基于金屬納米材料的堆肥功能微生物酶的酶學性質(zhì)及應用研究.pdf

1、堆肥是一項經(jīng)濟有效的有機固體廢物處理技術，關于堆肥技術的研究引起廣泛關注。堆肥功能微生物酶學是堆肥技術的核心，然而在功能酶的酶學性質(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;構建了適用于復雜堆肥進程的功能酶活性及其抑制劑的檢測技術，以及氧化應激水平

2、檢測技術，以支持完善功能酶的酶學性質(zhì)研究;并兼顧功能酶固定化技術，以期實現(xiàn)功能酶應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。因此本論文結合膠體金標記技術以及電鏡技術研究了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。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用及研究價值。本研究在制備的多糖-金納米復合材料的基礎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合材料的A650/A520比值呈良好的線性關系，相關系數(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的含量可反應堆肥功能微生物體內(nèi)氧化應激水平，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)值呈良好的線關系，線性相關系數(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，本方法測得的結果與5，5'-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）(DTNB)法測得結果相近，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用前景。固定化酶技術可提高酶的儲存穩(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)定性及重復利用性都有所提升。將固定化角質(zhì)酶應用于酞酸酯類環(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合污染堆肥滲濾液處理方面具有一定的應用潛力。
　　本論文研究拓展了堆肥功能微生物酶的酶學性質(zhì)及應用研究的技術手段選擇范圍，為實現(xiàn)有機固體廢物高效快速堆肥處