废次烟叶提取液源木质素降解菌Bacillus subtilis SM降解特性

【目的】目前造纸法再造烟叶工艺已经成为我国重要的废烟叶处理和利用方式,该工艺中烟梗中高木质素的降解是个挑战性的需解决问题。从废次烟叶提取液(Tobacco waste extract,TWE)中筛选木质素的降解微生物用来直接处理烟梗或烟末提取液,可实现对木质素含量的调控。【方法】将废次烟叶提取液(TWE)浓缩液中分离出的Bacillus subtilis SM接种到以Kraft木质素为唯一碳源的无机盐培养基中,在pH 7.0、30°C培养基中培养4 d来检测菌株对木质素的降解效果。通过HPLC、TOC、GPC和色度来表征SM对木质素的降解,并采用烟梗无机盐培养基在pH 7.0、30°C培养4 d检测SM对烟梗木质素的降解。【结果】HPLC结果显示SM在以木质素磺酸钠为唯一碳源的无机盐培养基中可全部降解分子质量为534.5的木质素磺酸钠,而对Kraft木质素降解不明显,仅观察到组分的变化。脱色结果显示脱色率达到40.7%,但在对Kraft木质素矿化方面矿化率只能达到5.4%。SM在烟梗无机盐培养基中可使烟梗失重率分别达到50%以上(对照组为18.9%),烟梗中木质素含量减少了70%左右。【结论】来源于废次烟叶提取液(TWE)的Bacillus subtilis SM能够以Kraft木质素为唯一碳源生长,也能够有效降解烟梗中的木质素,可应用于烟草废弃物原料中木质素的降解。     

宏基因组来源耐Mn2+、热稳定细菌漆酶的分子克隆及酶学特性

【背景】漆酶和锰过氧化物酶(Manganese peroxidase,Mnp)是木质素降解的主要酶,二者有协同效应。Mnp活性依赖于Mn~(2+),而Mn~(2+)是大多数漆酶的抑制剂。【目的】获得耐Mn~(2+)的细菌漆酶用于木质素降解。【方法】构建许昌市某污水河污泥宏基因组文库,通过活性筛选获得细菌漆酶基因lac1542。使用大肠杆菌异源表达Lac1542,研究纯化后的重组蛋白酶学性质并进一步检测了含Lac1542复合酶系降解木质素能力。【结果】测序结果显示lac1542编码一个含513个氨基酸的蛋白。以ABTS为底物Lac1542最适反应pH为4.0,在pH 3.0-6.5范围内酶活性稳定。最适反应温度是75°C,在70°C以下酶活性稳定;100 mmol/L的Mn~(2+)仍能提高酶的活性。动力学参数研究发现,该酶的最适底物顺序为:ABTS丁香醛联氮儿茶酚2,6-DMP愈创木酚。Lac1542/Mnp复合酶系对木质素降解率为47.8%,比单独使用Mnp木质素降解率(22.4%)提高25.4%。Lac1542/Mnp/灰盖鬼伞过氧化物酶(Coprinus cinereus Peroxidase,CIP)复合酶系木质素降解高达71.5%,比Mnp/CIP酶系木质素降解率(48.9%)提高22.6%,加入Lac1542后的复合酶系能明显提高木质素的降解率。【结论】Lac1542的可溶性表达、耐受高浓度Mn~(2+)、热稳定性使得Lac1542可以替代一些经典的真菌漆酶应用于制浆、造纸、纤维素乙醇生产、染料脱色等工业。     

筛选两株稻杆降解放线菌

【目的】筛选能够同时降解纤维素、半纤维素、木质素的微生物菌株,并研究其对稻杆的降解效果。【方法】采用羧甲基纤维素钠、半纤维素平板水解圈法、苯胺蓝平板脱色法进行初筛;利用DNS法测定胞外酶活性;在含有2%稻秆的液体发酵培养基中摇瓶培养10天后,洗去菌体测定稻杆失重率、木质纤维素类物质降解率,同时测定稻杆断裂拉力进行复筛。【结果】筛选出两株能够同时高效降解木质纤维素的放线菌A3和A6,其纤维素和半纤维素酶活较高,最高纤维素全酶活、β-葡萄糖苷酶活、外切酶活和内切酶活分别为:12.84和12.85、6.23和6.53、24.56和17.80、14.00和18.80 U/mL;最高半纤维素酶活分别为:83.05和52.98 U/mL;木质素酶活较低,菌株A3和A6的木素过氧化物酶最大值为:12.72和14.67 U/mL,锰过氧化物酶最大值分别为:22.48和24.67 U/mL,漆酶最大值分别为:28.40和33.04 U/mL。经形态学、培养特征和分子生物学分析,两株菌株鉴定为链霉菌,对稻杆均有较好的降解效果,在第10 d后稻杆断裂拉力测定值分别比初始时降低62.67%和66.67%;稻杆失重率在31.50%和35.83%;菌株A3对纤维素、半纤维素、木质素降解率为38.73%、33.16%和20.68%,菌株A6为47.69%、28.64和22.59%。【结论】放线菌A3和A6对纤维素、半纤维素、木质素均具有降解作用,且酶活较高,具有较好的应用前景。     

一株新分离的云芝栓孔菌Z-1应用于木质素降解及染料脱色

木质素是一种非结晶性的复杂三维网状酚类高分子聚合物,被认为是木质纤维素生物质抗降解的天然屏障。探索并开发高效降解木质素的微生物资源已成为近些年来的研究焦点。本研究对新分离的一株具有潜在木质素降解能力的菌株Z-1开展了系列研究。首先通过形态学和系统发育分析将菌株Z-1鉴定为云芝栓孔菌Trametes versicolor。平板定性检测初步表明云芝栓孔菌T. versicolor Z-1具有较强的产过氧化物酶和漆酶能力。以木质素为唯一碳源时,T. versicolor Z-1对木质素的降解率和脱色率分别可达13.38%和26.43%。酶活检测分析表明该菌主要是通过分泌漆酶和锰过氧化物酶（manganese peroxidase,MnP）降解木质素。利用傅里叶变换红外光谱（fourier transform-infrared spectroscopy,FT-IR）、扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）及气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectroscopy,GC-MS）对云芝栓孔菌T. versicolor Z-1降解后木质素残渣结构以及代谢物的鉴定分析结果证实了该菌对木质素的强降解能力,并表明该菌对木质素的降解途径包括酚醚键的断裂、芳香环侧链氧化裂解以及芳香环开环反应等。此外,该菌还对多种芳香类染料展现出了强的脱色能力,其中对刚果红、孔雀石绿和考马斯亮蓝R-250 3种染料的脱色率达到100%。本研究表明云芝栓孔菌T. versicolor Z-1具有应用于工业化木质素降解与芳香化合物类染料脱色的开发前景。     

藜芦醇和吐温80对白腐菌产木质素降解酶的影响及在偶氮染料脱色中的作用

担子菌PM2在限氮液体培养下,分泌木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶;藜芦醇、吐温 80的补充,提高了该菌锰过氧化物酶的产生,获得的最大锰过氧化物酶Mnp酶活为254.2u/L、190.2 u/L,分别是对照的3.4倍和2.5倍。选择三种偶氮染料,在染料体系下,进一步分析藜芦醇、吐温 80对担子菌PM2产过氧化物酶及染料脱色的影响。结果表明,担子菌PM2分泌的锰过氧化物酶Mnp与染料脱色有关,脱色程度受其分子结构特征影响;吐温80的补充,更有利于染料的脱色降解,48h后三种染料均可达到80%以上的脱色率。     

一株木质素降解菌高温驯化及酶学性质的测定

【背景】高温引起的微生物活性降低是限制园林绿化废弃物堆肥过程中木质素降解的主要因素。【目的】驯化一株木质素降解菌芽孢杆菌NO.2,提高其在高温下的微生物活性,探究其生长情况及酶学特性。【方法】采用温度梯度方法驯化菌株,以菌株生长曲线、酶活力、木质素降解率为评价指标,探究驯化前后菌株间差异,以及驯化后菌株所产木质素降解酶的酶促反应温度和pH范围。【结果】与原菌株相比,驯化后菌株在60℃培养时最大生物量间差异不显著;漆酶(laccase,Lac)、锰过氧化物酶(manganeseperoxidase,MnP)和木质素过氧化物酶(ligninperoxidase,LiP)酶活力得到进一步提高,分别提高了30.75%、35.98%和29.62%,木质素降解率提高60.52%。酶学性质研究表明,驯化后菌株所产Lac、MnP和LiP在20-60℃、pH 3.0-9.0范围内酶活力均较高,而且具有较好的稳定性,稳定性依次为Lac>LiP>MnP。【结论】温度梯度驯化方法可有效提高微生物对高温环境的适应性,扩大木质素降解酶的酶促反应温度和pH范围,在进一步自主研制专用降解园林废弃物微生物菌...     

木质素降解菌BYL-7的筛选及降解条件优化

【背景】微生物降解木质素因其具有降解效率高和环保等特点而备受关注。【目的】筛选高效木质素降解真菌,并对其降解条件进行优化。【方法】通过愈创木酚-马铃薯葡萄糖琼脂(potato dextrose agar,PDA)和苯胺蓝平板法筛选高效木质素降解菌株,利用单因素筛选及响应面试验对培养条件进行优化。【结果】筛选到一株高效木质素降解菌BYL-7,经形态和多序列分析初步确定为Trametes versicolor。单因素试验证明初始pH、温度和接种量为降解木质素显著影响因子,响应面试验确定降解木质素最优条件为：初始pH 6.7,温度25 °C,接种量8%。在此条件下,碱性木质素降解率为36.5%,比未优化前提高54.0%;水稻秸秆木质素、半纤维素和纤维素降解率分别为32.8%、21.5%、13.2%,其中木质素降解率比未优化前提高36.1%;漆酶活性在第6天达到峰值120.0 U/L,比未优化前提高25.0%;木质素过氧化物酶活性在第6天达到峰值1 343.8 U/L,比未优化前提高36.0%;锰过氧化物酶活性在第5天达到峰值463.8 U/L,比未优化前提高31.7%。【结论】研究结果为木质素的降解提供了良好的菌种资源,同时也为后续木质素的研究积累了相关数据。     

远海50个站位沉积物中潜在木质素降解菌的分离与鉴定

【背景】微生物在海洋木质素的降解过程中发挥了至关重要的作用,然而来源海洋环境的木质素降解菌的相关研究报道却很少。【目的】从远海沉积物环境分离潜在的木质素降解菌,为木质素的可再生化学物质转化提供菌种资源。【方法】利用以木质素为唯一碳源的培养基,对50个远海沉积物样品中的木质素降解菌进行富集培养与纯化,并利用含苯胺蓝的脱色培养基筛选潜在木质素降解菌,继而通过16S rRNA基因测序与序列比对初步确定潜在木质素降解菌的分类地位。【结果】从50个沉积物样品中共分离获得菌株283株,其中潜在木质素降解菌263株,它们隶属于α-变形杆菌纲(Alphapreobacteria)、γ-变形杆菌纲(Gamaproteobacteria)、芽孢杆菌纲(Bacilli)、放线杆菌纲(Actinobacteria)和黄杆菌纲(Flavobacteriia)中的32个属。【结论】远海沉积物环境中蕴含着丰富的木质素降解菌,为海洋生物资源的开发利用提供了新的参考。     

一株白囊耙齿菌对刚果红染料的脱色研究及其毒力测试

菌株2-1-1于贵州大学校园樱花树干子实体中分离,通过形态学结构、ITS序列及系统发育树分析,鉴定其为白囊耙齿菌Irpex lacteus,对菌株2-1-1产生的3种木质素降解酶进行测定,发现菌株可分泌漆酶(laccase,Lac)、木质素过氧化物酶(lignin peroxidase,LiP)和锰过氧化物酶(manganese peroxidase, MnP)。利用菌株2-1-1对固体培养基条件下7种染料的脱色能力进行检测,筛选出较易脱色的刚果红染料,同时采用气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectroscopy,GC-MS)分析确定经白囊耙齿菌降解的刚果红染料代谢产物,并对其进行脱色条件优化和毒力测验,试验分析表明：菌株2-1-1对7种染料均有脱色,对刚果红脱色效果较佳。GC-MS分析刚果红染料降解产物主要为联苯胺、联苯、苯乙烯、十六烷和3-硝基苯酚。单因素和综合优化脱色条件：染料浓度50mg/L,碳源为果糖、金属离子为锌离子、pH7,该条件下刚果红染料脱色效果最优。优化条件下菌株2-1-1对刚果红染料脱色率达91.03%,相比对照组脱色率提高...     

木质素降解菌株的分离及其降解玉米秸秆过程中产酶特点

【目的】筛选高效降解木质素的菌株,并研究其以玉米秸秆为底物时木素降解酶活性。【方法】本研究以愈创木酚培养基和苯胺蓝培养基从吉林省不同经纬度的自然朽木及腐朽玉米秸秆土壤样品中分离、筛选得到高效降解木质素的菌株,并对其形态学鉴定,通过ITS序列分析构建系统发育树,分析菌株的分类地位。通过秸秆固体发酵过程产生的胞外木质素酶的活性分析,选出高效秸秆降解菌。【结果】筛选出1株高效降解秸秆的真菌,对其进行形态学特征和ITS序列分析,命名为白囊耙齿菌W2(Irpex lacteus W2)。该菌株在4–8 d内产生的锰过氧化物酶(Manganese peroxidase)呈上升趋势,并且在8 d达到峰值86.31 U/mL,与黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)的最高酶活力45.86 U/mL相比,高出了88.20%(P0.01);该菌株的漆酶(Laccase)活力8 d时达到20.60 U/mL,比对照高40.76%(P0.05)。【结论】本研究分离到一株具有较强降解秸秆能力的真菌,初步鉴定为Irpex lacteus W2,具有较强的降解秸秆能力,其降解秸秆过程中产生较高的锰过氧化物酶与漆酶活力。     

黄孢原毛平革菌木素过氧化物酶类在天然木素降解中作用的研究

通过诱变得到十一株木素过氧化物酶酶活降低的黄孢原毛平革菌（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）突变株,用灰色理论分析了其木素过氧化物酶类的产生与木素降解能力间的相关性,并从中筛选到一株木素过氧化物酶缺陷、锰过氧化物酶酶活明显降低的突变株,其木素降解能力为原始菌株的８０％左右。该菌粗酶液作用于纤维素酶酶解杉木木素和天然褐腐木素,可产生小分子的木素降解产物,此反应不需Ｈ２Ｏ２参与。红外光谱分析表明粗酶液对木素的作用主要为氧化作用,因此推测此突变株粗酶液中含有不同于木素过氧化物酶和锰过氧化物酶的与木素氧化降解有关的酶类     

木质素合成研究进展

木质素是植物体内一类重要的大分子有机物,具有支持、保护和运输等生物学功能。然而,木质素的存在对植物资源的利用有一些不利影响,主要体现在导致造纸污染严重及影响牲畜对饲草的消化和吸收等。通过生物工程手段调控木质素的合成具有重要的环境保护价值和经济价值,已经成为国际上生命科学研究的热点之一。近年来,这一领域发展十分迅速。本文介绍了木质素生物合成途径,重点综述了调控木质素合成的手段及限速酶研究方面的最新进展,并提出存在的问题及展望。     

多种小分子物质在木素降解中的作用研究进展

综述了木素、纤维素生物降解体系中除大分子之外,在降解过程中有重要作用的几种小分子介体,包括:羟基自由基,铁离子,草酸,锰离子,藜芦醇。并讨论他们在降解过程中的作用。     

堆肥中木质素降解微生物对腐殖质形成的作用

堆肥化是处理有机固体废物的主要方法之一。但传统堆肥法存在历时长、肥效低等问题 ,因此加速腐殖化进程可提高堆肥效率和堆肥质量。综述了堆肥中降解木质素的微生物种类的腐殖质的组成 ,介绍了木质素降解与腐殖质形成的关系 ,最后阐述了堆肥中各木质素降解微生物对腐殖质形成的作用。     

First synthesis of a polysaccharide-supported lignin model compound and study of its oxidation promoted by lignin peroxidase

Veratrylchitosan, a polysaccharide-supported lignin model compound, has been synthesised by covalently attaching 3-(3,4-dimethoxybenzyloxy)propionic acid to the polysaccharide chitosan through an amide linkage. When this polymer was used as a substrate in the oxidation promoted by lignin peroxidase (LiP), significant decomposition of the lignin model resulted in the formation of veratraldehyde. The oxidation mechanism involves an initial transfer of one electron from chitosan to the active species of LiP (LiP I) followed by C(alpha)-H deprotonation of an aromatic cation radical. A benzylic radical is then formed which is further oxidised to a benzyl cation. Reaction with water and hydrolysis of the hemiacetal then lead to veratraldehyde formation. An increase in the yields of the oxidation product is observed in the presence of the mediator 2-chloro-1,4-dimethoxybenzene, thus indicating that a more efficient degradation results from the transfer of an electron from the polymer to the radical cation of the mediator.     

木质素生物合成途径及其基因调控的研究进展

木质素是植物体内含量仅次于纤维素的一类高分子有机物质,在植物体的机械支持、水分运输及抵抗外界不良环境的侵袭方面起着重要的作用。然而,它的存在严重影响植物材料在造纸工业、纺织业、畜牧业生产中的应用。木质素代谢过程中存在多基因现象使得木质素的合成途径出现多样性,利用共抑制、反义抑制等转基因技术开发低木质素含量的优良新品种具有重要的意义。     

Biodegradation and biological treatments of cellulose, hemicellulose and lignin: an overview

In nature, cellulose, lignocellulose and lignin are major sources of plant biomass; therefore, their recycling is indispensable for the carbon cycle. Each polymer is degraded by a variety of microorganisms which produce a battery of enzymes that work synergically. In the near future, processes that use lignocellulolytic enzymes or are based on microorganisms could lead to new, environmentally friendly technologies. This study reviews recent advances in the various biological treatments that can turn these three lignicellulose biopolymers into alternative fuels. In addition, biotechnological innovations based on natural delignification and applied to pulp and paper manufacture are also outlined. Electronic Publication     

Lignin-modifying enzymes from selected white-rot fungi: production and role from in lignin degradation

Abstract: White-rot fungi produce extracellular lignin-modifying enzymes, the best characterized of which are laccase (EC 1.10.3.2), lignin peroxidases (EC 1.11.1.7) and manganese peroxidases (EC 1.11.1.7). Lignin biodegradation studies have been carried out mostly using the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium which produces multiple isoenzymes of lignin peroxidase and manganese peroxidase but does not produce laccase. Many other white-rot fungi produce laccase in addition to lignin and manganese peroxidases and in varying combinations. Based on the enzyme production patterns of an array of white-rot fungi, three categories of fungi are suggested: (i) lignin-manganese peroxidase group (e.g. P. chrysosporium and Phlebia radiata ), (ii) manganese peroxidase-laccase group (e.g. Dichomitus squalens and Rigidoporus lignosus ), and (iii) lignin peroxidase-laccase group (e.g. Phlebia ochraceofulva and Junghuhnia separabilima ). The most efficient lignin degraders, estimated by ¹⁴CO₂ evolution from ¹⁴C-[Ring]-labelled synthetic lignin (DHP), belong to the first group, whereas many of the most selective lignin-degrading fungi belong to the second, although only moderate to good [¹⁴C]DHP mineralization is obtained using fungi from this group. The lignin peroxidase-laccase fungi only poorly degrade [¹⁴C]DHP.     

真菌降解木质素研究进展及在好氧堆肥中的研究展望

综述了近十年来真菌降解木质素的研究进展,包括木质素的存在与结构,真菌降解木质素生物学、酶系及作用机理、生理学以及在环境工程中应用方面的研究进展,并对好氧堆肥处理城市垃圾中木质素生物降解的研究作了展望 。     

Pathway discovery and engineering for cleavage of a β-1 lignin-derived biaryl compound

Lignin biosynthesis typically results in a polymer with several inter-monomer bond linkages, and the heterogeneity of linkages presents a challenge for depolymerization processes. While several enzyme classes have been shown to cleave common dimer linkages in lignin, the pathway of bacterial β-1 spirodienone linkage cleavage has not been elucidated. Here, we identified a pathway for cleavage of 1,2-diguaiacylpropane-1,3-diol (DGPD), a β-1 linked biaryl representative of a ring-opened spirodienone linkage, in Novosphingobium aromaticivorans DSM12444. In vitro assays using cell lysates demonstrated that RS14230 (LsdE) converts DGPD to a lignostilbene intermediate, which the carotenoid oxygenase, LsdA, then converts to vanillin. A Pseudomonas putida KT2440 strain engineered with lsdEA expression catabolizes erythro-DGPD, but not threo-DGPD. We further engineered P. putida to convert DGPD to a product, cis,cis-muconic acid. Overall, this work demonstrates the potential to identify new enzymatic reactions in N. aromaticivorans and expands the biological funnel of P. putida for microbial lignin valorization.