熱纖梭菌及纖維小體降解結晶纖維素超微結構分析.pdf

1、木質纖維素占綠色植物干重的35％-50％，它是地球上分布最廣、含量最豐富的碳水化合物，其合成降解過程是自然界碳素循環(huán)的中心環(huán)節(jié)。通過酶學技術可以將木質纖維素降解轉化形成可溶性糖及生物化學產品，因此這對于解決目前世界能源危機、環(huán)境污染等問題具有十分重要的意義。但是高等植物細胞壁在進化過程中形成的木質纖維素成分復雜包括纖維素、半纖維素以及果膠等難降解物質，除此之外，核心構架的纖維素是由β-1-4糖苷鍵連接而成的超分子化合物，這種高分子化合物

2、在構成植物細胞壁過程中通過氫鍵、范德華力等作用力形成了多級高度結晶結構，這種高度結晶結構不容許微生物及酶分子在糖鏈之間或者是內部自由擴散，我們將植物與植物材料抵抗微生物及酶降解的各種特性統(tǒng)稱為“生物質抗降解屏障(biomass recalcitrance)”[1]，纖維素的酶解速率較低還有一個重要原因是纖維素酶是以特定的方向、特定的接觸面對纖維素底物進行降解，這一過程是一個非均質的逐層降解過程。
　　基于以上纖維素降解過程中的問題

3、，本研究從不同于傳統(tǒng)酶反應動力學的底物出發(fā)，借助于宏觀整體測定手段對熱纖梭菌(Clostridium thermocellum)以及纖維小體降解結晶纖維素在整體上測定反應纖維素結構的各個參量，除此之外，我們通過超微手段對熱纖梭菌以及纖維小體降解結晶纖維素進行觀察、分析比較，試圖解釋熱纖梭菌以及纖維小體高效降解結晶纖維素機制。研究中取得一下成果:
　　通過掃描電子顯微鏡以及原子力顯微鏡對熱纖梭菌降解結晶纖維素進行更進一步觀察分析，能

4、夠觀察到熱纖梭菌依附于結晶纖維素對其進行降解，發(fā)現(xiàn)降解過程中能夠形成明顯溝壑形貌，并且對該結構進行定性、定量分析，初步總結熱纖梭菌降解結晶纖維素作用模式。
　　通過學習、純化得到熱纖梭菌產纖維小體，為實驗室建立纖維小體純化平臺，并從熱纖梭菌培養(yǎng)碳源、培養(yǎng)時間以及纖維小體最適溫度、pH優(yōu)化得到纖維小體活性較高的綜合條件。纖維小體降解Whatman No.1濾紙及結晶纖維素PH105，通過還原糖測定纖維小體對結晶纖維素轉化率，采用宏觀

5、實驗手段對不同時間梯度的降解底物進行整體測定，通過紅外吸收及XRD實驗表明底物成分以及結晶度變化，結合切片技術借助于掃描電子顯微鏡以及原子力顯微鏡超微手段對纖維小體降解結晶纖維素進行觀察，發(fā)現(xiàn)纖維小體從外到內首先對無定型纖維素或者是較小的結晶結構進行逐層降解，微纖絲在會發(fā)生重排但是沒有出現(xiàn)整根微纖絲斷裂的現(xiàn)象。
　　通過比較分析對照Whatman No.1濾紙、纖維小體以及熱纖梭菌降解Whatman No.1濾紙3D圖示、表面積以