后基型被改變，并且發(fā)生了鍵裂及氧化偶合，影響了其表面的可達性。同時經(jīng)過72h處理后ABTS仍對堿木質(zhì)素吸附漆酶的能力有促進作用，但是明顯減弱。

4、r>　　為獲得高效的木質(zhì)纖維素酶解效果，以及完善相關(guān)功能酶的作用機理。本研究以稻草秸稈為固態(tài)發(fā)酵體系基質(zhì)，優(yōu)化Mn2+、ABTS、藜蘆醇3種低分子活性物質(zhì)與木質(zhì)纖維素降解功能酶配比，并利用膠體金標記技術(shù)研究功能酶在木質(zhì)纖維素降解過程中的吸附傳輸特性。結(jié)果顯示，對木質(zhì)素降解率、半纖維素降解率、纖維素降解率影響最大的因素是藜蘆醇，其次是ABTS、Mn2+。而對總有機質(zhì)損失率影響最大的因素是Mn2+，其次是ABTS、藜蘆醇;最優(yōu)配比為Mn2+

5、濃度為40μM/g、ABTS濃度為0.2μM/g、藜蘆醇濃度為4μM/g。低分子活性物質(zhì)協(xié)助酶進入基質(zhì)內(nèi)部，基質(zhì)表層分布的酶則相應(yīng)漸少。二者的協(xié)同作用使基質(zhì)的總有機質(zhì)損失率、木質(zhì)纖維素降解率明顯提高。
　　纖維二糖酶在纖維素降解過程中的作用顯著，一種能特異性高效檢測纖維二糖酶活性的方法可有效提高其實際應(yīng)用及研究價值。本研究在制備的多糖-金納米復(fù)合材料的基礎(chǔ)上建立了一種纖維二糖酶活性檢測及其抑制劑篩選方法。在3.0～100U/L的范

6、圍內(nèi)，纖維二糖酶活性與納米復(fù)合材料的A650/A520比值呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2為0.9976，檢出限為1.0U/L。用于篩選纖維二糖酶抑制劑結(jié)果顯示，1mMCo2+、Mn2+存在時，纖維二糖酶活性增長為110％及103％，1mMPb2+存在下增長效果最強，說明這三種離子對纖維二糖酶有活化作用;而Hg2+有較強的抑制效果，使其活性降至37％;陰離子表面活性劑(SDS)的抑制劑效果明顯強于陽離子型表面活性劑(CTAB)。
　

7、　還原型谷胱甘肽(GSH)是生物體內(nèi)的主要抗氧化劑之一，GSH的含量可反應(yīng)堆肥功能微生物體內(nèi)氧化應(yīng)激水平，因此建立一種能快速高效檢測GSH含量的方法頗具意義。本研究基于GSH可抑制金納米顆粒原位催化擴增反應(yīng)的性質(zhì)，實現(xiàn)對GSH的特異性定量檢測。在13～1333nM的范圍內(nèi)，GSH含量與檢測體系的A520數(shù)值呈良好的線關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)R2為0.9708，檢出限為7nM，且該方法具有較好的精確度及重復(fù)性。此外，將該方法用于檢測黃孢原毛平革

8、菌Phanerochetechrysosporium于Cd2+脅迫下合成的GSH含量，本方法測得的結(jié)果與5，5'-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）(DTNB)法測得結(jié)果相近，RSD范圍為0.79％～1.89％，具有一定的實用價值。
　　由于酶法處理具有高選擇性及催化效率等優(yōu)點，在處理堆肥滲濾液的環(huán)境激素方面具有較好的應(yīng)用前景。固定化酶技術(shù)可提高酶的儲存穩(wěn)定性并實現(xiàn)回收重用及連續(xù)自動化生產(chǎn)。本研究采用聚乙烯亞胺表面修飾多孔金納米材料作為固

9、定化角質(zhì)酶載體，使固定化角質(zhì)酶較游離酶的pH、熱穩(wěn)定性、儲存穩(wěn)定性及重復(fù)利用性都有所提升。將固定化角質(zhì)酶應(yīng)用于酞酸酯類環(huán)境激素鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)的處理，反應(yīng)溫度為30～50℃時，pH值為6.0～9.0時，處理效率均達到60％以上。此外固定化角質(zhì)酶在環(huán)境激素與低濃度重金屬復(fù)合污染堆肥滲濾液處理方面具有一定的應(yīng)用潛力。
　　本論文研究拓展了堆肥功能微生物酶的酶學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用研究的技術(shù)手段選擇范圍，為實現(xiàn)有機固體廢物高效快速堆肥處