环糊精糖基转移酶产生菌的筛选及环糊精在农业生产中的应用研究

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环糊精及其衍生物以其独特的包合性能已被广泛应用到医药、食品、化工、环境等诸多领域,但在农业生产中的应用还处于起始阶段。为解决环糊精糖基转移酶产生菌菌株筛选效率低的难题,本研究建立了一种从土壤中快速筛选环糊精糖基转移酶产生菌菌株的方法。为了进一步探索环糊精在提高农药溶解度及其药效方面的可行性,本试验以农药毒死蜱为实验对象,采用多种方法制备了环糊精β-CD及其衍生物与毒死蜱的固体包合物,对包合物进行了表征,分析了包合物对杀虫药效的影响。本文主要研究结果如下:1.建立了一种从土壤中快速筛选环糊精糖基转移酶产生菌菌株的方法。本研究从土壤中初步筛选出了149个产胞外淀粉水解酶的菌株,利用高效阴离子交换色谱检测出了微生物发酵液中的环糊精成分,从而确定了产生菌菌株;本研究检测了其中11个产生菌菌株,6株主要产CD6,5株主要产CD7。同时,在鉴定的过程中,定量检测了各种环糊精包括大环糊精(CD大于8)的含量。2.研究了环糊精与农药包合物的制备方法,确定了最佳反应条件。本研究分别利用研磨法、超声波法和饱和水溶液法制备了环糊精β-CD、Hp-β-CD和Me-β-CD与农药毒死蜱的包合物,其中饱和水溶液法包合效果最好。使用该方法环糊精β-CD、Hp-β-CD和Me-β-CD与农药毒死蜱的包合率分别为45.8%、52.0%和65.0%。采用正交试验得到β-CD包合毒死蜱的最佳反应条件:投料比为1:1(摩尔比),包合时间为3h,包合温度为60℃。3.利用紫外光谱法定量研究了β-CD及其衍生物对毒死蜱的包结行为。结果表明β-CD及其衍生物与毒死蜱均形成了包结比为1:1的包结物,形成的包合物的稳定常数分别为K=33.33mol/L(β-CD),K=343.8 mol/L(HP-β-CD),K=461.63 mol/L(Me-β-CD)。由包合物稳定常数大小可知β-CD与毒死蜱包合物的稳定性最差,而HP-β-CD、Me-β-CD都能与毒死蜱形成较稳定的包合物。利用ΔG=-RlnK计算出重要的热力学参数ΔG分别为:-8.69KJ/mol(β-CD)、-20.184KJ/mol(HP-β-CD)及-15.21KJ/mol(Me-β-CD),包合反应的吉布斯函数ΔG均为负。4.利用紫外光谱法对液体包合物进行了鉴定。当固定客体毒死蜱浓度时,随着主体β-CD、HP-β-CD、Me-β-CD浓度的增大,整个体系的吸收峰没有明显的位移,但其最大吸收峰处的吸光值逐渐增大。说明β-CD及其衍生物对毒死蜱产生了识别作用,毒死蜱进入CD的空腔,形成了包合物。5.利用红外吸收光谱和差示热分析法分别对β-CD、HP-β-CD和Me-β-CD与毒死蜱固体包合物进行了表征。差示热分析可知,三种包合物仅存在主体分子的脱水峰,毒死蜱原来的吸收峰消失;红外吸收光谱证明三种包合物中毒死蜱的特征吸收峰消失,主要表现为主体分子图谱。结果表明:β-CD、HP-β-CD和Me-β-CD与毒死蜱均形成了1:1的稳定包合物。6.包合物的室内杀虫毒力试验结果为:β-CD、HP-β-CD和Me-β-CD与毒死蜱包合物致死中浓度LC50分别16.1μg/mL、10.8μg/mL和12.3μg/mL。本研究首次利用高效阴离子交换色谱检测了产CGTase菌株发酵液中的环糊精成分,尤其是大环糊精的组成。建立了一种从土壤中快速筛选环糊精糖基转移酶产生菌菌株的新方法,利用该方法还可以检测环糊精糖基转移酶在不同阶段产生环糊精的能力大小。本研究发现通过环糊精与毒死蜱的包合作用可以增加毒死蜱在水中的溶解度,提高其药效。该研究为农药的水基化推广奠定了基础。
摘要第7-9页
ABSTRACT第9-10页
第一章 前言第11-24页
    引言第11-12页
    1.环糊精及其衍生物介绍第12-18页
        1.1 环糊精的结构与性质第12-14页
        1.2 环糊精衍生物的结构与性质第14-15页
        1.3 环糊精衍生物的形成机理及分类第15-16页
        1.4 环糊精及其衍生物的应用第16-18页
    2.农药毒死蜱的结构与性质第18-19页
    3.环糊精-客体分子包合物的制备方法第19-20页
        3.1 饱和水溶液法第19页
        3.2 研磨法第19页
        3.3 超声波法第19-20页
    4.环糊精及其衍生物包合物的表征方法第20-22页
        4.1 紫外光谱法第20页
        4.2 差热分析法第20-21页
        4.3 红外光谱法第21页
        4.4 核磁共振法第21-22页
        4.5 X射线衍射法第22页
        4.6 荧光光谱法第22页
    5.分子识别与超分子化学第22-24页
第二章 利用高效阴离子色谱快速检测筛选环糊精糖基转移酶产生菌第24-28页
    1.导言:本试验的意义、目的及创新点第24页
    2.材料与方法第24-26页
        2.1 试验材料第24-25页
        2.2 菌种的分离第25页
        2.3 酶的制备第25页
        2.4 环糊精糖基转移酶催化合成环糊精第25页
        2.5 高效阴离子交换色谱分析环糊精第25-26页
    3.结果与讨论第26-28页
        3.1 筛选具有淀粉水解活性的菌株第26页
        3.2 HPAEC分析环糊精糖基转移酶的产生菌株第26-27页
        3.3 利用酶反应中鉴定大环环糊精第27-28页
第三章 β-环糊精对毒死蜱的分子识别研究第28-41页
    1 仪器与材料第28页
        1.1 仪器设备第28页
        1.2 试剂材料第28页
    2 实验方法第28-32页
        2.1 β-环糊精-毒死蜱包合物中毒死蜱含量测定第28页
        2.2 包合方法的选择第28-29页
        2.3 影响因素实验第29页
        2.4 正交试验因素水平第29-30页
        2.5.考核指标第30页
        2.6 稳定常数的测定原理及方法第30-31页
        2.7 包合物的鉴定第31-32页
    3 结果与分析第32-40页
        3.1 检测波长的确定第32页
        3.2 标准曲线的建立第32-33页
        3.3 包合方法的选择第33页
        3.4 温度对包合反应的影响第33页
        3.5 搅拌时间对包合反应的影响第33页
        3.6 投料比对包合反应的影响第33页
        3.7 正交实验结果第33-34页
        3.8 稳定常数的测定第34-35页
        3.9 包合物的鉴定第35-40页
    小结第40-41页
第四章 环糊精衍生物对毒死蜱的分子识别研究第41-55页
    1 仪器与材料第41页
        1.1 仪器第41页
        1.2 试剂材料第41页
    2 实验方法第41-44页
        2.1 包合方法的选择第41-42页
        2.2 考核指标第42页
        2.6 稳定常数的测定原理及方法第42-43页
        2.7 包合物的鉴定第43-44页
    3 结果与分析第44-53页
        3.1 包合方法的选择第44页
        3.2 稳定常数的测定第44-45页
        3.3 紫外光谱法对包合物的鉴定第45-47页
        3.4 差示热分析第47-48页
        3.5 红外吸收光谱鉴定第48-53页
    小结第53-54页
    讨论第54-55页
第五章 包合物的室内杀虫毒力实验第55-58页
    导言:本试验的意义、目的及创新点第55页
    1.材料第55页
        1.1 供试虫饲养第55页
        1.2 供试药剂第55页
    2.实验方法第55页
    3.结果与分析第55-58页
参考文献第58-62页
致谢第62-63页
攻读学位期间发表、整理的学术论文目录第63-65页
学位论文评阅及答辩情况表第65页
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