麦草生物降解过程化学组成和物理结构的变化开题报告

1. 研究目的与意义

我国是农业大国，水稻小麦等农作物收割后剩余的秸秆因长期得不到合理利用而成为放错位置的资源。近日来连续出现的雾霾天气更是提升了公众对环境质量的关注，作为季节性雾霾的来源，焚烧秸秆已成为一个急待解决的，严重的经济和社会问题，搞好农作物秸秆废物利用意义重大。

秸秆还田是农作物秸秆综合利用的一个重要方向。作物秸秆还田，不仅可提高秸秆的综合利用率，而且是提高土壤肥力、改善土壤环境的一项行之有效的措施。通过利用秸秆降解菌，加快秸秆中木素、纤维素、半纤维素等的分解速度，是促进秸秆降解的新途径。为了提高秸秆降解效果，科学家们对在秸秆还田中应用微生物菌剂进行了大量研究，但存在菌株酶活低、稳定性差、易退化、耐冷性差等问题，并未显著提高还田效果，因而开发高效秸秆降解菌对秸秆还田具有重大意义。

本研究旨在优化设计麦草秸秆降解过程中不同微生物（协同）、酶（协同）降解作用效果，理解麦草生物降解过程化学组成和物理结构变化规律，并选出最优降解菌种。通过研究对指导生物制浆和木质纤维生物质的应用及其生物炼制，具有重要的理论和实际价值。

2. 国内外研究现状分析

在微生物降解农作物秸秆方面，较多研究是关于稻草秸秆。麦草秸秆与稻草秸秆有相似又有不同，总体来讲，稻草秸秆生物降解的各方参数对麦草有很强的参考价值。

1、碱预处理对秸秆木质素及纤维素的影响

有关文献报道了添加1吐温-80非离子表面活性剂和不同浓度碱预处理对稻草秸秆木质素及纤维素的影响，并对预处理前后的稻草进行了x射线衍射光谱（xrd）分析，从结晶度的变化综合分析了预处理对纤维素酶解的影响。实验结果表明：在30℃下添加1吐温-80非离子表面活性剂时，用4% naoh预处理稻草秸秆，木质素含量降至6.5%（较未处理稻草下降了41.9%），灰分值仅占6.9%，具有较好的粗饲料价值；在121℃（0.1 mpa）下添加1吐温-80非离子表面活性剂时，用4% naoh预处理稻草秸秆，木质素含量降至2.8%（较未处理稻草下降了74.5%），酶解还原糖达到393.9 mg/g，纤维素糖化率为59.3%（较未处理稻草提高了2.4倍）。xrd分析显示，在较温和的条件下，低浓度碱预处理稻草秸秆，对纤维素结晶区带来的影响相对于无定形区弱，不足以引起纤维素结晶度的降低。

3. 研究的基本内容与计划

1、设计研究麦草生物降解过程化学组成和物理结构变化规律的方案；通过化学预处理，微生物(协同)降解，酶(协同)降解麦草秸秆制定出合理的实验方案，优化实验相关条件，并通过化学组分、纤维结构及木素结构的变化观察、评价麦草秸秆降解情况，为后续生物制浆、秸秆腐熟提供理论支持及技术服务。

2、掌握有关产酶方法、技术和酶活的测定方法；初步掌握相关微生物学基本实验技能，包括培养基的制备，平板、斜面的制备，接种及发酵等相关技术，并会独立完成主要酶活的测定(漆酶、木聚糖酶、CMC酶)。

3、掌握木质生物质化学成分、组织形态的分析方法。定期取样测定麦草化学组分纤维素、半纤维素、Klason木素及酸溶木素含量变化，并通过扫描电镜观察麦草原料经生物处理后纤维表面结构、孔隙及木素脱除情况。

4. 研究创新点

本研究取40-60目的麦草粉，经碱预处理后，通过7组菌株（协同）降解，以50d为一周期，每10天取样检测酶活及化学组分，探索出麦草生物降解的物理、化学变化规律；50d后选出降解效果最优的菌株，再与酶协同处理麦草粉，以期达到理想的秸秆降解程度。