造纸黑液中类黄腐酸物质的改性及其提高水稻耐盐性的机制研究
发布时间：2022-02-19 20:54
黄腐酸是一类可用于提高水稻耐盐能力的重要生物刺激素,但不可再生的特性很大程度上限制了其在农业上的规模化应用。造纸行业制浆过程排放的黑液已成为我国重要的污染来源,但其中大量以木质素为代表的有机物质却未得到充分利用而被浪费。虽然有研究证实造纸黑液中的部分有机物质与天然黄腐酸具有相似的特征官能团,然而二者的生理活性及其对水稻耐盐性的影响却暂未有深入研究。本文从亚硫酸铵造纸黑液出发,对其中的类黄腐酸物质（PFA）进行提取后,与天然黄腐酸（LFA）进行了化学结构的比较,并对二者提高水稻耐盐性的生理活性进行了验证;采用超过滤装置对PFA进行了分级,深入探究了PFA的分子量大小和官能团结构对提高水稻耐盐能力的相对影响;以TiO2为催化剂,H2O2为氧化剂,通过化学改性的方式验证了不同氧化条件对PFA生理活性提升的影响;对于PFA中的小分子物质,采取生物改性的方式,探究了漆酶用量、反应时间和反应温度对其活性官能团含量和生理活性的影响;对于PFA中的惰性大分子物质,利用催化氧化—漆酶改性联用的方式探究了进一步提升其生理活性的可能性;通过转...
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
1 前言
1.1 造纸黑液的应用现状
1.1.1 造纸黑液的来源与危害
1.1.2 造纸黑液的处理措施
1.1.3 造纸黑液的再利用措施
1.2 亚硫酸铵造纸工艺及其制浆黑液在农业中的应用
1.2.1 亚硫酸铵造纸工艺发展现状
1.2.2 亚硫酸铵制浆黑液的再利用
1.2.3 亚硫酸铵制浆黑液作为肥料在农业中的应用及其前景
1.3 黄腐酸在农业上的应用现状与进展
1.3.1 天然黄腐酸的来源及特点
1.3.2 黄腐酸对作物生长发育的影响
1.3.3 黄腐酸对作物抵御逆境胁迫的影响
1.3.4 黄腐酸的化学结构与生理活性之间关系
1.4 各种改性途径对类黄腐酸物质的化学结构和生理活性的影响
1.4.1 类黄腐酸物质的分子量大小与生理活性间的关系
1.4.2 催化氧化对类黄腐酸物质化学结构的影响
1.4.3 生物改性对类黄腐酸物质化学结构的影响
1.5 研究目的与意义
1.6 技术路线
2 材料与方法
2.1 造纸黑液类黄腐酸物质与风化煤黄腐酸化学结构和生理活性的对比
2.1.1 试验设备与材料
2.1.2 黄腐酸和类黄腐酸物质的提取与纯化
2.1.3 不同浓度黄腐酸和类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的影响
2.1.4 样品采集方法
2.1.5 样品测定方法
2.2 分级后类黄腐酸物质的化学结构与其生理活性间的相互关系
2.2.1 试验设备与材料
2.2.2 类黄腐酸物质的分级
2.2.3 分级后类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
2.2.4 样品采集方法
2.2.5 样品测定方法
2.3 TiO_2-H_2O_2 催化氧化对类黄腐酸物质化学结构和生理活性的影响
2.3.1 试验设备与材料
2.3.2 催化氧化反应试验设计
2.3.3 类黄腐酸物质经催化氧化后对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
2.3.4 样品采集与测定方法
2.4 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质化学结构和生理活性的影响
2.4.1 试验设备与材料
2.4.2 漆酶改性类黄腐酸物质试验设计
2.4.3 漆酶改性后小分子类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
2.4.4 样品采集与测定方法
2.5 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质性质的影响
2.5.1 试验设备与材料
2.5.2 试验设计
2.5.3 大分子类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
2.5.4 样品采集与测定方法
2.6 类黄腐酸物质提高水稻耐盐性的生物学机制
2.6.1 转录组测序(RNA-seq)分析
2.6.2 实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析
2.7 类黄腐酸物质配施控释尿素对稻麦轮作系统作物产量、氮素利用率和经济效益的影响
2.7.1 试验设备与材料
2.7.2 试验设计
2.7.3 样品采集方法
2.7.4 样品测定方法
2.7.5 氮素利用状况计算
2.8 试验数据处理与分析
3 结果与分析
3.1 造纸黑液类黄腐酸物质与风化煤黄腐酸化学结构和生理活性的对比
3.1.1 黄腐酸和类黄腐酸物质的元素分析
3.1.2 黄腐酸和类黄腐酸物质的分子量大小及其分布范围
3.1.3 黄腐酸和类黄腐酸物质的傅立叶红外光谱分析
3.1.4 黄腐酸和类黄腐酸物质的固体碳核磁分析
3.1.5 黄腐酸和类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻种子发芽的影响
3.1.6 黄腐酸和类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
3.1.7 黄腐酸和类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影响
3.2 分级后类黄腐酸物质的化学结构与其生理活性间的相互关系
3.2.1 不同分级类黄腐酸物质产量
3.2.2 不同分级类黄腐酸物质的元素组成及元素比率
3.2.3 不同分级类黄腐酸物质的紫外-可见光光谱分析
3.2.4 不同分级类黄腐酸物质的固体13C NMR分析
3.2.5 不同分级类黄腐酸物质的液体1H NMR分析
3.2.6 不同分子量类黄腐酸物质的傅立叶变换离子回旋共振质谱
3.2.7 不同分子量类黄腐酸物质对水稻耐盐性的影响
3.2.8 水稻主要化学结构与根系参数间的主成分分析
3.3 TiO_2-H_2O_2 催化氧化对类黄腐酸物质化学结构和生理活性的影响
3.3.1 催化氧化对类黄腐酸物质产率的影响
3.3.2 催化氧化对类黄腐酸物质元素组成的影响
3.3.3 催化氧化对类黄腐酸物质红外光谱的影响
3.3.4 催化氧化对类黄腐酸物质分子量范围及分布的影响
3.3.5 催化氧化对类黄腐酸物质固体碳核磁共振光谱的影响
3.3.6 类黄腐酸物质经催化氧化后对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
3.4 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质化学结构和生理活性的影响
3.4.1 漆酶改性对小分子类黄腐酸官能团含量的影响
3.4.2 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质分子量的影响
3.4.3 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质固体碳核磁共振的影响
3.4.4 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质傅立叶变换离子回旋共振质谱的影响
3.4.5 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质生理活性的影响
3.5 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质性质的影响
3.5.1 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质分子量的影响
3.5.2 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质红外光谱的影响
3.5.3 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质固体碳核磁的影响
3.5.4 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质液体氢核磁的影响
3.5.5 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质生理活性的影响
3.6 造纸黑液中类黄腐酸物质提高水稻耐盐性的生物学机制
3.6.1 类黄腐酸物质对水稻Na~+、K~+、Ca~(2+)含量及其K~+/Na~+的影响
3.6.2 水稻根系基因表达量差异统计
3.6.3 差异表达基因的GO分析
3.6.4 差异表达基因的KEGG富集分析
3.6.5 类黄腐酸物质对相关基因表达的影响
3.7 类黄腐酸物质配施控释尿素对稻麦轮作系统作物产量、氮素利用率和经济效益的影响
3.7.1 控释尿素在25℃静水和田间土壤条件下的氮素释放特性
3.7.2 不同处理对稻麦产量及产量构成因素的影响
3.7.3 不同处理对稻麦氮素利用状况的影响
3.7.4 不同处理对水稻灌浆期和小麦抽穗期叶片光合速率及SPAD值的影响
3.7.5 不同处理对土壤pH及速效养分供应强度的影响
3.7.6 不同处理对轮作周年经济效益的影响
4 讨论
4.1 造纸黑液的再利用
4.2 黄腐酸和类黄腐酸物质的异同
4.3 造纸黑液中S元素的再利用价值
4.4 类黄腐酸物质的化学结构和分子量大小与其生理之间的关系
4.5 不同改性方式提高类黄腐酸物质生理活性的作用机制
4.6 类黄腐酸物质调控水稻耐盐性的生物学机制
5 结论
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表论文、申请国家专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]宛氏拟青霉提取物对盐胁迫下水稻幼苗的生理适应性[J]. 王晓琪,姚媛媛,刘之广,陈宝成,张民,马金昭,王庆彬. 农业资源与环境学报. 2020(01)
[2]控释尿素与黄腐酸提高稻麦轮作系统产量和效益的协同效应[J]. 姚媛媛,王晓琪,杨越超,程冬冬,陈宝成,刘燕,唐亚福,马金昭. 植物营养与肥料学报. 2019(12)
[3]不同改良剂对滨海重度盐渍土质量和肥料利用效率的影响[J]. 高婧,杨劲松,姚荣江,谢文萍,王相平. 土壤. 2019(03)
[4]黄腐酸类肥料在苹果上的减肥增效效果[J]. 何流,徐新翔,贾志航,葛顺峰,杨茂峰,姜远茂. 北方园艺. 2018(18)
[5]包膜磷酸二铵配施黄腐酸提高小麦产量及土壤养分供应强度[J]. 陈琪,刘之广,张民,李泽丽,曲兆鸣,杨茂峰,孙玲丽. 土壤学报. 2018(06)
[6]控释尿素配施黄腐酸对小麦产量及土壤养分供应的影响[J]. 李泽丽,刘之广,张民,陈琪,邹朋,杨茂峰. 植物营养与肥料学报. 2018(04)
[7]黄腐酸的生物活性及应用研究[J]. 张常书,左文. 磷肥与复肥. 2018(03)
[8]不同铵硝配比对低温胁迫棉花幼苗生长及抗氧化酶活性的影响[J]. 张淑英,褚贵新,梁永超. 植物营养与肥料学报. 2017(03)
[9]漆酶催化提高纸浆中-COOH含量机理研究[J]. 刘建祥,万金泉,马邕文,王艳. 造纸科学与技术. 2016(01)
[10]不同施肥模式对桃幼树根系生长与氮素吸收分配的影响[J]. 党祝庆,王娜娜,张亚飞,蒋晓梅,张江红,彭福田. 水土保持学报. 2015(04)
本文编号：3633602
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
1 前言
1.1 造纸黑液的应用现状
1.1.1 造纸黑液的来源与危害
1.1.2 造纸黑液的处理措施
1.1.3 造纸黑液的再利用措施
1.2 亚硫酸铵造纸工艺及其制浆黑液在农业中的应用
1.2.1 亚硫酸铵造纸工艺发展现状
1.2.2 亚硫酸铵制浆黑液的再利用
1.2.3 亚硫酸铵制浆黑液作为肥料在农业中的应用及其前景
1.3 黄腐酸在农业上的应用现状与进展
1.3.1 天然黄腐酸的来源及特点
1.3.2 黄腐酸对作物生长发育的影响
1.3.3 黄腐酸对作物抵御逆境胁迫的影响
1.3.4 黄腐酸的化学结构与生理活性之间关系
1.4 各种改性途径对类黄腐酸物质的化学结构和生理活性的影响
1.4.1 类黄腐酸物质的分子量大小与生理活性间的关系
1.4.2 催化氧化对类黄腐酸物质化学结构的影响
1.4.3 生物改性对类黄腐酸物质化学结构的影响
1.5 研究目的与意义
1.6 技术路线
2 材料与方法
2.1 造纸黑液类黄腐酸物质与风化煤黄腐酸化学结构和生理活性的对比
2.1.1 试验设备与材料
2.1.2 黄腐酸和类黄腐酸物质的提取与纯化
2.1.3 不同浓度黄腐酸和类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的影响
2.1.4 样品采集方法
2.1.5 样品测定方法
2.2 分级后类黄腐酸物质的化学结构与其生理活性间的相互关系
2.2.1 试验设备与材料
2.2.2 类黄腐酸物质的分级
2.2.3 分级后类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
2.2.4 样品采集方法
2.2.5 样品测定方法
2.3 TiO_2-H_2O_2 催化氧化对类黄腐酸物质化学结构和生理活性的影响
2.3.1 试验设备与材料
2.3.2 催化氧化反应试验设计
2.3.3 类黄腐酸物质经催化氧化后对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
2.3.4 样品采集与测定方法
2.4 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质化学结构和生理活性的影响
2.4.1 试验设备与材料
2.4.2 漆酶改性类黄腐酸物质试验设计
2.4.3 漆酶改性后小分子类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
2.4.4 样品采集与测定方法
2.5 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质性质的影响
2.5.1 试验设备与材料
2.5.2 试验设计
2.5.3 大分子类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
2.5.4 样品采集与测定方法
2.6 类黄腐酸物质提高水稻耐盐性的生物学机制
2.6.1 转录组测序(RNA-seq)分析
2.6.2 实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析
2.7 类黄腐酸物质配施控释尿素对稻麦轮作系统作物产量、氮素利用率和经济效益的影响
2.7.1 试验设备与材料
2.7.2 试验设计
2.7.3 样品采集方法
2.7.4 样品测定方法
2.7.5 氮素利用状况计算
2.8 试验数据处理与分析
3 结果与分析
3.1 造纸黑液类黄腐酸物质与风化煤黄腐酸化学结构和生理活性的对比
3.1.1 黄腐酸和类黄腐酸物质的元素分析
3.1.2 黄腐酸和类黄腐酸物质的分子量大小及其分布范围
3.1.3 黄腐酸和类黄腐酸物质的傅立叶红外光谱分析
3.1.4 黄腐酸和类黄腐酸物质的固体碳核磁分析
3.1.5 黄腐酸和类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻种子发芽的影响
3.1.6 黄腐酸和类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
3.1.7 黄腐酸和类黄腐酸物质对盐胁迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影响
3.2 分级后类黄腐酸物质的化学结构与其生理活性间的相互关系
3.2.1 不同分级类黄腐酸物质产量
3.2.2 不同分级类黄腐酸物质的元素组成及元素比率
3.2.3 不同分级类黄腐酸物质的紫外-可见光光谱分析
3.2.4 不同分级类黄腐酸物质的固体13C NMR分析
3.2.5 不同分级类黄腐酸物质的液体1H NMR分析
3.2.6 不同分子量类黄腐酸物质的傅立叶变换离子回旋共振质谱
3.2.7 不同分子量类黄腐酸物质对水稻耐盐性的影响
3.2.8 水稻主要化学结构与根系参数间的主成分分析
3.3 TiO_2-H_2O_2 催化氧化对类黄腐酸物质化学结构和生理活性的影响
3.3.1 催化氧化对类黄腐酸物质产率的影响
3.3.2 催化氧化对类黄腐酸物质元素组成的影响
3.3.3 催化氧化对类黄腐酸物质红外光谱的影响
3.3.4 催化氧化对类黄腐酸物质分子量范围及分布的影响
3.3.5 催化氧化对类黄腐酸物质固体碳核磁共振光谱的影响
3.3.6 类黄腐酸物质经催化氧化后对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响
3.4 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质化学结构和生理活性的影响
3.4.1 漆酶改性对小分子类黄腐酸官能团含量的影响
3.4.2 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质分子量的影响
3.4.3 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质固体碳核磁共振的影响
3.4.4 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质傅立叶变换离子回旋共振质谱的影响
3.4.5 漆酶改性对小分子类黄腐酸物质生理活性的影响
3.5 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质性质的影响
3.5.1 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质分子量的影响
3.5.2 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质红外光谱的影响
3.5.3 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质固体碳核磁的影响
3.5.4 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质液体氢核磁的影响
3.5.5 催化氧化与漆酶改性联用对大分子类黄腐酸物质生理活性的影响
3.6 造纸黑液中类黄腐酸物质提高水稻耐盐性的生物学机制
3.6.1 类黄腐酸物质对水稻Na~+、K~+、Ca~(2+)含量及其K~+/Na~+的影响
3.6.2 水稻根系基因表达量差异统计
3.6.3 差异表达基因的GO分析
3.6.4 差异表达基因的KEGG富集分析
3.6.5 类黄腐酸物质对相关基因表达的影响
3.7 类黄腐酸物质配施控释尿素对稻麦轮作系统作物产量、氮素利用率和经济效益的影响
3.7.1 控释尿素在25℃静水和田间土壤条件下的氮素释放特性
3.7.2 不同处理对稻麦产量及产量构成因素的影响
3.7.3 不同处理对稻麦氮素利用状况的影响
3.7.4 不同处理对水稻灌浆期和小麦抽穗期叶片光合速率及SPAD值的影响
3.7.5 不同处理对土壤pH及速效养分供应强度的影响
3.7.6 不同处理对轮作周年经济效益的影响
4 讨论
4.1 造纸黑液的再利用
4.2 黄腐酸和类黄腐酸物质的异同
4.3 造纸黑液中S元素的再利用价值
4.4 类黄腐酸物质的化学结构和分子量大小与其生理之间的关系
4.5 不同改性方式提高类黄腐酸物质生理活性的作用机制
4.6 类黄腐酸物质调控水稻耐盐性的生物学机制
5 结论
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表论文、申请国家专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]宛氏拟青霉提取物对盐胁迫下水稻幼苗的生理适应性[J]. 王晓琪,姚媛媛,刘之广,陈宝成,张民,马金昭,王庆彬. 农业资源与环境学报. 2020(01)
[2]控释尿素与黄腐酸提高稻麦轮作系统产量和效益的协同效应[J]. 姚媛媛,王晓琪,杨越超,程冬冬,陈宝成,刘燕,唐亚福,马金昭. 植物营养与肥料学报. 2019(12)
[3]不同改良剂对滨海重度盐渍土质量和肥料利用效率的影响[J]. 高婧,杨劲松,姚荣江,谢文萍,王相平. 土壤. 2019(03)
[4]黄腐酸类肥料在苹果上的减肥增效效果[J]. 何流,徐新翔,贾志航,葛顺峰,杨茂峰,姜远茂. 北方园艺. 2018(18)
[5]包膜磷酸二铵配施黄腐酸提高小麦产量及土壤养分供应强度[J]. 陈琪,刘之广,张民,李泽丽,曲兆鸣,杨茂峰,孙玲丽. 土壤学报. 2018(06)
[6]控释尿素配施黄腐酸对小麦产量及土壤养分供应的影响[J]. 李泽丽,刘之广,张民,陈琪,邹朋,杨茂峰. 植物营养与肥料学报. 2018(04)
[7]黄腐酸的生物活性及应用研究[J]. 张常书,左文. 磷肥与复肥. 2018(03)
[8]不同铵硝配比对低温胁迫棉花幼苗生长及抗氧化酶活性的影响[J]. 张淑英,褚贵新,梁永超. 植物营养与肥料学报. 2017(03)
[9]漆酶催化提高纸浆中-COOH含量机理研究[J]. 刘建祥,万金泉,马邕文,王艳. 造纸科学与技术. 2016(01)
[10]不同施肥模式对桃幼树根系生长与氮素吸收分配的影响[J]. 党祝庆,王娜娜,张亚飞,蒋晓梅,张江红,彭福田. 水土保持学报. 2015(04)
本文编号：3633602
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