3种白腐菌木质纤维素酶活性及酶相关基因的TRAP标记遗传多态性

【目的】木质纤维素是重要的可再生资源,白腐菌对降解木质纤维素具有特殊的优势。研究3种白腐菌的生物学特性、酶学活性以及菌种间的遗传多样性,系统分析3种白腐菌木质纤维素酶的表达与相关基因多态性的关系,为高产木质纤维素酶菌种选育提供理论基础,为白腐菌木材降解分子机制的研究提供科学依据。【方法】以云芝栓孔菌、火木层孔菌和松杉灵芝3种白腐菌为研究材料,测定在不同培养温度下固体培养基中菌落的生长速度和液体培养基中的生物量变化,利用比色法测量白腐菌5种木质纤维素酶活性,运用目标区域扩增多态性( TRAP)分子标记分析3种白腐菌的木质纤维素降解相关酶基因的多态性。【结果】在不同温度下(23,28℃),3种白腐菌在PDA固体培养基上的生长速度均为云芝栓孔菌＞火木层孔菌＞松杉灵芝,云芝栓孔菌和火木层孔菌在28℃的生长速度高于23℃,而松杉灵芝在23℃培养生长更快;液体培养基中云芝栓孔菌的生物量高于火木层孔菌和松杉灵芝。3种白腐菌木质素相关酶活性受木屑诱导显著提高,木质素酶活性最高的是漆酶,其次是木质素过氧化物酶,最低的是锰过氧化物酶;纤维素酶的表达在3种白腐菌中无显著差异,但外切纤维素酶活性明显高于内切纤维素酶活性,玉米秸秆为碳源诱导产生的纤维素酶活性明显高于木屑碳源样品。云芝栓孔菌更偏好于木质素酶的表达,而火木层孔菌和松杉灵芝则更偏好于纤维素酶的表达。TRAP分子标记扩增结果显示,木质素酶相关基因的6对引物共产生109条条带,多态性条带为79条,多态性百分比为72.47%;纤维素酶相关基因的11对引物共产生198条条带,多态性条带为140条,多态性百分率为70.70%。【结论】通过生长速度、生物量、木质纤维素酶活性的检测以及 TRAP 分子标记结果表明3种白腐菌在种间具有较高的遗传差异。3种白腐菌木质素酶活性的大小与其酶基因多态性之间没有明显的对应关系;3种白腐菌纤维素酶活性大致相同,其基因多态性也比较一致。     

猴头菌菌株CB1的系统发育分析与木质素降解酶的检测

首先对猴头菌菌株CBI进行培养特性观察,表明菌株能产生较多的厚垣孢子;对其ITS序列进行扩增(GenBank登录号为GU584100),并与猴头菌属5个种的17个不同地域菌株进行基于ITS序列的系统发育分析,结果表明菌株CB1与猴头菌同种其他菌株遗传距离较近并聚类在一起.明确该菌株的分类地位后,对其进行木质素降解酶系统的检测,结果表明猴头菌可产生锰过氧化物酶(MnP)和漆酶(laccase),但不产生木质素过氧化物酶(LiP).MnP和漆酶的酶活性变化是有规律的,Mn2是猴头菌产生MnP的必要因子,而漆酶的产生则不受该条件的制约.在含Mn2+的LNAS培养基中加入木屑为底物的条件下,猴头菌MnP最大酶活性为45.56 U·L-1,漆酶最大酶活性为61.85 U·L-1.     

侧耳菌GH196木质纤维素降解酶系的研究

以一株从腐朽竹子上分离得到的侧耳菌（Pleurotus sp．）GH196为产酶菌，研究了其在静置和振荡两种液体培养方式下的木质纤维素降解酶系的产生。结果表明：在含有稻草和麦麸的液体培养基中生长，可以产生木聚糖酶、纤维素酶和依赖锰过氧化物酶-漆酶型（MnPLaccas型）木质素降解酶。振荡条件可以促进菌丝生长，有利于多糖水解酶的产生，其中以木聚糖酶的合成为主；150r／min振荡培养5d，木聚糖酶酶活达到44．7U／mL。     

水溶性木质素对纤维原料酶水解的影响研究进展

木质纤维素具有储量大、可再生等特点,是生物质精炼的重要原料。通过酶水解将高聚糖转化为葡萄糖、木糖等单糖,是目前木质纤维素生物质精炼的重要途径。传统观点认为,酶水解体系中的底物木质素和溶解木质素都会阻碍木质纤维原料中纤维素的酶水解,主要表现为木质素阻碍了纤维素酶对纤维素的可及性、木质素对纤维素酶的非生产性吸附和溶解的木质素或类木质素结构(木质素衍生的酚类分子)对纤维素酶的抑制作用。但是近几年的研究表明,在酶水解体系中加入适量的水溶性木质素可有效促进含木质素底物中纤维素的酶水解。笔者总结了近年来水溶性木质素对木质纤维素生物质酶水解的研究进展,从纤维素酶-木质素相互作用的角度探讨了水溶性木质素对纤维素酶水解的促进作用,提出了水溶性木质素与纤维素酶之间的作用机理,即水溶性木质素与底物木质素对纤维素酶存在竞争吸附,水溶性木质素与纤维素酶的吸附域结合形成木质素-纤维素酶复合物,可有效减少底物木质素对纤维素酶的非生产性吸附,从而提高木质纤维素生物质的酶水解转化效率。     

侧耳菌GH196木质纤维素降解酶系的研究

以一株从腐朽竹子上分离得到的侧耳菌(Pleurotus sp.)GH196为产酶菌,研究了其在静置和振荡两种液体培养方式下的木质纤维素降解酶系的产生.结果表明在含有稻草和麦麸的液体培养基中生长,可以产生木聚糖酶、纤维素酶和依赖锰过氧化物酶-漆酶型(MnPLaccas型)木质素降解酶.振荡条件可以促进菌丝生长,有利于多糖水解酶的产生,其中以木聚糖酶的合成为主;150r/min振荡培养5 d,木聚糖酶酶活达到44.7 U/mL.     

自带介质血红密孔菌NFZH-1的鉴定及其木质素降解特性

菌株自带介质可提高其漆酶降解木质素能力,因此自带介质高产漆酶菌株的筛选、鉴定对漆酶的商业应用将起到促进作用。从南京山林地区分离出两株血红密孔菌NFZH-1和NFZH-2,并以杂色云芝为对照,研究了两株血红密孔菌发酵产漆酶和木质素降解特性。首先通过形态学特性鉴定了NFZH-1为自带介质血红密孔菌。其次以愈创木酚为反应底物,平板接种菌株,培养5天,NFZH-1颜色圈较菌丝圈大,且颜色最深;经10天固态发酵,NFZH-1所产漆酶酶活高达23600 U/g,且未检测出木质素过氧化物酶( LiP)和锰过氧化物酶( MnP)。平板显色和固态发酵产酶结果表明自带介质血红密孔菌NFZH-1为漆酶高产菌株。麦草粉经菌株 NFZH-130天降解,木质素降解率、综纤维素降解率分别达56.7%和36.6%,表明血红密孔菌NFZH-1为选择性高木质素降解活性菌株。     

自带介质血红密孔菌NFZH-1的鉴定及其木质素降解特性（英文）

菌株自带介质可提高其漆酶降解木质素能力,因此自带介质高产漆酶菌株的筛选、鉴定对漆酶的商业应用将起到促进作用。从南京山林地区分离出两株血红密孔菌NFZH-1和NFZH-2,并以杂色云芝为对照,研究了两株血红密孔菌发酵产漆酶和木质素降解特性。首先通过形态学特性鉴定了NFZH-1为自带介质血红密孔菌。其次以愈创木酚为反应底物,平板接种菌株,培养5天,NFZH-1颜色圈较菌丝圈大,且颜色最深;经10天固态发酵,NFZH-1所产漆酶酶活高达23 600 U/g,且未检测出木质素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP)。平板显色和固态发酵产酶结果表明自带介质血红密孔菌NFZH-1为漆酶高产菌株。麦草粉经菌株NFZH-1 30天降解,木质素降解率、综纤维素降解率分别达56.7%和36.6%,表明血红密孔菌NFZH-1为选择性高木质素降解活性菌株。     

杏鲍菇和乳白耙齿菌锰过氧化物酶活性规律的研究

采用LNAS培养基在4种不同培养液中,对白腐菌杏鲍菇和乳白耙齿菌在28℃下进行静止培养,得到了不同时间内的培养液,用紫外-可见分光光度计检测了在470 nm处对于2,6-DMP的氧化作用后光密度值的变化情况,作为锰过氧化物酶（MnP）产生和活性大小的依据,从而获得了杏鲍菇和乳白耙齿菌锰过氧化物酶与培养基的成分和酶作用底物的关系。结果表明,杏鲍菇和乳白耙齿菌均可产生MnP,对比4种成分不同的培养基酶活力测定结果,在培养液内添加酶的底物木屑和2,6-DMP后可提高MnP的分泌量。以前的研究认为：Mn2＋是MnP产生的必要因子。而本试验研究结果表明,Mn2＋并不是杏鲍菇和乳白耙齿菌产生MnP所必需的。论文为进一步利用这两种真菌产木质素降解酶,以及为进一步深入研究这两种真菌MnP对木质素及其它异生物质降解的作用机理提供基础的酶学研究。     

地衣芽孢杆菌对麦麸降解作用的研究

通过测定发酵过程中发酵液的纤维素酶活、半纤维素酶活、可溶性总糖和还原糖浓度以及底物残渣质量、残渣结晶度、傅立叶红外光谱和表面结构的变化来研究地衣芽孢杆菌(Bacillus sp. X18)对麦麸的降解作用.发现在发酵过程中此菌体产酶的过程也就是木质纤维素的降解糖化过程.上清液中的纤维素酶活和半纤维素酶活分别在发酵进行到第96和 48 h 时达到最高峰.发酵液中总糖和还原糖含量分别于4和 48 h 达到最高值5 257.79和 1 363.94 mg/L,然后下降到一定程度后保持恒定.该菌株对麦麸长达 5 d 的降解过程中结晶度未发生明显变化.底物残渣傅立叶红外光谱分析表明,此菌株对麦麸中的纤维素、半纤维素和木质素都有不同程度的降解,但以纤维素降解为主.纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为 37.03 %、15.86 % 和 17.03 %.利用扫描电镜对底物残渣表面结构进行观察,可看到该菌株主要降解麦麸内表面蜂巢结构边缘骨架中起支撑作用的成分.     

不同木质底物诱导下白囊耙齿菌胞外木质纤维素酶活性和胞内蛋白质组的差异

【目的】研究白囊耙齿菌5种胞外分泌木质纤维素酶活性变化以及胞内蛋白质组的表达差异,探讨该菌对不同基质的利用机制,为筛选用于生物制浆、林木病腐防治和工业污染物降解的高效菌株提供科学依据。【方法】选用白桦、红皮云杉木屑作为诱导物,不加木屑为对照,研究白囊靶齿菌5种主要胞外分泌木质纤维素酶的活性以及胞内蛋白质组的表达差异。【结果】木屑诱导下的木质纤维素相关胞外酶活性大都高于对照样品,且锰过氧化物酶和漆酶活性在处理组与对照组间的差异达显著和极显著水平;木质素降解酶系中漆酶活性最强,木质素过氧化物酶次之,锰过氧化物酶最弱;纤维素降解酶系中葡聚糖外切酶活性远大于葡聚糖内切酶活性,2种酶活性总体上趋于稳定,表达量较高,受培养时间的影响变化不明显;白桦和云杉木屑处理组中检测到32个胞内明显差异表达蛋白点,2个处理组各有3个特异的差异表达蛋白点。白桦木屑诱导下的特异表达蛋白与膜蛋白、膜运输和能量提供有关,而云杉诱导组特异表达蛋白均与蛋白合成有关。【结论】不同树种木屑底物诱导下白囊耙齿菌胞外木质纤维素酶活性存在显著差异。同时胞内蛋白质的表达也存在明显差异,在分解白桦木屑时分泌蛋白的胞内外运输可能是决定木材降解能力的关键,而在分解云杉木屑时其相关分泌蛋白的大量合成将起决定作用。     

灰树花的系统发育分析和主要木质素降解酶的测定

对灰树花菌株迁西二号进行了ITS序列扩增与测序(GenBank登录号为GU584099),并对灰树花及相关白腐菌进行了基于ITS序列的系统发育分析,结果表明灰树花与Grifola sordulenta (Mont.) Singer等白腐菌的亲缘关系较近。采用LNAS(低氮天冬酰胺-琥珀酸)培养基添加4种不同底物,对菌株迁西二号在25 ℃恒温下静置培养,得到了不同时间内的培养液,用紫外可见分光光度计分别检测了在470 、420 、310 nm处对于2,6-二甲氧基苯酚 (2,6-DMP)、2,2’-连氮-双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS)、3,4-二甲氧基苯甲醇/藜芦醇(VA)的氧化作用后光密度值的变化情况,作为锰过氧化物酶(MnP)、漆酶(Laccase)和木质素过氧化物酶(LiP)产生和活性大小的依据,从而获得了灰树花木质素降解酶系统的主要酶系及其与培养基的成分和酶作用底物的基本关系。结果表明,灰树花可产生MnP和漆酶,但不产生LiP;对比4种成分不同的培养液酶活力测定结果,未添加底物的培养液MnP最大酶活仅为2.96 U·L^-1,漆酶最大酶活仅为4.49 U·L^-1。添加底物木屑和2,6-DMP后MnP最大酶活为8.06 U·L^-1,漆酶最大酶活为9.85 U·L^-1,表明在培养液内添加酶的底物木屑后能轻微地提高两种酶的分泌量。     

红平菇木质素降解酶系统漆酶、锰过氧化物酶及木质素过氧化物酶的检测

木材白腐菌在分解木质素的过程中会产生非特异性的分解木质素结构的酶系统,这些酶系统主要包括细胞外过氧化物酶[锰过氧化物酶(manganese peroxidase,MnP)、木质素过氧化物酶(lignin peroxidase,LiP)]和细胞外酚氧化酶[漆酶(laccase)].因此,在生物修复方面,白腐菌能够有效地降解废水和土壤中难被降解的多氯联苯、多环芳烃、DDT、染料、炸药和其他氯化物、叠氮化合物等.     

偏肿栓菌产锰过氧化物酶条件优化

采用LNAS(低氮天冬酰胺-琥珀酸)培养基用4种不同的底物处理方式,对白腐菌偏肿栓菌在28℃下进行静止培养,得到不同时间内的培养液,用紫外可见分光光度计分别检测在470,420,310nm处对于2,6-二甲氧基苯酚(2,6-DMP)、2,2’-连氮-双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS)、藜芦醇(VA)的氧化作用后光密度值的变化情况,作为其木质素降解酶系统锰过氧化物酶(MnP)、漆酶和木质素过氧化物酶(LiP)产生的依据。结果表明:偏肿栓菌可产生MnP(必须在Mn2+存在的条件下)和漆酶(不依赖于Mn2+),但不产生LiP;在培养液内添加底物木屑和2,6-DMP后可显著提高2种酶的分泌量。在此基础上,用含Mn2+和青杨木屑的LNAS培养基对偏肿栓菌在30℃下静止培养作为初始培养条件,然后采用2次正交试验和多种单因素试验对偏肿栓菌产MnP的培养基组分和培养条件进行优化。结果表明:在试验设定的因素和水平范围内的最优组合是培养液果糖浓度为5g.L-1、酒石酸铵浓度为15mmol.L-1、锰离子浓度是200μmol.L-1、吐温-80浓度为0.25mL.L-1,MgSO4.7H2O浓度为0.35g.L-1、矿质...     

Paraconiothyium variable GHJ-4木质素降解酶的酶学性质

【目的】研究木质素降解子囊菌Paraconiothyrium variabile GHJ-4分泌的漆酶(laccase)、锰过氧化物酶(MnP)和木质素过氧化物酶(LiP)3种木质素降解酶的酶活性变化规律及其酶学性质,为利用该菌株进行木质素降解酶的工业化生产和应用提供依据。【方法】分别以愈创木酚、2,6-二甲基苯酚和黎芦醇为底物测定laccase,MnP和LiP的酶活性,研究3种酶的最适反应温度和pH、温度和pH稳定性及金属离子对其活性的影响。【结果】GHJ-4菌株发酵18,15和21天后,分别获得laccase,MnP和LiP最高酶活为1 390.3,30.3和52.5 U·mL~(-1)。laccase的最适反应温度为55℃左右,最适反应pH为5.5左右,在55℃以下、pH 4.0~7.0的范围内较为稳定;MnP的最适反应温度为60℃左右,最适反应pH为5.0左右,在55℃以下、pH 4.0~9.0的范围内较为稳定;LiP的最适反应温度为40℃左右,最适反应pH为3.0左右,在40℃以下、pH 2.0~4.0的范围内较为稳定。Mg~(2+),Zn~(2+),Cu~(2+),K~+对laccase起促进作用,Na~+和Zn~(2+)对LiP起促进作用,Mn~(2+)对MnP起激活作用,而Fe~(3+),Ca~(2+),Pb~(2+),Co~(2+),Al~(3+)对3种酶均起抑制作用,其中尤以5 mmol·L~(-1)Fe~(3+)对3种酶的抑制作用最强。【结论】温度、pH及金属离子对Paraconiothyrium variabile GHJ-4 3种木质素降解酶的酶学特性均有着不同程度的影响。     

木质纤维原料制备纤维素酶的反应历程

阐述了木质纤维原料纤维素酶制备过程中诸影响因素如纤维素、滤纸酶活性、还原糖、蛋白质、ＰＨ、菌丝体、结晶度等的变化规律。较低的ＰＨ值有利于纤维素酶Ｃｌ酶和Ｃｘ酶的诱导，纤维素酶酶活较高，产酶过程中大部可及性好的无定形我及部分结构较疏松结晶区纤维素被降解利用，而约有２０％高结晶度结晶区纤维素很难被利用；木质素的存在对纤维素酶生产有一定的影响，但影响效果并不大     

白腐菌预处理对丙酸蒸解玉米芯制备纤维素的影响

探讨了白腐菌预处理对丙酸蒸解法制取纤维素的影响.在白腐菌对玉米芯进行预处理过程中,赖锰过氧化物酶(MnP)、木质素过氧化物酶(LiP)、漆酶、木聚糖酶和纤维素酶的酶活分别在第5、 6、 7、 10和 15 d 达到最高值,分别为1.326、 10.25、 0.062 7、 0.33和 403 U/g.利用响应面分析法确定丙酸蒸解玉米芯最佳工艺条件为:料液比1∶ 10(g∶ mL),蒸解时间 70 min,丙酸质量浓度 900 g/L,产物中纤维素的质量分数为 91.09%.玉米芯经白腐菌预处理 10 d 后再用丙酸进行蒸解处理,产物中纤维素的质量分数和保留率分别为 97.12% 和 94.70%,而半纤维素和木质素的质量分数仅为 0.96% 和 0.92%.     

秦岭细粘束孢产漆酶的培养条件

漆酶(Laccase,EC1.10.3.2)属于蓝色氧化酶家族的一种多酚氧化酶,是重要的木质纤维(lingocellulose)降解酶之一(Bertrand et al.,2002)。漆酶能催化降解多种芳香族化合物特别是酚类物质(Solomon et al.,1996)。由于漆酶具有430～790mV氧化还原电位(Shleev et al.,2003),能够将分子氧直接还原为水,在没有H2O2和其他次级代谢产物存在下,只要存在溶解氧,就可直接氧化底物(韩     

假木质素沉积及对纤维素酶解的影响研究进展

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源。为提高木质纤维素类生物质的转化率,提升纤维素酶的水解效率和可发酵性糖产量,降低纤维素酶的使用量和生物质转化成本,对木质纤维素类生物质进行预处理十分必要;然而,木质素、纤维素和半纤维素之间的天然屏障限制了纤维素酶对纤维素组分的酶解。木质纤维素类生物质预处理主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法,目前更多采用质量分数小于4%的稀酸法(如盐酸、硫酸和硝酸等,120～210℃)、高温热水法、蒸汽爆破法和液相水热法等,不同预处理方法对木质素或大部分半纤维素的溶解和去除有利于提高纤维素酶的可及性。木质素对纤维素酶解具有明显抑制作用,通过预处理降低木质素含量有利于提高纤维素酶解效率。木质纤维经稀酸或高温热水等预处理后,Klason木质素相对含量反而会增加。在木质纤维素类生物质预处理过程中,木质素液滴可能以假木质素形式沉积于纤维素表面,使其比天然木质素更加抑制纤维素酶解。本研究首先概述生物质预处理过程中木质素液滴和假木质素的形成过程,提出假木质素产生的可能机制,并对其组成和性质进行综述;然后阐述木质素液滴和假木质素对木质纤维酶解的影响;最后总结假木质素形成的调控策略。假木质素的形成过程属于非均相反应过程,受传质扩散(分子水平)和流动(宏观统计水平)的影响,可从介尺度行为研究假木质素的形成机制,同时建立相关模型和理论实现其科学的定量描述和定向调控,这不仅有利于木质纤维素类生物质炼制工艺的发展,也有利于促进跨学科科学规模的形成。     

松褐天牛幼虫肠道黏质沙雷氏菌培养条件与木质素降解功能

【目的】研究松褐天牛幼虫肠道内黏质沙雷氏菌木质素降解功能,为揭示松褐天牛与肠道细菌协作降解木质素的机制提供依据。【方法】以硫酸盐木质素液体培养基培养黏质沙雷氏菌,采用酶标仪微量测定法研究该菌对木质素的降解能力,考察其产木质素降解酶的种类及其变化,以及体外培养条件对该菌产优势降解酶———木质素过氧化物酶活性的影响。【结果】体外培养10天后黏质沙雷氏菌对硫酸盐木质素的累计降解率达94.12%,其中第4天的单日降解率最高,达15.16%。该菌在木质素培养基中可产木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶3种木质素降解酶,其中木质素过氧化物酶活性最高,然后依次是锰过氧化物酶和漆酶,前2种酶的日变化趋势与培养基中木质素的降解率相近。该菌产木质素过氧化物酶的最适培养基条件:p H5、硫酸木质素质量浓度3 g·L~(-1),有机氮源、酵母膏质量浓度5 g·L~(-1),Mg~(2+)、Ca~(2+)、Fe~(2+)、Mn~(2+)、K~+离子质量浓度分别为0.20、0.40、0.15、0.04和0 g·L~(-1)。【结论】黏质沙雷氏菌具有较强的木质素降解能力,可通过产生木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶实现其对木质素的降解功能;培养基中木质素浓度、p H值、氮源种类及其浓度、金属离子及其浓度等对其产木质素过氧化物酶的活性均有显著影响。     

竹材木质素高效降解菌的分离筛选及鉴定

采用愈创木酚变色、苯胺蓝平板退色和酶活性测定筛选出高效降解竹材木质素的菌株。结果表明:通过腐烂的竹材等34份样品分离纯化出139株真菌;通过0.04%愈创木酚和0.1‰苯胺蓝平板初筛,从分离纯化的139株真菌中筛选出具有产木质素降解酶活性的7株降解菌;7株降解菌经液体产酶培养基复筛得到2株高效产降解木质素酶活的菌株:培养7 d,漆酶、木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶活性分别达72.558、23.769、55.044和34.611、38.781、82.646 U/mL;2株降解菌FG-35和FG-98分别鉴定为革耳菌Panus lecomtei和烟管菌Bjerkandera adustus。