白腐真菌的研究

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2017/4/20,#,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,白腐真菌的研究,1,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,简介,白腐菌是属于担子菌亚门的真菌,因,腐朽木材,呈白色而得名，是能够降解木材主要成分的微生物之一。木材在白腐过程中大部分纤维仍保持完整，且纤维素结晶度变化不大。由此设想利用对降解,木质素,选择性好的白腐菌进行生物制浆，能开辟制浆方法的新途径。白腐菌除了能降解木质素用于预处理、生物漂白、生物制浆外，对其它有机异生物质也有很强的分解能力，因而在废水处理中也有广泛的应用前景。,2,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,菌种及原理,3,木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的聚酚类三维网状高分子化合物。木质素由于具有各种 生物学稳定的复杂键型而不易被微生物降解。如何高效利用木质纤维素原料其关键在于有效降解包裹在纤维素 晶体外面的木质素以及半纤维素，从而增加纤维素表面积，使纤维素易于降解，从而生成可发酵性糖。,木质素结构,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,菌种及原理,4,白腐菌属于担子菌纲，是少数的能选择性降解木质素的真菌之一，因其腐生在树木或木 材上，引起木质白色腐烂而得此名目前，已研究的白腐菌有：黄孢原毛平革菌、彩绒革盖菌、变色栓菌、射脉菌、凤 尾菇、杂色云芝、糙皮侧耳、朱红密孔菌等。,黄孢原毛平革菌,已成为研究木质素降解的模式株。白腐菌所分泌的木质素降解酶主要有 3 种，即木质素过氧化酶、锰过氧化物酶和漆酶。,白腐菌在降解木材的过程中，在适宜的条件下，白腐菌菌丝开始沿着细胞腔蔓延，主要集中在纹孔处。在 菌丝下细胞壁被分解出一条沟槽，它可从细胞腔到复合胞间层，逐渐降解纤维素、半纤维素和木质素。白腐 菌降解木质素可分为细胞内和细胞外 2 个过程在细胞内主要营养物质(碳、氮、硫)限制条件下，白腐菌启动形成整个降解系统：,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,菌种及原理,5,产生过氧化氢的氧化酶，即细胞内葡萄糖氧化酶和细胞外乙二醛氧化酶。它们在分子 氧的参与下氧化相应底物激活过氧化物酶，从而启动酶催化循环。,合成对木质素降解起作用的细胞外酶，即木素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶 3 种触发启动一系列自由基链反应，使木素结构中的苯环发生单 电子氧化反应形成阳离子基团，而后发生一系列自发反应而降解。,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,木质素降解酶系,6,木质素降解酶系,木素过氧化物酶,(LiP),锰过氧化物酶,(MnP),漆酶,(Lac),简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,木质素降解酶系,7,木素过氧化物酶,木素过氧化物酶,(LiP),是由,Tien,等于,1983,年在黄孢原毛平革菌中发现的，随后的研究发 现大部分白腐菌在木素降解条件下都能分泌这种酶，是迄今为止研究的最清楚的木素降解酶，在天然木质素和 环境污染物小分子的降解过程中,LiP,起关键作用。,LiP,是一类含有血红素辅基的同工酶，分子中有,10,条长的蛋白质单链，一条短的单链。,LiP,作为生物催化剂，能够催化苯酚、芳香胺、芳香醚及多环芳香化合物，通过多个反应步骤氧化木质素 模式化合物,LiP,降解木素时需要其他酶,(,如氧化酶,),产生,H2O2,，催化氧化木素需要一种真菌代谢产物藜芦醇,(3,4-,二甲氧 基苯甲醇，,VA),参与,VA,既是,LiP,的底物，又是,LiP,的氧化还原介体，可能还起到保护酶免受过量,H2O2,破坏 的作用,LiP,催化氧化,VA,形成阳离子自由基，其传送电子能力极强,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,木质素降解酶系,8,木素过氧化物酶,/,R,为催化底物,最上面,Fe,为,+3,价，其余,+4,价,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,木质素降解酶系,9,锰过氧化物酶,锰过氧化物酶,(MnP),普遍存在于白腐菌的各个菌种中与,LiP,一样它的催化循环也需要由,H2O2,启动不同 之处在于，它以木质素组织中广泛存在的,Mn2+,作为反应底物，同时以,Mn3+,作为介质氧化木素。,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,木质素降解酶系,10,漆酶,漆酶（,Lac,）是一种含铜的多酚氧化酶，和植物中的抗坏血酸氧化酶、哺乳动物的血浆铜蓝蛋白属铜蓝氧化酶家族 中的同一小族，在结构和功能上存在许多相似之处。它可以催化氧化酚类化合物脱去羟基上的电子或质子，形 成自由基，导致酚类及木素类化合物裂解，同时分子氧被还原为水。其反应包括脱甲氧基、脱羟基、,C-C,键断 裂过程等。漆酶来源广泛，植物、昆虫和真菌中都存在漆酶。,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,应用,11,目前白腐菌降解木质素的模式菌株是黄孢原毛平革菌秸秆经白腐真菌发酵后，大部分的低质非蛋白氮转 化为较高质量的菌体蛋白，蛋白质品质也得到较大幅度的改进秸秆经白腐菌处理不仅营养成分有极大的提 高，而且其,pH,值由未处理前的,5.7,降到,4.0,，呈愉快的水果香味，同时由于大部分的木质素被降解或破坏，秸秆 质地柔软，适口性明显改善；可提高动物对饲料的消化，并且已经突破了秸秆仅用于反刍动物饲料的禁区，对饲养猪、鸡的实验效果已有报道利用白腐真菌处理秸秆能够快速、高质量地利用和转化秸秆资源，扩大饲 料来源，减少环境污染,饲料,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,应用,12,白腐菌的木素降解酶类能选择分解植物秸秆中的木质素，使得生物制浆成为可能生物制浆是直接利用微 生物降解纤维原料中的木质素，分离出纤维，使之成为纸浆这种方法不仅能节约能耗，改善纸张的物理性 能，还能减少污染，保护环境，应用前景广阔,生物制浆,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,应用,13,堆肥是利用各种微生物的发酵处理生物来源的有机物,(,如秸秆，林业废弃物，城市固体垃圾等,),使之生成有,机肥料的一种资源化方法。传统上曾使用高温堆肥的办法使秸秆转化为有机肥料，但这些操作劳动强度大。以白腐菌为代表的木质素降解微生物为秸秆的快速腐熟提供了理论依据。随着对木质素降解机理认识的深入，白腐菌在生物制浆、生物漂白、染料脱色、木质素转化、食品饮料、饲料原料以及废水、废物处理等方面将发挥重要作用。,堆肥,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,应用,14,白腐菌除了可以降解废水中的木质素，还可以降解废水中异生物质，减轻造纸废水对环境的污染，具有很高的应用价值。但是如何缩短处理周期，提高处理效率仍然是一个亟需解决的问题。由于白腐菌特有的降解木质素的功能，在原料预处理、生物漂白、废水处理和生物制浆等各个环节的应用都得到了重视，并且实验室阶段研究已取得了显著成效。,处理废水,简介,菌种及原理,木质素降解酶系,应用,总结及结尾,总结及结尾,15,由于白腐真菌对底物,非特异性,机制，使得该菌不仅可应用在木质素,纤维素基质加工中，如制浆，饲料生产，在环境科学中，如漂白废水处理，环境芳香物降解也日益受重视。,白腐真菌,木质素,降解成,CO2,H2O,黄孢原毛平革菌,研究为主,更多底物,木质素降解酶系,16,thanks,