细菌降解木质素的研究进展

细菌是自然界中降解木质素的主要作用者之一,能够产生木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶等参与木质素降解的生物催化剂,通过改性、增溶等作用降解木质素为低分子量的聚合木素片断。就细菌在木质素降解中的作用、微观过程、作用机理以及生物学、生理学方面来概述细菌降解木质素的研究进展。     

嗜碱细菌复合碳源条件下对麦草木质素的降解

在碱性液体培养条件下(pH≈10.5), 研究复合碳源共代谢最佳综合条件下嗜碱性木质素降解细菌6号菌株产酶、降解能力及菌株的生长状况.结果显示,虫漆酶(Laccase)在培养的第4天酶活达到最高值2915.37U/L、锰依赖过氧化物酶(MnP)在培养的第8天酶活达到最高值1152.88U/L,培养10d麦草中木质素降解49.84%.同时通过扫描电镜分析探讨了6号菌株降解木质素的微观过程,证明了6号菌株优先降解木质素的特性和降解方式.     

简青霉(Penicillium simplicissimum)对木质纤维素的降解及相关酶活性特征

简青霉[Penicillium simplicissimum(Oudem.)Thom BGA]能分泌木质纤维素降解酶,其中半纤维素酶、纤维素酶、木质素过氧化物酶、锰过氧化酶和漆酶的最大酶活分别为146.82 Iu·g-1、2.78 U·g-1、47.97 U·g-1、34.56 U·g-1和17.94 U·g-1.实验结果和SPSS统计分析表明,简青霉产木质纤维素酶的能力与木质纤维素的结构有很大的关系,其对木质纤维素的降解可能是几种木质纤维素酶之间协同作用的结果.在30 d的固态发酵中,半纤维素含量与发酵天数呈显著负相关(r=-0.946,P<0.01),纤维素与木质素的降解趋势呈显著负相关(r=-0.818,P<0.05).木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶在降解木质素的同时对半纤维素和纤维素进行协同降解,是非选择性的木质素降解酶.木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶与纤维素酶之间呈显著相关(相关性依次为r=0.922,P<0.01;r=0.807,P<0.05).研究还发现生物吸附在简青霉对液态碱木质素的去除中起到了非常重要的作用.     

简青霉Penicillium simplicissimum木质素降解能力

从土壤中分离得到一株真菌经鉴定为简青霉Penicillium simplicissimum,将该菌用于木质素类化合物利用、染料脱色、天然木素降解及产酶特性等研究,充分证实该菌具有木质素降解能力.简青霉降解木质素是木质素过氧化物酶(LiP)、漆酶(Lac)和木聚糖酶共同作用的结果,降解主要发生在LiP与木聚糖酶活高产的初级代谢阶段,与白腐真菌表现出不同的作用机制.25d培养可使稻草木质素绝对量损失0.23g,降解率达14.94%,同时纤维素、半纤维素也有较高程度的降解.而pH值、Cu²⁺和Mn²⁺浓度对木质素的降解有较大影响.     

木质素降解酶及其调控机理研究的进展

近年来有关木质素降解微生物和木质素降解酶的产与调控机理的研究表明，腐霉和细菌在木质自然降解中起着重要作用，腐霉的降解作用发生在次级代谢阶段，而细菌发生在初级代谢阶段，影响木质素降解酶的产生酶活力高低的因素有碳氮的选择与限制；诱导物的添加；表面活性剂的使用；某些金属离子浓度水平的改变；菌丝的固定化，温度和摇床转速的变换等。     

稻草基质中白腐菌降解三苯甲烷类染料机制探讨

通过研究稻草固体基质及其不同处理形式、木质素酶、木质纤维素共降解等对染料降解的影响,探讨了侧耳属白腐菌BP在稻草固体基质中对三苯甲烷类染料的降解及作用机制.结果表明,稻草固体基质中染料降解主要是以木质素酶系作用为基础的共降解过程.但对不同染料起降解作用的因素不同,其中溴酚蓝的降解主要依靠木质素酶系作用,孔雀绿的降解依靠以木质素酶系为基础的共降解作用,而结晶紫的降解则主要随木质纤维素的降解作用而共降解.     

原生质体紫外诱变提高简青霉的木质素降解性能

以简青霉Penicillium simplicissimum (Oudem.) Thom BGA为出发菌株,对其进行原生质体紫外诱变.经过筛选获得2株诱变菌株(J12与J18),它们的木质素降解酶酶活要明显高于出发菌株J.其中诱变菌株J12产生的漆酶和锰过氧化物酶酶活较高,相对于出发菌株J分别提高了145%和47%,达到44.0,50.9 U/g.诱变菌株J18产生的木质素过氧化物酶酶活较高,达到67.1 U/g,相对于出发菌株J提高了40%.且木质素降解率也最高,相对于出发菌株J分别提高了198.1%.经过7次传代, J12和J18的木质素降解酶活性保持稳定,没有降低.     

堆肥过程中木质素的降解机理及影响因素研究进展

农作物秸秆中的木质素作为自然界中含量丰富的高分子芳香族化合物,结构复杂,微生物难以降解,因此农业废弃物堆肥技术中,木质素的降解利用备受关注。研究表明:木质素是由结构单元通过碳碳键和醚键联接聚合而成,结构稳定。已有堆肥实验证明,木质素的微生物降解过程中真菌占主导地位,其分泌的漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶等以H₂O₂或O₂作为电子受体,能够使联接键断裂,使芳香烃结构去甲基化。多酚或酚类衍生物产物与氨基酸聚合,并进一步缩聚为腐殖质,用作土壤改良质还田。在实验室及自然条件下,大多数真菌对木质素的降解周期较长为30~60 d,降解率为20%~50%,其降解过程依赖于培养条件,特别在中温35~45℃和偏酸性条件下更利于木质素的降解。微生物代谢过程中存在最佳碳氮补充量,并且可以利用微量Mn2+、Cu2+诱导剂等提高木质素降解酶活性,这为调控堆肥过程木质素的降解和人工腐质化提供了重要的研究方向。     

木质素降解酶在不同堆肥基质中的吸附传输特性研究

为了深入探究木质素降解酶在不同堆肥基质中的吸附传输特性,通过批量实验对比了土壤、菜叶、稻草和米糠对木质素降解酶的吸附性能,并进行了动力学分析和等温吸附模型拟合,同时通过柱淋洗实验考察了木质素降解酶在4种堆肥基质中的迁移传输特性.结果表明,堆肥基质对木质素降解酶的吸附与基质种类有关,土壤、菜叶、稻草和米糠对木素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP)的吸附量分别为1.22、 1.27、 1.13、 1.22 U·g-1和5.09、 4.88、 4.43、 3.95 U·g-1.比较LiP和MnP吸附的动力学模型,准二级动力学方程为表征木质素降解酶吸附的最佳模型,其R2值为0.9732～0.9997, Elovich方程拟合较差,准一级动力学方程拟合最差;Langmuir模型对等温吸附数据进行拟合效果最好,而实验数据不适合用Freundlich方程表征.土壤、菜叶、稻草和米糠对LiP和MnP饱和吸附容量分别为1.23、1.30、1.17、1.14 U·g-1和5.70、 5.19、 4.73、 4.14 U·g-1.LiP和MnP在稻草和米糠基质中传输效果较好,可传输到最深层10 mL处,而在土壤和菜叶基质中则被滞留在浅层.     

藜芦醇对LiP催化降解双酚A的影响研究

藜芦醇(veratryl alcohol,VA)作为木质素过氧化物酶的天然底物,在木质素过氧化物酶(lignin peroxidase,LiP)催化降解双酚A的过程中扮演着重要的角色。该研究考察了其对木质素过氧化物酶催化去除双酚A的影响,结果表明,在过氧化氢存在条件下,VA能有效提高LiP催化去除双酚A的催化效率,且当VA浓度为10 mmol/L时降解效果达到最佳。当LiP部分或全部失活时再向溶液中加入VA试剂,VA能使处于半失活状态的酶在一定时间后恢复活性,VA溶液的浓度越高,酶活恢复得就越好。     

Cooperation between ligninolytic enzymes produced by superior mixed flora

Since the ability to degrade lignin with one kind of white-rot fungi or bacteria was very limited, superior mixed flora‘s ability to degrade lignin was investigated by an orthogonal experiment in this paper. The results showed that superior mixed flora reinforced the ability to degrade lignin, the degradation rates of both sample 9 and 10 were beyond 80% on the day 9. The cooperation between lignin peroxidase(LiP), Mn-dependent peroxidase(MnP) and laccase (Lac) for lignin degradation was also studied. By examining the activities of three enzymes produced by superior mixed flora, it was found that Lac was a key enzyme in the process of biological degradation of lignin but Lip was not; the enzyme activity ratios of Lac/MnP and Lac/LiP were significantly correlative with the degradation rate of lignin at the 0.01 level; and the ratio of MnP/LiP was an important factor affecting the degradation rate of lignin.     

木质素降解酶研究进展与外生菌根真菌

综述了木质素降解酶系统的组成、分子生物学研究和主要影响因子的研究进展,以及国内外在外生菌根真菌产木质素降解酶方面的研究,阐述了其在有机污染土壤修复中的优势。木质素降解酶系统能够降解多环芳烃、氯代芳烃、硝基有机物和染料等多种环境污染物。许多外生菌根真菌都具有木质素降解酶系统。     

植物内生真菌强化还田秸杆降解的研究

通过形态学和分子生物学相结合的方法 ,将内生真菌B3初步定为半知菌中的拟茎点霉属 (Phomopsissp .) .通过盆栽试验和扫描电镜观察表明 ,内生真菌B3有很好的降解秸秆的能力 ,尤其是对木质素的降解 ,而且对后季作物生长没有危害 .进一步研究木质素酶的性质表明 ,菌株B3分泌的漆酶有很好的耐热性 ,粗酶液在pH为 6 0— 8 0时 ,酶活较为稳定 .     

木质素降解及其对木质素作为陆源有机物指示计应用的影响

陆源有机物的归宿是全球碳循环研究的关键问题.木质素作为陆源有机物的重要指示计,在迁移转化过程中的降解(光降解和生物降解),对其指示作用产生一定的影响.本文简要介绍了木质素作为指示计的应用概况,重点综述了木质素降解的研究现状,总结了降解对木质素指示参数的影响,提出了修正降解影响的方法,指出多重示踪方法可以获取更加准确的信息,同时,对木质素降解的深入研究将进一步规范木质素作为指示计的使用并提高其应用价值.     

生物质吸附剂的研究现状——木质素

木质素是自然界中数量仅次于纤维素的可再生资源,每年由造纸工业排放的木质素数量也相当巨大。木质素具有丰富的官能团,是复杂的芳香族聚合物,如何资源化利用低成本原料——木质素是一个值得研究的课题。主要介绍木质素作为吸附剂的研究状况,其中包括木质素改性前后的吸附性能,并探讨了木质素基吸附剂的发展趋势。     

木质素在河口与陆架海洋环境中的示踪

通过对自70年代至今利用木质素在近岸与陆架海洋环境中示踪应用的研究成果进行综述，探讨了木质素在水和沉积物中的生物地球化学循环规律，并对木质素各种分离鉴定方法进行了比较。认为木质素作为一种近岸与陆架海洋环境中陆源高等植物的生物标志物具有很高的科学利用价值，并且对这种分子标志物的潜在应用做了假设与预测。     

Feasibility of lignin as additive in metalworking fluids for micro-milling

The conventional additives in metalworking fluids (MWFs) have effects in improving the machining conditions. However, many additives can lead to environmental contamination and health problems. In this paper, lignin obtained from wood is considered as a new “green” additive in MWFs. Lignin has been used as additives in other areas like pasted lead electrodes and polypropylene/coir composites but has never been applied in cutting fluids. In this paper, lignin is dissolved in 5% conventional MWF aqueous solutions in 8 different concentrations through injection and atomization methods. Then, experiments are conducted to evaluate the effectiveness of lignin containing MWFs in micro-milling operations. The performance is compared with that of 5% conventional cutting fluid in terms of machining forces, tool wears, and burr formations. The results show that the concentration of 0.015% lignin leads to the least cutting forces, tool wear and burrs. The results also show that an appropriate concentration of lignin in MWFs can help to improve the cooling and lubrication performances during machining. The results of this paper thus indicate that lignin has a potential to be used as an additive in metalworking fluids.     

电化学氧化与生物法联合降解木质素

为开发经济和环境安全的木质素降解技术,采用ECO-BD(electrochemical oxidation and biodegradation, 电化学氧化与生物降解)工艺联合降解木质素,以Ti/Sn-SbO₂电极为阳极,无水Na₂SO₄为电解质,在恒电流条件下,应用响应面法得到ECO-BD联合降解木质素的最佳电化学条件:电流密度为8.64 mA/cm2,电量为20.00 kC,c(Na₂SO₄)为0.15 mol/L. 在该条件下,ECO-BD对1 g/L木质素溶液的COD_Cr去除率为59.31%,单位能耗为28.87 kW·h/kg. 采用傅里叶变换红外光谱及气相色谱-质谱对ECO-BD联合降解木质素过程中的降解产物进行分析发现,ECO能有效地破坏木质素的酚羟基结构及发色基团,木质素多聚体的醚键先被断裂形成单体,随后芳环结构被氧化生成醌类化合物,再进一步开环和裂解生成小分子酸类或被矿化成CO₂和H₂O;电解后溶液生化可降解性由0.20~0.25升至0.31~0.37,缩短了后续生物降解时间. 研究显示,ECO能先行打断抵御微生物攻击的木质素顽固键合结构,有利于后续BD消除残余碎片,实现木质素的ECO-BD高效低成本降解.      

造纸污泥中木质素的提取及其改性研究

针对木质素的特性,从造纸污泥中用酸析法提取,提取产物进行磺化改性,探讨了反应温度、时间、pH值等因素对磺化产物的影响。研究表明,磺化反应的适宜条件为木质素∶亚硫酸钠=4∶3、pH=10.5,80～90℃下加热4h,FeCl3可作为木质素磺化反应的催化剂。改性产品经测定,表面活性有明显提高,各项指标基本符合国家标准。