褐腐真菌产生的羟基自由基HO˙对纤维素作用的研究

由褐腐真菌的典型菌株——密粘褶菌Gloeophyllum trabeum的胞外培养液中分离纯化得到一能还原Fe3 ,产生羟基自由基HO˙的多肽组分(称作Gt因子)。 采用HO˙特异性的抑制剂硫脲,对Gt因子产生的HO˙在纤维素降解中的作用进行了对照研究,结果表明Gt因子及其产生的HO˙在纤维素降解中起着重要的作用,为褐腐菌HO˙氧化降解纤维素机制假说的确立提供了一些依据。     

褐腐真菌产生的羟基自由基HO˙对纤维素作用的研究*

由褐腐真菌的典型菌株——密粘褶菌Gloeophyllum trabeum的胞外培养液中分离纯化得到一能还原Fe3+,产生羟基自由基HO˙的多肽组分(称作Gt因子)。 采用HO˙特异性的抑制剂硫脲,对Gt因子产生的HO˙在纤维素降解中的作用进行了对照研究,结果表明Gt因子及其产生的HO˙在纤维素降解中起着重要的作用,为褐腐菌HO˙氧化降解纤维素机制假说的确立提供了一些依据。     

密粘褶菌Gloeophyllum trabeum胞外低分子量多肽的分离纯化及其对纤维素生物降解作用

通过HPLC高效液相层析由褐腐真菌中能强烈降解木质纤维素的代表菌株密粘褶菌Gloeo phyllumtrabeum的胞外培养液 ,分离纯化得到一低分子量的活性多肽组分 (Gt因子 ) .Gt因子具有较好热稳定性 ,在pH 2 5～ 6 5范围内保持稳定 .Gt因子分子量在 4 0 0 0左右 ,等电点pI 6 6 .Gt因子具有络合Fe3 + 的能力 ,且能够将Fe3 + 还原为Fe2 + .在O2 存在时 ,能以纤维素物质为电子供体形成羟基自由基HO·.利用循环伏安法 ,观察到Gt因子与纤维素底物之间的氧化还原过程 .研究表明 ,Gt因子极有可能在褐腐菌的纤维素降解初期起着重要的作用 .     

褐腐真菌木质纤维素降解机制的研究进展

褐腐菌降解木才机理的研究日前受到关注,发现褐腐菌不具有对结晶纤维素降解十分重要的外切葡聚糖酶,而以一种独特的方式解降纤维素。近年来,关于其以自由基氧化降解机制进行作用的报道很多,并且各国研究工作从褐腐菌中分离得到了不同性质的物质,提出了羟基自由基HO．循环形成的各种假说,但褐腐菌降木材的确切机制仍未搞清楚,这些分离得到的具有一些特殊性质的胞外物质在降解中的作用还有待于证明,在此。对近年来褐腐菌纤维素降解机制的研究进展作一简单介绍。     

褐腐真菌木质纤维素降解机制的研究进展*

褐腐菌降解木材机理的研究日益受到关注 ,发现褐腐菌不具有对结晶纤维素降解十分重要的外切葡聚糖酶 ,而以一种独特的方式降解纤维素。近年来 ,关于其以自由基氧化降解机制进行作用的报道很多 ,并且各国研究工作者从褐腐菌中分离得到了不同性质的物质 ,提出了羟基自由基HO·循环形成的各种假说 ,但褐腐菌降解木材的确切机制仍未搞清楚 ,这些分离得到的具有一些特殊性质的胞外物质在降解中的作用还有待于证明。在此 ,对近年来褐腐菌纤维素降解机制的研究进展作一简单介绍。     

密粘褶菌胞外低分子量多肽在纤维素降解中作用的研究

从褐腐真菌中能强烈降解纤维素的代表菌株密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum)的胞外酶液中首次分离纯化得到一低分子量的活性多肽组分(称作Gt因子),此组分能在有O.2和Fe³⁺存在时产生羟基自由基HO·;对纤维素降解的研究表明,Gt因子不同于纤维素酶对纤维素的β1.4糖苷键的水解作用,而以HO·氧化的途径作用于纤维素,导致纤维素中氢键的断裂,降低纤维素的结晶度,使其暴露出更多的末端,从而有利于纤维素的进一步降解。     

褐腐真菌产生的低分子化合物对纤维素的解聚作用研究

糙皮侧耳（Pleurotusostreatus）、密粘褶菌（Gloeophyllumtrabeum）、洁丽香菇（Lentinuslepideus）等8株褐腐菌在滤纸上进行固体培养时,在培养初期,纤维素的聚合度均呈现大幅度下降,但不表现失重。培养过程中也未能检测出滤纸酶活力,只有少量内切葡聚糖酶活力。而且这8株菌都具有络合Fd3+和产生羟基自由基·OH的能力。由降解和解聚能力最强的密粘语菌的胞外酶液在SephadexLH-20上分离得到一可络合Fe3+的低分子多肽组分,它与H2O2具有协同降解纤维素的作用,其机制与Fenton's试剂作用相似。Fe2+与H2O2反应生成的·OH可使纤维素氧化断裂,使之成为短小纤维,从而大幅度降低聚合度。     

基于全基因组数据解析伞菌目木质纤维素降解酶系的差异

伞菌目Agaricales隶属于担子菌门Basidiomycota、伞菌亚门Agaricomycotina,是担子菌门中最大的一个类群,能够以腐生、寄生以及共生的模式在自然环境中生存,生存范围广,对于维持生态环境的平衡具有重要的作用。本研究基于51株伞菌目真菌基因组大数据挖掘降解木质纤维素相关的碳水化合物活性酶(carbohydrate-active enzymes,CAZymes)和氧化还原酶(oxidoreductases),同时比较白腐菌、褐腐菌、腐生菌、菌根菌、植物致病菌、兼性寄生菌、动物共生菌和不明生态型真菌降解机制的差异。结果显示白腐菌和褐腐菌等木腐菌、菌根菌、兼性寄生菌、其他腐生菌、植物致病菌以及共生菌的CAZymes家族平均数目为134个、93个、101个、127个、61个和32个,而CAZymes同源的基因平均数目为398个、240个、463个、407个、418个、131个和38个,木腐菌的CAZymes家族最为丰富,但是兼性寄生菌基因数目最多;同时具有木质纤维素降解酶活性的26个家族中,基因数目分别为86个、32个、101个、86个、104个、36个和10个。在木腐菌(白腐菌和褐腐菌)、菌根菌、兼性寄生菌、腐生菌、不明生态型、植物致病菌和动物共生菌中氧化还原酶相关的基因数目为44个、35个、48个、53个、59个、6个和29个,其中不明生态型真菌的基因数目最多达到了59个,植物致病菌的数量最少。CAZymes和氧化还原酶在不同的真菌中数量和种类差别很大,与其生态类型的关系不明显,此研究丰富了木质纤维素降解机制的多样性,但是需要进一步的实验设计对其生物活性进行验证以及进行蛋白家族进化分析。     

铁还原菌降解石油烃的研究进展

铁还原菌是指能够利用细胞外Fe(III)作为末端电子受体,通过氧化有机物将Fe(III)还原为Fe(II)微生物的总称。铁还原作用广泛存在于土壤、河流、海洋、地表含水层以及高温高压的地下深部油藏。在厌氧或兼性厌氧条件下,Fe(III)还原耦合有机物的降解,对铁、碳元素的生物地球化学循环具有重要意义。本文介绍了铁还原菌的多样性和铁还原作用机理,综述了铁还原菌在石油烃降解方面的研究进展。此外,还总结了铁还原菌在生物修复中的潜在作用,并对未来的研究方向进行了展望。     

降解水稻秸秆兼抑制水稻纹枯病菌多功能复合菌系的构建

目的针对稻草直接还田需要,构建能够高效降解水稻秸秆同时又能抑带l水稻纹枯病菌的多功能复合菌系。方法通过将具有高效降解纤维素的天然复合菌群与具有抑制水稻纹枯病菌效果的菌株组合,构建多功能复合菌系;采用失重法检测该复合菌系对水稻秸杆的腐解作用,荧光定量PER法检测其对水稻纹枯病菌的抑制效果。结果成功地构建了一组多功能复合菌系,腐解12d后,水稻秸秆干物质总失重率为41．4％,其中半纤维素降解率为59．5％,纤维素降解率为52．5％,木质素降解率为15．3％,腐解过程中平均CMC酶活为8．1IU／g。该复合菌系对水稻纹枯病菌的抑制效果明显,发酵40d后对水稻纹枯病菌的抑制率为27．1％,对照组抑制率为2．7％。结论该复合菌系能高效降解水稻秸秆,同时又能较好地抑制水稻纹枯病菌,适宜在水稻秸秆直接还田过程中使用。     

培菌白蚁菌圃微生物降解木质纤维素的研究进展

白蚁及其共生微生物协同降解植物细胞壁的机理一直被世界各国科学家所关注。培菌白蚁作为高等白蚁,相比低等食木白蚁具有更多样化的食性,其利用外共生系统“菌圃”,对多种植物材料进行处理。本文综述了菌圃微生物降解木质纤维素的研究进展,以期为深入研究菌圃中木质纤维素降解过程及其机制,并挖掘利用菌圃降解木质纤维素的能力及仿生模拟菌圃开发新的生物质利用系统提供参考。培 菌白蚁在其巢内利用由植物材料修建的多孔海绵状结构——“菌圃”来培养共生真菌鸡枞菌Termitomyces spp.,形成了独特的木质纤维素食物降解和消化策略,使木质纤维素在培菌白蚁及其共生微生物协同作用下被逐步降解。幼年工蚁取食菌圃上的共生真菌菌丝组成的小白球和老年工蚁觅得食物并排出粪便堆积到菌圃上成为上层菌圃。这一过程中,被幼年工蚁取食的共生真菌释放木质素降解酶对包裹在植物多糖外部的木质素屏障进行解聚。菌圃微生物(包括共生真菌)对解聚的木质素基团进一步降解,将多糖长链或主链剪切成短链,使菌圃基质自下而上被逐步降解。最后下层的老熟菌圃被老年工蚁取食,其中肠的内源酶系及后肠微生物将这些短链进一步剪切和利用。因此,蚁巢菌圃及其微生物是培菌白蚁高效转化利用木质纤维素的基础。化学层面的研究表明,菌圃能够实现对植物次生物质解毒和植 物纤维化学结构解构。对共生真菌相关酶系的研究显示可能其在菌圃的植物纤维化学结构和植物次生物质的降解中发挥了作用,但不同属共生真菌间其效率和具体功能不尽相同。而菌圃中的细菌是否发挥了作用和哪些细菌类群发挥了作用等仍有待进一步的研究。相比于低等食木白蚁利用其后肠共生微生物降解木质纤维素,培菌白蚁利用菌圃降解木质纤维素具有非厌氧和能处理多种类型食物两大优势,仿生模拟菌圃降解木质纤维素的机制对林地表面枯枝落叶的资源化利用具有重要意义。     

平菇(Pleurotus ostreatus)对稻草中木质素的生物降解及降解产物分析

变色圈试验证明平菇可以选择性优先降解稻草中的木质素,培养15d后,平菇对稻草中的木质素降解率为17.86%,对综纤维素降解率为2.44%,选择性指数为9.79。生料栽培平菇后,稻草中的木质素被降解50.24%。用气—质色谱(GC/MS)和红外光谱(IR)对木质素降解产物分析结果表明,平菇对稻草中木质素的降解效果十分明显,降解产物中检测出了大量含有苯环的小分子,证明木质素聚合体的降解首先发生在单体的侧链及单体间的连键上,发生Cα-Cβ、β-O-4等断裂,形成了单体。在进一步的降解过程中,平菇表现了其自身特有的降解机制,取代苯环单体上的甲氧基为甲基,而后发生苯环的开裂,这与报道的白腐菌降解过程有所不同。红外光谱分析中,平菇对木质素的降解明显,降解产物中含有很多木质素单体所特有的基团,如紫丁香基、愈创木基等,说明木质素的降解首先发生的是侧链的氧化反应。     

诱导物和金属离子对竹子白腐菌降解影响的研究

研究了4种诱导物和5种金属离子对白腐菌降解竹子的影响。结果表明这4种诱导物对木质素的降解没有明显的促进作用,低浓度的吐温80抑制纤维素的降解,降解率仅为3．057％;5种离子对木质素降解均有促进作用,一定浓度的离子明显地抑制纤维素的降解,其中Ca^2＋对纤维素降解的抑制作用最强,降解率仅为0．620％;诱导物和离子对半纤维素降解率影响较小;吐温80和Ca^2＋能显著提高半纤维素和木质素的选择系数,其中添加Ca^2＋时半纤维素和木质素选择性系数分别为66．565和49．331,初步显示：部分诱导物和金属离子可以有效影响白腐菌对竹子的选择性降解。     

血红密孔菌高产漆酶菌株的筛选及其对烟梗的生物降解

白腐菌是目前已知的唯一能将木质素彻底降解的微生物,而漆酶在木质素分解过程中起着重要的作用,被广泛应用于农作物秸秆或甘蔗渣等多种类型生物质的生物预处理和生物降解。本研究利用白腐菌产漆酶发酵培养基对30株血红密孔菌Pycnoporus sanguineus菌株进行筛选,得到了多株漆酶高产菌株,并研究了血红密孔菌发酵粗酶液和菌丝对烟梗的生物降解条件。研究结果表明:血红密孔菌及其产生的漆酶表现出了对烟梗木质素较强的生物降解能力。在漆酶浓度为40U/mL、温度30℃、pH4.5的条件下处理24h,烟梗中木质素的降解率可达到50.4%,纤维素和半纤维素的降解率分别为17.5%和17.3%;漆酶浓度为5U/mL、温度30℃、pH4.5的条件下处理48h,木质素降解率可达到65.1%。血红密孔菌菌丝也表现出对烟梗较好的生物降解效果,接种培养7d后烟梗中木质素降解率可达30%以上,21d后木质素的降解率可达79.1%,而纤维素和半纤维素的降解率仅为20%和12%左右。本研究不但为生物质材料的生物预处理和生物降解提供了优质的白腐菌及漆酶资源,还为通过烟梗的生物预处理提高烟草梗丝和卷烟品质提供了重要参数,具有一定的应用前景。     

木质纤维素的定量测定及降解规律的初步研究

为了准确地测定稻草及其发酵物中纤维素、半纤维素、木质素的含量,通过差重法进行定量测定,并以此评价白腐菌株Pleurotus sapidus对稻草秸秆的降解状况,结果表明：利用差重法测定稻草发酵物中纤维素、半纤维索、木质素的百分含量是可行的,并能很好地评价白腐菌对稻草的降解规律,即降解过程中纤维素、半纤维素、本质素在前20d降解的很快,之后降解减缓,在50d内,纤维素被降解34．02％,半纤维素被降解56．29％,木质素被降解61．65％。     

水稻秸秆腐解复合菌系RSS-4的选育及其腐解特性

采用限制性培养技术与温度梯度诱导相结合的方法, 从四川成都平原多年还田的土壤中筛选、构建出一组在中温条件下对水稻秸秆具有腐解功能的复合菌系RSS-4。该复合菌系在22°C条件下, 稻秆腐解试验表明: pH先升高后降低, 最后稳定在7.20; 纤维素酶活、半纤维素酶活均经历了先升后降的变化趋势, 最高酶活分别为0.91、3.40 U; 到16 d腐解结束时, RSS-4对稻秆、纤维素及半纤维素的降解率分别达到了45.0%、55.5%和44.1%, 而木质素在整个腐解过程中未发生明显的变化; 说明所筛选构建的这组腐解复合菌系可加速稻秆的腐解。同时发现采用未灭菌的筛选方法筛得的复合菌系RSS-4比灭菌所得的RSS-4￠腐解效果要好。     

白腐菌及黑曲霉所产的纤维素复合酶对稻草秸秆的生物降解

研究了白腐菌及纤维素复合酶对稻草秸秆的协同生物降解。结果表明,利用黄孢原毛平革菌固态发酵稻草秸秆的过程中,LiP和MnP的最大活力可以达到28.3U/g和12.6U/g,同时,秸秆中的木质素能被有效降解,但纤维素、半纤维素降解率较低。添加黑曲霉所产的纤维素复合酶能有效地促进秸秆腐熟程度。在接入白腐菌培养10天后,每克稻草添加3 IU纤维素酶液并酶解48h可以使稻草秸秆中纤维素降解53.8%,半纤维素降解57.8%,木质素降解44.5%,干物质损失46.3%。此时细胞壁出现大范围破损,整个组织变得松散,秸秆完全腐熟。     

国家自然科学基金委员会生命科学部1999年度资助自由申请科学基金项目一览表

项目名称负责人单位名称1微生物学学科（43项）中国土壤分离的生物活性链霉菌的多相分类研究刘志恒中国科学院微生物研究所木霉及其有性型分子系统学研究徐同浙江大学微生物来源的折叠酶和分子伴侣的研究张渝英中国科学院微生物研究所褐腐真菌降解纤维素的机理研究高培基山东大学肌醇和磷脂酸肌醉在酵母菌蔗糖酶分泌调控中的作用池振明山东大学固氮酶活性中心催化N。和H十还原位点的分析王友绍中国农业大学地中海拟无枝菌酸菌遗传操作系统的建立姜卫红中国科学院上海植物生理研究所细菌的适应突变研究王敖全中国科学院微生物研究所极端嗜热…     

不同木质纤维素基质上白腐菌降解特性的研究

通过测定木质素、纤维素、半纤维素和漆酶分泌的变化,研究白腐菌在稻草、木屑、粗纤维素、滤纸、黑液木素基质上的降解特性。结果表明,除黑液木素上白腐菌不能生长外,在前25d,各基质中纤维素、半纤维素和木质素含量呈持续下降趋势,之后,降解速率减少,其中木质素的降解速率大于纤维素和半纤维素的降解速率。漆酶分泌在生长初期呈快速上升趋势,第10d酶活达到最大,第10～20d快速下降,其后基本不变,基质中酶活大小顺序为稻草基质、木屑基质、粗纤维和滤纸基质,显示了木质素存在对漆酶分泌的诱导作用。     

三种重要水果褐腐病菌快速检测试纸的研制

以水果上3种重要的褐腐病菌,即美澳型核果褐腐菌(Monilinia fructicola)、核果褐腐菌(M. laxa)和仁果褐腐菌(M.fructigena)为检测对象,研究开发适用于口岸水果检疫的快速检测试纸。以硝酸纤维素膜为固相载体,以病菌翻译延长因子基因(Translation elongation factor 1-alpha,EF-1α)为检测靶标,生物素标记的PCR扩增产物为检测标记物,采用DNA-DNA杂交方式对3种褐腐病菌进行试纸法快速检测。分别以褐腐病菌DNA和本研究构建的EF-1α重组质粒DNA为阳性标准品检验试纸的特异性和灵敏度。试验结果表明,本研究开发的检测试纸能够同时特异地检出以上3种褐腐病菌,整个检测流程(包括DNA提取和扩增过程)在2 h内即可完成,最低检测限达到10 fg/μL。其特异性强、灵敏度高、稳定性好,且检测结果可肉眼判定,无需依赖昂贵设备,便于向基层检疫实验室推广使用。