水稻是中国最主要的粮食作物之一,每年可生产大量秸秆材料,为生物能源和生物质产品的生产提供充足原料。植物细胞壁主要由纤维素,半纤维素和木质素组成,对植物形态发育、碳水化合成代谢和对外部环境应答等起着非常重要作用。植物生物质和组成受到环境因素如光照、水和土壤营养影响。在土壤营养中氮肥是最常见的肥料用来促进农作物生长、发育和提高种子产量。氮元素是植物正常生长的必需元素,是植物体内蛋白质和叶绿素的主要组分,因此会影响作物的生长和产量。尽管业已证明氮肥可以提高水稻种子和秸秆生物质产量,但对水稻秸秆细胞壁组分和生物质降解效率的影响尚未报导。本研究对两个水稻栽培品种施加了7种氮肥处理,观察了主要农艺性状,测定了秸秆细胞壁组成与结构,并分析了不同预处理条件下生物质酶解产糖效率和乙醇产量。对比实验发现,两个水稻品种在施加了7种氮肥处理后,其种子和秸秆生物质产量相对于空白对照都有大幅度提高。同时,氮肥处理后秸秆细胞壁中的纤维素含量大幅提高,硅元素含量显著降低,而在不同浓度氮肥处理材料间的半纤维素和木质素的相对含量存在差异。在不同酸碱预处理(Na OH,Ca O,H2SO4)和物理预处理(热水)条件下,施加氮肥的水稻材料在秸秆酶解过程中六碳糖的释放量和后续酵母发酵产乙醇的量均有较大提高。此外,施加氮肥可致秸秆纤维素聚合度(DP)和半纤维素分支度(Ara/Xyl)下降,纤维素结晶度(Cr I)和半纤维素单糖组成也发生相应改变。通过相关性分析,发现纤维素DP、半纤维素Xyl/Ara比值和硅含量是影响水稻秸秆生物质酶解效率的主要负因子,同时纤维素Cr I亦起负作用。总之,氮肥的施用除能够提高水稻种子和秸秆生物质产量外,能显著改变秸秆细胞壁结构组成,并大幅度提高生物质酶解产糖产乙醇效率,为农业生产和秸秆综合利用提供了新的方法和思路。