使用硫二甘酸（TGA）估计植物生物质木质素含量

摘要

在这里，我们提出了一个修改后的TGA方法，用于估计草本植物生物质中的木质素含量。这种方法通过与木质素形成特定的硫化物键来估计木质素含量，并且比克拉森方法具有优势，因为它需要相对较小的木质素含量估计样本。

摘要

木质素是一种天然聚合物，是地球上仅次于纤维素的第二富足聚合物。木质素主要沉积在植物二级细胞壁中，是一种芳香异质体，主要由三种具有重要工业意义的单酚组成。木质素在植物生长发育中起着重要作用，在动物饲料、木材和工业木质素产品的质量方面具有重要的保护作用。准确估计木质素含量对于基本了解木质素生物合成和生物质的工业应用都至关重要。硫二甘油酸（TGA）方法是估算植物生物量中木质素总含量的高度可靠的方法。这种方法通过与木质素的苯酒精群形成硫化物来估计木质素的含量，这种醇组在碱性条件下是可溶性的，在酸性条件下不溶性。木质素总含量使用商业竹木质素生成的标准曲线进行估算。

引言

木质素是植物细胞壁的重要承重成分之一，也是地球上第二丰富的聚合物^1。从化学上讲，木质素是一种由高分子量复合酚类化合物组成的交联异质体，形成芳香聚合物的天然可再生来源，并合成生物材料^2、3。这种天然聚合物在植物生长、发育、生存、机械支持、细胞壁刚性、水运、矿物运输、耐食性、组织和器官发育、能量沉积以及生物和生物应力^{4、5、6、7}等方面起着重要作用。利格宁主要由三种不同的单酚组成：针叶醇、西纳皮尔和p-coumaryl酒精，它们来自苯丙酮通路^8，9。木质素的数量和单体的组成因植物种类、组织/器官类型和^{植物发育的}不同阶段而异。根据来源和单酚成分，木质素大致分为软木、硬木和草木质素。软木主要由95%的针叶醇和4%的p-coumaryl和1%的甲基醇组成。硬木有针叶醇和甲基醇的比例相等，而草木质素是由针叶醇，锡那皮尔和p-coumaryl酒精

研究方案

1. 植物样本的制备

1. 从温室收集两个月大的棉花植物（图1A）。
2. 通过松开植物周围的土壤（图1B），轻轻翻转植物盆，将土壤和根部与完整的横向根分开。
3. 将收集的植物彻底清洗在装满水的托盘中，以清除所有污垢（用于根部样本）（图1C）。
4. 使用纸巾干燥分离的根、茎和叶组织，并贴上标签（图1D）。空气干燥2天在室温下，以防止任何真菌污染（图1E）。
5. 将样品组织转移到贴有标签的容器/铝箔中，并在温度控制的孵化器中孵化7至10天（图1F）。
   注意：较高的温度可能会改变木质素结构。或者，冷冻干燥机可用于干燥样品 1 到 2 天，而不会对植物生物质造成任何化学变化。
6. 使用刀片将孵化器干燥的组织切成5毫米大小的碎片，或者使用生物质研磨机研磨植物组织（图1G，图1H）。
   注：生物质研磨机/刀片必须在每个样品切割/磨碎后进行清洁。
7. 使用....

结果

比较了两条不同的棉花实验线，以弥补不同组织中木质素含量的差异。每个样本提取的木质素含量测量为280纳米，并记录其各自的吸收值。将每个生物复制品的平均吸收值与木质素标准曲线的回归线（表2，图3C）进行比较。回归线，y = mx + c，用于计算提取实验线、样本1和样品2的未知木质素含量。平均OD值的结果被替换在"x"中，而"m"和"c"值则从木质素标准曲线的.......

讨论

木质素在植物生长发育中起着重要作用，最近已广泛研究生物燃料、生物能源和生物制品的应用。木质素富含芳香化合物，储存在所有血管植物的二级细胞壁中。它具有多种工业应用，如木板产品，生物分散剂，絮凝剂，聚氨酯泡沫和在电路板^29，30，31的脂。大部分来自纸张和纸浆行业的木质素被作为废物释放或燃烧用于热生.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
BioSpectrophotometer kinetic	Eppendorf kinetic	6136000010	For measuring absorbance at 280 nm
Centrifuge	Eppendorf	5424	For centrifuging  samples
Commercial bamboo lignin	Aldrich	1002171289	Used in the preparation of the standard curve
Distilled water	Fischer Scientific	16690382	Used in the protocol
Falcon tubes	VWR	734-0448	Containers for solutions
Freezer mill	Spex Sample Prep	68-701-15	For fine grinding of plant tissue samples
Heat block/ Thermal mixer	Eppendorf	13527550	For temperature controlled steps during lignin extraction
Hotplate stirrer	Walter	WP1007-HS	Used for preparation of solutions
Hydrochloric acid (HCL)	Sigma	221677	Used in the protocol
Incubator	Fisherbrand	150152633	For thorough drying of plant tissue samples
Measuring scale	Mettler toledo	30243386	For measuring plant tissue weight, standards and microfuge tubes
Methanol (100 %)	Fischer Scientific	67-56-1	Used in the protocol
Microfuge tubes (2 mL)	Microcentrifuge	Z628034-500EA	Containers for extraction of lignin
Plant biomass gerinder	Hanchen	Amazon	Used for crushing dried samples
pH meter	Fisher Scientific	AE150	Measuring pH for solutions prepared for lignin extraction
Temperature controlled incubator/oven	Fisher Scientific	15-015-2633	Used in the protocol
Thioglycolic acid (TGA)	Sigma Aldrich	68-11-1	Used in the protocol
Vacuum dryer	Eppendorf	22820001	Used for drying samples
Vortex mixer	Eppendorf	3340001	For proper mixing of samples