木质素的生物合成及其调控研究进展

木质素是植物体中仅次于纤维素的一种重要大分子有机物质,具有重要生物学功能,其3种主要单体的生物合成途径已经基本清楚。从木质素生物合成及基因工程在调控木质素生物合成中的作用等方面的研究进展进行了综述,并提出了存在的问题及对策。     

能源上的应用

将22种担子菌纲真菌(大部分为白腐真菌)培养在小麦秸杆上。记录了木质素、纤维素和半纤维素的降解,以确定在木质素中生长最好的种。侧耳Pleuritus sp.florida在所有试验的真菌中显示出最快的去木质作用。     

毛头鬼伞菌丝体对培养料中不同养分的利用特点

将毛头鬼伞菌丝体接种到不同栽培培养基上,分析了菌丝体对培养基中综纤维素、木质素以及淀粉利用的动态变化。结果表明:毛头鬼伞菌丝体对培养基中的综纤维素、木质素以及淀粉都有较好的利用,在淀粉含量高的情况下,毛头鬼伞菌丝体对综纤维素、木质素的利用表现出一种延迟。另外,通过分析毛头鬼伞菌丝体对综纤维素、木质素利用的比值,得出其对木质素利用的比值高。因此,在毛头鬼伞的稻草栽培培养基中添加适量的木屑是可行的。     

木质素生物合成途径及调控的研究进展

木质素是植物体中仅次于纤维素的一种重要大分子有机物质,具重要生物学功能。木质素填充于纤维素构架中增强植物体的机械强度,利于疏导组织的水分运输和抵抗不良外界环境的侵袭。陆生植物的木质素合成是适应陆地环境的重要进化特征之一。然而,制浆造纸的中心环节是用大量化学品将原料中的木质素与纤维素分离,纤维素用于造纸,分离的木质素等成为造纸工业的主要废弃物,对江河湖海的污染触目惊心。脱木质素的化学品投入及废液的碱回收处理需大量耗能并增加造纸成本。饲草的木质素还影响牲畜的消化与营养吸收,木质素含量的高低是饲草优劣…     

四川2种丛生竹理化特性及纤维形态研究

以四川不同地区两种丛生竹—慈竹和梁山慈竹为研究对象,通过测定纤维素和木质素含量以及纤维形态,对其变异规律进行研究。结果表明,同一地区不同竹种间纤维素和木质素含量差异显著,同一竹种不同地区间纤维素和木质素含量、纤维长度、宽度和纤维长宽比因地域差异而异,且与竹龄有关。从纸浆用竹和纤维原料综合考虑,竹海地区的慈竹（纤维素含量在45%左右,木质素含量低于28%）、梁山慈竹（纤维素含量在50%以上,木质素含量低于20%）比较适合竹浆造纸。     

重组白腐菌可更有效地破坏木质素

由Michael Gold及其同事在俄勒冈研究中心(Oregon Graduate Center)开发了一个转化白腐菌(Phanerochaete chrysosprium)的系统。这使把另外或修饰的编码锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶的基因再插回到真菌中去成为可能。这两种酶对白腐菌降解木质素的能力起很大作用。向真菌导入这些酶基因可能使真菌通过增加自身产生这些酶的数量加强其降解木质素的能力。同样也使通过修饰基因以使真菌产生改善的酶成为可能。木质素是一种坚韧的三维多聚物,是一种在木材和其它植物组织中由纤维素和其它碳水化合物多聚物组成的混合物。Repligen(Cambridge,麻省)及一些政府机构的研究者长期     

木质纤维素生物炼制的研究进展

木质纤维素是一种广泛存在的可再生生物质资源,主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。如何更有效地综合利用木质纤维素是当前面临的世界性难题。本文中,笔者梳理了木质纤维素生物化学法转化生产以燃料乙醇为代表的生物基产品,特别是转化过程中关键技术环节的研究现状及难点,深入探讨了木质素的生物转化利用趋势,并综述了合成生物学在这些领域的研究趋势和最新成果。本文力图描绘出木质纤维素生物炼制研究全景,为后续研究提供潜在思路。     

解淀粉芽孢杆菌MN-8对玉米秸秆木质纤维素的降解

微生物降解木质纤维素既是生物质资源化利用中的关键问题,也是亟需解决的难点问题.本文在前期获得木质素降解菌——解淀粉芽孢杆菌MN-8菌株的基础上,进一步研究该菌株对玉米秸秆木质纤维素的降解作用.研究利用玉米秸秆粉-MSM培养基对MN-8菌株进行固态发酵,监测发酵过程中木质纤维素酶活力和木质纤维素含量变化情况,并通过傅立叶红外光谱(FTIR)和气质联用色谱(GC/MS)对木质纤维素的降解情况及产物进行分析.结果表明:解淀粉芽孢杆菌MN-8菌株可产生木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、纤维素酶和半纤维素酶等木质纤维素降解酶,在发酵10～16 d陆续达到酶活力峰值,最高酶活力分别为55.0、16.7、45.4和60.5 U·g-1.发酵24 d后,玉米秸秆中木质素、纤维素和半纤维素的降解率可分别达到42.9％、40.6％和27.1％.FTIR光谱数据表明,玉米秸秆发酵后木质素、纤维素和半纤维素的特征吸收峰强度均有一定程度的下降,表明木质纤维素被部分降解.GC/MS分析结果也证实,解淀粉芽孢杆菌MN-8能有效降解秸秆木质纤维素.MN-8菌株可断裂玉米秸秆木质素单体之间的连接键β-O-4,将秸秆木质素解聚为苯丙胺、苯丙酮和苯丙酸等保留木质素苯丙烷结构的单体化合物,并将部分单体化合物进一步氧化为Cα羰基化合物,如2-氨基-1-苯丙酮和紫丁香基苯乙酮等.在对纤维素和半纤维素降解产物的GC/MS分析中发现,降解产物包含葡萄糖、甘露糖和半乳糖等多种单糖化合物以及甲酸、乙酸、丙酸、1,1-乙二醇和3-羟基丁酸等代谢产物.表明解淀粉芽孢杆菌MN-8对秸秆木质纤维素表现出强降解作用,且该作用依赖于菌株产木质纤维素降解酶的能力.     

四川2种丛生竹木质素和纤维含量的研究

以四川4个地区2种丛生竹(慈竹和硬头黄)为研究对象,对其木质素和综纤维含量进行研究.结果表明,不同地区竹种间综纤维素含量差异显著;除青神地区外,其它几个地区木质素含量差异不大.纬度对木质素积累的作用因竹种而异,对慈竹木质素含量的作用呈极明显的正效应,对硬头黄的作用则呈不明显的正效应,对综纤维含量的影响不大.竹龄影响木质素和综纤维素含量的积累,对慈竹木质素和综纤维的积累呈显著的正效应,但对硬头黄的作用却不明显.研究认为,青神、长宁和绵阳地区的硬头黄以及长宁地区的慈竹是造纸的较好原料.     

黄孢原毛平革菌对松木、稻草和芦苇去木质化作用的研究

为确定黄孢原毛平革菌对不同植物材料的去木质化作用,以pH、干物质重、半纤维素、纤维素和木质素为主要技术指标,比较黄孢原毛平革菌对松木、稻草和芦苇降解能力的差异。松木、芦苇在发酵过程中pH呈下降趋势,稻草呈上升趋势。在干物质重、半纤维素、纤维素降解率三个指标上皆为松木〈芦苇〈稻草,在木质素降解率上则为松木〈稻草〈芦苇,且差异显著。表明黄孢原毛平革菌对不同植物材料去木质化能力有较大差异,其中芦苇的木质素降解率为13％,是三种材料中最易于被去木质化的。     

木质纤维素的微生物降解

由于世界人口不断增加,糖食和饲料的需求成为当今社会急待解决的大问题。每年通过光合作用产生的有机生物量干重约1640亿吨,木质素和纤维素的结合物(木质纤维素)占地球陆生生物量的95％,其中1/4是木质素,其余为纤维素和半纤维素。     

木质素酶及其生产菌的筛选育种

木质素酶降解木质纤维素材料中的木质素,使木质素-半纤维素-纤维素结构解体,纤维素得以暴露出来供后续步骤处理.它广泛应用于生物制浆、生物漂白、废水处理等工业过程中.由于近年利用可再生木质纤维素材料用酶法水解生产酒精成了研究热点,因而作为纤维素材料生物转化工艺预处理过程中的关键角色,木质素酶也极大地唤起人们的研究兴趣.本文介绍了木质素与白腐真菌(Phanerochaete chrysosporium)木质素降解酶系的特征以及锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶、漆酶等3种木质素酶的催化作用机理,归纳了目前流行的木质素酶产生菌的筛选方法及近年来从自然界筛选木质素酶高产菌的种类,并对产木质素酶野生菌株的诱变育种与基因工程改造的进展进行了阐述.     

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。     

亚热带常绿阔叶林区凋落叶木质素和纤维素在不同雨热季节的降解特征

采用凋落物分解袋法研究了亚热带常绿阔叶林区6个典型树种马尾松(Pinus massoniana)、柳杉(Cryptomeria fortunei)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、香樟(Cinnamomum camphora)、红椿(Toona ciliata)和麻栎(Quercus acutissima)凋落叶木质素与纤维素第1年降解特征。结果表明:6种凋落叶质量损失率的大小顺序依次为红椿(72.09%)柳杉(58.61%)杉木(51.07%)麻栎(50.38%)马尾松(31.08%)香樟(27.75%);6种凋落叶木质素浓度动态不一致,纤维素浓度则整体上呈现一直下降的变化动态;第1个分解年,木质素降解率大小顺序依次为红椿(88.36%)麻栎(61.21%)柳杉(56.41%)杉木(55.44%)香樟(37.10%)马尾松(24.10%),纤维素降解率大小顺序依次为红椿(99.22%)杉木(90.58%)柳杉(86.84%)麻栎(84.70%)香樟(76.40%)马尾松(71.30%);季节性降雨极显著地影响凋落叶木质素和纤维素降解率(P0.01),6种凋落叶木质素和纤维素在雨季时期均有较大的降解量;亚热带常绿阔叶林6种凋落叶木质素和纤维素第1年降解主要发生在雨季,凋落叶木质素和纤维素在分解初期旱季的降解速率基本一致,而在季节性降雨期,纤维素降解速率快于木质素的降解速率。     

酵母对玉米秆木质素的降解

自然界中存在着大量的可再生的木质纤维素,这些生物量是生产能源、化学产品和动物饲料蛋白的潜在来源。这些物质包括人材(锯屑)、废纸、市政垃圾、农业和工业废物,主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。利用这些原料的主要障碍是木质素的存在。木质素是聚酚化合物组成的大分子聚合物,通常与半纤维素和纤维素结合在一起,增加了降解时的障碍。在玉米杆用酸水解时,木质素是不溶性的残渣;用碱水解时,木质素被转化为可溶性物     

汽爆秸秆漆酶协同作用提取木质素

组分分离是秸秆炼制的关键技术。本文建立了汽爆耦合漆酶协同作用工艺,研究其对秸秆物理形态、化学组成以及木质素碱提取过程的影响。研究结果表明汽爆破坏秸秆表面致密结构,提高比表面积,促进漆酶对秸秆木质素的氧化作用;红外分析表明,漆酶破坏了汽爆秸秆中半纤维素酯键,且愈创木基吸收峰减弱,漆酶削弱了木质素与纤维素间相互作用;汽爆漆酶协同作用后的秸秆木质素提取率提高约20%(70℃,120 min)。Nuclei Growth模型分析温和条件下秸秆木质素提取过程,动力学结果表明,汽爆漆酶协同预处理增加了汽爆秸秆木质素碱提过程中反应起始作用位点,并提高了该过程对温度的敏感性。汽爆-漆酶协同预处理是一种有效的分离木质素的方法,将在木质纤维素原料的生物炼制中发挥重要作用。     

枯草芽胞杆菌降解木质纤维素能力及产酶研究

从农林废物堆肥中分离得到1株细菌经鉴定为枯草芽胞杆菌,将该细菌用于木质素类化合物利用.固态培养条件下考察其对木质纤维素的降解能力及产酶特性,另外对发酵前后的稻草结构进行了红外光谱分析.结果表明,枯草芽胞杆菌具有木质素降解能力,兼具低分子量木质素酚型、非酚型类物质的降解能力.其对木质素降解是木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、纤维素酶和半纤维素酶共同作用的结果.在实验条件下,培养30 d使木质素降解率达9.47%,同时对纤维素、半纤维素也有较高程度的降解;降解率分别为38.8%、41.84%.红外光谱分析结果表明,稻草木质素结构被破坏,枯草芽胞杆菌对木质素各官能团的降解作用有所不同.     

木质纤维素资源化主要途径及半纤维素优先资源化利用策略

木质纤维生物质是地球上最丰富的可再生资源,可转化为能源、化学品和材料,开发木质纤维生物质有利于废弃物的高值化利用和缓解目前面临的环境污染等问题。木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素和木质素,将其主要组分进行高效分离,是实现多元化、高值化生物精炼的基础。基于此,笔者简要总结了目前主要的木质纤维素资源化途径,如基于纤维素资源化、基于半纤维素资源化、基于木质素资源化、基于碳水化合物资源化以及全组分资源化的研究策略。依据半纤维素在植物细胞壁中承担的角色,结合前期的研究基础,提出半纤维素优先原位催化转化的木质纤维素生物炼制新策略,实现半纤维素的高选择性溶出和高效转化,保留结构完整的纤维素和木质素分级转化为小分子化学品和材料,最终实现资源生物量全利用,多元化产品联产的目的。     

用泥炭培养蘑菇

目前,发达国家对食用蘑菇的需求正以每年10％的比例增长。其中,粗皮北风蘑菇(Pleurotus ostreatus)是最受欢迎的品种之一。此种蘑菇过去一般用山毛榉或其它落叶树的树干培养。此外,还可以用棉杆、棉子壳、稻草、旧报纸等作培养基,在这些东西中含有70％左右的纤维素。加拿大科研人员最近又试验用泥炭培养粗皮北风菇,获得了成功。泥炭是一种植物与微生物的混合物,它富含木质素、纤维素、矿物质和各种有机组份,如维生素、激素、酶及抗     

糙皮侧耳（Pleurotus ostreatus SR—2）产漆酶条件及漆酶性质的研究

在植物界中,木质素是仅次于纤维素的一种最丰富的大分子有机物质,是复杂的芳香族聚合物,是极具潜力的一种资源。木素的微生物降解酶类在制浆造纸工业、纸浆生物漂白、废水处理及饮料加工工艺等方面具有很大的研究价值和应用潜力。自然界中木素的降解主要是通过丝状真菌,主要由白腐担子菌的分解作用来完成,白腐菌降解木质素是通过其分泌的酶的作用来实现。降解木质素的酶主要有3种,即木索过氧化物酶（LigninPeroxidase,简称LiP）,依赖锰的过氧化物酶（Manganese－dependentPerokidase,简称MnP）和漆酶（Laccase）[1]。国外已在…