里氏木霉纤维素酶系的分离及其酶学性质

采用两级超滤、DEAE-Sepharose FF阴离子交换层析、CM-Sepharose FF阳离子交换层析和Sephadex G-100凝胶渗透层析等分级纯化步骤,从里氏木霉纤维素酶系中分离纯化得到电泳纯的3个内切葡聚糖酶组分EGⅠ、EGⅡ和EGⅢ,2个外切葡聚糖酶组分CBHⅠ和CBHⅡ和1个β-葡萄糖苷酶组分,它们对各自底物的比活力分别为176.35、153.96、64.22、16.86、4.82、31.00 IU/mg,米氏常数分别为6.70、8.46、13.22、1.37、3.46、2.20 mg/mL.同一类酶组分的米氏常数Km越大,转换数Kcat越小.分离纯化所得EGⅠ、EGⅡ、EGⅢ、CBHⅠ、CBHⅡ和GB等酶组分的分子量分别为50、46、25、65、58、75 kDa.     

灰绿曲霉产纤维素酶的研究

灰绿曲霉(Aspergillus glaucus)发酵液通过硫酸铵盐析、Sephadex G-100分子筛、DEAE Sepharose Fast Flow离子交换柱和Phenyl Sepharose Fast Flow疏水层析,分离纯化一种外切葡聚糖酶(CBH)和一种内切葡聚糖酶(EG).通过SDS-PAGE和凝胶柱层析法测定分子质量表明:CBH全酶分子质量为71 ku,由两个分子质量为35 ku的同型亚基组成;EG为单体蛋白,全酶分子质量为32 ku.酶学性质研究表明:CBH催化pNPC的最适pH为6.0,最适温度为55 ℃,酶活在pH 5.0～8.0 区间和温度低于55 ℃时稳定;EG催化CMC-Na的最适pH为4.0,最适温度为50 ℃,酶活在pH 3.5～7.5区间和温度低于65 ℃时稳定.Na+、K+、Ba2+、Mg2+以及NO-3和SO2-4对CBH和EG酶活均无影响;Ca2+和Mn2+对CBH有激活作用,Fe2+和Mn2+对EG有激活作用,而Zn2+、Cd2+和Cu2+对CBH和EG均有不同程度的抑制效应.酶动力学分析表明:CBH催化pNPC水解的米氏常数Km值为1.4 mmol/L(pH 6.0,55 ℃),EG催化CMC-Na水解的米氏常数Km值为5.0 mg/mL(pH 4.0,50 ℃).     

绿色木霉葡聚糖内切酶cDNA基因的克隆及其在酿酒酵母中的表达

用L-山梨糖诱导绿色木霉(Trichoderma viride)AS3.3711纤维素酶基因的转录,提取其总RNA反转录获得cDNA。PCR扩增葡聚糖内切酶(EG)和葡聚糖内切酶(EG)的cDNA基因,将其克隆到酵母载体中,构建产生纤维素酶的酿酒酵母工程菌。重组菌株能够识别EG和EG自身携带的信号肽而将表达产物分泌到胞外,故可采用刚果红平板染色法筛选具有羧甲基纤维素酶(CMCase)活性的重组转化子。重组菌株表达的EG酶活在诱导70h时达到最高(为0.08U/ml),表达的EG酶活在诱导60h时达到最高(为0.03U/ml)。     

玉米秸秆高效糖化菌株筛选及其产酶条件研究

高产纤维素酶和半纤维素酶菌株可以有效提高木质纤维素原料制燃料乙醇的产率.研究采用刚果红羧甲基纤维素钠培养基,并结合滤纸条培养基进行初筛,以玉米秸秆粉为发酵培养基进行复筛,筛选到纤维素酶和半纤维素酶高产菌Z-7真菌.采用摇床液体发酵试验并测定纤维素酶活和半纤维素酶活以确定Z-7真菌的最优产酶条件.结果表明,250 mL三角瓶的最佳装瓶量为50 mL,接种量为3%,pH值为5.5,摇床培养温度38℃,最佳产酶时间48 h,在此条件下该菌产CMC-Na酶活达到100 u/mL,半纤维素酶活达到126.6 u/mL.     

从稻田土壤中快速筛选分离纤维素降解真菌

为了建立一种纤维素分解真菌的快速分离方法,将一种水不溶的,呈色基团与维晶纤维素交联的纤维素酶检测底物作为筛选指示剂,同时作为筛选培养基中的唯一碳源,通过测定培养液的OD值,快速从样品中分离筛选出纤维素分解菌。经酶活测定、形态学观察及16S r DNA基因序列分析及系统发育树分析结果表明,筛选出的3株真菌:J1为尖孢镰刀菌Fusarium sp,J5为青霉菌Penicillium sp,J7为枝顶孢霉菌Acremonium sp,它们的纤维素分解全酶活(FPase)、内切酶活(EG)、外切酶活(CBH)分别是:J1,3.07μ/m L,6.28μ/m L,3.92μ/m L;J5,2.28μ/m L,5.38μ/m L,3.08μ/m L;J7,5.86μ/m L,6.10μ/m L,5.47μ/m L。本研究采用的纤维素分解菌的筛选方法较以往的平板降解圈法更准确,更快捷。菌株J7可作为出发菌株,具有深度开发的潜力。     

香樟凋落叶分解对几种园地作物抗性生理和土壤氮组分的影响

【目的】探讨香樟(Cinnamomum camphora)凋落叶添加到土壤中对小白菜(Brassica chinensis)、莴笋(Lactuca sativa)、茄子(Solanum melongena)生长和抗性生理的影响以及土壤矿质化氮的动态响应。【方法】采用盆栽试验,以单位面积香樟叶年凋落量作为凋落叶的基本添加量,设不添加凋落叶的对照(CK)和3个凋落叶添加水平,即A₁(25 g/盆)、A₂(50 g/盆)、A₃(100 g/盆),每处理重复5次,处理3种作物共计60盆。处理后,定期对植株生长指标(株高、地径)和抗性生理指标(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶)和作物所生长土壤的硝态氮、铵态氮含量进行测定。【结果】香樟凋落叶分解对3种作物的地径、株高均有明显的抑制作用,且有随凋落叶添加量的增加而增强并随分解时间的延长而逐渐减弱的效应; 香樟凋落叶分解初期(20～40 d),各水平处理均显著地促进了叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,抑制了过氧化物酶(POD)活性。凋落叶分解到80 d时,各处理CAT、POD、SOD活性的差异明显缩小; 加入不同量的香樟凋落叶在一定时间(30～50 d)内大幅降低了土壤矿化氮(硝态氮和铵态氮)含量; 不同作物对香樟凋落叶化感作用的敏感程度不同,莴笋最为敏感,其次是小白菜,茄子的耐受性最强,相对更适宜在香樟林间或林缘种植。【结论】香樟凋落叶分解可能降低了土壤氮素的有效性,并对作物造成活性氧伤害,最终限制其生长发育。     

里氏木霉产酶菌株的选育研究

采用紫外线和亚硝酸联合诱变技术,得到产纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶的高产的菌株里氏木霉Y07.试验表明,诱变后菌株的木聚糖酶活由325 U/g,提高到28 500 U/g,相对于出发菌株提高了88倍;纤维素酶活由560 U/g,提高到2600 U/g,相对于出发菌株提高了4.6倍;β-葡聚糖酶活由480 U/g,提高到5500 U/g,相对于出发菌株提高了11.5倍.     

纸浆浓度及分批补料对里氏木霉产纤维素酶的影响

研究了摇瓶中不同浓度纸浆为碳源对里氏木霉产纤维素酶的影响.结果表明:最佳的碳源质量浓度为12g/L,在此条件下第3天的滤纸酶活、CMC酶活和β-葡萄糖苷酶酶活分别为1.68、0.96和0.28U/mL.总碳源为15g/L下采用分批补料技术可以有效提高里氏木霉分泌纤维素酶.使用起始纸浆浓度为9g/L,第2、3、4天分别加入2g/L纸浆,其第3天的滤纸酶活、CMC酶活和β-葡萄糖苷酶酶活分别为2.41、0.72和0.27U/mL,较15g/L纸浆为碳源分批培养滤纸酶活提高1.8倍.     

结合区部分缺失的纤维素酶基因的克隆与表达及酶学性质初步测定

从梧桐腐枝上分离到一株可降解纤维素的细菌菌株,发现克隆于该菌株的内切纤维素酶基因(egt)结合区部分缺失(8 bp),导致移码并提前终止,全长1 146 bp,编码381个氨基酸,分子量为40. 06 k D.克隆含有完整结合区的基因(eg),通过酶学性质研究,表明两者均仅具有羧甲基纤维素钠活性,纤维素酶EGT和EG的最适反应温度分别为45℃和55℃,EGT更加耐高温.最适pH均为7. 0,都具有较好的pH稳定性.Mn~(2+)、Fe~(2+)对两者具有激活作用,Zn~(2+)、Ca~(2+)、K~+、NH_4~(2+)和Mn~(2+)对其都具有抑制作用.EGT的K_m=3. 09 mg/mL,比酶活为98. 4 U/mg; EG的K_m=8. 654 mg/mL,比酶活为53. 53 U/mg. EGT结合区的部分缺失导致酶与底物的亲和能力更好,同时比酶活提高183%,水解能力更强.     

不同林龄油松针叶凋落物初期分解特性比较

应用凋落袋法,研究了北京山区24、32、40年生油松(Pinus tabulaeformis)人工林针叶凋落物初始化学组成、分解速率以及养分释放过程。结果表明:凋落物初始基质无机养分含量、灰分、粗蛋白、C/N在3个林龄之间差异性明显(p<0.05)。凋落物失重率季节动态变化表现为双峰型,且季节变化明显。随着林龄的增大,针叶凋落物年平均分解速率、分解系数k值逐渐增大。通过重复测量设计的方差分析可知,随着分解时间的延长,失重率、N剩余百分率在不同林龄间均有显著性差异,而P、K、Ca、Mg元素的积累释放受林龄影响不明显(p<0.05)。     

3种檵木属植物结构解剖及环境适应性评价

应用叶片离析法和石蜡切片技术,比较了3种(含变种)檵木属植物根茎叶的结构解剖特征。研究结果表明:檵木及其变种红花檵木的根茎叶结构表现出具有较强的耐旱或耐寒性特征,其叶上表皮具表皮毛,角质层较厚,栅栏组织发达,细胞排列紧凑,叶片紧实度大; 茎部和根部韧皮部、木质部发达; 而四药门花则表现出喜阴环境的特点,其叶上表皮无表皮毛,角质层较薄,叶片紧实度小(17.89%),栅栏组织和海绵组织比值小,细胞排列疏松,叶片疏松度大(48.93%),茎部具有发达的髓腔和较发达的木质部。隶属函数值分析结果显示,檵木属3个树种对环境适应性从强到弱依次为红花檵木>檵木>四药门花。     

4种类型水曲柳人工林叶片-凋落物-土壤生态化学计量特征比较

【目的】利用生态过程中多重化学元素的平衡关系,揭示营养元素相互作用的变化规律,了解多重化学元素质量平衡及其对生态交互作用的影响。分析4种类型水曲柳人工林间树种叶片-凋落物-土壤以及同一水曲柳人工林不同组分间碳(C)、氮(N)、磷(P)的含量及其生态化学计量特征,为水曲柳人工林的混交树种选择、叶片-凋落物-土壤中的养分调节及水曲柳人工林的合理施肥提供理论参考。【方法】在东北林业大学森林培育实验站,以天然林带状皆伐后营造的29年生水曲柳纯林、长白落叶松水曲柳混交林、红皮云杉水曲柳混交林和红松水曲柳混交林为对象,野外样地调查取样,室内测定叶片、凋落物、土壤的有机C、N、P含量,分析比较了4种类型水曲柳人工林叶片-凋落物-土壤的C、N、P含量及其化学计量比[碳氮、碳磷、氮磷质量比,即m(C):m(N),m(C):m(P),m(N):m(P),分别表示为C/N、C/P、N/P]特征。【结果】水曲柳与长白落叶松叶片的N、P含量显著高于红皮云杉和红松叶片中的N、P含量; 水曲柳纯林凋落物的N、P含量显著高于3种混交林凋落物的N、P含量; 4种林型土壤C、N、P含量差异显著,C以长白落叶松水曲柳混交林土壤的为最高,N、P以水曲柳纯林土壤的为最高,C、N、P皆以红松水曲柳混交林土壤的为最低; 4种林型叶片到凋落物的C、N、P含量平均降低率分别为18.98%、32.12%与21.95%; 凋落物到土壤的C、N、P含量平均降低率分别为81.37%、50.73%与3.49%; 混交林叶片到土壤的C、N、P含量平均降低率分别为84.90%、66.55%与24.67%; 红皮云杉和红松叶片的C/N、C/P显著高于水曲柳、长白落叶松叶片,N/P皆以长白落叶松、红皮云杉和红松显著低于水曲柳; 凋落物C/N和C/P以红皮云杉水曲柳混交林和红松水曲柳混交林显著高于水曲柳纯林和落叶松水曲柳混交林,N/P以水曲柳纯林高于3种混交林; 土壤C/N和C/P皆以落叶松水曲柳混交林显著高于其他3种林型。C/N以凋落物最高,土壤最低; C/P和N/P以叶片最高,土壤最低。【结论】从提高养分利用效率,促进树木生长和保护土壤角度综合考虑,相对于红松与红皮云杉,水曲柳与长白落叶松具有更好的养分利用效率与生长速度,长白落叶松水曲柳混交林和水曲柳纯林林下土壤中的C、N、P含量也相对高于红皮云杉水曲柳混交林与红松水曲柳混交林。因此,对水曲柳人工林的混交树种应优先选择长白落叶松。基于水曲柳人工林叶片-凋落物-土壤的C、N、P含量及其生态化学计量在不同组分中的变化情况,应注意林下土壤N、P肥的补施。     

长期氮添加对落叶松和水曲柳人工林土壤碳、氮、磷含量和胞外酶活性的影响

【目的】氮(N)沉降速率的持续增加影响着森林生态系统的物质循环。本研究旨在探讨长期N添加对两种人工林土壤微生物生物量和胞外酶活性的影响。【方法】基于黑龙江帽儿山森林生态系统国家野外科学观测研究站落叶松(Larix gmelinii)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)人工林的长期(16年)N添加[N添加速率为10 g/(m²·a)]试验,测定对照和N添加处理样地土壤的碳(C)、N、磷(P)各组分含量、微生物生物量以及C、N、P循环相关的胞外酶活性。【结果】长期N添加显著增加了两种人工林无机N含量,但降低了两种人工林微生物生物量C、N含量。N添加抑制了水曲柳人工林β-葡萄糖苷酶、过氧化物酶和酚氧化酶活性,但对落叶松人工林的这些C分解酶活性的抑制作用不显著。回归分析进一步发现微生物生物量、β-葡萄糖苷酶、过氧化物酶和酚氧化酶均随着土壤pH的降低而显著降低。几丁质酶活性在落叶松人工林中对N添加呈现负响应,却在水曲柳人工林中对N添加呈现正响应。然而,N添加均未显著改变两种人工林的磷酸酶活性、总有机C,以及酸水解法划分的C组分、全N、全P和有效P含量。【结论】长期N添加主要通过土壤酸化途径改变落叶松和水曲柳人工林土壤微生物生物量和酶活性,而N添加对胞外酶活性的影响因树种而异,这可能与两个树种的不同凋落物质量和菌根类型有关。N添加对土壤微生物和C分解酶活性的抑制作用并没有显著增加土壤C含量和改变C组分,其内在机制需要未来从土壤有机C的形成和稳定性方面进行揭示。     

紫金山针阔混交林主要树种空间分布格局及种间关联性

【目的】明晰紫金山针阔混交林主要树种的空间格局及种间关系。【方法】根据1 hm²典型林分样地调查结果,计算了每个树种重要值,分析了种群胸径分布和主要树种在100 m²尺度下种群的空间聚集强度指标、种间联结系数与显著度。【结果】在紫金山针阔混交林区,重要值前7位的马尾松、栓皮栎、朴树、紫薇、短柄枹、椤木石楠、黄连木是主要树种; 除马尾松外,其余主要树种的幼苗、幼树数量均多于大树数量,属于进展种群。各主要树种种群的空间格局均属于集群分布,聚集强度大小为椤木石楠>紫薇>短柄枹>栓皮栎>朴树>马尾松>黄连木; 建群种马尾松空间格局随进展演替趋于随机分布。主要树种种群之间的总体关联性呈不显著正关联。7个主要树种构成的21个种对关联性中,13个呈不显著正联结,1个呈极显著正联结,以及7个呈不显著负联结,其中正联结多集中在地带性乡土树种之间。【结论】紫金山针阔混交林正向含有常绿成分的落叶阔叶林过渡。     

基于荧光SSR标记的紫薇遗传多样性分析

【目的】以收集的239份紫薇属(Lagerstroemia)种质和1份黄薇属(Heimia)种质为材料,开展种质种间特征分析和紫薇种内资源的遗传多样性分析,为进一步优化紫薇种质资源收集保存及合理利用提供科学依据。【方法】基于16对荧光引物鉴定样品基因型,利用GeneMarker软件进行基因型数据的读取;对239份紫薇属种质和1份黄薇属种质进行特征位点分析;并利用Popgene、Cervus、NTSYS和GenAlEx软件对227份紫薇种质进行遗传多样性参数估算、聚类分析和主成分分析。【结果】紫薇(L.indica)种内的特征位点信息最为丰富,其中15个引物所体现出的特征位点信息中,紫薇都有其独特的位点区别于其他6个种,而在福建紫薇(L.limii)、川黔紫薇(L.excelsa)和尾叶紫薇(L.caudata)中也有部分特异的特征位点是紫薇中没有的;16对紫薇SSR荧光引物共检测出143个等位基因,平均每个位点有8.938个等位基因,平均有效等位基因数(N_e)为3.600,Shannon’s信息指数(I)均值为1.459,观测杂合度(H_o)均...     

长白落叶松-水曲柳混交林不同混交方式单木冠长预测模型

【目的】为了准确预估长白落叶松-水曲柳4种不同行间混交方式(行间混交比例分别为1∶1、2∶2、3∶3、5∶5)的单木冠长,采用联立方程组模型分别构建了长白落叶松和水曲柳的冠长模型。【方法】基于黑龙江省尚志国有林场管理局的长白落叶松-水曲柳混交林54块标准地的样木数据,从3种非线性的基础冠长模型中选取最优冠长模型,以单分子式模型为树高曲线的基础模型,并将混交比例(Z_i)和树木在混交带内位置(K)作为哑变量,加入其他树木变量、林分变量和竞争因子,分别构建长白落叶松和水曲柳的冠长模型;基于最优冠长模型和树高曲线模型建立联立方程组模型,采用非线性似乎不相关回归(NSUR)的方法进行参数估计,并对所构建的模型进行评价。【结果】长白落叶松冠长与高径比呈负相关,与林木树高和林分优势高之比呈正相关;水曲柳冠长与高径比呈负相关,与林木胸径和林分优势木胸径之比呈正相关;长白落叶松树高与长白落叶松优势木平均高呈正相关,水曲柳树高与水曲柳优势木平均高呈正相关。联立方程组预估长白落叶松冠长和树高的调整后决定系数 ( R_{\mathrm{a}}^2 )分别为0.478 1和0.821 6,联立方程组预估水曲柳冠长和树高的 R_{\mathrm{a}}^2 分别为0.395 8和0.752 9。【结论】构建冠长和树高联立方程组模型不仅具有较好的拟合效果及预测精度,还解决了冠长与树高之间内在相关性的问题。因此,本研究所构建的冠长模型可以很好地预测东北地区混交林内长白落叶松和水曲柳的冠长,为进一步研究混交林树木树冠结构提供依据。     

湿地松针叶功能性状及其对磷添加的响应

目的 揭示湿地松人工林针叶功能性状间的关系,探讨针叶功能性状对磷添加的响应及对环境养分的适应策略。方法 以12年生湿地松人工林为研究对象,设置3个磷元素梯度(P1为25 kg/hm², P2为50 kg/hm², P3为100 kg/hm²)和不施磷为对照(CK)共4个处理,分析不同处理下叶长、叶面积和比叶面积等9个形态指标与针叶全氮、全磷和有机碳等养分含量的变化,探讨针叶形态指标与养分含量的相关性。结果①各处理下湿地松针叶各功能性状的变异系数为6.62%~19.77%,其中叶鞘长和比叶面积的变异系数大,均高于19%,有机碳含量变异系数最小,仅为6.61%。②与CK相比,随着施磷浓度的增加,除针叶干物质含量显著降低外(P<0.05),针叶叶面积、比叶面积及养分含量等指标均上升。③湿地松针叶的叶面积和比叶面积与全钾和全磷间存在显著正相关(P<0.05),相关系数达0.597以上,而针叶干物质含量与全磷、全钾和有机碳含量间表现出显著负相关(P<0.05),相关系数分别为-0.840、-0.639和-0.530。结论①湿地松针叶功能性状均属较弱变异,在特定环境中湿地松针叶功能性状具有较强的内稳性;②磷添加可以影响湿地松针叶的形态特征和养分储量,高浓度磷添加(P3)的效果最明显。③湿地松针叶形态建成与其养分含量相关,养分含量高促进针叶生长代谢、叶面积增加,同时加快干物质含量向其他器官转运,使针叶干物质含量减少。     

草原羊草（Leymuschinensis）和大针茅（Stipagrandis）不同物候期植株残体及凋落物分解酶活性的研究

本文就不同物候期的羊草和大针茅植株残体和凋落物分解过程中的分解酶活性的一些特点进行了研究，结果是：植株残体分解初期，蛋白酶和转化酶活性强度表现为返青期＞结实期＞果后营养期；羊草植株残体的蛋白酶、转化酶和纤维素酶活性均高于大针茅；从设置条件来看，各酶活性强度均为埋置＞地表。但随植株残体的进一步被分解，上述结果呈现相反的变化趋势；纤维素酶活性除分解头一年（１９８８年）返青期略高于结实期外，此后各年均为果后营养期＞结实期＞返青期；凋落物分解过程中，分解酶活性有明显的季节性变化和年度间的优势交替现象，即酶活性在一年中，夏季最高，春秋次之，冬季最低；在各年度间，转化酶最先出现优势峰朗，蛋白酶随后出现，纤维素酶的峰期继之其后，可见牧草各物候期植株残体和调落物分解过程中的分解酶活性强度与牧草植株体和凋落物所能提供的酶促底物量，植株及其凋落物被分解的难易程度和所处环境条件紧密关联，同时亦反映其分解过程中各自的酶促特性．     

重金属镉、铅胁迫下湿地植物丁香蓼的生理生化特征研究

为了研究乡土湿地植物对重金属污染的生理响应特征,并以此作为乡土植物修复湿地土壤重金属污染的可行性依据,以分布于乐安河上游重金属污染区域的优势湿地植物丁香蓼(Ludwigia prostrata)为研究对象,采用土培实验,设置不同浓度重金属镉、铅及其复合污染胁迫处理各盆栽中的土壤,经历2个不同培养周期后,分别测定不同重金属污染胁迫下丁香蓼的生长状况、叶绿素含量、抗氧化酶活性等指标.研究结果表明:Cd、Pb单因素污染或其复合污染均能抑制丁香蓼的生长,且抑制作用随着各污染物浓度的增加而增强; 无论是Cd、Pb单因素或其双因素污染物对丁香蓼的胁迫均呈显著负相关; 丁香蓼叶片的叶绿素a、b及叶绿素a+b的含量则随着重金属污染物胁迫浓度的增加而呈下降趋势; 重金属Cd、Pb的单因素污染或其复合污染对丁香蓼叶片的超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)活性的影响表现出不同的趋势.     

氨基二氧化硅固定化纤维素酶及其特性

以氨基化二氧化硅为载体, 戊二醛为交联剂, 采用共价交联法制备固定化纤维素酶, 最佳条件为交联剂浓度4% (体积比), 交联时间60分钟, 给酶量35 U/g载体, 固定化反应时间5小时。所得固定化酶对pH和温度的敏感性降低, 时间稳定性和热稳定性均优于游离酶。热动力学研究表明, 固定酶的失活活化能(Ed)、失活焓(ΔH^*)和失活自由能(ΔG^*)均高于自由酶, 固定化减小酶失活反应速率, 降低酶失活反应趋势。