木質(zhì)素生物降解研究進(jìn)展大學(xué)學(xué)報(bào).pdf

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1、2000年12月河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)Dec.2000第34卷第4期JournalofHenanAgriculturalUniversityVol.34No.4文章編號(hào):1000-2340(2000)04-0349-06木質(zhì)素生物降解研究進(jìn)展吳坤,張世敏,朱顯峰(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院,河南鄭州450002)摘要:評(píng)述了木質(zhì)生物降解的最新研究進(jìn)展,主要包括木質(zhì)素的生物降解機(jī)制、降解木質(zhì)素的微生物種類及其產(chǎn)生的相關(guān)酶類、微生物的代謝調(diào)控和分子生物學(xué).此外,對(duì)木質(zhì)素降解生物的實(shí)際應(yīng)用和應(yīng)用前景也進(jìn)行了評(píng)論.關(guān)鍵詞:木質(zhì)素;生物降解;秸桿;白腐真菌;環(huán)境保護(hù)中圖分類號(hào):Q591.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ARece

2、ntresearchadvancesontheligninbiodegradation122WUKun,ZHANGShi-min,ZHUXian-feng(CollegeofBiologicalEngineering,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China)Abstract:Areviewisgivenofthemostrecentresearchadvancesontheligninbiodegrading,includingthemechanismofthelignin-biodegrading,ligninolyticorgan

3、ismsandtheEnzymestheysecrete,regulationandcontrolofthemicrobemetabolismandmolecularbiology.Finallythepracticalutilizationandtheprospectsoflignin-biodegradingaredis-cussed.Keywords:lignin;biodegradation;straw;white-rotfungi;environmentalprotection綠色植物占地球陸地生物量的95%,其化學(xué)物質(zhì)組成主要是木質(zhì)素、纖維素和半纖維素,它們占植物[1]干重的比率分

4、別為15%～20%,45%和20%.農(nóng)作物秸桿是這類生物質(zhì)資源的重要組成部分,全世界年產(chǎn)量為20多億噸,而我國(guó)為5億多噸.但是,要充分、有效地利用這類資源卻相當(dāng)困難,這是由于秸稈產(chǎn)量隨季節(jié)變化,且量大、低值、體積大、不便運(yùn)輸,大多數(shù)動(dòng)物都不能消化其木質(zhì)纖維素,自然降解過(guò)程又極其緩慢,導(dǎo)致大部分秸稈以堆積、荒燒等形式直接傾入環(huán)境,造成極大的環(huán)境污染和浪費(fèi).存在于秸稈中的非水溶性木質(zhì)纖維素很難被酸和酶水解,主要是因纖維素的結(jié)晶度、聚合度以及環(huán)繞著纖維素與半纖維素締合的木質(zhì)素鞘所致.木質(zhì)素與半纖維素以共價(jià)鍵形式結(jié)合,將纖維素分子包埋在其中,形成一種天然屏障,使酶不易與纖維素分子接觸,而木質(zhì)素的非水溶

5、性、化學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,導(dǎo)致了秸稈的難降解性.所以,要徹底降解纖維素,必須首先解決木質(zhì)素的降解問(wèn)題.因此,秸稈利用的研究從過(guò)去的降解纖維素的研究轉(zhuǎn)向了木質(zhì)的降解研究,作者對(duì)此進(jìn)行了綜述.1木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)木質(zhì)素是由苯丙烷單元(○—Cα—Cβ—Cγ)通過(guò)醚鍵和碳碳鍵聯(lián)接的復(fù)雜的無(wú)定形高聚物,難以被酸水解,是天然高聚物中最難搞清楚的一個(gè)領(lǐng)域.其原因有兩個(gè)方面,一是木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)單元之間除醚[2]鍵聯(lián)接外還有C-C鍵;另一方面是不可能把整個(gè)木質(zhì)素分子以其完整狀態(tài)分離出來(lái).典型木質(zhì)素是由松柏醇(Coniferylalcohol),芥子醇(Sinapylalcohol)和對(duì)—香豆醇(p-Coumarylal

6、cohol)這3種不同的醇作為先體結(jié)構(gòu)物質(zhì)組成基本的結(jié)構(gòu)單元,這些木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元常常以它們的糖苷形式貯存在細(xì)胞中,一旦需要合成木質(zhì)素,它們便從這些糖苷中釋放出來(lái).這些木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元之間主要是通過(guò)醚收稿日期:2000-06-14基金項(xiàng)目:國(guó)家科委生物工程中心“九五”攻關(guān)項(xiàng)目(96-C01-02-01)作者簡(jiǎn)介:吳坤(1963-),男,河南平輿人,河南農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授,在讀博士,從事食品加工方面的研究.350河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第34卷鍵和碳碳鍵的方式聯(lián)接.醚鍵包括酚醚鍵、烷醚鍵和二芳醚鍵.在酚醚鍵中愈創(chuàng)木基-甘油-β-芳基醚鍵(β-0-4)數(shù)量最多,占酚醚鍵的1/2左右,其次是愈創(chuàng)木基-甘油-α-芳基

7、醚鍵(α-0-4).而木質(zhì)素的C-C鍵的連接類型主要有β-5,β-β,β-1,β-2和5-5等形式(圖1).2木質(zhì)素降解微生物的種類在自然界中,能降解木質(zhì)素并產(chǎn)生相應(yīng)酶類的生物只占少數(shù).木質(zhì)素的完全降解是真菌、細(xì)菌及相應(yīng)微生物群落共同作用的結(jié)果,其中真菌起著主要作用.降解木質(zhì)素的真菌根據(jù)腐朽類型分為:白腐菌———使木材呈白色腐朽的真菌;褐腐菌———使木材呈褐色腐朽的真菌和軟腐菌.前兩者屬擔(dān)子菌綱,