木质素的微生物降解_黎先发

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1、第12卷第2期纤维素科学与技术Vol.12No.22004年6月JournalofCelluloseScienceandTechnologyJun.2004文章编号：1004-8405(2004)02-0041-061木质素的微生物降解黎先发，贺新生（西南科技大学材料学院，四川绵阳621010）摘要：综述了木质素微生物降解酶系及酶活性调控措施，介绍了木质素降解机制及木质素微生物降解的应用。关键词：木质素；微生物降解；木素降解酶系中图分类号：O636.2文献标识码：A木质素是植物的主要成分之一，占植物细胞化学组成的15%~30%。

2、在植物体中，木质素是包裹在纤维素的外面，功能之一就是保护植物细胞不受外界微生物的侵蚀。从生物合成过程研究得知，木质素首先是由葡萄糖发生芳环化反应形成莽草酸（Shikirnicacid），然后由莽草酸合成三种具有苯丙烷结构的基本单元，分别为：对香豆醇、松柏醇、芥子醇。从化学结构看，针叶树的木质素主要由松柏醇的脱氢聚合物构成愈创木基木质素；阔叶树的木质素由松柏醇和芥子醇的脱氢聚合物构成愈创木基—紫丁香基木质素；草本植物则由松柏醇、[1]芥子醇和对香豆醇的脱氢聚合物和对香豆酸组成。木质素是结构复杂、稳定、多样的无定形三维体型大分子，在

3、自然界中，降解缓慢，成为地球生物圈中碳循环的障碍。1木质素微生物降解酶系及酶活性调控自然界参与降解木质素的微生物的种类有真菌、放线菌和细菌。其中，真菌能把木质素彻底降解为CO2和水。降解木质素的真菌主要分为三类：白腐菌、褐腐菌和软腐菌。白腐菌在木质素的生物降[2]解中占有十分重要的地位。白腐菌多数是担子菌（Basidiomycetes），少数为子囊菌。黄孢[3]原毛平革菌是研究最多的木质素降解菌。Tien和Glenn两个研究小组几乎同时发现木质素被降解的关键是黄孢原毛平革菌（Phanerochaetechrysosporium）

4、产生的胞外木质素过氧化物酶系的作用。该酶系包括木质素过氧化物酶（Ligninperoxidase，简称Lip）、锰过氧化物[4]酶（Mn-dependentperoxidase，简称MnP），除此之外，还有虫漆酶、HRP、CDH等酶类。[5]云芝（Corilusversicolor）是一种非常重要的白腐菌，对木质素的降解能力较强。丁少军等研究了云芝漆酶的培养和分离纯化研究，发现在云芝的木质素降解过程中，漆酶活力较高而收稿日期：2004-01-20作者简介：黎先发（1970~），男，硕士，研究方向：木质素的改性及应用。42纤维素科

5、学与技术第12卷木素过氧化物酶、锰过氧化物酶活力较低，它们对木质素的降解率比黄孢原毛平革菌提高近[6]一倍，并认为漆酶在云芝的木质素降解过程中起非常重要的作用。林鹿等研究了白腐菌木云芝和黄孢原毛平革菌对制浆黑液中硫酸盐木质素的降解作用和影响因素。他们发现分子量在1500~3000kD之间的硫酸盐木质素降解最为显著；两种白腐菌的降解能力不同，培养10天后，木云芝Lu-11的降解率达74.5%，降解产物只有一种主要组分，而黄孢原毛平革菌的降解率为65.6%，降解产物有两种，培养条件如：碳源、氮源、pH值、温度对白腐菌降解硫酸盐木质素

6、的作用有明显影响；在白腐真菌胞内中，除含有利用H2O2的过氧化物酶系外，还分泌利用O2的多酚氧化酶系，主要为漆酶（laccase），该酶需要依赖氧和助剂的存在[7]才能有明显的脱甲氧基和脱木质素作用。Andrzej综述了漆酶在木质素降解的作用与活性，[8,9]认为虫漆酶在木质素降解中起非常关键的作用。付时雨等用漆酶/助剂通入氧气处理苇浆13残余木素，通过甲氧基的测定、元素分析、C-NMR、IR分析苇浆残余木素与漆酶/助剂反应前后结构的变化，研究发现苇浆残余木素在反应后甲氧基、酚羟基减少，醇羟基增多，木素结构中羧基增多，木素的苯环

7、结构发生了开环反应。除上述酶类外，白腐菌还产生胞内H2O2产生酶，因胞内还有过氧化物水解酶，因此胞内不会积累；纤维二糖脱氢酶和纤维二[10][11,12]糖/醌还原酶系（CBQ）也是白腐菌产生的重要的木素降解酶。黄峰等报道用裂褶菌（Schizophllumcommune）所产的纤维二糖脱氢酶（CDH）加入在黄胞原毛平革菌锰过氧化物酶解硫酸盐浆木质素，结果发现木质素溶出物质明显增加；木质素中甲氧基、羧基、酚羟基和总羟基含量减少，CDH促进了锰过氧化物酶（MnP）的降解作用。表明CDH不仅能促进纤维素的降解，而且也是木质素降解体系中

8、的重要组成部分。纤维二糖/醌还原酶（CBQ）是1974年由Westermark和Erikssion发现的。木质素在氧化酶作用下转变为芳环自由基和醌类，CBQ能防止活性中间体再聚合，将醌还原为氢醌，CBQ在纤维素和木素降解中起到[13][14]了协同作用，即纤维素