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。     

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.     

鸡枞菌转录组分析揭示其对木质纤维素的降解功能

【目的】探究鸡枞菌是否能降解木质纤维素成分,并理解其与共生白蚁之间的共生关系。【方法】本研究是应用新一代高通量测序技术454 GS FLX Titanium对鸡枞菌的转录组进行测序,挖掘鸡枞菌中能参与降解纤维素和木质素等成分的多样性酶系。【结果】八分之一的RUN测序总共得到了82386条表达序列标签,去除引物和载体等序列后,剩余的54410条序列被拼接成3301条contigs以及3193条singletons。根据序列相似性,将这些unigenes与三大蛋白数据库(Nr数据库、SwissProt数据库、CDD数据库)中的蛋白序列进行BLAST比较,发现有2681条基因与其他生物的已知基因有不同程度的相似性。在鸡枞菌的这些转录产物中,有33条编码可能参与降解纤维素或半纤维素的酶基因,其中包括5种纤维素酶以及28种水解半纤维素、淀粉或几丁质等物质的酶类。更重要的是,还发现了4种漆酶以及一种芳基乙醇氧化酶基因,这些都是能有效降解木质素的酶类。这些结果揭示了鸡枞菌中存在漆酶并可能有效降解植物残渣中的酚化合物。【结论】这些基因的发现说明了鸡枞菌能降解木质素,并能与共生白蚁分泌的纤维素酶协同作用有效降解纤维素。     

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。     

梁山慈竹(Dendrocalamus farinosus)体细胞突变体No.30生物量及品质特性分析

本试验对梁山慈竹体细胞突变体No.30的生物量以及品质特性,如纤维素含量、木质素含量和纤维形态等相关指标进行了研究。结果表明,与同龄的实生苗相比,No.30突变体具有生物量大、纤维素含量高、纤维长和长宽比大等特性。尽管No.30突变体中木质素含量也有升高,但木质素组成S/G值并没有明显改变,表明木质素脱除的难易程度并未受影响。基因表达分析表明,在No.30突变体中,纤维素生物合成途径中的Ces A和木质素生物合成途径中的Prx基因明显上调,可能与其纤维素和木质素含量的增加密切相关。     

氮钾对慈竹纤维素和木质素动态积累的调控效应

以慈竹为材料,通过施用不同比例的氮、钾肥,研究其对慈竹木质素和纤维素分布和动态积累的调控效应,为慈竹优质栽培提供理论依据。研究结果表明,氮钾肥处理并没有改变木质素和纤维素动态积累趋势,不同处理的慈竹木质素的动态积累呈先上升后下降的趋势,而纤维素的动态积累呈上升的趋势;慈竹不同部位木质素和纤维素的分布呈下部＞中部＞上部的趋势。施用氮、钾肥可以降低慈竹木质素含量,降低幅度为1.05%~3.97%,提高纤维素含量,提高幅度为1.25%～3.36%。N、K肥和时间对慈竹木质素和纤维素含量总变异的贡献都是N×K＞N＞TIME＞K＞N×K×TIME＞N×TIME＞K×TIME。慈竹纤维素和木质素含量之间呈不明显的正相关关系（r=0.020 4）。     

UGPase和反义4CL基因对转基因烟草纤维素和木质素合成的调控

用根癌农杆菌介导法将源于紫穗槐的尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UGPase）基因、反义4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）基因以及两者的双价基因分别转移至烟草中。PCR和Southern杂交检测证实外源基因已整合到转基因烟草基因组中。测定全纤维素和Klason木质素含量的结果显示,增强UGPase基因的表达可提高转基因植株的纤维素含量,但对木质素含量没有影响;抑制4CL基因的表达可显著降低转基因植株的木质素含量,但对纤维素含量没有影响;转移双价基因的转基因植株中纤维素含量增加而木质素含量降低。     

溶液中木质素和葡萄糖的超滤分离

以木质素和葡萄糖的混合溶液为木质纤维素水解液模型,采用截留相对分子质量为5 000的卷式聚醚砜膜对葡萄糖和木质素进行全回流模式的分离,探讨了木质素和葡萄糖浓度、操作压力、错流速率对通量、木质素和葡萄糖截留率的影响。结果表明:在实验条件范围内,通量随葡萄糖浓度和木质素浓度的增加而降低,并随操作压力、错流速率的增加而增加。木质素截留率不受任何条件的影响,基本稳定在97%。葡萄糖截留率随木质素浓度的增加而增加,并随错流速率的增加而减小。在0.8 g/L的木质素质量浓度条件下,当错流速率从0.12 m/s增加到0.17 m/s时,葡萄糖截留率从14%减小到7.3%。由此可见,在混合溶液的超滤过程中,通过合理选择错流速率,能够改善木质素和葡萄糖的分离。     

化学处理方法对木质纤维素降解效率的影响评述

纤维素乙醇是生物质能源的重要发展方向。为了提高纤维素和半纤维素的降解效率,以酸化、碱化、氧化、有机溶剂、离子液处理为代表的木质素去除方法成为近年来的研究热点。常温常压条件下有效去除木质素的化学方法,必将加速纤维素乙醇的产业化进程。     

三种白腐菌生物学特性与木质纤维素酶基因遗传多样性

以采自东北林业大学帽儿山实验林场的3种白腐真菌——木蹄层孔菌(Fomes fomentarius)、鲍姆鲍姆木层孔菌(Phellinus baumiibaumii)和火木层孔菌(Phellinus igniarius)为材料,用菌落直径测量法比较3种白腐菌在马铃署葡萄糖固体培养基上的生长速度,采用菌丝体干重法比较其在马铃署葡萄糖液体培养基中的生物量变化。结果显示:马铃薯葡萄糖固体培养基上3种白腐菌均为快速生长类型,其生长速度木蹄层孔菌火木层孔菌鲍姆鲍姆木层孔菌;马铃署葡萄糖液体培养基中生物量增长速度木蹄层孔菌鲍姆鲍姆木层孔菌火木层孔菌。用比色法测量其木质纤维素酶活性,结果显示:木蹄层孔菌产锰过氧化物酶和漆酶量较高,鲍姆鲍姆木层孔菌和火木层孔菌产木质素过氧化物酶量较高;木蹄层孔菌、鲍姆鲍姆木层孔菌和火木层孔菌3种白腐菌的3种主要木质素酶(锰过氧化物酶、漆酶和木质素过氧化物酶)的表达量,种间差异显著(F=3.75*、5.20**、3.01*),白桦木屑诱导处理与对照间差异显著(F=3.84*、4.19*、5.28*);两种主要纤维素酶(葡聚糖内切酶、葡聚糖外切酶)的表达量,种间差异不显著,受碳源影响作用显著(F=3.99*、4.04*)。筛选29对引物组合,对3种白腐菌几种主要木质纤维素酶基因进行TRAP-PCR分子标记检测,比较3菌种间遗传差异,扩增总条带数为357条,多态性条带数为255条,多态性条带的比例为71.43%,其中木质素降解酶基因总多态位点比率为73.77%,纤维素降解酶基因总多态位点比率为68.97%。3种白腐菌的木质纤维素降解酶基因在种间均存在较高的遗传差异。因此,特定基因的TRAP分子标记可以用于木腐菌的遗传变异分析。     

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.     

一株玉米秸秆纤维素分解菌株的分离鉴定及酶学性质

【目的】筛选分离可以分解玉米秸秆纤维素的菌株。【方法】采用平板稀释法从土样中分离纯化得到能够分解玉米秸秆纤维素的菌株,对分离得到的菌株进行生理生化及分子鉴定,同时以菌株Penicillium spp.(CICC40361)作为对照,比较菌株纤维素酶和木质素酶的活性,研究不同因素对菌株纤维素酶活力的影响,确定菌株纤维素酶动力学常数Km值。【结果】分离得到的菌株命名为PL2#,经生理生化及分子鉴定后,确定菌株PL2#为羊毛状青霉(Penicillium lanosum)。菌株PL2#的纤维素酶和木质素酶活力高于对照菌株Penicillium spp.;菌株PL2#的最优酶活测定条件为:1%CMC底物浓度,pH 4.8,50°C,酶反应时间60 min以及2 m L DNS添加量。【结论】羊毛状青霉(Penicillium lanosum)菌株PL2#比对照菌株Penicillium spp.具有更好地降解玉米秸秆纤维素的性能。     

生物质生物预处理研究进展与展望

木质纤维素生物质分布广、产量大、可再生,用于制备生物基能源、生物基材料和生物基化学品。木质纤维素生物质组成复杂,包含纤维素、半纤维素和木质素等,木质素与半纤维素通过共价键、氢键交联形成独特的“包裹结构”,纤维素含有复杂的分子内与分子间氢键,上述因素制约着其资源化利用。生物预处理以其独特优越性成为生物质研究的重要方面。系统阐述了生物预处理过程中木质素降解和基团修饰对纤维素酶解的影响,纤维素含量及结晶区变化,半纤维素五碳糖利用,微观物理结构的改变。进一步提出了以生物预处理为核心的组合预处理、基于不同功能的多酶协同催化体系、木质纤维素组分分级利用和新型高效细菌预处理工艺是生物预处理未来发展的重要趋势。     

高等植物纤维素合酶超家族

从1996年第一个植物纤维素合酶基因的鉴定,人们对植物体内纤维素合成的研究已经走过了10年的历程。10多年中,人们取得了很大的成果,也有很多问题有待解决。该文主要介绍拟南芥和毛果杨基因组中的纤维素合酶超家族。     

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％。     

木质素降解酶及相关基因研究进展

生物质的高效综合利用已成为全球关注的热点问题。生物质的主要成分是木质素、纤维素和半纤维素,其利用的关键是如何去除木质素,从而提高纤维素和半纤维素的得率。其中利用真菌的生物预处理方法因条件温和、无二次污染等优点符合全球经济可持续发展需要,受到研究者的普遍关注。综述了近年国内外真菌分泌的主要木质素降解酶,包括木质素过氧化物酶(Li P)、锰过氧化物酶(Mn P)、漆酶(laccase)和多功能过氧化物酶(VP)的主要特点,总结了木质素降解相关酶的基因工程、基因组学的研究成果,并对其发展前景进行了展望。     

玉米芯综合利用研究进展

玉米芯主要由纤维素、半纤维素和木质素构成,便于收集、易加工处理,已被广泛应用于生产食品、饲料和化工产品中,但目前仍存在原料利用率低、能耗大、成本高等问题。本文对农业废弃物玉米芯工业化综合利用相关的工艺进行探讨,通过论述玉米芯中半纤维素、纤维素和木质素三大组分的高值化利用方式,阐述了玉米芯综合利用的产业化途径。     

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.     

Cumulative cellulolytic enzyme activities and initial litter quality in prediction of cellulose degradation in an alpine meadow of the eastern Tibetan Plateau

植物凋落物分解是决定陆地生态系统碳和养分循环的关键生态系统过程。作为凋落物的主要组成部分,纤维素是与凋落物分解相关的微生物的重要能量来源。纤维素酶在凋落物纤维素降解过程中的重要作用已为人们所熟知,然而纤维素降解的季节模式、累积酶活性和凋落物质量是否能预测高寒草甸的纤维素降解仍是一个未解之谜,这限制了我们对草本植物凋落物纤维素降解的认识。 为了探究纤维素降解的季节性模式以及累积纤维素分解酶活性和凋落叶初始质量对纤维素降解的影响,我们在青藏高原东部的高山草甸选取了三种优势种[圆叶筋骨草(Ajuga ovalifolia)、藏羊茅(Festuca wallichanica)和草甸马先蒿(Pedicularis roylei)],进行了为期两年的凋落物网袋分解实验。 我们的研究发现,纤维素在第一年中迅速降解且降解率超过50%,而且主要发生在第一个生长季(31.9%–43.3%)在两年的分解过程中,纤维素降解由累积内切葡聚糖酶(R²= 0.70),累积纤维二糖水解酶(R²= 0.59)和累积1,4-β-葡糖苷酶(R²=       0.57)共同驱动。此外,在这两年的分解过程中,纤维素、可溶性有机碳、总酚、木质素的浓度和木质素/N可以解释纤 维素降解变异的52%–78%)。用初始纤维素浓度模型预测纤维素降解效果最佳(R² = 0.78)。在凋落物的分解过程中,酶效率和微生物对纤维素分解酶的分配因物种而异。藏羊茅凋落物中纤维素酶效率较高,但质量相对较低。与草甸马先蒿相比,完全降解圆叶筋骨草和藏羊茅的纤维素需要4倍和6.7倍的内切葡聚糖酶、3倍和4.5倍的纤维二糖水解酶、1.2倍和1.4倍的1,4-β-葡糖苷酶。我们的研究结果表明,虽然微生物酶活性和凋落物初始质量都对高山草甸纤维素降解有显著影响,但使用纤维素浓度来预测纤维素降解是简化凋落物分解过程中纤维素降解和C循环模型的好方法。     

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。