近代物理所在纖維素酶水解堿處理秸稈可視化研究方面取得新進展

  

  木質纖維素是地球上儲量最豐富的生物質資源之一,纖維素酶降解技術是生物轉化高效利用木質纖維素的關鍵。纖維素酶水解木質纖維素過程中木質素的作用方式(阻止纖維素酶吸附?還是存在非降解性吸附?)一直存在爭議,纖維素酶對植物細胞壁具體降解方式的研究也未見報道。因此,木質纖維素的有效前處理和纖維素酶水解植物細胞壁過程的可視化研究,將大大提升木質纖維素生物煉制效率。 

  近日,近代物理所生物物理室科研人員在纖維素酶水解堿處理秸稈的過程研究中取得新進展。 

  研究人員發現,當采用稀堿、稀酸和過氧化氫對甜高粱秸稈進行化學前處理均提高了秸稈生物質的酶水解效率,其中稀堿前處理的酶水解效率達到了86.44%。采用顯微鏡實時成像和熒光共聚焦技術(CLSM)進行了酶水解過程的可視化研究,觀察到了纖維素酶水解細胞壁的具體方式,即纖維素酶先溶解植物細胞壁中部,然后從中間向兩端移動,最后降解細胞壁角隅,纖維素酶對細胞壁總體水解效率與細胞壁中木質素含量成反比。CLSM結果表明植物秸稈中維管束組織被高度木質化,在纖維素酶水解木質纖維素過程中,纖維素酶與木質素發生了非功能性吸附,減少了與纖維素的功能性吸附。稀堿前處理甜高粱秸稈可以有效的去木質化,減少木質素與纖維素酶的非功能性吸附,提高了植物秸稈的酶水解效率。 

 1:堿處理甜高粱秸稈酶水解過程的顯微鏡實時成像 

  此項工作從秸稈纖維素結構變化和酶水解過程可視化兩個層面研究了植物細胞壁的前處理效應和纖維素酶水解方式,該結果將有助于從植物組織水平上設計植物細胞和組織類型,以降低其天然抗降解屏障,從而提高天然木質纖維素類材料的轉化利用率。 

                                                                 2:堿處理甜高粱秸稈酶解過程中纖維素酶結合變化及細胞壁水解方式的觀察 

  相關研究結果發表在生物質能源期刊Biotechnology for Biofuels. 該研究得到中國科學院重點項目的資助。 

  文章鏈接:https://doi.org/10.1186/s13068-019-1613-6 

                                                                                                                                                                                         (生物物理室  供稿)

    

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