植物细胞壁的研究进展
2022-06-09
【论文摘要】秸秆资源是较为丰富的资源之一，我国平均每年能够生产6.4亿多t的秸秆，且随着农作物单产的提高秸秆产量也将随之增加。本文通过综述细胞壁组成，结构和应用，以期能为秸秆的合理利用及开发提供参考。
【论文关键词】细胞壁；组成；结构；秸秆利用
1细胞壁的组成
植物细胞壁可以分为所有植物细胞都具有的初生壁，部分细胞所具有的次生壁以及在相邻两个植物细胞之间起连接作用的胞间层。纤维素、半纤维素、果胶以及一些蛋白质以不同比例结合在一起共同构成植物细胞初生壁。初生壁具有可塑性，能够进行拉伸。使植物细胞分离需要用果胶酶正是因为果胶是胞间层的主要组成物质。
2细胞壁的结构
目前初生细胞壁的结构模式假说中以经纬模型为主，经纬模型是指微纤丝平行于壁平面为模型的“经”，伸展蛋白与微纤丝方向垂直为模型的“纬”。伸展蛋白利用肽键相连形成独立的网状结构，与微纤丝之间没有共价键相连。半纤维素变化可以控制微纤丝的运动进而改变细胞壁的结构，果胶与钙桥相连也可以在进入细胞壁后被酯酶分解形成酸性果胶和中性果胶填充在网络之中。
2.1木质素单体结构之间的联接方式
2.1.1醚键相连
木质素之间最常见的连接方式是通过醚键进行连接，酚醚键分为烷基芳基醚和通常可以把甲氧基联接到木质素的苯环上的二烷基醚两类。
2.1.2碳-碳键的联接
碳-碳键连接是苯环之间一种不活泼的连接方式。正是因为该键的存在木质素即使经过醇解等处理也不会分解成为单个个体。
2.2木素和半纤维素之间的连接方式
细胞壁中木质素和半纤维素通过氢键作用力或者化学键作用力相连。化学键包括α-醚键、自由基结合的-C-O-或-C-C-和缩醛键α-醚键对酸毫无抵抗力，即使PH较高的酸也能使这种键断裂。自由基结合形成的化学键：这种化学键比α-醚键对水解的抵抗能力要强，它也不会被糖甙酶所分解，可能是对酸性水解、碱性水解、酶分解都具有抗性的原因。缩醛键也较为稳固是木素能稳定存在的原因之一。木素上酚键的存在使木素的结构单元内部能形成较多的分子间氢键而使木素和半纤维素能够稳定的存在。
3细胞壁的应用
3.1不同时空条件下玉米秸秆中营养物质的含量的变化
3.1.1目的
通过研究玉米不同生长时期秸秆中的各种营养物质含量的变化，进而根据不同的目的确定最好的收割时间。
3.1.2原理
衡量饲料的几个重要标准分别是秸秆和籽粒中的粗蛋白的含量，可消化的干物质的总量，NDF，ADF的含量，粗蛋白的含量决定玉米秸秆的营养价值，数值越高越好。NDF决定秸秆的适口性，值越低越好。ADF的含量决定饲料的体内消化率，值越低越好。将玉米整株根据不同的器官分成几个部位：茎部，雄穗，苞叶，籽粒，并将茎部根据不同的高度分成几个部分。分别测量不同时期这几个部位的粗蛋白，可消化干物质的含量，体外消化率，NDF，ADF的数值进而确定最优的采收时间。
3.1.3方法
NDF和ADF的含量用范式测量法；用凯式定氮法、酸水解法和索式提取法分别确定粗蛋白、总淀粉量以及总脂肪量。消化率的测定：在厌氧的环境中进行48h含瘤胃液培养液的消化，在酸性环境中进行同等时间的胃蛋白酶消化。所得残渣烘干（105℃）称重后，依次测定残渣中NDF和ADF含量计算干物质消化率DMD，NDF消化率NDFD和ADF消化率体ADFD。
3.2玉米秸秆的几种常见预处理方法
预处理主要是为了除去玉米秸秆中存在的木质素，或改变细胞壁的空间结构，提高纤维素酶的酶解效率等。
3.2.1酸处理法
酸处理法是利用稀酸处理后的木质纤维素的半纤维素溶出，使细胞壁结构疏松，进而增加了纤维素及其水解酶的接触面积，使得酶解速率加快。
3.2.2酸性高锰酸钾法
利用锰离子与木质素之间的氧化还原反应，使木质素变得可溶，进而可以将木质素和纤维素进行分离。
3.2.3生物处理法
可分解木质素的天然微生物大多是真菌类，主要有白腐菌、褐腐菌及软腐菌。
3.2.4物理化学方法
高压蒸汽法是不需要任何化学试剂利用压力变化而破坏细胞壁结构的方法。
微波处理：微波加热导致细胞壁内的极性物质吸收微波能，温度升高，使细胞壁的空间结构受到破坏进而增加了纤维素酶和细胞壁物质的接触面积。
现今细胞壁的研究已经深入各个方面，细胞壁因其重要作用受到研究者的重视，相信在不久将来细胞壁研究必将会有新的突破。
【参考文献】
[1]农业统计年鉴[M].北京：农业出版社，2000，52.
【论文关键词】细胞壁；组成；结构；秸秆利用
1细胞壁的组成
植物细胞壁可以分为所有植物细胞都具有的初生壁，部分细胞所具有的次生壁以及在相邻两个植物细胞之间起连接作用的胞间层。纤维素、半纤维素、果胶以及一些蛋白质以不同比例结合在一起共同构成植物细胞初生壁。初生壁具有可塑性，能够进行拉伸。使植物细胞分离需要用果胶酶正是因为果胶是胞间层的主要组成物质。
2细胞壁的结构
目前初生细胞壁的结构模式假说中以经纬模型为主，经纬模型是指微纤丝平行于壁平面为模型的“经”，伸展蛋白与微纤丝方向垂直为模型的“纬”。伸展蛋白利用肽键相连形成独立的网状结构，与微纤丝之间没有共价键相连。半纤维素变化可以控制微纤丝的运动进而改变细胞壁的结构，果胶与钙桥相连也可以在进入细胞壁后被酯酶分解形成酸性果胶和中性果胶填充在网络之中。
2.1木质素单体结构之间的联接方式
2.1.1醚键相连
木质素之间最常见的连接方式是通过醚键进行连接，酚醚键分为烷基芳基醚和通常可以把甲氧基联接到木质素的苯环上的二烷基醚两类。
2.1.2碳-碳键的联接
碳-碳键连接是苯环之间一种不活泼的连接方式。正是因为该键的存在木质素即使经过醇解等处理也不会分解成为单个个体。
2.2木素和半纤维素之间的连接方式
细胞壁中木质素和半纤维素通过氢键作用力或者化学键作用力相连。化学键包括α-醚键、自由基结合的-C-O-或-C-C-和缩醛键α-醚键对酸毫无抵抗力，即使PH较高的酸也能使这种键断裂。自由基结合形成的化学键：这种化学键比α-醚键对水解的抵抗能力要强，它也不会被糖甙酶所分解，可能是对酸性水解、碱性水解、酶分解都具有抗性的原因。缩醛键也较为稳固是木素能稳定存在的原因之一。木素上酚键的存在使木素的结构单元内部能形成较多的分子间氢键而使木素和半纤维素能够稳定的存在。
3细胞壁的应用
3.1不同时空条件下玉米秸秆中营养物质的含量的变化
3.1.1目的
通过研究玉米不同生长时期秸秆中的各种营养物质含量的变化，进而根据不同的目的确定最好的收割时间。
3.1.2原理
衡量饲料的几个重要标准分别是秸秆和籽粒中的粗蛋白的含量，可消化的干物质的总量，NDF，ADF的含量，粗蛋白的含量决定玉米秸秆的营养价值，数值越高越好。NDF决定秸秆的适口性，值越低越好。ADF的含量决定饲料的体内消化率，值越低越好。将玉米整株根据不同的器官分成几个部位：茎部，雄穗，苞叶，籽粒，并将茎部根据不同的高度分成几个部分。分别测量不同时期这几个部位的粗蛋白，可消化干物质的含量，体外消化率，NDF，ADF的数值进而确定最优的采收时间。
3.1.3方法
NDF和ADF的含量用范式测量法；用凯式定氮法、酸水解法和索式提取法分别确定粗蛋白、总淀粉量以及总脂肪量。消化率的测定：在厌氧的环境中进行48h含瘤胃液培养液的消化，在酸性环境中进行同等时间的胃蛋白酶消化。所得残渣烘干（105℃）称重后，依次测定残渣中NDF和ADF含量计算干物质消化率DMD，NDF消化率NDFD和ADF消化率体ADFD。
3.2玉米秸秆的几种常见预处理方法
预处理主要是为了除去玉米秸秆中存在的木质素，或改变细胞壁的空间结构，提高纤维素酶的酶解效率等。
3.2.1酸处理法
酸处理法是利用稀酸处理后的木质纤维素的半纤维素溶出，使细胞壁结构疏松，进而增加了纤维素及其水解酶的接触面积，使得酶解速率加快。
3.2.2酸性高锰酸钾法
利用锰离子与木质素之间的氧化还原反应，使木质素变得可溶，进而可以将木质素和纤维素进行分离。
3.2.3生物处理法
可分解木质素的天然微生物大多是真菌类，主要有白腐菌、褐腐菌及软腐菌。
3.2.4物理化学方法
高压蒸汽法是不需要任何化学试剂利用压力变化而破坏细胞壁结构的方法。
微波处理：微波加热导致细胞壁内的极性物质吸收微波能，温度升高，使细胞壁的空间结构受到破坏进而增加了纤维素酶和细胞壁物质的接触面积。
现今细胞壁的研究已经深入各个方面，细胞壁因其重要作用受到研究者的重视，相信在不久将来细胞壁研究必将会有新的突破。
【参考文献】
[1]农业统计年鉴[M].北京：农业出版社，2000，52.