木质素降解微生物的分离筛选(5)
时间:2017-05-26 11:23 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1.2.3放线菌 放线菌类是公认降解木质素能力较强的细菌，包括链霉菌(Streptomyces)、节杆菌(Arthrobacter)、小单胞菌(Micromonospora)和诺卡氏菌(Nocardia)等[21]。放线菌对木质素的降解作用主要在于增加木质素的水溶性促进它们的降解。由于放线菌能穿透木质纤文素等不溶基质，在中性、微碱性土壤或堆肥中，放线菌参与有机质的初始降解和腐殖化。其中属于链霉菌的丝状细菌对木质素的降解率最高可达20%。非丝状菌在一定程度上也能引起木质素的降解，其木质素降解率通常小于10%，只能降解木质素中低分子量的不分以及木质素的降解产物。 1.3微生物降解木质素的机理 木质素降解酶最早在白腐真菌的胞外培养液中发现，1978年，Kwyser等在论文中用木质素降解酶系统来概括了对木质素起降解作用的这些酶，尽管当时并未分离到与降解活动直接有关的酶。自1934年Boruff和Buswell首次发现能降解木质素的微生物种群，人们对木质素的生物降解进行了大量的研究，1983年Tien和Kirk在Scinence上发表研究论文，第一次报道了提取出的木质素降解酶。1983年和1984年发现了木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶，1983年由日本吉田首次在生漆中发现的漆酶，这三种酶被公认为是木质素重要的降解酶[24]。 木质素的完全降解是真菌、细菌及相应微生物群落共同作用的结果，其中霉菌起着主要的作用。降解木质素的霉菌根据腐朽类型分为：白腐真菌、褐腐菌、软腐菌。前两者系担子菌纲，而软腐菌系囊菌纲或半知菌类，白腐真菌是最主要的木质素降解微生物[25]。对木质素具有独特的降解能力，它的降解机制来源于其所产生的木质素降解酶，主要是漆酶、木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶等。 真菌作用过程中木质素发生的主要化学变化：侧链氧化、去甲基化/去甲氧基化、芳香环断裂。对白腐真菌降解模型化合物或木材后的残留物的分析表明，木质素更多的经历了侧链氧化和芳香环断裂，而褐腐残留物中浓缩了较多去甲基或者去甲氧基(简称去甲基化)的产物羟基酚，而侧链的反应则比较弱。 1.3.1侧链氧化 白腐真菌对木质素的降解首先表现在对丙烷侧链的氧化，通过断裂各木质素单体之间的连接键，并对侧链进行一定的修饰。这是降解木质素高分子物质最重要的一步，可以使原来的高分子芳香化合物分解为低分子物质，并且原来因为木质素的外围保护微生物酶难以作用到的那些纤文素、半纤文素将直接面临微生物的攻击。侧链氧化基本可以分为以下2个步骤：①解聚反应，即木质素高聚物在微生物酶的作用下，断裂单体之间的连接键，形成大量木质素单体。由于单体之间连接形式的不同，这一反应也有一定的差异。β-1型木质素主要是Cα-Cβ键的断裂，而β-O-4型物质的解聚形式有2种：醚键的断裂及Cα-Cβ的断裂，另外，还有可能在未发生解聚的情况下，发生Cβ～Cγ断裂；② 氧化反应：单体侧链上的部分碳碳键发生断裂，然后连接在苯环上的末端碳原子发生氧化生成醛，并进一步被氧化成酸，或者侧链碳原子直接发生氧化反应，而没有经历碳碳键的断裂[22]。 1.3.2去甲基化和去甲氧基化 松柏醇苯环上带有1个甲氧基，芥子醇苯环上带2个甲氧基，褐腐菌对木质素的降解主要表现在对苯环上甲基／甲氧基的去甲基化或者去甲氧基化，形成酚类物质。Ander等对褐腐菌降解木质素模型化合物或木材的残留物的分析表明，褐腐残留物中浓缩了甲氧基去甲基或者去甲氧基后(简称去甲基化)的产物羟基酚，而侧链的反应则比较弱。Veeken等研究表明堆肥期间，芳香化合物主要是甲氧基酚的含量相对增多，木质素的溶解度升高。去甲基化是降解木质素过程中又一重要步骤，漆酶介体系统与LMCs(木质素模型化合物)最为所知的反应为将苯甲醇氧化为羰基化合物。Elegir等以G-5及5-5 型化合物为研究对象，分析漆酶介体系统降解酚型和非酚型木质素的情况，结果表明，完全去甲基化的酚型木质素能很好地被漆酶降解，而在相应的全甲基化的非酚类化合物中，即使在芳香氧化还原介质存在的条件下，也难以降解。这有可能说明如果没有去甲基化这一过程，白腐菌将无法完成侧链氧化这一反应，更有可能对木质素的后续降解也就是芳香环的断裂等无能为力[23]。 (责任编辑：qin) |