中科院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進展

石0610 2020-02-07

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木質(zhì)纖維素是地球上儲量最豐富的生物質(zhì)資源之一，纖維素酶降解技術(shù)是生物轉(zhuǎn)化高效利用木質(zhì)纖維素的關(guān)鍵。纖維素酶水解木質(zhì)纖維素過程中木質(zhì)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(zhì)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(zhì)纖維素生物煉制效率。

近日，中國科學(xué)院近代物理研究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。

圖1：堿處理甜高粱秸稈酶水解過程的顯微鏡實時成像

研究人員發(fā)現(xiàn)，當采用稀堿、稀酸和過氧化氫對甜高粱秸稈進行化學(xué)前處理均提高了秸稈生物質(zhì)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(shù)（CLSM）進行酶水解過程的可視化研究，觀察到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，纖維素酶對細胞壁的總體水解效率與細胞壁中木質(zhì)素含量成反比。CLSM結(jié)果表明植物秸稈中維管束組織被高度木質(zhì)化，在纖維素酶水解木質(zhì)纖維素過程中，纖維素酶與木質(zhì)素發(fā)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地去木質(zhì)化，減少木質(zhì)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。