Cell-wall chemical-composition analysis of a Saccharum spp. progeny for increased bagasse digestibility

Abstract

Knowledge of cell-wall composition in sugarcane hybrids could be used for the selection of cultivars with high bagasse digestibility in order to improve sugar release in 2G ethanol production. Cell-wall components of 76 hybrids of a sugarcane cross, their parents and two high-fibre genotypes were analyzed. The Van Soest method was used to determine cellulose, hemicellulose and acid detergent lignin contents (ADL). Spectroscopic acetyl bromide lignin (ABS) was also determined. A correlation analysis was performed with major cell-wall polymers and agronomic traits. Despite the minor differences observed between parental lines’ cell-wall composition, genotypes with high cellulose and low lignin content were identified in the progeny. Differences among them depended on the method used for lignin measurement. The ADL mean was 43% lower than the ABS mean, in agreement with lignin losses during acid detergent treatment previously reported. There was no correlation between ADL and ABS assays. Bagasse of genotypes with higher stalk weights was associated with higher cellulose content and lower ADL content. Saccharification studies are needed to validate lignin assessment methodologies to be used as bioenergy cultivar selection tools.

El conocimiento de la composición de la pared celular en híbridos de caña de azúcar puede ser utilizado en la selección de cultivares de elevada digestibilidad del bagazo, orientados a incrementar la liberación de azucares en la producción de etanol 2G. Se analizaron los componentes de la pared celular de 76 híbridos obtenidos de un cruzamiento de caña de azúcar, sus progenitores y dos genotipos de alta fibra. Se utilizó el método de Van Soest para determinar los contenidos de celulosa, hemicelulosa y lignina detergente ácido (LDA); además se determinó el contenido de lignina mediante espectroscopía utilizando brumuro de acetilo (EBA). Se realizó un análisis de correlaciones con los componentes de la pared celular y características agronómicas. A pesar de las diferencias mínimas en la composición de la pared celular observadas entre progenitores, fueron identificados en la progenie genotipos con contenido elevado de celulosa y bajo de lignina. Sin embargo, estos genotipos fueron distintos dependiendo del método empleado en la determinación de lignina. El promedio calculado para LDA fue un 43% más bajo que el promedio de EBA, en coincidencia con pérdidas previamente reportadas en la bibliografía debido al uso del detergente ácido. Se observó una ausencia de correlación entre LDA y EBA, mientras que el peso de tallos estuvo asociado a un contenido mayor de celulosa y menor de LDA. Futuros análisis de sacarificación son necesarios para evaluar la liberación de azúcares de la biomasa y validar los métodos de determinación de lignina como herramientas de selección.

La connaissance sur la composition des parois cellulaires des hybrides de canne à sucre pourrait être utilisées dans la sélection de variété à haute digestibilité de la bagasse afin d'améliorer la libération de sucre dans la production d'éthanol 2G. Dans cette étude, les composantes de la paroi cellulaire de 76 hybrides d'une progéniture de canne, leurs progéniteurs et deux génotypes à haute teneur en fibre ont été analysés. La méthode Van Soest a été utilisée pour déterminer la teneur en cellulose, en hémicellulose et en lignine au détergent acide (ADL). Le pourcentage de lignine soluble dans le bromure d'acétyle (ABS) fut déterminé. Les corrélations entre les principaux polymères des parois cellulaires et les caractères agronomiques ont été effectuées. Malgré les différences mineures observées entre la composition de la paroi cellulaire des géniteurs, des génotypes à forte teneur en cellulose et à faible teneur en lignine ont été identifiés dans la progéniture. Les différences entre eux dépendaient de la méthode utilisée pour déterminer la teneur en lignine. La moyenne de l’ADL était inférieure de 43% à la moyenne de l'ABS, en accord avec les pertes en lignine pendant le traitement aux détergents acides. Aucune corrélation n'a été observée entre les dosages ADL et ABS. La bagasse de génotypes ayant un poids de tiges plus élevé était associée à une teneur plus élevée en cellulose et à une teneur plus faible en ADL. D'autres analyses de saccharification sont nécessaires afin d’évaluer la libération de sucre de la biomasse et améliorer la digestibilité de la bagasse dans des génotypes de canne à sucre.